27 trang 9 lượt tải

Tóm tắt lý thuyết và bài tập Hóa học đại cương 2 | Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội 2

17

Tóm tắt lý thuyết và bài tập Hóa học đại cương 2 | Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội 2. Tài liệu được sưu tầm giúp bạn tham khảo, ôn tập và đạt kết quả cao. Mời bạn đọc đón xem.

Môn: Cơ sở khoa học tự nhiên xã hội 11 tài liệu

Trường: Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 417 tài liệu

Tác giả:

Profile

Duy Mạnh Bùi

1 tuần trước
Tải xuống
Báo cáo
Danh sách Quiz
Tải xuống
/27
1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
Đăng Thị Thu Huyền (chủ biên)
– Nguyễn Thế Duyến – Hoàng Quang Bắc
BÀI TẬP
HÓA HỌC ĐẠI CƯƠNG 2
HÀ NỘI – NĂM 2025
2
CHƯƠNG 1: CỞ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC
Bài 1: Nguyên lí I của nhiệt động học
A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT
1. Công và nhiệt
Công do hệ thực hiện cho bên ngoài được xác định bằng phương trình:
δA = - P
e
. dV hay A = - P
e
. ∆V
(với P
e
là áp suất ngoài; dV, ∆V là biến thiên thể tích)
Đối với những biến đổi vô cùng chậm, có thể xem P
e
= P với P là áp suất của hệ,
do đó công giãn nở thể tích sẽ là: δA = - P.dV và công giãn nở toàn phần:
2
1
A = P.dV−
+ Quá trình đẳng tích V = const → dV = 0 → A
v
= 0
+ Quá trình đẳng áp P = const → A
p
= - P.(V
2
– V
1
) = - P.ΔV
Đối với hệ đồng thể của khí lí tưởng, sự biến thiên thể tích ở 2 trạng thái (1) và (2) là
do sự biến thiên số mol ở 2 trạng thái đó nên: A
p
= - Δn.R.T
+ Quá trình đẳng nhiệt (T = const) đối với 1 mol khí lí tưởng:
A
T
=
2
1
P.dV−
=
2
2
1
1
V
dV
RT RTln
VV
− = −
Ở T = const, thể tích của khí lí tưởng tỉ lệ nghịch với áp suất nên
21
T
12
VP
A RTln RTln
VP
= − = −
Nhiệt: Nhiệt Q là sự truyền năng lượng vi mô không định hướng. Quy ước dấu của công
và nhiệt:
+ A > 0, Q > 0: Hệ nhận công và nhận nhiệt từ bên ngoài.
+ A < 0, Q < 0: Hệ sinh công và tỏa nhiệt cho bên ngoài.
Công và nhiệt là các hàm quá trình, phụ thuộc vào cách tiến hành quá trình.
Công và nhiệt có thứ nguyên giống năng lượng: J, calo, erg, eV, atm.l, …
2. Nhiệt dung
Nhiệt dung là lượng nhiệt một vật hoặc một khối chất thu vào hay tỏa ra để tăng
hoặc giảm 1K (hoặc 1
o
C). Nhiệt dung được xác định theo biểu thức: C =
δQ
dT
Trong điều kiện đẳng áp, đẳng tích ta có: C
p
=
p
δQ
dT
và C
v
=
v
δQ
dT
. Trong đó δQ,
δQ
p
, δQ
v
là nhiệt lượng trao đổi vi phân và dT là biến thiên vi phân của nhiệt độ T.
3. Nội dung nguyên lí I
Đối với mọi hệ nhiệt động đều tồn tại một hàm trạng thái, được gọi là nội năng
U, mà trong quá trình biến đổi hệ từ trạng thái (1) sang trạng thái (2), biến thiên nội
năng ΔU bằng tổng nhiệt Q và công A hệ trao đổi với môi trường ngoài.
4. Các biểu thức của nguyên lí I
Quá trình vĩ mô: ΔU = Q + A
Quá trình vi phân: dU = δQ + δA
3
Các trường hợp áp dụng:
Trường hợp
Biểu thức
Biến đổi đoạn nhiệt
Q = 0 → ΔU = A
Biến đổi đẳng tích
A = 0 → ΔU = Q
Giãn nở vào chân không
Q = 0, A = 0 → ΔU = 0
Hệ thực hiện chu trình
ΔU = 0 → Q + A = 0
Hệ cô lập
Q = 0, A = 0 → ΔU = 0
Khí lý tưởng:
- điều kiện đẳng tích:
A
V
= 0 → Q
v
= ΔU =
2
1
T
v v 2 1
T
n.C .dT = n.C (T T )−
- điều kiện đẳng áp:
dU = δQ + δA = δQ - PdV → dU + PdV = δQ
p
hay d(U + PV) = δQ
p
Đặt U + PV = H với H là hàm Enthalpy
dH = δQ
p
= n.C
p
.dT
→ ΔH = Q
p
=
2
1
T
p
T
n.C .dT
= n.C
p
.(T
2
– T
1
)
- điều kiện đẳng nhiệt:
ΔU
T
= ΔH
T
= 0 → Q
T
+ A
T
= 0
5. Nhiệt của phản ứng hóa học
- Hiệu ứng nhiệt của một phản ứng hóa học trong một quá trình bằng nhiệt sinh
ra trong quá trình đó trừ đi công mà quá trình đó thực hiện được.
Quá trình đẳng tích: Q
v
= ΔU
v
.
Quá trình đẳng áp: Q
p
= ΔH
p
.
- Định luật Hess: Hiệu ứng nhiệt của một phản ứng hóa học ở áp suất không đổi
không phụ thuộc vào các giai đoạn trung gian của phản ứng mà chỉ phụ thuộc vào trạng
thái đầu và cuối của phản ứng.
- Phương pháp tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học:
Phương pháp
Biểu thức
Dựa vào sinh nhiệt
o o o
r f sp f tg
Δ H H H= −

Dựa vào thiêu nhiệt
o o o
r b tg b sp
Δ H H H= −

Dựa vào năng lượng liên kết hóa học
o
r tg sp
H E E = −

- Sự phụ thuộc của hiệu ứng nhiệt phản ứng vào nhiệt độ - Định luật Kirchhoff:
2
2 1 1
1
T
T T p T p 2 1
T
HHΔC dT H ΔC .(T -T ) = + = +
B. BÀI TẬP CÓ LỜI GIẢI
Bài 1.
Giãn nở đẳng nhiệt 0,850 mol khí lý tưởng từ áp suất 15 atm và nhiệt độ 300 K
tới áp suất 1 atm. Tính công giãn nở:
a. Trong chân không.
b. Khi áp suất ngoài không đổi 1 atm.
4
c. Khi quá trình là thuận nghịch.
Lời giải
a. Khi giãn nở trong chân không.
P
e
= 0 → A = - P
e
. ∆V = 0 (J)
b. Khi áp suất ngoài không đổi là 1 atm.
A = - P
e
. ∆V = - P
e
. (V
2
– V
1
) =
ee
2 1 2 1
nRT nRT 1 1
P ( - ) = -nRTP ( )
P P P P
−−
=
11
- 0,85.8,314.300.1.( )= -1978,732 J
1 15
−
c. Khi quá trình là thuận nghịch đẳng nhiệt.
21
T
12
VP
15
A RTln RTln 0,85.8,314.300.ln 5741,256 J
V P 1
= − = − = − = −
Bài 2.
3 gam carbon được đốt cháy thành CO
2
trong một nhiệt lượng kế bằng đồng.
Khối lượng của nhiệt lượng kế là 1500 gam và khối lượng của nước trong nhiệt lượng
kế là 2000 gam. Nhiệt độ ban đầu là 20
o
C, còn nhiệt độ cuối cùng là 31,1
o
C. Tính thiêu
nhiệt của carbon (bằng J/g, lượng nhiệt tỏa ra khi đốt cháy 1 gam carbon), biết nhiệt
dung riêng của đồng là 0,389 J/g. K, của nước là 4,184 J/g.K.
Lời giải
Thiêu nhiệt của carbon là
(1500.0,389 2000.4,184).11,1
33120,55 J/g
3
+
=
Bài 3.
n-butane có nhiệt dung mol C
p
= 19,5 + 0,23.10
-3
.T (J/K.mol). Hãy tính nhiệt
đẳng áp cần thiết để đưa 1 mol n-butane từ 27
o
C lên 127
o
C dưới áp suất 1 atm.
Lời giải
Nhiệt đẳng áp cần dùng là
400
-3
p
300
3
22
Q n.Cp.dT (19,5 + 0,23.10 T)dT
0,23.10
= 19,5.(400 - 300) + .(400 300 )
2
= 1958,05 J
−
==
−

