MỘT số CHUYÊN đề GIẢNG dạy hóa học ở TRƯỜNG CHUYÊN PHỤC vụ bồi DƯỠNG HSG

Trong những năm gần đây đã có một số công trình nghiên cứu việc vận dụng lý thuyết hóa học phân tích [1], về phản ứng oxi hóa-khử [2], phản ứng axit-bazơ [3], phản ứng tạo thành hợp chất

I Chuyên đề giảng dạy Hóa học

VẬN DỤNG LÝ THUYẾT HÓA HỌC PHÂN TÍCH TRONG GIẢNG DẠY

NỘI DUNG CHUẨN ĐỘ AXIT-BAZƠ Ở TRƯỜNG CHUYÊN, PHỤC VỤ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA, QUỐC TẾ

I CHUẨN ĐỘ ĐƠN AXIT- ĐƠN BAZƠ

vị trí quan trọng trong quá trình giảng dạy môn hoá học ở trường trung học phổ thông (THPT), đặc biệt đối với các trường chuyên và luyện thi học sinh giỏi Quốc gia, Quốc tế Trong những năm gần đây đã có một số công trình nghiên cứu việc vận dụng lý thuyết hóa học phân tích [1], về phản ứng oxi hóa-khử [2], phản ứng axit-bazơ [3], phản ứng tạo thành hợp chất ít tan [4] trong giảng dạy học sinh trường chuyên và bồi dưỡng học sinh giỏi Quốc gia Nhưng các công trình trên mới chỉ tập trung đi sâu vào tính toán cân bằng ion trong dung dịch, mà chưa đề cập đến chuẩn độ dung dịch, là một trong những nội dung có trong chương trình thi học sinh giỏi Quốc gia [5], đề thi chọn đội tuyển Quốc gia dự thi Olympic Hóa học Quốc tế của các nước trên thế giới [6], [7], [8], [9], [10] và có cả trong đề thi Olympic hóa học Quốc tế hàng năm [11], [12] Nội dung này cũng đã được đưa vào trong chương trình sách giáo khoa (SGK) 12 nâng cao [13] nhưng với thời lượng quá ít và nội dung kiến thức cũng hết sức đơn giản Để rút ngắn khoảng cách giữa nội dung kiến thức được học ở các trường chuyên và nội dung thi Olympic Quốc gia, Quốc tế, cần thiết phải trang bị cho cả giáo viên (GV) và học sinh (HS) những kiến thức nâng cao ngang tầm chương trình đại học, nhưng vẫn đảm bảo mức độ hợp lý, phù hợp với trình độ học sinh phổ thông Đây chính là một trong những nội dung chúng tôi xin được trình bày trong thông

báo này với phạm vi về “chuẩn độ đơn axit–đơn bazơ”

NỘI DUNG

Từ lâu chuẩn độ axit-bazơ đã được đưa vào trong một số đề thi HSG Quốc gia và Quốc tế với nội dung hết sức phong phú và đa dạng: Từ phép chuẩn độ đơn axit, đơn bazơ đến các phép chuẩn độ đa axit, đa bazơ; Từ nội dung tính pH tại các thời điểm chuẩn độ, tính nồng độ các chất tham gia phản ứng chuẩn độ và tính thể tích của thuốc thử cần dùng đến yêu cầu tính sai số chuẩn

độ và chọn chỉ thị thích hợp; Từ nội dung vẽ đường cong chuẩn độ đến yêu cầu xác định thành phần hỗn hợp phân tích trên cơ sở dạng đường cong chuẩn độ v.v…Như vậy, nội dung thi Olympic Quốc gia, Quốc tế có một sự chênh lệch khá xa so với chương trình hóa học của các trường chuyên Chính vì thế cần thiết phải trang bị kiến thức chuẩn độ axit-bazơ cho HS một cách hợp lý để các em nắm được bản chất của các quá trình hóa học xảy ra trong dung dịch, từ đó giúp cho các em có phương pháp giải đơn giản phù hợp với trình độ của HS Sau đây là một số ví dụ minh họa về chuẩn độ đơn axit, đơn bazơ

Ví dụ 1: Chuẩn độ 100,00 ml dung dịch NaOH đến mất màu chỉ thị phenolphtalein thì tiêu

thụ hết 48,00 ml dung dịch HCl 5,00.10 -3 M Tính chính xác nồng độ dung dịch NaOH [14] Phân tích:

Đối với học sinh phổ thông (HSPT), khái niệm về “chuẩn độ axit-bazơ” còn khá mới mẻ, vì vậy GV cần giảng giải để học sinh (HS) thấy được phản ứng chuẩn độ axit-bazơ thực chất là phản ứng trung hòa Và bài toán trên có thể đặt vấn đề như sau: Nhỏ vài giọt phenolphtalein vào 100,00

ml dung dịch NaOH chưa biết nồng độ Thêm tiếp dung dịch HCl 5,00.10 -3 M cho tới khi mất màu của phenolphtalein thì phải dùng hết 48,00 ml dung dịch HCl Tính chính xác nồng độ dung dịch NaOH

Trước hết GV cần phân tích để HS thấy được nếu lượng axit cho vào trung hòa vừa đủ với

100,00 ml NaOH thì hệ đạt đến điểm tương đương (TĐ) và pHTĐ = 7,00 Nhưng ở đây phép chuẩn

độ (hay quá trình trung hòa) lại kết thúc tại thời điểm chỉ thị phenolphtalein đổi màu Căn cứ vào khoảng chuyển màu của chỉ thị và dựa vào thứ tự chuẩn độ, GV hướng dẫn để HS xác định được tại điểm cuối chuẩn độ, pHc = 8,00 > pHTĐ = 7,00 (dừng trước điểm TĐ), tức là sau phản ứng còn

dư NaOH

Để tính chính xác CNaOH, HS có thể sử dụng phương trình bảo toàn điện tích, hoặc nếu có kiến thức về hóa học phân tích nói chung hay kiến thức về chuẩn độ axit - bazơ nói riêng [15], [16], thì các em có thể tính sai số của phép chuẩn độ Căn cứ vào giá trị sai số tính được (dương hoặc âm) để hiệu chỉnh, tính chính xác thể tích tương đương (VTĐ) – là thể tích dung dịch HCl

cần dùng để trung hòa hết 100,00 ml NaOH Từ đó HS sẽ tính được chính xác nồng độ NaOH

Tuy nhiên đối với HSPT chưa có khái niệm về phương trình sai số chuẩn độ axit – bazơ, vì vậy GV cần vận dụng kiến thức về chuẩn độ axit - bazơ một cách hợp lí để hướng dẫn các em giải

bài toán này mà không cần phải sử dụng đến phương trình sai số (quá nặng đối với các em), và cũng không nên dùng phương trình bảo toàn điện tích (nặng về ý nghĩa vật lí hơn là tư duy hóa

148

→ Co = 2,4015.10-3 M

Như vậy với cách giải này các em hiểu được bản chất của các quá trình xảy ra trong dung

dịch, nắm được hiện tượng hóa học, giúp phát triển tư duy hóa học

Cũng cần lưu ý rằng: thông thường khi cần đánh giá mức độ phân li của nước, các em

thường so sánh [H+] hoặc [OH-] với giá trị 10-7 Trong bài toán này ta không thể nói 10-6

