CÁC DẠNG bài tập và đề CƯƠNG ôn hóa THPT THEO CHUYÊN đề

CÁC DẠNG bài tập và đề CƯƠNG ôn hóa THPT THEO CHUYÊN đề CÁC DẠNG bài tập và đề CƯƠNG ôn hóa THPT THEO CHUYÊN đề CÁC DẠNG bài tập và đề CƯƠNG ôn hóa THPT THEO CHUYÊN đề CÁC DẠNG bài tập và đề CƯƠNG ôn hóa THPT THEO CHUYÊN đề CÁC DẠNG bài tập và đề CƯƠNG ôn hóa THPT THEO CHUYÊN đề CÁC DẠNG bài tập và đề CƯƠNG ôn hóa THPT THEO CHUYÊN đề CÁC DẠNG bài tập và đề CƯƠNG ôn hóa THPT THEO CHUYÊN đề CÁC DẠNG bài tập và đề CƯƠNG ôn hóa THPT THEO CHUYÊN đề

VỎ NGUYÊN TỬ

A Mục tiêu

1 Kiến thức

Hiểu được:

- Mô hình hiện đại về sự chuyển động của electron trong nguyên tử

Obitan nguyên tử, hình dạng các obitan nguyên tử s, px, py, pz

- Khái niệm lớp, phân lớp electron và số obitan trong mỗi lớp và mỗi phân lớp Các số

lượng tử, giá trị các số lượng tử và ý nghĩa của chúng

- Mức năng lượng obitan trong nguyên tử và trật tự sắp xếp

- Các nguyên lí và quy tắc phân bố electron trong nguyên tử: Nguyên lí vứng bền,nguyên lí Pauli, qui tắc Hund

- Cấu hình electron và cách viết cấu hình electron trong nguyên tử

- Sự phân bố electron trên các phân lớp, lớp và cấu hình electron nguyên tử của cácnguyên tố (trừ các nguyên tố họ f)

- Đặc điểm của lớp electron ngoài cùng

2.Kĩ năng

- Xác định được thứ tự các lớp electron trong nguyên tử, số obitan trong mỗi lớp, mỗiphân lớp

- Xác định được mối liên hệ giữa electron, lớp electron với các số lượng tử

- Viết được cấu hình electron dưới dạng ô lượng tử của một số nguyên tố

- Dựa vào cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử suy ra tính chất cơ bản củanguyên tố đó là kim loại, phi kim hay khí hiếm

- Tính gần đúng được năng lượng của 1e trong trường lực hạt nhân cụ thể

B Tài liệu tham khảo

C Hướng dẫn học sinh tự học.

* Học sinh đọc tài liệu ở các trang đã hướng dẫn và trả lời các câu hỏi sau:

1 Cấu trúc vỏ nguyên tử gồm hạt nào? Được phân chia thành lớp, phân lớp, AO nhưthế nào?

2 Nêu 4 số lượng tử và mối liên hệ giữa 4 số lượng tử đó?

3 Ở vỏ nguyên tử các electron được sắp xếp theo các nguyên lý và qui tắc gì?

4 Cấu hình electron là gì? Cách viết cấu hình e, cấu hình e dạng ô lượng tử?

5 Đặc điểm của của electron lớp ngoài cùng Nguyên tố nào là kim loại, phi kim,

khí trơ?

6 Sự tạo thành ion và cách viết cấu hình e của ion

D Bài tập tự kiểm tra kiến thức của học sinh (Bài kiểm tra lần 1)

Thời gian: 15 phút

Câu 1: Các electron thuộc các lớp K, L, M, N, trong nguyên tử khác nhau về

A đường chuyển động của các electron

B độ bền liên kết với hạt nhân

C năng lượng trung bình của các electron

D độ bền liên kết với hạt nhân và năng lượng trung bình của các electron

Câu 2: Trong nguyên tử, ở trạng thái cơ bản, các electron được phân bố trên bốn lớp, lớpquyết định tính chất kim loại, phi kim hay khí hiếm là

A các electron lớp K B các electron lớp N

C các electron lớp L D các electron lớp M

Câu 3: Trong những câu phát biểu sau đây:

Trong nguyên tử, các electron được sắp xếp tuân theo

1 Nguyên lí vững bền : Ở trạng thái cơ bản, trong nguyên tử các electron chiếm lần

lượt các obitan có mức năng lượng từ thấp lên cao

2 Nguyên lí Pauli : Trên một obitan chỉ có thể có nhiều nhất là hai electron và haielectron này chuyển động tự quay khác chiều nhau xung quanh trục riêng của mỗielectron

3 Quy tắc Hun : Trong cùng một phân lớp, các electron sẽ phân bố trên các obitansao cho số electron độc thân là tối đa và các electron này phải có chiều tự quay giốngnhau

4 Quy tắc về trật tự các mức năng lượng obitan nguyên tử :

1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f < 5d < 6p <7s < 5f < 6d

Số câu đúng là

A 1 B 2 C 3 D 4.

Câu 4: Phân lớp tiếp theo phân lớp f gọi là phân lớp g Số AO trong một phân lớp g là

Câu 5: Nhận định đúng về số lượng tử từ (ml) của một electron trong phân lớp 5f là

A một số nguyên nào đó từ 0 đến 5 B một giá trị nào đó từ -5 đến +5

Câu 6: Phát biểu đúng với một electron có các số lượng tử n = 5 và ml = 3 là

A electron này có thể ở trong một AO p

B electron này phải có số lượng tử spin là -1/2

C electron này có thể ở trong một AO f

D electron này ở lớp vỏ chính thứ tư

Câu 7: Trong các cấu hình electron dưới đây cho Mo (Z = 42) cấu hình nào đúng là

A 3s1 hoặc 3s2hoặc 3s23p1 C 3s1hoặc 2s22p5.

*Cách biểu diễn obitan nguyên tử

+) Obitan s: có dạng hình cầu +) Obitan p: hình số 8 nổi.

Có 3 obitan p: px, py, pz

+) Obitan d và obitan f : Có hình dạng phức tạp.

II Các số lượng tử (Các đại lượng để xác định vị trí của electrontrong nguyên tử)

* Thực ra các đại lượng này là nghiệm của 1 phương trình sóng

Srodingơ (thuộc nghành hoá lượng tử)

1 S ố lượng tử chính n (n có các giá trị nguyên = 1, 2, 3 )

- Số lượng tử chính quy định mức năng lượng của một

electron Năng lượng của electron phụ thuộc chủ yếu vào giá trị của

n (s ố thứ tự của lớp electron) vì vậy n được gọi là số lượng tử chính.

- n thấp thì electron có mức năng lượng thấp, electron liên kếtvới hạt nhân chặt chẽ nhất; n có giá trị càng lớn, electron có mức

t ử? năng lượng càng cao và liên kết với hạt nhân càng kém chặt chẽ

(càng ở xa hạt nhân)

- Giá trị của n cũng quy định kích thước của obitan

2 S ố lượng tử phụ hay số lượng tử obitan ( l): Số lượng tử obitan l

quy định hình dạng obitan hay kiểu obitan

Trong một lớp thì l có n giá trị từ 0 đến (n – 1)

l = 0, 1, 2, 3, (n - 1)

Mỗi giá trị của l ứng với một kiểu obitan

- ở lớp thứ nhất n = 1, l chỉ có 1 giá trị nên chỉ có một phânlớp, đó là phân lớp s Phân lớp s chỉ có 1 AO gọi là AO s

- ở lớp thứ hai n = 2, l chỉ có 2 giá trị nên chỉ có 2 phân lớp,

đó là phân lớp s và phân lớp p Phân lớp p có 3 AO gọi là AO p

- ở lớp thứ ba n = 3, l chỉ có 3 giá trị nên chỉ có 3 phân lớp,

đó là phân lớp s, p và d Phân lớp d có 5 AO gọi là AO d

- ở lớp thứ tư n = 4, l chỉ có 4 giá trị nên chỉ có 4 kiểu phânlớp, đó là phân lớp s, p, d và f Phân lớp f có 7 AO gọi là AO f

3 S ố lượng tử từ m (hay m l ) Số lượng tử từ xác định sự định

hướng của các obitan trong không gian Nó quy định số obitan trong

cùng một phân mức năng lượng

*mlcó giá trị - l , 0, + l (2 l + 1) giá trịMỗi giá trị của m ứng với một obitan, mỗi obitan được biểudiễn bằng một ô vuông gọi là ô lượng tử

- Khi l = 0, m chỉ có 1 giá trị (m = 0), có 1 obitan s

- Khi l = 1, m chỉ có 3 giá trị (-1, 0, +1), có 3 obitan p

- Khi l = 2, m chỉ có 5 giá trị (-2, -1, 0, +1, +2), có 5 obitan d

- Khi l = 3, m chỉ có 7 giá trị (-3, 0 +3), có 7 obitan f

Mỗi obitan được đặc trưng bằng một tổ hợp ba số lượng tử n,

*Tổ hợp bốn số lượng tử nói trên đặc trưng đầy đủ cho trạng thái của electron, nó như một "địa chỉ" để nhận ra electron trong nguyên tử.

III Sự sắp xếp electron trong nguyên tử

1 Các nguyên lý và quy tắc

a Nguyên lý Pauli (W Pauli): Mỗi obitan chỉ có thể chứa tối đa

hai electron có spin ngược dấu

Ví dụ 1:Electron trong obitan 1s:

(n = 1, l = 0, m = 0, s = +

2

1)

Hoặc: (n 1, l = 0, m = 0, s =

-2

1)

*Khi có một electron trong một obitan, mũi tên có thể hướnglên trên hay xuống dưới

Ví dụ 2:Nguyên tử heli có 2 electron Cả 2 electron đều chiếm obitan1s Theo nguyên lý Pauli, 2 electron này phải có spin ngược dấu

Hai electron trong obitan 1s:

* Khi một ô đã có đủ 2 electron, người ta nói rằng một cặp electron

đã ghép đôi Nếu trong ô chỉ có 1 electron thì đó là electron độc thân.

