Bài tập Hoá Lí (Nguyễn Văn Duệ)

Đề cập nội dung về nhiệt động lực hóa học,điện hóa học và cấu trúc hóa học

NGUYỀN VĂN DUÊ - TRẦN HIỆP HẢI

LAM NGOC THIEM - NGUYEN THI THU

TÁC BỘ

PM 'VV00000L wf

Were see

54A OF

NGUYEN VAN DUE, TRAN HIEP HAI

LAM NGOC THIEM, NGUYEN THI THU

Chịu trách nhiệm xuất bản

Chủ tịch HĐQT kiem Tổng Giám đốc NGO TRAN AI Phó Tổng giám đốc kiêm Tổng biên tập NGUYÊN QUÝ THAO

Biên tập nội dung

PHONG CHE BAN (NXB GIAO DUC)

Công ty CP Sách Đại học - Dạy nghề - Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam,

giữ quyền công bố tác phẩm

dai học và Cho đẳng Sư phạm và một số trường dại học khác cổ

đào tạo về Hoá học Đến nay mười sấu năm đã qua di, Hod hoe nói chung và Hoá lí nói riêng đã có những bước tiến vượi hực về thành tựu khoa học và dào tao, Cong t

các trường đại học dồi hỏi ngày một cao, biện đại và toàn di Nhâm đáp ứng tốt hơn uữa việc giảng dạy và học tập về Hoá đồng thời góp phan làm phong phú và da dang

giáo tình đại học, cuổn Bai tgp hod lí dược Nhà xuất bản Giáo dục cho tái bản lần dầu với nội dung được mở rộng và cập nhật hơn Trong lấn tái bản thứ nhất này, phần được bổ sung hoàa toàn mới là phẩn IV dê cập tới Cấu trúc hoá học gồm bốn chương :

«_ Chương XIV :Nhập môn hoá học lượng tử

+ _ Chương XV : Cơ sử về phổ phân tử

+ — Chương XVI :Khái quất về hoá học tỉnh thể, + Chương XVII: Đại cương vẻ hoá học phóng xạ

“Toàn bộ phẩn IV về Cấu trúc hoá học do_ GS TS, Lâm Ngọc

“Thiểm chịu trách nhiệm biên soạn Ngoài ra ở phan TH vẻ Động

hoá học, để cho dược dây đủ, có hai chương được bố sung, đồ là Chương XII ~ Phản ứng quang hoá và phản ứng dây chuyển ; Chương XI - Xúc tác Tiến sĩ hoá học Nguyễn Thị Thu là người biên soạn hai chương bổ sung này đồng thời chỉnh lí nội dung các chương còn lại của phản II Đối với các chương thuộc phần 1 về Nhiệt động lực học hoá bọc cũng như phản II vẻ Điện hoá học ngoài phần chỉnh lí, về cơ bản không có sự thay đổi lớn

Với sự nỗ lực của mình, các tác giả hỉ vọng cuốn Bài tập Hoá lí với nội dung được bổ sung và chỉnh lí sẽ đem lại cho độc giả mà phần lớn là sinh viên các trường dai học một sự khích lệ mới trong học tập và nghiền c tắc giả cũng sẵn sing và vui lòng đón nhận những ý kiến phê bình của độc piả nhằm làm ch cuốn sách dược hoàn thiện hơn:

Nhiệt hoá học

1 Biểu thức của nguyên lí thứ nhất

3 Nhiệt và hiệu ứng nhiệt của quá trình Nhiệt dung

3 Nguyên lí thứ nhất dp dụng cho khí lí tưởng

4 Định luật Iielxơ

Chương III - Nguyên lí thứ hơi của nhiệt động lực học

- Nguyên lí thứ hai cũa nhiệt động Jue học, Hàm cntrồpi:

Lĩnh entrôpi

“Thể nhiệt động Hàm đặc trưng Phương trình Gipxơ - Hemhonxe

Chương IV - Cân bằng dị thể Quy tắc pha

1 Điều kiện căn bằng và chiều tự diễn biết của quá trình trong hệ dị thể

Chương VỊ - Cân bằng hoé học

Định luật tác dụng khối lượng:

lều thức các hing số cân bằng

Phương trình đẳng nhiệt của phản ứng hoá học Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hằng số cân bằng K, và K„

2

3

4 Ảnh hưởng cũa ấp suất lên hãng xố cân bang Ky

5 Nguyên lí thứ ba của nhiệt động lực học

Phần hai ĐIỆN HOÁ HỌC

Chương VII - Dung dich dién phan

1 Căn bằng trong dung địch điện phân

2 Độ dẫn điện của đụng dịch điện phân

3 Sữ tải

Chương VIII - Nguyên 6 Ganvani

1, Nhiệt động học về nguyên tố Ganyani

2 Một số ứng dụng của sự do sức điện động của nguyên tố Ganvani

Chương IX - Dién phan va qué thé

2 Động học các phản ứng phức tạp

Chương XI - Động học cóc quớ trình sơ cốp

1, Ảnh hưởng của nhiệt độ tới tốc độ phản ứng

ự rong các bài toán về phân tit

T Phương pháp liên kết hoá trị

3 Phương pháp obitan nguyên tử

9 Phương pháp HMO

10, Sơ đồ MO (0

Chương XV - Cơ sở về phổ phên tử

Khái quát chung Phổ quay của phân tử hai nguyên từ Phổ dao động của phân tử hai nguyên từ Phổ quay - đạo động của phân từ hải nguyễn từ

