Động cơ là một phần quan trọng của cuộc sống hiện đại. Các xe hơi chạy điện đang được phát triển để đảm bảo sự vận chuyển trong tương lai. Một trong số những phương pháp chính cho các phương tiện chạy bằng điện là sử dụng nguồn năng luợng điện thích hợp. Acquy thì cần phải sạc lại khi hết điện cho nên nó không thể được sử dụng liên tục. Sử dụng phương pháp tạo ra điện tại chỗ trong các pin nhiên liệu đang là một phương pháp rất hấp dẫn. Pin nhiên liệu là một tế bào điện hóa trong đó các phản ứng hóa học diễn ra liên tục. Pin nhiên liệu sử dụng các phản ứng cháy để sinh ra điện. Các bán phản ứng cũng diễn ra ở các điện cực và các electron chuyển dịch qua một mạch điện kín. Các điện cực được phân lập bởi dung dịch dẫn điện ion hay là điện cực rắn nóng chảy. Các bán phản ứng của pin nhiên liệu hydro – oxy với chất điện ly là dung dịch KOH bão hòa diễn ra như sau:
O (k) + 2 H O + 4 e-
- → 4 OH- (aq) (1) - H2 (k) + 2 OH (aq) → 2 H2O + 2 e (2)
Phản ứng tổng quát trong pin sau khi thăng bằng electron là: 2 H2 (g) + O2 (g) → 2 H2O (3)
Sản phẩm phản ứng là nước và hiệu suất khoảng từ 50-60%.
21-1 Phản ứng nào xảy ra trên catot.
21-2 Phản ứng nào xảy ra trên anot.
21-3 Viết các phản ứng điện cực khi chất điện ly được sử dụng là axit photphoric
Sự biến thiên năng lượng Gibbs ∆Go là thước đo động lực của một phản ứng. Biến thiên năng lượng này được tính bởi biểu thức:
∆Go = - n F E
với n là số electron di chuyển trong phản ứng và F là hằng số Faraday (96487C). Thế điện cực chuẩn của O2 (k) ở 25 °C là + 1.23 V.
21-4 Hãy tính ∆Go của pin nhiên liệu trong môi trường axit (câu 21-3).
Qúa trình sinh ra năng lượng do sự đốt cháy nhiên liệu là rất khó kiểm soát. Ở Hà Lan, khí thiên nhiên là một nguồn năng lượng hấp dẫn vì nó luôn có sẵn. Các nhà máy điện hiện đại có thể chuyển hóa được 35 – 40% nguồn năng lượng sinh ra do đốt cháy khí thiên nhiên. Phản ứng tỏa nhiệt của khí thiên nhiên (metan) với oxy được biểu diễn bởi phương trình:
CH4 (k) + 2 O2 (k) → CO2 (k) + 2 H2O (k) + năng lượng
Năng lượng sinh ra thường được sử dụng một cách gián tiếp để sưởi ấm ngôi nhà hay để chạy máy móc. Tuy nhiên, trong những loại ximăng chịu nhiệt chứa các oxit kim loại ở trạng thái rắn (tồn tại ở trạng thái ion) làm những chất dẫn điện thì khí thiên nhiên có thể được sử dụng một cách trực tiếp, không cần xúc tác và hiệu suất chuyển hóa cao hơn hẳn (75%). Phản ứng trong pin này là:
CH4 (k) + 2 O2 (k) → CO2 (k) + 2 H2O (k)
21-5 Viết các phản ứng ở catot và anot.
Một loại pin chịu nhiệt khác tận dụng muối cacbonat nóng chảy như là chất dẫn điện. Hydro được sử dụng làm nhiên liệu, oxy được trộn với CO2.
21-6 Viết phản ứng ở cato, anot và phản ứng tổng quát của pin.
Bài 22: Mixen
Các màng sinh học đóng một vai trò cực kỳ quan trọng trong các tế bào sống. Các màng này trong tế bào thực vật và động vật chứa 40 – 50% lipit và 50 – 60% protein.
