NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC VÀ NHIỆT HOÁ HỌC
Một lượng 0,85 mol khí lý tưởng ở nhiệt độ 300 K và áp suất 15 atm được dãn nở đẳng nhiệt tới áp suất 1 atm Công thực hiện trong các trường hợp khác nhau là: trong chân không là 0 J, trong áp suất ngoài không đổi bằng 1 atm là -1980 J, và trong quá trình dãn nở thuận nghịch nhiệt động là -5741 J.
Để tính biến thiên nội năng khi làm bay hơi 10g nước ở 20 oC, ta coi hơi nước là khí lý tưởng và bỏ qua thể tích của nước lỏng Nhiệt bay hơi của nước ở nhiệt độ này cần được xác định để tính toán chính xác.
Bài 3 Cho 450g hơi nước ngưng tụ ở 100 o C dưới áp suất không đổi 1 atm Nhiệt hóa hơi của nước ở nhiệt độ này bằng 539 Cal/g Tính A, Q và ΔU của quá trình. ĐS: - 18519, -242550, -224021 cal
Nhiệt hòa tan của BaCl2 trong nước là 8652,6 J, trong khi nhiệt hydrat của BaCl2 để tạo thành BaCl2.2H2O là -29134,6 J Từ đó, có thể xác định nhiệt hòa tan của BaCl2.2H2O là 20482 J Đối với phản ứng diễn ra ở áp suất không đổi, các thông số nhiệt động học cần được xem xét kỹ lưỡng.
2H2 + CO → CH3OH (k) nhiệt sinh chuẩn ở 298 o K của CO và CH3OH bằng -110,5 và -201,2 KJ/mol Nhiệt dung mol đẳng áp của các chất là một hàm của nhiệt độ:
Tính ΔH o của phản ứng ở 298 và 500 0 K ?
Bài 6 Đối với phản ứng xảy ra ở áp suất không đổi:
2H2 + CO → CH3OH (k) Nhiệt dung mol đẳng áp của các chất là một hàm của nhiệt độ:
Và ΔH o của phản ứng bằng -74540 J Tính ΔH của phản ứng ở 500 o K. ĐS: -97750 J
Bài 7 100g khí CO2 (được xem như là khí lý tưởng) ở 0 o C và 1,013.10 5 Pa Xác định
Trong các quá trình nhiệt động học, với nhiệt dung đẳng áp Cp = 7 cal/mol.K, ta có kết quả như sau: Đối với quá trình dãn nở đẳng nhiệt tới thể tích 0,2 m³, ta có Q = A = 7,049 kJ và ΔU = ΔH = 0 Trong quá trình dãn đẳng áp tới 0,2 m³, kết quả là Q = 53,2 kJ, A = -15,116 kJ, và ΔU = 38,084 kJ Cuối cùng, trong quá trình đun nóng đẳng tích tới khi áp suất đạt 2,026.10^5 Pa, ta có Q = ΔU = 46 kJ, A = 0, và ΔH = 1 kJ.
Bài 8 yêu cầu xác định biến thiên nội năng khi bay hơi 20g etanol đến nhiệt độ sôi, với nhiệt bay hơi riêng là 857,7 J/g và thể tích hơi tại nhiệt độ sôi là 607 cm³/g, kết quả là 1231 kJ Bài 9 yêu cầu tính ΔH và ΔU cho hai quá trình: a) một mol nước đông đặc ở 0°C và 1 atm; b) một mol nước sôi ở 100°C và 1 atm.
Nhiệt đông đặc và nhiệt bay hơi của 1 mol nước lần lượt là -6,01 kJ và 40,79 kJ Thể tích mol của nước đá là 0,0195 l và của nước lỏng là 0,0180 l Khi chấp nhận hơi nước là khí lý tưởng, ta có ΔH = ΔU = -6,01 kJ và ΔU = 37,7 kJ, ΔH = 40,79 kJ.
Bài 10 Nhiệt tạo thành của nước lỏng và của CO2 bằng -285,8 và -393,5 kJ/mol ở
Ở điều kiện 25 độ C và 1 atm, nhiệt đốt cháy của CH4 là -890,3 kJ/mol Từ đó, nhiệt hình thành của CH4 từ các nguyên tố ở điều kiện đẳng áp là -74,8 kJ/mol và ở điều kiện đẳng tích là -72,32 kJ/mol Bài 11 yêu cầu tính nhiệt hình thành chuẩn của CS2 lỏng dựa trên các dữ liệu có sẵn.
C (grap) + O2 = CO2 ΔH= -393,5 kJ ĐS: 121,7 kJ/mol Bài 12.Trên cơ sở các dữ liệu sau, hãy tính nhiệt hình thành của Al2Cl6 ® khan:
2Al + 6HCl.aq = Al2Cl6.aq + 3H2 ΔH o 298= -1003,2 kJ
HCl (k) + aq = HCl.aq ΔH o 298= -72,45 kJ
Al2Cl6 ® +aq = Al2Cl6.aq ΔH o 298= -643,1 kJ ĐS: 1347,1 kJ Bài 13 Tính nhiệt phản ứng:
Nhiệt sinh của H2SO4 (l) được xác định là -193,75 Kcal/mol, trong khi nhiệt hòa tan của H2SO4 (l) với 5 mol nước là -13,6 Kcal, dẫn đến giá trị tổng cộng là -207,35 Kcal Để tính nhiệt cháy của CO ở 100 o C, có hai phương pháp: phương pháp đầu tiên xem xét nhiệt dung phụ thuộc vào nhiệt độ với công thức Cp = 27,5 + 4.10 -3 T (cal/mol.K), và phương pháp thứ hai giả định Cp = Cp,298 = 7,35 trong khoảng từ 25 đến 100 o C là không phụ thuộc vào nhiệt độ.