5, Phd electron của phan ni hai nguyên từ

6 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân

Chương XVI - Khai quat vé hoa hoc tinh thé

1 Mội số khái niệm chung Các đại lượng đặc trưng quan trọng cũa tỉnh thể Thương pháp nghiên cứu tỉnh thể

Nang lượng mạng lưới tỉnh thể

Chương XVII - Đợi cương về hoé phóng xg

1 Khái niệm về hạt nhân nguyên tử

2 Năng lượng hạt nhân

MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ ĐẠI LUONG CU BAN

MOT SO HE THUC TOAN HOC THUONG DUNG

1 Một số khái niệm và đại Iwong co ban

Hệ

Hệ (viết tắt từ "hệ thống”) là ruột đối tượng vật chất cụ thể được nghiên cứu Trong nhiệt động lực học dó là "hệ nhiệt động, được phân biệt với môi trường bao quanh nó bằng những ranh giới thiên nhiên, cũng có thể là ranh giới quy ước có thực hoặc tưởng tượng

Nhiệt động lực học chỉ nghiên cứu những hệ vĩ mô được phân chia làm ba loại hệ cô lặp, hệ đóng và hệ mở Hệ cô lập hoàn toàn là hệ không trao đổi chất cũng như năng lượng với môi trường bên ngoài dưới hất kì dạng nào Trong khi đồ hệ đóng là

9

10

hệ không tao đổi chất nhưng có khả nâng trao đổi nâng lượng

Với môi trường

Thuộc tính và trạng thái cña hệ

‘Trang thai này được phân biệt với trạng thái kia của hệ bằng giá trị các thuộc tính nhiệt động của nó Người ta phân biệt thuộc tính khuếch độ là những thuộc tính mã giá trị độ lớn của nó tỉ lệ thuận với khối lượng của hệ và thuộc tính cường độ thì không tỉ

lẻ với khối lượng của hệ khảo sát Đốt với hệ đồng nhất; thuộc tính khuếch độ có cộng tính, cồn thuộc tính cường độ thì không

Quá trình : Quá trình nhiệt động là mọi biến đổi xây ra trong hệ có liên quan đến biến thiên đù chỉ một thông số nhiệt động về tiang thái của

hệ Quá trình nhiệt dộng lä sự thay đổi trạng thấi nhiệt động

Đối với một quá trình vòng (chư trình) trạng thái ban đầu và trạng thai cuối cũa hệ tring nhau

Nhiệt và công

"Nhiệt và công là hai dạng truyền nâng lượng của vật chất

Nếu hệ thu nhiệt, nhiệt được xem là một đại lượng dương (kí hiệu bằng chữ Q) Nếu hệ thực hiện công thì nói chung, công đó

là một đại lượng âm (kí hiệu bằng chữ W), nếu hệ nhận công, tức

là công do bên ngoài tác dụng lên hệ, thì công đó là một đại lượng dương

‘Trong nhiệt động lực hoá học (a thường tính toán công giãn nở

(cồn gọi là công chống áp suất bên ngoài của hệ) theo biểu thức ;

Cong, nhiét, năng lượng nói chung đều được đo bằng “Jun tuyệt

đối” (1 Jun = 10” ec) thế nhưng trong nhiều sách vở vẫn sử dụng,

rộng rãi calo làm đơn vị đo năng lượng Có hai loại đơn vị calo:

calo nhiệt hoá học và calo nhiệt kĩ thuật

1 calo nhiệt hoá học = 4,18400 Jun (tuyệt đối)

1 calo nhiệt kĩ thuật = 4,18680 Jun (tuyệt đối)

Trong tài liệu này đùng calo nhiệt hoá học Dĩ nhiên đối với những phép tính không đồi hỏi độ chính xác cao thì sự phân biệt hai loại đơn vị calo nồi trên là không cần thiết

Giả thử ta có hệ thức

trong đồ M = M(x.y) và N = N(x,y) thì điều kiên để dz 18 vi phan toàn phần của hàm Z = Z (x,y) là

mm (3) (4) 2y), (xjy

"

Oy

Ngược lạ, nếu (®) (2) ini dz không phải là ví phân

toin phin, Trong trường hợp này đz chỉ đơn thuần là một đại lượng Vô cũng nhỏ nào đó

4 Tirede diém 1, 2, 3 ta rit ra ring néu z, mot dại lượng nhiệt động

nào đồ là một hầm trạng thái của hệ thì ta sẽ có bốn cách phá triển sau đây hoàn toàn tương đương nhau a) 7.18 hảm trạng thái của hệ

b) dz là vi phan toàn phần của hần z

2

©) ars ny 2) = Ax=coos :

Bai 1 Cho mot động cơ đốt trong chuyển vận theo mô hình đơn giản

như sau ; Khi dộng cơ bắt đầu lầm việc, áp xuất của khí đốt là

20 atm, Dong co chuyén động chống lai một lực khong đổi bảng

mn Khoảng trống trong xilanh đo pitông

bì Nếu động cơ gồm 6 xilanh mỗi xilanh lầm việc 2000 lần

xuôi phút (mỗi vòng quay cia pitténg trong xilanh gồm 2 lần

đi và về) thì năng suất của động cơ sẽ là bao nhiều 2

b) Chú ý rằng trong câu này để bài yêu cấu tính nang suất của dong

cơ tức là tính công đơ động cơ sản ra trong một đơn vị thời gian

© đây ta sẽ tính theo đơn vị 1/s tức là wat Năng suất của động

cơ được tính như sau :

Năng suất = 1271, 6, (2000/60) = 12700 W

2.7 KW

Bài 2 Trong bai 1 & tren khong xét mot quá trình hod hoe nào trong

hệ Ở dây ta lấy một vi dy có liên quan đến phản ứng hoá học Vi

du tinh công đo hệ thực hiện khi hoà tan 50 g sắt trong axit clohidrie đối với hai trường hợp :

a) Phản ứng xấy ra trong một bình kín chấp nhận thành bình không giãn nở,

b) Phản ứng xây ra trong một cái cốc để mở rà khí quyển 628°C

Khi hoa tan Fe (cin) vao.dung dich HCI’ phan img xdy ra như sau

thực hiện công chống áp suất bên ngoài Áp suất khí quyển xem

như không đổi, vì vay dé tinh công ta áp dụng hệ thức (L1) vied:

“Trong trường hợp thứ nhất, bình phản ứng kín do đó thể không đổi, nghĩa lã AV = 0

w

22121 =~ 2,212 KI

50

we-|=2) 314K (3) 314 1K mol 29 mol 298K

Nhận xét thém : Chi ý rằng công & day khong phải là công cực đại, quá trình này không phải là quá trình cân bằng vì trong ví dụ này ta nghiên cứu sự giãn nở khí chống áp suất bên ngoài không dồi

trong đó M và N đẻu là những hầm của p và V Biểu thức trên sẽ

là vị phân toàn phẩn nếu đẳng thức sau đây được thoả mãn :

Khu dz là ví phân toàn phần thì theo (1.5) ất phải có

hầm trạng thái của hệ Fi aẺ

Bài 4 Đại lượng,

trong đồ M= y về N = ~x, Như vậy

(#)l8)¬(8)-(8 CIINLJ lac, “Lae,

Ta thấy rằng điểu kiện (L4) không được thoả mãn Biểu thức

dz = ydx — xủy không phải là vi phân toàn phần

1.1 Tính công cần thiết để nâng một vật nhỏ khối lượng Ekg Len mot

khoảng cao 1Ô em Cho gia tốc trọng trường bằng 9,8m/s” và có

a) Trên mật Trái Đất nơi có gia tốc g

b) Trên Mặt Trăng nơi có gia tốc g=1,6m/s” Các gia tốc cho

trên được chấp nhận không đổi trong điều kiện của bài toán

Cho một phần ứng hoá học xây ra trong một cái bình hình trụ tiết

diện 10 cm” ngăn cách với bên ngoài bàng một mầng dị động mà

sát không đáng kể, Trong quá trình phản ứng màng đi chuyểi

xã 10 em chống lại áp suất khí quyển là latni, Tính công đãn nở

mà hệ đã thực hiện ?

ra

Đáp số =I01 7

Cho một phản ứng hoá học xây ru trong mot xilanh dat thang

đứng, phía trên có piuông di dong ma sét không đáng ké Tren

pittong dat một vật khối lượng Š kẹ Toàn bộ hệ giả thiết dược

đặt trong chân không nghĩa là không chịu tác dung của ấp suất

khí quyển Già tốc trọng trường được chấp nhận không dồi

va bang 9,8 m/s”, Khi phần ứng xãy ra piuông được nding cao

thêm 10 em,

“Tính công hệ thực hiện trong hai trường hợp

4) Tiết điện xilanh bằng 100 cm” ?

1.6 Nung ndng 1 mol canxi cacbonat đến 700°C thi n6 sé phan huỷ

Phép phản tích xây ra trong một bình kín thông với một pitông

di động ma sát không đáng ké Pitong mày tiếp xúc với khí quyển Khí được chấp nhân tuân theo các định luật của khí

í tưởng a) Tĩnh công của hệ khí 1 mol hoá chất trên bị phân tích hốt

Ð)_ Tính công của hệ trên nhưng trang trường hợp phần ứng xây

ra trong một hình mở tiếp xúc trực tiếp với khí quyển

Đáp số: a) ~8,09 kl

b) -8,09 kỊ:

1.7 Bd mot nigng Mg 15 g vào một cốc thí nghiệm dựng dung dịch

axit clohidric loãng Giữ cho nhiệt độ không đổi ở 25% suốt quá

trình phan tng T khi phần ứng hết (Mẹ

h công của hệ tác dụng lên khí quyển cho đến 24)

Dp sé 1,55 k3 1⁄8 Chứng mình rằng : d= ydx + xủy - là vi phan toàn phần

1.9 Chứng mình rằng : dz= xỏx + yấy - là vi phan toàn phần, 1.10 Chứng mình rằng :— ôQ= dU + pẩV,

không phải tà vi phan toàn phản Từ đó suy ra rằng Q không phải

là hàm trang thai Q: nhiệt mà hệ trao đổi,

Us noi năng của hệ, p: ấp suất của hệ,

Vs thể tích của hệ, 1.1L Trang nhiệt động lực hoe, ham entanpi H được định nghĩa bằng

gu thức sau

20

H=U+pV Tây chứng minh rằng H là hầm trạng thái của hệ

Pax?

a

Lia Phang ah sus 5250, ý

có phải là vi phản toàn phần không ?

xố nén đẳng nhiệt" B và "hệ số nhiệt vẻ áp suất” y được định nghĩa bằng các biểu thie sau

(Định nghĩa œ và B như đã nêu trong bai tép 1 14)

Ấp đụng hệ thức này để tính biến thiên ấp suất trong một nhiệt

kế thuỷ ngân khi dun nóng nó thêm một độ

Biết duy 9.107Ê /ann,

1 Biểu thức oủa nguyên lí thứ nhất

Giả thử ta nghiên cứu một hệ chỉ trao đổi năng lượng với môi trường bên ngoài dưới dạng nhiệt hoặc dưới dang cong thì sẽ thấy rằng : "Nếu hệ vừa nhận nhiệt vừa sinh công thì độ tăng nội

năng của hệ phải bằng dúng nhiệt hệ nhận dược cộng với công

xà hệ thực hiện”,

AU=Q+W : any

AU : biến thiên nội nang của hệ,

Q, W : nhiệt và công hệ trao đổi trong quá trình

"Như vậy, "nội năng của hệ cô lập được bảo toàn" Nếu quá trình quá đồ hệ trao đổi nhiệt và công với moi trường bên ngoài Tà một quá trình võ cùng nhổ, thì lượng nhiệt 8Q và lượng công ô W mà

hệ trao đổi cũng là những lượng vô cùng nhỏ Do đó biến thiên nội năng cöa hệ sẽ là

hệ thực hiện không phải là công cực đại Đại lượng nhiệt Q trong, quá trình này biểu thị qua hệ thức ([L5) được gọi là "hiệu ting nhiệt của quá trình" với định nghĩa như sau:

“ Hiệu ứng nhiệt của quá trình là nhiệt kèm theo quá trình đó khi

"hệ không thực hiện công nào khác ngoài công giãn nở thể tích"

Có hai loại quá trình thường gập và được khảo sát nhiễu nhất

Đó là quá trình đẳng tích (V = cons) và quá trình đẳng áp (p= const), Dudi dây ta hãy thiết lập biểu thức tính nhiệt trong

hai loại quá trình đó xuất phát từ biểu thức (IL.3)

Nhiệt dung Nhiệt dung là tượng nhiệt cần thiết để làm nóng hệ ten 1°C,

Nhiệt dung phéu ti gam là nhiệt dung của Nhiệt dung riêng á nhiệt) là nhiệt dung

Nhiệt dung đẳng tích và nhiệt dung ding áp liên hệ với nhau

thông qua biểu thức

Phương trình calo về trạng thái đối với khí lí tưởng được suy ra

từ định luật Gay Luyixae —

AU+ =0 Suy ra 17)

Biểu thức của nguyên lí thứ nhất đổi với khí lí tưởng Xuất phát

(11.2), kết hợp với (1.16), người ta thiết lập được các biểu thức sau đây áp dung cho khí lí tưởng :

Nếu có ph khí thì sẽ có: ứng hoá học xây ra trong hệ và làm thay đổi số moi

— Công : Wry =~ pAV =~ AaRT

~— Nhiệt : Ở đây có hiệu ứng nhiệt của phản ứng hoá học nên:

% Định luật Hetxư

“Hiệu ứng nhiệt Q, và Q„ của phẫn ứng hoá học chỉ pl thuộc vào trạng thái của những chất đảu và những chất cuối, hoàn toàn không phụ thuộc vào cách tiến hành phân ứng"

Định luật này cũng áp đụng cho các quá trình hoá lí khác như

hoà tan, hấp phụ, bay hơi, nồng chảy,v:Y

Dựa vào định luật Hetxơ người ta đã thiết lập đửợế các quy tắc tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng hoá học dựa vào những dữ

kiện về sinh nhiệt (nhiệt hình thành) và thiêu nhiệt (nhiệt

đốt cháy)

9, =(64)„4-(G2)x Ì

(23)

AH, =(AH,),„„ —(ADụ ),

Q, = AH, : higu img nhiet cia phin tng

(Quyeasi = (AH,,);uø; : sinh nhiệt (nhiệt hình thành) chất cuối

AH, = (AH )giy ~ (AH de )ous đ124)

(Ou)gä¿ = (AHạ,)g¿, : thiêu nhiệt (nhiệt đốt cháy) chất đầu (Qudevsi = (Ay eusi : thiêu nhiệt (nhiệt đốt chấy) chất cuối

Hiệu ứng nhiệt là một đại lượng phư thuộc vào nhiệt độ Sự phụ thuộc đó được biểu thị thông qua phương trình do Kiêcsöp thiết lập và mang tên ông:

‘DE tinh được hiệu ứng nhiệt của phản ứng hoá học ở những nhiệt

đổ khác nhau ta tích phân phương trình trên

by Quà =Quan + J ACY

Ap dung biểu thức cña nguyên lí thứ nhất ta có

AU =Q+WE43711~2570=

4H41 1/mot

Bài 2 Cho 100 g nitơ 6 = 0°C va p= 1 atm

Ð) Giãn đẳng áp tới thể tích pấp đôi lúc đầu ;

©) Gian dng nhiệt tối thể tích 2001

đ) Giãn đoạn nhiệt tới thể tích 200 L

XXât quá trình đẳng áp (p const)

~ Nhiệt Q của quá trình được tính như sau ;

5Q, = 4H= nC, dT

Q, =a, 3-7) Vip= const nen

— Đổi với khí lí tường, nhiệt Q trong quá trình này dược tính như

~ Đối với khí lí tưởng trong quá trình đẳng nhiệt AU; =

~ Vì vậy, xuất phát từ AU = Q + W ta rit ra:

= Wy = Qy = 7432 XXếi quá trình đoạn nhiệt (Q= 0) ;

Bài 3 Đun nóng đẳng tích 56l khí He chấp nhận là khí lí tưởng ở ấp

suất ban đầu bảng 1 am và nhiệt độ ban đầu là 0C Biển thiên

nội năng của hệ trong quá trình đun nồng đó bằng 31381 Biết tầng trong suốt quá trình nhiệt dung đẳng áp phân từ gam của hệ

coi như không đổi và bằng 2

a) Tính nhiệt độ cuối của hệ

a)

b)

b) Tinh Q, W, AH trong quá trình

©) Tinh áp suất ở trạng thái cuối của hệ

AUy = 3138

ma Wy=0

39

Việc tính áp suất p; ở trạng thái cuối cia he cổ thể thực hiện

theo hai cách đưới đây :

Tinh AH AU= 219673 5Š— z0 21 am, 000987

Thay các gi trị vào (c) sẽ thu được ;

Bài 4 Cho hoá hơi 36g nước lỏng ở IO0°C và J atm Sau đó làm giãn

nở thuận nghịch đẳng nhiệt hơi nước đến thể tích gấp 10 lấn

Chấp nhận hơi nước là khí lí tưởng và biết rằng trong diễu Kiện trên

Nhiệt hoá hơi của nước AHạy = 9630 cal/rnol

~— _ Thể tích phân tử gam của hơi nước là 30/ va trong tính toán

có thể bộ qua thể tích pha lỏng sơ với pha hơi

Tính công W và các đại lượng AH, AU của hệ trong quá trình

HạOih), 373 K, Vị a} Tinh công W, Quá trình được chia làm 2 giai đoạn (1) và (ID,

1492 cal =— 6075 7

"Vậy đối với cả quá trình :

