Giải chi tiết bài tập hóa đại cương 1 chương trạng thái vật chất lớp Đại Học Khoa học Tự nhiên ngành hóa học. Cách giải theo cách tự luận dễ dàng làm theo cách giải này...Dành cho sinh viên năm nhất của các trường đại học
Trang 11 CÁC TRẠNG THÁI TẬP HỢP CỦA VẬT CHẤT
Câu 1: Nêu đặc điểm khác nhau giữa các trạng thái khí, lỏng, rắn Nguyên nhân nào dẫn tới sự khác nhau về nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của các chất?
Trang 155
Khác nhau: mật độ phân tử là khác nhau, áp suất khác nhau
Nguyên nhân nào dẫn tới sự khác nhau về nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của các chất: trạng thái, khối lượng, các liên kết
Câu 2: Một bình Ar có thể tích 35,8 lít được nối với một bình trống thể tích 1875 lít Nếu nhiệt độ được giữ không đổi, và áp suất khí khi cân bằng là 721 mmHg Tính áp suất ban đầu của bình khí theo atm?
Khi cân bằng V2= V1 + Vbình = 35,8 + 1875 =1910,8 (lít), P2 = 721 mmHg
Vì PV = nRT, T không đổi nên P1.V1 = P2V2
Suy ra: P1 = (P2V2)/V1 = (721.1910,8)/35,8 = 38482,87 mmHg
Câu 3: 4,25 lít khí ở 25,6oC có áp suất đo được là 748 mmHg Lượng khí đó ở 26,8o
C, 742 mmHg
sẽ chiếm thể tích bao nhiêu?
PV = nRT nên PV/T = nR
Suy ra P1V1/T1 = P2V2/T2
748.4250/(25,6+273,15) = 742.V2/(26,8+273,15) suy ra V2 = 4301 ml = 4,301 lít
Câu 4: 10 gam một chất khí chứa trong bình có thể tích 5,25 lít ở 25oC, áp suất đo được là 762
khí trong bình bây giờ là bao nhiêu?
Ban đầu P1V1 = n1RT1 = m1RT1/M suy ra: 762.5250 = 10.62400.(25+273,15)/M nên M1 = 46,5 Sau khi thêm: P2V1 = n2RT2 = m2RT1/Msuy ra: P2.5250 = (10+2,5).62400.(62+273,15)/46,5
Suy ra P2 = 1070,83 mmHg
Câu 5: 35,8 gam khí O2 được chứa trong bình có thể tích 12,8 lít ở 46oC Tính áp suất khí trong bình?
PV = nRT nên: P.12800 = (35,8/32).62400.(46+273,15) suy ra P = 1740,6 mmHg
Câu 6: 2,65 gam một khí CFC có thể tích 428 mL, áp suất 742 mmHg ở 24,3oC Phần trăm khối lượng các nguyên tố trong CFC gồm: 15,5 %C, 23,0 %Cl, 61,5 %F.Hãy xác định công thức phân tử của khí?
PV = nRT = (m/M).RT nên 742.428 = (2,65/M).62400.(24,3+273,15)
Suy ra M = 154,88
Nên: mC = 154,88*0,155 = 24
mCl = 154,88*0,23 = 35,6
mF = 154,88*0,615 = 95,3
CxClyFz với x:y:z=(24/12):(35,6:35,5):(95,3:19)=2:1:5
Vậy khí đó có CTPT là C2ClF5
Câu 7: Trong các khí sau, khí nào có khối lượng riêng lớn nhất ở điều kiện tiêu chuẩn: Cl2, SO2,
N2O, ClF3?
cuu duong than cong com
Trang 2Chọn 1 mol chất khí ở đktc với 22,4 lít:
m (Cl2) = 71 (g)
m (SO2) = 64 (g)
m (N2O) = 44 (g)
m (ClF3) = 92,5 (g)
Mà d = m/V do vậy ClF3có khối lượng riêng lớn nhất
Câu 8: Một bình khí chứa N2 với khối lượng riêng của chất khí là 1,8 g/L ở 32oC Tính áp suất khí theo mmHg?
