BÀI tập, BÀI tự LUẬN môn HỌC HÓA LÝ NÂNG CAO HỌC CAO HỌC

BÀI TẬP TỰ LUẬN 1Câu 1. Phân biệt Hấp phụ và Hấp thụ. Lấy ba ví dụ thực tế về hiện tượng hấp phụ và 3 ví dụ về hiện tượng hấp thụ.Trả lời: Hấp phụ trong hóa học là quá trình xảy ra khi một chất khí hay chất lỏng bị hút trên bề mặt một chất rắn xốp hoặc là sự gia tăng nồng độ của chất này trên bề mặt chất khác................................................BÀI TẬP TỰ LUẬN SỐ 2Câu 1. Sự khác nhau giữa cơ học cổ điển và cơ học lượng tửTrả lời: Cơ học cổ điểnCơ học là ngành khoa học nghiên cứu chuyển động của vật chất trong không gian và tương tác giữa chúng.

BÀI TẬP TỰ LUẬN 1

Câu 1 Phân biệt Hấp phụ và Hấp thụ Lấy ba ví dụ thực tế về hiện tượng hấp phụ và 3 ví dụ

về hiện tượng hấp thụ

Trả lời:

- Hấp phụ trong hóa học là quá trình xảy ra khi một chất khí hay chất lỏng bị hút trên bề mặt một chất rắn xốp hoặc là sự gia tăng nồng độ của chất này trên bề mặt chất khác

- Hấp thụ trong hóa học là hiện tượng vật lý hay hóa học mà ở đó các phân tử, nguyên tử hay các ion bị hút khuếch tán và đi qua mặt phân cách vào trong toàn bộ vật lỏng hoặc rắn

 Như vậy, quá trình hấp phụ các phân tử chỉ bám trên bề mặt phân cách pha, còn quá trình hấp thụ các phân tử đi vào trong toàn bộ vật hấp thụ và có thể bị chuyển hóa thành chất khác

Ví dụ:

- Hiện tượng hấp phụ:

+ mùi đồ ăn trên quần áo

+ làm khô: hút ẩm ra khỏi hỗn hơp khí

+ khử mùi, khử các chất độc: tránh ô nhiễm môi trường

+ tẩy màu dung dịch

+ Trong quá trình nhuộm, những sợi bông thực vật hấp phụ những chất màu (hấp phụ cation) từ môi trường dung dịch thuốc nhuộm

- Hiện tượng hấp thụ:

+ hấp thụ thức ăn trong quá rình ăn uống

+ Hấp thụ SO3, SO2, CO2, H2S … bằng nước lạnh

+ Hấp thụ SO3 bằng H2SO4 để điều chế oleum

+ Hấp thụ CO2 bằng NaOH

+ Hấp thụ ánh sáng, hấp thụ âm thanh, hấp thụ sóng

Câu 2 Vì sao người ta thường nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ mà không nghiên cứu đẳng áp

hấp phụ?

Trả lời:

Người ta thường nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ mà không nghiên cứu đẳng áp hấp phụ vì hằng số tốc độ hấp phụ phụ thuộc vào nhiệt độ và bản chất của chất hấp phụ, chứ không phụ thuộc vào áp suất

Câu 3 Khi tiến hành hấp phụ Pb (II) trên một loại vật liệu Bentonit, người ta thu được bảng

kết quả:

0 ( )

CPb II (trước hấp phụ) (mg/l)

( )

CPb II (lúc cân bằng) (mg/l)

Lượng bentonit (g)

a.Thể tích mẫu sử dụng là 200ml Quá trình hấp phụ tuân theo phương trình Langmuir, hãy tính dung lượng hấp phụ cực đại Pb(II) của vật liệu trên

b Người ta dùng một cột lọc chứa 2kg vật liệu hấp phụ trên để hấp phụ Pb(II) trong một mẫu nước thải có hàm lượng Pb là 0,5 mg/l Hỏi cột lọc đó có thể xử lý tối đa được bao nhiêu m3 nước?

