Chuyên đề về nhiệt động học môn Hóa đại cương vô cơ | Trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh

Download at www.OQUADA.com
HChemO Academy Luyện tập tổng hợp
Hoá Đại Cương Vô Cơ nâng cao và tổng ôn luyện Nội dung: Nhiệt hoá học Câu 1
1) Amoniac được điều chế theo phương pháp Haber - Bosch từ các đơn chất: N + 3H 2NH (1) 2 2 3
Sinh nhiệt chuẩn của amoniac 0 1 H 45,9 kJ.mol−  = −
, entropy tiêu chuẩn của các khí f NH3 ( ) Khí N2 H2 NH3 S0 (J.mol-1.K-1) 191,6 130,7 192,8
Nhiệt dung mol các khí phụ thuộc vào nhiệt độ, tuân theo phương trình: C (T ) 2
= a + bT + cT P
Các giá trị a, b và c của các khí được cho trong bảng: Chất a (J.mol-1.K-1) b (J.mol-1.K-2) c (J.mol-1.K-3) N2(g) 27,3 5,2.10-3 -1,7.10-6 NH3(g) 24,2 4.10-2 -8,2.10-6 H2(g) 28,9 -5,8.10-4 1,9.10-6
a) Xác định KP cho (1) tại 298 K
b) Xác định nhiệt độ Tb (theo K) để giá trị hằng số cân bằng của phản ứng (1) đạt: KP = 22,9.
c) Cho 14 mol hydrogen và 6 mol nitrogen vào bình thể tích không đổi V = 2015 mL. Đưa xúc tác vào
bình, khi hệ đạt cân bằng tại Tb, xác định áp suất tổng của bình theo bar. Câu 2
Cho 10 mmol khí but-1-yne vào một bình phản ứng đẳng áp với thể tích đầu V = 0,1 m3, được bơm đầy không
khí dưới áp suất p = 1,0 atm, ở nhiệt độ T = 298,0 K. Quá trình đốt cháy hợp chất này được tiến hành trong điều
kiện đoạn nhiệt và đẳng áp. Chỉ có phản ứng này diễn ra trong hệ. Sau khi kết thúc đốt cháy, chỉ thấy có carbon
dioxide, hơi nước, nitrogen và oxygen trong bình phản ứng.
a) Viết phương trình phản ứng đốt cháy hoàn toàn but-1-yne.
b) Tính enthalpy chuẩn của phản ứng này ở 298,0 K. Kết quả tính theo số mol thực tế của but-1-yne.
c) Tính số mol các chất riêng lẻ trong bình phản ứng trước khi đưa but-1-yne vào. Để đơn giản hóa, giả
sử rằng không khí là hỗn hợp của nitrogen và oxygen theo tỉ lệ mol 4:1.
d) Tính số mol mỗi chất riêng lẻ hiện diện trong bình phản ứng sau khi quá trình đốt cháy kết thúc.
e) Ước lượng nhiệt độ cực đại trong bình phản ứng sau khi quá trình đốt cháy kết thúc.
f) Tính thể tích cuối của hỗn hợp phản ứng.
Chú ý: Trong trường hợp này, để đơn giản hóa, giả sử rằng trạng thái chuẩn của nước ở 298,0K là chất khí.
Hằng số khí R = 8,314 J.mol-1.K-1.
Bảng dưới đây tóm tắt các giá trị ΔH 0
s (enthalpy tạo thành) và Cp cho các chất kể trên (T = 298,0 K). Chất ΔH 0 s (kJ.mol-1) CP (J.mol-1.K-1) C4H6(g) 165,2 13,5 CO2(g) -393,5 46,6 1 Download at www.OQUADA.com H2O(g) -241,8 41,2 O2(g) 0 32,2 N2(g) 0 27,6 Câu 3
Oxide magnesium đã nung khô ăn da (caustic calcined magnesia, CCM) là một sản phẩm có giá trị từ Ả
Rập Xê Út, chủ yếu gồm oxide magnesium. CCM có độ tinh khiết thấp được sử dụng trong các ứng dụng công
nghiệp như xử lý nước thải, trong khi CCM có độ tinh khiết cao đóng vai trò dược phẩm, thực phẩm bổ sung cho
thức ăn gia súc, phân bón, chất kết dính, lốp xe và vật liệu từ tính.