PV = nRT = mRT/M suy ra:
P = mRT/(M.V) = D.RT/M = 1,8.10-3.62400.(32+273,15)/28 = 1224 mmHg
Câu 9: Khối lượng riêng của hơi phosphor ở 310oC, 775 mmHg là 2.64 g/L Xác định công thức phân tử của P ở điều kiện trên?
Nên: 775 = 2,64.10-3.62400.(310+273,15)/M suy ra M = 123,96 nên phosphor có công thức P4
Câu 10: Một bình khí có thể tích 53,7 lít chứa N2 ở 28,2 atm và 26oC Phải thêm vào bình bao nhiêu gam khí Ne để áp suất khí trong bình tăng lên thành 75,0 atm?
Ban đầu: PV = n1RT suy ra số mol nito là
n1 = PV/(RT) = 28,2*53,7/(0,082*(26+273,15)) = 61,733 (mol)
Ptổng = ntổng.RT/V = (n1 + nNe)RT/V nên
75 = (61,733 + nNe)*0,082.(273,15+26)/53,7 suy ra nNe = 102,45 mol tương ứng 1024,5 gam Ne
Câu 11: Trong một bình có thể tích 2,24 lít ở 0oC có chứa 1,6 gam oxy Làm thế nào để áp suất khí trong bình thành 2 atm?
Gọi nthêm = nx
Lúc đó: a) nx = + 1,6/32 = 0,05 mol O2
b) nx = - 0,025 mol O2
c) nx = 0,51 mol
d) nx= 0,15 mol
ta có ban đầu: P1 = n1.RT/V = (1,6/32)*0,082*273,15/2,24 = 0,5 atm
P2 = Ptổng – P1 = 2 – 0,5 = 1,5 atm
Px = nx.RT/V hay 1,5 = nx*0,082*.273,15/2,24 suy ra nx = 0,15 mol phù hợp với d) Thêm 0,6 gam
He
Câu 12: Nếu 0,00484 mol N2O khuếch tán ra khỏi miệng bình trong 100 phút Hỏi bao nhiêu gam
Áp dụng:
cuu duong than cong com
Trang 3Ta có 2 2
N O NO
NO N O
2
NO
n = suy ra nNO2 = 0,00473 tương ứng 0,2177 gam NO2
Câu 13: Tính tỉ lệ của vận tốc khuếch tán của N2đối với O2, của 14
Áp dụng:
Tỉ lệ của vận tốc khuếch tán của N2đối với O2 = (MO2/MN2)1/2 = (32/28)1/2 = 1,069
Tỉ lệ của vận tốc khuếch tán của 14
CO2 đối với 12
CO2 = (44/46)1/2 = 0,0978
Câu 14: Biết nhiệt hóa hơi của nước lỏng ở 25oC là 44 kJ/mol Tính áp suất hơi của nước lỏng ở
Áp dụng:
P R T T thay số p1 = 1 atm, vào ta được: p2 = 1,78 atm
Câu 15: Nhiệt độ sôi của các chất N2, O2, Cl2, ClNO, CCl4 lần lượt là 77.3; 90.19; 239.1; 266.7; 349.9 K Giải thích sự thay đổi nhiệt độ sôi của các chất trên
Khối lượng phân tử tăng dần
Câu 16: Một bình thủy tinh có thể tích 132,10 mL, cân nặng 56,1035 gam khi hút chân không
là 56,2445 gam Tìm khối lượng mol của hydrocarbon trên?
PV = nRT hay n = PV/(RT) = 749,3*132,1/(293,15*62400) = 5,41.10-3 mol
M = (56,2445 – 56,1035)/(5,41.10-3) = 26
Vậy hydrocarbon là C2H2
Câu 17: Áp suất hơi của methyl alcohol (CH3OH) là 40 mmHg ở 5oC, nhiệt hóa hơi của nó là 38,0 kJ/mol Hỏi methyl alcohol sôi ở nhiệt độ nào?
