Hess 1802 – 1850 tìm ra lần đầu tiên, có nội dung như sau : “ Trong trường hợp áp suất không đổi hoặc thể tích không đổi, hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học chỉ phụ thuộc vào dạng và tr[r]
Trang 1NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC
Nhiệt của một số quá trình quan trọng :
1/ Nhiệt tạo thành của các chất : H(tt) (hay sinh nhiệt), H (sn)
Nhiệt tạo thành của 1 hợp chất hóa học là hiệu ứng nhiệt của phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ những đơn chất ở trạng thái chuẩn
Trạng thái chuẩn của 1 chất là trạng thái bền nhất của chất đó ở áp suất 1 atm và 250C (hay 298,15K)
TD : phản ứng : N2 + 3H2 2NH3 H = - 92,22 KJ
Nhiệt tạo thành của NH3 = ΔHpu
2 = − 92 ,222 = - 46,11 KJ/mol
C(r) + O2(k) CO2(k) H = - 393 KJ/mol Nhiệt tạo thành CO2 = H(pư) = - 393 KJ/mol
* Nhiệt tạo thành của các đơn chất ở điều kiện chuẩn được qui ước bằng 0.
Khi phản ứng xảy ra mà tất cả các chất (đơn chất và hợp chất tạo thành) đều ở điều kiện chuẩn thì ta có nhiệt tạo thành chuẩn Ký hiệu ΔΗtt0
2/ Nhiệt phân hủy :
Nhiệt phân hủy của 1 hợp chất là hiệu ứng nhiệt của phản ứng phân hủy 1 mol chất đó tạo thành các đơn chất
TD : H2O(l) H2(k) + ½ O2(k) ΔΗ2980 = + 285,84 KJ
Nhiệt phân hủy H2O ở đkc = + 285,84 KJ/mol
Định luật Lavoisier – Laplace :
“Nhiệt tạo thành và nhiệt phân hủy của một hợp chất bằng nhau về trị số nhưng ngược
nhau về dấu”
3/ Nhiệt đốt cháy (hay thiêu nhiệt) H(tn) , H(đc)
Nhiệt đốt cháy của 1 chất là nhiệt tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn 1 mol chất trong oxi
TD : C(graphit) + O2(k) CO2(k) H = - 393 KJ/mol
Nhiệt đốt cháy của C = - 393 KJ/mol 2C2H5OH + 3O2 4CO2(k) + 6H2O(k) H = - 2736 KJ Nhiệt đốt cháy C2H5OH = ΔHpu
2 = − 27362 = - 1368 KJ/mol
* Nhiệt đốt cháy của O2, H2O bằng không
4/ Nhiệt phân li (nhiệt nguyên tử hóa) : Nhiệt phân li của một chất là năng lượng cần
thiết để phân hủy 1 mol phân tử của chất đó (ở thể khí) thành các nguyên tử ở thể khí
TD : H2(k) 2H(k) H = 104,2 kcal/mol
O2(k) 2O(k) H = 117 kcal/mol
CH4(k) C(k) + 4H(k) H = 398 kcal/mol
5/ Năng lượng của liên kết hóa học : Năng lượng của một liên kết hóa học là năng
lượng cần thiết để phá vỡ liên kết đó tạo thành các nguyên tử ở thể khí
Xác định nhiệt của các phản ứng hóa học :
Định luật Hess Đây là một định luật cơ bản của nhiệt hóa học do viện sĩ Nga H.I Hess (1802 – 1850) tìm ra lần đầu tiên, có nội dung như sau :
“ Trong trường hợp áp suất không đổi hoặc thể tích không đổi, hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học chỉ phụ thuộc vào dạng và trạng thái của các chất đầu và các sản phẩm cuối, không phụ thuộc vào cách tiến hành phản ứng”