Ali được giao nhiệm vụ xác định nhanh thành phần phần trăm khối lượng của một mẫu CCM. Thiết bị đo
lường (cân và nhiệt kế) và hóa chất của anh rất hạn chế, nên anh nghĩ đến một phương pháp nhiệt hóa học cho
phép phân tích này. Anh được thông báo rằng mẫu thử CCM có lượng oxide calcium và dioxide silicon dò được,
cùng với oxide magnesium. Anh cũng tìm thấy các dữ liệu cần thiết như sau. ∆fH° (kJ mol–1) ∆fH° (kJ mol–1) cp (kJ kg–1 K–1) CaO(s) –636 H+(aq) 0.00 H2O(l)* 4,178 MgO(s) –602 Cl–(aq) –168 CaO(s) 0,918 SiO2(s) –854 Ca2+(aq) –543 MgO(s) 0,877 HCl(g) –92,5 Mg2+(aq) –462 SiO2(s) 0,736 H2O(l) –286 ∆rH° (kJ mol–1) CaCl2(s) –796 H+(aq) + OH–(aq) → H2O(l) –56,0 MgCl2(s) –641
*Anh giả định rằng mọi dung dịch nước đều có cùng nhiệt dung riêng với nước.
Đầu tiên, anh lắp đặt một nhiệt lượng kế và tiến hành đo nhiệt dung của nó như sau. Đưa 200 cm3 dung
dịch HCl 0,500 M (khối lượng riêng: 1,007 g cm–3) vào nhiệt lượng kế và 300 cm3 dung dịch NaOH 0,400 M
(khối lượng riêng: 1,016 g cm–3) vào một cốc có mỏ riêng biệt. Cả hai dung dịch đều có nhiệt độ ban đầu là
24,20C. Sau khi rót dung dịch kiềm tính vào nhiệt lượng kế, anh quan sát thấy nhiệt độ cao nhất đạt được sau khi phản ứng là 26,30C.
1) Hãy tính nhiệt dung của nhiệt lượng kế mà Ali ứng biến.
Sau đó, Ali cân cẩn thận một mẫu thử CCM nặng 12,81 g. Sau khi làm sạch nhiệt lượng kế hết mực, anh
cho 500 cm3 acid hydrochloric 2,000 M (khối lượng riêng: 1,033 g.cm–3) vào đó và đợi nhiệt độ ổn định ở 24,40C
(nhất quán với nhiệt độ phòng thí nghiệm). Sau đó, anh thêm mẫu thử CCM trên vào 500 cm3 acid hydrochloric
trên, khuấy dung dịch cho đến khi đạt nhiệt độ cao nhất là 40,50C. Sau phép phản ứng này, Ali lọc các chất chứa
trong nhiệt lượng kế. Sau khi rửa và sấy khô, anh cô lập được một chất rắn không tan có khối lượng 0,51 g.
2) Hãy viết phương trình ion đã cân bằng cho các quá trình liên quan xảy ra trong sự hòa tan CCM vào
acid hydrochloric. Hãy tính độ biến thiên enthalpy tiêu chuẩn của chúng.
Ali bắt đầu phân tích kết quả của mình và các yếu tố khác nhau đã quyết định kết quả đó.
3) Dựa trên dữ liệu thực nghiệm của Ali, hãy tính hàm lượng MgO của mẫu CCM theo phần trăm khối lượng.
4) Hãy nhận định nhân tố ít ảnh hưởng đến giá trị hàm lượng MgO nhất nếu bị bỏ qua trong tính toán?
◻ Nhiệt dung của nhiệt lượng kế
◻ Sự ấm lên của chất rắn chưa tan.
◻ Sự ấm lên của dung dịch nước.
◻ Phép phản ứng của CaO với acid hydrochloric. 2 Download at www.OQUADA.com
5) Hãy tính nhiệt độ cuối cùng nếu mẫu thử CCM của anh ta trong cùng thí nghiệm trên là oxide magnesium tinh khiết?
Ali trở nên khá ngờ vực sau khi thực hiện những phép tính tương tự. Anh ấy rất vui khi tìm được một ít
dung dịch phenolphtalein. Anh đã nghĩ ra một phương pháp sử dụng chính các công cụ và hóa chất của thí nghiệm
nhiệt hóa học và đo hàm lượng MgO chuẩn xác hơn.