* Số electron tối đa trong mỗi phân lớp

- Phân lớp s chỉ có 1 obitan, vậy phân lớp s chứa tối đa 2 electron

- Phân lớp p có 3 obitan (px, py, pz) vậy phân lớp p chứa tối đa 6electron

- Phân lớp d có 5 obitan, vậy phân lớp d chứa tối đa 10 electron

- Phân lớp f có 7 obitan, vậy phân lớp f chứa tối đa 14 electron

* Số electron tối đa trong mỗi lớp

- Lớp thứ nhất chỉ có phân lớp s: chứa tối đa 2 electron

- Lớp thứ hai có hai phân lớp: phân lớp s chứa tối đa 2 electron; phânlớp p chứa tối đa 6 electron nên tổng cộng chứa tối đa 8 electron

- Lớp thứ ba có ba phân lớp: phân lớp s, phân lớp p, phân lớp d nênchứa tối đa 18 electron

- Lớp thứ tư có bốn phân lớp: phân lớp s, phân lớp p, phân lớp d,phân lớp f nên chứa tối đa 32electron v.v

*Tổng quát lại thì lớp thứ n chứa tối đa 2n 2 electron

b Nguyên lý vững bền: trong nguyên tử các electron sẽ lần lượt

chiếm các obitan có năng lượng từ thấp đến cao

*Thông thường:

- Trong nguyên tử mức năng lượng của lớp 1 < 2 < 3 < …

- Trong 1 lớp n thì s < p < d < …

*Lí thuyết và thực nghiệm cho biết thứ tự tăng dần năng

lượng của các obitan như sau: 1s < 2s < 2p < 3s < 3p <4s < 3d< 4p

< 5s < 4d (theo qui tắc Klecopxki trong sgK)

*Qua giản đồ năng lượng ta thấy, kể từ số lượng tử chính n >

3, obitan 4s có năng lượng thấp hơn 3d, obitan 5s có năng lượng thấp hơn 4d Người ta gọi hiện tượng đó là sự "chèn" mức năng lượng.

c Quy tắc Hun (Hund): Trong cùng một phân lớp, các electron sẽ

được phân bố vào các obitan như thế nào để tổng số spin của chúng

2 Cấu hình electron: Cấu hình electron là cách biểu diễn sự phân

bố electron theo các phân lớp và các lớp Người ta quy ước chỉelectron bằng những chữ s, p, d, f của obitan và bằng những con số

đặt trước những chữ này để chỉ số thứ tự của lớp electron Số

electron của obitan được viết theo bên phải ký hiệu của obitan

Ví dụ: 7N (Z= 7)  Cấu hình e của N là: 1s22s23p3 hoặc [He]2s22p3

*Cách viết cấu hình electron:

Bước 1: Viết theo mức năng lượng 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s…Bước 2: Viết lại theo thứ tự từ lớp 1 đến lớp 2, 3, 4…

Bước 3: có một số trường hợp đổi 3d và 4s để đạt tới cấu hình

electron bền hơn (trạng thái bão hoà và nửa bão hoà)

Ví dụ: Z = 19 1s22s22p63s23p64s1 hoặc [Ar] 4s1

Z = 26 1s22s22p63s23p63d64s2 hoặc [Ar] 3d64s2

Z = 29 1s22s22p63s23p63d104s1 hoặc [Ar]3d104s1

3 Đặc điểm của lớp electron ngoài cùng

a Đặc điểm: Đối với nguyên tử của tất cả các nguyên tố, lớp ngoài

cùng có tối đa là 8 electron (trừ He là 2e)

*Lớp ngoài cùng là ns2np6được gọi là cấu hình electron đã bão hoà

*Riêng 24He là 1s2

b Qui ước:

- Các nguyên tử có 8 electron lớp ngoài cùng đều rất bền vững, chúng hầu như không tham gia vào các phản ứng hoá học Đó là các

nguyên tử khí hiếm (hay khí trơ)

- Các nguyên tử có 1, 2, 3 electron lớp ngoài cùng đều là những kim

loại (trừ bo)

- Các nguyên tử có 5, 6, 7 electron lớp ngoài cùng thường là những phi

kim.

c Sự tạo thành ion

*Định nghĩa: Ion là nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử có mang điện

*Sự tạo thành ion dạng nguyên tử mang điện: Là do các nguyên tử

F Bài tập tự kiểm tra đánh giá sau khi đã nghiên cứu thông tin phản hồi

(Bài kiểm tra lần 2) Thời gian: 15 phút

Câu 1: Trong nguyên tử một nguyên tố có ba lớp eletron (K, L, M) Ở trạng thái cơ bảnlớp có thể chứa các electron độc thân là

A X và Y đều là các kim loại.

B X và Y đều là các phi kim

C X và Y đều là các khí hiếm

D X là một phi kim còn Y là một kim loại

Câu 6: Trong nguyên tử một nguyên tố X có 29 electron và 36 nơtron Số khối và số lớpelectron của nguyên tử X lần lượt là

A 65 và 4 B 64 và 4 C 65 và 3 D 56 và 3.Câu 7: Tổng số các hạt proton, nơtron và electron trong nguyên tử của một nguyên tố là

40 Biết số hạt nơtron lớn hơn số hạt proton là 1 Nguyên tố trên thuộc loại nguyên tố

A mức năng lượng của các AO B hình dạng AO.

C hướng không gian của AO D spin electron trong AO

*Đáp án bài kiểm tra lần 1

BÀI TẬP PHẢN ỨNG HẠT NHÂN

I Bài tập cơ bản có hướng dẫn

(Bài tập bồi dưỡng năng lực nhận biết, tìm tòi và phát hiện vấn đề)

9 + 1H

1 → ? +4He

2c) 24294Pu + 1022Ne→ 401n+ ?

* Hướng dẫn giải bài 1

1 Từ định luật bảo toàn điện tích và số khối các hạt còn thiếu:

Bài 2 Xác định biến đổi đúng trong các trường hợp sau và viết phương trình phản ứng

hạt nhân (có những cách nào trả lời câu hỏi này ?)

Pb

82

207

U 92 238

Pb 82 206

Pb 82 207

* Hướng dẫn giải bài 2:

Phản ứng hạt nhân xảy ra theo kiểu phóng xạ tự nhiên

 tia phóng xạ là 4He

2 hoặc 10e

1 Biến đổi đã cho không phải là biến đổi trực tiếpquá trình:

y He x Pb

2 206

Quá trình 23592U20782Pbx24Hey01e đúng 8

6

x y

1 Viết phương trình phản ứng hạt nhân cho mỗi biến đổi sau: 3580Br có thể:

a Bức xạ ra 1 hạt; b Tạo ra 1 proton (11H ); c Hoặc đoạt 1 electron

2 Hoàn thành phương trình phản ứng sau: ®p

* Hướng dẫn giải bài 3

- Đều có sự thay đổi (di chuyển) electron

- Đều làm thay đổi năng lượng

- Ngoài ra đều tuân thủ theo định luật tự nhiên là bảo toàn vật chất

+) Khác nhau

- Xảy ra ở nội hạt nhân tạo ra 1 hạt nhân mới,

- Xảy ra ở vỏ electron biến đổi trạng thái tồn tại nguyên tử

- Kèm theo 1 năng lượng lớn

- Phản ứng hạt nhân: hạt nhân nằm trong hợp chất

(2) hợp chất hoặc đơn chất

Kết luận: Là phản ứng nội hạt nhân biến đổi từ nguyên tố này sang nguyên tố khác,

Chất tham gia: Hạt nhân trong hợp chất

Lưu ý: Mặc dù nói “bản chất của phản ứng hạt nhân là quá trình nội hạt nhân” nhưng

thực tế phải hiểu hạt nhân phải có hoặc tồn tại trong hợp chất thích hợp tương ứng Cábiệt nếu nguyên tố bền có thể tồn tại dạng đơn chất

Bài 4 Một mẫu than lấy từ hang động của người cổ ở Hawai có tốc độ phân huỷ của

cacbon là 13,6 lần/s tính với 1 gam cacbon Xác định niên đại của mẫu than đó biết t1/2 =

5730 năm và trong bất kì cơ thể sống nào, thực vật hay động vật đều có tốc độ phân huỷ

của cácbon là 15,3 lần/s cho 1 gam cacbon

* Hướng dẫn giải bài 4

9746,13

3,15ln.693,0

5730ln

.2lnln

N

N

t

II Bài tập cơ bản không có hướng dẫn

(Bài tập bồi dưỡng năng lực tìm tòi, phát hiện vấn đề và giải quyết vấn đề)

Bài 5 Cho năng lượng giải phóng ra từ một phản ứng hạt nhân

m(11H ) = 1.00783 u; 1u = 1.66.10-27kgm(13H ) = 3.01605 u; c = 3.108m/s

Đáp số: M(3He

2 ) = 3,01604u

Bài 6 Trong một phản ứng hạt nhân, khối lượng đồng vị 81Sn bị giảm đi Xác định khối

lượng đồng vị đó còn lại sau 25.5 giờ, biết t1/2 = 8.5 giờ Ban đầu khối lượng Sn là 100mg

Đáp số: m(còn) = 12,5 mg

Bài 7 Cho nguyên tử9F20

1 Xác định thành phần hạt nhân của nguyên tử trên

2 Tính sự hụt khối lượng hạt nhân rồi suy ra năng lượng liên kết hạt nhân và năng

lượng riêng đối với F

Đáp số: 1 p = e 9, n = 11; 2.ΔE = 149,55 MeV; E = 7,47 MeV/Nu

III Bài tập nâng cao (Bài tập bồi dưỡng năng lực vận dụng kiến thức và vận dụng một cách sáng tạo)

Bài 8 Đồng bị phân rã phóng xạ đồng thời theo 2 phản ứng:

Thực nghiệmcho biết từ 1 mol 64Cu ban đầu, sau 25 giờ 36 phút lấy hỗn hợp còn lại hoà tan vào dung

dịch HCl dư thì còn 16 gam chất rắn không tan

Từ một lượng đồng vị 64Cu ban đầu, sau 29 giờ 44 phút lấy hỗn hợp còn lại hoà tan

vào dung dịch KOH dư thì phần chất rắn không tan có khối lượng bằng 50,4% khối

lượng hỗn hợp

1 Tính các hằng số phóng xạ k1, k2và chu kì bán rã của64Cu

2 Tính thời gian để64Cu còn lại 10%

3 Tính thời gian để khối lượng64Zn chiếm 30% khối lượng hỗn hợp

* Hướng dẫn giải bài 8

k t t

n

Khi hoà tan hỗn hợp vào dung dịch HCl dư, Zn và Ni tan hết còn lại 16 gam Cu

- Tại t = 25 giờ 36 phút = 1536 phút, nCu(0) = 1 mol; nCu(t) = 0,25 mol

Cu 64

29 k 1 3064Zn +

Cu 64 29

-4ph-1

768 025

,

9

693 , 0 2

ln

1 4 2

) 0 ( ln

496 , 0 )

Bài 9Nathan Thompson là một trong những cư dân đầu tiên của đảo Lord Howe đã trồng

trong vườn nhà mình một số cây sồi châu Âu Tuy nhiên người ta không thể biết chính

xác thời gian đã trồng vì quyển nhật kí của ông ta đã bị thất lạc trong bão biển Phía saunhà Nathan có một cái hồ nhỏ Qua nhiều năm, lá cây sồi châu Âu và các hạt tích tụ ở đáy

hồ Một lượng rất nhỏ đồng vị phóng xạ Pb-210 (chu kỳ bán hủy là 22,3 năm) cũng đồngthời lắng đọng Nên biết rằng cây sồi châu Âu rụng lá ngay từ năm đầu tiên Năm 1995một nhóm nghiên cứu lấy mẫu đất bùn từ đáy hồ Đất bùn được cắt thành những lát dày1cm và khảo sát trầm tích và chì phóng xạ Pb-210

Sự khảo sát đất bùn cho thấy:

 Trầm tích của sồi Châu Âu và hạt của nó tìm thấy đầu tiên ở độ sâu 50cm

 Độ phóng xạ của Pb-210 ở phần trên của đất bùn là 356Bq/kg còn ở độ sâu 50cm

là 1,40Bq/kg

1) Nathan Thompson đã gieo hạt năm nào?

