BAI TAP HOA LY CO SO

Sách bài tập hóa lý cơ sở :)Sách này sẽ giúp cho các sinh viên, học viên ôn thi cao học về mặt tài liệu để ôn và luyện.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC

BAI TAP HOA LY CO SO

LAM NGOC THIEM (CHU BIEN),

THU VIEN ITRAN HIEP HAI - NGUYEN TH] THU

HA NOI

LOI NOI DAU

T7

Sự hiểu biết uê cấu trúc, năng lượng uù cơ chế phần ứng để lý giải

các quy luật diễn biến của một quá trình hóa học là nhiệm vu hang đầu

của môn học Hóa lý Nói cách khác, nắm chắc các kiến thức hóa lý sẽ

giúp các nhà khoa học hiểu sâu sắc hơn bản chất của quá trình hóa học

Muốn hiểu được điều này không thể không tỉnh thông uiệc giải các

bài tập hóa lý Làm được như uậy không hoàn toàn đơn giản chút nào

bởi uì từ lý thuyết đến bài tập là cả một chăng đường quanh co khúc

khuỷu phải tốn không ít năng lượng mới nượt qua nổi ?

Bài tập hóa lý được xuất bẩn bằng tiếng nước ngoài khá phong phú

song bằng tiếng Việt, loại tời liệu này lại chưa nhiều Chính uì uậy

chúng tôi mạnh dạn sưu tâm, chọn lọc uà phân loại để hình thành cuốn Bài tập hóa lý cơ sở Cuốn bài tập này được chia thành ð phần gém 19

chương khác nhau bao trùm hdu như toàn 66 ede vdn dé cud chương

trinh héa ly hién hanh

Dé dé dang cho người đọc trong mỗi chương chúng tôi lạt chia làm,

ba đề mục

Đề mục I Ỏ phân này chúng tôi tóm tắt những khái niệm, định

nghĩa uà các công thức quan trọng để giúp độc giả

làm các bài tập ở hai phần tiếp theo

Dé muc Il Do tính chất phức tạp của hóa lý nên chúng tôi chọn

một số dang bài tập đại diện có lời giải cụ thể nhằm phần nào giảm bớt khó khăn khỉ độc giả giải các bài

tập khác ở phân HỊI (Dš nhiên môỗi dạng bài tập có

thể có nhiều cách giải, song chúng tôi, chỉ chọn một

cách dé minh hoa)

Đề mục HH Như đã nói ở trên chúng tôi lựa chọn một số đựng

bài tập tương tự chưa có lời giải cụ thể, nhưng có

hướng dẫn hoặc đáp số để độc giả tự thử sức mành

nhằm nâng cao sức sdng tạo uà uận dụng lý thuyết bào bài tập

Trong quá trùnh biên soạn tuốn sách chúng tôi đã được sự cé vii va

góp ý của nhiêu đồng nghiệp, song chắc chắn uẫn còn nhiều thiếu sót

Các tắc giả rất mong nhận được nhiêu ý kiến phê bùnh xây dựng của độc

giả

>

Chương 3 Cân bằng hóa học và cân bằng pha "_ BB

Phần B ĐỘNG HÓA HỌC VÀ XÚC TÁC

Chương 7 Động học của các phản ứng đơn giản và phức tạp 141

Chương 8 Lý thuyết tốc độ phản ứng eeaesssceaesecsesececaenseseaenens 181

Chương 9 - Phần ứng quang hóa học và phản ứng đây chuyền 197

Chương 10 Xúc tác đông thể và dị thể ccccce 213

Phần C ĐIỆN HÓA HỌC -

Chương 11 Sự tải ion trong dung dịch _ _ 227

Chương 12 Pin điện và dung dịch — "1 248

Chương 13 Sự điện phân và quá thế coi 265

Chương 14 Ăn mòn và bảo vệ kim loại - cccccceceeee 275

Phần D HÓA KEO VÀ HẤP PHỤ

Chương 15 Hiện tượng bề mặt và hấp phụ 285

Chương 16 Hệ keo và tính chất : 299

Phần E HÓA HỌC LƯỢNG TỬ CƠ SỞ

Chương 17 Đại cương về cơ học lượng tử 317 |

Chương 18 Cấu tạo nguyên tỬ Hee 347 Chương 19 Cấu tạo phân tử và liên kết hóa học 377,

1a 415

` TÃI LIỆU THAM KHẢO cc 2c 2x2 481

Phan A

NHIET DONG LUC HOA HOC

wre

Khi một hệ nhiệt động lực thực hiện mét chu trinh (qua trinh

đóng) ở đó nó nhận từ môi trường ngoài một'lượng bhiệt võ cùng nhỏ 8Q

và sinh.ra cho bên ngoài một công vô,cùng nhỏ,õA, thì giữa: bai đại

lượng này có một sự tương đương được thể hiện bằng phương:trình ;

|aA=Jlaq -:

Đại lượng J phân ánh sự tương đương giữa bhiệt và cổng và được

gợi là đương lượng cd học của nhiệt Khi A và Q được biểu thị i bằng cùng

10 Chương 1 NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT CỦA NHIET ĐỘNG LỰC HỌC

Nhiệt Q va công A là hai dạng chuyển hóa của năng lượng, do

đó nếu hệ nhận nhiệt từ bên ngoài thì lượng nhiệt đó được tính là

dương (Q > O), trái lại nếu hệ mất nhiệt cho bên ngoài thì Q được tính là

âm (Q < 0) Quy ước về dấu này cũng được áp dụng cho công, tức là :

_ A<0 khihệ sinh công cho bên ngoài, : A>0_ khihệ nhận công từ bên ngoài

Với sự chấp nhận thống nhất về dấu này thì biểu thức toán của

nguyên lý thứ nhất được viết như sau:

đdỦ=õQ+öA đối với quá trình vô cùng nhỏ,

va AU=Q+A đối với quá trình hữu hạn

Trường hợp công A chỉ là công gắn liên với sự thay đổi thể tích của

hệ thì đối với quá trình thuận nghịch nhiệt động

BÀI TẬP HỒA LÝ CƠ SỞ : 11

Cp=a+bT+cT? hoặc Cp=a'+bT+c/T?

> Ap dung nguyén ly thi nhất cho khí lý tưởng

6Q = dU + PdV

RT

= C,aT + yw

õQ = CvdT + RTdlnV (1 mol khí lý tưởng) (1.5)

Thay Cy = Cp - R, biểu thức äqQ cho ta:

6Q = CpdT - RTdInE (1 mol khí lý tưởng)

Các biểu thức công và nhiệt trong quá trình thuận nghịch

~- Quá trình đẳng tích (dV = 0)

8A = -PdV = 0 — Ay =0

äQ = dU + PđV = dU — Qv = Íc,an (imol) (L6) -

- Quá trình đẳng áp (dP = 0)

12 Chương 1 NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT CUA NHIET DONG LUC HỌC

° 8A =-PdV; -Ap=- [PaV = -P(V2 - Vi)

Công dãn đoạn nhiệt có thể tính từ phương trình Poisson

P.V = const với y= Cpí Ấy

Hiệu ứng nhiệt của quá trình và định luật Hess

Các hệ thức —`

8y = đÚy hay Qv=AUy

BÀI TẬP HÓA LÝ CƠ SỞ- ¬- ¬

biểu thị thực chất của định luật Hess về hiệu ứng hit tal tic Ge

đẳng áp của quá trình Giữa Qp:và:Qv có mối quan “hệt :!¿ Rey ee +

Qp= Qv + An RT i: we (1.9)

với An là biến thiên số mol khí của quá trình , " katt

Đối với phản ứng hóa học ở T = const, Pe const, hiệu ứng nhiệt

của phản ứng được tính dựa vào nhiệt hình thành hoặc nhiệt đốt cháy:

AHpu= E (AHuouø - E (AHnoaáu wean | (1.10)

AHpy= E (Ha daiu - Ha deus? "2 29 SÁI aay

Ö điều kiện chuẩn P = 1 bar, T= 298 ta có ‘ce gia’ thi: ale a

AH’, =z (AH?, ous - x (AH, Dake :

owes

AHš„ = = z (AH; )aéu- 2 (Hi, Des ath c

Ngoài hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học, © còn 06; :hiệu fing phiét của các quá trình lý hóa khác như nhiệt hòa tan, nhiệt hyđrat, nhiệt

Ce FS ag

2Ð Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hiệu ứng nhiệt |

Sự phụ thuộc nhiệt độ của hiệu ứng nhiệt được thể hiện bằng định luat Kirchhoff, theo đó hệ số nhiệt độ của hiệu ứng nhiệt bằng biến '

Định luật Kirchhoff cho phép tính hiệu ứng nhiệt ở mặt nhiệt, độ

khí đã biết hiệu ứng nhiệt ở một nhiệt độ khác ¬ FG CGE

c 1111 204 069 Ga rede E

T í

AH, = AH, + ÏAc,am (1.14)

Ty cất tilt ~ (4

14 Chương 1 NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT CỦA NHIỆT ĐỘNG tỰC HỌC

AH, =H, + ACp(Tz-TJ) — nếu ACp là hằng số

Trường hợp ACp phụ thuộc T dưới dạng phương trình

ACp = Aa + AbT + AcT? +

thì AH, =AH, + Tosa + ADT + AeT? par

Tị

: = AH, + Áa (Ty - T) + 2 Ab(Tỷ - T?)+ sacl? - TỶ)