Có thể minh họa ý nghĩa định luật Hess trong thí dụ sau : Việc oxi hóa than bằng oxi tạo thành khí CO2 có thể tiến hành theo 2 cách :
Cách 1 : đốt cháy trực tiếp than thành CO2
Pt : C(graphit) + O2(k) CO2(k) H (hiệu ứng nhiệt của phản ứng) Cách 2 : tiến hành qua 2 giai đoạn :
C(graphit) + ½ O2(k) CO(k) H1
Trang 2CO(k) + ½ O2(k) CO2(k) H2
Có thể biểu diển hai cách tiến hành trên bằng sơ đồ sau :
CO(k)
Nếu các quá trình trên thỏa mãn điều kiện : Nhiệt độ và áp suất ban đầu bằng nhiệt độ và áp suất cuối ta có :
H = H1 + H2
Vài hệ quả của định luật Hess :
1/ Hệ quả 1 : Hiệu ứng nhiệt của phản ứng bằng tổng nhiệt tạo thành của các sản phẩm trừ tổng nhiệt tạo thành các tác chất (có kể các hệ số hợp thức của phương trình phản ứng)
TD : Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng :
CaCO3(r) CaO(r) + CO2(k) ΔΗ2980 = ? Biết ΔΗtt0 - 1206,9 - 635,6 - 393,5 (KJ)
Giải :
Ta có : ΔΗ2980 = (- 635,6) + (- 393,5) – (-1206,9) = + 177,8 KJ 2/ Hệ quả 2 : Hiệu ứng nhiệt của phản ứng bằng tổng nhiệt đốt cháy của các tác chất trừ tổng nhiệt đốt cháy của các sản phẩm (có kể các hệ số hợp thức của phương trình phản ứng)
TD : Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng :
CH3COOH(l) + C2H5OH(l) CH3COOC2H5(l) + H2O(l) ΔΗ2980 = ? Biết H(đc)0 - 871,69 - 1366,91 - 2284,05 0
Giải : Hiệu ứng nhiệt của phản ứng :
ΔΗ2980
=∑ΔΗdc0
(tc)−∑ΔΗtt0(sf) ⇒ ΔΗ2980
= (-871,69) + (-1366,91) – (-2284,05)
= 45,45 KJ
3/ Hệ quả 3 : Hiệu ứng nhiệt của phản ứng bằng tổng năng lượng liên kết có trong các chất tham gia (tác chất) trừ tổng năng lượng liên kết có trong các chất sản phẩm
298 E tg lk( ) E sp lk( )
TD : Xác định năng lượng trung bình của các liên kết O – H trong phân tử nước, biết rằng năng lượng liên kết H – H và O = O tương ứng bằng 435,9 KJ và 498,7 KJ, khi đốt cháy đẳng áp 2 mol H2 tỏa ra 483,68 KJ
Giải :
Pt : 2H2(k) + O2(k) 2H2O(k) H = - 483,68 KJ
Dựa vào hệ quả thứ 3 của định luật Hess ta có :
298 E tg lk( ) E sp lk( )
⇒ - 483,68 = 2(435,9) + (498,7) - 2 ΔΗ0H2O
⇒ ΔΗ0H2O = + 927,09 KJ ⇒ ΔΗlk0 (O – H) = +927 , 092 = + 463,545 KJ (do 1 phân
tử H2O có 2 lk O-H)
4/ Chu trình nhiệt hóa học hay chu trình Born – Haber (Booc – Habe)
Một phương pháp ứng dụng của định luật Hess thường được dùng để tính hiệu ứng nhiệt của các quá trình (năng lượng mạng tinh thể, nhiệt hidrat hóa, nhiệt hóa hơi …) là lập những chu trình nhiệt hóa học trong đó quá trình mà chúng ta quan tâm là một giai đoạn của chu trình, khi
+ O 2
Trang 3đó tất nhiên phải biết hiệu ứng nhiệt của các giai đọan khác trong chu trình Sau đây là một vài thí dụ :
TD : Tính năng lượng mạng lưới của tinh thể NaCl Năng lượng mạng lưới của tinh thể NaCl là hiệu ứng năng lượng của quá trình : Na+ + Cl- NaCl (tt) ENaCl