6) Hãy viết ra một quy trình như vậy. Câu 4
Lò phản ứng đoạn nhiệt đẳng tích chủ yếu là một kết cấu lý thuyết giúp hiểu được các khái niệm nhiệt
động lực học. Một lò phản ứng như thế không thể trao đổi nhiệt với môi trường, tổng thể tích là không đổi, vì vậy
nếu xảy ra phép phản ứng hóa học, các tham số khác như nhiệt độ và áp suất sẽ thay đổi theo. Lò phản ứng này
cũng phần nào giúp tưởng tượng được điều gì sẽ xảy ra trong các vụ nổ khí.
Xét sự đốt cháy monoxide carbon trong một lò phản ứng đoạn nhiệt đẳng tích. Thể tích được cố định là
1,00 m3; có 50,0 mol monoxide carbon và 50,0 mol oxygen được cấp vào lò phản ứng lúc đầu, nhiệt độ ban đầu là 298 K.
Có thể giả định rằng mọi khí và hỗn hợp của chúng đều tuân theo định luật khí lý tưởng. Chú ý rằng
entropy mol của một khí lý tưởng phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất như sau: ( T p S
p,T ) = S ( p , T + C ln − R ln m m 0 0 ) P T p 0 0
Hãy sử dụng các dữ liệu sau:
cp (J mol–1 K–1) S°298 (J mol–1 K–1) ∆fH°298 (kJ mol–1) O(g) 29,4 205,2 CO(g) 29,1 197,7 −110,5 CO2(g) 37,1 213,8 −393,5
Nhiệt dung mol đẳng áp không phụ thuộc vào nhiệt độ cao hơn 298 K.
1) Hãy cho biết phương trình hóa học đã cân bằng của phép phản ứng này và enthalpy tiêu chuẩn của nó (ΔrH°).
Lượng dioxide carbon tạo thành sau khi phản ứng là n mol. 2 CO
2) Hãy cho biết giá trị n
cao nhất có thể về mặt tỷ lượng? 2 CO 3) Coi n
là một biến số độc lập, hãy dẫn ra các biểu thức có thể cho biết một số tính chất nhiệt động 2 CO
lực học nhất định của hệ. Nếu không thể đưa ra biểu thức cho chính tính chất đó thì hãy đưa ra biểu thức biến
thiên tính chất so với các điều kiện ban đầu. a) nội năng (U) của hệ
b) nhiệt độ (T) của hệ c) áp suất (p) của hệ
d) thương số phản ứng (Q) e) enthalpy của hệ (H) f) entropy của hệ (S)
g) năng lượng tự do Gibbs của hệ (G)
h) hằng số thế cân bằng của phép phản ứng (K) ở nhiệt độ đã cho (T) 3 Download at www.OQUADA.com
4) Bằng phần mềm bảng tính, hãy tính toán từng tính chất với n
= 1 mol, 2 mol, 3 mol. Trên bảng tính, 2 CO hãy tìm giá trị n
trong đó hệ nằm trong thế cân bằng. Tính chất nào trong số trên có một cực trị ở thế cân bằng? 2 CO Câu 5
Kim cương là một trong những chất cứng nhất, được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp
cần sự mài mòn cao. Trong thực tế, tổng hợp kim cương từ dạng thù hình sẵn có của carbon như than chì rất khó
khăn. Để chứng minh điều này, tính áp suất cần thiết (theo đơn vị bar, 1 bar = 105 Pa) chuyển hóa than chì thành
kim cương ở 25oC. Các dữ kiện cho sau đây áp dụng ở 25oC và 105Pa.
+ Biến thiên năng lượng tự do Gibbs chuẩn, ∆Gof (kJ.mol-1) hình thành của than chì và kim cương lần lượt là 0 và 2,8678.
+ Thể tích mol V (cm3.mol-1) của than chì và kim cương lần lượt là 5,3324 và 3,4108. V 
+ Sự thay đổi thể tích theo áp suất của than chì và kim cương được xác định bởi công thức: = −k V (1) T p 
Trong đó kT (Pa-1) của than chì và kim cương có giá trị lần lượt là 3,04.10-11 và 0,187.10-11
+ Biến thiên năng lượng tự do Gibbs theo áp suất có thể được tính theo phương trình: 2  G  1  G  2 G  ( p) = G  ( p ) + ( p − p ) + ( p − p ) (2) o o 2 p  2 o p 
Với po là áp suất ban đầu, po = 105 Pa; p là áp suất cần xác định.