Giải:

a Do hấp phụ tuân theo đẳng nhiệt Langmuir nên phương trình được sử dụng là

a = amax 1+ K C K C

Với a là dung lượng hấp phụ

amax là dung lượng hấp phụ cực đại

Lấy nghịch đảo 2 vế phương trình trên ta được phương trình:

1

a = max max

.

Đặt 1/a = Y

1/C = X

Ta được phương trình Y = a.X + b

Ta có bảng xử lý số liệu như sau:

TT

Co

(trước

hấp

phụ)

C (lúc cân bằng)

m (Lượng bentonit)

a = (C0-C)xV/m X = 1/C Y = 1/a

Từ bảng trên ta có đồ thị biểu diễn phương trình hấp phụ Pb (II) trên một loại vật liệu Bentonit như sau:

0

0.01

0.01

0.02

0.02

0.03

0.03

0.04

0.04

0.05

f(x) = 0.55 x + 0.03 R² = 1

Linear ()

X = 1/C

Từ phương trình y = 0.5527x + 0.0253 ta có:

1/amax = 0,0253  amax = 39,5257 (mg/g)

b Ta có:

1 gam vật liệu hấp phụ được 39,5257 mg Pb

Vậy, 2kg = 2000g vật liệu sẽ hấp phụ được : 79051,4mg Pb

 Thể tích nước có thể được xử lý tối đa là:

79051,4 : 0,5 = 158102,8 lít = 158,1028 m3

Câu 4 Nghiên cứu sự hấp phụ metylen blue trên một loại than hoạt tính, người ta thu được

số liệu trong bảng sau:

C (mg/L) 0,009 0,016 0,046 0,083

Trong đó, C là nồng độ lúc cân bằng, a là dung lượng hấp phụ Hãy xác định dung lượng hấp phụ cực đại, hằng số hấp phụ KL

Trả lời

Do hấp phụ tuân theo đẳng nhiệt Langmuir nên phương trình được sử dụng là

a = amax 1+ K C K C

Với a là dung lượng hấp phụ

amax là dung lượng hấp phụ cực đại

Lấy nghịch đảo 2 vế phương trình trên ta được phương trình:

1

a = max max

.

Đặt 1/a = Y

1/C = X

Ta được phương trình Y = a.X + b

Ta có bảng xử lý số liệu như sau:

Từ bảng trên ta có đồ thị biểu diễn phương trình hấp phụ metylen blue trên một loại than hoạt tính như sau:

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

f(x) = 0.01 x + 0.15 R² = 1

Linear ()

X= 1/C

Từ phương trình y = 0.0056x + 0.1463, ta có:

1/amax = 0,1463  amax = 6,8353

1/(amax.K) = 0,0056  K = 26,125

Câu 5 Nghiên cứu sự hấp phụ phenol trên một loại than sọ dừa, người ta tiến hành bằng

cách cân một lượng than và cho vào trong các bình tam giác chứa 50 ml phenol với nồng độ khác nhau, ổn nhiệt và lắc đều Sau 24h, xác định lại nồng độ cân bằng của phenol Toàn bộ

số liệu được tổng hợp trong bảng số liệu sau đây:

Nồng độ đầu phenol

(mg/L)

Nồng độ cân bằng phenol (mg/L)

Khối lượng than sử dụng (g)

Xác định dung lượng hấp phụ cực đại của than sọ dừa trên đối với phenol.

Trả lời

Do hấp phụ tuân theo đẳng nhiệt Langmuir nên phương trình được sử dụng là

a = amax 1+ K C K C

Với a là dung lượng hấp phụ

amax là dung lượng hấp phụ cực đại

Lấy nghịch đảo 2 vế phương trình trên ta được phương trình:

1

a = max max

.