Trong đó đã biết hiệu ứng nhiệt của các quá trình sau :
- Nhiệt thăng hoa của Na : Hth Na = 25,9 kcal/mol
- Nhiệt phân ly của Cl2 thành nguyên tử : DCl2 = 57,2 kcal/mol
- Năng lượng ion hóa của Na : INa = 117,8 kcal/mol
- Ái lực electron của Clo : ACl = - 88,0 kcal/ngtg
- Nhiệt tạo thành của muối NaCl tinh thể (từ các đơn chất) : H(tt) NaCl = 98,2 kcal/mol
Từ đó theo định luật Hess ta có thể tính được năng lượng mạng lưới của NaCl :
ENaCl = H(tt NaCl) – (Htn Na + ½ DCl2 + INa + ACl)
Thay các giá trị vào ta được : ENaCl = - 182,5 kcal/mol
1 Tính năng lượng liên kết trung bình CH và CC từ các kết quả thực nghiệm sau:
- Nhiệt đốt cháy CH4 = - 801,7 kJ/mol
- Nhiệt đốt cháy C2H6 = - 1412,7 kJ/mol
- Nhiệt đốt cháy Hidrro = -241,5 kJ/mol
- Nhiệt đốt cháy than chì = -393,4 kJ/mol
- Nhiệt hóa hơi than chì = 715 kJ/mol
- Năng lượng liên kết HH = 431,5 kJ/mol
Các kết quả đều đo được ở 298K và 1atm
Bài giải: Ta sắp xếp các phương trình (kèm theo ký hiệu nhiệt) sao cho các chất ở 2 vế triệt tiêu bớt để
còn lại phương trình CH4 C (r)+ 4H
CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O H1
2H2O O2 + 2H2 - H2
CO2 O2 + C (r) - H3
C (r) C (k) H4
2H2 4H 2H5
Tổ hợp các phương trình này ta được CH4 C(r) + 4H
4H ❑C − H0 = H1 - H2 - H3 + H4 + 2H5
= - 801,5 + 483 + 393,4 + 715 + 2(431,5) = 1652,7 kJ/mol
và Năng lượng liên kết CH = 1652,7 : 4 = 413,715 kJ/mol
Bằng cách tương tự tính được Năng lượng liên kết CC = 345,7 kJ/mol
2 Từ thực nghiệm thu được trị số H (theo Kcal.mol-1) phân ly từng liên kết ở 250C như sau:
Hãy giải thích cách tính và cho biết kết quả tính H (cũng ở điều liện như trên) của sự đồng phân hóa: CH3CH2OH (hơi) CH3-O-CH3 (hơi)
Nêu sự liên hệ giữa dấu của H với độ bền liên kết trong phản ứng trên
CH3CH2OH có 1 liên kết C C ; 5 liên kết C H ; 1 liên kết C O và 1 liên kết O H
Năng lượng cần thiết phá vỡ các liên kết này = (83) + (995) + (84) + (111) = 773 Kcal/mol
CH3 O CH3 có 6 liên kết C H và 2 liên kết C O
Năng lượng tỏa ra khi hình thành các liên kết này = (99 6) + (84 2) = 762 Kcal/mol
Vậy phản ứng trên là thu nhiệt, H = 773 762 = 11 Kcal/mol
H mang dấu + chứng tỏ độ bền liên kết của CH3CH2OH > CH3OCH3
3 Trong công nghệ hoá dầu , các ankan được loại hiđro để chuyển thành hiđrocacbon không no có
nhiều ứng dụng hơn Hãy tính nhiệt của mỗi phản ứng sau:
C 4 H 10 C 4 H 6 + H 2 ; Ho
1 (1)
CH 4 C 6 H 6 + H 2 ; Ho 2 (2)
Biết năng lượng liên kết , E theo kJ.mol-1 , của các liên kết như sau :
Trang 4Liên kết H-H C-H C-C C=C
( Với các liên kết C-H , C-C , các trị số ở trên là trung bình trong các hợp chất hiđrocacbon khác nhau )
2) Tính nhiệt của phản ứng :
* Tìm hệ số cho các chất
C 4 H 10 C 4 H 6 + H 2 ; Ho
1 (1)