+ Sự phụ thuộc của năng lượng tự do Gibbs vào áp suất và nhiệt độ cho bởi công thức: dG = Vdp – SdT (3) Câu 6
Kim cương, một trong những dạng thù hình của carbon, không chỉ được sử dụng làm đồ trang sức mà còn
được dùng trong nhiều loại công cụ khác nhau nhờ độ cứng vô cùng cao của nó. Kim cương tự nhiên được cho là
được tổng hợp trong điều kiện áp suất cao và nhiệt độ cao trong lòng trái đất. Hiện nay, đã có nhiều kỹ thuật để
chế tạo kim cương và một lượng lớn kim cương nhân tạo đã được sử dụng trong công nghiệp.
Chúng ta hãy kiểm tra tính ổn định của kim cương ở áp suất và nhiệt độ môi trường. Enthalpy đốt cháy
(ΔcH0) của 1 mol than chì, kim cương và C60 cũng như entropy hình thành chuẩn (Δf𝑆o) của quá trình chuyển 1
mol than chì thành kim cương hoặc C60 dưới các điều kiện môi trường (1 bar, 298,15K) được tóm tắt trong bảng
1. Đối với than chì và kim cương, 1 mol tương ứng với 12,01g
Bảng 1. Dữ liệu nhiệt động cho các dạng thù hình của carbon 0 H ( 1 kJ.mol−  0 S ( 1 − 1
J.mol .K −  f ) c ) Than chì -393,5 0 Kim cương -395,3 -3,25 C60 -25965 1,54
1. Tính biến thiên enthalpy, entropy và năng lượng tự do Gibbs của quá trình chuyển 1 mol than chì thành
kim cương và thành C60 dưới các điều kiện môi trường. Sau đó, dựa vào năng lượng tự do Gibbs, sắp xếp than
chì, kim cương và C60 theo độ ổn định giảm dần.
2. Dưới các điều kiện môi trường, kim cương không chuyển thành than chì (về mặt năng lượng là bền hơn
kim cương). Hãy giải thích tại sao không xảy ra sự biến đổi này.
Các enthalpy đốt cháy của than chì và kim cương có giá trị tương đương nhau, và vì thế, khó có thể xác
định chính xác biến thiên entanpy khi chuyển than chì thành kim cương thông qua phương pháp tính toán đã được 4 Download at www.OQUADA.com
sử dụng trong ý 1. Để khắc phục khó khăn này, người ta xác định sự phụ thuộc nhiệt độ của sức điện động của pin điện sau:
Pt, C(than chì) + CaC2 + CaF2 || CaF2 || CaF2 + CaC2 + C(kim cương), Pt (1)
Đây là pin thể rắn (solid-state battery) trong đó kim cương được dùng làm cathode (điện cực dương) và
than chì được dùng làm anode (điện cực âm). Ở cathode, kim cương bị khử và tạo ra CaC2. Ở anode, CaC2 bị
oxid hóa và tạo ra than chì.
3. Viết các bán phản ứng xảy ra tại cathode và anode.
4. Sức điện động của pin này trong khoảng nhiệt độ 940 – 1260 K có thể được biểu thị dưới dạng hàm của
nhiệt độ tuyệt đối T như sau
E = 11, 4 + 0, 0481T (mV ) (2)
Tính biến thiên enthalpy và biến thiên entropy khi chuyển 1 mol than chì thành kim cương trong khoảng nhiệt độ này Câu 7
Trong công nghiệp, để sản xuất soda, người ta dựa vào quy trình Solvay với nguyên liệu đầu là NaCl và
CaCO3. Giai đoạn cuối cùng trong quy trình này là nhiệt phân NaHCO3
2NaHCO s → Na CO s + CO g + H O g 3 ( ) 2 3 ( ) 2 ( ) 2 ( )
Cho các thông số sinh nhiệt 0
 H , biến thiên năng lượng tự do Gibbs hình thành 0
 G , entropy tuyệt f f
đối So và nhiệt dung mol đẳng áp 0
C ở 298K và 1,0 bar: P Chất H2(g) O2(g) H2O(g) CO2(g) NaHCO3(s) Na2CO3(s) 0 H ( 1 kJ.mol−  0 0 -241,8 -393,5 -950,8 f ) 0 G ( 1 kJ.mol−  0 0 -394,4 -1045 f ) 0 S ( 1 − 1
J.mol .K − ) 130,7 205,2 188,8 213,8 101,7 138,9 0 C ( 1 − 1
J.mol .K − 28,80 29,40 33,60 37,10 87,60 112,3 P )
1) Ở 298K, hằng số cân bằng của phản ứng (*) là KP,298 = 8,805.10-7. Tính sinh nhiệt chuẩn 0 H ( 1 kJ.mol−  của Na f ) 2CO3(s).