Bài 4.
100 gam N
2
ở 0
o
C; 1 atm. Biết C
v
= 5 cal/mol.K. Hãy tính Q, U, A khi:
a. Giãn đẳng nhiệt tới thể tích 200 lít.
b. Tăng áp suất tới 1,5 atm khi thể tích không đổi.
c. Giãn đẳng áp tới thể tích gấp đôi.
Lời giải
5
a. Giãn đẳng nhiệt tới thể tích 200 lít.
Quá trình đẳng nhiệt nên H
T
= 0 và U
T
= 0 → Q + A = 0
mà A
T
= -nRT.ln
2
1
V
V
với V
2
= 200 lít; V
1
=
100
28
.22,4 = 80 lít
A
T
= -
100
28
.8,314.273.ln
200
80
= - 7427,59 (J)
Q
T
= 7427,59 (J)
b. Tăng áp suất tới 1,5 atm khi V
const
.
Quá trình đẳng tích nên A
V
= 0
U = Q
v
= n.C
V
.(T
2
- T
1
)
Ở điều kiện đẳng tích
1 2 2 1
2
1 2 1
P P P .T
1,5.273
= T = = =409,5 K
T T P 1
→
nên U = Q
V
=
100
28
.5.4,18.(409,5 - 273) = 10188,75 J
∆H = n.C
p
.(T
2
– T
1
) = n. (C
v
+ 2).(T
2
– T
1
) =
100
28
.7.4,18.(409,5 – 273) = 14264,25 J
c. Giãn đẳng áp tới thể tích gấp đôi
Q
P
= H = n.C
P
.(T
2
- T
1
)
Vì
12
12
VV
=
TT
nên
21
2
1
V .T
T=
V
= 273.2 = 546 K
C
P
= C
V
+ R = 5 + 2 = 7 (cal.K
-1
.mol
-1
)
nên Q
P
=
100
28
. 7. 4,18. (546 - 273) = 28528,5 J
A
P
= - P.(V
2
- V
1
) = - 1.(160-80).101,325 = -8106 J
= - nR(T
2
- T
1
) = -
100
28
.8,314. (546 - 273) = - 8106,15 J
U = Q + A = 28528,5 - 8106,15 = 20422,35 J
Bài 5.
Tính biến thiên nội năng khi làm bay hơi 10 gam H
2
O ở 20
o
C ở áp suất không
đổi. Chấp nhận hơi nước như khí lý tưởng và bỏ qua thể tích nước lỏng. Nhiệt bay hơi
của nước ở 20
o
C là 2451,824 J/g.
Lời giải
Thể tích của 10 gam hơi nước ở 20
o
C, 1 atm là:
nRT mRT 10.0,082.293
V= =
P M.P 18.1
=
= 13,35 L
Công giãn nở hơi nước: A
p
= -P.V = -P.(V
hơi
- V
lỏng
) -P.V
hơi
= -1.13,35.101,325 = -1352,689 J
Nhiệt cần cung cấp cho quá trình là: Q = 2451,824.10 = 24518,24 J
Biến thiên nội năng khi làm bay hơi 10 gam nước:
U = Q + A = 24518,24 + (-1352,689) = 23165,551 J
6
Bài 6.
Tính U và H trong quá trình đun nóng 55,4 gam Xe từ 300 K đến 400 K, biết
rằng đối với 1 mol khí Xe C
v
= 12,47 J/K.mol.
Lời giải
U = Q
v
= n.C
v
. T =
55,4
.12,47.(400 300) 526,15 J
131,3
−=
H = Q
P
= n.C
P
. T =
55,4
.(12,47 8,314).(400 300) 876,95 J
131,3
+ − =
Bài 7.
1 mol nước đá nóng chảy ở 0
o
C, 1 atm hấp thụ một nhiệt lượng bằng 6019,2 J.
Thể tích mol của nước đá và của nước lỏng bằng 0,0196 và 0,0180 lít. Tính H và U
đối với quá trình này.
Lời giải
H = Q
p
= 6019,2 J
U = ∆H – P.∆V = ∆H – P.(V
lỏng
– V
rắn
)
= 6019,2 – 1.(0,018 – 0,0196).101,325
= 6019,36 J
Bài 8.
Tính ∆H
o
(kJ) cho phản ứng: C
6
H
12
O
6(s)
→ 2CO
2(g)
+ 2C
2
H
5
OH
(l)
. Biết
6C
(s)
+ 3O
2(g)
+ 6H
2(g)
→ C
6
H
12
O
6(s)
;
o
r1
H=
-1260 kJ
2C
(s )
+ 3H
2(g)
+
1
2
O
2(g)
→ C
2
H
5
OH
(l)
;
o
r2
H=
-277,7 kJ
C
(s)
+ O
2(g)
→ CO
2(g)
;
o
r3
H=
-393,5 kJ
Lời giải
o
r
ΔH
2 2 5 6 12 6
o o o o o o
f CO f C H OH f C H O r 3 r 2 r 1
= 2.Δ H + 2.Δ H - Δ H =2.Δ H + 2.Δ H - Δ H = -82,4 kJ/mol
Bài 9.
Đốt cháy 1 mol benzene lỏng ở 25
o
C, 1 atm để tạo ra khí CO
2
và H
2
O
(l)
, toả ra
một nhiệt lượng bằng 3267 kJ. Xác định nhiệt hình thành của benzene lỏng ở điều kiện
đã cho về nhiệt độ và áp suất, biết rằng nhiệt hình thành chuẩn của CO
2
, H
2
O
(l)
tương
ứng bằng -393,5 và -285,8 kJ/mol.
Lời giải
Xét phản ứng: C
6
H
6(l)
+
15
2
O
2(g)
→ 6CO
2(g)
+ 3H
2
O
(l)
2 2 6 6
o o o o
r f CO f H O f C H
Δ H 6. H 3. H H= + −
Hay -3267 = 6.(-393,5) + 3.(-285,8) -
66
o
f C H
H
→
66
o
f C H
H
= 48,6 kJ/mol
Bài 10.
7
Tính ∆
r
H
o
cho phản ứng: CH
4(g)
+ 3Cl
2(g)
→ 3HCl
(g)
+ CHCl
3(g)
. Biết năng lượng
liên kết E (kJ/mol) của các liên kết như sau E
(C-H)
= 418; E
(Cl-Cl)
= 243; E
(Cl-H)
= 431,8;
E
(C-Cl)
= 330.
Lời giải
Ta có:
∆
r
H
o
C-H Cl-Cl H-Cl C-Cl C-H
= (4E + 3E ) - (3E + 3E + E )
C-H Cl-Cl H-Cl C-Cl
= 3E + 3E - 3E - 3E
= 3.418 + 3.243 - 3.431,8 - 3.330 = -302,4 kJ
Bài 11.
Tính nhiệt hình thành của ethane biết:
C
gr
+ O
2
→ CO
2
o
r1
H=
-393,5 kJ
H
2
+
1
2
O
2
→ H
2
O
(l)
o
r2
H=
-285,8 kJ
2C
2
H
6
+ 7O
2
→ 4CO
2
+ 6H
2
O
(l)
o
r3
H=
-3119,6 kJ
Lời giải
Xét phản ứng (3):
2 2 2 6
o o o o
r 3 f CO f H O(l) f C H
Δ H 4.Δ H 6.Δ H 2.Δ H= + −
Thay số: -3119,6 = 4. (-393,5) + 6. (-285,8) -
26
o
f C H
2.ΔH
→
26
o
f C H
ΔH
= -84,6 kJ/mol
Bài 12.
Cho các số liệu nhiệt động của một số phản ứng sau ở 298K.
2NH
3
+ 3N
2
O ⇌ 4N
2
+ 3H
2
O
(l)
o
r1
H=
-1011 kJ
N
2
O + 3H
2
⇌ N
2
H
4
+ H
2
O
(l)
o
r2
H=
-317 kJ
2NH
3
+
1
2
O
2
⇌ N
2
H
4
+ H
2
O
(l)
o
r3
H=
-143 kJ
H
2
+
1
2
O
2
⇌ H
2
O
(l)
o
r4
H
= -286 kJ
Hãy tính nhiệt tạo thành của N
2
H
4
, N
2
O và NH
3
.
Lời giải
Gọi
2 4 2 3
o o o
f N H f N O f NH
Δ H = x; Δ H = y; Δ H = z
Ta có
o
r1
o
r2
o
r3
Δ H = -3.286 - 2z - 3y = -1011
Δ H = x - 286 - y = -317
Δ H = x - 286 - 2z = -143
Giải hệ ta được
24
2
3
o
f N H
o
f N O
o
f NH
Δ H = x = 50,75 kJ/mol;
Δ H = y = 81,75 kJ/mol;
Δ H = z = -46,125 kJ/mol.
Bài 13.
8
Một hỗn hợp gồm COCl
2
(khí) và Al
2
O
3
(rắn) tác dụng theo phương trình
3COCl
2(g)
+ Al
2
O
3(s)
→ 3CO
2(g)
+ 2AlCl
3(s)
o
r1
H=
-55,56 kcal
Tính nhiệt tạo thành của AlCl
3(r)
biết:
CO
(g)
+ Cl
2(g)
→ COCl
2(g)
;
o
r2
H=
-26,89 kcal
2Al
(s)
+
3
2
O
2(g)
→ Al
2
O
3(s)
;
o
r3
H=
-399,09 kcal
C
graphite
+ O
2(g)
→ CO
2(k)
;
o
r4
H
= -94,05 kcal
C
graphite
+
1
2
O
2(g)
→ CO
(g)
;
o
r5
H
= -26,41 kcal
Lời giải
Theo (2)
22
o o o o
r 2 f COCl f CO f COCl
Δ H = Δ H - Δ H Δ H = -26,89 - 26,41 = -53,3 kcal→
Theo (1)
2 3(r) 2 3 2
o o o o o
r 1 f CO f AlCl f Al O f COCl
H 3. H 2. H H 3. H = + − −
Thay số, ta được:
3(r)
o
f AlCl
55,56 3.94,05 2. H 399,09 3.53,3− = − + + +
3(r)
o
f AlCl
H 166,2 kcal/mol→ = −
Bài 14.
Tính năng lượng liên kết O-H trong phân tử nước biết các dữ kiện:
H
2
O
(l)
→ H
2
O
(g)
; H
1
= 40,6 kJ (1)
2H
(g)
→ H
2(g)
; H
2
= -435 kJ (2)
O
2(g)
→ 2O
(g)
; H
3
= 489,6 kJ (3)
2H
2(g)
+ O
2(g)
→ 2H
2
O
(l)
; H
4
= -571,6 kJ (4)
Lời giải
Xét sơ đồ:
2H
2(g)
+ O
2(g)
⎯⎯⎯→
4
H
2H
2
O
(l)
-2∆H
2
∆H
3
2∆H
1
4H
(g)
+ 2O
(g)
−
⎯⎯⎯
OH
4E
2H
2
O
(g)
Theo ĐL Hess, ta có: ∆H
4
+ 2∆H
1
+ 4E
O-H
= -2∆H
2
+ ∆H
3
→ E
O-H
= 462,5 kJ/mol
Bài 15.
Tính năng lượng liên kết trung bình C – H và C – C từ các kết quả thực nghiệm sau:
- Nhiệt đốt cháy CH
4
= -801,7 kJ/mol
- Nhiệt đốt cháy C
2
H
6
= -1412,7 kJ/mol
- Nhiệt đốt cháy hydrogen = -241,5 kJ/mol
- Nhiệt đốt cháy than chì = -393,4 kJ/mol
- Nhiệt thăng hơi than chì = 715 kJ/mol
- Năng lượng liên kết H–H = 431,5 kJ/mol
Các kết quả đều đo được ở 298 K và 1 atm.
Lời giải
9
C
(s)
+ 2H
2(g)
→ CH
4(g)
C
(g)
+ 4H
(g)
4 2 4
o o o o
ht,CH tn,C tn,H tn,CH
H H 2. H H 74,7 kJ = + − = −
Mặt khác, ta có
4
oo
ht,CH C-H th,C H-H C-H
H 4.E H 2.E E 413,175 kJ/mol + = + → =
2C
(s)
+ 3H
2(g)
→ C
2
H
6(g)
2C
(g)
+ 6H
(g)
2 6 2 2 6
o o o o
ht,C H tn,C tn,H tn,C H
ΔH =2.ΔH +3.ΔH -ΔH =-98,6kJ
Mặt khác, ta có
26
oo
ht,C H C-H C-C th,C H-H C-C
H 6.E E 2. H 3.E E 344,05 kJ/mol + + = + → =
Bài 16.
a. Tính nhiệt tạo thành chuẩn của khí CO từ những dữ kiện thực nghiệm sau:
C
(s)
+ O
2(g)
→ CO
2(g)
;
o
1
ΔH
= -94,05 kcal
2CO
(g)
+ O
2(g)
→ 2CO
2(g)
;
o
2
ΔH
= -135,28 kcal
b. Kết quả này có phù hợp với CTCT của CO nếu giả thiết là C=O không? Vì
sao? Cho biết nhiệt thăng hoa của than chì là 170 kcal/mol, năng lượng liên kết trong
phân tử O
2
là 118 kcal/mol và năng lượng liên kết C=O trong CO
2
là 168 kcal/mol.
Lời giải
a. Lấy (1)-(2) × 0,5 ta được phản ứng
( ) 2( ) ( )
1
C + O CO
2
s g g
→
có
o
oo
2
ht,CO 1
ΔH
ΔH = ΔH = 26,41 kcal/mol
2
−−
b. Xét sơ đồ: C
(s)
+
1
2
O
2(g)
→ CO
(g)
C
(g)
+ O
(g)
Theo định luật Hess, ta có
o
O=O
ht,CO pl,CO th,C
E
ΔH H ΔH
2
+ = +
→ ∆H
pl, CO
= 255,41 kcal/mol > E
C=O
= 168 kcal/mol
Vậy, CTCT của CO là C=O là không đúng.
Bài 17.
Căn cứ vào các số liệu dưới đây hãy xây dựng chu trình Born – Haber cho phân
tử CaCl
2
và xác đinh năng lượng mạng lưới ion theo chu trình đã thiết lập. Biết:
- Enthalpy thăng hoa Ca
(s)
→ Ca
(g)
là 192 kJ.
- Năng lượng ion hóa thứ nhất và thứ hai của Ca là 18,12 eV.
- Ái lực của electron của Cl là -3,78 eV.
10
- Năng lượng phân li liên kết của Cl
2
là 242 kJ/mol.
- Nhiệt hình thành CaCl
2
là -402 kJ/mol.
- N
A
= 6,02.10
23
mol
-1
; 1 eV =1,6.10
-19
J.
Lời giải
Ca
(s)
+ Cl
2(g)
→ CaCl
2(s)
Ca
(g)
2 Cl
(g)
2+
()
Ca
g
+ 2
-
()
Cl
g
Ta có:
( )
oo
ht tt th Cl-Cl 1 2 e
22 23
tt
H + U = ΔH + E + I + I + 2A
U 402 192 242 18,12 2.3,78 . 1,6. 10 . 6,02. 10 1853,14 kJ
−
→ = + + + + − =
Bài 18.
Dựa vào các số liệu cho dưới đây đối với tinh thể ion LiCl, hãy xác định năng
lượng mạng lưới ion theo chu trình Born-Haber. Biết:
- Enthalpy thăng hoa Li
(s)
→ Li
(g)
là 159 kJ/mol;
- Năng lượng ion hóa của Li là 5,4 eV;
- Ái lực với e của Cl là -3,83 eV;
- Năng lượng phân li của liên kết Cl
2
là 242 kJ/mol;
- Nhiệt hình thành LiCl là -402 kJ/mol.
Cho N
A
= 6,02.10
23
mol
-1
; 1 eV = 1,6. 10
-19
J.
Lời giải
Li
(s)
+
1
2
Cl
2(g)
→ LiCl
(r)
Li
(g)
Cl
(g)
+
()
Li
g
+
-
()
Cl
g
( )
o
ht tt th Cl-Cl 1 E
19 23 3
tt
1
H + U = H + .E + I + A
2
242
U 402 159 5,4 3,83 . 1,602. 10 . 6,02. 10 . 10 833,4 kJ / mol
2
−−