hay H3C - CH2- CH2-CH3 CH2=CH-CH=CH2 + 2H2
6 CH 4 C 6 H 6 + 9 H 2 ; Ho
2 (2)
m n Trong đó Ei , Ej là năng lượng liên kết
* Từ Ho
phản ứng = i Ei - j Ej ở vế đầu và cuối (tham gia , tạo thành)
i = 1 j = 1 trong phản ứng
i , j số liên kết thứ i , thứ j
Do đó Ho = ( 10 EC-H + 3EC-C ) - (6 EC-H + 2 EC=C + EC-C + 2 EH-H )
Thay số , tính được Ho = + 437,0 kJ.mol-1
Tương tự , ta có
Ho = 24 EC-H - ( 3EC-C + 3 EC=C + 6 EC-H + 9 EH-H )
Thay số , tính được Ho = + 581,1 kJ.mol-1 (Ho > 0 , phản ứng thu nhiệt )
ĐS: H10 = + 437,0 kJ/mol và H02= + 581,1 kJ/mol
4 Xác định năng lượng liên kết trung bình một liên kết C – H trong metan Biết nhiệt hình thành chuẩn
của metan = –74,8 kJ/mol; nhiệt thăng hoa của than chì = 716,7 kJ/mol; năng lượng phân ly phân tử
H2 = 436 kJ/mol
Theo định nghĩa: năng lượng liên kết trong CH4 là H0298 của quá trình:
CH4(k) C (k) + 4H (k)
Theo giả thiết: C (r) + 2H2 (k) CH4 H0h t. = 74,8 kJ/mol
C (r) C (k) H0t h. = 716,7 kJ/mol
H2 (k) 2H (k) H0p l. = 436 kJ/mol
Tổ hợp 3 quá trình này cho: H0298 = 74,8 + 716,7 + (2 436) = 1663,5 kJ/mol
Vậy năng lượng liên kết trung bình của 1 liên kết C H = 1663,5 : 4 = 416 kJ/mol
5 Hãy xác định năng lượng nguyên tử hóa của NaF (ENaF), biết:
- Năng lượng phân ly NaF (Ei) = 6,686 eV
- Thế ion hóa của Na (INa) = 5,139 eV
- Aí lực electron của F (EF) = -3,447 eV
Bài giải: Ta lập các quá trình kèm theo các ký hiệu năng lượng:
NaF Na+ + F Ei
Na+ + e Na - INa
F- e F - EF
Tổ hợp 3 quá trình này ta được:
NaF Na + F ENaF = Ei - INa - EF =
= 6,686 - 5,139 + 3,447 = 4,994 eV
6 Tính năng lượng mạng lưới ion của CaCl2 ,biết rằng:
- H0 298,s của tinh thể CaCl2 = - 795 kJ/mol
- Nhiệt nguyên tử hóa H ❑a0 của Ca(r) → Ca(k) = 192 kJ/mol
- Năng lượng ion hóa: Ca(k) 2e Ca2+ (k) I ❑1 + I2 = 1745 kJ/mol
- Năng lượng liên kết (Elk) ClCl trong Cl2 = 243 kJ/mol
- ái lực electron (E) của Cl(k) = -364 kJ/mol
Có thể thiết lập chu trình Born-Haber để tính toán theo định luật Hess:
Ca(r) + Cl2 (k) CaCl2(r)
Trang 5H ❑298, s0
H ❑a0 EClCl -U ❑CaCl2
(I1 + I2) ❑Ca
Ca(k) + 2Cl(k) Ca2+(k) + 2Cl-(k)
2ECl
Hoặc sử dụng phương pháp tổ hợp cân bằng ta có:
Ca(r) + Cl2(k) CaCl2(r) H ❑298, s0
Ca(k) Ca(r) - H ❑a0
2Cl (k) Cl2(k) - Elk
Ca2+(k) + 2e Ca(k) -(I ❑1 + I2)
2 Cl-1(k) e Cl (k) -2E
Cộng các phương trình ta được Ca2+(k) + 2Cl-(k) CaCl2(r)
Năng lượng của quá trình này là năng lượng mạng lưới ion của CaCl2
và = H ❑298, s0 H ❑a0 Elk (I ❑1 + I2) 2E
= (-795) 192 243 1745 2(-364) = -2247 kJ/mol
7 Xác định nhiệt hình thành 1 mol AlCl3 khi biết:
Al2O3 + 3COCl2(k) 3CO2 + 2 AlCl3 H1 = -232,24 kJ
CO + Cl2 COCl2 H2 = -112,40 kJ
2Al + 1,5 O2 Al2O3 H3 = -1668,20 kJ
Nhiệt hình thành của CO = -110,40 kJ/mol
Nhiệt hình thành của CO2 = -393,13 kJ/mol
