Bài tập hóa học đại cương

Tìm hiểu và phân tích quá trình sự phá hủy cọc thép chôn vùi trong nền đất, phương pháp bảo vệ.Nhìn chung mọi quá trình ăn mòn kim loại trong đất hầu hết xảy ra theo cơ chế điện hóa, khi ta chôn cọc thép xuống đất, thì sẽ xảy ra quá trình ăn mòn, quá trình này diễn ra lâu dài trong các tế bào của thép ,ăn mòn đầu tiên xảy ra trên bề

BÀI KIỂM TRA: HÓA HỌC ĐẠI CƯƠNG

Phần 1:

Trình bày 3 phương pháp chống ăn mòn:

1 Cột thép chôn trong nền đất

2 Cột thép ngâm trong nước biển

Trả lời:

1 Ba phương pháp chống ăn mòn: cột thép chôn trong nền đất.

a Phương pháp thứ 1:

Ta có thể thực hiện qua:

- Thêm các hóa chất vào trong đất để làm thay đỏi tính chất ăn mòn hoặc tạo ra màng bảo vệ trên khắp bề mặt cốt thép

- Thay đất ăn mòn xung quanh cột thép bằng những vật liệu khác đất có khả năng chống ăn mòn

- Thay bằng cát có chứa cacbonat canxi hoặc cát trung tính

b Phương pháp thứ 2:

Bao phủ bề mặt cột thép bằng lớp cách và bảo vệ điện hóa

Ở phương pháp này ta sử dụng các vật liệu hữu cơ, xi măng và ngay cả kim loại bảo vệ

- Vật liệu hữu cơ: quét bao phủ lớp bitum, chất dẻo như polistiren, PVC,…

- Xi măng: những lớp bao phủ bằng xi măng hay bê tông có chiều dày từ 2- 5 cm, những lớp này phải đặc xít

- Vật liệu bảo vệ kim loại: thông thường ta dùng kẽm để bảo vệ

c Phương pháp thứ 3:

Bảo vệ bằng phương pháp điện hóa

Đặc biệt có hiệu quả nhất trong việc bảo vệ ống thép là phương pháp kết hợp bao phủ đường ống bằng bitum và bảo vệ catot

2 Ba phương pháp chống ăn mòn: cột thép ngâm trong nước biển.

+) Ống thép ngâm trong nước biển thì không những bị ăn mòn do nước biển

mà còn do bám bẩn của các sinh vật phù du (như con hà…) gây ra

Cho nên chúng ta cần quét lớp sơn chống gi xung quanh bề mặt ống thép Sơn chống gỉ này luôn luôn có chúa các chất độc để chống bám phủ của những sinh vật phù điện phân như chất bột đồng oxit, bột đồng kim loại arsenit đồng, cacbonat bazơ đồng, calomen,…

+) Phương pháp thứ 2: Ta phủ lên bề mặt ống thép một lớp kẽm dày để bảo

vệ

+) Phương pháp thứ 3: Sử dụng liên hợp quét sơn chống gỉ lên bề mặt kim

loại và bảo vệ catot có dòng hoặc phương pháp bảo vệ catot không dòng

Phần 2: Bài tập

Bài 1: Tính biến thiên Entanpi tự do của quá trình trộn nA mol khí A và n B

khí B Biết rằng ở nhiệt độ và thể tích lúc ban đầu bằng nhau A, B là khí lí tưởng Trong quá trình trộn giữ cho nhiệt độ không đổi Áp dụng với A là H2

có nA = 2 mol và B là N2 có nB = 1 mol và nhiệt độ bằng 27oC

Giải:

a Theo giải thiết: lúc ban đầu hai khí A, B đều có T, V bằng nhau

Gọi thể tích lúc ban đầu của hai khí là: V1 = VA = VB

Sau khi trộn ta có: Vchung = V2 = VA + VB = 2VA = 2VB

Hàm entanpi là hàm trạng thái khuếch độ nên có tính chất cộng tính, vì vậy biến thiên entanpi tự do của sự trộn lẫn hai khí bằng tổng biến thiên tự do của mỗi khí

Ta có:

∆GA = ∆HA – T ∆SA

Vì T = const => ∆HA = 0

⇒ ∆GA = -T ∆SA = -T.nA.R.ln

V

A

B

A+

= -T.nA.R.ln

V VA A

2

= -T.nA.R.ln2

Tương tự ta có:

∆GB =∆HB –T ∆SB

T = const ⇒ ∆HB = 0

⇒ ∆GB = -T ∆SB = -T.nB.R.ln

V

B

B

A+

= -T.nB.R.ln

V VB B

2

= -T.nB.R.ln2

∆G = ∆GA+ ∆GB

= (-T.nA.R.ln2) + (-T.nB.R.ln2)