+

1.1 Một lượng 0,850 mol khí lý tưởng ở 300 K dưới áp suất lỗ

atm, được dãn nở đẳng nhiệt tới áp suất 1 atm Tính công thực hiện:

a) trong chân không;

b) chống áp suất ngoài không đổi bằng 1 atm, và ˆ

BÃI TẬP HÓA LÝ CƠ SỞ :”- : ¬ 3

l6 - Chương 1 NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT CỦA:NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC

propan bằng -2220 kJ.mol”, nhiệt hình thành của nước bằng -286,0

kJ.mol”, và nhiệt hình thành của khí cacbonic bang -393,5 kJ.mol1,

(2) Het 20 = H;O 0 AH2„ = -286,0 kj.rof?

(3) C+0,= CO, AH®,, = -393,5kJ.mol”

Van dụng định luật Hess bằng cách lấy phương trình (2) » x 4 rồi cộng với phương trình (3) x 3, ta được

vào các dữ kiện sau:

(1) S8nCl; aq + 2HCI ag + HạO; ag = 8nChu aq +-8HO

a) SMe AL tan, HI aq "AH = -56,1 kJ mol

THU VIỆN ae nky LAP ap |

0 OHONG ĐỌC

2003 PVj 231 +]

Van dung dink luat Hess vào phản ứng xảy ra trong dung dịch

Nhân với 2 các phương trình phản ứng (4) và (6) rồi trừ đi nhau, ta

18 Chương 1 NGUYEN LÝ THỨ NHẤT CỦA NHIỆT.ĐÔNG tỰƠ HỌC

ry

Lấy phương trình phản ứng (6) trừ đi phương trình (3): sre

(7) Hạ + O; + HCl aq = HOCI aq + H;Ó ` AH='-46,8 kử)mol"

Lấy phương trình (2) cộng với phương trình (Œ?): -` -

8) Hz + O2 + SnCl, aq + 2HCI aq = SnCl, aq, + 2H,0 "

AH= = -560, 8 ki, mot

Lấy phương trình (8) trừ đi phượng trình (1): cụ Nền

Hạ+O;+aq =HạO¿aqg cị AH =_189,2 kg mọt?

1.6 So sánh sự khác nhau giữa AH và AU đối với'sự biến đổi vật

lý sau: (a) 1 mol nước đá -> 1 mol nước tại 278 K va 1 atm, (b) 1 mol

nuéc > 1 mol hoi nuée tai 373 E và 1 atm Thể tích mol của nước đá và

nước ở 273 K bằng 0,0196 và 0,0180 ¿,mỏl'! Thể: tích: mol của nước và

hơi nước ở 373 K bằng 0,0188 và 30,61 /.mol”'

tất ba

= 8100 J.mol"' ` 7

Két qua nhận được vé (AH - AU) cho thay su khác nhau là không

đáng kể và có thể bỏ qua đối với những pha ngưng kết, song PAV lai rất

đáng kể đối với quá, trình có khí tham gia Đối với trường hợp, (a) AU >

AH vi khi da néng chay có sự giảm thể tích do đó hệ nhận công từ bên

1.7 Nhiệt hòa tan của BaCl; trong nước bằng 8652, 6 J Nhiét

hyđrat của BaCls để tạo ra BaCl;.2H;O bằng 29 134, 6 J

_ Xác định nhiệt hòa tan cha BaClp 2H,O |

pot y

Có thể điều chế dùng dịch BaCl; bằng hai phương pháp:

1) 1 mol BaCls hòa tan vào một lượng nước rất lớn, tỏa ra 8652, 6 3

2) Tiến hành hydrat hóa BaCl; theo phương trình phần ứng

BaCl; + 2H¿O = BaCl; 2H;Ò' ` ` ' AH = -29.134,6 J

sau đó lấy 1 mol BaCl; 2HạO hòa tan vào một lượng nước rất lớn, hiệu

ứng nhiệt sẽ bằng AH, Theo định luật Hess, hai quá trình () và (2) có

Néu phan ting trén xây ra trong pin, điện thì cũng ở ở điệu, kien đất,

cho về áp suất và nhiệt độ, hóa năng được chuyển thành điện năng và thực hiện một công điện bằng 109.557,8 J Chứng tỏ rằng trong cả hai trường hợp biến thiên nội năng là như nhau, còn nhiệt thì khác nhau