Nhiệt hình thành 1 mol AlCl3 là nhiệt của quá trình
Al + 1,5 Cl2 AlCl3
Để có quá trình này ta sắp xếp các phương trình như sau:
Al2O3 + 3COCl2(k) 3CO2 + 2 AlCl3 H1
3CO + 3Cl2 3COCl2 3H2
2Al + 1,5 O2 Al2O3 H3
3C + 1,5 O2 3CO 3H4
và 3 CO2 3C + 3 O2 3(-H5 )
Sau khi tổ hợp có kết quả là: 2Al + 3 Cl2 2AlCl3 Hx
và Hx = H1 + 3H2 + H3+ 3H4+ 3(-H5 )
= (-232,24) + 3(-112,40) + (-1668,20) + 3(-110,40) + 3(393,13) = - 1389,45 kJ
Vậy, nhiệt hình thành 1 mol AlCl3 = -1389,45 : 2 = - 694,725 kJ/mol
8 Tính nhiệt phản ứng ở 250C của phản ứng sau:
CO(NH2)2(r) + H2O(l) CO2(k) + 2NH3(k)
Biết trong cùng điều kiện có các đại lượng nhiệt sau đây:
CO (k) + H2O (h) CO2 (k) + H2 (k) H1 = -41,13 kJ/mol
CO (k) + Cl2 (k) COCl2 (k) H2 = -112,5 kJ/mol
COCl2 (k) + 2NH3 (k) CO(NH2)2(r) + 2HCl(k) H3 = -201,0 kJ/mol
Để có phương trình theo giả thiết, ta sắp xếp lại các quá trình đã cho kèm theo các đại lượng nhiệt tương ứng rồi tiến hành cộng các phương trình như sau:
CO (k) + H2O (h) CO2 (k) + H2 (k) H1
COCl2 (k) CO (k) + Cl2 (k) -H2
CO(NH2)2(r) + 2HCl(k) COCl2 (k) + 2NH3 (k) -H3
H2 (k) + Cl2 (k) 2HCl(k) 2H4
H2O(l) H2O (h) H5
Sau khi cộng ta được phương trình như giả thiết ta được:
Hx = H1 - H2 - H3 + 2H4 + H5
= -41,13 + 112,5 + 201 - 184,6 + 44,01 = 131,78 kJ/mol
Trang 69 Cho Xiclopropan → Propen cú H1 = - 32,9 kJ/mol
Nhiệt đốt chỏy than chỡ = -394,1 kJ/mol (H2)
Nhiệt đốt chỏy Hidrro = -286,3 kJ/mol (H3)
Nhiệt đốt chỏy Xiclopropan = - 2094,4 kJ/mol (H4)
Hóy tớnh: Nhiệt đốt chỏy Propen, Nhiệt tạo thành Xiclopropan và nhiệt tạo thành Propen?
Cú thể thiết lập chu trỡnh Born-Haber để tớnh toỏn ở đõy nếu dựng phương phỏp tổ hợp cõn bằng núi trờn thỡ dễ hiểu hơn:
a/ Ta cú: Phương trỡnh cần tớnh là
CH2=CH-CH3 + 4,5O2 → 3CO2 + 3H2O H5 = ?
phương trỡnh này được tổ hợp từ cỏc quỏ trỡnh sau:
CH2=CH-CH3 C3H6 xiclo (-H1)
C3H6 xiclo + 4,5O2 3CO2 + 3H2O H4
Cộng 2 phương trỡnh này ta được phương trỡnh cần tớnh H5 =H4-H1
Vậy, nhiệt đốt chỏy propen = - 2094,4 -(-32,9) = - 2061,5 kJ/mol
b/ Tương tự: 3 ( C + O2 CO2 H2 )
3 ( H2 + 1
2 O2 H2O H3 )
3CO2 + 3H2O C3H6 xiclo + 4,5O2 (-H4 )
Tổ hợp được 3C + 3H2 C3H6 xiclo H6 = 3H2 + 3H3 - H4
H6 = 3(-394,1) + 3(-286,3) - (-2094,4) = 53,2 kJ/mol
c/ Tương tự nhiệt tạo thành propen là:
H7 = 3H2 + 3H3 - H5 = 20,3 kJ/mol
10 Tớnh hiệu ứng nhiệt của 2 phản ứng sau:
2NH3 + 3/2 O2 N2 + 3 H2O (1)
2NH3 + 5/2 O2 2NO + 3H2O (2)
So sỏnh khả năng của 2 phản ứng, giải thớch vỡ sao phản ứng (2) cần cú xỳc tỏc
Cho năng lượng liờn kết của:
Tớnh hiệu ứng nhiệt:
E1 = (2ENH 3 + 3/2EO 2) – (EN 2 + 3 EH 2 O) = 2 1161 + 3/2 493 – 942 – 3 919 = - 637,5 kJ.
E2 = 2ENH 3 + 5/2EO 2 – 2ENO – 3EH 2 O = 2 1161 + 5/2 493 – 2 627 – 3 919 = - 456,5 kJ.