Áp dụng:
P R T T thay số p1 = 40 mmHg, p2= 760 mmHg, vào ta được:
T2 = 338,87 K hay 65,72oC
Câu 18: Thế nào là trạng thái tinh thể? Trạng thái vô định hình? Nêu các tính chất vật lý khác nhau giữa hai loại này
Trạng thái rắn của vật chất còn gọi là trạng thái ngưng kết Ở trạng thái rắn, các cấu tử tạo nên các chất sắp xếp khá trật tự Nếu trật tự đó mang tính lặp lại trong một khoảng không gian đủ lớn, người ta nói chất rắn là chất rắn tinh thể Nếu trật tự chỉ giới hạn trong khoảng không gian hẹp thì ta có chất rắn vô định hình Về mặt năng lượng, trạng thái rắn tinh thể luôn bền hơn trạng thái vô định hình
Tinh thể có nhiệt độ nóng chảy xác định còn chất rắn vô định hình thì không
cuu duong than cong com
Trang 4Câu 19: Đồng kim loại có cấu trúc mạng tinh thể lập phương tâm diện (ccp) Bán kính nguyên tử
Cu là 128 pm
b) Có bao nhiêu nguyên tử Cu thuộc về mỗi ô mạng cơ sở?
a) Xét mặt lập phương ABCD ta có: AC = a 2 = 4 × rCu
a =
0 Cu
b) Theo hình vẽ, số nguyên tử Cu là:
− Ở tám đỉnh lập phương = 8 ×1
8 = 1
− Ở 6 mặt lập phương = 6 ×1
2 = 3
Vậy tổng số nguyên tử Cu chứa trong tế bào sơ đẳng = 1 + 3 = 4 (nguyên tử)
c) Khối lượng riêng:
+ 1 mol Cu = 64 gam
+ Thể tích của 1 tế bào cơ sở = a3
chứa 4 nguyên tử Cu + 1 mol Cu có NA = 6,02 ×1023 nguyên tử
Khối lượng riêng:
d = m
6,02 10× ×(3,63 10 )× − = 8,88 g/cm
3
Câu 20: Tungsten kim loại kết tinh trong mạng lập phương tâm khối với bán kính nguyên tử là 139
pm Tính khối lượng riêng của tungsten?
2 3 a a a
= 4r
Số nguyên tử trong ô mạng cơ sở là: 1 +4.1/4 = 2 nguyên tử
3
4r 3
= 64r
3
/3 cuu duong than cong com
Trang 51 mol tungsten nặng 183,84 gam ứng với 6,023.1023 nguyên tử.
Khối lượng riêng:
3
3
3 2
10
4
21, 31 (g/cm ) 64
(139.10 ) 3
183,84
6, 023.10
tb
m D
Câu 21: Bạc Clorua có cấu trúc tinh thể dạng lập phương tâm mặt (Hình 1) Ô mạng cơ sở của
cơ sở của AgCl có cạnh bằng 5,549 Å (Cho Ag=107,86; Cl=35,45)
Hình 1: Cấu trúc của AgCl
Số nguyên tử Cl: 6.*1/2 + 8*1/8 = 4
Số nguyên tử Ag: 1 + 12*1/4 = 4
Vậy có 4 phân tử AgCl
1 mol AgCl nặng 143,5 ứng với 6,023.1023
phân tử AgCl
8 3
4
5, 57 (g/cm ) (
143, 31 6, 10 )
023.10
5, 549
tb
m D
Câu 22: Giản đồ pha của CO2được trình bày trong Hình 2
C (trong khi giữ nguyên áp suất 6 atm)
suất thường
cuu duong than cong com
Trang 6Hình 2: Giản đồ pha của CO2
a) Thể khí
b) Ban đầu là thể khí, sau đó khi giảm đến lỏng và khi gần đến -56,4 sẽ hóa rắn
c) Dựa vào giản đồ pha ta thấy:
Trong giản đồ pha của CO2 ta thấy điểm ứng với 25oC và 1 atm rơi vào vùng khí (gas), vậy CO2 ở