≫10-7

và như vậy khó có thể thuyết phục để các em chấp nhận [OH-] ≃ COH -(dư) Nhưng nếu so sánh

[OH-] = 10-6 ≫[H+] = 10-8, có nghĩa là sự phân li của H2O có thể bỏ qua, do đó sự chấp nhận [OH-] ≃ COH -(dư) là hợp lí

Như vậy từ giá trị pH chuyển màu của chỉ thị khi thực hiện phản ứng trung hòa cho phép

đánh giá được nồng độ của chất tham gia phản ứng Trên cơ sở này giáo viên có thể nâng mức độ

phức tạp của bài toán nếu sử dụng hai chỉ thị sẽ cho phép xác định nồng độ của cả chất phân tích

Tương tựví dụ 1 giáo viên nên hướng dẫn cho các em phân tích bản chất các quá trình xảy

ra trong dung dịch: khi trung hòa đến pH = 9,00 > 7,00 → môi trường bazơ → dư NaOH; ngược

lại khi chuẩn độđến pH = 4,40 < 7,00 → môi trường axit → dư HCl, từđó các em dễ dàng tính được nồng độ các chất mà không phải sử dụng phương trình bảo toàn điện tích - chỉ thiên về công

cụ toán học, nặng về ý nghĩa vật lí mà không chú ý đến tư duy hóa học

Từ 2 ví dụ trên ta thấy các bài toán đều giới hạn trong phạm vi là phép chuẩn độ đều kết thúc ở các giá trị pH mà tại đó có thể bỏ qua quá trình phân li của H2O (pH = 8,00; 9,00; 4,40)

Nhưng trên thực tế có thể trung hòa đến giá trị pH bất kì, do đó giáo viên cần khai thác thêm

trường hợp nâng cao này

Ví dụ 3: Chu ẩ n độ 100,00 ml dung d ị ch NaOH b ằ ng dung d ị ch HCl 0,010 M N ế u l ượ ng HCl tiêu th ụ là 40,00 ml thì pH c ủ a dung d ị ch thu đượ c b ằ ng 10,00 Tính th ể tích dung d ị ch HCl 0,010

M c ầ n ph ả i cho vào 100,00 ml dung d ị ch NaOH ở trên trong quá trình chu ẩ n độ để pH c ủ a h ỗ n

h ợ p thu đượ c b ằ ng 7,50

Phân tích:

Để tính được thể tích dung dịch HCl cần cho vào dung dịch NaOH, trước hết các em phải tính được nồng độ NaOH (CNaOH) từ dữ kiện thứ nhất của đề bài Giống nhưví dụ 1, có rất nhiều cách để tính CNaOH, nhưng GV nên hướng dẫn các em xét các quá trình xảy ra trong hệ để tránh không phải sử dụng phương trình sai số hoặc phương trình bảo toàn điện tích:

Từ giá trị pHhệ = 10,00 sau khi thêm 40,00 ml HCl, các em sẽ thấy được sau khi trung hòa,

OH- còn dư và [OH-] ≃ COH - (dư) Từđó các em dễ dàng tính được CNaOH = 4,14.10-3 (M)

Sau khi tính được CNaOH, các em phải căn cứ vào giá trị pH tại thời điểm dừng chuẩn độđểxác định thành phần của hệ: ở pH = 7,5 > 7,0 → môi trường bazơ, dư NaOH và [H+] = 10-7,5 ≈[OH-] = 10-6,5→ Sự phân li của H2O không thể bỏ qua, do đó [OH-] = CNaOH dư + [H+] (tính theo cân bằng phân li của nước hoặc tính theo điều kiện proton - ĐKP) Từ đó sẽ tính được thể tích dung dịch HCl: VHCl = 41,40 ml

Ví dụ 4: Chu ẩ n độ 25,00 ml dung d ị ch HCOOH h ế t 12,50 ml dung d ị ch NaOH 0,100 M Tính pH c ủ a dung d ị ch tr ướ c khi chu ẩ n độ và sau khi thêm NaOH v ớ i th ể tích:

1/ 10,00 ml; 2/ 12,45 ml; 3/ 12,50 ml; 4/ 13,00 ml

Phân tích:

Đây là dạng bài tập tính pH của dung dịch sau khi trung hòa axit yếu (hoặc bazơ yếu) bằng bazơ mạnh (hoặc bằng axit mạnh) Dạng toán này được sử dụng rất nhiều trong các đề thi học sinh giỏi vì kết hợp được nhiều tình huống từđơn giản đến phức tạp Để đưa về dạng bài quen thuộc HS phải viết được phản ứng chuẩn độ và xác định được thành phần giới hạn ở mỗi thời

trị pTmetyl da cam = 4,40; pTmetyl đỏ = 6,20 và pTphenolphtalein = 9,00 với pHTĐ = 7,00 thì cùng lắm HS

chỉ “dám” chọn metyl đỏ có pT = 6,20 ≈ 7,00 làm chỉ thị thích hợp cho phép chuẩn độ trên Chính vì vậy GV cần linh hoạt hướng dẫn các em dựa vào thể tích thuốc thử (NaOH) tiêu thụ khi

sử dụng các chỉ thị khác nhau để chọn chỉ thị thích hợp: Nếu tại thời điểm chuyển màu của chỉ thị

mà thể tích thuốc thử tiêu thụ xấp xỉ thể tích tương đương (VTĐ = VNaOH = 20,00 ml) thì có thể

chọn được chỉ thịđó cho phép chuẩn độđang xét

Như vậy căn cứ vào giá trị pH chuyển màu của các chỉ thị tại điểm dừng chuẩn độ, với CHCl

OH

0,1.20 0,1

1020

V V

−

−

=+ → VOH- =19,984(ml) ≈ VTĐ→ dùng được chỉ thị metyl da cam

• Tương tự có thể chọn phenolphtalein cho phép chuẩn độ này, bởi vì thể tích thuốc thửtiêu thụ là -

• Nếu dùng metyl đỏ, có pT = 6,20 ≈ 7,00 → ngoài lượng dư axit tại điểm cuối chuẩn độ,

phải kểđến lượng H+ do nước phân li ra: [H+] = 10-6,20 = CH+(dư)+ [OH-]

-7,80 6,20 OH

−

+ →VOH- =19,9998(ml) ≈ VTĐ Vậy sử dụng chỉ thị metyl

đỏ là hoàn toàn hợp lí và cho sai số nhỏ nhất trong số 3 chỉ thị trên

Ví dụ 6: Có th ể dùng phenolphtalein làm ch ỉ th ị cho phép chu ẩ n độ 25,00 ml dung d ị ch

C 6 H 5 COOH 0,10 M b ằ ng dung d ị ch NaOH 0,20 M đượ c không, n ế u sai s ố cho phép không v ượ t quá 0,1%?