→ = + + + − =
Bài 19.
Cho hiệu ứng nhiệt của CaCO
3
→ CaO + CO
2
ở 727
o
C là Q
P
= 177900,8 J. Tính
Q
P
của phản ứng ở 1227
o
C. Biết: C
P
(CaO) = 49,63 + 4,52.10
-3
T (J/mol.K)
11
C
P
(CO
2
) = 44,14 + 9,04.10
-3
T (J/mol.K)
C
P
(CaCO
3
) = 104,5 + 21,92.10
-3
T (J/mol.K)
Lời giải
Ta có: ∆C
P, phản ứng
= C
P(CaO)
+ C
P(CO2)
– C
P(CaCO3)
= -10,73 - 8,36. 10
-3
T
ΔH
1500K
- ΔH
1000K
=
1500
1500
3
-3 2
1000
1000
8,36.10
(-10,73 - 8,36.10 T)dT ( 10,73T- T )
2
−
=−
→ Q
P, 1500K
= 177900,8 -10,73.(1500 - 1000) – 4,18.10
-3
.(1500
2
– 1000
2
) = 167310,8 J
Bài 20.
Tính
o
r 473K
ΔH
đối với phản ứng CO +
1
2
O
2
→ CO
2
biết ở 298K nhiệt hình thành
chuẩn của CO và CO
2
là -110,5 và -393,5 kJ/mol và C
p
(CO) = 26,53 + 7,7.10
-3
T
(J/K.mol); C
p
(CO
2
) = 26,78 + 42,26.10
-3
T (J/K.mol); C
p
(O
2
) = 25,52 + 13,60.10
-3
T
(J/K.mol).
Lời giải
Ta có:
o
r
ΔH
= -283 kJ
3
rp
Δ C 12,51 27,76.10 T
−
= − +
(J/K)
Áp dụng định luật Kirchhoff:
473
473
3
o o -3 o 2
473 298 298
298
298
27,76.10
H H (-12,51 + 27,76.10 T)dT H ( 12,51.T + T )
2
−
= + = + −
= -283316,5 J
C. BÀI TẬP CHƯA CÓ LỜI GIẢI
Bài 1.
Trộn 50 mL dung dịch HCl 0,20 M với 50 mL dung dịch NaOH 0,20 M trong
một nhiệt lượng kế, nhiệt độ tăng từ 22,2
o
C lên 23,5
o
C. Xác định nhiệt trung hoà (tính
ra kJ/mol) theo phản ứng: H
3
O
+
+ OH
-
→ 2H
2
O. Cho biết tỷ trọng của hỗn hợp dung
dịch loãng là 1 g/mL và nhiệt dung riêng của nước là 4,18 J/g.K.
Đáp số: 54,34 kJ/mol.
Bài 2.
Một nồi hơi bằng thép có khối lượng là 900 kg. Nồi hơi chứa 400 kg nước. Giả
sử hiệu suất sử dụng nhiệt của nồi hơi là 70%. Cần bao nhiêu nhiệt lượng để nâng nhiệt
độ của nồi hơi từ 10
o
C lên 100
o
C nếu nhiệt dung của thép là 0,46 kJ/kg. K và nước là
4,18 kJ/kg.K.
Đáp số: 268200 kJ.
Bài 3.
1 mol khí nitrogen đựng trong một bình thể tích không đổi. Biết rằng nhiệt dung
đẳng áp của nitrogen C
p
= 27,314 + 5,2.10
-3
.T (J/K.mol). Hãy tính nhiệt cần cung cấp
để đưa khối khí đó từ 27
o
C lên 227
o
C.
Đáp số: Q
V
= 4216 J.
12
Bài 4.
Đối với hơi nước C
p
= 36,8 -7,9.10
-3
.T + 9,2.10
-6
T
2
(J/K.mol). Tính nhiệt lượng
cần thiết để đưa 5 mol hơi nước từ 100
o
C lên 200
o
C trong điều kiện áp suất không đổi.
Đáp số: Q
P
= 17556 J.
Bài 5.
Một khí lý tưởng nào đó có nhiệt dung mol đẳng tích ở mọi nhiệt độ C
v
= 2,5R
(R là hằng số khí). Tính Q, A, U và H khi 1 mol khí này thực hiện các quá trình sau
đây:
a. Giãn nở thuận nghịch đẳng áp từ (1 atm; 20 dm
3
) đến (1 atm; 40 dm
3
).
b. Biến đổi thuận nghịch đẳng tích từ trạng thái (1 atm; 40 dm
3
) đến (0,5 atm; 40 dm
3
).
c. Nén thuận nghịch đẳng nhiệt từ (0,5 atm; 40 dm
3
) đến (1 atm; 20 dm
3
).
d. Hãy phác hoạ mỗi quá trình trên cùng một giản đồ P – V rồi tính Q, A, U và H
cho chu trình này.
Đáp số: a. A = -2026,5 J; Q = 7092,75 J; U = 5066,25 J; H = 7092,75 J.
b. A = 0; Q = -5066,25 J; U = -5066,25 J; H = -7092,75 J.
c. A = 1404,66 J; Q = -1404,66 J; U = 0; H = 0.
d. A = -621,84 J; Q = 621,84 J; U = 0; H = 0.
Bài 6.
Tính Q, A, U trong quá trình nén đẳng nhiệt, thuận nghịch 3 mol khí He từ 1
atm đến 5 atm ở 400 K.
Đáp số: U = 0; A = 16057,04 J; Q = -16057,04 J.
Bài 7.
Nhiệt dung đẳng áp của 1 mol đồng được cho bởi phương trình C
p
= 22,65 +
6,3.10
-3
T (J/K). Tính H khi đốt nóng 1 mol đồng từ 300 K đến 400 K.
Đáp số: ∆H = 2485,5 J.
Bài 8.
Khi 1 mol nước hoá hơi ở điểm sôi, ở áp suất cố định là 101325 Pa, nó hấp thụ
một lượng nhiệt là 40,58 kJ. Sự thay đổi thể tích khi chuyển từ thể lỏng sang thể hơi
sinh ra một công.
a. Nếu thể tích mol của nước lỏng là 0,019 lít ở 373K và nếu hơi nước là một khí lí
tưởng thì công sinh ra là bao nhiêu?
b. Tính ∆U và ∆H của quá trình chuyển hoá này.
Đáp số: a. A = -3097,2 J.
b. ∆H = 40,58 kJ; ∆U = 37,4828 kJ.
Bài 9.
So sánh sự khác nhau giữa H và U đối với các biến đổi vật lý sau đây:
a. 1 mol nước đá → 1 mol nước lỏng ở 273 K và 1 atm.
b. 1 mol nước lỏng → 1 mol hơi nước ở 373 K và 1 atm. Cho biết ở 273 K, thể
tích mol của nước đá và nước lỏng bằng 0,0196 L/mol và 0,0180 L/mol; ở 373K thể
tích mol của nước lỏng và hơi nước tương ứng bằng 0,0188 L/mol và 30,61 L/mol.
Đáp số: a. -0,16212 J; b. 3099,65 J.
13
Bài 10.
Đối với phản ứng: MgCO
3(r)
→ MgO
(r)
+ CO
2(k)
∆H
o
= 108,784 kJ
Thể tích mol của MgCO
3
là 0,028 lít và của MgO là 0,011 lít. Hãy xác định ∆U của
phản ứng.
Đáp số: 106,31 kJ/mol.
Bài 11.
Xác định nhiệt đốt cháy chuẩn
o
298
ΔH
của methane: CH
4
+ 2O
2
→ CO
2
+ 2H
2
O
(g)
Biết năng lượng liên kết trung bình của liên kết:
C – H; O = O; C = O; O – H
414 kJ/mol 498,8 724 460
Đáp số: -634,4 kJ/mol.
Bài 12.
Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng: C
2
H
4(g)
+ H
2(g)
→ C
2
H
6(g)
Cho biết: E
H–H
= 435,14 kJ/mol. E
C=C
= 615,05 kJ/mol.
E
C–C
= 347,27 kJ/mol. E
C–H
= 414,22 kJ/mol.
Đáp số: -125,52 kJ/mol.
Bài 13.
Tính nhiệt của phản ứng quy về kg nhôm đối với phản ứng:
2Al + Fe
2
O
3
→ 2Fe + Al
2
O
3
.
Cho biết
23
o
ht,Al O
ΔH
= -1667,82 kJ/mol và
23
o
ht,Fe O
ΔH
= -819,28 kJ/mol.
Đáp số: -15713,7 kJ/kg Al.
Bài 14.
Tính lượng nhiệt toả ra ở 25
o
C trong sự hình thành 32 gam Fe
2
O
3
từ các nguyên
tố ở điều kiện đẳng tích, biết rằng trong sự hình thành FeO H = -268,77 kJ/mol và sự
oxi hoá FeO thành Fe
2
O
3
toả ra 2027,30 J đối với 1 gam FeO ở điều kiện đẳng áp; những
nhiệt lượng này đều được xác định ở 25
o
C.
Đáp số: 165,1508 kJ.
Bài 15.
Khi trung hoà 1 mol acid mạnh bằng 1 base mạnh trong dung dịch loãng, H =
-57,32 kJ. Enthalpy tạo thành nước lỏng là -285,81 kJ/mol, enthalpy tạo thành
+
aq
H
bằng 0,00 kJ/mol. Xác định enthalpy tạo thành
-
aq
OH
.
Đáp số: -228,49 kJ/mol.
Bài 16.
Nhiệt hình thành trong dung dịch nước ở 25
o
C của HF
aq
;
-
aq
OH
;
-
aq
F
lần lượt
bằng -320,1 kJ/mol; -229,94 kJ/mol và -329,11 kJ/mol. Nhiệt hình thành ở 25
o
C của
H
2
O lỏng bằng -285,84 kJ/mol.
a. Tính nhiệt trung hoà của HF
aq
theo phản ứng: HF
aq
+
-
aq
OH
→
-
aq
F
+ H
2
O
b. Tính nhiệt điện ly của HF trong dung dịch: HF
aq
→
+
aq
H
+
-
aq
F
Biết nhiệt trung hoà của phương trình:
+
aq
H
+
-
aq
OH
→ H
2
O
(l)
là -55,83 kJ/mol
14
Đáp số: a. -64,91 kJ/mol.
b. -9,08 kJ/mol.
Bài 17.
Khi trung hoà 1 mol HCN bằng kiềm mạnh theo phản ứng:
HCN
dd
+ OH
-
dd
→H
2
O + CN
-
dd
người ta thấy giải phóng 12,13 kJ nhiệt. Tính H của phản ứng điện li HCN:
HCN
dd
⇌ H
+
dd
+ CN
-
dd
.
Biết hiệu ứng nhiệt của phản ứng
+
aq
H
+
-
aq
OH
→ H
2
O
(l)
là -57,32kJ.
Đáp số: 45,19 kJ
Bài 18.
Tính H
của phản ứng: C
(gr)
+ H
2
O
(g)
→ H
2(g)
+ CO
(g)
Từ các phản ứng sau: C
(gr)
+ O
2(g)
→ CO
(g)
H
1
= -110,50 kJ
H
2(g)
+ O
2(g)
→ H
2
O
(g)
H
2
= -241,84 kJ
Đáp số: 131,34 kJ
Bài 19.
Xác định nhiệt hình thành 1 mol AlCl
3
dựa vào các phương trình nhiệt hoá học
dưới đây:
Al
2
O
3(s)
+ 3COCl
2(g)
→ 3CO
2(g)
+ 2AlCl
3(s)
(1)
o
1
ΔH
= -232,24 kJ
CO
(g)
+ Cl
2(g)
→ COCl
2(g)
(2)
o
2
ΔH
= -112,40 kJ
2Al
(s)
+
3
2
O
2(g)
→ Al
2
O
3(s)
(3)
o
3
ΔH
= -1668,20 kJ
Biết rằng nhiệt hình thành của CO và CO
2
tương ứng bằng -110,40 và -393,13 kJ/mol.
Đáp số: -694,725 kJ/mol.
Bài 20.
Tính sinh nhiệt chuẩn của As
2
O
3
oxide tinh thể, cho biết:
a) As
2
O
3(s)
+ 3H
2
O
(l)
→ 2H
3
AsO
3(aq)
H
1
= 31,59 kJ
b) AsCl
3(s)
+ 3H
2
O
(l)
→ H
3
AsO
3(aq)
+ 3HCl
(aq)
H
2
= 73,55 kJ
c) As
(s)
+ Cl
2(g)
→ AsCl
3(s)
H
3
= -298,70 kJ
d) HCl
(g)
+ aq → HCl
(aq)
H
4
= -72,43 kJ
e) H
2(g)
+ Cl
2(g)
→ HCl
(g)
H
5
= -93,05 kJ
f) H
2(g)
+ O
2(g)
→ H
2
O
(l)
H
6
= -285,77 kJ
Đáp số: -586,02 kJ/mol.
Bài 21.
a. Khi 1 mol methanol cháy ở 298 K và ở thể tích cố định theo phản ứng:
CH
3
OH
(l)
+ O
2(g)
→ CO
2(g)
+ 2H
2
O
(l)
2
1
2
1
2
3
2
1
2
1
2
1
2
3
15
giải phóng ra một lượng nhiệt là 726,55 kJ. Tính H của phản ứng.
b. Biết sinh nhiệt tiêu chuẩn của H
2
O
(l)
và CO
2(g)
tương ứng bằng -285,85 kJ/mol và
-393,51 kJ/mol. Tính sinh nhiệt tiêu chuẩn của CH
3
OH
(l).
c. Nhiệt bay hơi của CH
3
OH
(l)
là 34,89 kJ/mol. Tính sinh nhiệt tiêu chuẩn của CH
3
OH
(g)
.
Đáp số: a. -727,79 kJ; b. -237,42 kJ/mol; c. -202,53 kJ/mol.
Bài 22.
Tính năng lượng liên kết trong phân tử PCl
3
, từ đó xác định năng lượng liên kết
trung bình của một liên kết P – Cl. Cho biết:
- Năng lượng liên kết của Cl
2
= 239 kJ/mol
- Năng lượng thăng hoa của P = 316,2 kJ/mol
- Nhiệt hình thành của PCl
3(g)
= -287 kJ/mol
Đáp số: 320,56 kJ
Bài 23.
Xác định năng lượng liên kết trung bình của một liên kết C-H trong methane biết
nhiệt hình thành chuẩn
4
o
f CH
ΔH
= -74,8 kJ/mol; nhiệt thăng hoa của than chì bằng 716,7
kJ/mol và năng lượng phân ly phân tử H
2
bằng 436 kJ/mol.
Đáp số: 415,875 kJ/mol.
Bài 24.
Cho 3 As
2
O
3(s)
+ 3O
2(g)
→ 3As
2
O
5(s)
∆H
1
= -812,11 kJ/mol
3 As
2
O
3(s)
+ 2O
3(g)
→ 3As
2
O
5(s)
∆H
2
= -1095,79 kJ/mol
Biết năng lượng phân li của oxygen là 493,71 kJ/mol, năng lượng của liên kết
O-O là 138,07 kJ/mol. Chứng minh rằng phân tử ozone không thể cấu tạo vòng mà phải
có cấu tạo hình chữ V.
Bài 25.
Tính nhiệt tạo thành của diethyl ether lỏng ở 25
o
C theo năng lượng liên kết E
của các liên kết hóa học. Cho biết:
E
H-H
= 431,9 kJ/mol E
O=O
= 439,8 kJ/mol E
C-H
= 357,98 kJ/mol
E
C-C
= 262,3 kJ/mol E
C-O
= 314kJ/mol.
∆H
o
bay hơi của diethyl ether lỏng bằng 26,29 kJ/mol.
∆H thăng hoa của C (graphit) bằng 523 kJ/mol
Đáp số: -287,29 kJ/mol
Bài 26.
Tính năng lượng mạng lưới tinh thể của BaCl
2
, từ hai loại dữ kiện sau:
a. - Sinh nhiệt của BaCl
2
tinh thể: -860,23 kJ/mol.
- Nhiệt phân li của chlorine: 238,49 kJ/mol.
- Nhiệt thăng hoa của Ba kim loại: 192,46 kJ/mol
- Thế ion hóa thứ nhất của Ba: 501,24 kJ/mol.
- Thế ion hóa thứ hai của Ba: 962,32 kJ/mol.
- Ái lực với electron của chlorine: -357,73 kJ/mol.
b. - Nhiệt hòa tan của BaCl
2
: -10,17 kJ/mol.
- Nhiệt hydrate hóa của ion Ba
2+
: -1343,98 kJ/mol.
16
- Nhiệt hydrate hóa của ion Cl
-
: -362,98 kJ/mol.
Đáp số: a. 2039,28 kJ/mol; b. 2059,77 kJ/mol.
Bài 27.
Đối với phản ứng
22
11
N O NO
22
+→
ở 25
o
C và 1 atm có H
o
= 90,37 kJ. Xác
định nhiệt của phản ứng ở 558 K, biết rằng nhiệt dung đẳng áp đối với 1 mol của N
2
,
O
2
, NO lần lượt bằng 29,12; 29,36 và 29,86 J/K.mol.
Đáp số: 90,5312 kJ
Bài 28.
Tính hiệu ứng nhiệt ở nhiệt độ 500 K và áp suất 1 atm của phản ứng:
2H
2
+ CO → CH
3
OH
(g)
Biết: Nhiệt hình thành chuẩn của CO và CH
3
OH
(k)
lần lượt là -110,5; -201,2 kJ/mol;
C
P(H2)
= 27,28 + 3,26.10
-3
T + 0,502.10
5
T
-2
(J/mol.K)
C
P(CO)
= 28,41 + 4,1.10
-3
T – 0,46.10
5
T
-2
(J/mol.K)
C
P(CH3OH k)
= 15,28 + 105,2.10
-3
T – 3,104.10
5
T
-2
(J/mol.K)
Đáp số: -97,75 kJ.
Bài 29.
Tính
o
298
ΔH
đối với các phản ứng sau:
a. 2H
2
S
(g)
+ 3O
2
→ 2H
2
O
(l)
+ 2SO
2
b. 2H
2
S
(g)
+ 3O
2
→ 2H
2
O
(g)
+ 2SO
2
c. 2HN
3(g)
+ 2NO → H
2
O
2(l)
+ 4N
2
Biết:
Chất
H
2
S
H
2
O
(l)
H
2
O
(g)
SO
2
HN
3
NO
H
2
O
2
Nhiệt hình
thành (kJ/mol)
-20,63
-285,83
-241,81
-296,83
294,1
90,25
-187,78
Cũng đối với các phản ứng trên, tính
o
370
ΔH
biết:
Chất
H
2
S
O
2
H
2
O
(l)
H
2
O
(g)
SO
2
HN
3
NO
H
2
O
2
N
2
C
p
[J/mol.K]
34,23
29,35
75,29
33,57
39,87
43,68
29,84
89,1
29,12
Đáp số: a. -1124,06 kJ và -1118,746 kJ;
b. -1036,02 kJ và -1036,713 kJ;
c. -956,48 kJ và -952,265 kJ.
Bài 30.
Đối với phản ứng: 2CO + O
2
→ 2CO
2
. Nhiệt dung đẳng áp của các chất trong
khoảng từ 298 đến 2000 K có dạng chung C
p
= a + bT + cT
-2
. Các hệ số a, b, c của các
chất được cho dưới đây:
Chất a[cal/K.mol] b.10
3
c.10
-5
O
2
7,16 1 -0,40
CO 6,79 0,89 -0,11
CO
2
10,55 2,61 -2,04
Tính
o
2000
ΔH
. Biết
o
298
ΔH
của phản ứng bằng -565,96 kJ.
Đáp số: -547,583 kJ.
17
Bài 2: Nguyên lí II và chiều hướng diễn biến của phản ứng
A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT
1. Nguyên lí II
Nguyên lí II đã thiết lập được rằng đối với quá trình nhiệt động, tỉ số giữa lượng
nhiệt vô cùng nhỏ và nhiệt độ tuyệt đối là một vi phân toàn phần đúng của một hàm số
nào đó, hàm entropy S.
δQ
dS
T
hay
2
1
δQ
S
T

