Bài tập Chương 1 Nhiệt Động Lực Học | Môn Hóa lý 1,2 - Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh

lOMoAR cPSD| 58728417
CHƯƠNG 1: NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC Lý thuyết:
• Nắm vững nguyên lý thứ nhất, thứ 2 và thứ 3 của nhiệt động học
• Nắm vững các khái niệm Q, A, ∆U, P, V, ∆H, ∆S, ∆G và qui định dấu của nó
• Biểu thức của khí lý tưởng, các tính các đại lượng trong các quá trình đẳng nhiệt, đẳng áp, đẳng tích
• Enthalpy tạo thành, enthalpy đốt cháy và định luật Hess về biến thiên enthalpy của các quá trình
• Định nghĩa nhiệt dung khối lương, nhiệt dung mol (C) và mối quan hệ của nhiệt dung C, Q, và ∆H
• Mối quan hệ của nhiệt dung C và nhiệt độ
• Cách tính của biến thiên Q, ∆H, ∆C của các quá trình và định luật Kirchhoff Lưu ý phân biệt:
Nếu xét cho một chất nào đó trong quá trình tăng giảm nhiệt độ:
Qp = ∆H = n ∫ dT nhiệt dung mol
Nếu dùng nhiệt dung riêng → Q = ∆H = m ∫ dT
Quá trình đẳng tích thì Qv = ∆U = n ∫ dT
A = P. ∆V =0 ∆U =Q – A = Qv Quá trình
bay hơi, ngưng tụ, kết tinh:
Q = = n ∫ dT cho quá trình đẳng áp, tương tự cho đẳng tích
Tính nhiệt chuyển pha của H2O ở 373 K khi biet trước nhiêt chuyen pha tai 298K: 373 = 298 + ∫
Đối với phản ứng hóa học: aA + bB → cC + dD ∆Cpư = ∑ ( ) − ∑ ( )
Qp = ∆HT2 = ∆HT1 + ∫ ∆ ư .
Công thức: Cp = Cv + R chỉ áp dụng cho nhiệt dung mol. Bài tập:
Bài 1: Tính biến thiên nội năng khi làm bay hơi (lỏng –hơi) 10g nước ở 200C. Chấp nhận hơi nước
như khí lý tưởng và bỏ qua thể tích nước lỏng. Nhiệt hóa hơi của nước ở 200C bằng 2451,824 J/g.
Coi quá trình xảy ra ở áp suất thường 1 atm.
(Gợi ý: áp dụng Q = m. = ∆U + A và A = P∆V = n R T.) hh Q = m. ∆U = Q – A
A = P.∆V = P (Vhơi - Vlỏng) = P.Vhơi = n.R.T = (10/18) . 8,314 . (20+273) lOMoAR cPSD| 58728417
Bài 2: Cho 450g hơi nước ngưng tụ ở 1000C dưới áp suất không đổi 1 atm. Nhiệt hóa hơi của
nước ở nhiệt độ này bằng 539 cal/g. Tính A, Q, và ΔU của quá trình, bỏ qua thể tích của nước lỏng.
hh = - ngt → ngt = -539 cal/g
Bài 3: Cho phản ứng xảy ra ở áp suất không đổi: 2H2 + CO -------> CH3OH(k)
Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn ∆Htt ở 298K của CO và CH3OH(k) bằng -110,5 và -201,2 kJ/mol. Nhiệt
dung mol đẳng áp CP của các chất là một hàm của nhiệt độ:
Cp (H2) = 27,28 + 3,26.10-3T (J/mol.K)
Cp (CO) = 28,41 + 4,1.10-3T (J/mol.K)
Cp (CH3OH) = 15,28 + 105,2.10-3T (J/mol.K)
Tính ΔH0 của phản ứng ở 298 và 500K?
(Gợi ý: tính ∆H500 = ∆H298 + tích phân (∆Cpư ) dT chạy theo cận từ 298K → 500K)
Qp = ∆H500 = ∆H298 +∫ ∆ ư. ∆ ư = ( ) − ( ) − . ( )
Bài 4: Cho 100g khí CO2 (được xem như là khí lý tưởng) ở 00C và 1,013.105 Pa (1atm). Xác
định Q, A, ΔU và ΔH trong các quá trình sau. Biết Cp = 37,1 J/(mol.K) a. Dãn nở đẳng nhiệt tới thể tích 0,2 m3.
b. Dãn đẳng áp tới 0,2 m3.
c. Đun nóng đẳng tích tới khi áp suất bằng 2,026.105 Pa (2 atm) → Cp = Cv+R
Bài 5: Một khí lý tưởng nào đó có nhiệt dung mol đẳng tích ở mọi nhiệt độ có Cv = 2,5R (R
là hằng số khí). Tính Q, A, U và H khi một mol khí này thực hiện các quá trình sau đây:
a. Dãn nở thuận nghịch đẳng áp ở áp suất 1atm từ 20dm3 đến 40dm3.
b. Biến đổi thuận nghịch đẳng tích từ trạng thái (1 atm; 40dm3) đến (0,5atm; 40dm3).