Chì phóng xạ Pb-210 là một trong những phân rã của U-238 U-238 có trong vỏ trái

đất và do một số nguyên nhân, một lượng nhất định Pb-210 thoát vào khí quyển và bám

vào các phần tử trầm tích lắng đọng dưới đáy hồ

Chuỗi phân rã U-238 là:

U-238 – U-234 – Th-230 – Ra-226 – Rn-222 – (Po-218 – Bi-214)* - 210 –

Pb-236 (bền)

*Chu kì bán hủy rất ngắn, tính theo phút và ngày

2) Bước nào trong chuỗi phân rã giải thích bằng cách nào Pb-210 lại có trong nướcmưa trong khi nguyên tố mẹ U-238 chỉ có trong vỏ trái đất

* Hướng dẫn giải bài 9

1) Tại độ sâu 50cm sự phân rã của Pb-210 tương đương với:

1 Hãy tính số phân hủy xảy ra trong chuỗi này

2 Trong toàn chuỗi, có bao nhiêu năng lượng (MeV) được phóng thích

3 Hãy tính tốc độ tạo thành năng lượng (công suất) theo watt (1W = Js-1) sản sinh từ1,00kg232Th (t1/2= 1,40.1010năm)

4 228Thlà một phần tử trong chuỗi thori, thể tích của heli theo cm3 tại 0oC và 1atm

thu được là bao nhiêu khi 1,00g 228Th (t1/2= 1,91 năm) được chứa trong bình trong 20,0năm? Chu kì bán hủy của tất cả các hạt nhân trung gian là rất ngắn so với228Th

5 Một phân tử trong chuỗi thori sau khi tách riêng thấy có chứa 1,50.1010nguyên tửcủa một hạt nhân và phân hủy với tốc độ 3440 phân rã mỗi phút Chu kì bán hủy tính theo

năm là bao nhiêu?

Các khối lượng nguyên tử cần thiết là:

24He = 4,00260u 20882Pb = 207,97664u 23290Th = 232,03805u1u = 931,5MeV ; 1MeV = 1,602.10-13J ; NA= 6,022.1023mol-1

Thể tích mol của khí lí tưởng tại 0oC và 1atm là 22,4lít

* Hướng dẫn giải bài 10

1) A = 232 – 208 = 24 và 24/4 = 6 hạt anpha

Như vậy điện tích hạt nhân giảm 2.6 = 12 đơn vị, nhưng sự khác biệt về điện tích hạt

nhân chỉ là 90 – 82 = 8 đơn vị Nên phản ứng có 4 hạt beta bức xạ

10.022,6.1000

Hằng số phân hủy của232Th

Dps N

A

s

6

1 18 7

1010.08,4

10.57,110.154,3.10.40

,

1

693,0

10.022,6.00,191,1

693,

Chương 5 PHẢN ỨNG OXI HÓA KHỬ - SỰ ĐIỆN PHÂN

I TÓM TẮT LÝ THUYẾT

I.1 Phản ứng oxi hóa - khử

I.1.1 S ố oxi hóa và cách xác định

 Số oxi hóa của một nguyên tố trong một hợp chất là một số đại số biểu diễn điện tích củanguyên tử trong phân tử của chất nếu giả thiết chỉ có liên kết ion; nghĩa là các electron liên kết

ở mỗi cặp nguyên tử được coi như chuyển hẳn sang nguyên tử có độ âm điện lớn hơn

Các qui tắc xác định số oxi hóa gồm:

- Trong các đơn chất số oxi hóa của các nguyên tố bằng không

- Trong một phân tử, tổng số oxi hóa của các nguyên tố bằng không

- Trong các ion đơn nguyên tử, số oxi hóa của nguyên tố bằng điện tích của ion đó.Trong ion đa nguyên tử, tổng số oxi hóa của các nguyên tố bằng điện tích của ion

- Trong hầu hết các hợp chất, số oxi hóa của hiđro bằng +1, trừ hiđrua kim loại (NaH,CaH2, …) Số oxi hóa của oxi bằng -2, trừ trường hợp OF2và peoxit (H2O2, Na2O2, …)

- Liên kết giữa các nguyên tử của cùng một nguyên tố không tính số oxi hóa, nghĩa làbằng 0 như - O - O -; -C-C-; -S-S-, …

I.1.2 Ph ản ứng oxi hóa khử

Phản ứng oxi hóa - khử là phản ứng hóa học trong đó có sự chuyển electron giữa các chấtphản ứng; hay phản ứng oxi hóa - khử là phản ứng hóa học trong đó có sự thay đổi số oxi hóacủa một số nguyên tố

 Chất oxi hóa (còn gọi là chất bị khử) là chất nhận electron hay là chất có số oxi hóa giảmsau phản ứng

Chất khử (còn gọi là chất bị oxi hóa) là chất nhường electron hay là chất có số oxi hóa tăngsau phản ứng

Sự khử (quá trình khử) một chất là làm cho chất đó nhận electron hay làm giảm số oxi hóacủa chất đó

Sự oxi hóa (quá trình oxi hóa) một chất là làm cho chất đó nhường electron hay làm tăng sốoxi hóa của chất đó

I.1.3 Phân lo ại phản ứng oxi hóa - khử

Có thể chia các phản ứng oxi hóa khử thành ba loại:

Phản ứng giữa các phân tử: Trong các phản ứng loại này sự chuyển electron xảy ra giữa cácphân tử Đây là loại phản ứng oxi hóa khử phổ biến nhất

Ví dụ: 2KMnO4+ 16HCl2KCl + 2MnCl2+ 5Cl2+ 8H2O

 Phản ứng tự oxi hóa khử (phản ứng dị li): Trong các phản ứng loại này một chất phân lithành hai chất khác trong đó một chất ở mức oxi hóa cao hơn và một chất ở mức oxi hóa thấphơn

Ví dụ: Cl2+ 6KOH5KCl + KClO3+ 3H2O

3HNO2HNO3+ 2NO+ H2O

 Phản ứng nội phân tử: Trong các phản ứng loại này sự chuyển electron xảy ra giữa cácnguyên tử của các nguyên tố cùng nằm trong một phân tử

Ví dụ: NH4NO3 t 0

N2O + 2H2O2KClO3  2

0 , MnO

2KCl + 3O2

I.1.4 Ph ản ứng oxi hóa – khử trong dung dịch

Trong dung dịch các chất điện li tồn tại dưới dạng ion nên phản ứng hóa học giữa cácchất trong dung dịch là phản ứng giữa các ion Vì vậy có thể viết phản ứng dưới dạng ion

Ví dụ: - Phản ứng Cu + 4HNO3Cu(NO3)2+ 2NO2+ 2H2O

được viết: Cu + 4H++ 2NO3 Cu2++ 2NO2+ 2H2O

- Phản ứng Zn + CuSO4ZnSO4+ Cu

được viết : Zn + Cu2+Zn2++ Cu

I.1.5 Cân b ằng phản ứng oxi hóa – khử

Nguyên tắc chung là dựa vào định luật bảo toàn electron:

e (do chất khử cho) = e (do chất oxi hóa nhận)

1 Phương pháp thăng bằng electron

Các bước thực hiện:

Bước 1: Xác định số oxi hóa của những nguyên tố có số oxi hóa thay đổi

Bước 2: Viết quá trình oxi hóa và quá trình khử, cân bằng mỗi quá trình

Bước 3: Tìm hệ số thích hợp sao cho tổng số electron do chất khử nhường bằng tổng số

electron mà chất oxi hóa nhận

Bước 4: Đặt hệ số của chất oxi hóa và chất khử vào sơ đồ phản ứng.

Ví dụ: Na2SO3+ KMnO4+ H2ONa2SO4+ MnO2+ KOH

Mne

3Mn

e2SS2

Lưu ý: - Có thể viết gộp: bước 2 và 3, bước 4 và 5.

- Nếu chất thay đổi số oxi hóa chứa nhiều nguyên tử của nguyên tố thay đổi số oxi hóa thì phải viết quá trình oxi hóa hoặc quá trình khử ứng với đúng số nguyên tử của nguyên tố

đó trong hợp chất.

- Nếu có nhiếu nguyên tố thay đổi số oxi hóa (cùng tăng hoặc cùng giảm) thì phải viết quá trình oxi hóa hoặc khử của tất cả các nguyên tố và giữ đúng tỉ lệ giữa các nguyên tử hoặc viết ứng với cả nhóm nguyên tử.

- Nếu từ 1 chất oxi hóa sinh ra nhiều sản phẩm khử thì ta tách thành nhiều phản ứng (mỗi phản ứng tạo ra một sản phẩm chất khử) rồi cân bằng các phản ứng đó, sau đó nhân hệ

số thích hợp vào các phương trình thu được và cộng lại.

- Đối với các phản ứng có sự tham gia của các chất hữu cơ: Nếu hợp chất hữu cơ trước

và sau phản ứng có một số nhóm nguyên tử thay đổi và một số nhóm không đổi thì ta xác định

số oxi hóa của C trong từng nhóm rồi cân bằng Nếu hợp chất hữu cơ thay đổi toàn phân tử,

ta cân bằng theo số oxi hóa trung bình của cacbon.