t 3

Giải

Trong trường hợp đầu phản ứng xảy ra là không thuận nghịch

nhiệt động nên Q=AH= -126.44õdJ' ` ¬ We fate ó5

20 Chương 1 NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT CỦA 'NHIỆT ĐỘNG tực Học

Py ae teh

AU= Q+A=AH-PaV= aH AnRT = AH + ORT oe

này : ' Porth a te Be El POR, ah ib cbs

= -126.445 + 3 x 8,314 x 28] = -125, 206 kJ

Đối với trường hợp sau, phản ứng diễn ra một cach, thuận nghịch

nhiệt động trong pin điện, năng lượng của phan ứng ,phần | lớn chuyển

thành điện năng với công điện lATmax= = -109 557, 8 J, phan nhỏ của hóa

Nguyên lý thứ nhất trong trường hợp có công điện (cộng có ích)

5Q=dU-8A-5A‘me „ GA, <0;, | BA'nax <

1.9 Nhiệt hyđro hóa buten-1 ở 82°C bằng -126,825 kJ Nhiét

dung các chất ở 298 và 400 K được cho dưới đây: -' '' °:-

Như vậy có sự phù hợp giữa hai phương pháp

1.10 Đối với phản ứng xảy ra ở áp suất không đổi:

nhiệt hình thành chuẩn ở 298 K của các chất CO và CHạOH bằng

-110,B và -901,2 kJ.mol” Nhiệt dung mol đẳng áp của các chất là một

a) Biéu thi AH cha phan ting duéi dạng một hàm của nhiệt độ

b) Tinh AH 6 500 K déi với phan ting da cho.

_ BÀI TẬP HÓA LÝ CƠ SỞ `: ' : 23

ae ee nee nn ®S— a“ama.ắằ-ổ—-ueea-wswsẶẴNẵăwn

1.11 Nhiét: hinh’ thanh’ cha axetylen và benzen ở các nhiệt độ

khác nhau được cho dưới đậy:

AH,„„lJ] 22281072 22217118 221 552,54 220917,18 220 277,64 AHq„lJ] 6193634 6116340 60693,60 6040100 60 233,80

Xác định nhiệt dung của hơi benzen ở T = 1200 Knếu tại nhiệt độ này C, cạn = 69,99 J.K” Cy

Gidi

Theo dinh luat Hess, déi véi phan ting

¡¡ — 8C,H, = CeHe

- AH=AHwo -8-AHisc Kết quả tính AH ở các nhiệt độ khác nhau:

-AH 606 492,99 605 385,22 60396402 602350,54 600 599,12

Vẽ đồ thị AH phụ thuộc T rồi kẻ tiếp tuyến tại T = 1200 ta được

8[AHW4đT = 15,048 Dodd Croc, - 8Cp,., ‘CoH = 15,04 và

24 -_ Chương 1 NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC

= 4,18-(T - 298) + 4,18.10° (T” - 298%):

20 900 = 4,18T - 1 245,64 + 4,18,10°T? - 371,20

hay | “4,18.10°T? + 4,18T - 22 516,84 = 0

Giải phương trình theo T, thu được T = 1880 K

ill BAI TAP TY GIẢI

1.13

0,1 mol khi lý tưởng

có Cy = 1,õ0 R thực hiện một chu trình

như hình vẽ

Tính nhiệt Q, công A

và biến thiên nội năng

AU cia từng giai đoạn

và của toàn bộ chu

1.14 M6t xilanh dude đóng bằng một pittông di động không ma

sát, chứa 3 mol khí He ở 1 atm và 400 Áp suất được tăng thuận

nghịch nhiệt động tới 5 atm Xác định A, Q và AU cho quá trình này

ÐS: 1,6.10 J; -1,6.10" J; 0

1.15 Một mo! khí lý tưởng đơn nguyên tử ở 300 K và 15 atm được

dãn nở tới áp suất 1 atm Sự dãn nở được thực hiện bằng con đường:

BÀI TẬP HÓA LÝ CƠ SỞ cs a 25

a) đẳng nhiệt và thuận nghịch nhiệt động;

b) đẳng nhiệt và không thuận nghịch;

c) đoạn nhiệt và thuận nghịch;

d) đoạn nhiệt và không thuận nghịch

Trong các quá trình không thuận nghịch, sự dãn nở chống lại áp

suat 1 atm Tinh Q, A, AU và AH cho mỗi trường hợp - to

DS: a) 6,75 kd; -6,75 kJ; 0; 0;

b) 2,88 kJ; -2,88 kJ; 0; 0;

€) 0; -2,47 kJ; -2,47 kd; -4,12 kd;

đ) 0; -1,4 kd} -2,33 kJ

1.16 100g khí CO; (xem như khí ly tuéng) 6 0°C va 1,013.10° Pa

Xác dinh Q, A, AU, AH trong các quá trình sau: ;

a) dan đẳng nhiệt tới thể tích 0,2 mẺ,

1.17 Xac dinh bién thién néi nang khi lam bay hơi 20g etanol tới

nhiệt độ sôi nếu nhiệt bay hơi riêng của etanoL Đằng 857,7 J/g; thé tich

hơi tại nhiệt độ sôi bằng 607 cmỶ/g (bỏ qua thể tích pha lỏng)

DS: 2,54 kJ

1.18 Tinh AU và AH cho các quá trình sau đây:

a) Một mol nước đông đặc ở 0C và 1 atm,

b) Một mol nước sôi ở 100C và 1 atm.