trạng thái khí trong điều kiện này.Có ba đường phân cách giữa các vùng, đó là các đường cân
bằng giữa hai pha: rắn – lỏng, rắn – hơi (OB), và lỏng – hơi (OC) Khi CO2 có áp suất và nhiệt
độ đúng trên
các đường này, sẽ có hai pha đồng thời tồn tại Ví dụ, ở -78.5o
C, 1 atm, CO2tồn tại đồng thời cả hai pha rắn và hơi Trên giản đồ pha có hai điểm đặc biệt, điểm O và điểm C Điểm O là điểm ba,
là điểm ứng với sự tồn tại đồng thời cả ba pha rắn, lỏng, và khí Đối với CO2, điểm ba ứng với nhiệt độ -56.7o
C và áp suất 5.1 atm Khi lệch ra khỏi nhiệt độ và áp suất này, CO2không còn
tồn tại đồng thời ba pha nữa Ở trên nhiệt độ và áp suất tới hạn, không có bề mặt phân cách giữa pha lỏng và pha khí, trạng thái này của vật chất thường được gọi là chất lỏng siêu tới hạn (supercritical fluid, viết tắt là SCF)
Câu 23: Giữa các phân tử HF và phân tử nước có thể tạo thành các liên kết hydrogen theo kiểu nào? Vẽ hình biểu diễn các liên kết đó
H
F O
H
H
H
O H
F H
O
H H
H O H
H
F H F
Câu 24: So sánh nhiệt độ nóng chảy của CaO và KI Giải thích
Nhiệt độ nóng chảy của CaO là 2570o
C và KI là 682
Do liên kết trong KI có một phần tính cộng hóa trị
Hoặc dựa vào biểu thức năng lượng mạng tinh thể
cuu duong than cong com
Trang 7Câu 25: Xếp các chất sau theo chiều nhiệt độ nóng chảy tăng dần vào giải thích: H2O, SO2, SiO2,
O2
O2(-218,8 °C)< SO2(-72 °C) < H2O (0oC)< SiO2(1.600 °C)
Dựa vào phân tử lượng, liên kết hydro và kiểu mạng tinh thể
Câu 26: Sắp xếp các chất trong mỗi dãy sau theo trật tự nhiệt độ sôi tăng dần và giải thích:
a) C5H12, C4H9OH, C5H11OH
b) F2, Cl2, Br2, I2
c) HF, HCl, HBr, HI
a) C5H12< C4H9OH < C5H11OH (khi giải thích ưu tiên liên kết hydro trước và khối lượng phân tử sau)
b) F2< Cl2< Br2< I2
c) HCl < HBr < HI< HF Từ HCl đến HBr, nhiệt độ sôi tăng theo khối lượng phân tử, còn HF có sự trùng hợp nhờ liên kết hydro
Câu 27: Nhiệt độ sôi và phân tử lượng của các chất như sau:
độ sối cao hơn?
b) Tại sao nhiệt độ sôi của (C) cao hơn của (B)?
a) Nguyên nhân: do (B), (C) co 1 liên kết hydro liên phân tử
b) do (C) có khối lượng lớn hơn, đồng thời trong acid có tới 2 nguyên tử O có thể tham gia liên kết hydro
Câu 28: Chất khí nào dễ hóa lỏng nhất trong các khí sau: CH4, CO2, F2, NH3? Tại sao?
CH4 (-161,5 °C), CO2 (-78 °C), F2 (-188,1 °C)
NH3(-33,34 °C)do dễ dàng tạo liên kết hydrogen liên phân tử, các phân tử dễ chuyển về trạng thái gần nhau hơn
N
H
H N H
H
Câu 29: Chất nào trong các dãy sau tan nhiều trong nước nhất? tại sao?