Bài 15 Tính Q, A, U của quá trình nén đẳng nhiệt, thuận nghịch 3 mol khí He từ 1atm đến 5 atm ở 400 o K. ĐS: A= 1,61.10 4 J; Q= 1,61.10 4 J
Bài 16 phân tích sự khác nhau giữa H và U trong các biến đổi vật lý Đối với quá trình chuyển đổi 1 mol nước đá thành 1 mol nước ở 273 o K và 1 atm, sự thay đổi năng lượng nội tại (U) và enthalpy (H) có thể khác nhau do sự thay đổi thể tích Trong trường hợp chuyển đổi 1 mol nước đá thành 1 mol hơi nước ở 373 o K và 1 atm, cả hai đại lượng này cũng bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và áp suất Tại 273 o K, thể tích mol của nước đá là 0,0196 l/mol và của nước lỏng là 0,0180 l/mol, cho thấy sự khác biệt trong tính chất vật lý của các trạng thái này.
373 o K thể tích mol của nước lỏng và hơi nước tương ứng bằng 0,0188 l/mol và 30,61 l/mol. ĐS: a H – U = -0,16 J/mol; b H – U = 3100 J/mol
Khi đốt cháy 1g butan lỏng trong bật lửa gas chứa butan, nhiệt tỏa ra được xác định bằng giá trị H o ht của butan, là 127 KJ/mol Sản phẩm cháy chính trong phản ứng này là CO2.
Bài 18: Một khí lý tưởng nào đó có nhiệt dung mol đẳng tích ở mọi nhiệt độ có
Trong bài toán nhiệt động lực học này, chúng ta có một mol khí với Cv = 2,5R, trong đó R là hằng số khí Đầu tiên, khi khí giãn nở thuận nghịch đẳng áp ở áp suất 1 atm từ 20 dm³ đến 40 dm³, ta cần tính toán các đại lượng Q, A, ΔU và ΔH Tiếp theo, khí biến đổi thuận nghịch đẳng tích từ trạng thái (1 atm; 40 dm³) đến (0,5 atm), yêu cầu tính toán tương tự cho các đại lượng trên Việc xác định các thông số này sẽ giúp hiểu rõ hơn về tính chất và hành vi của khí trong các quá trình nhiệt động lực học.
40 dm 3 ). c Nén thuận nghịch đẳng nhiệt từ 0,5 atm đến 1 atm. ĐS: a Q= 7,09 Kj; U = 5,06 K b A= 0; Q= -5,07 KJ; U= -5,07 KJ; H= 7,09 KJ/mol
CHƯƠNG 2: CHIỀU VÀ DIỄN BIẾN CỦA QUÁ TRÌNH
Bài 1: Tính biến thiên Entropy khi đun nóng thuận nghịch 16 kg O2 từ 273 o K đến
373 o K trong các điều kiện sau: a Đẳng áp b Đẳng tích
Coi O2 là khí lý tưởng và nhiệt dung mol Cv = 3R/2. ĐS: 775 cal/K; 465 cal/K.
Bài 2 Tính biến thiên Entropy của quá trình đun nóng đẳng áp 1 mol KBr từ 298 đến
500 o K, biết rằng trong khoảng nhiệt độ đó:
Cp(KBr) = 11,56 + 3,32.10 -3 T Cal/mol ĐS: 6,65 Cal/mol.K
Để tính biến thiên entropy của quá trình đông đặc benzen lỏng chậm ở -5 °C, ta biết rằng nhiệt đông đặc của benzen ở 5 °C là -2360 cal/mol Nhiệt dung của benzen lỏng là 30,3 cal/mol.K và của benzen rắn là 29,3 cal/mol.K Kết quả tính toán cho thấy biến thiên entropy là -8,48 cal/mol.K.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ tính toán biến thiên entropy của 2 mol Nitơ lý tưởng khi được đun nóng từ 300K đến 600K dưới áp suất khí quyển Quá trình này sẽ được phân tích trong hai trường hợp: một là đẳng áp và hai là đẳng tích.
Biết rằng nhiệt dung Cp của Nitơ trong khoảng nhiệt độ 300 - 600K được cho bằng phương trình: Cp = 27 + 6.10 -3 T (J/mol.K) ĐS: 41 J/K; 29,5 J/K
Khi trộn 1g nước đá ở 0°C với 10g nước ở 100°C, nhiệt độ cân bằng đạt 83,64°C Biến thiên Entropy trong quá trình này là 0,465 J/K Nhiệt nóng chảy của đá được xác định là 334,4 J/g, trong khi nhiệt dung của nước là 4,18 J/g.K.
Trong quá trình trộn 10g nước đá ở 0°C với 50g nước lỏng ở 40°C trong hệ cô lập, cần tính toán biến thiên entropi Nhiệt nóng chảy của nước đá là 334,4 J/g và nhiệt dung riêng của nước lỏng là 4,18 J/kg Việc này giúp hiểu rõ hơn về sự thay đổi năng lượng trong quá trình chuyển đổi trạng thái của nước.
Bài 8 Tính ΔS của quá trình nén đẳng nhiệt thuận nghịch: a 1 mol oxy từ P1 = 0.001atm đến P2 = 0.01atm. b 1 mol methal từ P1 = 0.1 atm đến P2 = 1 atm.
Trong hai trường hợp trên khí được xem là lý tưởng.
CÂN BẰNG HÓA HỌC
Bài 1: Hằng số cân bằng của phản ứng:
Phản ứng CO + H2O = CO2 + H2 ở 800 o K có hệ số cân bằng (HSCB) là 4,12 Để tính HSCB ở 1000 o K, cần tham khảo sổ tay hóa lý để tính ΔH o 298 và Kcb Khi đun hỗn hợp chứa 20% CO và 80% H2O (theo % khối lượng) đến 800 o K, thành phần của hỗn hợp cân bằng sẽ là 1,23% CO, 67% H2O, 29,5% CO2, 1,34% H2, và lượng hydro sinh ra là 17,1g nếu sử dụng 1 kg nước.