Đặt 1/a = Y

1/C = X

Ta được phương trình Y = a.X + b

Ta có bảng xử lý số liệu như sau:

TT

Co (trước hấp phụ)

C (lúc cân bằng)

m (Lượng than)

a = (C0-C)xV/m X = 1/C Y = 1/a

Từ bảng trên ta có đồ thị biểu diễn phương trình hấp phụ phenol trên một loại than sọ dừa như sau:

0.02 0.02 0.03 0.03 0.04 0.04 0.05 0.05 0.06 0.06 0.07 0

0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2

f(x) = 2.76 x + 0.02 R² = 1

Linear ()

x = 1/c

Từ phương trình y = 2.7568x + 0.0181 ta có:

1/amax = 0,0181  amax = 55,2486 mg/g

Câu 6 Khi nghiên cứu sự hấp phụ axit benzoic trong benzen ở 25oC bằng than hoạt tính, người ta thu được số liệu sau:

C (mmol/ml) 0,006 0,025 0,053 0,118

Xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich và xác định các giá trị hằng số trong phương trình

Trả lời

Ta có phương trình kinh nghiệm đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich:

1

n

x

K C

m 

Với x là lượng chất bị hấp phụ

m là khối lượng chất hấp phụ

Lấy logarit 2 vế phương trình, ta được phương trình:

1

ln x lnK lnC

Đặt X = lnC, Y = lnm x

Ta được phương trình đường thẳng: Y = a.X + b

Ta có:

0

.( )

a

m







0 ( )

m

a





x = V.(C0 – C).122  122

x

a

Ta có bảng xử lý số liệu như sau:

53.680

95.160

126.880

175.680

Từ bảng trên ta có đồ thị biểu diễn phương trình hấp phụ axit benzoic trong benzen ở 25oC bằng than hoạt tính như sau:

0 1 2 3 4 5

6

f(x) = 0.4 x + 6.02 R² = 1

Linear ()

x = lnC

Từ phương trình y = 0,397x + 6,0153 ta có:

lnK = 6,0153  K = e6,0153 = 409,6487

1

0,397

n  n = 2,52

Câu 7 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng? Sự ảnh hưởng này được định lượng

trong các phương trình, biểu thức nào? Cho ví dụ

Trả lời

* Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng:

- Nồng độ chất phản ứng:

Cho PTHH: aA + bB  cC + dD

Tốc độ phản ứng v = k.C C A a. B b

Trong đó: k là hằng số tốc độ của phản ứng

CA, CB là nồng độ các chất A, B

VD: cho phản ứng N2 + 3H2  2NH3

Khi nồng độ của H2 tăng lên 2 lần thì tốc độ phản ứng thuận tăng lên 8 lần

- Nhiệt độ:

Phương trình Van – Hoff:

2 10 1

T T T

T

K





Trong đó:  là hệ số nhiệt Van – Hoff

Phương trình Arrhenius:

E RT

K A e





Trong đó: K là hằng số tốc độ

A là hằng số ( ít bị ảnh hưởng của nhiệt độ)

Ea là năng lượng hoạt hóa

R = 8,314 J/mol hoặc R = 1,987 cal/kmol

- Chất xúc tác:

Chất xúc tác làm giảm năng lượng hoạt hóa  hằng số tốc độ K tăng  tốc độ phản ứng tăng

Câu 8.Hai phản ứng bậc nhất cùng thừa số Arrhenius Năng lượng hoạt hoá của phản ứng

thứ nhất lớn hơn năng lượng hoạt hoá của phản ứng thứ hai là 10,46 kJ.mol -1 ở 1000C phản ứng thứ nhất tiến hành được 30% trong 60 phút với nồng độ đầu của chất là 0,1 mol.l -1 Nếu cũng ở nhiệt độ trên, để phản ứng thứ hai tiến hành được 70% thì cần thời gian là bao nhiêu? biết nồng độ đầu của chất phản ứng bằng 0,05 mol.l -1

Giải:

Áp dụng các công thức sau:

K.t = ln

a

a x

E RT

K A e





 a

E RT

A e

 .t = ln

a

a x Phản ứng thứ nhất:

1

E

RT

A e



t1 = ln

a

a x 

1

E RT

A e

 .t =

1

a

a a  (1)