26 Chương 1 NGUYÊN LÝ THU NHAT.CUA‘NHIET ĐỘNG LỰC HO€

biết rằng nhiệt đông đặc và nhiệt bay hơi của 1 mol nước bằng -6,01 kJ

và 40,79 kJ; thể tích mol của nước lỏng và nước đá bằng 0,0180 7 và

0,0195 7 Chấp nhận hơi là khí lý tưởng , ¬ -

DS: a) AU = AH = -6,01 kd

b) 87, kd; 40,79 kử

1.19 6 25°C nhiét hinh thanh cia HF (aq) bang -320 kJ mol’;

cia OH’ (aq) bằng -229,94 kJ.mol'”; 1 của E” (aq) bằng -329,11 kd; ea

HạO (7) bang -285,84 kJ mol”

a) Tính nhiệt trung hòa của HF (aq)

HF (aq) + OH (aq) = H,0 () + F (aq)

b) Đối với phan ting H* (aq) + OH (aq) = H,O @, AH = = = ~65, 83

Tinh AH đối với sự phân ly HF (aq) = HỶ (aq) + E" (aq)

DS: a) -64,91 kJ; 6) -9,08 kJ

1.20 Nhiệt hình thành của nước lỏng và của CO; bằng -28,8 và

-898,B kJ/mol ở 26C, 1 atm Cũng ở điều kiện này, nhiệt đốt cháy của

CH, bang -890,8 kj/mol Tính nhiệt hình thành của CH¿ từ các nguyên

/ 1.22 Nhiét hinh thanh cha FeO; (r) bang -821,3 kJ/mol; cia

Al,O3 bang -1675 kJ/mol Tinh hiéu tmg nhiét cha su khit 1 mol Fe,03-

DS: -853,7 kJ/mol.

BAI TAP HOA LY CƠ SỞ ' 27

1.28 Trên cơ sở các dữ kiện sau, hãy tính nhiệt hình thành của

AlCl, (x) khan:

2Al + GHCL aq = AlpCloaq+ 3H, AH?„ = -1003,2kJ.,

Hạ + Clạ = 2HCI &) — AH¿„=-184,1 kở

HƠI Œ) + aq = HCl aq AH a5 = -72,45 kJ

AlpClg (r) + aq = AlzCla aq AH ong, = -643,1 kd

DS: 1347,1 kd

1.24 Tính hiệu ứng nhiệt 6 25°C, 1 atm đối với phản ứng

MgO (r) + CO2 = MgCO; Œ)

1.95 Xác định nhiệt hòa tan tích phân của NH:CI, nếu khi hòa

tan 2g NHjCl trong 100g nước, sự hạ nhiệt độ quan sat duge At = 0,18°C Nhiệt dung riêng của dung dịch trên bằng 4,171 kJ/độ kg Nhiệt

dung của nhiệt lượng kế bằng 171,544 kJ/độ kg

DS: -16129,3 kilimol

1.96 Nhiệt đốt cháy chuẩn của axit fumaric va axit maleic bằng

~1386 và -1359,2 kJ/mol Xác định hiệu ứng nhiệt của sự đồng phân hóa:

28 Chương 1 NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT CỦA NHIỆT ĐỘNG LUC Hoc

1.27 Tính AHŸ đối với phản ứng

FeO Œ) + 2H” (aq) = HạO ( + Fe” (aq)

biết:

2FeO + 20: + FesO; AH? = -284,1 kJ/mol

Fe + 2H" (aq) = Fe”* (aq) + He AH? = -86,2 kd/mol

DS: -103 kJ/mol

1.28 Nhiệt trung hòa axit HNO; bằng xtit 1a -55,9 kJ Cing

lượng dung dịch xút trên được dùng để trung hòa axit CHƠI;COOH thì

hiệu ứng nhiệt nhận được bằng -62,05 kJ Nếu cho 1 đương lượng

NaOH vào dung dịch chứa 1 đương lượng HNO; và 1 đương lượng

CHƠCI;COOH thì tổa ra 58,41 kJ Xác định số đương lượng gam HNO;