Bài 2: Ở 200 o C HSCB Kp của phản ứng dehydro hóa rượu Isopropylic trong pha khí
Để tính độ phân ly của rượu CH3CHOHCH3 ở 200 o C và dưới áp suất 9,7 x 10^4 Pa, ta sử dụng định luật khí lý tưởng với giá trị áp suất 6,92 x 10^4 Pa Kết quả tính toán cho thấy độ phân ly α = 0,65 Trong một bài toán khác, khi đun nóng một bình kín chứa 8 mol I2 và 5,3 mol H2 tới 445 o C, sản phẩm thu được là 9,5 mol.
HI lúc cân bằng Xác định lượng HI thu được khi xuất phát từ 8 mol I2 và 3 mol H2. ĐS: 5,75 Mol HI
Bài 4: Tại 50 o C và dưới áp suất 0,344 atm độ phân ly của N2O4 thành NO2 bằng 63%. Xác định KP và KC. ĐS: Kp = 0,867; KC= 0,034 Bài 5: Ở 63 o C HSCB KP của phản ứng
Trong bài toán cân bằng hóa học, phản ứng N2O4 chuyển thành 2NO2 với tỷ lệ 1,27 cho biết thành phần hỗn hợp cân bằng ở áp suất 1 atm là 65,8% NO2 và 34,2% N2O4, trong khi ở áp suất 10 atm là 29,8% NO2 và 70,2% N2O4 Đối với phản ứng PCl3 + Cl2 = PCl5 ở 500 K với hằng số cân bằng KP = 3 atm^-1, độ phân ly của PCl5 được tính là 0,5 ở 1 atm và 0,2 ở 8 atm Áp suất cần thiết để độ phân ly đạt 10% là 33 atm, và để đạt được độ phân ly này ở 8 atm, cần thêm 0,5 mol Cl2 cho 1 mol PCl5.
Bài 7: Đun 746g I2 với 16,2g H2 trong một bình kín có thể tích 1000 lit đến 420 o C thì cân bằng thu được 721g HI Nếu thêm vào hỗn hợp đầu 1000g I2 và 5g H2 thì lượng
HI tạo thành là bao nhiêu? ĐS: 1582 g Bài 8: Có thể điều chế Cl2 bằng phản ứng
Để xác định hằng số cân bằng Kp của phản ứng 4HCl (k) + O2 = 2H2O (h) + 2Cl2 ở nhiệt độ 386oC, ta biết rằng ở điều kiện 1 atm, khi cho một mol HCl phản ứng với 0,48 mol O2, kết quả cân bằng thu được 0,402 mol Cl2 Từ đó, hằng số Kp được tính là 81,2 atm^-1 Ngoài ra, bài 9 yêu cầu xác định Kp của phản ứng tương tự ở nhiệt độ 700 K.
Biết rằng ở 500 o K, Kp = 2,138 10 5 atm -1/2 và hiệu ứng nhiệt trong khoảng nhiệt độ
500 700 o K; H = -23400 cal. ĐS: 2,6.10 +2 atm -1/2 Bài 10: Cho Fe dư tác dụng với hơi nước theo phản ứng
Phản ứng giữa sắt và hơi nước được biểu diễn bằng phương trình 3Fe + 4H2O(h) = Fe3O4(r) + 4H2 Ở nhiệt độ 200 °C, với áp suất ban đầu của hơi nước là 1,315 atm, áp suất phần của hydro khi cân bằng đạt 1,255 atm Để xác định lượng hydro tạo thành khi cho hơi nước 3 atm vào bình 2 lít chứa sắt dư ở nhiệt độ đó, kết quả tính toán cho thấy lượng hydro tạo thành là 0,295 g Bài 11 liên quan đến áp suất tổng cộng do phản ứng nhiệt phân.
Phản ứng 2FeSO4 (r) = Fe2O3 + SO2 + SO3 diễn ra ở nhiệt độ 929 o K với áp suất 0,9 atm Để tính HSCB KP ở 929 o K, kết quả là 0,2025 atm² Nếu cho dư FeSO4 vào bình chứa SO2 với áp suất ban đầu 0,6 atm ở 929 o K, áp suất tổng cộng khi đạt cân bằng sẽ là 1,08 atm Ngoài ra, bài 12 yêu cầu tính HSCB KP ở 25 o C cho phản ứng này.
CO + 2H2 = CH3OH (l) bằng -29,1 kJ/mol và áp suất hơi của metanol ở 25 o C bằng 16200 Pa. ĐS: 2,02.10 +3 atm -2 Bài 13: HSCB ở 1000 o K của phản ứng
2H2O = 2H2 + O2 là KP = 7,76.10 -21 atm Áp suất phân ly của FeO ở nhiệt độ đó là 3,1 10 -18 atm Hãy xác định HSCB KP 1000 o K của phản ứng
FeO(r) + H2 = Fe(r) + H2O (h) ĐS: KP = 0,725 Bài 14: HSCB KP ở 25 o C và 50 o C của phản ứng
Phản ứng giữa CuSO4 và nước tạo thành CuSO4·3H2O diễn ra ở áp suất 10^-6 và 10^-4 atm Nhiệt phản ứng trong khoảng nhiệt độ này được tính là 35,231 Kcal Để chuyển hoàn toàn 0,01 mol CuSO4 thành CuSO4·3H2O, cần bổ sung tối thiểu 3,08 x 10^-2 mol hơi nước vào bình 2 lít ở nhiệt độ 25°C.