Phân tích:

So với ví dụ 5, bài toán này phức tạp hơn do đây là phép chuẩn độ đơn axit yếu bằng bazơ

mạnh, nên pHTĐ ≠7,00 Để có thể chọn chỉ thị theo nguyên tắc chung, cần tính pHTĐ Đối với HS

trường chuyên, việc xác định pHTĐ là hoàn toàn có thể thực hiện được Xuất phát từ phản ứng chuẩn độ: C6H5COOH + OH- → C6H5COO- + H2O, các em dễ dàng tính được thể tích NaOH tiêu thụ tại ĐTĐ: VTĐ = 25.0,1 12,5

0, 2 = ml Từđó xác định được pHTĐ theo cân bằng thu proton

của C6H5COO- có nồng độ C =

3

2,05,1225

25.1,0

=+ M : pHTĐ = 8,5 ≈ 9,00 Do đó có thể chọn được phenolphtalein làm chỉ thị cho phép chuẩn độ trên

Tuy nhiên không phải lúc nào cũng chọn được chỉ thị có pT ≈ pHTĐ, hơn nữa khác với ví dụ

5 ởđây việc chọn chỉ thị thích hợp được khống chế bởi sai số cho phép, do đó ngoài nguyên tắc trên, GV cần giải thích để HS nắm được khái niệm “bước nhảy chuẩn độ” (BNCĐ) và với sự xuất

hiện BNCĐ trên đường cong chuẩn độ cho phép mở rộng phạm vi chọn chỉ thị: có thể chọn bất kì

chỉ thị nào có chỉ số chuẩn độ pT nằm trong BNCĐứng với sai số cho phép Nghĩa là để chọn được chỉ thỉ thích hợp, có thể tính BNCĐứng với sai số cho trước hoặc tính sai sốđối với từng

chỉ thị theo phương trình sai số: q = - w 0

pH cuối bước nhảy (pHc) ứng với giá trị thể tích thuốc thử cho vào thiếu (Vđ: thể tích đầu bước

nhảy) và thừa (Vc: thể tích cuối bước nhảy) 0,1% so với thể tích tương đương, từđó chọn những

1,0.25

4875,37

4875,12

C’ 6,67.10-5 _ 0,0666

→ tính pHđ theo hệ C6H5COOH 6,67.10-5 M và C6H5COO- 0,0666 M:

pHđ = 4,2 + lg 5

10.67,6

0666,0

− ≈ 7,20 Nhưng với pHđ = 7,20 ≈ 7,00 → cần phải đánh giá chính xác theo ĐKP vì phải kể đến cân bằng phân li của H2O Nhưng nếu chỉ cần so sánh pHđ với

pTphenolphtalein = 9,00 thì có thể chấp nhận được giá trị gần đúng này

Tương tự với Vc = 12,5015 > VT Đ→ dư OH

COH- = 6,666.10 6

50125,37

1,0.252,0.50125,

2/ Tính pH t ạ i th ờ i đ i ể m chu ẩ n độ đượ c 50% ch ấ t phân tích (pH 1/2 ) và pH TĐ

3/ C ă n c ứ vào pH TĐ , có th ể ch ọ n đượ c phenolphtalein, metyl da cam, metyl đỏ làm ch ỉ th ị thích

h ợ p cho phép chu ẩ n độ trên không?

4/ Có th ể ch ọ n nh ữ ng ch ỉ th ị có giá tr ị pT b ằ ng bao nhiêu cho phép chu ẩ n độ này v ớ i sai s ố cho phép là ± 0,1%

5/ N ế u ch ọ n ch ỉ th ị metyl da cam thì sai s ố chu ẩ n độ là bao nhiêu?

Phân tích:

Đây là bài toán tổng hợp gồm tất cả các dạng: Tính nồng độ các chất phản ứng; Tính pH tại các thời điểm chuẩn độ; Chọn chỉ thị thích hợp cho phép chuẩn độ; Tính sai số chuẩn độ và tính BNCĐ

Dựa vào phản ứng chuẩn độ, HS dễ dàng tính được CHCl = 0,15 M Trên cơ sởđó, khi chuẩn

độđược 50% lượng NH3, HS sẽ tính được pH1/2 là pH của hệđệm

Từ thành phần tại ĐTĐ là NH4+với C =

3050

50.15,0+ , HS dễ dàng tính được pHTĐ = 5,134 từđó

có thể chọn metyl đỏ có pT = 5,00 ≈ 5,314 làm chỉ thị cho phép chuẩn độ này

Để trả lời được câu 4, các em phải tính được BNCĐ, tức là tính khoảng pH ứng với thể tích thuốc thử cho vào thiếu và thừa so với VTĐ là 0,1% tương tự nhưví dụ 6.

Để đánh giá sai số của chỉ thị metyl da cam, GV cần hướng dẫn cho HS phải tính VHCl cầndùng để chuẩn độ 50,00 ml NH3 trên đến đổi màu metyl da cam tại pH = 4,00, từđó tính được sai

số theo sự sai lệch giữa VHCl tiêu thụ và VTĐ mà không cần phải tính theo phương trình sai số: q =

50.15,0

thấy được vị trí, vai trò của Hóa học phân tích trong việc hình thành kiến thức cơ bản về chuẩn độaxit-bazơ cho học sinh trường chuyên, cũng như thấy được mối quan hệ mật thiết, hữu cơ giữa

chương trình chuyên hóa, chương trình thi học sinh giỏi Quốc gia, Quốc tế với Hóa học phân tích

Từ đó vận dụng linh hoạt, hợp lý lý thuyết Hóa học phân tích nói chung và lý thuyết chuẩn độaxit-bazơ nói riêng trong giảng dạy hóa học ở trường chuyên, phục vụ bồi dưỡng học sinh giỏi

Quốc gia, Quốc tế

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Dương Thị Lương V ậ n d ụ ng lý thuy ế t hóa h ọ c phân tích để gi ả i các bài toán cân b ằ ng ion trong dung d ị ch-B ồ i d ưỡ ng h ọ c sinh gi ỏ i chuyên hóa Luận văn thạc sĩ khoa học hóa học Thái nguyên, 2007

[2] Lê Thị Ngọc Hà Tìm hi ể u vi ệ c v ậ n d ụ ng lý thuy ế t ph ả n ứ ng oxi hóa –kh ử trong gi ả ng d ạ y hóa

h ọ c ph ổ thông qua h ệ th ố ng bài t ậ p, đề thi đạ i h ọ c, đề thi h ọ c sinh gi ỏ i qu ố c gia Luận văn

thạc sĩ khoa học hóa học Hà Nội, 2003

[3] Nguyễn Thị Hiển Phân lo ạ i, đ ánh giá tác d ụ ng, xây d ự ng các tiêu chí, c ấ u trúc các bài t ậ p v ề

ph ả n ứ ng axit-baz ơ ph ụ c v ụ cho vi ệ c b ồ i d ưỡ ng h ọ c sinh gi ỏ i qu ố c gia. Luận văn thạc sĩ khoa

học hóa học Hà Nội, 2003

[4] Vương Bá Huy Phân lo ạ i, xây d ự ng tiêu chí c ấ u trúc các bài t ậ p v ề h ợ p ch ấ t ít tan ph ụ c v ụ cho vi ệ c b ồ i d ưỡ ng h ọ c sinh gi ỏ i qu ố c gia. Luận văn thạc sĩ khoa học hóa học Hà Nội, 2006 [5] Đề thi HSG Quốc gia bảng A, bảng B từ năm 1994 đến năm 2009