DS: 0,58 dig

1.29 Nhiệt trung hòa NaOH và dung dịch NHạ bằng axit HCI là

-55,9 va -õ1,84 kJ/mol Xác định nhiệt điện ly của amoniac

DS: 4,56 kJ/mol

1.80 Xác định nhiệt chuyển hóa lưu huỳnh rombic sang dạng đơn

tà nếu nhiệt đốt cháy của lưu huỳnh rombic và đơn tà tương ứng bằng

=297,5 va -300,1 kJ/mol

DS: 2,6 kJ/mol

1.31 Nhiệt đốt cháy của cacbon vô định hình, của graphit và của

kim cương bằng -409,2; -394,6 và -395,8 kjJ/mol Tính nhiệt chuyển hóa

thù hình:

BÃI TẬP HÓA LÝ CƠ SỞ 29

a) cacbon vô định hình sang grapbit;

b) cacbon vô định hình sang kim cương;

c) graphit sang kim cương

DS: -14,64; -13,9; 0,7 kJ/mol

1.32 Hòa tan 0,632g phenol vào 135,9¢ clorofooc téa ra 0,087 kJ

Khi hòa tan 1,56g phenol vao 148,69¢ clorofooc thi téa ra 0,171 kJ

Xác định (tính cho 1mol phenol) nhiệt pha loãng bằng clorofooc để

chuyển dung dịch thứ hai về nồng độ của dung dịch thứ nhất

DS: 2,8 kJ

1:88 Phản ứng giữa kẽm kim loại và dung dịch đồng sunfat xảy

ra trong ống nghiệm thì tỏa ra một nhiệt lượng bằng 230,736 kJ Cũng

phản ứng trên cho xảy ra trong pin điện thì một phần hóa năng chuyển thành điện năng; công điện mà pin sinh ra bằng 210,672 kJ Hãy chứng

tỏ rằng troig 2 cách tiến hành phan tng AU vẫn giữa nguyên giá trị,

nhưng lượng nhiệt kèm theo phản ứng trong 2 trường hợp thì khác nhau

1.34 Một khí lý tưởng có Cy = 3R không phụ thuộc T, được đãn nở

đoạn nhiệt trong chân không tới thể tích gấp đôi Sinh viên A lý luận

rằng đối với quá trình đoạn nhiệt thi T,/T, = (V,/V2)"** do đó Tạ = '?ự2'!°, Sinh viên B sử dụng hệ thức toán của nguyên lý thứ nhất AU =

Q+A=0+0=0 va AU = CyÁAT = 0; Cy #0 nên AT = 0 vậy T› = Tị Sinh

viên nào đúng ? Chỉ ra chỗ sai của sinh viên trả lời không đúng

1.85 Một sinh viên khi làm tường trình bài thí nghiệm nhiệt đốt

cháy một hợp chất hữu cơ đã cho rằng AH = AU + PAV Sự đốt cháy

trong bom nhiệt lượng ké lam cho AV = 0 do đó AH = AU Kết luận này

sai ở chỗ nào?

1:86 Ở 25°C nhiệt thang hoa của iốt bằng 62,8 kJ/mol, nhiệt hình

thành chuẩn cha HI (k) bang 24,7 kJ/mol Xác định nhiệt Hình thành

của HI (Œ) từ các nguyên tế ở thể khí tại 226°C biết nhiệt dung trung

bình trong khoảng nhiệt độ 2B - 225°C:

30 Chương 1 NGUYÊN LÝ THỮ NHẤT CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC

1.37 Xác định AHƒ,„ đối với phản ứng CO + 302 = CO¿; Nhiệt

hình thành chuẩn ở 298 K đối với CO và CO; bằng -110,ð và -393,5

kJ/mol Nhiệt dung mol đẳng áp của các chất được cho đưới dạng hàm của nhiệt độ: '

1.39 6 900°C nhiệt phân ly cha CaCO; theo phan tng

CaCO; = CaO + CO,

bằng 178 kl/mol Nhiệt dung mol đẳng áp của các chất được cho bằng

các hàm phụ thuộc T như sau:

Cresco, [J/KI = 104,5 + 21,92.10° T - 25,94.10° T?

Cp, cao [J/K] = 49,63 + 4,52.10° T - 6,95.10° T?