Bài 15: Cho khí COF2 qua xúc tác ở 1000 o C sẽ xảy ra phản ứng
Phản ứng 2COF2 (k) = CO2 + CF4 (k) được nghiên cứu bằng cách làm lạnh nhanh hỗn hợp cân bằng và cho qua dung dịch Ba(OH)2 để hấp thu COF2 và CO2 Kết quả cho thấy 500 ml hỗn hợp cân bằng còn lại 200 ml không bị hấp thu Từ đó, ta tính được hằng số cân bằng KP của phản ứng là 4 Ngoài ra, với việc KP tăng 1% khi nhiệt độ tăng 1 °C gần 1000 °C, các giá trị nhiệt động học của phản ứng được xác định là H o = 32,04 Kcal, S o = 27,92 cal.K -1 và G = -3,509 Kcal tại 1000 °C.
Bài 16: Ở 1000 o K hằng số cân bằng của phản ứng:
Để tính áp suất riêng của SO2 và SO3 trong hệ cân bằng với hằng số cân bằng 3,5 atm -1, khi áp suất chung là 1 atm và áp suất cân bằng của O2 là 0,1 atm, ta có thể áp dụng các công thức liên quan đến hằng số cân bằng Kết quả tính toán cho thấy áp suất riêng của SO2 và SO3 là 0,75 atm.
Bài 17 : Tính G o và hằng số cân bằng K của phản ứng sau:
NO + O3 = NO2 + O2 Cho biết các dữ kiện sau:
) (J/mol ΔS o h.t.298 240,35 240,82 210,25 237,42 ĐS: Kp= 5.10 34 Bài 18: Ở 25 o C phản ứng: NO + ẵO2 = NO2 Cú G o = -34,82KJ và H o = -56,34 KJ. Xác định hằng số cân bằng của phản ứng ở 298 o K và 598 o K. ĐS: Kp= 1,3.10 6 ở 298 o K và Kp= 12 ở 598 o K
Bài 19: Ở 25 o C và áp suất là 0,334 atm, độ phân lý của N2O4(k) thành NO2 bằng 63%. Xác định Kp, KC, Kx. ĐS: Kp= 0,867 atm; Kc= 0,034; Kx = 2,52
Bài 20: Ở nhiệt độ T và áp suất P xác định, một hỗn hợp khí cân bằng gồm 3 mol N2,
Trong phản ứng giữa 1 mol H2 và 1 mol NH3, hằng số cân bằng Kx được xác định là 8,33 Khi thêm 0,1 mol N2 vào hỗn hợp phản ứng ở điều kiện nhiệt độ và áp suất không đổi, cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều thuận, với giá trị Kx là 8,39.
CÂN BẰNG PHA
Bài 1: Tính nhiệt nóng chảy của 1 mol diphenylamin với khối lượng 1kg làm tăng thể tích 9,58.10^-5 m³, dT/dP = 2,67.10^-7 Km²/N; nhiệt nóng chảy là 54 oC, khối lượng mol 169, cho kết quả H = 19,84.10³ J/mol Bài 2: Xác định nhiệt độ bay hơi của H2O ở 2 atm, tại 100 oC nhiệt bay hơi là 2254,757 J/g, kết quả là 401,5 oK Bài 3: Tính nhiệt độ sôi của benzoatetyl C9H10O2 ở P = 200 mmHg, với nhiệt độ sôi chuẩn 213 oC và nhiệt bay hơi 44157,52 J, cho kết quả T = 433,1 oK Bài 4: Áp dụng quy tắc pha Gibbs để xác định số bậc tự do của hệ hỗn hợp.
NH4Cl, NH3 và HCl khi: a Nhiệt độ rất thấp. b Khi nhiệt độ khá cao. c Đun nóng.
Bài 5: Giải thích vì sao hệ KCl-NaCl-H2O là hệ 3 cấu tử trong khi hệ KCl-NaBr-H2O lại là hệ 4 cấu tử.
Bài 6: Vẽ giản đồ pha của hệ Sb-Pb dựa vào các dữ kiện thực nghiệm sau:
Thành phần hỗn hợp lỏng,
% khốI lượng Nhiệt độ bắt đầu
0 100 326 a Xác định thành phần etecti. b Có bao nhiêu Sb tách ra nếu 10kg hỗn hợp lỏng chứa 40% Pb được làm nguội tới 433 o C. ĐS: a 87% Pb và 13% Sb; b mSb = 5kg.
Bài 7: Nhiệt độ nóng chảy chuẩn của Bi là 271 o C Ở những điều kiện đó tỷ trọng của
Nhiệt độ nóng chảy của bismuth (Bi) là 14,536 kJ/mol, với mật độ của bismuth ở trạng thái rắn là 0,9673 g/cm³ và ở trạng thái lỏng là 10 g/cm³ Khi áp suất tăng lên 1 atm, nhiệt độ nóng chảy của bismuth giảm 0,00354 K.
Tại nhiệt độ 127 °C, HgI2 chuyển từ dạng thù hình đỏ sang vàng với nhiệt chuyển hoá 1250 J/mol và sự thay đổi thể tích là 5,4 cm³/mol Dạng đỏ có tỷ trọng lớn hơn dạng vàng Kết quả tính toán cho thấy dT/dP tại 127 °C là -1,73 x 10^-6 K/Pa.
Khi đun nóng, lưu huỳnh rombic chuyển thành lưu huỳnh đơn với biến thiên thể tích V = 0,0000138 m³/kg Nhiệt độ chuyển hóa chuẩn là 96,7 °C và hệ số dT/dP = 3,25 x 10⁻⁷ K/Pa Nhiệt chuyển pha được xác định là H = 15,698 kJ/kg.
Để xác định thể tích riêng của thiếc lỏng tại nhiệt độ nóng chảy chuẩn 232°C, ta sử dụng nhiệt nóng chảy riêng là 59,413 J/g, tỷ trọng của thiếc rắn là 7,18 g/cm³ và hệ số dT/dP là 3,2567 x 10⁻⁸ K/Pa Kết quả tính toán cho thấy thể tích riêng của thiếc lỏng là 0,147 g/cm³.