a) NH3tan tốt nhất Nguyên nhân: C2H6, C2H2 khôngtạo liên kết hydro rất yếu với nước, H2Stạo liên kết hydrorất yếu (đối với hydrocarbon hầu như không thể tạo được)
cuu duong than cong com
Trang 8b) CH3OH tan tốt nhất Còn CH3Cl, CH3OCH3 không tạo liên kết hydro với nước
Câu 30: Các hợp chất liên kết cộng hóa trị có cấu trúc mạng tinh thể và nhiệt độ nóng chảy thế
Tham khảo trang 193
Liên kết giữa các nguyên tử trong toàn bộ mạng tinh thể là liên kết cộng hóa trị, do đó mạng nguyên tử còn được gọi là mạng cộng hóa trị, hay mạng phối trí Vì liên kết cộng hóa trị là liên kết m ạnh, kết nối trong toàn bộ mạng tinh thể nguyên tử nên các chất kết tinh trong mạng tinh thể nguyên tử là các chất rắn, cứng, và có nhiệt độ nóng chảy cao Nhiệt độ nóng chảy của các chất kết tinh trong mạng tinh thể nguyên tử cao không kém gì các hợp chất ion
CO2cấu trúc mạng phân tử:
SiO2có cấu trúc như sau:
CO2 có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn do CO2 không định hướng và nằm ở các nút mạng
Còn SiO2 có các nguyên tử Si trong tinh thể thạch anh lai hóa sp3, mỗi nguyên tử Si liên kết cộng hóa trị với bốn nguyên tử O kế cận tạo nên các đơn vị SiO4 dạng tứ diện Mỗi đơn vị tứ diện SiO4 nối với bốn đơn vị tứ diện lân cận bằng cách sử dụng chung các nguyên tử O ở đỉnh tứ diện, tạo nên mạng không gian SiO2; trong đó tất cả các nguyên tử Si và O liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị Liên kết cộng hóa trị là liên kết m ạnh, do đó thạch anh cứng vàcó nhiệt nóng chảy rất cao
2 DUNG DỊCH
Câu 1: Một dung dịch ethanol – nước được pha bằng cách hòa tan 10,00 mL ethanol (CH3CH2OH)
có
nồng độ của ethanol theo các giá trị: tỷ lệ % thể tích, nồng độ %, phân mol (tỷ lệ mol), nồng độ mol, nồng độ molan Lưu ý nêu các giả định cần thiết (nếu có) cho các tính toán này
mEtOH = 10*0,789 = 7,89 (gam)
mnước = 100*0,982 – 7,89 = 90,31 (gam)
cuu duong than cong com
Trang 9Phần trăm thể tích %(VEtOH/Vdd) = (10/100)*100% = 10%
Nồng độ phần trăm: C(%) =
d ct d
m
m 100% = [(7,89)/(100*0,9982)]*100% = 8,03%
Phân mol:
7,89
= +
Nồng độ mol = n/V = (7,89/46)/0,1 = 1,72 mol/l
Nồng độ molan: (7,89/46)*1000/90,31 = 1,9
Câu 2: 11,3 mL methanol lỏng được hòa tan vào nước để tạo ra 75,0 mL dung dịch với khối lượng riêng 0,980 g/mL Tính phân mol, nồng độ mol và nồng độ molan của dung dịch Lưu ý nêu các giả định cần thiết (nếu có) cho các tính toán này
Khối lượng riêng của MeOH là 0,792 g/mL
mMeOH =11,3*0,792 = 8,9496 (gam)
mnước = 75*0,98 – 8,9496 = 64,5504 (gam)
Tương tự câu 1 ta có:
Phân mol của EtOH: 0,0723
Nồng độ mol: 3,729
Nồng đô molan: 4,33
Câu 3: Trong các trường hợp sau, trường hợp nào tạo ra dung dịch lý tưởng, gần lý tưởng, không
lý tưởng hoặc không thể tạo ra dung dịch Giải thích
a) dd gần lý tưởng
