Hóa lý là môn khoa học nghiên cứu về các hiện tượng vĩ mô và hạt trong các hệ thống hóa học về các nguyên tắc, thực tiễn và các khái niệm vật lý như chuyển động, năng lượng, lực, thời gian, nhiệt động lực học, hóa học lượng tử, cơ học thống kê, động lực học phân tích và cân bằng hóa học.
Trang 1BÀI TẬP HÓA LÝ CHƯƠNG 1-3
1 Thời gian bán hủy của phản ứng phân hủy 14 C là 5700 năm Người ta xác định
lượng 14 C trong một mẫu vật còn 18% so với mẫu nguyên thủy, xác định “tuổi”
của mẫu vật trên
Giã sử phản ứng bậc 1
t1/2=0,693/k→k=1,215789474.10-4(năm-1)
ln(a/a-x)=kt→ln(100/18)=kt→t=14104,4(năm)
2 Giả sử có phản ứng bậc 1: N 2 O 5 NO 2 + NO 3 có hằng số k = 0,076 s -1 tại một
nhiệt độ xác định
a Tính tốc độ phản ứng khi [N 2 O 5 ] = 0,035 M
b Nếu phản ứng là bậc 2, bậc 0, tốc độ phản ứng là bao nhiêu nếu xem như k
không đổi
a)v1=k.[A]=2,66.10-3(M/s)
b)-Bâc2:v2=k(a-x)2=9,31.10-5(M/s)
-Bậc 0: v0=k=0,076 s -1
3 Chu kỳ bán hủy của N2 O 5 là 2,05.10 4 giây ở 25 o C Tính hằng số tốc độ phản ứng
và thời gian cần thiết để phản ứng hết 70% lượng chất ban đầu ở 35 o C nếu phản
ứng là bậc 1 và năng lượng hoạt hóa của phản ứng là 103kJ/mol
t1/2=0,693/k1→k1=3,38.10-5(s-1)
ln(k2/k1)=Ea/R.(1/T1-1/T2)→k2=1,3.10-4(s-1)
ln(a/a-x)=k2t→ln(100/30)=k2t→t=9261(s)
4 Ở 378 o C, chu kỳ bán hủy của phản ứng bậc nhất là 363 phút Tính thời gian để
phản ứng hết 35% lượng ban đầu ở 400 o C, biết năng lượng hoạt hóa của phản
ứnglà21,8kJ.mol -1
t1/2=0,693/k1→k1=0,002(phút-1)
ln(k2/k1)=Ea/R.(1/T1-1/T2)→k2=2,28.10-3(phút-1)
ln(a/a-x)=k2t→ln(100/65)=k2t→t=197,6(phút)
5 Cho phản ứng hóa học sau: 2N 2 O 5 4NO 2 + O 2
Xác định tốc độ phản ứng tạo thành NO 2 và tạo thành O 2 khi tốc độ phản ứng
phângiảiN 2 O 5 là4,2.10-7M/s
Phản ứng phức tạp:
Trang 2Gồm 2 giai đoạ
Ta có: v=k.[N2o5] Chưa giải
6 Cho phản ứng A + B C có bậc động học đối với từng tác chất là 1 với k = 0,01 mol.l -1 s -1 Nồng độ ban đầu của từng tác chất là 0,65 M Tính nồng độ của A mất
đi sau 1 phút 45 giây
(1/a-x) -(1/a)=kt→x=0,26367(M)→Nồng độ mất đi =a-x=0,38633(M)
7 Cho các số liệu thực nghiệm của phản ứng 2NO + 2 H 2 N 2 + 2H 2 O
Nồng độ NO (M) Nồng độ H 2 (M) Vận tốc phản ứng (M s -1 )
0,1 0,1 0,2