2) Tính năng lượng tự do Gibbs hình thành của NaHCO3(s) ở 298K.
3) Trong công nghiệp, phản ứng (*) bắt đầu xảy ra ở 180oC. Tại nhiệt độ này, áp suất hơi bão hòa của
nước là 1001,9 kPa. Tính áp suất nhỏ nhất của CO2 để hỗn hợp phản ứng cân bằng và không bị ẩm. Giả thiết
trong khoảng nhiệt độ này, biến thiên enthalpy của phản ứng không phụ thuộc vào nhiệt độ.
4) Giả sử trong một hành tinh khác, không khí chứa 20 ppm (phần triệu) là hơi nước, 95% theo thể tích là
CO2, nhiệt độ bề mặt hành tinh trung bình là 737K và áp suất khí quyển là 92 bar. Hãy cho biết trong điều kiện
này, NaHCO3 có bị phân hủy không? Giả thiết các giá trị nhiệt động đã cho trong bảng không bị ảnh hưởng bởi áp suất. Câu 8
Mùa hè vừa rồi, bãi cỏ trong vườn Dolia đã mọc rất nhanh. Vì thường phải cắt cỏ bằng máy nên Dolia bắt
đầu nghe những lời phàn nàn về bụi bặm từ các gia đình hàng xóm. Quan ngại về vấn đề ô nhiễm không khí, cô
đã quyết định chuyển qua các nguồn năng lượng sạch hơn cho chiếc máy cắt cỏ của mình – methanol. Dolia vốn 5 Download at www.OQUADA.com
là một nhà hóa học giỏi và biết rằng methanol được sản xuất công nghiệp từ hỗn hợp khí tổng hợp (CO và H2) và
đã sớm thiết lập lò phản ứng để sản xuất nhiên liệu. Tuy nhiên, để đạt được các điều kiện tối ưu nhất thì không
hề dễ dàng. Phản ứng tạo thành methanol từ khí tổng hợp: CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g) Chất CO(g) H2(g) CH3OH(g) 0 H ( 1 kJ.mol−  -110,53 0 -201,30 f )
Quy trình tổng hợp methanol diễn ra trong một bình phản ứng thể tích không đổi, đóng kín khi có mặt các
xúc tác ZnO và CuO. Bình phản ứng chỉ chứa khí CO và H2 ở 300K. Giả sử rằng không có phản ứng phụ diễn ra
trong bình phản ứng, tất cả các khí đều là khí lý tưởng, và ΔrH0 và ΔrS0 phản ứng không phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất.
1) Tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng.
2) Có bao nhiêu liên kết σ và π bị bẻ gãy và được tạo thành khi một phân tử CH3OH được tạo thành từ các nguyên liệu đầu?
3) Giả sử rằng tất cả các liên kết σ có năng lượng bằng nhau. Có thể rút ra được kết luận gì về năng lượng
của các liên kết σ và π từ dấu của enthalpy phản ứng? Giải thích.
4) Bình phản ứng chứa các khí ở 300 K sau đó được tăng lên 525 K. Từ quan điểm nhiệt động học thì
nhiệt độ nào, 300 K hay 525 K, thuận lợi hơn cho sự tạo thành methanol?
5) Dẫn ra biểu thức hằng số cân bằng KP của phản ứng ở dạng mà hằng số này không có đơn vị đo.