3 0

N2e8N2

e3AlAl3

6 1

3 2

Ne3N

e14S2S2

e1FeFe

e15S2FeS

Fe5

Phương pháp này chỉ áp dụng cho các phản ứng xảy ra trong dung dịch và gồm 5 bước:

Bước 1: Xác định những chất chứa nguyên tố có số oxi hóa thay đổi

Bước 2: Viết các bán phản ứng oxi hóa (ứng với quá trình nhận electron) và bán phản ứng

khử (ứng với quá trình cho electron) theo nguyên tắc sau:

+ Các dạng oxi hóa và dạng khử của các chất oxi hóa và chất khử nếu thuộc chất điện limạnh thì viết dưới dạng ion

+ Các chất điện li yếu, chất không điện li, chất rắn, chất khí thì viết dưới dạng nguyên

tử hoặc phân tử

Khi cân bằng các bán phản ứng cần chú ý hai điểm:

+ Tùy môi trường (axit, bazơ, trung tính) và tùy theo số nguyên tử oxi ta cần thêm vào

vế trái ion H+, OH-hoặc H2O và vế phải sẽ tạo ra H2O hoặc H+, OH-

+ Tổng điện tích 2 vế của bán phản ứng phải bằng nhau, nói cách khác ta có thể dựa vàotổng điện tích để cân bằng.

Bước 3: Tìm hệ số thích hợp sao cho tổng số electron do chất khử nhường bằng tổng số

electron mà chất oxi hóa nhận

Bước 4: Nhân hệ số rồi cộng hai bán phản ứng lại ta được phương trình phản ứng dạng ion

thu gọn

Bước 5: Cân bằng phần không oxi hóa - khử bằng cách thêm các ion không tham gia cho

nhận electron tương ứng vào hai vế của phương trình

Ví dụ: FeSO4+ KMnO4+ H2SO4Fe2(SO4)3+ MnSO4+ K2SO4+ H2O

Bước 3:

OH4Mne

5H8MnO

e2Fe2Fe

225

2 2

4

3 2

16MnO2Fe10

OH4Mne

5H8MnO

e2Fe2Fe

225

2 2

3 4

2

2 2

4

3 2

Bước 5: 10FeSO4+2 KMnO4+ 8H2SO45Fe2(SO4)3+ 2MnSO4+ K2SO4+ 8H2O

I.2 Pin điện hóa

I.2.1 Điện cực-pin điện hóa

Một hệ gồm vật dẫn electron (kim loại, chất bán dẫn, …) tiếp xúc với vật dẫn ion (dung dịchchất điện li) được gọi là điện cực

Trên bề mặt của các điện cực xảy ra quá trình oxi hóa hoặc quá trình khử và vật liệudùng làm điện cực (vật liệu dẫn electron) có thể tham gia hoặc không tham gia vào phản ứngđiện cực

Điện cực mà vật liệu điện cực không tham gia vào phản ứng xảy ra trên điện cực (chỉ đóngvai trò là chất dẫn điện) được gọi là điện cực trơ Ví dụ điện cực làm bằng graphit, kim loạiquý Điện cực mà vât liệu điện cực bị oxi hóa trong quá trình xảy ra phản ứng trên điện cựcđược gọi là điện cực tan

 Điện cực mà ở đó xảy ra sự oxi hóa, tức là xảy ra quá trình nhường electron được gọi là anot Điện cực mà ở đó xảy ra sự khử, tức là xảy ra quá trình nhận electron được gọi là catot.

Pin điện hóa là một hệ gồm hai điện cực (khác nhau) nhúng vào cùng một dung dịch điện lihoặc hai dung dịch chất điện li khác nhau được nối với nhau bằng một cầu muối

Ví dụ pin điện hóa Zn-Cu gồm điện cực Zn nhúng trong cốc đựng dung dịch ZnSO4và điệncực Cu nhúng trong cốc đựng dung dịch CuSO4 Các cốc dung dịch ZnSO4 và CuSO4 đượcnối với nhau bằng cầu muối KCl

- Khi nối hai điện cực với thiết bị tiêu thụ điện (VD

một điện trở) ở lá điện cực Zn xảy ra quá trình oxi

hóa: ZnZn2++ 2e Ion Zn2+đi vào dung dịch còn

các electron theo dây dẫn đến điện cực Cu Tại đây

xảy ra quá trình khử các ion Cu2+trong dung dịch

thành Cu: Cu2+ + 2e  Cu bám trên bề mặt lá Cu

Trong cầu muối các ion K+di chuyển sang cốc đựng

dung dịch CuSO4, các ion Cl- di chuyển sang cốc

đựng dung dịch ZnSO4 làm cân bằng điện tích nên

các dung dịch luôn trung hòa điện Ở mạch ngoài

(dây dẫn), các electron đi từ cực Zn sang cực Cu

Pin điện hóa Zn-Cu

- Phản ứng điện hóa trong pin điện là phản ứng oxi hóa khử, nó là kết quả tổng hợp của cácphản ứng tại các điện cực

Ví dụ trong pin Zn-Cu, phản ứng tổng quát được viết như sau: Zn + Cu2+Zn2++ CuĐiện cực Zn là nguồn cung cấp electron nên nó là cực âm, tại đây xảy ra quá trình oxihóa nên nó đóng vai trò anot Điện cực Cu là nơi tiêu thụ electron nên nó là cực dương, tạiđây xảy ra quá trình khử nên nó đóng vai trò là catot

Vậy trong pin điện hóa: Anot là cực âm, catot là cực dương.

 Sơ đồ điện cực, sơ đồ pin điện hóa

- Người ta quy ước viết sơ đồ của một điện cực như sau:

+ Dung dịch điện li bao quanh điện cực được đặt ở phía bên trái

+ Kim loại (vật liệu) làm điện cực được đặt ở phía bên phải

+ Giữa vật liệu điện cực và chất khí được đặt một dấu phẩy (,)

+ Giữa kim loại điện cực và dung dịch điện li được đặt một gạch đơn thẳng đứng

Ví dụ: Điện cực gồm thanh Cu nhúng trong dung dịch CuSO4:

CuSO4Cu hoặc đơn giản hơn: Cu2+Cu

Điện cực gồm tấm Pt hấp phụ khí Cl2nhúng trong dung dịch HCl:

HClCl2,Pt hoặc đơn giản hơn: Cl-Cl2,Pt

- Người ta quy ước viết sơ đồ của một pin điện hóa như sau:

+ Điện cực dương được đặt ở bên phải, điện cực âm ở bên trái sơ đồ

+ Giữa kim loại điện cực và dung dịch điện li được đặt một gạch đơn thẳng đứng.+ Giữa dung dịch bao quanh cực dương và dung dịch bao quanh cực âm đặt một gạchđôi thẳng đứng

Ví dụ pin Zn – Cu: (-) ZnZnSO4CuSO4Cu (+)

hoặc đơn giản hơn: (-) ZnZn2+Cu2+Cu (+)

I.2.2 Th ế điện cực-sức điện động

Mỗi điện cực có một thế điện cực Thế tuyệt đối của điện cực là đại lượng không đođược nhưng có thể đo được độ chênh lêch thế (hiệu điện thế ) giữa hai điện cực của một pinđiện hóa.

 Hiệu điện thế lớn nhất giữa hai điện cực (E), tức là hiệu của thế điện cực dương (E(+)) vớithế điện cực âm (E(-)) được gọi là sức điện động (đôi khi còn gọi là suất điện động) của pinđiện hóa: E = E(+)– E-(-)

Từ quy ước về viết sơ đồ pin điện hóaE = Ephải- Etrái

Sức điện động của pin điện hóa luôn là số dương và phụ thuộc vào bản chất của điện cực,nồng độ dung dịch và nhiệt độ theo phương trình Nernst:

Nếu phản ứng tổng quát trong pin điện được viết dưới dạng: Ox2 + Kh1 Ox1 + Kh2thì ta có: E = E0-

]Kh][

Ox[

]Kh][

Ox[lnnF

RT

1 2

2 1

Với [Ox1], [Ox2], [Kh1], [Kh2] là nồng độ (mol/L, nếu là ion) hoặc áp suất riêng phần (nếu làchất khí) của Ox1, Ox2, Kh1, Kh2

E0: là sức điện động chuẩn, là sức điện động khi [Ox1] = [Ox2]= [Kh1]= [Kh2] = 1 (Mhoặc atm)

R = 8,314 J/mol.K; T (K) = t0(C) + 273; F = 96500 C/mol

n là số electron trao đổi trong phản ứng

Ở 250C ta có: E = E0

-]Kh][

Ox[

]Kh][

Ox[lgn

059,0

1 2

2 1

Lưu ý: Nếu Kh 1 , Kh 2 là chất rắn (kim loại) thì nồng độ của chúng được tính bằng 1M.

Ví dụ đối với pin Zn-Cu ở trên, ở 250C: E = E0

-]Cu[

]Zn[lg2

059,0

Trên bề mặt điện cực chuẩn hiđro xảy ra cân bằng oxi hóa-khử: 2H++ 2e H2 Điệncực hiđro chuẩn được viết dưới dạng sơ đồ như sau: H+(1M)H2(1atm), Pt

Người ta quy ước thế của điện cực chuẩn hiđro bằng 0 V ở mọi nhiệt độ: E 0,00

2

H / H

Phản ứng xảy ra trên điện cực được quy ước viết dưới dạng: Ox + neKh nên thế của

nó được kí hiệu là EOx/Kh (và được gọi là thế khử vì tương ứng với quá trình khử) Thế oxihóa sẽ tương ứng với quá trình ngược lại nên có cùng giá trị nhưng ngược dấu với thế khử.Thế của điện cực cũng phụ thuộc vào bản chất của điện cực, nồng độ dung dịch và nhiệt

độ theo phương trình Nernst

EOx/Kh= E0Ox/Kh +

]Kh[

]Ox[lnnFRT

Với [Ox], [Kh] là nồng độ (mol/L, nếu là ion) hoặc áp suất riêng phần (nếu là chất khí) của

]Ox[lnn

059,0

Lưu ý: - Nếu Kh là chất rắn (kim loại) thì nồng độ của chúng được tính bằng 1M.