Bài 11: Ở 200 mmHg metanol sôi ở 34,7 o C còn khi tăng áp suất lên gấp đôi thì nhiệt độ sôi là 49,9 o C Tính nhiệt độ sôi chuẩn của metanol. ĐS: 65,4 o C
Bài 12: Xác định số pha cực đại trong hệ cân bằng gồm nước và đường. ĐS: 4
Bài 13: Dung dịch chứa các ion Na + , K + , Cl - , NO3 - Xác định số hợp phần và số cấu tử.
Khi hòa tan NaCl và CaCl2 vào nước, không xảy ra phản ứng hóa học nào Tuy nhiên, khi hòa tan Na2SO4 và CaCl2 vào nước, sẽ có phản ứng xảy ra.
CaCl2 + Na2SO4 = CaSO4 + 2NaCl
Xác định số cấu tử và số hợp phần trong hai trường hợp. ĐS :Hợp phần : 3,5; cấu tử : 3,4
DUNG DỊCH
Để tính áp suất hơi của dung dịch đường C12H22O11 5% ở 100°C, kết quả là P = 757 mmHg Để đạt được áp suất hơi tương đương với dung dịch đường 5%, nồng độ glycerin trong nước cần đạt 1,42%.
Acid acetic kỹ thuật có nhiệt độ đông đặc là 16,4 °C và băng điểm của acid acetic nguyên chất là 16,7 °C, với hằng số nghiệm lạnh là 3,9 Từ đó, nồng độ molan của tạp chất trong acid kỹ thuật được xác định là 0,08 mol/1000g, tương ứng với sự thay đổi nhiệt độ là 0,3 °C Đối với dung dịch nước chứa chất tan không bay hơi có băng điểm -1,5 °C, cần xác định nhiệt độ sôi của dung dịch và áp suất hơi của dung dịch ở 25 °C.
Cho biết hằng số nghiệm lạnh của nước là 1,86, hằng số nghiệm sôi của là 0,513 Áp suất hơi của nước nguyên chất ở 25 o C bằng 23,76 mmHg. ĐS: Ts dung dịch = 100,414 o C; b P= 23,43 mmHg
Hệ số phân bố của etanol trong CCl4 và nước là 0,0244 Khi 0,1 mol etanol được phân bố giữa 300 ml nước và 500 ml CCl4, nồng độ mol của etanol trong dung dịch CCl4 là 0,0078 M và trong dung dịch nước là 0,3203 M.
Ở 20 độ C, áp suất hơi nước đạt 17,54 mmHg, trong khi áp suất hơi của dung dịch chứa chất tan không bay hơi là 17,22 mmHg Từ đó, có thể xác định áp suất thẩm thấu của dung dịch này.
Tại nhiệt độ 40 oC, dung dịch có tỷ trọng 1,01 g/cm³ và khối lượng mol phân tử của chất tan là 60, dẫn đến áp suất thẩm thấu được tính là = 25,73.10⁵ N/m² Ở 123,3 oC, bromobenzen và clorobenzen có áp suất hơi bão hòa lần lượt là 400 mmHg và 762 mmHg, tạo thành một dung dịch lý tưởng Dưới áp suất khí quyển 760 mmHg, cần xác định thành phần hỗn hợp và tỷ số mol của clorobenzen và bromobenzen trong pha hơi, với dung dịch có 10% mol clorobenzen.
Bài 7: Benzen đông đặc ở 5,42 o C và sôi ở 81,1 o C Nhiệt hóa hơi tại điểm sôi bằng
Dung dịch chứa 12,8 g naphtalen trong 1 kg benzen đông đặc ở 4,91 °C có nhiệt độ sôi là 81,36 °C, áp suất hơi của benzen trên dung dịch ở 80,1 °C là 754,1 mmHg, và nhiệt nóng chảy riêng của benzen là 128,24 J/g Trong bài 8, benzen và toluen tạo thành dung dịch lý tưởng, với áp suất hơi của benzen ở 30 °C là 120,2 mmHg và của toluen là 36,7 mmHg Cần xác định áp suất hơi của dung dịch và áp suất hơi riêng phần của từng cấu tử.
Nếu dung dịch được hình thành từ sự trộn 100g benzen và 100g toluen. ĐS: a 81,88 mmHg; b 65,028 và 16,845 mmHg
Bài 9: Hỗn hợp SnCl4 (1) và CCl4 (2) tuân theo qui luật của dung dịch lý tưởng Ở
Áp suất hơi bão hòa của SnCl4 ở 90 oC là 362 mmHg và của CCl4 là 1112 mmHg Dưới áp suất chuẩn 760 mmHg, SnCl4 sôi ở 114 oC, còn CCl4 sôi ở 77 oC Để xây dựng giản đồ thành phần-áp suất hơi bão hòa, ta xác định P1, P2 và P của hỗn hợp với thành phần mol của CCl4 là 0,7 Tiếp theo, cần xác định thành phần hỗn hợp SnCl4 - CCl4 sôi ở 90 oC dưới áp suất 760 mmHg Sau đó, xác định thành phần hơi tại 90 oC và cuối cùng là tỷ số mol trong pha hơi và trong hỗn hợp lỏng theo quy tắc đòn bẩy ở 95 oC.
Hệ số phân bố I2 giữa nước và CS2 là k = 0,00167 Khi chiết xuất từ 2.10 -3 m³ nước chứa 2.10 -5 kg I2, nếu sử dụng 0,05.10 -3 m³ CS2 để chiết một lần, lượng I2 thu được là x1 = 0,125.10 -5 kg Nếu chiết 5 lần với cùng lượng CS2, lượng I2 thu được sẽ là x5 = 1,953.10 -8 kg.