Lượng CO và H2 được đưa vào bình phản ứng sao cho áp suất riêng phần của chúng ở 525 K lần lượt là
30,0 bar và 60,0 bar. Tuy nhiên, ở nhiệt độ bình phản ứng không đổi, 525 K, áp suất khí tổng do sự diễn biến của
phản ứng và bằng 51,6 bar khi đạt cân bằng.
6) Tính áp suất riêng phần của mỗi khí trong cân bằng ở 525 K.
7) Tính hằng số cân bằng KP ở 525 K.
8) Nếu chỉ dựa vào phương trình phản ứng, có thể rút ra kết luận gì về ΔrSo của phản ứng?
9) Dựa vào ý 7, hãy tính ΔrG° và ΔrS°.
10) Giả sử rằng các lượng CO, H2 và CH3OH được đưa vào bình phản ứng 525 K sao cho áp suất riêng
phần của mỗi chất là 1 bar. Phản ứng nào tự diễn biến trong điều kiện này: A. Tạo thành methanol. B. Phân hủy methanol.
11) Ở đầu bài, bảng dữ kiện cho thấy rằng enthalpy tạo thành của H2(g) bằng 0. Tại sao con số này có ý nghĩa rất lớn?
Giả sử rằng bình phản ứng đã mô tả ở trên, với hỗn hợp cân bằng ổn định ở áp suất 51,6 bar được làm
lạnh đột ngột từ 525 K xuống 450 K. Quá trình làm lạnh diễn ra quá nhanh đến nỗi thành hỗn hợp còn không biến
đổi trong những giây đầu tiên.
12) Tính áp suất khi trong bình phản ứng trong những giây đầu tiên sau khi làm lạnh xuống nhiệt độ 450
K, nghĩa là cho đến khi các khí trong bình phản ứng bắt đầu biến đổi. Trong bình phản ứng được làm đến 450 K,
cân bằng mới cuối cùng cũng đã được thiết lập.
13) Tính KP của phản ứng ở 450 K.
14) Tại cân bằng mới ở 450 K, áp suất riêng phần của methanol là 22,15 bar (dưới các điều kiện này, toàn
bộ methanol ở trạng thái khí). Tính áp suất riêng phần của các chất khác.
15) Hiệu suất điều chế methanol ở 450 K cao hơn ở 525 K. Tuy nhiên, quy trình tổng hợp methanol trong
công nghiệp được tiến hành ở 525 K. Giải thích tại sao? 6 Download at www.OQUADA.com Câu 9
Hiệu ứng nhiệt của các phản ứng hoá học có thể được xác định bằng phương pháp thực nghiệm (đo nhiệt
lượng) hoặc từ các dữ liệu nhiệt động có sẵn. Để phép đo nhiệt lượng thu được kết quả có giá trị, cần phải đáp
ứng được các điều kiện nhất định liên quan đến quá trình của phản ứng đang nghiên cúu. Xét quá trình thực
nghiệm liên quan đến phản ứng sau:
2C2H5OH(l) + CH3CHO(l) → CH3CH(OC2H5)2(l) + H2O(l) (1)
a) Cho vào nhiệt lượng kế hỗn hợp khan gồm 30,67 g ethanol và 14,66 g acetaldehyde, sau đó thêm một
lượng chất khan thích hợp đẻ đảm bảo sự có mặt của các ion hiđro xúc tác cho phản ứng (1). Trong quá trình
phản ứng, người ta nhận thấy xuất hiện sự tăng nhiệt độ của hỗn hợp. Sau khi tính toán đến lượng nhiệt chênh
lệch do quá trình khuấy trộn liên tục của hỗn hợp và sự trao đổi nhiệt với môi trường, người ta tính toán được sự
chênh lệch nhiệt độ tối đa do phản ứng (1) gây ra là 1,4 K. Nhiệt dung của hệ nhiệt lượng bao gồm nhiệt lượng
kế và dung dịch là C = 600 J/K. Dựa vào thông tin trên, xác định entanpi của quá trình tại điều kiện khảo sát.
b) Bảng dữ liệu dưới đây cho biết giá trị enthalpy tạo thành chuẩn (∆Hof) tại điều kiện khảo sát của các
chất có mặt trong quá trình phản ứng trên: Chất C2H5OH(l) CH3CHO(l) CH3CH(OC2H5)2(l) H2O(l) 0 H ( 1 kJ.mol−  - 278 - 194 - 503 - 286 f )
Từ các số liệu trong bảng dữ liệu trên, xác định giá trị enthalpy chuẩn cho phản ứng (1).