Ví dụ với điện cực Zn, ở 25 0 C: lg[Zn ]

2

059,0E

2

H

2 0

H / H 2 H

059,0P

]H[lg2

059,0E



I.2.3 S ự phụ thuộc của thế điện cực vào pH của dung dịch

- Nếu phản ứng điện cực có sự tham gia của H+thì thế của điện cực sẽ phụ thuộc trựctiếp vào nồng độ H+(theo phương trình Nernst) tức là phụ thuộc vào pH

- Đối với các phản ứng điện cực không có sự tham gia của H+, thế của điện cực cũng cóthể phụ thuộc vào pH do pH có ảnh hưởng đến nồng độ của ion tham gia phản ứng điện cực(thông qua việc tạo kết tủa với các ion này)

I.2.4 M ối liên hệ giữa E, G và K

- Biến thiên năng lượng Gibbs, G, của phản ứng oxi hóa khử xảy ra trong pin có liên

hệ với sức điện động, E, của pin điện hóa theo biểu thức:G = - nFE

và ở điều kiện chuẩn:G0= - nFE0

Trong điều kiện đẳng nhiệt đẳng áp (T,P = const), phản ứng chỉ có thể tự xảy ra khiG

< 0phản ứng oxi hóa khử trong pin điện hóa chỉ có thể tự diễn ra nếu E = E(+) – E-(-) > 0hay E(+)> E(-)

Dãy thế điện cực chuẩn của kim loại.

Điện cực chuẩn kim loại là điện cực gồm kim loại M nhúng trong dung dịch chứa ioncủa nó, Mn+, với [Mn+] = 1M

- Dãy sắp xếp các kim loại theo thứ tự tăng dần thế điện cực chuẩn được gọi là dãy thếđiện cực chuẩn của kim loại, còn gọi là dãy thế điện hóa Dãy thế điện cực chuẩn của một sốcặp oxi hóa – khử của một số kim loại thông dụng ở 250C được tóm tắt trong dưới đây:

Cặp oxi hóa–khử Nửa phản ứng E 0 (V)

Dãy thế điện cực chuẩn (thế khử chuẩn) của cặp oxi hóa-khử

Phản ứng điện cực được quy ước là phản ứng khử nên cũng tương tự như điện cực kimloại (với cặp oxi hóa khử Mn+/M, và phản ứng khử là Mn++ neM), người ta cũng xác địnhđược thế khử chuẩn của các cặp oxi hóa-khử bất kì Dưới đây là thế khử chuẩn của một số cặpoxi hóa – khử thường gặp

Cặp oxi hóa–khử Nửa phản ứng E 0 (V)



4MnO /MnO2 MnO + 4H4 ++ 3e MnO2+ 2H2O 1,70



4MnO /MnO2 MnO + 2H4 2O + 3e MnO2+ 4OH- 0,60



4MnO /MnO24 MnO + e4 MnO24 0,564

MnO2/Mn2+ MnO2+ 4H++ 2e Mn2++ 2H2O 1,23



 3 2

4 /Cr(OH)CrO CrO + 4H2O + 3e24 Cr(OH)4 + 4OH- -0,13

NO/

NO3 NO3+ 4H++ 3e NO + 2H2O 0,96



 2

4 2



 2 6 2 2

4 /S OSO

2 2SO24 + 4H++ 2e S2O26 + 2H2O -0,25



 2 3 2

4 /SO

SO SO24+ H2O + 2e SO23 + 2OH- -0,936

3 2 2

4 /H SO

SO  SO24+ 4H++ 2e H2SO3+ H2O 0,172

Từ dãy thế điện cực (thế khử) chuẩn người ta có thể:

- Xác định sức điện động chuẩn của pin điện hóa và thế điện cực chuẩn của cặp oxi hóa khử:

Như vậy: Phản ứng oxi hóa khử chỉ có thể tự xảy ra theo chiều:

Oxi hóa mạnh + Khử mạnh  Khử yếu hơn + Oxi hóa yếu hơn

Nếu có hai cặp oxi hóa khử liên hợp có thứ tự trong dãy thê điện hóa là

2 2 1

1Kh

Ox

;Kh

Ox

thìphản ứng oxi hóa khử chỉ có thể xảy ra theo chiều: Ox2+ Kh1Ox1+ Kh2 Quy tắc này cònđược gọi là quy tắc

- Không áp dụng được quy tắc  nếu kim loại phản ứng được với H 2 O ở điều kiện thường.

Trong trường hợp này, kim loại sẽ phản ứng với nước để tạo thành dung dịch kiềm sau đó

kiềm sẽ tác dụng với ion kim loại trong muối.

- Khi cho hỗn hợp hai kim loại vào dung dịch một muối hoặc hỗn hợp hai muối thì thứ tự phản ứng là:

+ Kim loại có tính khử mạnh nhất sẽ phản ứng trước, sau đó đến kim loại có tính khử yếu hơn.

+ Ion kim loại có tính oxi hóa mạnh nhất sẽ phản ứng trước sau đó đến ion có tính oxi hóa yếu hơn.

I.3 Sự điện phân

I.3.1 S ự điện phân

 Điện phân là quá trình oxi hoá khử xảy ra trên bề mặt điện cực dưới tác dụng của dòng điện

một chiều chạy qua chất điện li ở trạng thái dung dịch hay nóng chảy

Khi điện phân, tại cực âm sẽ xảy ra sự khử, tại cực dương sẽ xảy ra sự oxi hóa Vì vậy

trong bình điện phân: Anot là cực dương, catot là cực âm.

 Điện phân dung dịch

Trong dung dịch, ngoài các ion do chất tan điện li ra còn có ion H+và OH-do H2O điện

li tạo thành nên khi đó:

- Ở cực âm (catot) có thể xảy ra phản ứng:

2H++ 2eH2hay 2H2O + 2eH2+ 2OH-

Vì thế các kim loại có thế khử chuẩn rất âm (IA, IIA, Al) sẽ không bị khử tại cực âm (khi đó

H2O bị khử) Chỉ những kim loại kém hoạt động hóa học (Zn, Cr, Ni,…, các kim loại quý)mới được giải phóng ở cực âm

- Ở cực dương (anot) có thể xảy ra phản ứng:

4OH-O2+ 2H2O + 4e hay 2H2OO2+ 4H++ 4e

Vì thế những anion đơn giản như Cl-, Br-, I-, … phóng điện được trên cực dương, còn nhiều aniongốc axit phức tạp như SO24, NO3, ClO … sẽ không bị oxi hóa (khi đó H2O bị oxi hóa).4

I.3.2 Sơ lược về quá thế - Thứ tự phản ứng trong điện phân dung dịch nước

Trên thực tế để quan sát được bằng thực nghiệm quá trình khử cation kim loại trêncatot, thế áp vào catot thường phải âm hơn thế khử chuẩn của kim loại; để quan sát được sựoxi hóa một anion trên anot, thế áp vào thường phải cao hơn thế khử chuẩn của anion

Người ta gọi hiệu thế cần phải đặt vào hai điện cực để xảy ra sự phóng điện của các ion trên

các điện cực là thế phân hủy (Ephân hủy) Hiệu giữa thế phân hủy với sức điện động chuẩn của

pin điện hóa tạo bởi hai cặp oxi hóa khử tham gia phản ứng tại các điện cực khi điện phân(thường gọi là sức điện động phân cực, Ephân cực) được gọi là quá thế.

(quá thế) = Ephân hủy– Ephân cực

Ta có: Ephân hủy= Eanot– Ecatot; Ephân cực= 0

E , E0catot là thế khử chuẩn của các cặp oxi hóa – khử tham gia phản ứng tại anot và catot

 = (Eanot– Ecatot) - (E0anot - E0catot) = (Eanot– E0anot ) – (Ecatot-E0catot) =a-c

Với:c= Ecatot- E0catot là quá thế catot;a= Eanot- E0anot là quá thế anot

+ Ecatotluôn < 0

catot

E nêncluôn âm; Eanotluôn > 0

anot

E nênaluôn dương

+ Nếu catot là quá trình khử ion kim loại thành kim loại thìc0 V

Ví d ụ: Khi điện phân dung dịch CuSO4với các điện cực Pt

Tại catot: Cu2++ 2eCu; Tại anot: H2O2H++

E

Có nhiều loại quá thế:

- Quá thế hóa học: liên quan đến năng lượng hoạt động hóa của phản ứng hóa học trước khi

sự trao đổi ion xảy ra Có thể khắc phục quá thế hóa học bằng cách sử dụng các chất xúc tácđiện hóa đồng thể hoặc dị thể

- Quá thế hoạt động hóa: liên quan đến năng lượng hoạt động hóa của quá trình trao đổielectron giữa các ion với bề mặt điện cực

- Quá thế nồng độ: xuất hiện do sự giảm (hoặc tăng) nồng độ các ion ở vùng gần bề mặt điện cực.-Quá thế do bọt khí: xuất hiện do sự chậm giải hấp các bọt khí ra khỏi bề mặt điện cực

- Quá thế điện trở: liên quan với sự sụt thế do điện trở của dung dịch, …

Quá thế phụ thuộc vào vật liệu dùng làm điện cực, bản chất của ion trong dung dịchđiện li mật độ dòng điện lưu thông trên điện cực, nhiệt độ và các yếu tố khác

Quá thế có vai trò lớn lao trong điện hóa học ứng dụng Để minh họa, chúng ta xem xét sựđiện phân dung dịch chứa Zn2+và H+với điện cực bằng Zn Giả sử [Zn2+] = [H+] = 1M.

V

1

EZn2 /Zn  )

 Khi điện phân:

- Chất bị khử trước ở catot (cực âm) là chất sau khi tính đến quá thế có thế khử lớn nhất

- Chất bị oxi hóa ở anot (cực dương) là chất sau khi tính đến quá thế có thế khử nhỏ nhất

T ừ thực nghiệm người ta nhận thấy khi điện phân dung dịch nước với các điện cực trơ:

- Tại catot (cực âm) xảy ra quá trình khử M+, H+ (axit), H2O theo quy tắc:+ Các cation nhóm IA, IIA và Al3+ không bị khử (khi đó H2O bị khử)+ Các ion H+ (axit) và cation kim loại khác bị khử theo thứ tự trong dãy thế điện cựcchuẩn (ion có tính oxi hóa mạnh hơn bị khử trước)

+ Các ion H+(axit) dễ bị khử hơn các ion H+(H2O)

- Tại anot (cực dương) xảy ra quá trình oxi hóa anion gốc axit, OH– (bazơ kiềm), H2O theoquy tắc:

+ Các anion gốc axit có oxi như NO3–, SO42–, PO43–, CO32–, ClO4–…không bị oxi hóa.+ Các trường hợp khác bị oxi hóa theo thứ tự: S2– > I–> Br– > Cl–> RCOO–> OH– >H2O

Lưu ý: - Nếu anot không phải là điện cực trơ thì anot sẽ bị oxi hóa (hòa tan) khi điện phân.