= -T.R.( nA+ nB).ln2

b Áp dụng:

Với A là H2 có nH2= 2 mol

B là N2 có nN =1 mol

T = 27 + 273 = 300K

⇒ biến thiên entanpi tự do của quá trình trộn lẫn là:

∆G = -T.R.( nH2+nN2).ln2

= -300 8,314 (2+1) ln2

= - 5187 J

Vậy biến thiên entanpi tự do của quá trình trộn lẫn hai khí N2 và H2 là

∆G = - 5187 J

Bài 2: Ở 150oC một phản ứng thực hiện xong trong 16 phút Nếu ở nhiệt độ

200oC và 80oC thì phản ứng đó sẽ được thực hiện trong bao lâu Cho hệ số phản ứng là 2,5

Giải:

+) Thời gian để phản ứng được thực hiện xong nếu ở nhiệt dội là 2100oC là: Theo qui tắc Vanhoff ta có:

V2 = V1

10

1

2 t

−

×

γ

⇒

V

V

1

2 =

10

1

2 t

−

×

10

150 200 5 ,

= 2,55

Mặt khác, ta lại có:

V

V

1

2 =

t t2 1

⇒

t t2

1 = 2,55

t2 =

5

,

1

t

= 0,16 (min)

Vậy nếu ở 200oC thì phản ứng sẽ được thực hiện trong 0,16 phút

+) Thời gian để phản ứng được thực hiện xong nếu ở nhiệt độ là 80oC

Theo qui tắc Vanhoff ta có:

V2 = V1

10

1

2 t

−

×

γ

⇒

V

V

1

2 =

10

1

2 t

−

×

10

150 80 5 ,

= 2,5-7

Mặt khác, ta lại có:

V

V

1

2 =

t t2 1

⇒

t t2

1 = 2,5-7

t2 =

5

,

1

−

t

= 9765,625 (min) ≈ 162,76 h

Vậy nếu ở 80oC thì phản ứng sẽ được thực hiện trong 162,76h

Bài 3: Tính xem ở pH nào dung dịch FeCl3 0,1M bắt đầu kết tủa Fe(OH)3

Biết tích số tan của Fe(OH)3 ở điều kiện này là 3,8 10-38

Giải:

Ta có:

Phương trình điện li: FeCl3 → Fe3+ + 3Cl

0,1M 0,1M

Fe3+ + 3OH- ← → Fe(OH)3↓

Điều kiện để có kết tủa là:

TFe(OH)3 < [Fe3+].[OH-]3

⇒ Để dung dịch FeCl3 bắt đầu kết tủa FeCl3 thì:

TFe(OH)3 = [Fe3+].[OH-]3

3

)

Fe

+

= 3

38

1 , 0

10 8 ,

= 7,243 × 10-13

⇒ pOH = -lg[OH-] = -lg(7,243 10-13) = 12,14

Mà: pOH + pH = 14

⇒ pH = 14 – pOH = 14 – 12,14 = 1,86

Vậy ở pH ≥ 1,86 thì dung dịch FeCl3 bắt dầu kết tủa Fe(OH)3

Bài 4: Tính sức điện động của các pin sau ở 25oC

a (Pt) Fe | FeSO4 || ZnSO4 | Zn

pH = 3 0,01 M

b Fe | FeSO4 || FeSO4 | Fe

2M 2.10-3M

Nếu muốn có sức điện động của pin bằng 0,177V thì tỉ số nông độ của dung dich FeSO4 phải thế nào?

Giải:

a (Pt) Fe | FeSO 4 || ZnSO 4 | Zn

pH = 3 0,01 M

Vì pH = 3 ⇒ [H+] = 10-3M

Ta có: 2H+ + 2e ← → H2

⇒ϕ1 = ϕ

H

H

2

= = ϕo

H

H

2

P

H

H2

2

lg 2

059 ,

0 × + (ở 298K)

= 0,00 + 0,059lg[H+]

= 0,059.lg[10-3] = -0,177(V)

Lại có:

Phương trình điện li: ZnSO4 → Zn2+ SO4 0,01M 0,01M

Zn2+ + 2e → Zn

Ở 298K ta có:

ϕ2 = ϕ

Zn

Zn+ + × [ ] Zn2+

lg 2

059 , 0

= -0,762 + lg 0 , 01

2

059 ,

= -0,821(V)

⇒ϕ1 > ϕ2

⇒ E = ϕ(+)- ϕ(−)