0,1 0,2 0,1
1,23.10 -3 2,46.10 -3 4,92.10 -3
a Xác định bậc của phản ứng
b Xác định hằng số tốc độ phản ứng
Ta có: v=k.[NO]n.[H2]m
v1=k.(0,1)n.(0,1)m
v2=k.(0,1)n.(0,2)m
v3=k.(0,2)n.(0,1)m
v2/v1→m=1
v3/v1→n=2
a)Bậc của phản ứng là 3
b)1,23.10-3=k.(0,1)2.(0,1)→k=1,23(1/M2s)
M/s=a.M2.M→a=M2/s
8 Cho phản ứng A + B C có bậc động học đối với từng tác chất là 1 Nồng độ ban đầu của từng tác chất là 0,5M Tính nồng độ còn lại của A sau 55 giây nếu biết hằng số tốc độ phản ứng k = 5.10 -3 mol -1 l.s -1
(1/a-x) -(1/a)=kt→x=0,0604(M)→Nồng độ mất đi =a-x=0,4396(M)
9 Cho phản ứng sau: A + B C Tiến hành 3 thí nghiệm ở 25 o C với nồng độ ban đầu của tác chất khác nhau, có kết quả sau:
Thí nghiệm Nồng độ ban đầu của tác chất (mol/L) Vận tốc tức thời x 10
-5 (mol/L.s)
1
2
0,1 0,1
0,1 0,2
4
4
Trang 33 0,2 0,1 16
a Xác định bậc tổng quát của phản ứng
b Viết biểu thức định luật tác dụng khối lượng
c Xác định hằng số tốc độ phản ứng ở 25 o C
d Tính vận tốc phản ứng khi nồng độ chất A là 0,05M và nồng độ chất B là 0,1M
Ta có: v=k.[A]n.[B]m
v1=k.(0,1)n.(0,1)m
v2=k.(0,1)n.(0,2)m
v3=k.(0,2)n.(0,1)m
v2/v1→m=0
v3/v1→n=2
a)Bậc phản ứng là 2
b)v=k.[A]2
c) v1=k.0,12→k=0,004(L2/mol2.s)
d)v=k.[A]2=10-5(mol/Ls)
10 Cho các giá trị thực nghiệm của phản ứng sau:
S 2 O 8 + 3I - 2SO 4 2- + I 3 -
Thí nghiệm [S2O8] [I - ] Tốc độ đầu (M/s)
1
2
3
0,10 0,05 0,10
0,044 0,044 0,022
4,4.10 -4 2,2.10 -4 2,2.10 -4 Xác định:
a Phương trình động học của phản ứng
b Hằng số tốc độ phản ứng
c Tốc độ phản ứng khi [S2O8] = 0,8M và [I - ] = 0,05M
Ta có: v=k.[S2O8]n.[I-]m
v1=k.(0,1)n.(0,044)m
v2=k.(0,05)n.(0,044)m
v3=k.(0,1)n.(0,022)m
v2/v1→n=1
v3/v1→m=1
a)v=k.[S2O8].[I-]v=k.[A].[B]
Trang 4b)k=0,1(M/s)
c)v=k.[S2O8].[I-]=4.10-3(M/s)
11 Cho phản ứng bậc 1 : 2N 2 O 5 4NO 2 + O 2 có hằng số k 1 = 5,1.10 -4 s -1 tại nhiệt độ
25 o C và năng lượng hoạt hóa là 103kJ/mol Biết nồng độ đầu của [N 2 O 5 ] = 0,45
M
a Tính nồng độ còn lại của sau khi phản ứng hết 2 phút 15 giây tại nhiệt độ
28 o C?
b Sau bao lâu nồng độ N 2 O 5 giảm từ 0,45M thành 0,25M nếu phản ứng xảy ra ở nhiệt độ 28 o C ?
c Sau bao lâu nồng độ N 2 O 5 giảm từ 0,45M thành 0,25M nếu phản ứng xảy ra ở nhiệt độ 35 o C ?