Ví dụ điện phân dung dịch CuSO 4 với các điện cực bằng Cu thì ở anot Cu sẽ bị oxi hóa theo phản ứng: Cu  Cu 2+

- Khi điện phân nóng chảy Al2O3với anot bằng than chì: 2Al2O3  đpnc

4Al + 3O2.O2sinh ra sẽ phản ứng với anot than chì: 2C + O22CO; C + O2CO2

I.3.4 Định luật Faraday trong điện phân

m =

F

ItnA



Trong đó: m: khối lượng chất giải phóng ở điện cực (gam) ; A: khối lượng mol của chất thu

được ở điện cực ; n: số electron trao đổi ở điện cực ; I: cường độ dòng điện (A); t: thời gianđiện phân (s); F: hằng số Faraday là điện tích của 1 mol electron hay điện lượng cần thiết để 1mol electron chuyển dời trong mạch ở catot hoặc ở anot (F = 96500 C.mol-1)

Lưu ý: - Khi các bình điện phân mắc nối tiếp thì I chạy qua các bình là như nhau.

- Số mol electron chạy qua bình điện phân (tham gia phản ứng tại các điện cực):

2 Fe2O3+ 6HNO32Fe(NO3)3+ 3H2O 5 H2O + Na2O2NaOH

3 2NO2 + 2NaOHNaNO3+ NaNO2+ H2O 6 O2 + 2Cu2CuO

Các phản ứng nào là phản ứng oxi hoá – khử?

3) CH3-CHO → CH3COOH 4) CH2=CH2→ CH3-CH3

A Quá trình (1) (2) (3) là quá trình oxi hóa B Quá trình (1) (4) là quá trình khử

C Quá trình (2) (3) là quá trình khử D Tất cả đều sai

3 Trong phản ứng: 10FeSO4+ 8H2SO4+ 2KMnO4 5Fe2(SO4)3+ K2SO4+ 2MnSO4+ 8H2Ochất oxi hóa ; chất khử và môi trường lần lượt là:

A FeSO4; KMnO4; H2SO4 B KMnO 4 ; FeSO 4 ; H 2 SO 4

C H2SO4; KMnO4; FeSO4 D KMnO4; H2SO4; FeSO4

4 Trong phản ứng 2KMnO4+ 16HCl2KCl + 2MnCl2+ 5Cl2+ 8 H2O, axit clohiđric đóngvai trò:

C Vừa chất oxi hoá vừa chất khử D Vừa chất khử vừa môi trường

5 Trong số các phản ứng oxi hoá- khử sau:

4K2SO33K2SO4+ K2S (3) NH4NO3N2O + 2H2O (4)2KClO32KCl + 3O2 (5) 4KClO3KCl + 3KClO4 (6)3NO2+ H2O2HNO3+ NO(7) 4HClO4= 2Cl2+ 7O2+ 2H2O (8)3K2MnO4+ 2H2O = MnO2+ 2KMnO4+ 4KOH (9)

Số phản ứng oxi hoá- khử nội phân tử và số phản ứng tự oxi hoá, tự khử lần lượt là:

6 Đối với phản ứng: CrCl3 + NaOCl + NaOH→ Na2CrO4+ NaCl + H2O + Cl2, hệ số cânbằng (là các số nguyên tố tối giản) của chất oxi hóa, chất khử và chất đóng vai trò môi trườnglần lượt là:

A 2, 3 và 10 B 3, 2 và 10 C 2, 3 và 5 D 4, 6 và 5

7 Cho phản ứng: Mg + HNO3→ Mg(NO3)2+ NO + NO2+ H2O Nếu tỉ lệ số mol giữa NO

và NO2là 2 : 1, thì tổng hệ số cân bằng của HNO3trong phương trình hoá học là:

8 Cho phản ứng sau: As2S3 + HNO3đ t 0

H3AsO4 + H2SO4 + NO2 + H2O với hệ số các chất trong phương trình là các số nguyên đơn giản và không thể giản ước Tổngđại số các hệ số của chúng là:

9 Cho phản ứng sau: FexOy + HNO3→ Fe(NO3)3 + NO2 + H2O Hãy cho biết tổng đại

số các hệ số chất trong phương trình phản ứng (các hệ số chất đều là các số nguyên tối giản)

A 13x - 5y + 1 B 12x - 4y + 1 C 14x - 5y + 2 D 13x - 4y + 3

10 Tổng hệ số cân bằng (là các số nguyên tối giản) của các chất trong phản ứng:

K2Cr2O7+ C6H12O6+ H2SO4→ Cr2(SO4)3+CO2+K2SO4+H2O là:

11 Hãy cho biết chất (hoặc ion) còn thiếu trong phản ứng:

SO32-+ … + ….SO42-+ MnO2+ OH

-A KMnO4, H2SO4 B MnO 4 - , H 2 O C MnO4-, H+ D KMnO4, H2O

12 Trong phản ứng: 3FeS2+ 18HNO3Fe2(SO4)3+ Fe(NO3)3+ 3H2SO4+ 15NO + 6H2O

số mol electron mà FeS2đã nhường khi có 33,6 lít khí NO thoát ra ở đktc là:

A 1,5 mol B 0,15 mol C 0,45 mol D 4,5 mol

13 Cho Al vào dung dịch HNO3loãng, dư thu được dung dịch chứa một muối và hỗn hợp haikhí NO và N2O có tỉ lệ số mol tương ứng là 1 : 1 Nếu có 1 mol hỗn hợp 2 khí trên thoát ra thì

số mol electron mà Al đã nhường là:

14 Cho khí CO qua ống sứ chứa m gam Fe2O3 nung nóng, sau một thời gian thu được13,92gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 Hoà tan hết X bằng dung dịch HNO3 đặcnóng dư thu được 5,824 lít NO2duy nhất (đktc) Tính m?

15 Hoà tan hoàn toàn 12 gam hỗn hợp Fe, Cu (tỉ lệ mol 1:1) bằng axit HNO3, thu được V lít

(ở đktc) hỗn hợp khí X (gồm NO và NO2) và dung dịch Y (chỉ chứa 2 muối và axit dư) Tỉkhối của X đối với H2bằng 19 Giá trị của V là:

16 Cho 16,2 gam kim loại M (hoá trị không đổi) tác dụng với 0,15 mol oxi Chất rắn thu

được sau phản ứng cho hoà tan hoàn toàn vào dung dịch HCl dư (các phản ứng xảy ra hoàntoàn), thu được 13,44 lít H2(đktc) Kim loại M là:

17 Cho 3,024 gam một kim loại M tan hết trong dung dịch HNO3 loãng, thu được 940,8 mlkhí NxOy (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc) có tỉ khối đối với H2 bằng 22 Khí NxOy và kimloại M là:

A NO và Mg B NO2 và Al C N 2 O và Al D N2O và Fe

18 Hoà tan hoàn toàn m gam Fe3O4 vào dung dịch HNO3 loãng dư, tất cả lượng khí NO thuđược đem oxi hoá thành NO2 rồi sục vào nước cùng dòng khí O2 để chuyển hết thành HNO3.Cho biết thể tích khí oxi (đktc) đã tham gia quá trình trên là 3,36 lít Khối lượng m của Fe3O4là:

A 139,2 gam B 13,92 gam C 1,392 gam D 1392 gam

19 Cho biêt: E0Cu2 /Cu 0,34V; E0Cr3 /Cr 0,74Vvà phản ứng hóa học xảy ra trong một pinđiện hóa là 2Cr + 3Cu2+2Cr3++ 3Cu Sức điện động chuẩn (E0) của pin này là:

20 Trong quá trình pin điện hoá Zn-Ag hoạt động, ta nhận thấy:

A nồng độ của ion Zn 2+ trong dung dịch tăng. B khối lượng điện cực Zn tăng

C nồng độ ion Ag+trong dung dịch tăng D khối lượng điện cực Ag giảm

21 Nhúng thanh Zn (dư) vào 100,0 ml dung dịch ZnSO4 1M Nhúng thanh Cu vào 200,0

ml dung dịch CuSO4 1M Nối 2 thanh với nhau bằng dây dẫn và 2 dung dịch bằng cầumuối Kết luận nào sau đây đúng sau khi pin ngừng hoạt động

A Khối lượng thanh Zn giảm 12,8 gam

B Khối lượng dung dịch ZnSO4tăng 12,8 gam

C Khối lượng thanh Cu tăng 12,8 gam.

D.Khối lượng dung dịch CuSO4giảm 12,8 gam

22 Cho biết Mg2+/Mg = −2,37V; Zn2+/Zn = −0,76V; Pb2+/Pb = −0,13V; Cu2+/Cu = +0,34V.Pin điện hóa có suất điện động chuẩn bằng 1,61V được cấu tạo bởi hai cặp oxi hóa-khử

A 4,24.10 62 B 3,35.1012 C 1,80.10-40 D 2,18.1065

25 Cho biết: sức điện động chuẩn của pin Ni-Pb là 0,13V ; sức điện động chuẩn của pin

Cd-Ni là 0,14V; Thế điện cực chuẩn của cặp Pb2+/Pb là -0,13V Vậy thế điện cực chuẩncủa cặp Ni2+/Ni và Cd2+/Cd tương ứng là :

A + 0,00V và + 0,14V B - 0,00V và - 0,14V

C - 0,26V và - 0,40V D + 0,26V và - 0,40V

26 Cho một pin điện hóa chuẩn được hình thành từ điện cực M và điện cực chuẩn hiđro như.

Dùng vôn kế đo sức điện động của pin thấy vôn kế chỉ giá trị 0,76 V Thế khử chuẩn của cặp

M2+/M và phản ứng xảy ra tại điện cực M khi pin hoạt động là:

Thế khử chuẩn của nửa phản ứng: MnO4-+ 3e + 4H+MnO2 + 2H2O là

28 Cho các thế điện cực chuẩn ở 250C của một số cặp oxi hóa – khử: E0Fe3 /Fe2  0,771 V;

44,

30 Cho giá trị thế điện cực chuẩn (E0) của một số cặp oxi hóa - khử: M2+/M = -2,37V; X2+/X

= -0,76V; Y2+/Y = -0,13V; Z2+/Z = +0,34V Phản ứng nào sau đây có khả năng tự xảy ra?