W = W, 3 W, =~ 6075 — 14283 =~ 20358)

b) Tinh AH Đối với giai doan 1

AH, = 9630 = ~19260 cai = 80506.8 5

Đối với giai đoạn II: (AH;}, =0,

Vậy: AH = AH, + AH) = 805068)

©) Tink AU:

Đối với giai đoạn L:

AU) =Q¡ + Wị =80506.8~ 6075 = 74431,8 7 Đối với giai đoạn H:

(AU, = 0

Vay: AU = AU, +AU, = 744318)

Bài 5 Tính hiệu ứng nhiệt Q, của phản ứng hình thành tinh thể

'Về các dữ kiện thiêu nhiệt cớ thể biểu diễn qua những phương

trình hoá học như sau:

Nhân phương trình (b) với 2 và nhân phương trinh (c) với 3 rồi đem công với nhau, Lấy kết quả trừ di phương trình (A) Sau khi đơn giản ta sẽ được

2C, +3Hạ = CạH, Q= - 79/914 kI/mot (4)

Trong hài toán này chính là áp dụng quy tắc thiều nhiệt để tính hiệu ứng nhiệt của phần ứng (4), và nếu lưu ý thì sẽ thấy ngay rầng hiệu ứng nhiệt của phẩu đàg đó lại chính là sinh nhiệt

đài 7 Nhiệt hoà tan của MgSO, AH, =-88,198 kJ/mol, cla MgSO,.H,O

-AH;=65/647 kJ/mol Xác định nhiệt hidr=t hoá của MgSO, tỉnh thể

Giải

Bai toán có thể biểu diễn qua sơ đồ dưới đây

MgSO, HzO — _ MgSO, HạO

AH hiđrak

ING we

" 2 Mg”°aq + SOSaq °

tanpi tiêu chuẩn trong qué tink hidro hos propen thanh propan là :

CHạ =CH~CH; +H; -> CHạ ~CH;—CHy

AH, =~ 124 kI/mol Entanpi tiêu chuẩn của quá trình oxi hoá propan là ;

Hog) +4026 1,0, AH, = — 286 k/mol

sẽ thụ được phường trình phản ứng đốt cháy propen với giá trị AH,l

AH, = AH, + AH, — AH,

Au

124 - 2232 + 286 = 2060 kJ/mol

nh Q, cin ding dé nung nóng 128 g oxi tir 2PC dE 127°C

Biết rằng nhiệt dung ding áp của khí oxi trong khoảng nhiệt độ trên được biểu thị bằng phương tình sau ;

4

_ 412619400300) + 228 10°3(400? — 3007) +32 0°*(a00? -300 5] 11881 7=11,881 19 Bai 10 Cho hiệu ứng nhiệt của phần ứng

CaCO, = CaO + CO,

„_ xây nè ð 727°C là Q,, = 177900/8 1

“tính Qạ của phản ứng trên ở 1227°C Biết rằng :

Cycaoy = 49,63 4 4,52.1071 1/K mol Cpen, = 44,14 + 9,04 1057 I/K.mol

Cycexco,) = 104.5 + 21,92.10° 7 1/K mot

Ap dung phương tình Kiêcsôp ta có +

4

Từ đó rút ra 8Q, = AC aT

3Qy = [EC eusi~ BC paso] AT @

Phương trình phản ứng được viết như sau

CaCO, = Cad + CO, % 177900,8J

‘Thay ede giá trị vào phương trình (a) sẽ được :

TLL Một bình hình trụ chứa 10 L khí ở ấp suất 25 aum và nhiệt độ

25°C Người ta mở văn cho khí thoát ra ngơầi khí quyển có áp

suất bằng Í atm và nhiệt 46 25°C

Chấp nhận quá tình trên là đẳng nhiệt

ính công bing atm L của quá trình giãn nở khí

Đáp sổ: ~ 4249 1

1.5 Cho giãn nở 10L khí heli ở 0°C va 10 atm đến áp suất bằng latm

theo 3 quá trình sau day :

4) Giãn đẳng nhiệt thuận nghịch

b) Giãn đoan nhiệt thuận nghịch

¢) Giãn đoạn nhiệt không thuận nghịch

Cho nhiệt dung đẳng tích của heli Cy =

'R và chấp nhận không

đổi trọng điều kiện đã cho của bài toán

Tính thể tích cuối cùng của hệ, nhiệt Q, biến thiên nội năng AU

vA công W trong mỗi quá trình nói trên

Đáp số: a) V;= 100 L ; AUp=0:~Wy = Qr= 23313 b) Quy = 05 V2 = 39,8 L: W=

đới khí trên, Cụ = 29,093 1/K mọi

Đáp x6: a) Q= 7419.5 J: AUy =O; W=- 74195 J b) Q= = 10132,32 5; AUy =~ 10132,32 1; Wy =0

©) Q = 28365,48 J; W == 8096,66 J ; AU = 20268,82 J,

1-7 Xác định biến thiên nội năng của quá trình hoá hơi 1 ke aude ở nhiệt độ t= 150°C Biết nhiệt hoá hơi bằng 2111 kl/kạ Chấp nhân hơi nước là khí lí trởng và có thể bố qua thể tích pha lông trong tính toán

Đáp số : 1915 ki/kg

ILS Phin ứng sau

Hới aie Ag+ 2 CŨ = AgCL zoe

xây ra đưới áp suất 1 nửm và ở nhiệt độ 25°C toả ra một nhiệt

lượng là 126.566 kJ

Nếu cho phan ứng đố xây ra trong một nguyên tố Ganvani ở p.T = const thì hoá nặng sẽ được chuyển thành điện nâng và sẵn ra công W' = 109,622 k}

Hay ching 3 ring trong cả hai trường hợp trên, biến thiên nội năng của hệ vẫn chỉ là một, còn nhiệt Đủ khác nhau và tính giá trị biến thiên nội nang đó