- Phản ứng (1) cú H õm hơn nờn pư (1) dễ xảy ra hơn
- Nếu cú xỳc tỏc thỡ năng lượng hoạt hoỏ sẽ giảm và tốc độ phản ứng sẽ tăng, do đú để thực hiện phản ứng (2) cần cú xỳc tỏc
10 Nitrosyl clorua là một chất rất độc, khi đun núng sẽ phõn huỷ thành nitơ monoxit và clo.
a) Hóy viết phương trỡnh cho phản ứng này
b) Tớnh Kp của phản ứng ở 298K(theo atm và theo Pa) Cho:
S0
c) Tính gần đúng Kp của phản ứng ở 475K
a) 2NOCl ⇌ 2NO + Cl2
b) Hằng số cõn bằng nhiệt động lực học được tớnh theo phương trỡnh G = RTlnK
Trong đú G = H T S
H = [(2 90,25 103) + 0 (2 51,71 103 ) = 77080 J/mol
S = [(2 211) + 233 (2 264) = 117 J/mol
G = 77080 298 117 = 42214 J/mol
và ln K =
42214 8,314 298 = 17 Kp = 3,98 10 8 atm và Kp = 4,04 10 3 Pa
Trang 7c) Tính gần đúng:
ln
2
1
( )
( )
Kp T
H
8,314 298 475
ln Kp (475) = 5,545 Kp = 4,32 10 3 atm hay Kp = 437Pa
11 Cho thêm một lượng dư axit clohiđric loãng vào một dung dịch loãng chứa 0,00210 mol KOH
Trong phản ứng xảy ra có một lượng nhiệt 117,3 J được giải phóng ra
a) Hãy tính nhiệt phản ứng đối với quá trình tự phân ly của nước
b) Thí nghiệm được lặp lại với dung dịch amoniăc Người ta cho một lượng dư axit clohidric loãng vào
200 ml dung dịch amoniac 0,0100 mol/L phản ứng giải phóng 83,4 J
Hãy tính nhiệt phản ứng của quá trình
NH3(nước) + H2O(nước) NH4
(nước) + OH
(nước) trong đó giả thiết rằng ở thí nghiệm này toàn bộ mẫu thử amoniac tồn tại dưới dạng NH3
c) Hãy tính nhiệt phản ứng đối với quá trình:
NH3(nước) + H2O(nước) NH4
(nước) + OH
(nước) trong đó lưu ý rằng ở thí nghiệm trên một phần amoniac đã tự phân ly Kb = 1,77 105 mol/L
a) Đối với phản ứng OH + H3O+ ⇌ 2H2O có H =
3
117,3.10 0,00210
= 55,9 kJ/mol Vậy Nhiệt phản ứng của quá trình tự phân ly của H2O = 55,9 kJ/mol
b) Ta có NH3 + H2O NH4
+ OH H = x (1)
OH + H3O+ ⇌ 2H2O H = 55,9 kJ/mol (2)
Tổ hợp được: NH3 + H3O+ NH4
+ H2O H =
3
83, 4.10
0, 2 0, 01
= 41,7 kJ/mol Vậy : x + ( 55,9) = 41,7 H = x = 14,2 kJ/mol
c) Theo (1): Kb =
2 4 4
0,01 ( )
c NH
c NH
= 1,77 105 c(NH4
) = 4,12 104 mol/L Vậy phần tự phân ly =
4
4,12.10
0, 01
= 0,0412 mol tồn tại dưới dạng NH4
và còn 0,9588 mol vẫn tồn tại dưới dạng NH3 Tương tự phần (b) tính được 0,9588y + ( 55,9) = 41,7 y = 14,8 kJ/mol
12 Hằng số cân bằng (Kc ) của một phản ứng kết hợp A (k) + B (k) ⇌ AB (k)
ở 250C là 1,8 103 L/mol và ở 400C là 3,45.103 L/mol
a) Giả sử Ho không phụ thuộc nhiệt độ, hãy tính Ho và S o
b) Hãy tính các hằng số cân bằng Kp và Kx tại 298,15 K; áp suất toàn phần là 1 atm
a) Với ln
2 1
( ) ( )
Kp T
H
3 3
3, 45.10 1,8.10 =
8,314 298,15 313,15
H