a) ln(k2/k1)=Ea/R.(1/T1-1/T2)→k2=7,7.10-4(s-1)
ln(a/a-x)=k2t→x=0,044(M)→Nồng độ còn lại =0,45-0,044=0,406(M)
b)a-x=0,25→x=0,2(M)
ln(k3/k1)=Ea/R.(1/T1-1/T3)→k3=7,7.10-4(s-1)
ln(a/a-x)=k3t→t=763,36(s)
c)a-x=0,25→x=0,2(M)
ln(k4/k1)=Ea/R.(1/T1-1/T4)→k4=2.10-3(s-1)
ln(a/a-x)=k4t→t=293,89(s)
12 Ở 20 o C, một phản ứng kết thúc sau 123 giây và ở 40 o C, sau 40 giây Tính năng lượng hoạt hóa của phản ứng
ln(t1/t2)=Ea/R.(1/T1-1/T2)→Ea=42,824kJ/mol
13 Một phản ứng bậc 2 có k 800oC = 5.10 -3 mol -1 l.s -1 và k 875oC = 7.10 -3 mol -1 l.s -1
Tính năng lượng hoạt hóa của phản ứng
ln(k2/k1)=Ea/R.(1/T1-1/T2)→Ea=45,95kJ/mol
14 Cho các giá trị thực nghiệm của phản ứng sau: N 2 O 5 (k) NO 3 (k) + NO 2 (k)
Thời gian
(s)
[N2O5] (M) Thời gian (s) [N2O5] (M)
0
25
50
75
1 0,882 0,677 0,557
100
125
150
175
0,458 0,377 0,310 0,255
a Xác định bậc phản ứng và hằng số tốc độ phản ứng
Trang 5b Dự đoán nồng độ N 2 O 5 ở 250 giây
a) Ta có:
15 Phản ứng thủy phân CH 3 Cl là phản ứng bậc 1 Ở 20 o C, phản ứng có hằng số tốc
độ là 3,32.10 -10 s -1 và năng lượng hoạt hóa của phản ứng là 116kJ/mol
Tính chu kỳ bán hủy của phản ứng ở 31 o C
Ta có: ln(k2/k1)=Ea/R.(1/T1-1/T2)→k2=1,86.10-9(s-1)
t1/2=0,693/k2=372580645,2(s)
16 Một phản ứng có k1 = 1,22.10 -4 s -1 ở 27 o C và k2 = 1,98.10 -5 s -1 ở 17 o C.
Xác định năng lượng hoạt hóa của phản ứng và hằng số tốc độ phản ứng ở 50 o C
Ta có: ln(k2/k1)=Ea/R.(1/T1-1/T2)→Ea=131,5kJ/mol
ln(k3/k1)=Ea/R.(1/T1-1/T3)→k3=5,2.10-3(s-1)
17 Năng lượng hoạt hóa của phản ứng phân giải H 2 O 2 75,3 kJ/mol Nếu một chất xúc tác làm gia tăng tốc độ phản ứng lên 300 lần , năng lượng hoạt hóa của phản ứng giảm bao nhiêu? (Giả sử hằng số A không đổi và nhiệt độ phản ứng ở 25 o C )
Ta có: v2=300v1
ln(v1)=-Ea1/RT+lnA→lnA=ln(v1)+Ea1/RT
ln(v2)=-Ea2/RT+lnA=-Ea2/RT+ln(v1)+Ea1/RT
→ln(v2/v1)=(Ea1-Ea2)/RT→Ea2=61,17kJ/mol
→Năng lượng hoạt hóa của phản ứng giảm 14,13 kJ/mol
18 Ở 55 o C , một phản ứng không có xúc tác kết thúc sau 1 giờ 40 phút , khi có
xúc tác , phản ứng kết thúc sau 36 giây Hỏi chất xúc tác đã làm thay đổi năng lượng hoạt hóa như thế nào?
Ta có:
ln(1/t1)=-Ea1/RT+lnA→lnA=ln(1/t1)+Ea1/RT
ln(1/t2)=-Ea2/RT+lnA=-Ea2/RT+ln(1/t1)+Ea1/RT
ln(t1/t2)=(Ea1-Ea2)/RT→Ea1-Ea2=2,79kJ/mol
→Năng lượng hoạt hóa của phản ứng không có xúc tác cao hơn khi có xúc tác 2,79kJ/mol
19 Khi xử lý nước lựu ép ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau, nồng độ vitamin C (mg/100ml) giảm dần theo thời gian Kết quả thể hiện ở bảng sau:
Thời gian
(phút)
Xử lý ở 70 o C Xử lý ở 80 o C Xử lý ở 90 o C
15 0,173 0,158 0,116
Trang 630
45
60
75
90
0,166 0,158 0,152 0,145 0,038
0,15 0,142 0,135 0,129 0,122
0,108 0,103 0,091 0,09 0,087
a Tính hằng số tốc độ phản ứng phân hủy vitamin C ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau, biết nồng độ ban đầu là 0,198mg/100ml Sự phân hủy xảy ra theo qui luật của phản ứng bậc 1
b Tính năng lượng hoạt hóa của phản ứng
20 Một phản ứng enzyme xúc tác có các thông số nồng độ tác chất và tốc độ phản ứng được cho ở bảng sau:
[S]
(M)
0,98 1,95 3,91 7,81 15,63 31,25 62,50 125 250
Vận
tốc
(M/s)
10 12 28 40 55 75 85 90 97
a Vẽ đồ thị mô tả tương quan giữa vận tốc phản ứng và nồng độ cơ chất (Đồ thị phương trình Mischaelis-Menten)
b Xác định giá trị K m và V max của phản ứng