BÀI TẬP HÓA LÝ CƠ SỞ 31

Coco, [J/K] = 44,14 + 9,04.10T - 8,õ3.10Ợ TỢ

a) Thiết lập phương trình AH = f (T) đối với phản ứng

b) Tắnh nhiệt phân ly CaCO; đối với 1 kg ở 1000ồC

DS: 1760 kd/kg

1.40 Tắnh biệu ứng nhiệt của phan ứng

CO + 2H; = CHạOH ()

tai 500 và 1000 K nếu ở 300 K hiệu ứng nhiệt của phản ứng đã chơ

bằng 90,72 kJ và nhiệt dung các chất được cho bằng phương trình phụ

1.41 Nhiệt ngưng tụ riêng của benzen 3 50ồC va 80ồC bing

-414,7 và -397,1 đ/g Trong khoảng nhiệt độ trên, nhiệt dung riêng của

benzen lỏng bằng 1,74đ J/g.K Tắnh nhiệt dung riêng của hơi benzen

trong khoảng nhiệt độ đã cho

S: 1,165 J/g.K

1.42 Hiệu ứng nhiệt của sự oxi hóa nhôm ở 26ồC bằng 1669,792

kJ/mol X4c dinh nhiét hinh thanh nhém oxit tai 600 K biét rang:

Cp, a= 20,66 +12,88.10ồT đ/molL K C;oẤ = 31,46 + 3,389.10ồT J/mol.K

C, ẤẤo, = 92,38 + 87,53.10ồT J/mol K

Ds: 1667,17 kJ/mol

1.43 Xác định nhiệt phân tắch 1 mol amoniac thanh hydro va nitd 6

1000 K biết rằng nhiệt hình thành chuẩn ở 2đồC đổi với amoniac bằng

46,191 kJ/mol và nhiệt dung của các chất được cho bằng các phương trình:

32 Chương 1 NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC

1.44 Dựa vào các phương trình nhiệt hóa học:

C+N,0 = CO + NO, ˆ AH;ss = -192,9 kJ/mol

2CO + Oz > 2CO; AH;ss = -566 kJ/mol

và các phương trình nhiệt dung phụ thuộc T trong khoảng 298 dén 423 K:

33

Sp

Chuong 2 oe

NGUYEN LY THU HAI CUA NHIET BONG

LUC HOC VA CAc THE NHIET BONG

1 TOM TAT LÝ THUYẾT

Biểu thức định lượng tổng quát:của nguyên lý:thứ hai của nhiệt

dấu đẳng thức được sử dụng cho quá trình thuận nghịch nhiệt động và :

dấu bất đẳng thức, cho quá trình không thuận nghịch nhiệt động ;:.„

Đối với chu trình thuận nghịch (2.1) trở thành

34 Chuong 2 NGUYEN LY THU HAI CUA NHIET DONG LUC HOC

Đối với quá trình không thuận nghịch, dS > = Một cách tổng

guát, đối với một quá trình bất kỳ

AShe cé ap = (AĐhẹ nhiệt động Ð AÔnguẩn nhiệt) > Ö (2.4)

Néu AShe 05 1p = 0 thì entropi của hệ cô lập không đổi đối với quá

trình thuận nghịch Nếu ASi¿ ø iạp > 0 thì entropi của hệ cô lập tăng đối

với các quá trình điễn ra trong đó là không thuận nghịch

Biến thiên entropi trong một số quá trình: -

_ đẳng áp (P = const)

dSp = õQp/T

„ ASp = fopaint

Ty

1

BÀI TẬP HÓA LÝ CƠ SỞ 35

Sự kết hợp các biểu thức toán của hai nguyên lý dẫn tái, các cham

nhiệt động mới, đó là các thế nhiệt động Có bốn thế nhiệt động U, H, +,

G với các cặp tham số tương ứng Độ giảm của các thế nhiệt động trong

các quá trình thuận nghịch khi cố định các cặp tham số sẽ bằng công có

ích cực đại mà hệ sinh ra: :

(A'nax)s,V = -AUs,v (A max)s,P = -AUsp ¬

(A ‘max)T, v= -AFr, Vv (Atmax)mp = -AGr, P

Trong bốn thế nhiệt động thì hai thế nhiệt động có ý nghĩa thực tiễn hơn cả, đó là thế nhiệt động đẳng nhiệt đẳng tích mid

; F=U-TS ¬ @ 8) -

và thế nhiệt động đẳng nhiệt đẳng áp (còn được gọi là thế Gibbs hoặc

năng lượng tự do Gibbs)

36 Chương 2 NGUYÊN LÝ THỦ HAI CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC

AF = AU - TAS AG = AH -TAS _ (2.11)