HỌC PHẦN II HÓA LÝ 2
ĐIỆN HÓA HỌC
Để tính nhiệt độ kết tinh của dung dịch chứa 7,308 g NaCl trong 250 g nước, biết rằng ở 291 K, áp suất thẩm thấu của dung dịch là 2,1079 x 10^6 N/m² và khối lượng riêng của dung dịch là 1 g/cm³, cùng với nhiệt nóng chảy của nước đá nguyên chất là 333,48 x 10^3 J/kg, ta có kết quả nhiệt độ kết tinh tkt = 271,4 °C.
Độ hạ điểm kết tinh của dung dịch axit acetic (CH3COOH) 0,1M là 0,1885°C, trong khi hằng số nghiệm lạnh của nước là 1,86 Từ đó, có thể tính được độ phân ly của dung dịch CH3COOH với nồng độ 0,1M là 0,0134 và nồng độ 0,05M là 0,0188.
Dung dịch chứa 4,355 mol đường mía trong 5 lít dung dịch ở 291 K có áp suất thẩm thấu tương đương với dung dịch chứa 2 mol NaCl trong 4 lít Để xác định độ phân ly của dung dịch NaCl và hệ số Van't Hoff, ta có kết quả là i = 1,74 và α = 0,74.
Bài 4: Tính áp suất thẩm thấu của dung dịch NaCl 0,15M ở 37 0 C biết độ phân ly của dung dịch là 95% ĐS: = 7,4 atm
Bài 5: Tính nồng độ của dung dịch đường sacaroza để có giá trị áp suất thẩm thấu là 8,1134 atm ở cùng điều kiện của dung dịch trên. ĐS: C = 8,314/0.082.310
Bài 6: Tính pH của dung dịch H2SO4 1M theo Deby –huckken. ĐS: pH = 1,0
Bài 7 đề cập đến việc đo điện trở của dung dịch KCl 0,02N ở 25 oC với giá trị 457 , trong khi độ dẫn điện riêng của dung dịch là 0,0028 -1 cm -1 Khi sử dụng bình đo này để đo độ dẫn điện của dung dịch CaCl2 chứa 0,555g CaCl2 trong 1 lít, giá trị thu được là 1050 Từ đó, cần tính hằng số bình điện cực và độ dẫn điện đương lượng của dung dịch CaCl2, với kết quả là 120,6 cm² -1 đlg -1.
Bài 8: Độ dẫn điện đương lượng giới hạn của acid propionic ở 25 0 C là 385,6 -1 dlg -
1.cm 2 Hằng số phân ly của acid này là 2,34.10 -5 Tính độ dẫn điện đương lượng của dung dịch 0,05M của dung dịch trên ở cùng nhiệt độ. ĐS: = 8,314.cm 2 -1 đlg -1
Bài 9: Độ dẫn điện đương lượng của NH4Cl trong dung dịch vô cùng loãng là 149,7 -
Độ dẫn điện giới hạn của dung dịch NH4OH được tính dựa trên độ linh động ion, với giá trị linh động ion của OH- là 198 cm².dlg⁻¹ và Cl- là 76,3 cm².dlg⁻¹ Kết quả tính toán cho thấy độ dẫn điện giới hạn là 271,4 cm².Ω⁻¹.dlg⁻¹ Ngoài ra, điện trở của dung dịch KNO3 0,01N là 423 Ω, với hằng số bình điện cực là 50 m.
Để xác định độ dẫn điện riêng, độ dẫn điện đương lượng và độ phân ly của dung dịch, cần biết linh độ ion của NO3 -1 là 71,4 -1 dlg -1 cm 2 và K + là 73,4 -1 dlg -1 cm 2.
Để xác định nồng độ của dung dịch HCl, ta sử dụng dung dịch NaOH 8N để chuẩn độ 100ml dung dịch HCl thông qua phương pháp chuẩn độ dẫn điện Kết quả thu được sẽ cho biết nồng độ HCl trong dung dịch.
Điện thế điện cực Zn nhúng trong dung dịch ZnCl2 0,005N ở 25°C được tính toán với độ dẫn điện đương lượng là 89 và độ dẫn điện đương lượng giới hạn là 113,7 Δ -1 dlg -1 cm2 Với điện thế tiêu chuẩn của điện cực Zn là -0,76V, kết quả cuối cùng cho điện thế điện cực Zn là E2/Zn = 0,8313V.
Pin Cd/Cd²⁺ // CuSO₄/Cu có sức điện động 0,745V Để xác định độ phân ly của dung dịch CuSO₄ 0,1N, cần biết điện thế tiêu chuẩn của điện cực.
Cu là 0,34V, của điện cực Cd là -0,4V và nồng độ in Cd trong dung dịch là 0,05N. ĐS: CuSO 4 74%
Bài 14: Trong pin điện hóa Hg, Hg2Cl2 / KCl 0,01N // H+ với điện cực Quinhydron có sức điện động 0,0096V ở 25°C, pH của dung dịch được tính là 6,027 dựa trên điện thế của điện cực Calomen là 0,3338V Bài 15: Xét pin Cu / dung dịch CuCl2 0,7M // dung dịch AgNO3 1M / Ag, với độ phân ly của CuCl2 là 80% và của AgNO3 là 85% Điện thế tiêu chuẩn của điện cực Cu là 0,34V, còn của điện cực Ag là 0,8V Sức điện động của pin được tính là 0,463V, và để tăng sức điện động thêm 0,02 đơn vị cho thể tích bình 1 lít, cần thêm 197,2g AgNO3.
Bài 16 yêu cầu viết cấu trúc pin với điện cực âm là Hiđro và điện cực dương là Calomen, trong đó điện cực Calomen được nhúng vào dung dịch KCl 0,1M với pH là 1,0 Từ thông tin này, ta có thể tính toán sức điện động của pin, kết quả là Ep = 0,884V.