A X + M2+X2+ + M B Z + Y2+Z2+ + Y

C X + Z 2+  X 2+

+ Z D Z + M2+Z2+ + M

31 Dãy chất nào sau đây đều có thể phản ứng với dung dịch Fe(NO3)3?

A Mg, Fe, Cu B Al, Fe, Ag C Ni, Zn, Fe D Cả A và C đều đúng

32 Cho hỗn hợp bột gồm Ni và Ag vào dung dịch Pb(NO3)2dư Dung dịch thu được sau khiphản ứng kết thúc gồm có:

A Ni(NO3)2, AgNO3 B Ni(NO3)2 C Pb(NO3)2, Ag D Ni(NO 3 ) 2 , Pb(NO 3 ) 2

33 Cho hỗn hợp Fe và Cu vào dung dịch AgNO3 Sau khi kết thúc phản ứng thu được chấtrắn A gồm 2 kim loại và dung dịch B chứa hai muối Các chất trong A và B là:

A Ag, Cu và Fe(NO3)2, Cu(NO3)2 B Ag, Cu và Fe(NO 3 ) 3 , Cu(NO 3 ) 2

C Ag, Fe và Fe(NO3)2, Cu(NO3)2 D Ag, Cu và Fe(NO3)3, AgNO3

34 Cho Fe và Zn vào dung dịch AgNO3 dư Sau khi các phản ứng kết thúc thu được dungdịch D chứa các muối là:

A Fe(NO3)3, Fe(NO3)2, Cu(NO3)2, AgNO3 B Fe(NO3)2, Cu(NO3)2, AgNO3

C Fe(NO 3 ) 3 , Cu(NO 3 ) 2 , AgNO 3 D Fe(NO3)3, Cu(NO3)2

35 Cho hỗn hợp bột gồm 2,7 gam Al và 5,6 gam Fe vào 550 ml dung dịch AgNO3 1M Saukhi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được m gam chất rắn Giá trị của m là:

A ở cực âm xảy ra quá trình khử H 2 O và ở cực dương xảy ra quá trình oxi hoá ion Cl -

B ở cực âm xảy ra quá trình oxi hoá H2O và ở cực dương xảy ra quá trình khử ion Cl-

C ở cực âm xảy ra quá trình khử ion Na+và ở cực dương xảy ra quá trình oxi hoá ion Cl-

D ở cực dương xảy ra quá trình oxi hoá ion Na+và ở cực âm xảy ra quá trình khử ion Cl-

38 Cho các cation Cu2+, H+, Fe3+, Fe2+, Ag+ Thứ tự điện phân các ion này trên catot lần lượt là:

40 Trong quá trình điện phân dung dịch CuSO4với anot bằng Cu nhận thấy:

A.Nồng độ ion Cu2+trong dung dịch tăng dần B.Nồng độ Cu2+trong dung dịch tăng dần

C Nồng độ Cu 2+ không thay đổi D Chỉ có nồng độ SO42-là thay đổi

41 Cho các ion sau Ca2+, K+, Cu2+, Al3+,Zn2+, NO3-, Br─, SO42- Khi điện phân dung dịchnước, những ion không bị điện phân là:

A Ca2+, K+, Cu2+, Al3+ B K+, Cu2+, Al3+,Zn2+, NO3

-C Al3+,Zn2+, NO3-, Br─, SO42- D Ca 2+ , K + , Al 3+ , SO 4 2- , NO 3

-42 Điện phân hoàn toàn dung dịch hỗn hợp gồm a mol Cu(NO3)2 và b mol NaCl, với điệncực trơ, màng ngăn xốp, sau khi điện phân hết ion Cu2+, để anot chỉ thu được một khí duynhất thì điều kiện của a và b là:

A.b = 2a B.b > 2a C.b < 2a D.b < 2a hoặc b >2a

43 Điện phân (với điện cực trơ) 200 ml dung dịch chứa Fe2(SO4)3 0,2M, CuSO4 0,5M vàH2SO40,5M bằng điện cực trơ cho tới khi khối lượng catot tăng 3,2 gam Tính thể tích khí(đo ở đktc) đã thoát ra tại anot?

A 1,008 lít B 0,784 lít C 2,016 lít D 1,344 lít

44 Điện phân có màng ngăn 500 ml dd chứa hỗn hợp gồm CuCl20,1M và NaCl 0,5M (điệncực trơ, hiệu suất điện phân 100%) với cường độ dòng điện 5A trong 3860 giây Dung dịchthu được sau điện phân có khả năng hoà tan m gam Al Giá trị lớn nhất của m là

A 4,05 gam B 5,40 gam C 2,70 gam D 1,35 gam

45 Điện phân (với điện cực trơ, hiệu suất là 100%) 400 ml dung dịch chứa CuSO4 0,2M vớicường độ dòng điện là 5A Tính thời gian điện phân để thu được dung dịch có pH = 1,0? Bỏqua sự thay đổi thể tích dung dịch?

A 579 giây B 772 giây C 386 giây D 965 giây

46 Điện phân (với điện cực trơ) dung dịch X chứa 0,10 mol CuSO4 và 0,12 mol NaCl bằngdòng điện có cường độ là 5,2A Sau một thời gian, thể tích khí thoát ra ở hai điện cực bằngnhau Tính thời gian điện phân?

A 9650 giây B 7720 giây C 4825 giây D 5790 giây

47 Điện phân (với điện cực trơ) dd chứa 0,1 mol Cu(NO3)2 và 0,15 mol AgNO3, sau mộtthời gian điện phân thấy khối lượng dd điện phân giảm 19,4 gam Cho 20,0 gam bột sắt vàodung dịch sau điện phân thấy thoát ra khí NO và có m gam kết tủa Vậy giá trị của m tươngứng là:

A 18,4 gam B 17,4 gam C 16,4 gam D 15,4 gam

48 Điện phân nóng chảy Al2O3với anot than chì (hiệu suất điện phân 100%) thu được m kg

Al ở catot và 67,2 m3 (ở đktc) hỗn hợp khí X có tỉ khối so với hiđro bằng 16 Lấy 2,24 lít (ởđktc) hỗn hợp khí X sục vào dung dịch nước vôi trong (dư) thu được 2 gam kết tủa Giá trịcủa m là :

49 Sản phẩm nào được tạo ra trước tiên khi điện phân dung dịch chứa NiCl2 và SnBr2 cócùng nồng độ với các điện cực graphit ở 250C Biết E0Ni2 /Ni 0,236V; E0Sn2 /Sn 0,141V;

V077

A Ni ở catot, Cl2ở anot B Ni ở catot, Br 2 ở anot

C Sn ở catot, Br2ở anot D Sn ở catot, Cl2ở anot

50 Thế phân hủy khi điện phân dung dịch HCl với các điện cực Pt nhẵn là 1,75V Biết

V360

37 A 38.B 39 A 40.C 41.D 42.B

BÀI TẬP LÝ THUYẾT VỀ PHẢN ỨNG HÓA HỌC

1 a) Nhiêt đốt cháy benzen lỏng ở P = 1 at và t = 250C bằng – 3271,9 kJ/mol Tính nhiệt đốt cháy đẳng tích củabenzen ở t = 250C Chấp nhận các sản phẩm khí của sự đốt cháy đều là khí lí tưởng

b) Tính hiệu ứng nhiệt của quá trình hiđro hóa etilen thành etan ở nhiệt độ T = 400 K, biết rằng tại nhiệt độ đónhiệt hình thành (Hht) của etilen và của etan lần lượt bằng 49,23 kJ/mol và – 89,62 kJ/mol

2 a) Tính hiệu ứng nhiệt ở 250C của phản ứng 2Al + Fe2O3  2Fe + Al2O3, biết  H  1667,82

3

2 O Al

0 298 ,

0

298 ,

6 12 6

H

 biết:  H0đc,298CH O ) 2805

6 12

4 a) Tính nhiệt hình thành chuẩn của axetilen dựa vào hiệu ứng nhiệt của các phản ứng cho dưới đây:

2C2H2(k) + 5O2 (k) 4CO2 (k) + 2H2O(l) (1) H10 = - 2602 kJ

C(r) + O2 (k)  CO2 (k) (2) H02 = -393,5 kJ

H2 (k) + 1

2 O2 (k)  H2O(l) (3) H30 = -285,8 kJb) Cho: C2H6 (k) + 7

a) Nhiệt hình thành của khí xiclopropan ở 250C

b) Hiệu ứng nhiệt của phản ứng đồng phân hoá xiclopropan (k) propen (k)?

6 Xét phản ứng: CH4(k)+ H2O(k) CO(k)+ 3H2(k) Biết: nhiệt hình thành chuẩn ở 250C của CH4(k), H2O(k) vàCO(k) lần lượt bằng -74,8 ; -241,8 và -110,5 kJ/mol; entropi chuẩn ở 250C của CH4(k),H2O(k), CO(k) và H2(k) lầnlượt bằng 186,2 ; 188,7 ; 197,6 và 130,6 J/K.mol

c) Tại nhiệt độ nào thì phản ứng đã cho có khả năng tự diễn biến ở điều kiện chuẩn

7 a) Tính năng lượng mạng lưới tinh thể ion của muối BaCl2từ các dữ kiện sau:

 H0ht BaCl(TT) 860,2

 kJ/mol; ECl-Cl= 238,5 kJ/mol; HthBa 192,5kJ/mol;  I1 Ba 501,2 kJ/mol;

 I2 Ba 962,3 kJ/mol; ECl= - 364 kJ/mol

b) Tính năng lượng mạng lưới tinh thể ion của CaCl2, biết rằng:

đc 

2

H 0 298 ,

đc 

H0đc,298C 393,4kJ/mol; H0th,298C 715 kJ/mol; EH-H= 431,5 kJ/mol

9 Nhiệt dung đẳng áp của khí hiđro, khí oxi và hơi nước lần lượt bằng 28,8 J/K.mol; 29,3J/K.mol; 33,6 J/K.mol.

Biến thiên entanpi hình thành hơi nước ở 250C bằng – 241,82 kJ/mol Tính biến thiên entanpi hình thành hơi nước