[6] Đề thi chọn đội tuyển thi Olympic quốc tế vòng 2 từ năm 2005 đến năm 2009

[7] Bài tập chuẩn bị Olympic Quốc tế từ năm 2002 đến năm 2006

[8] Trần Thành Huế, Nguyễn Trọng Thọ, Phạm Đình Hiến Olympic Hóa h ọ c Vi ệ t Nam và Qu ố c

t ế , tập II NXB Giáo dục, 2000

[9] Nguyễn Trọng Thọ Olympic Hóa h ọ c Vi ệ t Nam và Qu ố c t ế, tập III NXB Giáo dục, 2000 [10] Đào Quý Triệu, Tô Bá Trọng (Hoàng Minh Châu, Đào Đình Thức hiệu đính) Olympic Hóa

h ọ c Vi ệ t Nam và Qu ố c t ế, tập IV NXB Giáo dục, 2000

[11] Hoàng Minh Châu, Ngô Thị Thân, Hà Thị Diệp, Đào Đình Thức (hiệu đính tiếng đức), Trần Thành Huế, Nguyễn Trọng Thọ, Phạm Đình Hiến Olympic Hóa h ọ c Vi ệ t Nam và Qu ố c t ế, tập

V NXB Giáo dục, 2003

[12] Đề thi Olympic Quốc tế từ năm 2002 đến năm 2009

[13] Lê Xuân Trọng, Nguyễn Hữu Đĩnh, Từ Vọng Nghi, ĐỗĐình Rãng, Cao Thị Thặng Hóa h ọ c

12 nâng cao NXB Giáo dục, 2008

[14] Nguyễn Tinh Dung Bài t ậ p hóa h ọ c phân tích NXB Giáo dục,1982

[15] Nguyễn Tinh Dung Hóa h ọ c phân tích ph ầ n III Các ph ươ ng pháp đị nh l ượ ng hóa h ọ c (tái

bản lần thứ 4) NXB Giáo dục, 2007

[16] Đào Thị Phương Diệp, Đỗ Văn Huê Giáo trình Hóa h ọ c phân tích C ơ s ở phân tích đị nh

l ượ ng hóa h ọ c. NXB Đại học Sư phạm, 2007

SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THỊ ĐỂ XÁC ĐỊNH BẬC PHẢN ỨNG

VÀ TÍNH HẰNG SỐ CÂN BẰNG

Mai Châu Ph ươ ng

THPT Chuyên Lam s ơ n-Thanh Hóa

I.1 Cơ sở lý thuyết

Từ phương trình (1) và (2) nhận thấy nếu ta khảo sát sự phụ thuộc nồng độ chất phản ứng theo

thời gian như phương trình (1) thì việc xác định hằng số tốc độ phản ứng k là khó khăn vì đây là hàm mũ, còn nếu khảo sát phương trình (2) thì thấy phương trình (2) chính là phương trình tuyến tính bậc nhất dạng y=ax, trong đó C o

C phụ thuộc tuyến tính vào thời gian và đường biểu diễn sự phụ thuộc

này có dạng y=ax + b với độ dốc của đồ thị bằng 0 0

tg =(C -C )k α và cắt trục tung tại

0 2 0 1

C ln

C

Suy ra: 0 0

tgα k=

C -C

Hình 2: Đồ th ị bi ể u di ễ n s ự ph ụ thu ộ c logarit n ồ ng độ hai ch ấ t tham gia ph ả n ứ ng theo th ờ i gian

I.1.2.2 Trường hợp hai: Nồng độ ban đầu của hai chất tham gia phản ứng bằng nhau a=b hay

từ dạng tích phân của phương trình động học tìm một hàm của nồng độ chất tham gia phản ứng

phụ thuộc tuyến tính theo thời gian Vẽ đường biểu diễn của hàm này dựa vào các kết quả thực nghiệm Sự thẳng hàng của các điểm biểu diễn chứng tỏ tính đúng đắn của bậc phản ứng đã giả

định, từđó cũng xác định được hằng số tốc độ phản ứng dựa vào độ dốc của đồ thị

I.1.3 Cách dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc tuyến tính

Có thể xây dựng đồ thị dạng y=ax, y=ax+b dựa trên phần mềm Microsoft Office Excel,

hoặc dựng đồ thị trên giấy ô li

I.1.3.2 Dựng đồ thị trên phần mềm Microsoft Office Excel

B ướ c 1: Mở màn hình Microsoft Office Excel

B ướ c 2: Nhập số liệu theo cột các giá trị x, y tương ứng của phương trình dạng y=ax hay y=ax+b

B ướ c 3: Bôi đen hai cột số liệu, sau đó lần lượt vào Insert/Chart/XY(Scatter)/Chart

sub-type/Next/Next/Finish

B ướ c 4: Tích phải chuột vào vùng không gian trống trong đồ thị, vào Chart Options, nhập cách

biểu diễn trục hoành Value (X) axis, cách biểu diễn trục tung Value (Y) axis

B ướ c 5: Tích phải chuột vào một điểm thực nghiệm, vào

Add Trendline/Linear/Display equation on chart/Ok được đường thẳng biểu diễn hàm phụ thuộc

và phương trình hồi quy Từđó thu được hệ số góc của đồ thị, do đó tính được hằng số tốc độ

I.1.3.1 Dựng đồ thị trên giấy

B ướ c 1: Giả thiết phản ứng tuân theo động học bậc nào đó

B ướ c 2: Chuyển sang phương trình động học dạng tích phân

B ướ c 3: Kẻ bảng tính số liệu biểu diễn sự phụ thuộc thích hợp của nồng độ theo thời gian

B ướ c 4: Dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc dạng thích hợp của nồng độ theo thời gian bằng cách

vẽ các điểm thực nghiệm Sau đó kẻđường chuẩn

Chú ý:Đối với dựng đồ thị trên giấy ô li cần chú ý chọn tỉ lệ xích trên giấy sao cho phù hợp, gốc

toạ độ không nhất thiết phải là điểm không Sau khi dựng được các điểm thực nghiệm thì dựng đường chuẩn không phải là đường đi qua nhiều điểm thực nghiệm, mà đường chuẩn là đường tối

ưu khi tổng bình phương khoảng cách từ các điểm thực nghiệm đến đường chuẩn là nhỏ nhất, nên

kẻđường chuẩn dựa vào khoảng cách tới các điểm thực nghiệm

B ướ c 5: Dựng một tam giác vuông bất kì có cạnh huyền nằm trên đường chuẩn (đầu mút của cạnh huyền tam giác này không nên trùng với bất cứ điểm thực nghiệm nào để cho kết quả thu được khách quan)

B ướ c 6: Tính hệ số góc tgα dựa trên việc đo độ dài hai cạnh góc vuông

Chú ý:Độ dài hai cạnh góc vuông này phải tương ứng với tỉ lệ xích đã được chia trên trục hoành

và trục tung, không phải là độ dài đo được trên thước hay trên giấy ô li

Ngoài cách dựng đồ thị có thể kiểm tra lại tính đúng đắn của phương pháp bằng cách so sánh với cách tính theo phương pháp bình phương tối thiểu hay phương pháp trung bình

Phương pháp này có thể áp dụng và mở rộng cho việc xác định các thông số khác như

năng lượng hoạt hoá, các giá trị nhiệt động, hệ số hấp thụ trong đo trắc quang…

II.2 Bài tập vận dụng

Bài 1:(Trích đề thi Olympic hoá học quốc tế lần thứ 41-Anh 2009)[8]

Biến tính protein

Đối với các phân tử protein nhỏ, phản ứng không biến tính có thể biểu diễn theo cân bằng sau:

Protein biến tính Protein không biến tính

Ta có thể giả sử rằng các phản ứng biến tính protein chỉ xảy ra qua một giai đoạn Phản ứng biến tính protein là phản ứng bậc nhất, hằng số tốc độ của phản ứng này có thể xác định bằng cách theo dõi cường độ huỳnh quang khi làm biến tính một mẫu protein không biến tính ban đầu (thông thường bằng cách thay đổi pH của dung dịch) Bắt đầu từ dung dịch protein không biến tính có nồng độ 1,0 M, người ta làm biến tính protein và đo được nồng độ của các protein không

Kiểm tra lại kết quả dựng đồ thị trên giấy với kết quả dựng đồ thị trên phần

mềm Microsoft Office Excel

y = 0.0501x - 0.026

R2 = 0.9975

0 0.5 1 1.5 2 2.5

Từđồ thị ta thấy hệ số góc k=0,0501 ms-1 hay k=50s-1 Như vậy kết quả thu được bằng cách dựng

đồ thị trên giấy hoàn toàn phù hợp

Bài 2:(Trích trong bài tập chuẩn bị Olympic hoá học quốc tế lần thứ 40 Hungari 2008)[7]

Phản ứng của axeton với brom sinh ra bromaxeton

a) Viết phương trình hóa học của phản ứng nếu như axeton dư

Khi nghiên cứu cơ chế phản ứng thì người ta thực hiện một số thí nghiệm động học sau ở 25 °C trong dung dịch nước bằng cách đo nồng độ của Br2 bằng phương pháp trắc quang Đường cong

động học tương ứng được ghi lại khi nồng độ đầu của các chất là [Br2]0 = 0.520 mmol/dm3, [C3H6O]0 = 0.300 mol/dm3, và [HClO4]0 = 0.050 mol/dm3

Thời điểm mà ở đó xảy ra bước gãy về tính chất (characteristic break point) trên đường cong

động học được gọi là thời gian phản ứng và nó được đo trong dung dịch nước ở 25 °C Bảng sau cho ta một vài giá trị thời gian phản ứng trong một vài thí nghiệm khác nhau (′ chỉ phút, ″ chỉgiây)

2 0 3

[Br ]mmol/dm

[HClO ]mmol/dm

thời gian phản ứng

d) Do quá trình là bậc 0 đối với Br2 và tất cả các chất tác nhân khác đều ở lượng dư nên giá trị tốc

độ là một hằng số trong mỗi thí nghiệm Nó có thểđược tính một cách đơn giản: v = [Br2]o / tphản

ứnn

Với tphản ứng là thời gian phản ứng Sự phụ thuộc giữa tốc độ phản ứng vào tác nhân phản ứng hết

có thểđược khảo sát trực tiếp từ công thức Vẽđồ thị vận tốc như là một hàm của nồng độ axeton trong môi trường axit (nồng độ không đổi 0,100 mol/dm3) cho:

Đường này không hẳn là đường thẳng nên quá trình này không phải bậc 0 Kiểm tra với phản ứng

bậc 1 thì thấy có khả năng bằng cách xây dựng một sự phụ thuộc vào logarit Đồ thị có dáng điệu

như sau:

Các điểm có thể thẳng hàng với nhau Như vậy quá trình này là bậc 1 với brom

Một phương pháp khác là xác định thời gian bán huỷ từ những cặp giá trị nồng độđã cho Từđó rút ra được sự phân huỷ Br2 tuân theo quy luật phản ứng bậc 1

Bài 3:Để nghiên cứu động học của các phản ứng giữa ion Br- và ClO-:

Br- + ClO- → BrO- + Cl

người ta trộn lẫn 100 ml dung dịch NaClO 0,1M với 48 ml dung dịch NaOH 0,5M và 21 ml nước

cất Hỗn hợp này được đặt vào máy điều nhiệt ở 298K Sau đó cho 81ml dung dịch KBr 1% (cũng

ở 298K) vào hỗn hợp trên Sau mỗi khoảng thời gian xác định (t) người ta lấy mẫu và xác định

lượng BrO- trong mẫu Kết quả thu được như sau:

Br =C -CBrO

-0 ClO =CClO -CBrO

lnC

Có thể kiểm tra lại kết quả dựa vào dựng đồ thị trên Microsoft Office Excel hoặc

giải theo phương pháp trung bình thấy kết quả hoàn thoàn phù hợp

(CH3)3CBr(aq) + H2O(l) → (CH3)3COH(aq) + H+ + Br

-từ các dữ kiện thực nghiệm sau đây ở 298K

Ở thời điểm ban đầu t=0 hỗn hợp phản ứng chứa este và xút với nồng độ bằng nhau 0,05M Phản

ứng được theo dõi bằng cách ở mỗi thời điểm t người ta lấy 10ml hỗn hợp phản ứng rồi chuẩn độ

lượng xút còn lại bằng dung dịch HCl 0,01M Kết quả thu được như sau:

C6H5-CHOH-CH2Cl + OH- → O

C6H5

+ Cl- + H2O

Đó là một phản ứng bậc hai Hãy giải thích tại sao trong môi trường đệm phản ứng là bậc một

Ở 180C và trong môi trường đệm người ta đo nồng độ Cl-(kí hiệu là x) theo thời gian và thu được

Đ áp s ố : B ậ c hai, k=3,17.10 -2 lit.mol -1 giây -1

8. Cho phản ứng sau: CH3COCH2C(CH3)2OH OH

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Trần ThịĐà, Đặng Trần Phách, Cơ sở lý thuyết các phản ứng hoá học, Nhà xuất bản giáo dục

2. Nguyễn Văn Duệ, Trần Hiệp Hải, Lâm Ngọc Thiềm, Nguyễn Thị Thu, Bài tập hoá lí, Nhà xuất

bản giáo dục

3. Trần Văn Nhân, Hoá lí tập 3, Nhà xuất bản giáo dục

4. VũĐăng Độ, Cơ sở lý thuyết các quá trình hoá học, Nhà xuất bản giáo dục

5. René DIDIER, Hoá học đại cương tập 2, Nhà xuất bản giáo dục

6. René DIDIER, Bài tập hoá học đại cương tập 2, Nhà xuất bản giáo dục

7. Bài tập chuẩn bị Olympic hóa học quốc tế lần thứ 40-Hungari 2008

8. Bài thi lý thuyết Olympic hoá học quốc tế lần thứ 41-Anh quốc 2009

XÂY DỰNG HỆ THỐNG CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP PHẦN “NHỆT HOÁ HỌC” DÙNG

CHO HỌC SINH CHUYÊN HOÁ

Tr ườ ng THPT chuyên Nguy ễ n Hu ệ - Hà N ộ i

I MỞ ĐẦU

Trong quá trình giảng dạy ở trường phổ thông nhiệm vụ phát triển tư duy cho học sinh là nhiệm vụ rất quan trọng, đòi hỏi tiến hành đồng bộở các môn, trong đó Hóa học là môn khoa học

thực nghiệm đề cập đến nhiều vấn đề của khoa học, sẽ góp phần rèn luyện tư duy cho học sinh ở

mọi góc độ đặc biệt là qua phần bài tập hóa học Bài tập hóa học không những có tác dụng rèn luyện kỹ năng vận dụng, đào sâu và mở rộng kiến thức đã học một cách sinh động, phong phú mà còn thông qua đó để ôn tập, rèn luyện một số kỹ năng cần thiết về hóa học, rèn luyện tính tích

cực, tự lực, trí thông minh sáng tạo cho học sinh, giúp học sinh hứng thú trong học tập Qua bài

tập hóa học giáo viên kiểm tra, đánh giá việc nắm vững kiến thức và kỹ năng hóa học của học sinh