Dấu “=”: quá trình thuận nghịch.
Dấu “>”: quá trình không thuận nghịch.
Hệ cô lập: dS ≥ 0 hay ∆S ≥ 0 → Entropy của hệ chỉ có thể là không đổi (quá
trình thuận nghịch) hoặc là tăng (quá trình không thuận nghịch) chứ không thể giảm.
Trường hợp
Biểu thức
Quá trình đẳng nhiệt
ΔS =
Q ΔH
TT
=
Quá trình đẳng áp
ΔS =
2
1
T
p
T
nC dT
T
p
C = const
⎯⎯⎯⎯→
ΔS = n.C
p
.ln
2
1
T
T
Quá trình đẳng tích
ΔS =
2
1
T
v
T
dT
nC
T
v
C = const
⎯⎯⎯⎯→
ΔS = n.C
v
.ln
2
1
T
T
Quá trình đoạn nhiệt
ΔS =
Q
T
= 0
2. Nguyên lí III
Entropy của một tinh thể hoàn chỉnh của tất cả các đơn chất hay hợp chất đều
bằng không ở không độ tuyệt đối (0 K) tức S
o
= 0.
Entropy tuyệt đối của một chất được tính dựa vào hai biểu thức sau đây:
S – S
o
=
T
TN
0
δQ
T
và S
o
= 0
Ví dụ: Entropy tuyệt đối của hơi nước ở nhiệt độ T > 100
o
C được tính như sau:
S
T
=
273K 373K T
p(nuoc da) p(nuoc long) p(hoi nuoc)
nc
hh
0K 273K 373K
C C C
ΔH
ΔH
dT + + dT + + dT
T 273 T 373 T
Với ΔH
nc
và ΔH
hh
là enthalpy nóng chảy và enthalpy hóa hơi của nước.
Biến thiên entropy của một phản ứng hóa học:
Vì entropy là một hàm trạng thái nên biên thiên entropy Δ
r
S của một phản ứng
hóa học được tính như sau: Δ
r
S = ΣS
(sản phẩm)
- ΣS
(chất phản ứng)
Khi biết entropy mol tiêu chuẩn của các chất phản ứng và các sản phẩm ta tính
được
o
r 298
ΔS
của phản ứng. Với phản ứng: aA + bB → cC + dD
Ta có:
o
r 298
ΔS
= (c.
o
C
S
+ d.
o
D
S
) – (a.
o
A
S
+ b.
o
B
S
)
18
3. Chiều hướng diễn biến của phản ứng hóa học
- Thế đẳng áp – đẳng nhiệt: G = H – TS → dG = dH – TdS – SdT
→ ΔG = ΔH – TΔS
- Thế đẳng tích – đẳng nhiệt: F = U – TS → dF = dU – TdS – SdT
→ ΔF = ΔU – TΔS
- Các hàm G và F được dùng làm tiêu chuẩn đánh giá chiều hướng của quá trình.
Nếu quá trình tự xảy ra T, P = const thì phải kèm theo sự giảm của G tức ΔG =
G
2
– G
1
< 0.
Nếu quá trình tự xảy ra T, V = const thì phải kèm theo sự giảm của F tức ΔF =
F
2
– F
1
< 0.
- Biến thiên enthalpy tự do chuẩn của phản ứng:
Biến thiên enthalpy tự do chuẩn của một phản ứng hoá học bằng tổng enthalpy
tự do sinh tiêu chuẩn của các sản phẩm trừ đi tổng enthalpy tự do sinh tiêu chuẩn của
các chất phản ứng.
o
r
ΔG
= Σ
o
f
ΔG
(sản phẩm)
- Σ
o
f
ΔG
(chất phản ứng)
Xét phản ứng: aA + bB → cC + dD
o
r
ΔG
= [c
o
f
ΔG
(C) + d
o
f
ΔG
(D)] – [a
o
f
ΔG
(A) + b
o
f
ΔG
(B)]
B. BÀI TẬP CÓ LỜI GIẢI
Bài 1.
Hãy tiên đoán dấu của S trong phản ứng sau:
a. CaCO
3(s)
→ CaO
(s)
+ CO
2(g)
b. NH
3(g)
+ HCl
(g)
→ NH
4
Cl
(s)
c. BaO
(s)
+ CO
2(g)
→ BaCO
3(s)
d. C
2
H
4(g)
+ H
2(g)
→ C
2
H
6(g)
Lời giải
Phản ứng
S
Giải thích
a. CaCO
3(s)
→ CaO
(s)
+ CO
2(g)
> 0
Phản ứng có sự tăng số phân tử khí
b. NH
3(g)
+ HCl
(g)
→ NH
4
Cl
(s)
< 0
Phản ứng có sự giảm số phân tử khí
c. BaO
(s)
+ CO
2(g)
→ BaCO
3(s)
< 0
Phản ứng có sự giảm số phân tử khí
d. C
2
H
4(g)
+ H
2(g)
→ C
2
H
6(g)
< 0
Phản ứng có sự giảm số phân tử khí
Bài 2.
o
298
S
của nước là 69,96 (J/mol.K). Nhiệt dung mol đẳng áp của nước là 75,31
(J/mol.K). Xác định S tuyệt đối của nước lỏng ở 0
o
C.
Lời giải
Xét quá trình: H
2
O lỏng: 273 K →
298 K ∆S
22
22
oo
2
H O, 298K H O, 273K p
1
oo
2
H O, 273K H O, 298K p
1
T
S = S S C .ln
T
T
298
S S C .ln 69,96 75,31.ln 63,36 J / mol.K
T 273
− =
→ = − = − =
19
Bài 3.
Trong quá trình nóng chảy của 1 mol nước đá ở 273,15 K dưới áp suất 101,325
kPa thu một nhiệt lượng là 6008,22 J. Xác định sự biến đổi entropy.
Lời giải
Ta có: S =
ΔH
T
=
6008,22
273,15
22 J/mol.K
Bài 4.
Nhiệt dung mol đẳng áp của KBr trong khoảng nhiệt độ từ 290 K tới 923 K được
biểu diễn C
p(KBr)
= 48,367 + 13,891.10
-3
T (J/mol.K). Xác định biến thiên entropy trong
quá trình đun nóng thuận nghịch 1 mol KBr từ T
1
= 298,2 K tới T
2
= 500 K.
Lời giải
2
1
T
500
-3
p
T 298,2
dT 48,367+13,891.10 T
S = C . = dT
TT