c) Xác định sự thay đổi nhiệt độ theo lí thuyết của hỗn hợp phản ứng bằng giá trị enthalpy của phản ứng
tính toán được từ câu b.
d) So sánh giá trị thực nghiệm của sự thay đổi nhiệt độ của hệ phản ứng với giá trị lí thuyết thu được từ
câu c. Nếu sự chênh lệch này lớn hơn 0,5 K, hãy nêu các lí do có thể gây ra sự chênh lệch này. Câu 10
Các động cơ tên lửa trên tàu vũ trụ được sử dụng để vận chuyển đầu dò không gian tới quỹ đạo Trái Đất
hoặc thoát khỏi lực hấp dẫn của Trái Đất. Nhiên liệu trong động cơ thường chứa 1,1-dimethylhydrazine (UDMH).
1) Công ty hàng không và vũ trụ A đang thực hiện chương trình thử nghiệm sử dụng tàu vũ trụ để vận
chuyển đầu dò không gian thoát ra khỏi lực hấp dẫn của Trái Đất. Nhiên liệu mà họ sử dụng là UDMH/N2O4. Khi
cất cánh, các chất phản ứng gồm UDMH (l) và một lượng vừa đủ N2O4 (g) đi vào buồng đốt ở 298,15 K và
101325 Pa. Giả sử nước sinh ra ở thể khí.
a) Tính nhiệt của phản ứng đốt cháy UDMH (l) bằng N2O4 (g) (theo kJ.mol-1) ở điều kiện đã cho.
Nhiệt tạo thành chuẩn của các chất:
∆fH°(N2O4,g) = 9,16 kJ.mol-1; ∆fH°(UDMH,l) = 44,83 kJ.mol-1; ∆fH°(CO2,g) = -393,52 kJ.mol-1
∆fH°(H2O),g) = -241,83 kJ.mol-1.
b) Giả sử quá trình đốt cháy là đoạn nhiệt và đẳng áp, phản ứng xảy ra ở 298,15 K và toàn bộ nhiệt lượng
toả ra được dùng để gia nhiệt cho các sản phẩm khí (kể cả hơi nước). Tính nhiệt độ cao nhất của ngọn lửa ứng
với quá trình đốt cháy UDMH (l) bằng N2O4 (g).
Nhiệt dung đẳng áp của các chất:
Cp(N2, g) = 29,10 J.K-1.mol-1 ; Cp(CO2, g) = 37,11 J.K-1.mol-1 ; Cp(H2O, g) = 33,60 J.K-1.mol-1.
2) Khi khối lượng tên lửa thay đổi từ m0 đến m (do sự phụt sản phẩm của quá trình đốt cháy nhiên liệu ra
ngoài không gian) thì độ tăng tốc độ của tên lửa được tính theo phương trình Tsiolkovsky: ∆v = ve ln(m0 /m), với
ve là tốc độ phụt khí của tên lửa (đặc trưng cho từng loại nhiên liệu). Biết rằng để thoát khỏi lực hấp dẫn thì tốc 7 Download at www.OQUADA.com
độ của tàu phải vượt qua tốc độ vũ trụ cấp II: vII = (2GM/R)1/2. Trong đó: G là hằng số hấp dẫn, M = 5,97.1024 kg
và R = 6371 km lần lượt là khối lượng và bán kính của Trái Đất.
a) Tính giá trị của tốc độ vũ trụ cấp II.
b) Tàu vũ trụ mà A thiết kế có khối lượng 30 tấn và chứa a tấn nhiên liệu. Tính giá trị tối thiểu của a cần
thiết cho chuyến hành trình (nghĩa là tàu sử dụng hết nhiên liệu khi vừa thoát khỏi lực hấp dẫn của Trái Đất). Cho
biết: Đối với nhiên liệu UDMH/N2O4 thì ve = 3100 m.s-1.
c) Phản ứng đốt cháy nhiên liệu sẽ sinh công và đẩy tàu bay lên khỏi mặt đất. Tính lượng công cực đại có
thể tạo ra khi sử dụng a tấn nhiên liệu. Giả sử hiệu suất sử dụng nhiên liệu là 90%. Biết 1 GJ = 109 J. 8