Để giáo viên bồi dưỡng học sinh khá, giỏi ở trường chuyên dự thi học sinh giỏi cấp Tỉnh

và cấp Quốc gia được tốt thì nhu cầu cấp thiết là cần có một hệ thông câu hỏi và bài tập cho tất cảcác chuyên đề như : cấu tạo chất, nhiệt hoá học, động hoá học, cân bằng hoá học,

Vì vậy , trong quá trình giảng dạy đội tuyển học sinh giỏi Tỉnh và Quốc gia tôi đã sưu tầm và tập

hợp lại một số câu hỏi và bài tập theo một số chuyên đề, trong đó có phần dùng để luyện tập cho

học sinh phần “Nhiệt hoá học”

II MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

Xây dựng hệ thống câu hỏi và bài tập phần “Nhiệt hoá học”dùng cho học sinh lớp chuyên Hoá học ở bậc THPT giúp học trò học tốt hơn và chuẩn bị tốt hơn cho các kỳ thi học sinh giỏi Hóa học cả về lý thuyết – bài tập – phương pháp giải, góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy và

- Hệ mở: hệ trao đổi chất và năng lượng với môi trường

- Hệ kín: Hệ chỉ trao đổi năng lượng với môi trường

- Hệ đoạn nhiệt: Hệ không trao đổi nhiệt với môi trường

* Quy ước:

Hệ nhận năng lượng của môi trường ⇒ năng lượng mang dấu +

Hệ nhường năng lượng cho môi trường ⇒ năng lượng mang dấu -

3) BIẾN ĐỔI THUẬN NGHỊCH:

Nếu hệ chuyển từ trạng thái cân bằng này sang trạng thái cân bằng khác một cách vô cùng

chậm qua liên tiếp các trạng thái cân bằng thì sự biến đổi này được gọi là thuận nghịch Đây là sự

biến đổi lí tưởng không có trong thực tế

4) SỰ BIẾN ĐỔI BẤT THUẬN NGHỊCH: là sự biến đổi được tiến hành với vận tốc đáng kể

Những phản ứng trong thực tếđều là biến đổi bất thuận nghịch

5) HÀM TRẠNG THÁI: là hàm mà giá trị của nó chỉ phụ thuộc vào các thông số trạng thái của

hệ, không phụ thuộc vào những sự biến đổi trước đó

Ví dụ: P.V = hàm trạng thái

P1.V1 = n.RT1 ; P2.V2 = n.R.T2

6) CÔNG (W) VÀ NHIỆT (Q)

- Là 2 hình thức trao đổi năng lượng

- W, Q không phải là hàm trạng thái vì giá trị của chúng phụ thuộc vào cách biến đổi

Ví dụ: Công của sự giãn nở khí lí tưởng từ thể tích V1đến V2ở to = const trong 1 xilanh kín nhờ 1 pittông được tính bằng công thức:

W = - P n dV

2 1

* Nếu sự biến đổi là thuận nghịch: Giảm Pn những lượng vô cùng bé để thể tích khí tăng những

lượng vô cùng bé Khi đó Pn mỗi lúc thực tế = P ở bên trong xi lanh = Pk

* Các quá trình thuận nghịch sinh công lớn nhất khi hệ biến đổi từ trạng thái 1 sang trạng thái 2

Lượng công này đúng bằng lượng công cần thiết đưa hệ về trạng thái ban đầu một cách thuận nghịch

7) NỘI NĂNG U:

- U của một chất hay một hệ gồm động năng của các phần tử và thế năng tương tác giữa các phần

tử trong hệđó

- U là đại lượng dung độ và là hàm trạng thái

- U của n mol khí lí tưởng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ

8) NGUYÊN LÍ I CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC: (SỰ BIẾN ĐỔI NỘI NĂNG CỦA HỆ)

⇒ dU = δQ = P dV ⇒ ∫dU = Q - P.dV

2 1

∫ ↔ ∆U = Q - P.dV

2 1

∫ = P dV∫2

1 = P V2 - P V1

Nhiệt phản ứng của phản ứng này là nhiệt lượng trao đổi với môi trường khi a mol A phản ứng

với b mol B tạo ra c mol C và d mol D ở T = const

- Nếu phản ứng được thực hiện ở P = const thì nhiệt phản ứng được gọi là nhiệt phản ứng đẳng áp

T

U

∆

∆

T

U

∆

∆ +

T

V P

∆

∆ = CV + R

Q, W: Không phải là hàm trạng thái

Q V = ∆U; Q P = ∆H ⇒ Q V , Q P là hàm trạng thái ⇒ chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối của hệ mà không phụ thuộc vào quá trình biến đổi là thuận nghịch hay không thuận nghịch

9) ĐỊNH LUẬT HESS: ∆H (∆U) của 1 quá trình chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái

cuối của hệ mà không phụ thuộc vào đường đi

∆Hpư = ∑∆Hs (sản phẩm) - ∑∆Hs (chất đầu) = ∑∆Hc (chất đầu) - ∑∆Hc (sản phẩm)

B A

T

T

P P

P

P n C n C n C dT C

n

B A

- ∆H1 thường được xác định ởđiều kiện chuẩn: ∆HoT = ∆Ho298 + ∫∆

T o

P dT C

CoP là nhiệt dung mol đẳng áp ởđiều kiện chuẩn (1atm)

- Trong khoảng hẹp của nhiệt độ có thể coi ∆CoP = const

δ

- Trong hệ cô lập δQ = 0 nên:

+ dS = 0: trong hệ cô lập entropi của hệ không đổi nếu xảy ra quá trình thuận nghịch

+ dS > 0 : trong hệ cô lập, quá trình tự xảy ra (BTN) theo chiều tăng entropi của hệ và tăng cho

tới khi đạt giá trị max thì hệ sẽđạt trạng thái cân bằng

* Entropi là thước đo độ hỗn độn của hệ: Độ hỗn độn của 1 hệ hay 1 chất càng lớn khi hệ hay chất

đó gồm những hạt và sự dao động của các hạt càng mạnh (khi liên kết giữa các hạt càng yếu)

13) SỰ BIẾN THIÊN S TRONG QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI TRẠNG THÁI CỦA CHẤT:

Khi chất nguyên chất nóng chảy hoặc sôi ở P = const thì:

∆H = nhiệt biến thiên trạng thái = Ln/c hoặc Lh

14) ∆S TRONG QUÁ TRÌNH GIÃN NỞ ĐẲNG NHIỆT KHÍ LÍ TƯỞNG:

Xét n mol khí lí tưởng giãn nở thể tích từ V1 → V2ở to = const Vì nội năng của khí lí tưởng chỉ

phụ thuộc nhiệt độ nên trong sự biến đổi này:

2 1

15) SỰ BIẾN THIÊN ENTROPI CỦA CHẤT NGUYÊN CHẤT THEO NHIỆT ĐỘ

- Quá trình P = const: Đun nóng 1 chất nguyên chất từ T1 → T2, không có sự chuyển pha:

- Quá trình: V = const ⇒ ∆S = n CV.ln

1

2

T T

16) ENTROPI TUYỆT ĐỐI

* Nguyên lí III của nhiệt động học:

- Entropi của chất nguyên chất dưới dạng tinh thể hoàn chỉnh ở 0(K) bằng 0: S(T = 0) = 0

* Xuất phát từ tiên đề trên ta có thể tính được entropi tuyệt đối của các chất ở các nhiệt độ khác nhau

VD: Tính S của 1 chất ở nhiệt độ T nào đó, ta hình dung chất đó được đun nóng từ 0(K) → T(K) xét ở P=const Nếu trong quá trình đun nóng có sự chuyển pha thì:

∆S = ∆ST - ∆S(T = 0) = ST = ∑

=

∆5 1

i i

S

⇒ ST =

T

dT C n T

L n T

dT C n T

L n T

dT C n

T

T h P S

S T

T l P nc

nc T

r P

S S

nc

nc

0

) (

1

∫

∫

Giá trị entropi được xác định ở P = 1 atm = const và ở nhiệt độ T nào đó được

gọi là giá trị entropi chuẩn, kí hiệu là S0T, thường T = 298K → S0298

17) SỰ BIẾN THIÊN ENTROPI TRONG PHẢN ỨNG HOÁ HỌC:

+ Khi phản ứng thực hiện ở P = const, T = const thì: ∆S = ΣS(sp) - ΣS(t/g)

+ Nếu ởđiều kiện chuẩn và 250C thì: ∆S0298= ΣS0298(sp) - ΣS0298(t/g)

+ Vì S của chất khí >> chất rắn, lỏng nên nếu số mol khí sản phẩm (sp) > số mol

khí tham gia thì ∆S > 0 và ngược lại Còn trong trường hợp số mol khí ở 2 vế

bằng nhau hoặc phản ứng không có chất khí thì ∆S có giá trị nhỏ

+ Đặt G = H – TS ⇒ở nhiệt độ, P không đổi thì quá trình xảy ra theo chiều có

∆G = ∆H – T ∆S < 0

Và đạt tới trạng thái cân bằng khi ∆G = 0

b) Thế đẳng tích: (Năng lượng Helmholtz)

Nếu hệ biến đổi ởđiều kiện T, V không đổi ⇒ nhiệt đẳng tích mà môi trường nhận của các hệ là

+ Đối với quá trình T,P = const → ∆G = W’max

+ Đối với quá trình T, V = const → ∆S = W’max

TÓM LẠI :

* Quá trình đẳng áp: P = const

- Công: δWP = - P.dV = -n.R.dT → WP = - P ∆V = - nR∆T

Q TN

δ ⇒ ∆STN =

T

dT C n T

T

P

T

V

2

1

T d C n T

T

V ln

⇒ WT =

-1

2 2

1 1

ln

2

P nRT V

V nRT V

V nRT V

dV RT

- Nội năng: ∆UT = 0

- Entanpi: ∆HT = ∆UT + ∆(PV)T = ∆UT + nR ∆T = 0

- Entropi: ∆S TN =

nc

nc TN T

L T

Q

= hoặc =

S

h T L

* Với quá trình dãn nở khí lí tưởng thuận nghịch

T

W U T

n V T

T

2

1

dV V

nRT V

* Quá trình đoạn nhiệt:

- Nhiệt: Q = 0

- Nội năng và công: dU = δQ + δW = δW = -PdV =

T

dT C

n V T

2

1

∫+Quá trình bất thuận nghịch:

2

T T nC P

nRT P

- Khi P = const →

P T

G T

G T

G T

T

T T

2

1

1 2

2 1

298

T H G

1

.2

1

P

P P T P

P

P

T G V dP G

dP V dG

- Với chất rắn, lỏng → coi V = const khi P biến thiên (trừ miền áp suất lớn) thì:

1

P nRT G

b) Trộn lẫn đẳng nhiệt, đẳng áp 2 khí lí tưởng:

∆G = nA.RTlnxA + nB.RTlnxB

c) Quá trình chuyển pha thuận nghịch (tại nhiệt độ chuyển pha): ∆Gcf = 0

d) Quá trình chuyển pha thuận nghịch ở T ≠ T cf

Nguyên tắc: áp dụng chu trình nhiệt động Vì G là hàm trạng thái nên ∆G chỉ phụ thuộc trạng thái

đầu, trạng thái cuối, không phụ thuộc vào quá trình biến thiên

e) ∆G của phản ứng hoá học: ∆Gopư = Σ∆GoS(sản phẩm) - Σ∆GoS(tham gia)

2 1,29.28

100

T T V

V

= 29,1

28

100(2.273,15 – 273,15) = 28388,1(J)

1 , 29

≈

−

= +

−

=

=

P P V

P

C R

C C

∆H = nC P.∆T =

28

100.29,1(189,33 – 273,15) = - 8711,3(J)

3Fe(NO3)2(aq) + 4HNO3(aq) → 3Fe(NO3)3(aq) + NO(k) + 2H2O (l)

Diễn ra trong nước ở 25oC Cho biết:

Fe2+(aq) Fe3+(aq) NO3-(aq) NO(k) H2O(l)

2) Khi đốt cháy hoàn toàn 2 anome α và β của D – glucozơ mỗi thứ 1 mol ở áp suất không

đổi, người ta đo được hiệu ứng nhiệt của các phản ứng ở 500K lần lượt bằng:

H ( )

2

O H S

H ( )

2

O H S

∆ nhỏ hơn nên bền hơn

Bài 5:

1) Thế nào là entanpi sinh của đơn chất? Tính o

O S

H ( 3)

kimcuong S

∆ và dựđoán hoạt tính hoá

học của chúng từ các dự kiện sau:

2) Từ kết quả trên và các dữ kiện sau:

∆H(O –O) tính từ O2 = - 493,24kJ/mol; ∆H(O –O) tính từ H2O2 = - 137,94kJ/mol

Chứng minh rằng: Không thể gán cho O3 cấu trúc vòng kín

Giải:

1)- Entanpi sinh của các đơn chất bền ởđiều kiện chuẩn = 0

- Đối với những nguyên tố có nhiều dạng thù hình thì khi chuyển từ dạng này sang dạng khác bao

giờ cũng kèm theo 1 hiệu ứng nhiệt Hiệu ứng nhiệt của quá trình hình thành đơn chất (dạng thù hình kém bền) từ dạng thù hình bền ở điều kiện nhất định được coi là nhiệt sinh của đơn chất trong những điều kiện đó

⇒ O3 có cấu trúc vòng kín rất không bền ⇒ cấu trúc này không chấp nhận được

H , 4

(2) C than chì → C (k) o

th H

H , / , 4

⇒ Năng lượng liên kết trung bình của liên kết C – H là:

41(-1648,7) = - 412,175 (J/mol)

* (4) 2C than chì + 3H2 → C2H6(k) H S(C H,K)

6 2

Lấy (4) – [2 (2) + 3.(3)] ta được:

2C(k) + 6H (k) → C2H6(k) o

H C tu ng S H

6 2

, / ,

10 4

, / ,

Lấy (2) 4 + (3).5 + (5) ta được:

4Cthan chì + 5H2(k) → C4H10(k) H S o C H

10 4

S r

H , 2 3 )

∆ = -822,2 kJ/mol; o

O Al

S r H

) 3 2

,

O Fe

S r H

) 3 2

Như vậy, chỉ dựa vào ∆H không đủđể khẳng định chiều của 1 quá trình hoá học (tuy nhiên trong nhiều trường hợp, dựđoán theo tiêu chuẩn này là đúng)