Tính được H = 33,67 kJ/mol
Với G = H T S = RTlnK (33,67 103 ) T2 S = 8,314 T2 ln 3,45 103
S =
(33,67.10 ) 8,314 313,15 ln 3, 45.10
313,15
= 175,25 J/K.mol
b) Vì Kp = Kc.(RT) n với n = 1 nên Kp =
3
1,8.10 8,314 298,15
= 0,726 atm 1
Kp = Kx (P) n với n = 1 nên Kx = 0,726 1 = 0,726
13 Mặc dù iod không dễ tan trong nước nguyên chất, nó có thể hoà tan trong nước có chứa ion I (dd):
I2 (dd) + I (dd) ⇌ I3
(dd)
Trang 8Hằng số cân bằng của phản ứng này được đo như là một hàm nhiệt độ với các kết quả sau:
Hãy ước lượng Ho của phản ứng này
Với ln
2 1
( ) ( )
Kp T
H
; chọn 2 giá trị bất kỳ của K tại 2 nhiệt độ khác nhau
Ví dụ: 15,20C (288,4 K) và 34,90C (308,1 K)
Với ln
530
840=
8,314 288, 4 308,1
H
H = 1,72 104 J = 17,2 kJ
Kc =
2 2
Li
Li =
9
8 2
4,73.10 (2,01.10 )
= 1,156 10 7
14 Cho các số liệu sau:
C2H5OH (h) C2H4 (k) H2O (h)
Với phản ứng : C2H4 (k) + H2O (h) ⇌ C2H5OH (h)
a) Hỏi ở điều kiện chuẩn và 250C phản ứng xảy ra theo chiều nào?
b) Phản ứng tỏa nhiệt hay thu nhiệt?
a) G0298 = 168,6 [68,2 + ( 228,9)] = 8,13 kJ < 0 nên phản ứng theo chiều thuận
b) H0298 = G0298 + T S0298
S0298 = 282,0 (188,72 + 219,45) = 126,17 J/ K
H0298 = 8,13 103 + (126,17 298) = 45728,66 J < 0 phản ứng tỏa nhiệt
Câu 15: Trong 1 bình kín dung tích không đổi 0,42 lít chứa mêtan và hơi nước Nung nóng bình sau 1
thời gian để điều chế hỗn hợp H2, CO Sau đó làm lạnh bình tới 25oC, thấy áp suất bình là 776,7mmHg Biết thể tích chất lỏng không đáng kể, áp suất hơi nước ở 250C là 23,7 mmHg Lấy tất cả khí trong bình đem đốt cháy thấy tỏa 1,138Kcal nhiệt Biết nhiệt đốt cháy của CO, H2, CH4 tương ứng là ΔH = - 24,4 ; - 63,8 ; - 212,8 Kcal/mol Tính % CH4 bị chuyển hóa?
CH4 + H2O CO + 3H2
x x 3x
gọi x là số mol CH4 tham gia phản ứng
P tổng CO, H2, CH4 = 776,7 – 23,7 = 753 mmHg
n = PV
RT =
753
760 0 , 42
22 , 4
273 (25+273)
= 0,017 mol
Số mol CH4 còn lại : 0,017 – (x + 3x) = 0,017 – 4x
Số mol CH4 ban đầu : x + 0.017 – 4x= 0,017 – 3x
CO + 1
2 O2 ⃗t0 CO2 Δ H1 = - 24,4Kcal/mol
H2 + 12 O2 ⃗t0 H2O Δ H2 = - 63,9 Kcal/mol
CH4 + 2O2 ⃗t0 CO2 + 2H2O Δ H3 = - 212,8Kcal/mol
Nhiệt tỏa ra là 1,138 Kcal/mol
x 24,4 + 3x 63,8 + (0,017 – 4x) 212,8 = 1,138 => x = 0,004 vậy %CH4 đã chuyển hóa là:
Trang 9%CH4 = 0 ,017 − 3 x x 100 = 0 ,017 − 3 0 , 004 0 , 004 100 = 80%
16 Cho: 3As2O3(r) + 3O2(k) 3As2O5(r ) ∆H1 = - 812,11(kJ)
3As2O3(r) + 2O3(k) 3As2O5(r ) ∆H2 = - 1095,79 (kJ)
Biết: năng lượng phân li của oxi là 493,71kJ/mol, năng lượng liên kết O−O là 138,07 kJ/mol Chứng minh rằng phân tử ozon không thể có cấu tạo vòng mà phải có cấu tạo hình chữ V