= ϕ1 - ϕ2

= (-0,117) – (-0,821)

= 0,644 V

Vậy sức điện động của pin ở 25oC là Epin= 0, 644V

b Fe | FeSO 4 || FeSO 4 | Fe

2M 2.10 -3 M

Theo đề bài ta có:

C1 =2M

C2 =2.10-3

⇒ C1 > C2

⇒ Epin = ϕ( + )- ϕ( − ) =

C C2

1

lg 2

059 , 0

(Ở 298K) = 3

10 2

2 lg 2

059 , 0

−

= 0,0885 (V)

Vậy sức điện động của pin ở 25oC là Epin = 0,0885V

+) Nếu Epin = 0,177V

Ở 298K

Epin = ϕ( + )- ϕ( − ) =

C C2

1

lg 2

059 , 0

⇒

C C2

1

059 , 0

2 Εpin

= 20×,0590,177 = 6 ⇒

C C2

1 = 106 Vậu muốn có sức điện động của pin bằng 0,177 thì tỉ số nồng độ của dung dịch FeSo4 là

C C2

1 = 106

BÀI KIỂM TRA

Đề bài:

CHƯƠNG I Bài 1: Cho phản ứng: 2Al( )r +Fe O2 3( )r → 2Fe( )r +Al O2 3

a, tính 0

298,PU

H

∆ biết rằng ở 25o C và 1atm cứ khử được 47,87g Fe O2 3thì tỏa ra 253,132kJ

b) tính Al O2 3( )r của Fe O2 3( )r biết của Al O2 3( )r = -1669,79kJ/mol

Bài làm a) khử 47,87g Fe O2 3( )r phản ứng tỏa nhiệt 253,13 (kj)

vậy khử 160g Fe O2 3( )r phản ứng tỏa ra X (kj)

⇒ 298,

160 253,132

846,065 47,87

o

pu X ×

b) áp dụng hệ quả 2 định luật Hess:

298, 298, , 298, ,

s s sp s tg

∆Η =∑∆Η −∑∆Η

0

298,o (2 298, ,o ( ) 298, ,o ( ) ) ( 298, ,o ( ) 298, , ( ) )

S s Fe r S Al O r s Al r s Fe O r

Thay số ta có:

0

298, , ( )

− = 〈 × + − 〉 − 〈 × + ∆Η 〉

⇒ 0 2 3

298, ,s Fe O r( )

∆Η = -823,725 (kj/mol)

Bài 14: trộn n a mol khí A với n bmol khí B có nhiệt độ và áp suất ban đầu bằng nhau ( trộn bằng cách nối hai bình khí với nhau bằng một ống có thể tích không đáng kể): A, B là khí lý tưởng ( trong quá trình trộn giữ cho T không đổi)

a) tính biến thiên entanpi tự do trong quá trình trộn

b) áp dụng với A là Η 2, B là N2với V A= n b=1 (mol), và T= 300o K

bài làm a) áp dụng công thức: ∆ = ∆ − × ∆G H T S

do A, B là hai khí lý tưởng nên sẽ không xảy ra phản ứng hóa học , cũng như tương tác giữa chúng Ở nhiệt độ không đổi thì: ∆Η = 0

⇒ ∆ = − × ∆ (1)

khi trộn lẫn hai khí với nhau , chỉ xảy ra quá trình khuếch tán: là quá trình giãn nở đẳng nhiệt n a mol khí A từ thể tích V A đến thể tích V A+V B có: ln A B

A a

A

V

+

Tương tự khí A ta có hàm của khí B là: ln A B

B b

B

V V

S n R

V

+

∆ =

Do hàm entropi là hàm trạng thái có tính chất cộng tính nên ta có:

A B

∆ = ∆ + ∆

A

n RT V

P

b B

n RT V

P

=

Thay vào (2) ta có: ln a b ln a b

Thay (3) vào (1) ta có: ( ln a b ln a b)

b) Thay số T= 300O K, n a =n b = 1(mol), R= 8,314 vào (4) vậy ta có:

3457,695

∆ = −

CHƯƠNG II Bài 1: cho phản ứng đơn giản: A B+ →C, có hằng số cân bằng k= 6,5 10 × − 4 M s− −1 1 Nồng độ ban đầu của chất A là 0,2M, của chất B là 0,4M Tính vận tốc ban đầu của phản ứng

Bài làm

Ta có phương trình phản ứng: A B+ →C, với các dữ liệu đề cho:

4 1 1

6,5.10

k M s− −

=

Bậc của phản ứng A và B bằng 1, Nên ta áp dụng công thức: V =k C C .A B, để tính vận tốc của phản ứng