Bài 8:

1) Tính hiệu ứng nhiệt đẳng tích tiêu chuẩn của các phản ứng sau ở 25oC

a) Fe2O3(r) + 3CO(k) → 2Fe(r) + 3CO2(k) o

2) Khi cho 32,69g Zn tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng dư trong bom nhiệt lượng kếở 25oC,

người ta thấy có thoát ra một nhiệt lượng là 71,48 kJ Tính hiệu ứng nhiệt ở nhiệt độđó Cho Zn = 65,38

H , , )

4

k NH S

H , ,

3

r adenin S

2

3

) , (H2k P C

= - 24,7 + 37,48.10-3T -

2

1[27,8 + 4,184.10-3] -

2

3[28,6 + 1,17 10-3T]

= - 32,1 + 31,541.10-3 T

2 1000

298

3T T

= - 46,2.103 +31,541 10-3

2

1(10002 -1982) – 32,1(1000 – 298)= - 54364,183 (J/mol)

⇒ Khi tổng hợp 17 kg NH3 thì nhiệt lượng toả ra là:

Tính năng lượng mạng lưới tinh thể BaCl2 từ 2 tổ hợp dữ kiện sau:

1) Entanpi sinh của BaCl2 tinh thể: - 859,41 kJ/mol

Entanpi phân li của Cl2: 238,26 kJ/mol

Entanpi thăng hoa của Ba: 192,28 kJ/mol

Năng lượng ion hoá thứ nhất của Ba: 500,76 kJ/mol

Năng lượng ion hoá thứ hai của Ba: 961,40 kJ/mol

ái lực electron của Cl : - 363,66 kJ/mol

2) Hiệu ứng nhiệt của quá trình hoà tan 1 mol BaCl2 vào ∞ mol H2O là: -10,16kJ/mol

Nhiệt hiđrat hoá ion Ba2+ : - 1344 kJ/mol

Nhiệt hiđrat hoá ion Cl- : - 363 kJ/mol

Trong các kết quả thu được, kết quả nào đáng tin cậy hơn

Kết quả 1) đáng tin cậy hơn, kết quả tính theo mô hình 2) chỉ là gần đúng do mô hình này không

mô tả hết các quá trình diễn ra trong dung dịch, các ion nhất là cation ít nhiều còn có tương tác lẫn nhau hoặc tương tác với H2O

Bài 12:

Cho giãn nở 10 lít khí He ở 0oC, 10atm đến áp suất là 1atm theo 3 quá trình sau:

a) Giãn đẳng nhiệt thuận nghịch

b) Giãn đoạn nhiệt thuận nghịch

c) Giãn đoạn nhiệt không thuận nghịch

Cho nhiệt dung đẳng tích của He CV =

V

dV nRT dV

1

2

V V

.1

1 1

T R

V P

.R(T2 – T1)

∆U = W =

2

3

1

1 1

T

V P

(T2 – T1) Theo PT poisson: T.Vγ- 1 = const

101

γγ1-

γ γ

1- 5 3

5 3

32

1 2

2

P

nRT P

Xảy ra dưới áp suất 1 atm và ở 25oC toả ra 1 nhiệt lượng là 126,566 kJ

Nếu cho phản ứng đó xảy ra trong 1 nguyên tố ganvani ở P, T = const thì hoá năng sẽ được chuyển thành điện năng và sản ra công W’ = 109,622 kJ

Hãy chứng tỏ rằng trong cả 2 trường hợp trên, biến thiên nội năng của hệ vẫn chỉ là một, còn nhiệt thì khác nhau và tính giá trị biến thiên nội năng đó

Giải:

- Do U là hàm trạng thái nên ∆U = U2 – U1 = const, cho dù sự biến đổi được thực hiện bằng cách nào Vì vậy ∆U trong 2 trường hợp trên chỉ là một

- Vì ∆U = Q + W = Q + W’ - P∆V = Q + W’ - ∆n.RT

Do ∆nRT = const; ∆U = const

Nên khi W’ (công có ích) thay đổi thì Q cũng thay đổi

- ∆U = ∆H - ∆nRT = -126,566 +

2

1 8,314 298,15.10-3 = - 125,327 (kJ)

a) * WTN =

-1

2 1

2 2

1

2 1

lnln

P

P nRT V

V nRT V

dV nRT

1 1

V P

V P

1

P P

1 1

11

P

P nRT P

P P

nRT

= 28

42.8,314 300.ln

nRT P

11

21

P

P

= 28

5

1 = 14965,2 (J) KL: - Công mà hệ thực hiện (sinh) trong quá trình biến thiên thuận nghịch từ trạng thái 1 đến

trạng thái 2 bằng công mà hệ nhận khi từ trạng thái 2 về trạng thái 1 Còn trong quá trình biến thiên bất thuận nghịch thì công hệ sinh nhỏ hơn công hệ nhận

- Trong sự biến thiên thuận nghịch thì hệ sinh công lớn hơn trong quá trình biến thiên bất thuận nghịch

1245

= 0,5

⇒ H2O và C6H6 phải ở thể hơi thì ∆n = 0,5

Bài 16:

Tính nhiệt lượng cần thiết để nâng nhiệt độ của 0,5 mol H2O từ -50oC đến 500oC ở

P = 1atm Biết nhiệt nóng chảy của nước ở 273K là Lnc = 6004J/mol,

nhiệt bay hơi của nước ở 373K là Lh = 40660 J/mol

C ( 2 )= 35,56(J/molK); o

l O H P

o r

P dT n L n C dT n L C

n

373 273

) 273

223

) 5

1

++

n P o h

Bài 17: Tính sự biến thiên entropi của quá trình đun nóng 0,5 mol H2O từ – 50oC đến 500oC ở P = 1atm Biết nhiệt nóng chảy của nước ở 273K = 6004J/mol; nhiệt bay hơi của nước ở 273K = 40660J/mol Nhiệt dung mol đẳng áp o

273K273K

)

373

.273

T

dT C

L T

dT C L

T

dT

l P nc

++

+

373

773ln.2,30373

40660273

373ln.3,75273

6004223

273ln

56

,

Bài 18:Tính sự biến thiên entropi khi trộn lẫn 200g nước ở 15oC với 400g nước ở 60oC Biết rằng

hệ là cô lập và nhiệt dung mol của nước lỏng là 75,3 J/mol.K

Giải:

Gọi T là nhiệt độ của hệ sau khi pha trộn

Do Q thu = Q toả nên:

T – 288 = 2.333 – 2T ⇒ T =

3

288333

200318

400318

400.75,3 ln

333

318 = 5,78 (J/K) > 0

⇒ Quá trình san bằng nhiệt độ này tự xảy ra

Bài 19: Tính sự biến thiên entropi và ∆G của sự hình thành 1 mol hỗn hợp khí lí tưởng gồm 20%

N2; 50%H2 và 30%NH3 theo thể tích Biết rằng hỗn hợp khí được tạo thành do sự khuếch tán 3 khí vào nhau bằng cách nối 3 bình đựng 3 khí thông với nhau Nhiệt độ và áp suất của các khí lúc

a) Hỏi điều kiện chuẩn của phản ứng này là điều kiện như thế nào?

b) ởđiều kiện chuẩn và 25oC phản ứng đi theo chiều nào?