TH1: Nếu ozon có cấu tạo vòng thì khi nguyên tử hóa phân tử O3 phải phá vỡ 3 liên kết đơn, lượng nhiệt cần tiêu thụ là:
TH2: Nếu ozon có cấu tạo hình chữ V thì khi nguyên tử hóa phân tử O3 phải phá vỡ 1 liên kết đơn O−O và 1 liên kết đôi O=O lượng nhiệt cần tiêu thụ là: ∆H4 = 493,71 + 138,07 = 631,78 kJ/mol
Trong khi đó: 3O2 2O3 ∆H
∆H = ∆H1 - ∆H2 = -812,11 – (-1095,79) = 283,68 (kJ/mol)
Ta xây dựng được theo sơ đồ sau:
Theo sơ đồ trên, ta tính được:
2
3 )
-ΔH+3.ΔHpl(O )
2 -283,68+3.493,71= 598,725(kJ/mol)
Từ kết quả (1), (2) và (3) rõ ràng ozon có cấu tạo hình chữ V phù hợp hơn về năng lượng so với cấu tạo vòng
17 Cho phản ứng: CO2 (dd) + H2O (l) H+ (dd) + HCO3- (dd) Biết các thông số nhiệt động của các chất ở 298K là
a Tính hằng số cân bằng K của phản ứng trên ở 298K
b Khi phản ứng trên đạt đến trạng thái cân bằng, nếu nhiệt độ của hệ tăng lên nhưng nồng độ của CO2 không đổi thì pH của dung dịch tăng hay giảm? Tại sao?
2.(1,0 điểm)
a CO2 (dd) + H2O (l) H+ (dd) + HCO3- (dd) (1)
∆G0
pứ = ∆G0
s (H+) + ∆G0
s (HCO3-) ∆G0
s (CO2) ∆G0
s (H2O)
= 0,0 + (-587,1) + 386,2 + 237,2 = 36,3 kJ
∆G0
pứ = RTlnK → lnK = ∆G0
pứ/RT = (36,3.103) : (8,314.298) = 14,65
→ k = 10-6,36
pư = ∆H0
s (H+) + ∆H0
s (HCO3-) ∆H0
s (CO2) ∆H0
s (H2O)
= 0,0 691,2 + 412,9 + 285,8 = 7,5 kJ (thu nhiệt)
Do ∆H0
pư > 0 nên khi nhiệt độ tăng, cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận, pH giảm
Câu 18 Một phản ứng quan trọng tạo nên “mù” gây ô nhiễm môi trường là:
2)
3ΔHpl(O
3
)
2ΔHpl(O
ΔH
2
3O
3
2O 6O
Trang 10O3 (k) + NO (k) O2 (k) + NO2 (k) Kc = 6.1034
C 10 M, C 10 M, C 2,5.10 M, C 8,2.10 M
thì phản ứng sẽ diễn ra theo chiều nào?
b) Trong những ngày nóng nực, khi nhiệt độ tăng thì nồng độ các sản phẩm thay đổi như thế nào?
s,O (k) s,NO(k) s,NO (k)
H 142,7 kJ / mol; H 90, 25 kJ / mol; H 33,18 kJ / mol
a)
3
5
O NO
O NO
C C 8, 2.10 2,5.10
C C 10 10
Q = 2,05.105 < Kc = 6.1034 Phản ứng sẽ diễn ra theo chiều thuận
p S,NO ( k ) S,O (k ) S,NO(k)
H H H H 33,18 142,7 90,25 199,77 kJ
Phản ứng thuận là phản ứng tỏa nhiệt
Khi nhiệt độ tăng, cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch nồng độ các sản phẩm giảm
D a v o 2 b ng s li u sau: ự à ả ố ệ
0 s
Nhiệt hóa hơi của nước là 44 kJ.mol-1
hãy tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng (1) theo 2 cách
p
H
0
s(CO ,k)
ΔH
0 s(H O,l)
ΔH
0 s(C H ,k)
ΔH
0 s(O ,k)
ΔH
p
H
= 2(–394) + 3(–285,8) – (–84,7) – 3,5.0 = –1560,7 (kJ)
Mặt khác: Δ
0
p
H
= 6EC-H + EC-C + 3,5EO=O – 4EC=O – 6 EO-H – 3ΔHhh
p
H
= 6(413,82) + 326,04 + 3,5(493,24) – 4(702,24) – 6(459,8) – 3(44) = –1164,46 (kJ)