Trường hợp phan ting héa hoc tién hanh trong pin dién thì

véi n- héa tri; F- sd Faraday; E- sức điện động của pm

© Điều biện tự diễn biến uè cân bằng của hệ

s dựa vào hàm entropi

ASca tap > O tự diễn biến của quá trình

AScs lap = 0 hệ ở trạng thái cân bằng

¢ dua vào thế nhiệt động

AG„„ < | tự diễn biến của quá trình ở T, P = const

AF,y <0 hoặc T, V= mg

AG,, = 0) diéu kiện cân bằng của hệ ở T, P hoặc T, V

Từ biểu thức vi phân của các thế nhiệt động có thể làm xuất hiện

một số thuộc tính nhiệt động của hệ, chẳng hạn đối với G, ta có

" h

P

hoặc đối với hàm U:

(Bl (2 V

Qua đây thấy được sức mạnh của nhiệt động lực học, ở chỗ nồ tung :

cấp những hệ thức liên hệ những đại lượng không đo được trực tiếp với

những đại lượng có thể đo trực tiếp Từ định nghĩa của hàm G= H- TS,

: a suy ra

H=G+TS hay H=G- 1455); Car),

BAI TAP HOA LY CO SO ; 37

phương trình này được gọi là phương trình Gibbs Helmholtz Dưới dạng

é

AH = AG - TE 4Gke, phương trình cho phép liên hệ hiệu ứng nhiệt của

quá trình không thuận nghịch với công cực đại của quá trình thuận nghịch

II BÀI TẬP CÓ LỜI GIẢI

2.1 Một tủ lạnh có hiệu suất làm việc bằng 50% hiệu suất lý thuyết, có nhiệt độ bến trong là 0C, được đặt trong một căn phòng

nhiệt độ 2đồC Tắnh năng lượng cần cho sự chuyển lkg nước lổng có nhiệt độ ban đầu là O0ỢC, thành nước đá Tắnh lượng nhiệt mà tủ lạnh nhường cho môi trường xung quanh trong quá trình hoạt động Cho

nhiệt nóng chảy của nước đá bang 334 J/g

Giải

Gọi T¡ và Tạ là nhiệt độ của nguồn lạnh và nguồn nóng và Q¡, Q;

là nhiệt lượng mà động cơ nhiệt nhường cho nguồn lạnh và nhiệt lượng

Q¡ từ nguồn lạnh ở nhiệt độ T¡ và nhường nhiệt Qs (Qs = QỈ # công A)

cho nguồn nóng ở nhiệt độ Tạ cao hơn

38 Chương 2 NGUYEN LY THU HAI CUA NHIET DONG LUC HOC

334000 _0,5.273

day 1A công cần để chuyển nước lỏng thành đá trong tủ lạnh Nhiệt Q¿

Qo = Q: + A = 334.000+ 61.200 = 395.200 J

_ 2.2 Tính biến thiên entropi của quá trình trộn 10g nước đá ở œ%

với ö0g nước lỏng ở 40°C trong hệ cô lập Cho biết nhiệt nóng chảy của

nước đá bằng 334,4 J/g, nhiệt dung riêng của nước lỏng bằng 4,18 J/K.g

b) 1 mol metan từ Pạ = 0,1 đến P, = 1 atm

Trong cả hai trường hợp, khí được xem là lý tưởng.

BAI TAP HOA LY CO SO 39

Kết quả tính AS trong hai trường hợp cho thấy biến thién entropi

của khí lý tưởng không phụ thuộc bản chất hóa học của chúng mà chỉ

được xác định bằng tỷ số áp suất

2.4 Xác định biển thiên entropi trong sự chuyển 2g nước thành

hơi tại ấp suất 1,013 10° N/nẺ và nhiệt độ biến thiên từ 0°C đến 150°C, biết nhiệt bay hơi của nước AH = 2,255 kJ/g và nhiệt dung mol của hơi

nước'Cpạ„ = 30,13 + 11,3.10 2T J/mol.K, nhiệt dung của nước lỏng bằng 75,30 J/mol.K

Gidi

Qua trinh gém ba giai doan:

a) chuyển nước lồng từ 0°C dén 100°C (AS);

b) chuyển nước lồng thành hơi ở 100°C (AS;);

e) đun để đưa hơi nước tix 100°C lén 150°C (ASs)

giai đoạn (a): AS, = a1, 30 màn =261J3/K

giai doan (b): AS» = 2 2,255.10°/373 = ‘12,09 J/&

iai đoạn @): AS;= -2 30181n 22 + -^, 11,8.102 (428 - 373)

lal doan : —=— › 11——— _——, so ¬

Bian doan te 203 1g 373- 18

= 0,49 J/K

AS = AS, + AS, + AS3

= 2,61 + 12,09 + 0,49 = 15,19 J/K

2 5 Một bình kín 2 ngăn, ngăn thứ nhất có thể tích 0,1 mẺ chứa

oxi; ngăn thứ hai có thể tích 0,4 m chứa nitd Hai ngăn đều ở cùng một