3
500
48,367ln 13,891.10 .(500 298,2)
298,2
−
= + −
27,8 J/mol.K=
Bài 5.
a. Giá trị tuyệt đối entropy của lưu huỳnh dạng thoi ở 25
o
C bằng 255,1 J.mol
-1
.K
-1
. Nếu
nhiệt dung không thay đổi theo nhiệt độ, hãy tính entropy của lưu huỳnh dạng thoi ở
95,4
o
C (là nhiệt độ chuyển S
dạng thoi
→ S
dạng đơn tà
). Cho C
p
=181 J.K
-1
.mol
-1
.
b. Biết nhiệt chuyển pha S
dạng thoi
→ S
dạng đơn tà
ở 95,4
o
C là 3 kJ.mol
-1
. Tính ∆S chuyển
pha ở 95,4
o
C. Tính entropy tuyệt đối của S đơn tà ở nhiệt độ này.
Lời giải
a. Lưu huỳnh dạng thoi: 25
o
C →
95,4
o
C
oo
368,4
p
95,4 C 25 C
298
dT 368,4
S S C 255,1 181 ln 293,486 J / mol.K
T 298
= + = + =
b. Xét quá trình: S
dạng thoi
→ S
dạng đơn tà
Q
cp
= 3 kJ/mol
cp
3000
S 8,1433J / mol.K
368,4
= =
Bài 6.
Tính S trong sự trộn 10 gam nước đá ở 0
o
C với 50 gam nước lỏng ở 40
o
C
trong một hệ cô lập. Nhiệt nóng chảy của nước đá là 334,4 J/g; tỷ nhiệt của nước là 4,18
J/K.g.
Lời giải
Gọi x là nhiệt độ cân bằng của hỗn hợp nước đá - nước, ta có khi cân bằng nhiệt:
10.334,4 + 10.4,18.x = 50.4,18(40-x) → x = 20
o
C
20
Biến thiên entropy S
1
của sự chuyển 10 gam nước đá từ 0
o
C thành nước lỏng
ở 20
o
C là:
293
nc
1p
nc
273
ΔH
dT 334,4.10 293
ΔS = + n.C . = +10.4,18.ln =15,20 J/K
T T 273 273
Biến thiên entropy S
2
của sự chuyển 50 gam nước lỏng từ 40
o
C xuống 20
o
C
là:
S
2
= 4,18.50.ln
293
313
= -13,80 J/K
Vậy, biến thiên entropy của quá trình là:
S = S
1
+ S
2
= 15,21 – 13,80 = 1,41 J/K
Bài 7.
Tính biến thiên entropy:
a. Khi làm đông đặc 1 mol Hg biết nhiệt độ nóng chảy của Hg là -39
o
C và enthalpy
nóng chảy là 2,295 kJ/mol.
b. Khi hoá hơi ether ở áp suất khí quyển, nhiệt độ sôi của ether là 35
o
C và enthalpy hoá
hơi là 27,17 kJ/mol.
c. Quá trình đông đặc của 1 mol nước chậm đông ở -10
o
C. Biết nhiệt nóng chảy của
nước đá là 6,026 kJ/mol; nhiệt dung của nước đá là 2,09 J/g.K; nhiệt dung của nước
lỏng là 4,184 J/g.K.
Lời giải
a. Khi làm đông đặc 1 mol Hg:
Δ
Δ
H 2295
S = =- = -9,81 J/K
T -39+273
b. Khi hóa hơi 1 mol ether:
Δ
Δ
hh
hh
H
27170
S = = = 88,21 J/K
T 35 + 273
c. Quá trình đông đặc của 1 mol nước chậm đông ở -10
o
C = 263K có thể tách thành 3
quá trình:
(lỏng, 263 K)
1
S
⎯⎯→
(lỏng, 273 K)
2
S
⎯⎯→
(rắn, 273 K)
3
S
⎯⎯→
(rắn, 263 K)
Trong đó ∆S
1
= 18.4,184.ln
273
263
= 2,81 J/K
∆S
2
=
6026
273
−
= - 22,07 J/K
∆S
3
= 18.2,09.ln
263
273
= -1,40 J/K
∆S = ∆S
1
+ ∆S
2
+ ∆S
3
= -20,66 J/K
Bài 8.
Tính
o
r 298
S
của phản ứng SO
2(g)
+
1
2
O
2(g)
→ SO
3(g)
Cho biết
o
298
S
(J/K.mol) của O
2(g)
= 205,03; SO
2(g)
= 248,53; SO
3(g)
= 256,23
Lời giải

Tài liệu khác của Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Preview text:


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
Đăng Thị Thu Huyền (chủ biên)
– Nguyễn Thế Duyến – Hoàng Quang Bắc BÀI TẬP
HÓA HỌC ĐẠI CƯƠNG 2
HÀ NỘI – NĂM 2025 1
CHƯƠNG 1: CỞ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC
Bài 1: Nguyên lí I của nhiệt động học A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1. Công và nhiệt
Công do hệ thực hiện cho bên ngoài được xác định bằng phương trình:
δA = - Pe. dV hay A = - Pe. ∆V
(với Pe là áp suất ngoài; dV, ∆V là biến thiên thể tích)
Đối với những biến đổi vô cùng chậm, có thể xem Pe = P với P là áp suất của hệ, 2
do đó công giãn nở thể tích sẽ là: δA = - P.dV và công giãn nở toàn phần: A = − P.dV  1
+ Quá trình đẳng tích V = const → dV = 0 → Av = 0
+ Quá trình đẳng áp P = const → Ap = - P.(V2 – V1) = - P.ΔV
Đối với hệ đồng thể của khí lí tưởng, sự biến thiên thể tích ở 2 trạng thái (1) và (2) là
do sự biến thiên số mol ở 2 trạng thái đó nên: Ap = - Δn.R.T
+ Quá trình đẳng nhiệt (T = const) đối với 1 mol khí lí tưởng: 2 2 dV V A 2 T = − P.dV  = −RT = −RTln  V V 1 1 1
Ở T = const, thể tích của khí lí tưởng tỉ lệ nghịch với áp suất nên V P 2 1 A = −RTln = −RTln T V P 1 2
Nhiệt: Nhiệt Q là sự truyền năng lượng vi mô không định hướng. Quy ước dấu của công và nhiệt:
+ A > 0, Q > 0: Hệ nhận công và nhận nhiệt từ bên ngoài.
+ A < 0, Q < 0: Hệ sinh công và tỏa nhiệt cho bên ngoài.
Công và nhiệt là các hàm quá trình, phụ thuộc vào cách tiến hành quá trình.
Công và nhiệt có thứ nguyên giống năng lượng: J, calo, erg, eV, atm.l, … 2. Nhiệt dung
Nhiệt dung là lượng nhiệt một vật hoặc một khối chất thu vào hay tỏa ra để tăng δQ
hoặc giảm 1K (hoặc 1oC). Nhiệt dung được xác định theo biểu thức: C = dT δQ δQ
Trong điều kiện đẳng áp, đẳng tích ta có: Cp = p và Cv = v . Trong đó δQ, dT dT
δQp, δQv là nhiệt lượng trao đổi vi phân và dT là biến thiên vi phân của nhiệt độ T.
3. Nội dung nguyên lí I
Đối với mọi hệ nhiệt động đều tồn tại một hàm trạng thái, được gọi là nội năng
U, mà trong quá trình biến đổi hệ từ trạng thái (1) sang trạng thái (2), biến thiên nội
năng ΔU bằng tổng nhiệt Q và công A hệ trao đổi với môi trường ngoài.
4. Các biểu thức của nguyên lí I
Quá trình vĩ mô: ΔU = Q + A
Quá trình vi phân: dU = δQ + δA 2
Các trường hợp áp dụng: STT Trường hợp Biểu thức
1. Biến đổi đoạn nhiệt Q = 0 → ΔU = A
2. Biến đổi đẳng tích A = 0 → ΔU = Q
3. Giãn nở vào chân không Q = 0, A = 0 → ΔU = 0
4. Hệ thực hiện chu trình ΔU = 0 → Q + A = 0 5. Hệ cô lập Q = 0, A = 0 → ΔU = 0 6. Khí lý tưởng:
- điều kiện đẳng tích: T2
AV = 0 → Qv = ΔU = n.C .dT = n.C (T − T )  v v 2 1 T1 - điều kiện đẳng áp:
dU = δQ + δA = δQ - PdV → dU + PdV = δQp hay d(U + PV) = δQp
Đặt U + PV = H với H là hàm Enthalpy dH = δQp = n.Cp.dT T2 → ΔH = Qp = n.C .dT  = n.C p p.(T2 – T1) T1
- điều kiện đẳng nhiệt:
ΔUT = ΔHT = 0 → QT + AT = 0
5. Nhiệt của phản ứng hóa học
- Hiệu ứng nhiệt của một phản ứng hóa học trong một quá trình bằng nhiệt sinh
ra trong quá trình đó trừ đi công mà quá trình đó thực hiện được.
Quá trình đẳng tích: Qv = ΔUv.
Quá trình đẳng áp: Qp = ΔHp.
- Định luật Hess: Hiệu ứng nhiệt của một phản ứng hóa học ở áp suất không đổi
không phụ thuộc vào các giai đoạn trung gian của phản ứng mà chỉ phụ thuộc vào trạng
thái đầu và cuối của phản ứng.
- Phương pháp tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học: STT Phương pháp Biểu thức 1 Dựa vào sinh nhiệt o o o Δ H =  H − H r f sp f tg 2 Dựa vào thiêu nhiệt o o o Δ H =  H − H r b tg b sp 3
Dựa vào năng lượng liên kết hóa học o  H = E − E r tg sp
- Sự phụ thuộc của hiệu ứng nhiệt phản ứng vào nhiệt độ - Định luật Kirchhoff: T2 H  = H  + ΔC dT = H + ΔC .(T -T )  T T p T p 2 1 2 1 1 T1
B. BÀI TẬP CÓ LỜI GIẢI Bài 1.
Giãn nở đẳng nhiệt 0,850 mol khí lý tưởng từ áp suất 15 atm và nhiệt độ 300 K
tới áp suất 1 atm. Tính công giãn nở: a. Trong chân không.
b. Khi áp suất ngoài không đổi 1 atm. 3
c. Khi quá trình là thuận nghịch. Lời giải
a. Khi giãn nở trong chân không.
Pe = 0 → A = - Pe. ∆V = 0 (J)
b. Khi áp suất ngoài không đổi là 1 atm. nRT nRT 1 1
A = - Pe. ∆V = - Pe. (V2 – V1) = −P ( - ) = -nRTP ( − ) e e P P P P 2 1 2 1 1 1 = - 0,85.8,314.300.1.( − )= -1978,732 J 1 15
c. Khi quá trình là thuận nghịch đẳng nhiệt. V P 15 2 1 A = −RTln = −RTln = − 0,85.8,314.300.ln = 5 − 741,256 J T V P 1 1 2 Bài 2.
3 gam carbon được đốt cháy thành CO2 trong một nhiệt lượng kế bằng đồng.
Khối lượng của nhiệt lượng kế là 1500 gam và khối lượng của nước trong nhiệt lượng
kế là 2000 gam. Nhiệt độ ban đầu là 20 oC, còn nhiệt độ cuối cùng là 31,1 oC. Tính thiêu
nhiệt của carbon (bằng J/g, lượng nhiệt tỏa ra khi đốt cháy 1 gam carbon), biết nhiệt
dung riêng của đồng là 0,389 J/g. K, của nước là 4,184 J/g.K. Lời giải
Thiêu nhiệt của carbon là (1500.0,389 + 2000.4,184).11,1 = 33120,55 J/g 3 Bài 3.
n-butane có nhiệt dung mol Cp = 19,5 + 0,23.10-3.T (J/K.mol). Hãy tính nhiệt
đẳng áp cần thiết để đưa 1 mol n-butane từ 27 oC lên 127 oC dưới áp suất 1 atm. Lời giải
Nhiệt đẳng áp cần dùng là 400 -3 Q = n.Cp.dT = (19,5 + 0,23.10 T)dT   p 300 3 0, 23.10− 2 2 = 19,5.(400 - 300) + .(400 − 300 ) 2 = 1958,05 J Bài 4.
100 gam N2 ở 0 oC; 1 atm. Biết Cv = 5 cal/mol.K. Hãy tính Q, U, A khi:
a. Giãn đẳng nhiệt tới thể tích 200 lít.
b. Tăng áp suất tới 1,5 atm khi thể tích không đổi.
c. Giãn đẳng áp tới thể tích gấp đôi. Lời giải 4
a. Giãn đẳng nhiệt tới thể tích 200 lít.
Quá trình đẳng nhiệt nên HT = 0 và UT = 0 → Q + A = 0 V 100
mà AT = -nRT.ln 2 với V2 = 200 lít; V1 = .22,4 = 80 lít V 28 1 100 200 AT = - .8,314.273.ln = - 7427,59 (J) 28 80 QT = 7427,59 (J)
b. Tăng áp suất tới 1,5 atm khi Vconst.
Quá trình đẳng tích nên AV = 0 U = Qv = n.CV.(T2 - T1) Ở P P P .T 1,5.273
điều kiện đẳng tích 1 2 2 1 = → T = = =409,5 K 2 T T P 1 1 2 1 100 nên U = QV =
.5.4,18.(409,5 - 273) = 10188,75 J 28 100
∆H = n.Cp.(T2 – T1) = n. (Cv + 2).(T2 – T1) =
.7.4,18.(409,5 – 273) = 14264,25 J 28
c. Giãn đẳng áp tới thể tích gấp đôi QP = H = n.CP.(T2 - T1) V V V .T Vì 1 2 = nên 2 1 T = = 273.2 = 546 K T T 2 V 1 2 1
CP = CV + R = 5 + 2 = 7 (cal.K-1.mol-1) 100 nên QP =
. 7. 4,18. (546 - 273) = 28528,5 J 28
AP = - P.(V2 - V1) = - 1.(160-80).101,325 = -8106 J 100 = - nR(T2 - T1) = -
.8,314. (546 - 273) = - 8106,15 J 28
U = Q + A = 28528,5 - 8106,15 = 20422,35 J Bài 5.
Tính biến thiên nội năng khi làm bay hơi 10 gam H2O ở 20 oC ở áp suất không
đổi. Chấp nhận hơi nước như khí lý tưởng và bỏ qua thể tích nước lỏng. Nhiệt bay hơi
của nước ở 20oC là 2451,824 J/g. Lời giải
Thể tích của 10 gam hơi nước ở 20 oC, 1 atm là: nRT mRT 10.0,082.293 V= = = = 13,35 L P M.P 18.1
Công giãn nở hơi nước: Ap = -P.V = -P.(Vhơi - Vlỏng)  -P.Vhơi
= -1.13,35.101,325 = -1352,689 J
Nhiệt cần cung cấp cho quá trình là: Q = 2451,824.10 = 24518,24 J
Biến thiên nội năng khi làm bay hơi 10 gam nước:
U = Q + A = 24518,24 + (-1352,689) = 23165,551 J 5 Bài 6.
Tính U và H trong quá trình đun nóng 55,4 gam Xe từ 300 K đến 400 K, biết
rằng đối với 1 mol khí Xe Cv = 12,47 J/K.mol. Lời giải  55,4 U = Qv = n.Cv. T =
.12, 47.(400 − 300) = 526,15 J 131, 3  55,4 H = QP = n.CP. T =
.(12, 47 + 8, 314).(400 − 300) = 876, 95 J 131, 3 Bài 7.
1 mol nước đá nóng chảy ở 0 oC, 1 atm hấp thụ một nhiệt lượng bằng 6019,2 J.
Thể tích mol của nước đá và của nước lỏng bằng 0,0196 và 0,0180 lít. Tính H và U
đối với quá trình này. Lời giải H = Qp = 6019,2 J
U = ∆H – P.∆V = ∆H – P.(Vlỏng – Vrắn)
= 6019,2 – 1.(0,018 – 0,0196).101,325 = 6019,36 J Bài 8.
Tính ∆Ho (kJ) cho phản ứng: C6H12O6(s) → 2CO2(g) + 2C2H5OH(l). Biết
6C(s) + 3O2(g) + 6H2(g) → C6H12O6(s); o  H = -1260 kJ r 1 1
2C(s ) + 3H2(g) +
O2(g) → C2H5OH(l); o  H = -277,7 kJ 2 r 2
C(s) + O2(g) → CO2(g) ; o  H = -393,5 kJ r 3 Lời giải o Δ H o o o o o o = 2.Δ H + 2.Δ H - Δ H
=2.Δ H + 2.Δ H - Δ H = -82,4 kJ/mol r f CO2 f C2H5OH f C6 12 H O6 r 3 r 2 r 1 Bài 9.
Đốt cháy 1 mol benzene lỏng ở 25 oC, 1 atm để tạo ra khí CO2 và H2O(l), toả ra
một nhiệt lượng bằng 3267 kJ. Xác định nhiệt hình thành của benzene lỏng ở điều kiện
đã cho về nhiệt độ và áp suất, biết rằng nhiệt hình thành chuẩn của CO2, H2O(l) tương
ứng bằng -393,5 và -285,8 kJ/mol. Lời giải 15
Xét phản ứng: C6H6(l) +
O2(g) → 6CO2(g) + 3H2O(l) 2 o o o o Δ H = 6. H + 3. H −  H r f CO2 f H 2O f C6H6
Hay -3267 = 6.(-393,5) + 3.(-285,8) - o  H → o  H = 48,6 kJ/mol f C6H6 f C6H6 Bài 10. 6