Bài 17: Cho điện thế tiêu chuẩn của điện cực Cu là 0,34V, của điện cực Ag là 0,799V. Chứng minh phản ứng sau không xảy ra: 2Ag + Cu 2+ 2Ag+ + Cu.
Bài 18: Tính hoạt độ trung bình của các ion của BaCl2 ở 25 o C nếu lực ion là i= 2.10 -4 ĐS: Cl 5
Trong bài viết này, chúng ta sẽ phân tích các phương trình phản ứng điện cực và phản ứng tổng quát xảy ra trong các loại pin khác nhau Đối với pin Zn/ZnSO4 // CuSO4/Cu, phản ứng điện cực là Zn → Zn²⁺ + 2e⁻ và Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu Tiếp theo, pin Cu/CuCl2 // AgCl/Ag có phản ứng điện cực Cu → Cu²⁺ + 2e⁻ và Ag⁺ + e⁻ → Ag Đối với pin (Pt), H2/H2SO4 // Hg2SO4, Hg, (Pt), phản ứng điện cực diễn ra là H2 → 2H⁺ + 2e⁻ và Hg2²⁺ + 2e⁻ → 2Hg Cuối cùng, trong pin Cd/CdSO4 // Hg2SO4, Hg, (Pt), phản ứng điện cực là Cd → Cd²⁺ + 2e⁻ và Hg2²⁺ + 2e⁻ → 2Hg.
Bài 20: Lập pin trong đó xảy ra các phản ứng sau : a Cd + CuSO4 = CdSO4 + Cu b 2AgBr + H2 = 2Ag + 2HBr c H2 + Cl2 = 2HCl d Zn + 2Fe 3+ = Zn 2+ + 2Fe 2+
Bài 21: Cho phản ứng của một pin là: Hg 2+ +2 Fe 2+ = 2Hg + 2 Fe 3+ có hằng số cân bằng ở 25 o C là 0,018 và ở 35 o C là 0,054 Tính G o và H o của phản ứng ở 25 o C. ĐS: G 298 o 9843J;H 298 o 700.011J
Hệ pin Zn/ZnCl2 (a=0,5M) // AgCl/Ag bao gồm các phản ứng điện cực và phản ứng trong pin Để tính sức điện động chuẩn và biến thiên thế đẳng áp chuẩn của pin, cần xác định các giá trị điện cực của các chất tham gia Cuối cùng, tính toán sức điện động và biến thiên thế đẳng áp thực tế của pin sẽ giúp hiểu rõ hơn về hiệu suất hoạt động của hệ thống này.
Cho biết điện thế tiêu chuẩn của điện cực Zn là -0,76V, của điện cực Ag/AgCl là 0,2224V.
Bài 23 yêu cầu xác định nồng độ của dung dịch NaCl có lực ion 0,24 Kết quả cho thấy nồng độ của dung dịch NaCl là 0,24M Để dung dịch Na2SO4 có cùng lực ion, nồng độ cần đạt 0,08M Đối với dung dịch MgSO4, nồng độ cần thiết là 0,06M.
Trong bài 24, chúng ta cần xác định nồng độ ion H+ trong dung dịch Khi tiến hành chuẩn độ 10ml hỗn hợp HCl bằng dung dịch NaOH 0,1N, các giá trị đo được trên cầu Wheatstone sẽ được ghi nhận để tính toán nồng độ ion H+.
ĐỘNG HÓA HỌC
Để xác định bậc và hằng số tốc độ của phản ứng phân hủy H2O2 trong nước, chúng ta tiến hành chuẩn độ các thể tích bằng nhau của dung dịch H2O2 bằng KMnO4 Kết quả cho thấy thể tích KMnO4 cần sử dụng sẽ giúp đánh giá tốc độ phản ứng và mối quan hệ giữa các yếu tố trong quá trình phân hủy.
V, KMnO4 ( ml) 21,6 12,5 7,2 4,1 ĐS: Bậc 1; k= 0,055 ph -1
Sau 14 ngày, lượng chất phóng xạ Poloni giảm 6,85% so với giá trị ban đầu Hằng số tốc độ phóng xạ của Poloni được xác định là bậc 1, với chu kỳ bán hủy t1/2 là 27 ngày.
Trong bài 3, sau 10 phút, 25% lượng chất ban đầu đã phản ứng, từ đó tính được chu kỳ bán hủy là 30 phút Bài 4 cho biết chu kỳ bán hủy của N2O5 là 5,7 giờ, từ đó tính hằng số tốc độ phản ứng và thời gian cần thiết để phản ứng hết 75% và 87% lượng chất ban đầu lần lượt là 11,4 giờ và 17,2 giờ Cuối cùng, trong bài 5, cả hai phản ứng bậc 1 và 2 đều tiêu thụ 40% trong 10 phút; thời gian để hai phản ứng đạt 60% lần lượt là 60,9 phút và 22,5 phút với nồng độ ban đầu của phản ứng bậc 2 giống nhau.
Ở 378 °C, chu kỳ bán hủy của phản ứng bậc nhất là 363 phút Để tính thời gian phản ứng đạt 75,5% ở 450 °C với năng lượng hoạt hóa là 52.000 cal.mol^-1, ta xác định được thời gian là 13,3 phút.
CH3COCH3 C2H4 + CO + H2 Áp suất tổng biến đổi như sau:
Để xác định bậc phản ứng và tính giá trị hằng số tốc độ phản ứng, ta có bậc 1 với k = 0,0256 ph -1 Hằng số tốc độ phản ứng xà phòng hóa etyl acetat bằng xút ở nhiệt độ 283 K là 2,38 l.dlg -1 ph -1 Thời gian cần thiết để xà phòng hóa 50,5% lượng etyl acetat khi trộn 1 lít dung dịch etyl acetat 1/20N với các dung dịch xút khác nhau là: 16,8 phút cho 1 lít dung dịch xút 1/20N, 6,87 phút cho 1 lít dung dịch xút 1/10N, và thời gian tương ứng cho dung dịch xút 1/25N.