Chấp nhận khí clo là khí lí tưởng và trong tính toán có thể bỗ qua thể tích cia Ag va AgCl

Đáp số : AU =~ 135,327 kĩ ILD Nhiệt đốt cháy benzen :

a) Quá trình xây ra trong một bình kín thể tích không đổi và ấp suất bằng 10 atm,

b)_ Quá trình xảy ra trong một bình hở tiếp xúc với môi trường ngoài có áp suất không đổi bằng 10 atm Xác định công sẵn

ra trong mỗi tường hợp nồi trên

Đấp số: a) Q= 1251; W =0 b) Q~208 1; W = B1 1

IL11 Mot chiếc ẩm đựng 1 kg nước sôi được đun nóng đến khi hoá

hơi hoàn toàn, Tính :

a) Cong Ws b) Nhiệt Q ¡

©) Biển thiên nội nâng AU ; 4) Biến thiên entangi AH trong quá trình đó

Cho biết AHip,g,o= 10.6 kJ/mol trong điểu kiện của bài toán

= 172K), 2.25.10 kJ,

46°C, và trong điều kiện này AHạa ¡¡,o= ~ 44 kJ/mol

Tinh : a) Công W ; b) Nhiệt Q ; c) Biến thiên noi nang AU va

4) Biến thiên entanpi AH trong quá trình

b)Q=2,44.10° KI

&) AU = 2.29.10 KI 4) AH = 2.44.10" kd

53

TL13 Nhigt dung của nước lỏng trọng khoảng 25 => 10USC là

C„ = 15,48 J/K.mol Tính lượng nhiệt cấu thiết để đun nóng 1 kg ước từ 25°C đến khi nước sỏi dưới áp suất khí quyền

Đáp số: 3,Ì4kL 1.14 Nghiên cứu sự giãn nở đẳng nhiết ở L = 0°C của 10 L một thứ khí được coi là khí lí tưởng trong mội chiếc xilanh có pittông đi động ma sát không đáng kể đốn thể tích 100L Quá trình diễn ra theo 2 cách

11.15 Mot pittong chịu áp suất 1 atn nằm tiếp giấp trên mát một cột

nước ở IOÓ°C chứa trong xilanh Người ta làm giảm áp suất trên

pittong dén vo ching bé và kết quả là 10 g nude hod hoi Trong quá trình này đã tiêu tốn cho hệ 22.2 Ki nhiệt Tĩnh giá wri các đại lượng nhiệt Q, công W biến thiên nội năng ÁU và biến thiên

entangi ÀH đối với quá trình hoá hơi

Dap ss Q= 22,2103 W== 17K);

ANH =22/2 KJ ¡ ÂU = 20,5 kĩ

TE16 Nhiệt dụng trưng bình của khí cacbonie trong khoảng nhiệt độ 273K đến 1200K dược biểu thị bằng phươn|

p — 43,26+5,73.10”T ¡ 8,18.10°T”” T/Kamol

“Tỉnh nhiệt dung thực côa khí đó ở 30OK

Đáp số : Cụ = 42,85 1ƒK.mol

TLI7 Thực nghiệm xác định rằng nhiệt dưng dẳng ấn của axeton

&@ T = 376K và T = 454K lấn lượi bằng 90/8 1/K,mol và

100 1/K.mol Trong khoảng nhiệt độ đó người tạ thiết lập được phương trình biểu diễn sự phụ thuộc của nhiệt dung axeton theo

nh

độ như sau

Cụ = 39,28 1 139,95.107*T- 23,4710? 1/K mol ›

a) Dựa vào phương trình trên, hãy tính nhiệt dung ding ép của

axeton tại hại nhiệt độ 376K và 454K và tính sự sai khác so với các kết quả thực nghiệnh đã cho

b) Tính lượng nhiệt cẩn thiết để dun nồng 1 mai axeton từ 298,2K đến 500K

Đấp số + a) (C.);ng 2 Ä8,59 1km ; sai số 2,4;

(Cpdasa = 98,00 1/K,moi ; sái số 2/8 ¡ ') Hon ~ Hagg,2 = 19,20 KĨ

IL.18 Nhiệt đụng đẳng áp của NaOH tỉnh thể trọng khoảng nhiệt độ

từ 298K đến 595K dược chấp nhận là #0,3 J/K.mol Nhiệt dung đẳng áp của NAOII lông trong khoảng từ 593K đến 900K được chấp nhận bằng 85,3 1/K,mol

55

11.20 Sy phụ thuộc của nhiệt dung phân tir gam theo nhiệt độ cũa bac

sunfua trong khoảng từ 298K đến 425K được biểu thị qua

trong khoảng nhiệt độ từ 273K đến 1373K

“Xác định biến thiên entanpi trong quá trình đơn nóng Ca;(PO,);

“Xác định lượng nhiệt tối thiểu cẩn đùng để nung nóng các chất tham gia phản ứng từ nhiệt độ 25'C đến nhiệt độ 900°C trong quá trình diễu chế ra 1 kg crom Biết rằng hiệu suất biđro tham gia phin ứng là 50% và nhiệt dung đẳng áp cña hidro và crom clorua trong điều kiện của bài toán được biểu điển như sau :

(Cgìu, =22/76 1 612.10 `I'J/K,mol

Đập sổ: AH = 420 k]

Cho 10 g khí oxi ở nhiệt độ tị = 17°C Nén đẳng áp hệ từ thể tích 8 J, đến thể tích 5 L Xác định nhiệt độ cuối cùng T; và biến thiên nội năng AU của hệ trong quá tình nói trên Cho

11.26 Cho giản nở đoạn nhiệt 8 g oxi ở 27°C và 10 sim đến áp suất

1 sơm Xác định công W kèm theo quá trình và nhiệt độ cuối cũng T; của he

~ 3C Áp suất ban đầu của hệ là 1 atm Xác định áp suất cuối

cùng của hệ Cho biết (C, jyy,= 41 J/K.mol và xem như không

đổi trong khoảng nhiệt độ khảo sát Chấp nhân khí là khí

suất 1 atm giãn nở đoạn nhiệt thuận nghịch từ thể tích 0,5 dm”