Tính ∆rHo cho phản ứng: CH4(g) + 3Cl2(g) → 3HCl(g) + CHCl3(g). Biết năng lượng
liên kết E (kJ/mol) của các liên kết như sau E(C-H) = 418; E(Cl-Cl) = 243; E(Cl-H) = 431,8; E(C-Cl) = 330. Lời giải Ta có: ∆rHo = (4E + 3E ) - (3E + 3E + E ) C-H Cl-Cl H-Cl C-Cl C-H = 3E + 3E - 3E - 3E C-H Cl-Cl H-Cl C-Cl
= 3.418 + 3.243 - 3.431,8 - 3.330 = -302,4 kJ Bài 11.
Tính nhiệt hình thành của ethane biết: Cgr + O2 → CO2 o  H = -393,5 kJ r 1 1 H2 + O2 → H2O(l) o  H = -285,8 kJ 2 r 2
2C2H6 + 7O2 → 4CO2 + 6H2O(l) o  H = -3119,6 kJ r 3 Lời giải Xét phản ứng (3): o o o o Δ H = 4.Δ H + 6.Δ H − 2.Δ H r 3 f CO2 f H2O(l) f C2H6
Thay số: -3119,6 = 4. (-393,5) + 6. (-285,8) - o 2.Δ H → o Δ H = -84,6 kJ/mol f C2H6 f C2H6 Bài 12.
Cho các số liệu nhiệt động của một số phản ứng sau ở 298K.
2NH3 + 3N2O ⇌ 4N2 + 3H2O(l) o  H = -1011 kJ r 1
N2O + 3H2 ⇌ N2H4 + H2O(l) o  H = -317 kJ r 2 1 2NH3 + O2 ⇌ N2H4 + H2O(l) o  H = -143 kJ 2 r 3 1 H  2 + O2 ⇌ H2O(l) o H = -286 kJ 2 r 4
Hãy tính nhiệt tạo thành của N2H4, N2O và NH3. Lời giải Gọi o o o Δ H = x; Δ H = y; Δ H = z f N H f N O f NH 2 4 2 3 o
Δ H = -3.286 - 2z - 3y = -1011 r 1  Ta có o Δ H = x - 286 - y = -317 r 2  o Δ H = x - 286 - 2z = -143  r 3 o Δ H = x = 50,75 kJ/mol; f N H 2 4 Giải hệ ta được o Δ H = y = 81,75 kJ/mol; f N O 2 o Δ H = z = -46,125 kJ/mol. f NH3 Bài 13. 7
Một hỗn hợp gồm COCl2 (khí) và Al2O3 (rắn) tác dụng theo phương trình
3COCl2(g) + Al2O3(s) → 3CO2(g) + 2AlCl3(s) o  H = -55,56 kcal r 1
Tính nhiệt tạo thành của AlCl3(r) biết:
CO(g) + Cl2(g) → COCl2(g); o  H = -26,89 kcal r 2 3 2Al(s) +
O2(g) → Al2O3(s); o  H = -399,09 kcal 2 r 3 C 
graphite + O2(g) → CO2(k); o H = -94,05 kcal r 4 1 C  graphite +
O2(g) → CO(g); o H = -26,41 kcal 2 r 5 Lời giải Theo (2) o o o o Δ H = Δ H - Δ H → Δ H = -26,89 - 26,41 = -53,3 kcal r 2 f COCl f CO f COCl 2 2 Theo (1) o o o o o  H = 3. H + 2. H −  H − 3. H r 1 f CO f AlCl f Al O f COCl 2 3(r) 2 3 2 Thay số, ta được: o 5 − 5,56 = 3 − .94,05 + 2. H + 399,09 + 3.53,3 f AlCl3(r) o →  H = 1 − 66,2 kcal/mol f AlCl3(r) Bài 14.
Tính năng lượng liên kết O-H trong phân tử nước biết các dữ kiện:
H2O(l) → H2O(g); H1 = 40,6 kJ (1)
2H(g) → H2(g); H2 = -435 kJ (2)
O2(g) → 2O(g); H3 = 489,6 kJ (3)
2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l); H4 = -571,6 kJ (4) Lời giải Xét sơ đồ: H 2H ⎯⎯⎯ 4 → 2(g) + O2(g) 2H2O(l) -2∆H2 ∆H3 2∆H1 4E 4H O− ⎯⎯ H⎯ (g) + 2O(g) 2H2O(g)
Theo ĐL Hess, ta có: ∆H4 + 2∆H1 + 4EO-H = -2∆H2 + ∆H3 → EO-H = 462,5 kJ/mol Bài 15.
Tính năng lượng liên kết trung bình C – H và C – C 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 hydrogen = -241,5 kJ/mol
- Nhiệt đốt cháy than chì = -393,4 kJ/mol
- Nhiệt thăng hơi than chì = 715 kJ/mol
- Năng lượng liên kết H–H = 431,5 kJ/mol
Các kết quả đều đo được ở 298 K và 1 atm. Lời giải 8 C → (s) + 2H2(g) CH4(g) C(g) + 4H(g) o o o o H  = H  + 2. H  − H  = 7 − 4,7 kJ ht,CH tn,C tn,H tn,CH 4 2 4 Mặt khác, ta có o o H  + 4.E = H  + 2.E → E = 413,175 kJ/mol ht,CH C-H th,C H-H C-H 4 2C → (s) + 3H2(g) C2H6(g) 2C(g) + 6H(g) o o o o ΔH =2.ΔH +3.ΔH -ΔH =-98,6kJ ht,C H tn,C tn,H tn,C H 2 6 2 2 6 Mặt khác, ta có o o H  + 6.E + E = 2. H  + 3.E → E = 344,05 kJ/mol ht,C H C-H C-C th,C H-H C-C 2 6 Bài 16.
a. Tính nhiệt tạo thành chuẩn của khí CO từ những dữ kiện thực nghiệm sau:
C(s) + O2(g) → CO2(g); o ΔH = -94,05 kcal 1
2CO(g) + O2(g) → 2CO2(g); o ΔH = -135,28 kcal 2
b. Kết quả này có phù hợp với CTCT của CO nếu giả thiết là C=O không? Vì
sao? Cho biết nhiệt thăng hoa của than chì là 170 kcal/mol, năng lượng liên kết trong
phân tử O2 là 118 kcal/mol và năng lượng liên kết C=O trong CO2 là 168 kcal/mol. Lời giải
a. Lấy (1)-(2) × 0,5 ta được phản ứng 1 o ΔH C + O → CO có o o 2 ΔH = ΔH − = − 26,41 kcal/mol (s) 2(g ) (g ) 2 ht,CO 1 2 1 b. Xét sơ đồ: C → (s) + O2(g) CO(g) 2 C(g) + O(g) E
Theo định luật Hess, ta có o O=O ΔH + H  = ΔH + ht,CO pl,CO th,C 2
→ ∆Hpl, CO = 255,41 kcal/mol > EC=O = 168 kcal/mol
Vậy, CTCT của CO là C=O là không đúng. Bài 17.
Căn cứ vào các số liệu dưới đây hãy xây dựng chu trình Born – Haber cho phân
tử CaCl2 và xác đinh năng lượng mạng lưới ion theo chu trình đã thiết lập. Biết:
- Enthalpy thăng hoa Ca(s) → Ca(g) là 192 kJ.
- Năng lượng ion hóa thứ nhất và thứ hai của Ca là 18,12 eV.
- Ái lực của electron của Cl là -3,78 eV. 9
- Năng lượng phân li liên kết của Cl2 là 242 kJ/mol.
- Nhiệt hình thành CaCl2 là -402 kJ/mol.
- NA = 6,02.1023mol-1; 1 eV =1,6.10-19 J. Lời giải
Ca(s) + Cl2(g) → CaCl2(s) Ca(g) 2 Cl(g) 2+ Ca Cl (g ) + 2 - (g ) Ta có: o o H  + U = ΔH + E + I + I + 2A ht tt th Cl-Cl 1 2 e
→ U = + 402 +192 + 242 + (18,12 − 2.3,78) 22 − 23
. 1, 6. 10 . 6, 02. 10 = 1853,14 kJ tt Bài 18.
Dựa vào các số liệu cho dưới đây đối với tinh thể ion LiCl, hãy xác định năng
lượng mạng lưới ion theo chu trình Born-Haber. Biết:
- Enthalpy thăng hoa Li(s) → Li(g) là 159 kJ/mol;
- Năng lượng ion hóa của Li là 5,4 eV;
- Ái lực với e của Cl là -3,83 eV;
- Năng lượng phân li của liên kết Cl2 là 242 kJ/mol;
- Nhiệt hình thành LiCl là -402 kJ/mol.
Cho NA= 6,02.1023 mol-1; 1 eV = 1,6. 10-19 J. Lời giải 1 Li(s) + Cl2(g) → LiCl(r) 2 Li(g) Cl(g) + Li + - Cl (g ) (g ) 1 o H  + U = H  + .E + I + A ht tt th Cl-Cl 1 E 2 242 → U = 402 + 159 + + (5,4 − 3,83) 19 − 23 3
. 1, 602. 10 . 6, 02. 10 . 10− = 833, 4 kJ / mol tt 2 Bài 19.
Cho hiệu ứng nhiệt của CaCO3 → CaO + CO2 ở 727 oC là QP = 177900,8 J. Tính
QP của phản ứng ở 1227 oC. Biết: CP(CaO) = 49,63 + 4,52.10-3T (J/mol.K) 10
CP(CO2) = 44,14 + 9,04.10-3T (J/mol.K)
CP(CaCO3) = 104,5 + 21,92.10-3T (J/mol.K) Lời giải
Ta có: ∆CP, phản ứng = CP(CaO) + CP(CO2) – CP(CaCO3) = -10,73 - 8,36. 10-3T 1500 1500 3 − ΔH 8, 36.10 -3 2 1500K - ΔH1000K = (-10,73 - 8,36.10 T)dT = ( 10 − ,73T- T )  2 1000 1000
→ QP, 1500K = 177900,8 -10,73.(1500 - 1000) – 4,18.10-3.(15002 – 10002) = 167310,8 J Bài 20. 1 Tính o Δ H
đối với phản ứng CO + O r 473K
2 → CO2 biết ở 298K nhiệt hình thành 2
chuẩn của CO và CO2 là -110,5 và -393,5 kJ/mol và Cp(CO) = 26,53 + 7,7.10-3T
(J/K.mol); Cp (CO2) = 26,78 + 42,26.10-3T (J/K.mol); Cp (O2) = 25,52 + 13,60.10-3T (J/K.mol). Lời giải Ta có: o Δ H = -283 kJ r 3 Δ C 12,51 27,76.10− = − + T (J/K) r p
Áp dụng định luật Kirchhoff: 473 473 3 27, 76.10− o o -3 o 2 H  = H  + (-12,51 + 27,76.10 T)dT = H  + ( 12 − ,51.T + T )  473 298 298 2 298 298 = -283316,5 J
C. BÀI TẬP CHƯA CÓ LỜI GIẢI Bài 1.
Trộn 50 mL dung dịch HCl 0,20 M với 50 mL dung dịch NaOH 0,20 M trong
một nhiệt lượng kế, nhiệt độ tăng từ 22,2 oC lên 23,5 oC. Xác định nhiệt trung hoà (tính
ra kJ/mol) theo phản ứng: H3O+ + OH- → 2H2O. Cho biết tỷ trọng của hỗn hợp dung
dịch loãng là 1 g/mL và nhiệt dung riêng của nước là 4,18 J/g.K.
Đáp số: 54,34 kJ/mol. Bài 2.
Một nồi hơi bằng thép có khối lượng là 900 kg. Nồi hơi chứa 400 kg nước. Giả
sử hiệu suất sử dụng nhiệt của nồi hơi là 70%. Cần bao nhiêu nhiệt lượng để nâng nhiệt
độ của nồi hơi từ 10 oC lên 100 oC nếu nhiệt dung của thép là 0,46 kJ/kg. K và nước là 4,18 kJ/kg.K. Đáp số: 268200 kJ. Bài 3.
1 mol khí nitrogen đựng trong một bình thể tích không đổi. Biết rằng nhiệt dung
đẳng áp của nitrogen Cp = 27,314 + 5,2.10-3.T (J/K.mol). Hãy tính nhiệt cần cung cấp
để đưa khối khí đó từ 27 oC lên 227 oC.
Đáp số: QV = 4216 J. 11 Bài 4.
Đối với hơi nước Cp = 36,8 -7,9.10-3.T + 9,2.10-6T2 (J/K.mol). Tính nhiệt lượng
cần thiết để đưa 5 mol hơi nước từ 100 oC lên 200 oC trong điều kiện áp suất không đổi.
Đáp số: QP = 17556 J. Bài 5.
Một khí lý tưởng nào đó có nhiệt dung mol đẳng tích ở mọi nhiệt độ Cv = 2,5R
(R là hằng số khí). Tính Q, A, U và H khi 1 mol khí này thực hiện các quá trình sau đây:
a. Giãn nở thuận nghịch đẳng áp từ (1 atm; 20 dm3) đến (1 atm; 40 dm3).
b. Biến đổi thuận nghịch đẳng tích từ trạng thái (1 atm; 40 dm3) đến (0,5 atm; 40 dm3).
c. Nén thuận nghịch đẳng nhiệt từ (0,5 atm; 40 dm3) đến (1 atm; 20 dm3).
d. Hãy phác hoạ mỗi quá trình trên cùng một giản đồ P – V rồi tính Q, A, U và H cho chu trình này.
Đáp số: a. A = -2026,5 J; Q = 7092,75 J; U = 5066,25 J; H = 7092,75 J.
b. A = 0; Q = -5066,25 J; U = -5066,25 J; H = -7092,75 J.
c. A = 1404,66 J; Q = -1404,66 J; U = 0; H = 0.
d. A = -621,84 J; Q = 621,84 J; U = 0; H = 0. Bài 6.
Tính Q, A, U trong quá trình nén đẳng nhiệt, thuận nghịch 3 mol khí He từ 1 atm đến 5 atm ở 400 K.
Đáp số: U = 0; A = 16057,04 J; Q = -16057,04 J. Bài 7.