b) dd lý tưởng
c) không thể tạo dd
Câu 4: Tinh thể I2rắn tan trong dung môi nào: nước hay CCl4 Giải thích
CCl4 Vì I2không phân cực nên dễ tan trong dung môi không phân cực CCl4
Câu 5: Một dung dịch được điều chế bằng cách hòa tan 95 g NH4Cl trong 200 g H2O ở 60o
C
a) Dung dịch ban đầu với 95 g NH4Cl trong 200 g H2O ở 60oC ứng với (47,5 g/100g H2O) nên dung dịch này tan hoàn toàn
Tại 20oC thì khối lượng muối có thể tan trong 200 gam nước là: 38*2 = 76 (gam)
Vậy khối lượng muối kết tinh lại là: 95 – 76 = 19 gam
b) Đuổi bớt hơi nước hay hạ nhiệt độ
Câu 6: Ở 0oC và áp suất riêng phần của oxy là 1 atm, độ tan của O2 trong nước là 2,18 × 10-3
mol
cuu duong than cong com
Trang 10Định luật Henry: A
A
C
-3
×0,2095 /1= 4,5671.10-4 (mol/L)
Câu 7: Độ tan của N2 trong máu tại nhiệt độ 37o
có trong máu
Áp dụng định luật Henrry ta có: 6,2 × 10-4
×2,5×0,78 = 1,209.10-3 (M)
Câu 8: Áp suất hơi của benzene và toluene ở 25oC lần lượt là 95,1 và 28,4 mmHg Từ hai chất này, người ta pha một dung dịch với phân mol của benzene là 0,4 Tính áp suất riêng phần của từng chất lỏng và áp suất hơi tổng cộng của dung dịch
Phân mol benzene là 0,4 suy ra của toluene là 0,6
Áp suất tổng: 95,1 + 28,4 = 123,5
Áp suất riêng phần của toluene: 0,6*123,5 = 74,1
Áp suất riêng phần của benzene: 123,5 - 74,1 = 49,4
Câu 9: Tính áp suất thẩm thấu của dung dịch sucrose C12H22O11có nồng độ 0,0010 M ở 25o
C
Câu 10: Biết 50 mL dung dịch huyết thanh chứa 1,08 g albumin Dung dịch này có áp suất thẩm thấu là 5,85 mmHg ở 298K Tính khối lượng mol của albumin
π = C.R.T hay 5,85 = C.62400.298 suy ra C = 3,146.10-7
mol/ml Suy ra số mol albumin: 3,146.10-7
*50 = 1,573.10-5 mol Khối lượng mol 1,08/(1,573.10-5
) = 68659,2
Câu 11: Tính áp suất thẩm thấu của dung dịch MgCl2có nồng độ 0,0530 M ở 25o
C
π = C.R.T = 0,0530*0,082*298 = 1,295 atm
Câu 12: Hòa tan 1,20 g một hợp chất cộng hóa trị vào 50 g benzen Nhiệt độ đông đặc của dung
∆tl = Kđ.C hay (5,48 – 4,92) = 5,12.C suy ra C = 0,109375 molar (hay mol/1000 gam benzene)
Suy ra trong 50 gam benzene chứa: 0,109375*50/1000 = 5,46875*10-3
mol Vậy M = 1,2/(5,46875*10-3
) = 219,4
Câu 13: Nicotine, hợp chất chiết xuất từ lá cây thuốc lá, là một chất lỏng có thể hòa tan hoàn toàn
C
C
b Nếu dung dịch trên thu được bằng cách hòa tan 1,921 g nicotine vào 48,92 g nước, hãy tính khối lượng mol của nicotine
a) Áp dụng: ∆tl = Kđ.C hay (0-(-0,45)) = 1,86*C suy ra C = 0,241 molan
b) Số mol nicotine trong 48,92 gam nước: 0,241*48,92/1000 = 0,01184 mol
Vậy khối lượng mol của nicotine: 1,921/0,01184 = 162,3
Câu 14: Tính nhiệt độ đông đặc của dung dịch MgCl2 với nồng độ molan là 0,00145 m Biết hằng
C.m-1
∆tl = Kđ.C hay (0 – T) = 0,00145*1,86 suy ra T = - 2,697.10-3oC = 0,00269 oC
cuu duong than cong com