c. Nén thuận nghịch đẳng nhiệt từ 0,5 atm đến 1 atm ở 250C
Bài 6: Tính nhiệt tạo thành ∆Htt của C2H6 biết: C(gr) + O2 = CO2 H0298 = -393,5 kJ H2 + 1/2O2 = H2O(l) . H0298 = -285 kJ
2C2H 6 + 7O2 = 4 CO2 + 6H2O(l) . H0298 = -3119,6 kJ 2C(gr) + 3H2 (k) → C2H6 (k) lOMoAR cPSD| 58728417
Bài 7: Tính Q, A, U của quá trình nén đẳng nhiệt, thuận nghịch 3 mol khí He từ 1atm đến 5 atm ở 4000K U = 0 Q = A = nRTln (V2/V1) P.V = nRT
Bài 8: 100g nitơ ở 00C và 1 atm. Tính Q, ∆U, A khi
a/ dãn đẳng nhiệt đến thể tích 200 lít.
b/ tăng áp suất đến 1,5 atm, khi thể tích không
đổi. c/ dãn đẳng áp đến thể tích gấp đôi. Biết đối
với khí nitơ Cv = 5 cal. mol-1. K-1
(Gợi ý áp dụng định luật Kirchhoff)
Bài 9: Biết nhiệt đốt cháy của propan bằng -2220 kJ.mol-1, nhiệt tạo thành của nước bằng -286,0 kJ.
mol-1 và nhiệt hình thành của khí cacbonic bằng -393,5 kJ. mol-1. Hãy tính nhiệt tạo thành của propan
ở 298 K dưới áp suất 1 atm trong các trường hợp sau: a/ đẳng áp b/ đẳng tích C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O
(Gợi ý: mối quan hệ ∆Hpư và ∆Upư )
Nhiệt đốt cháy: là lượng nhiệt phản ứng sinh ra khi đốt cháy 1 mol chất đó với oxy và tạo ra các
oxit có hóa trị cao nhất
Đẳng áp: Qp = ∆Hpư = -2220 kJ
Đẳng tích: Qv = ∆Upư = -2220 kJ ; ∆Hpư = ∆Upư + ∆n. R. T
Bài 10: Cho phản ứng: 1/2N2 + 1/2O2 ------> NO. Ở 250C, 1 atm có ∆Ho298K = 90,37 kJ. Xác định
nhiệt phản ứng ở 558K, biết nhiệt dung mol đẳng áp của 1 mol khí N2, O2 và NO lần lượt là 29,12; 29,36 và 29,86 J.mol-1.K-1.
Áp dụng định luật Kirchoff ∆Cpư
∆HT2 = ∆HT1 + ∫ ∆ ư .
Bài 11: Khử 80g Fe2O3 (r) bằng Al giải phóng 426,3 kJ, đốt cháy 5,4g Al giải phóng 167,3 kJ.
Tính ∆Htt (Fe2O3 (r )) (Gợi ý: tính ∆Htt của Al2O3 rồi tính ∆Htt của Fe2O3)
2Al +3/2 O2 → Al2O3 : tính ∆Hpư trên cho 2 mol Al → ∆Htt của Al2O3
Fe2O3 + 2Al → Al2O3 + 2Fe : tính ∆Hpư cho 1 mol Fe2O3 → tính ∆Htt (Fe2O3 (r )) lOMoAR cPSD| 58728417
Bài 12: Xác định phương trình mô tả sự phụ thuộc nhiệt độ của ∆H0T và tính ∆H01000 của phản
ứng: CH4 (k) -----> Cgr + 2H2 (k). Biết sinh nhiệt mol (nhiệt tạo thành) của CH4 là – 17889 cal/mol. Cho
Cp (Cgr) = 2,673 + 2,617.10-3.T + 1,169.105T2 (cal.mol-1.K-1)
Cp (H2) = 6,62 + 0,81.10-3.T (cal.mol-1.K-1)
Cp (CH4) = 5,34 + 11,5.10-3.T (cal.mol-1.K-1)
Bài 13: Ở 25oC nhiệt tạo thành H2O(l) theo phản ứng H2 (k)+ ½ O2 (k) → H2O(l) là H 0 298
68,37cal / mol . Tính nhiệt tạo thành H2O(l) ở 90oC. Biết:
CpH, 6,9cal / mol K. ; C
7,05cal / mol K. ; C 18cal / mol K. 2 pO, 2 pHO, 2
Bài 14: Trên cơ sở các dữ liệu sau hãy tính nhiệt tạo thành của Al2Cl6 (r) khan
2Al + 6HCl(l) ---------> Al2Cl6 (l) + 3H2 ∆H10298 = -1003,2 kj H 0 2 + Cl2 -------> 2HCl (k) ∆H2 298 = -184,1 kj HCl (k) ---------> HCl (l) ∆H 0 3 298 = -72,45 kj Al 0
2Cl6 (r) ----------> Al2Cl6 (l) ∆H4 298 = -643,1 kj
Bài 15. Tính nhiệt độ đạt được của phản ứng nhiệt nhôm (sử dụng dữ kiện câu 11) Fe2O3 + 2Al → Al2O3 + 2Fe
Nếu xem nhiệt tổn thất là 50% và nhiệt dung riêng của Fe và Al2O3 lần lượt là 0.16 và 0.20
cal/(g.K) . nhiệt độ ban đầu là 25 0C.