Bài 2: trộn 12 mol khí A với 8 mol khí B trong bình kính dung tích 2 lít phản ứng xảy ra theo phương trình sau: 2A B+ → 2C, hằng số vận tốc của phản ứng trên ở nhiệt đô đó cho là 2,5M−2 min−1và phản ứng là phản ứng đơn giản

a) Tính vận tốc ban đầu của phản ứng

b) Tính vận tốc của chất A mất đi 20% lượng ban đầu

Bài làm a) Theo bài ra thì:

C = = M C = = M

Ta có phương trình phản ứng: 2A B+ → 2C

Vì phản ứng là phản ứng đơn giản nên ta có bậc phản ứng của A là

2, của B là 1 Vậy vận tốc ban đầu của phản ứng là:

A B

V =kC C = × × = M −

b) Lúc chất A mất đi 20% so với ban đầu, tức là khi nồng độ chất A phản ứng: 0, 2 0, 2.6 1, 2

A

Ban đầu: 6 4 M Phản ứng: 1,2 0,6 1,2 M Sau phản ứng: 4,8 3,4 1,2 M Vậy vận tốc của phản ứng là:

A B

CHƯƠNG III Bài 1: khi oxi hóa 2,81g Cd thu được 3,21g oxit Cadimi Tính nguyên tử lượng của Cadimi Biết hóa trị của Cd bằng 2

Bài làm

• Theo bài ra ta tính được: 2

O

n = − = mol , 1

16 0, 4( ) 80

O

m = × = g

• Ta có phương trình phản ứng: 2

1 2

Cd + O →CdO

• Ta có: 2,81g Cd được thay thế bằng 0,4g O2

• Vậy Đ của Cd được thay thế bằng 8g O2( Đ: đương lượng )

0, 4

× =

( đương lượng gam),

⇒ MCd = 56, 2 2 122, 4 × = ( đvC)

Bài 6 : Cần hòa tan bao nhiêu mol chất ta không điện ly vào 1 lit dung dịch

để áp suất thẩm thấu của dung dịch ở 0O

C bằng 760 mmHg

Bài làm

• Theo bài ra ta có: V= 1(l), T= 273 (K) p=760 mmHg = 1atm, R= 0,082

0,082 273

PV

RT

×

×

(mol)

CHƯƠNG IV Bài1: Tính thế điện cực của các điện cực sau ( Ở 25 C0 )

a) Đồng nhúng trong dung dịch CuCl2 0,001M

b) Palatin nhúng trong dung dịch FeSO4 0, 01Mv Fe SOà 2 ( 4 ) 0,1 3 M

, Biết: 3

2

Fe Fe

V

+ +

Bài làm a) Ta có phương trình điện ly: CuCl2 →Cu2++ 2Cl−

2 CuCl 10 ( 3 )

Phản ứng điện cực: Cu2++ 2eƒ Cu

ở 298K:

2 2

2

Cu Cu

Cu cu

n

b)Ta có : Các phương trình điện ly:

2 2

4

2

10

FeSO Fe

3 2 _

2 ( 4 3 ) 2 3 4

Fe SO → Fe++ SO , C Fe3 + = 2C Fe SO2( 4 3) = × 2 0,1 0, 2 = M

- Phản ứng điện cực: Fe3++ 1eƒ Fe2+

+ ở 298K :

3

0

2

10

Fe

Fe Fe

C

V

+

2

+

25 C

a) Tính 3

o Fe Fe

+

∂ ?

b) Tính hằng số cân bằng của phản ứng: 2Fe3+ ( )dd +Fe( )r ƒ 3Fe2+ ( )dd

Bài làm a) Ta có phản ứng:2Fe3+( )dd +Feƒ 3Fe2+( )dd , có thể xảy ra thông qua

hai phản ứng liên tiếp sau:

2

Fe e Fe

Fe e Fe

+

+ +

ƒ ƒ

1 , G1 ,n1 1

∂ ∆ = ( n là số e trao đổi )

2 , G2 , n2 2

• cộng (1) và (2) ta có: Fe3++ 3e ƒ Fe, có 0 0

3 , G3 ,n3 3

( n là số e trao đổi

ta lại có:

3 1 2 3 3 1 1 2 2 3

3

1 0,771 2 ( 0, 440)