Trong bài 10, phản ứng bậc 1 có năng lượng hoạt hóa 25.000 cal/mol và hằng số phản ứng Arhhenius là 5.10^13 giây^-1 Tại nhiệt độ t1 = 76 °C, chu kỳ bán hủy của phản ứng là 1 phút, trong khi tại nhiệt độ t2 = -4 °C, chu kỳ bán hủy kéo dài đến 30 ngày.
Bài 11 Năng lượng hoạt hóa của phản ứng là bao nhiêu để tốc độ phản ứng tăng lên
Khi tăng nhiệt độ lên 10°C tại 300 K và 1000 K, năng lượng kích hoạt Ea lần lượt là 20,3 Kcal/mol và 220 Kcal/mol Đối với phản ứng A + B = AB, tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nồng độ ban đầu của các chất.
Hãy viết phương trình động học của phản ứng ĐS: v = K.CA.CB 2
Bài 13 nghiên cứu động học phản ứng bậc 1 tạo thành acid thông qua việc lấy mẫu từ hỗn hợp phản ứng theo từng chu kỳ và xác định bằng dung dịch kiềm Kết quả thể tích dung dịch kiềm được sử dụng để định phân ở các thời điểm khác nhau sau khi phản ứng bắt đầu được thu thập và phân tích.
Chứng minh phản ứng là bậc 1 và tính hằng số tốc độ phản ứng. ĐS: k1 = 0,034ph -1
Dung dịch este etylacetat với nồng độ ban đầu 0,01N khi xà phòng hóa bằng dung dịch NaOH 0,002N trong 23 phút đạt độ chuyển hóa 10% Nếu nồng độ ban đầu giảm 10 lần, thời gian phản ứng cần thiết để đạt được độ chuyển hóa 10% sẽ là 230 phút Bài 15 yêu cầu xác định hằng số tốc độ phản ứng phân hủy N2O5 bằng thực nghiệm.
Xác định năng lượng hoạt hóa của phản ứng ĐS: 24.710 cal.mol -1
Bài 16: NgườI ta đo tốc độ đầu hình thành C đối với phản ứng A+ B C và thu được kết quả sau:
Số thí nghiệm a(M) b(M) Vo.10 3 (M.phút -1 )
III 0,1 0,2 8,0 a Bậc phản ứng đối với A và B. b Hằng số tốc độ phản ứng. c Tính Vo khi a=b=0,5M. ĐS: a Bậc phản ứng tổng quát bằng 2. b k = 0,20M -1 phút -1 c Vo = 0,005 M.phút -1
Bài 17 nghiên cứu phản ứng bậc 2 giữa NH3 và NO2 trong pha khí ở giai đoạn đầu Đầu tiên, cần tính toán năng lượng hoạt hóa của phản ứng Tiếp theo, xác định thừa số k0 theo phương trình Arrhenius để hiểu rõ hơn về động học của phản ứng này.
Biết ở nhiệt độ 600 o K và 716 o K, hằng số tốc độ phản ứng có giá trị tương ứng bằng 0,385 M -1 s -1 và 16M -1 s -1 ĐS: a Ea = 114,759 J.mol -1; b A = 358.10 9 M -1 s -1
Nghiên cứu phản ứng 2I (k) + H2(k) ⇌ 2HI(k) cho thấy tốc độ phản ứng ở 417,9 o K là 1,12 x 10^-2 M^-2.s^-1 và ở 737 o K là 18,54 x 10^-5 M^-2.s^-1 Từ dữ liệu này, năng lượng hoạt hóa được xác định là Ea = 22,46 KJ.mol^-1, và hằng số tốc độ phản ứng ở 633,2 o K là k = 10,12 x 10^-5 M^-2.s^-1.
Trong một phản ứng bậc nhất diễn ra ở 27 độ C, nồng độ chất đầu giảm một nửa sau 5000 giây Tại nhiệt độ 37 độ C, nồng độ này giảm hai lần chỉ sau 1000 giây Từ những dữ liệu này, năng lượng hoạt hóa của phản ứng được xác định là 124,22 kJ/mol.
Bài 20: Sự phụ thuộc của hằng số tốc độ phản ứng phân hủy PH3 vào nhiệt độ được biểu thị bằng phương trình:
Xác định năng lượng hoạt hóa của phản ứng ở 800 o K. ĐS: Ea= 376,39 KJ
Phản ứng phân hủy nhiệt của hợp chất A ở nhiệt độ 378,5 °C là phản ứng bậc nhất, với thời gian nữa phản ứng là 363 phút và năng lượng hoạt hóa đạt 217 kJ/mol Để xác định hằng số tốc độ của phản ứng ở 450 K, kết quả nhận được là 0,1011 phút^-1.
CHƯƠNG 3: HẤP PHỤ VÀ HÓA KEO
Tại 15 độ C, lượng rượu etylic bị hấp phụ trên bề mặt dung dịch có nồng độ 0,12M được tính toán dựa trên sức căng bề mặt của nước là 73,49.10 -3 N/m và của dung dịch là 63,3.10 -3 N/m Kết quả cho thấy sức căng bề mặt của dung dịch thấp hơn so với nước, cho thấy sự hấp phụ của rượu etylic.
Trong bài 2, chúng ta xác định ngưỡng keo tụ của dung dịch điện ly K2Cr2O7 với nồng độ 0,01M đối với keo nhôm Để keo tụ 1 lít keo nhôm, cần thêm vào 0,0631 lít chất điện ly Kết quả cho thấy giá trị ngưỡng keo tụ là = 0,63.10 -3 mol.l -1.
Bài 3: Điều chế keo hydronol sắt ba bằng cách cho dung dịch FeCl3 vào nước đang sôi Hãy viết cấu tạo và ký hiệu keo đó.