ở 1000C

10 Cho phản ứng: H2+ I2  2HI

a) Viết biểu thức của định luật tốc độ đối với phản ứng đã cho biết:

- Nếu tăng nồng độ của H2lên gấp đôi và giữ nguyên nồng độ I2thì tốc độ phản ứng tăng gấp đôi

- Nếu tăng nồng độ của I2lên gấp đôi và giữ nguyên nồng độ H2thì tốc độ phản ứng tăng gấp đôi

b) Tính bậc của phản ứng đối với H2, I2và bậc tổng quát của phản ứng

C = 0,04M thì tốc độ phản ứng là 3,2.10-4.mol.l-1.s-1 Như vậy nếu ban đầu nồng

độ mỗi chất đều bằng 0,04M thì thời gian để 50% H2phản ứng là bao nhiêu ?

d) Tốc độ phản ứng thay đổi thế nào nếu thể tích của hệ phản ứng giảm 1/2

11 a) Người ta cho vào bình cầu 0,05mol CH3COOCH3 và 0,05mol NaOH tan trong 1 lít nước Sau 3,7 phútnồng độ của CH3COOCH3 chỉ còn là 2,5.10-2mol Tính xem sau 15 phút có bao nhiêu %CH3COOCH3 bị phânhủy ở nhiệt độ không đổi Cho biết nếu tăng nồng độ của 1 trong 2 chất lên gấp đôi thì tốc độ phản ứng cũng tănggấp đôi

b) Ở 913K, hằng số tốc độ phản ứng đehidro hóa metylamin: H3CNH2 HCN + 2H2bằng 5.10-3giây-1 Tính thờigian để nồng độ metylamin giảm đi 2 lần

12 Đimetyl ete phân hủy theo quy luật động học của phản ứng bậc 1:

(CH3)2O(k)  CH4(k)+ CO(k)+ H2(k)Cho vào bình kín thể tích không đổi ở nhiệt độ T một lượng ete thì áp suất ban đầu trong bình là 300 mmHg Sau

10 giây, áp suất trong bình là 308,1 mmHg Hỏi sau bao lâu thì áp suất trong bình đạt 608,1 mmHg ?

13 Tiến hành phân hủy đimetyl ete: (CH3)2O(k)  CH4(k) + CO(k) + H2(k), trong một bình kín ở 504oC

và đo áp suất của hệ người ta thu được kết quả sau:

a) Chứng minh rằng phản ứng phân hủy đimetyl ete là phản ứng bậc một

b) Tính hằng số tốc độ của phản ứng ở 504oCc) Tính áp suất P của hệ và % đimetyl ete bị phân hủy sau 460 s

14 Etilen oxit bị nhiệt phân theo phương trình sau:

a) Hãy chứng tỏ rằng phản ứng phân huỷ C2H4O có bậc 1 và tính hằng số tốc độ (k687)

b) Tính thời gian nửa phản ứng, t1/2, ở 687 K

c) Biết rằng khi phản ứng thực hiện ở 710 K, tỉ lệ hằng số tốc độ phản ứng: 0,02

15 Người ta nghiên cứu phản ứng xà phòng hóa etyl fomiat (HCOOC2H5) ở 25oC:

HCOOC2H5+ NaOH  HCOONa + C2H5OHNồng độ ban đầu của NaOH và este đều bằng 0,01M Lượng etanol tạo thành theo thời gian được biểu diễn trongbảng sau:

OH H

a) Giả thiết rằng sản phẩm phản ứng là N2và O2, hãy tính áp suất cuối cùng và thời gian nửa phản ứng

b) Cũng tại nhiệt độ trên song áp suất đầu là 400 mmHg còn thời gian nửa phản ứng là 52 phút thì phản ứng sẽ

Thí nghiệm CA(mol/l) CB(mol/l) Vận tốc (mol/l.phut)

a) Xác định bậc phản ứng và tính hằng số tốc độ của phản ứng trên

b) Tính tốc độ của phản ứng khi CA= CB= 0,2 mol/l

c) Tính thời gian cần thiết để một nửa lượng chất (lấy ở câu b) phản ứng

(Trích đề chính thức kỳ thi olympic truyền thống 30-4 lần XVII-năm 2011,Hóa học 10)

18 Trong một phản ứng bậc nhất tiến hành ở 27°C, nồng độ chất đầu giảm đi một nửa sau 3000 giây Ở 37°C,

nồng độ giảm đi 2 lần sau 1000 giây Xác định:

a) Hằng số tốc độ ở 27°C

b) Thời gian để nồng độ chất phản ứng còn lại 1/4 nồng độ đầu ở 37°C

c) Hệ số nhiệt độ của hằng số tốc độ phản ứng

d) Năng lượng hoạt hóa của phản ứng

19 Để nghiên cứu động học của phản ứng thế: R-Br + H2O  ROH + HBr người ta theo dõi biến thiên nồng

độ R-Br Các kết quả thu được như sau:

d) Tính năng lượng hoạt hóa của phản ứng nghiên cứu

20 Năng lượng hoạt hóa của phản ứng tổng hợp NH3 từ H2 và N2 ở 600K khi không có chất xúc tác bằng 326kJ/mol Khi dung chất xúc tác W năng lượng hoạt hóa bằng 163 kJ/mol, còn xúc tác là sắt thì năng lượng hoạt hóabằng 175 kJ/mol Hỏi tốc độ phản ứng tăng bao nhiêu lần khi dùng chất xúc tác đối với mỗi trường hợp

21 a) Một chất phóng xạ có chu kì bán hủy là 30 năm Hỏi cần một thời gian bao lâu để 99% số nguyên tử của nó

bị phân rã ?

b) Một vật X có khối lượng 70 kg, có chứa 140 g kali Trong tự nhiên đồng vị 1940Kchiếm khoảng 0,0117%

i) Tính khối lượng (ra mg) và số nguyên tử đồng vị 40K

19 trong mẫu vật X Biết 40K

19 có M = 39,974

ii) 1940Klà đồng vị phóng xạ có chu kì bán rã bằng 1,28.109năm Tính hằng số phóng xạ của đồng vị này

iii) Tính số nguyên tử 1940K đã bị phân rã trong một năm (chấp nhận ex 1 – x)

22 a) Ở 1000K hằng số cân bằng Kpcủa phản ứng: 2SO2 + O2 2SO3, bằng 3,50 atm-1 Tính áp suất riêng lúccân bằng của SO2và SO3nếu áp suất chung của hệ bằng 1 atm và áp suất cân bằng của O2bằng 0,1 atm

b) Ở 600K đối với phản ứng: H2+ CO2 H2O(k) + CO

Nồng độ cân bằng của H2, CO2, H2O và CO lần lượt bằng 0,600 ; 0,459; 0,500 và 0,425 mol/l

24 Cho cân bằng hóa học: N2(k) + 3H2(k) 2NH3(k) H = -92 kJ/mol

Nếu xuất phát từ hỗn hợp chứa N2 và H2 theo tỉ lệ mol 1:3, khi đạt tới trạng thái cân bằng ở điều kiện tối ưu(4500C và 300 atm) thì NH3chiếm 36% về thể tích

b) Giữ nhiệt độ không đổi ở 4500C, cần tiến hành phản ứng dưới áp suất là bao nhiêu để khi đạt tới trạng thái cânbằng NH3chiếm 50% thể tích?

c) Giữ áp suất không đổi (300 atm), cần tiến hành phản ứng ở nhiệt độ nào để khi đạt tới trạng thái cân bằng NH3chiếm 50% về thể tích? Cho biết phương trình Van't Hoff liên hệ hai hằng số cân bằng ở 2 nhiệt độ là:

2

T

1T

1R

H

K

K

(Trích đề chính thức kỳ thi olympic truyền thống 30-4 lần XVII-năm 2011,Hóa học 10)

25 Khi đun nóng amoni clorua trong bình kín thì xảy ra phản ứng:

(Trích đề thi chọn HSG các trường chuyên khu vực DH & ĐB Bắc Bộ năm 2012, Hóa học10)

27 Ở 1bar và 6300C sự phân hủy khí SO3xảy ra theo phản ứng:

2SO3 2SO2 + O2Khi phản ứng đạt tới trạng thái cân bằng, khối lượng riêng của hỗn hợp khí = 0,928 g/l

a) Hãy xác định độ phân li của SO3(

bđ SO

pu SO

c) Cân bằng sẽ dịch chuyển thế nào nếu thêm một lượng He vào bình trong hai trường hợp:

a) Cho tới khi áp suất tăng gấp đôi (nhiệt độ và thể tích bình không đổi)

b) Khi tăng thể tích bình lên gấp đôi và He được thêm vào để giữ cho áp suất tổng trong bình vẫn như banđầu (khi chưa có He; nhiệt độ không đổi)

28 Xét phản ứng: CH4(k) C (r) + 2H2(k)Biết:

4

0

ht ,298 CH (k )( H ) = - 74,85 kJ.mol-1;

4

0

298 CH (k )(S ) = 186,26 J.mol-1.K-10

298 C(r )(S ) = 5,84 J.mol-1.K-1;

2

0

298 H (k )(S ) = 130,68 J.mol-1.K-1a) Tính G0298của phản ứng từ đó suy ra KPcủa phản ứng ở 250Cb) Chấp nhận rằng

4

0

ht ,298 CH (k )( H ) không đổi trong khoảng nhiệt độ nghiên cứu, tính KPcủa phản ứng ở 500C.c) Ở 250C, áp suất chung của hệ phản ứng lúc cân bằng là 0,01 atm Tính hằng số cân bằng Kxcủa phản ứng và độphân li  của CH4(k)

d) Hãy cho biết chiều chuyển dịch cân bằng khi tăng áp suất chung của hệ

29 Ở 270C, phản ứng : N2O4(k) 2NO2(k), có hằng số cân bằng Kp = 0,17 atm

a) Tính thành phần phần trăm của hỗn hợp khí khi áp suất chung của hệ lần lượt bằng 1 atm và 10 atm

b) Tính hằng số cân bằng KPcủa phản ứng trên ở 630C Biết rằng nhiệt hình thành chuẩn ở 250C của N2O4và NO2bằng 9,7 và 33,5 kJ/mol Giả thiết rằng nhiệt của phản ứng,H0

, không phụ thuộc vào nhiệt độ

c) Từ các kết quả thu được ở trên có thể rút ra các kết luận gì về ảnh hưởng của áp suất và nhiệt độ đến sự chuyển