0,336( ) 3

n F

b) Ta có: ( )+ Fe2+|Fe3+||Fe2+|Fe( )−

Fe Fe

+

•

Phản ứng tạo dòng: 2Fe3+( )dd +Fe( )r ƒ 3Fe2+( )dd

•

Có số e trao đổi: n= 3,

2 3

2

Fe Fe

+

= ∂ − ∂ = − − =

•

Áp dụng công thức : 0

41

3 0,806

nE

k= = × = ⇒ =K

PHẦN LÝ THUYẾT

Đề bài: Tìm hiểu và phân tích quá trình sự phá hủy cọc thép chôn vùi

trong nền đất, phương pháp bảo vệ

Bài làm 1) Phân tích quá trình hình thành:

Nhìn chung mọi quá trình ăn mòn kim loại trong đất hầu hết xảy ra theo

cơ chế điện hóa, khi ta chôn cọc thép xuống đất, thì sẽ xảy ra quá trình

ăn mòn, quá trình này diễn ra lâu dài trong các tế bào của thép ,ăn mòn đầu tiên xảy ra trên bề mặt thép,sau đó tiếp tục lấn vào sâu hơn, trong đó bao gồm một bề mặt anốt (nơi ăn mòn xảy ra), một bề mặt cực âm (giảm oxy) và chất điện phân, phản ứng với các bề mặt này là:

2 2

2

2

+

Một phần Fe OH( ) 2bị oxi hóa thành Fe OH( ) 3:

4 (Fe OH) +O + 2H O→ 4 (Fe OH)

Fe OH v Fe OH tạo thành trên bề mặt thép , đồng thời bị mất nước từng phần tạo ra gỉ sắt Lớp gỉ sắt này có màu nâu đỏ ( màu của Fe OH( ) 3),

có cấu tạo xốp , do đó tiếp tục xâm nhập vào trong bề mặt thép , làm cho sắt tiếp tục bị ăn mòn

- Tại catot: (cực âm là Cácbon ) các electron chuyển từ anot Fe tới vùng Catot, tại đây xảy ra phản ứng khử O2:

2 2 2 4 4

Dòng điện được sinh ra có chiều từ C đến Fe như vậy theo thời gian cọc thép tiếp tục bị ăn mòn

 tùy theo môi trường đất mà cọc thép bị ăn mòn nhanh hay chậm

• Đất thông khí tốt thì tốc độ ăn mòn cục bộ lớn

• Độ ẩm trong đất lớn thì tốc độ ăn mòn tăng nhanh, tuy nhiên đến một giá trị giới hạn nào đó của độ ẩm thì tốc độ ăn mòn cực đại và khi độ ẩm tiếp tục tăng thì tốc độ ăn mòn lại giảm

• Thành phần hóa học của đất

• pH của môi trường đất tốc độ ăn mòn lớn khi: pH : 4 => 9

• bản chất của muối hòa tan: đặc biệt NaCl phá hủy cấu trúc bề mặt tự nhiên, làm tăng độ dẫn điện của đất, tạo thuận lợi cho ăn mòn cục bộ

• độ dẫn điện: rất quan trọng trong ăn mòn cục bộ nó phụ thuộc vào lượng muối hoặc chất hòa tan trong đất và độ xốp của đất

• ăn mòn qua vi sinh vật: một kim loại có thể bị phá hủy trực tiếp hoặc gián tiếp qua hoạt động của vi sinh vật, khi chúng bám trên bề mặt thép chúng tiết ra các chất như: HCl … làm ăn mòn

bề mặt thép

2)Các phương pháp bảo vệ:

 chế biến lại đất bao quanh cọc thép:

• thêm các hóa chất cào trong đất làm thay đổi tính chất ăn mòn hoặc tạo ra màng bảo vệ bề mặt thép

• thay đổi đất ăn mòn bằng những vật liệu khác hay đất có khả năng chống ăn mòn

• thay bằng cát có chứa Cacbonatcanxi hoặc cát trung tính

 bao phủ bề mặt bằng lớp cách:

• sử dụng các vật liệu hữu cơ: quét bao phủ lớp bitum, chất dẻo…

• xi măng: những lớp phủ xi măng hay bê tong có chiều dày từ 2=>5 cm, những lớp này phải đặc xít

• kim loại: thương dùng là kẽm để bao phủ bảo vể cọc thép

 phương pháp điện hóa: bảo vệ catot, Tối ưu hóa che chắn bảo vệ ca-tốt kết hợp với sơn chống ăn mòn Trong trường hợp này, bảo vệ hiện tại sẽ xảy ra ở khu vực bị hư hỏng và bảo vệ bề mặt bằng thép tiếp xúc, do đó làm giảm nguồn cung cấp điện cần thiết Cọc thép tấm có thể được trang bị bảo vệ ca-tốt mà không cần che phủ và các anot bảo

vệ có thể được gắn trực tiếp trên các cọc tấm