đến 1,0 dm” Nhiệt đô ban đầu của hệ là 25°C

‘Tinh nhiệt độ cuối cùng, công kèm theo quá trình giãn nở và

lên nội năng của hệ trong quá trình đó Chấp nhận khí là tưởng

đoạn nhiệt từ thể tích 0,5 dm’ dén gap đôi

hệ là 298K và nhiệt độ cuối của hệ là 188K Xác định áp suất cuối cng và biến thiên entanpi AH của hệ trong quá trình

Đáp sổ: pạ = 0,32 atm ; AH = 46.01

s9

1L.31 Xác định biến sau đây +

11.32 Xác dịnh hiệu ứng nhiệt của phản ứng khử FeyO, bằng bột nhôm sau day

B Aly $3 FeQun = 4 ALO yy) +9 Fei,

Sử dụng các dữ kiện về (ALG) trong bảng 1 6 cu

s0

3326 kl

Đáp số : AII 1.33 Tính nhiệt của quá trình hidro hoá etilen thành etan ở nhiệt độ

= 400K, biết rằng tại nhiệt độ đổ nhiệt hình thành (AH,) của

elilen và cũa ctan lấn lượt bằng 49,23 kl/mol và ~ 89,62 kJ/mol

Đáp số : ~ 138,85 kl/mol

1.34 Nhiệt hình thành của nước và nhiệt hình thành của hơi nước

(Ay) lần lượt bằng — 285,84kJ/mol và ~ 241,83 kl/moi Xác

định nhiệt hoá hơi của nước

biết rằng nhiệt hình thành (AH,)của clen, hơi nước và hơi

rượu etylie lấn lượt bằng 52,28 kJ/mol,— 211,83 ki/mol và

~236,44 kJ/mol

,Đắp số : ~ 46,89 kl/mol 1L.36 Tĩnh hiệu ứng nhiệt của phần ứng sau:

3 2NO+2.O;+H;O+aq = 2H°Qmóc)+.2NO (nước)

biết rằng nhiệt hình thành (AH,,) của NO; (nước), nito oxit

và nước lần lượt bằng - 205,81 kJñon-gam, 90,37 kJ/mol và

— 285/84 kl/mol Nhiệt hình thành của ion H“ chấp nhận bằng không

Đắp số : — 401,28 kI/mot

11.37 a) Tinh nhiệt hinh thanh (AH, )của mage clorua trong dung

dich nước, biết rằng nhigt hinh thinh cba ion Mg** (nước) và ion

CT (nước) lần lượt bằng — 461,20 kJ/mol và ~ 166,05 kJ/mol

b) Sử dụng các giá trị thu được trong câu ø} để xác định nhiệt tình thành magie clorua ở trạng thái tỉnh thể, biết nhiệt hoà tan của nó trong dung dich nước bằng ~ 151,88 kI/mol

Đáp số : a) ~193,30 kl/mot

b) - 641,40 ki/mol 11.38 Nhiệt hoà tan (AHg„,„)0,632 ø phenol trong 135,9 #

clorofom là — 0,088 kỹ và của 1,569 g phenol trong 148.69 ¢ elerofom - 0,172 k1

Tính nhiệt pha loãng đối với 1 mol phenol của dung dịch thứ hai Khi được pha loãng đến nống độ của dung dich thứ nhất bằng clorofom

Đáp số : 2,756 ki/mol

139, Tính nhiệt hình thành (ALL,) của SO; biết :

.a) PhO+§+ 30, + PbSO, AH, = ~ 692,452 kI b) PbO + H,80,.511,0 > PbSO,+ 61,0 AH, 2 - 97.487 KI

©) $0, + 61,0 + H,S0,5H,0 AH, = ~ 205,853 KI

Đáp số : ~ 389,112 KỸ 11.40 Cho phân ứng sau đây xây ra trong điều kiện ding ép ở 900°C

62

CACO) > CAG + COgay

Biết rằng ở nhiệt độ này Q,

178,071 kJ/mol, Khí tạo thành được chấp nhận là khí lí tưởng,

"Tính hiệu ứng nhiệt đẳng tích của phản ứng trên

Đáp

~ 168,318 kJ/mol

11.41 6 25°C hieu img nhiệt của phần ứng oxi hoá khỏng hoàn toàn

€ trong diễu kiện thể tích không đổi là AUy = ~ 102,202 kJ/moL

‘Tinh AH, khi oxi hoá không hoàn toàn 24 p C cũng ở chính nhiệt

GH, +30, -> 2C0, +211,0 ALL, =~ 1411,025 kI/mol

1 I+ 70; > HạO AH, = — 285,838 ki/mot

— 1559,879 kJ.mol

šiuyŸ Call, + 70> 260, + 31,0 AH,

ie khi cho ð trên được chấp nhận là khí lí tưởng,

Đáp số: AUu = = 136,984 kIjmol T43 Xác định hiệu ứng nhiệt của phản ứng +

CH, + Cl, > CHCl + HCI Cho biết hiệu ứng nhiệt của các phản ứng đưới day trong cùng, điểu kien

a) CHy #20; > CO, +21,0q, AH, = - 890,313 kl/mol

») CHỚ+ 30, 00,4 Hy0y+HCL Ally =~686,176 kifmo!