- Phản ứng thứ hai:

E

RT

A e



t2 = ln

a

a x 

2

E RT

A e

 .t2 = ln

a

a x =

1

a

a a  (2) Chia 2 vế (2)/(1) ta được phương trình sau:

2

1

a a

E E

RT t

e

t



=

1 ln 0,3 1 ln 0,7 

10460 8,314.(100 273) 2

60

t

=3,3755  t2 = 6,94435 phút

Câu 9 Năng lượng hoạt hoá của phản ứng phân huỷ H2O2 khi có ion I - làm xúc tác bằng 56,5 kJ.mol -1 Phản ứng này xẩy ra không có xúc tác có năng lượng hoạt hoá bằng 75,4 kJ.mol -1 Hỏi ở 350K tốc độ của phản ứng có xúc tác lớn hơn khi không có xúc tác bao nhiêu lần?

Giải:

Áp dụng phương trình Arrhenius:

a

E RT

K A e





- Khi có xúc tác ion I

-1

1 a

E RT

K A e





- Khi không có xúc tác

2

2 a

E RT

K A e





Ta có :

2

a a

E E

R T K

e K







75400 56500 8,314.35 1

2

K e K





= 64,95 ≈ 65 lần

 ở 350K tốc độ của phản ứng có xúc tác lớn hơn khi không có xúc tác 65 lần

Câu 1 Sự khác nhau giữa cơ học cổ điển và cơ học lượng tử

Trả lời:

- Cơ học cổ điển

Cơ học là ngành khoa học nghiên cứu chuyển động của vật chất trong không gian và tương tác giữa chúng

Thông thường khi nói đến cơ học người ta hiểu ngầm là cơ học cổ điển, dựa trên cơ sở của các định luật Newton Cơ học cổ điển nghiên cứu chuyển động của các vật vĩ mô có vận tốc nhỏ hơn rất nhiều so với vận tốc của ánh sáng, được xây dựng bởi các nhà vật lý như Galileo Galilei, Isaac Newton và các nhà toán học sau này như William Rowan Hamilton, Joseph Louis Lagrange Chuyển động của các vật thể (các hạt) có vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng được nghiên cứu trong cơ học tương đối, còn chuyển động của các vi hạt được nghiên cứu trong cơ học lượng tử

Cơ học cổ điển là cơ sở cho sự phát triển các ngành khoa học kỹ thuật và công nghệ

- Cơ học lượng tử

Cơ học lượng tử là một trong những lý thuyết cơ bản của vật lý học Cơ học lượng tử là phần mở rộng và bổ sung của cơ học Newton (còn gọi là cơ học cổ điển), là cơ sở của nhiều chuyên ngành vật lý và hóa học như vật lý chất rắn, hóa lượng tử, vật lý hạt Khái niệm lượng tử dùng để chỉ một số đại lượng vật lý như năng lượng không liên tục mà rời rạc

Cơ học lượng tử là một lý thuyết cơ học, nghiên cứu về chuyển động và các đại lượng vật

lý liên quan đến chuyển động như năng lượng và xung lượng, của các vật thể nhỏ bé, ở đó lưỡng tính sóng-hạt được thể hiện rõ Lưỡng tính sóng hạt được giả định là tính chất cơ bản của vật chất, chính vì thế cơ học lượng tử được coi là cơ bản hơn cơ học Newton vì nó cho phép mô tả chính xác và đúng đắn rất nhiều hiện tượng vật lý mà cơ học Newton không thể giải thích được Các hiện tượng này bao gồm các hiện tượng ở quy mô nguyên tử hay nhỏ hơn (hạ nguyên tử)

Cơ học Newton không thể lý giải tại sao các nguyên tử lại có thể bền vững đến thế, hoặc không thể giải thích được một số hiện tượng vĩ mô như siêu dẫn, siêu chảy Các tiên đoán của cơ học lượng tử chưa bao giờ bị thực nghiệm chứng minh là sai sau một thế kỷ Cơ học lượng tử là sự kết hợp chặt chẽ của ít nhất bốn loại hiện tượng mà cơ học cổ điển không tính đến, đó là:

- Việc lượng tử hóa (rời rạc hóa) một số đại lượng vật lý

- Lưỡng tính sóng hạt

- Vướng lượng tử

- Nguyên lý bất định

Trong các trường hợp nhất định, các định luật của cơ học lượng tử chính là các định luật của cơ học cổ điển ở mức độ chính xác cao hơn Việc cơ học lượng tử rút về cơ học cổ điển được biết với cái tên nguyên lý tương ứng

Câu 2 Electron pi chuyển động theo mạch phân tử hữu cơ liên buta – 1,3 – dien (CH2 =CH-CH+CH2) được xem như vi hạt chuyển động trong giếng thế với độ dài L = 5,22 Å Tính mức năng lương E1 và E2 và bước sóng của ánh sáng phát ra khi e chuyển từ mức n = 2 về n = 1

Giải

Áp dụng công thức:

2 2 2

8

h n E mL



19

(6,63.10 )

2, 2137.10 ( )

h

mL





Tại mức n = 2:

2

19

2 2 4 1 8,8549.10 ( ) 2

h

mL



Bước sóng của ánh sáng phát ra khi e chuyển từ mức n = 2 về n = 1:

7

2 1

3.10

h c h c



Câu 3 Dao động trong phân tử HI, nguyên tử I có khối lượng lớn nên có thể xem đứng yên Giả

sử H dao động có k = 317 N/m Xác định tần số dao động vo Biết mH = 1,67.10-27

Giải

Áp dụng công thức:

1 2

k m









13 27

1 317

2 1, 67.10



(hz)

Câu 4 Tính năng lượng Eo của một dao động tử điều hòa vủa một vi hạt có m = 2,33 10-26 kg và hằng số lực k = 155 N/m

Giải

34

6,63.10 155

2 2.3,14 2,33.10

E

m







=8,6.10-21 (J)

Câu 5 Tính bước sóng của photon phát ra khi e chuyển từ mức năng lượng có n = 3 về n = 2

trong Be3+

Giải

h c

E E

2

13, 6

E

n



Tại n = 3

9

9

n



Tại n = 2

9

4

n





9

3,0268.10

hc







  = 6,57.10-17 (m)

E3, E4 của e.

Áp dụng công thức:

2 2 2

8

h n E mL



Ta có:

18

(6, 63.10 )

6,032.10 ( )

h

mL





2 2

.2

4

8

h

mL

= 2,4128.10-17 (J)

2 2

.3

9

8

h

mL

= 5,2487.10-17(J)

2 2

.4

16

8

h

mL

= 9,6513.10-17(J)

Câu 7.

a Trình bày quy tắc Hund xác định số hạng cơ bản

b Xác định số hạng cơ bản của Fe, Fe2+, Fe3+

Trả lời;

a Trình bày quy tắc Hund xác định số hạng cơ bản

- Đối với mỗi cấu hình electron cho trước, số hạng năng lượng thấp nhất có giá trị S lớn nhất

- Đối với mỗi giá trị S cho trước, số hạng năng lượng thấp nhất có giá trị L lớn nhất

- Nếu lớp vỏ con ngoài cùng của nguyên tử mới được lấp đầy một nửa hoặc ít hơn, thì năng lượng thấp nhất ứng với giá trị nhỏ nhất của J (L + S), còn nếu nó được lấp đầy hơn một nửa thì năng lượng thấp nhất ứng với giá trị lớn nhất của J

b Xác định số hạng cơ bản của Fe, Fe2+, Fe3+

Fe: 1s22s22p63s23p63d64s2  số hạng cơ bản: n = 4, l = 0, ml = 0, ms = - ½

Fe2+: 1s22s22p63s23p63d6  số hạng cơ bản: n = 3, l = 2, ml = 2, ms = - ½

Fe3+: 1s22s22p63s23p63d5  số hạng cơ bản: n = 3, l = 2, ml = -2, ms = + ½