Photpholipit là một thành phần quan trọng trong các màng sinh học có đầu ky nước là đuôi của axit béo và đầu ưa nước phân cực. Cấu trúc như vậy thường đuợc gọi là amphiphyl. Hiều biết về các màng tế bào thì đem lại cho ta rất nhiều hiểu biết về sự tổ hợp lại các amphiphyl với những cấu trúc đơn giản, Các loại tổ hợp điển hình là mixen, các cấu trúc lớp (lớp đơn và kép), các liposome. Các hợp chất hoạt đồng bề mặt một đuôi như natri n – dodexylsunfonat (SDS) và n – dodexyltrimetylamoni bromua (DTAB) tự tổ hợp lại với nhau để tạo thành mixen khi nồng độ chúng trong nước ở nồng độ trên nồng độ mixen tới hạn (CMC). Cấu trúc của mixen được cho ở hình bên, trong các mixen này, trung tâm rỗng ky nước có thể đuợc nhận ra và một lớp chứa phần đầu và các đối ion (lớp Stern) và lớp bên ngoài với các đối ion đã được hydrat hóa (lớp Gouy – Chapman). Đối với mixen của SDS. Đối với mixen của SDS thì lỗ trung tâm có bán kính là 16,6Ǻ và lớp Stern có độ dày 4,6Ǻ. OSO3 Na NMe3 Br SDS DTAB
Amphiphyl CMC (mol.L-1) KLPT mixen (g.mol-1.10-3)
SDS 8,1 18,0
DTAB 14,4 15,0
22 – 1. Tính thể tích lớp Stern trong mixen SDS.
Trong mô hình đơn giản, sự tạo thành mixen có thể được giải thích bởi phương trình: n S + n B ⇌ M
Với S là amphiphyl, B là đối ion và n là số phân tử tham gia.Biến thiên năng lượng Gibbs của sự hình thành mixen tính cho một phân tử S là:
MM K M K n RT G =− ln ∆
Với KM là hằng số cân bằng, ở nồng độ tới hạn của mixen thì [M] = 0. Như vậy ta có thể giả thiết [S] = [B]. R là hằng số khí (8,314 J.mol-1.K-1)
22 – 2. Tính ∆GM cho sự hình thành mixen tử SDS và DTAB. 22 – 3. Tính số phân tử amphiphyl trong mixen SDS và DTAB (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bài 23: Bêtông phủ
BP (bo photphua) là một chất phủ rất có giá trị được sản xuất bằng phản ứng giữa BBr3 và PBr3 trong khí quyển hydro và ở nhiệt độ cao (> 750oC). Vật liệu này dđợc sử dụng để tráng thành một lớp mỏng trên bề mặt kim loại. BP kết tinh ở dạng lập phương chặt khít với sự bao quanh tứ diện.
23 – 1. Viết phản ứng tạo thành BP
3 3 2 + +
Olympic Hoá học quốc tế lần thứ 34 | Bài tập chuẩn bị 23-3 Vẽ cấu trúc tinh thể của BP.
23-4 Cho biết có bao nhiêu nguyên tử trong ô mạng cơ sở ứng với công thức BP.
23-5 Tính khối lượng riêng của BP (kg.m-3 ) khi cạnh của ô mạng cơ sở có độ dài là 4.78 Å.
23-6 Tính khoảng cách giữa một nguyên tử bo và photpho trong BP. Phương trình Born – Lande có thể được sử dụng để tính năng lượng mạng lưới:
Z Z Ae2 1 U lattice=- f + -
1 − r+ +r- n
Hệ số fe2 xấp xỉ 1390 khi bán kính các ion là r và r- đều ở đơn vị Å. Hằng số Madelung A là 1.638. Hệ số đẩy Born n bằng 7. Điện tích các ion là Z+ và Z- đều là các số nguyên.
23-7 Tính năng lượng mạng lưới của BP.
Tốc độ (r) của sự hình thàng BP phụ thuộc vào nồng độ chất phản ứng như đã cho ở bảng dưới Nhiệt độ, oC [BBr ] mol L-1 [PBr ], mol L-1 [H ], mol L-1 r, mol s`-1
800 2.25 x 10-6 9.00 x 10-6 0.070 4.60 x 10-8 800 4,50 x 10-6 9.00 x 10-6 0.070 9.20 x 10-8 800 9.00 x 10-6 9.00 x 10-6 0.070 18.4 x 10-8 800 2.25 x 10-6 2.25 x 10-6 0.070 1.15 x 10-8 800 2.25 x 10-6 4,50 x 10-6 0.070 2.30 x 10-8 800 2.25 x 10-6 9.00 x 10-6 0.035 4.60 x 10-8 800 2.25 x 10-6 9.00 x 10-6 0.070 19.6 x 10-8 23-8 Tính bậc phản ứng hình thành BP và viết biểu thức vận tốc phản ứng. 23-9 Tính hằng số tốc độ phản ứng ở 800 và 880 oC.
23-10 Tính năng lượng hoạt hóa của phản ứng hình thành BP.
Mb A -1 -1 -1 3 -6 2 3