D; — H;Oạ, AH, = — 285,838 kl/mol

Dap 36°: V) AH, = 52,260 kI/mol 2) Allg, = — 1410,971 kI/mol

Nhiệt dung đẳng áp của các chất phản ứng ở bai nhiệt độ 298,2K

và 400K được biết nhữ sau TŒ) 298.2 400 Corey 8924 - 11335 Knot Coy 28,80 29,15 'J/K,mol (Cpe, 9868 124,56 /K.mol 8) Tinh AHgog voi gid thidt ring

(AC,

; [aC 288 + (4, ano ]

b) Sơ sánh kết quả thu được với kết quả tính toán từ các dữ kiện

vé nhiệt hình thành như sau

(AHi,)cgp„ =— 1261 kJ/mol (AB le, = L17 klẩmo]

Dip 56: 8) AHyyg = — 125,78 kI/mol

1b) AHygg =~ 125,78 kJ/mol 11.47, Nhiệt dung ding dp ca khi hidro, khí oxi và hoi nước lần lượt bằng 28,8 J/K.mol ; 29,3 1/Kmol ; 33,6 J/K.mol Biển thiên entanpi hình thành hơi nước ở 25°C bằng - 241,82 kl/mol

"Tính biến thiên cntanpi hình thành hơi nước ở 100°C

Đáp số: (AHi)zyc ~242,56 kl/mol

11.48 Thiết lập phương trinh AH = p(T) và tính giá trị AH;goụy Đối Với phản ứng sau

Cáp + COsu) = CO

Cho biết nhiệt đốt chấy (AH,,) của C và CO lần lượt bằng

~393,13 kl/mol và — 282,71 kJ/mol, Nhiét dụng đẳng áp của các

cất phần ứng trong diều kiện của hài toán là

= 14,23.10 T” J/K.mol (Cg)co =26,12+8,74.10''T ~ 1,91.10 512 J/K.mol

ic định phương trình về sự phụ thuộc của hiệu ứig nhiệt

(AU) theo nhiệt độ đối với phản ứng :

Phay + Sa) 4 PbS + Hoe)

Déip số : Ally = — 7637/05 + 11,3T + 8,0.1072TẺ 1.50

CUA NHIET DONG LỰC HỤC

Nguyên lí thứ hai của nhiệt động lực hoc Ham

“Nhiệt không thể tự chuyển từ vật lạnh sang vật nóng" Đó là một cách phát biểu nội dung nguyên lí thứ hai

Đứa vào nguyên lí này các nhà vật lf đã thiết lập ở mọi hệ nhiệt động cân hằng “một hàm trạng thái đơn giá gọi là cntropi" có tính chất sau

~ Trong mọi quá trình thuận nghịch vô cùng nhỏ

T

Biển thiên entropi dược sử dụng như một tiêu chuẩn để xết chiêu của quá trình và điều kiện cân bằng đối với mọi hệ cô lập Đối với hệ cô lập luôn luôn Q = 0 cho nên từ hệ thức (TIL.1c) rút ra

ASs; lạ = Ú, nghĩa là S; = Sy i tip =

Như vậy trong hệ cô lập quá trình chỉ có thể xây ra theo chiều tăng entropi và khi entropi đạt đến giá trị cực đại thì hệ cũng đạt đến trạng thái cân bằng

o

Kết hợp hai hệ thức (L3) và (HL.1©) ta được

dU + pdV + OW’ s TUS g112) Đối với quá trình thuận nghịch :

dU + pÄV + ôW (IL 12a)

8W'yax = — (AU + pa — TảS) (111.126) Xuất phát từ (IIL.12b) ta nghiên cứu một số quá trình thuận nghịch sau đây

Noi năng U ia thế nhiệt động đẳng entropi đẳng tích

= Qué tinh ding nhiệt đẳng tích Hàm Henhhôaxø :

~(qU~ T48 y = = dŒU ~ TS),y

Entanpi H là thế nhiệt động đẳng entropi đẳng áp

~ Quá trình đẳng nhiệt đẳng áp Hàm Gipxơ

Wag = UCU + pV ~

BR

‘Ham Gipxơ G là thế nhiệt động đẳng nhiệt đằng áp Xuất phát từ biểu thức kết hợp hai nguyên lí (II.12) cố thể thiết lập được các biểu thức vĩ phân của thế nhiệt dong dưới những dạng tổng quất

4 Hàm đặc trưng Phương trình 8inxø-Hemhônxơ

Hàm đặc trưng là những hàm trạng thấi mà thông qua nó và thông qua những đạo hàm riêng các cấp của nó lấy theo biển số

6 thể biểu thị rõ rằng mọi thuộc tính nhiệt động

\ OT Wy am2ib)

Từ hàm đặc trưng G = G (T.p) tạ rút ra được

15

n: số đượng lượng gam điện hoá học ứng với điện tích đo pin diện xuất ra

F ¡ số Farađay

EE: ste điện động của nguyên tổ Ganvani

Như vậy phương tình (1H1.22b) có dang :

(124)

5 Hoá thế

“Khi nghiên cứu những hệ trong đồ quá trình xảy ra lầm thay đổi

số mol của các chất thành phẩn, chẳng han do phản ứng hoá học hoặc do sự chuyển chất từ pha này sang pha khác, người ta dùng

một đại lượng mới gọi là "hoá thế” kí hiệu ụ và được định nghĩa

nị : số mới của tất cả các cấu tử cồn lại trong hệ trừ ỉ

Bài lập cú lời giải

Bài 1 Clio bảng đưới đây về nhiệt hoá hơi và nhiệt độ soi của một số

chất lỗng Hãy tính biến thiên entropi trong quá trình hoá hơi của các chất lông dỡ

ở đầy phải được xác định theo thang Kenvin

9270

—< z£83,11/K,mol -161,7+273/2

phép do nhiệt lượng kế cho ta két qua 1A AUp = — 2810 ki/mol và

AS, = 182.4 J/K.mol, Hay xác định giá trị từng phân biến thiên

năng lượng có thể thu được dưới dạng nhiệt và dưới dạng công ?

Giải

Trong bom nhiệt lượng kế kín, thể tích của hệ không đối, vì vậy nhiệt kèm theo quá trình ở đây là nhiệt dẳng tích Qụ, và toàn bộ biến thiên nang lượng có thể thu được dưới dạng nhiệt Ta có