Nhiệt dung đẳng áp của 1 mol đồng được cho bởi phương trình Cp = 22,65 +
6,3.10-3T (J/K). Tính H khi đốt nóng 1 mol đồng từ 300 K đến 400 K.
Đáp số: ∆H = 2485,5 J. Bài 8.
Khi 1 mol nước hoá hơi ở điểm sôi, ở áp suất cố định là 101325 Pa, nó hấp thụ
một lượng nhiệt là 40,58 kJ. Sự thay đổi thể tích khi chuyển từ thể lỏng sang thể hơi sinh ra một công.
a. Nếu thể tích mol của nước lỏng là 0,019 lít ở 373K và nếu hơi nước là một khí lí
tưởng thì công sinh ra là bao nhiêu?
b. Tính ∆U và ∆H của quá trình chuyển hoá này.
Đáp số: a. A = -3097,2 J.
b. ∆H = 40,58 kJ; ∆U = 37,4828 kJ. Bài 9.
So sánh sự khác nhau giữa H và U đối với các biến đổi vật lý sau đây:
a. 1 mol nước đá → 1 mol nước lỏng ở 273 K và 1 atm.
b. 1 mol nước lỏng → 1 mol hơi nước ở 373 K và 1 atm. Cho biết ở 273 K, thể
tích mol của nước đá và nước lỏng bằng 0,0196 L/mol và 0,0180 L/mol; ở 373K thể
tích mol của nước lỏng và hơi nước tương ứng bằng 0,0188 L/mol và 30,61 L/mol.
Đáp số: a. -0,16212 J; b. 3099,65 J. 12 Bài 10.
Đối với phản ứng: MgCO3(r) → MgO(r) + CO2(k) ∆Ho = 108,784 kJ
Thể tích mol của MgCO3 là 0,028 lít và của MgO là 0,011 lít. Hãy xác định ∆U của phản ứng.
Đáp số: 106,31 kJ/mol. Bài 11.
Xác định nhiệt đốt cháy chuẩn o ΔH của methane: CH 298
4 + 2O2 → CO2 + 2H2O(g)
Biết năng lượng liên kết trung bình của liên kết: C – H; O = O; C = O; O – H 414 kJ/mol 498,8 724 460
Đáp số: -634,4 kJ/mol. Bài 12.
Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng: C2H4(g) + H2(g) → C2H6(g)
Cho biết: EH–H = 435,14 kJ/mol. EC=C = 615,05 kJ/mol. EC–C = 347,27 kJ/mol. EC–H = 414,22 kJ/mol.
Đáp số: -125,52 kJ/mol. Bài 13.
Tính nhiệt của phản ứng quy về kg nhôm đối với phản ứng: 2Al + Fe2O3 → 2Fe + Al2O3. Cho biết o ΔH = -1667,82 kJ/mol và o ΔH = -819,28 kJ/mol. ht,Al2O3 ht,Fe2O3
Đáp số: -15713,7 kJ/kg Al. Bài 14.
Tính lượng nhiệt toả ra ở 25 oC trong sự hình thành 32 gam Fe2O3 từ các nguyên
tố ở điều kiện đẳng tích, biết rằng trong sự hình thành FeO H = -268,77 kJ/mol và sự
oxi hoá FeO thành Fe2O3 toả ra 2027,30 J đối với 1 gam FeO ở điều kiện đẳng áp; những
nhiệt lượng này đều được xác định ở 25 oC.
Đáp số: 165,1508 kJ. Bài 15.
Khi trung hoà 1 mol acid mạnh bằng 1 base mạnh trong dung dịch loãng, H =
-57,32 kJ. Enthalpy tạo thành nước lỏng là -285,81 kJ/mol, enthalpy tạo thành + H aq
bằng 0,00 kJ/mol. Xác định enthalpy tạo thành - OH . aq
Đáp số: -228,49 kJ/mol. Bài 16. - -
Nhiệt hình thành trong dung dịch nước ở 25 oC của HFaq; OH ; F lần lượt aq aq
bằng -320,1 kJ/mol; -229,94 kJ/mol và -329,11 kJ/mol. Nhiệt hình thành ở 25 oC của
H2O lỏng bằng -285,84 kJ/mol.
a. Tính nhiệt trung hoà của HFaq theo phản ứng: HFaq + - OH → - F + H aq aq 2O
b. Tính nhiệt điện ly của HF trong dung dịch: HFaq → + H + - F aq aq
Biết nhiệt trung hoà của phương trình: + H + - OH → H aq aq
2O(l) là -55,83 kJ/mol 13
Đáp số: a. -64,91 kJ/mol. b. -9,08 kJ/mol. Bài 17.
Khi trung hoà 1 mol HCN bằng kiềm mạnh theo phản ứng: HCNdd + OH-dd →H2O + CN-dd
người ta thấy giải phóng 12,13 kJ nhiệt. Tính H của phản ứng điện li HCN: HCNdd ⇌ H+dd + CN-dd.
Biết hiệu ứng nhiệt của phản ứng + H + - OH → H aq aq 2O(l) là -57,32kJ. Đáp số: 45,19 kJ Bài 18.
Tính H của phản ứng: C(gr) + H2O(g) → H2(g) + CO(g) 1
Từ các phản ứng sau: C(gr) +
O2(g) → CO(g) H1 = -110,50 kJ 2 1 H2(g) +
O2(g) → H2O(g) H2 = -241,84 kJ 2 Đáp số: 131,34 kJ Bài 19.
Xác định nhiệt hình thành 1 mol AlCl3 dựa vào các phương trình nhiệt hoá học dưới đây:
Al2O3(s) + 3COCl2(g) → 3CO2(g) + 2AlCl3(s) (1) o ΔH = -232,24 kJ 1
CO(g) + Cl2(g) → COCl2(g) (2) o ΔH = -112,40 kJ 2 3 2Al(s) +
O2(g) → Al2O3(s) (3) o ΔH = -1668,20 kJ 2 3
Biết rằng nhiệt hình thành của CO và CO2 tương ứng bằng -110,40 và -393,13 kJ/mol.
Đáp số: -694,725 kJ/mol. Bài 20.
Tính sinh nhiệt chuẩn của As2O3 oxide tinh thể, cho biết:
a) As2O3(s) + 3H2O(l) → 2H3AsO3(aq) H1 = 31,59 kJ
b) AsCl3(s) + 3H2O(l) → H3AsO3(aq) + 3HCl(aq) H2 = 73,55 kJ 3 c) As(s) +
Cl2(g) → AsCl3(s) H3 = -298,70 kJ 2
d) HCl(g) + aq → HCl(aq) H4 = -72,43 kJ 1 1 e) H2(g) +
Cl2(g) → HCl(g) H5 = -93,05 kJ 2 2 1 f) H2(g) +
O2(g) → H2O(l) H6 = -285,77 kJ 2
Đáp số: -586,02 kJ/mol. Bài 21.
a. Khi 1 mol methanol cháy ở 298 K và ở thể tích cố định theo phản ứng: 3 CH3OH(l) +
O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) 2 14
giải phóng ra một lượng nhiệt là 726,55 kJ. Tính H của phản ứng.
b. Biết sinh nhiệt tiêu chuẩn của H2O(l) và CO2(g) tương ứng bằng -285,85 kJ/mol và
-393,51 kJ/mol. Tính sinh nhiệt tiêu chuẩn của CH3OH(l).
c. Nhiệt bay hơi của CH3OH(l) là 34,89 kJ/mol. Tính sinh nhiệt tiêu chuẩn của CH3OH(g).
Đáp số: a. -727,79 kJ; b. -237,42 kJ/mol; c. -202,53 kJ/mol. Bài 22.
Tính năng lượng liên kết trong phân tử PCl3, từ đó xác định năng lượng liên kết
trung bình của một liên kết P – Cl. Cho biết:
- Năng lượng liên kết của Cl2 = 239 kJ/mol
- Năng lượng thăng hoa của P = 316,2 kJ/mol
- Nhiệt hình thành của PCl3(g) = -287 kJ/mol Đáp số: 320,56 kJ Bài 23.
Xác định năng lượng liên kết trung bình của một liên kết C-H trong methane biết nhiệt hình thành chuẩn o Δ H
= -74,8 kJ/mol; nhiệt thăng hoa của than chì bằng 716,7 f CH4
kJ/mol và năng lượng phân ly phân tử H2 bằng 436 kJ/mol.
Đáp số: 415,875 kJ/mol. Bài 24. Cho
3 As2O3(s) + 3O2(g) → 3As2O5(s) ∆H1 = -812,11 kJ/mol
3 As2O3(s) + 2O3(g) → 3As2O5(s) ∆H2 = -1095,79 kJ/mol
Biết năng lượng phân li của oxygen là 493,71 kJ/mol, năng lượng của liên kết
O-O là 138,07 kJ/mol. Chứng minh rằng phân tử ozone không thể cấu tạo vòng mà phải
có cấu tạo hình chữ V. Bài 25.
Tính nhiệt tạo thành của diethyl ether lỏng ở 25oC theo năng lượng liên kết E
của các liên kết hóa học. Cho biết: EH-H = 431,9 kJ/mol EO=O = 439,8 kJ/mol EC-H = 357,98 kJ/mol EC-C = 262,3 kJ/mol EC-O = 314kJ/mol.
∆Ho bay hơi của diethyl ether lỏng bằng 26,29 kJ/mol.
∆H thăng hoa của C (graphit) bằng 523 kJ/mol
Đáp số: -287,29 kJ/mol Bài 26.
Tính năng lượng mạng lưới tinh thể của BaCl2, từ hai loại dữ kiện sau:
a. - Sinh nhiệt của BaCl2 tinh thể: -860,23 kJ/mol.
- Nhiệt phân li của chlorine: 238,49 kJ/mol.
- Nhiệt thăng hoa của Ba kim loại: 192,46 kJ/mol
- Thế ion hóa thứ nhất của Ba: 501,24 kJ/mol.
- Thế ion hóa thứ hai của Ba: 962,32 kJ/mol.
- Ái lực với electron của chlorine: -357,73 kJ/mol.
b. - Nhiệt hòa tan của BaCl2: -10,17 kJ/mol.
- Nhiệt hydrate hóa của ion Ba2+: -1343,98 kJ/mol. 15
- Nhiệt hydrate hóa của ion Cl-: -362,98 kJ/mol.
Đáp số: a. 2039,28 kJ/mol; b. 2059,77 kJ/mol. Bài 27. Đố 1 1 i với phản ứng N +
O → NO ở 25 oC và 1 atm có Ho = 90,37 kJ. Xác 2 2 2 2
định nhiệt của phản ứng ở 558 K, biết rằng nhiệt dung đẳng áp đối với 1 mol của N2,
O2, NO lần lượt bằng 29,12; 29,36 và 29,86 J/K.mol. Đáp số: 90,5312 kJ Bài 28.
Tính hiệu ứng nhiệt ở nhiệt độ 500 K và áp suất 1 atm của phản ứng: 2H2 + CO → CH3OH(g)
Biết: Nhiệt hình thành chuẩn của CO và CH3OH(k) lần lượt là -110,5; -201,2 kJ/mol;
CP(H2) = 27,28 + 3,26.10-3T + 0,502.105T-2 (J/mol.K)
CP(CO) = 28,41 + 4,1.10-3T – 0,46.105T-2 (J/mol.K)
CP(CH3OH k) = 15,28 + 105,2.10-3T – 3,104.105T-2 (J/mol.K) Đáp số: -97,75 kJ. Bài 29. Tính o ΔH
đối với các phản ứng sau: 298
a. 2H2S(g) + 3O2 → 2H2O(l) + 2SO2
b. 2H2S(g) + 3O2 → 2H2O(g) + 2SO2
c. 2HN3(g) + 2NO → H2O2(l) + 4N2 Biết: Chất H2S H2O(l) H2O(g) SO2 HN3 NO H2O2 Nhiệt hình
-20,63 -285,83 -241,81 -296,83 294,1 90,25 -187,78 thành (kJ/mol)
Cũng đối với các phản ứng trên, tính o ΔH biết: 370 Chất H2S O2 H2O(l) H2O(g) SO2 HN3 NO H2O2 N2 Cp [J/mol.K] 34,23 29,35 75,29 33,57 39,87 43,68 29,84 89,1 29,12
Đáp số: a. -1124,06 kJ và -1118,746 kJ;
b. -1036,02 kJ và -1036,713 kJ;
c. -956,48 kJ và -952,265 kJ. Bài 30.
Đối với phản ứng: 2CO + O2 → 2CO2. Nhiệt dung đẳng áp của các chất trong
khoảng từ 298 đến 2000 K có dạng chung Cp = a + bT + cT-2. Các hệ số a, b, c của các
chất được cho dưới đây: Chất a[cal/K.mol] b.103 c.10-5 O2 7,16 1 -0,40 CO 6,79 0,89 -0,11 CO2 10,55 2,61 -2,04 Tính o ΔH . Biết o ΔH
của phản ứng bằng -565,96 kJ. 2000 298
Đáp số: -547,583 kJ. 16
Bài 2: Nguyên lí II và chiều hướng diễn biến của phản ứng A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1. Nguyên lí II
Nguyên lí II đã thiết lập được rằng đối với quá trình nhiệt động, tỉ số giữa lượng
nhiệt vô cùng nhỏ và nhiệt độ tuyệt đối là một vi phân toàn phần đúng của một hàm số nào đó, hàm entropy S. δQ 2 δQ dS  hay S   T T 1
Dấu “=”: quá trình thuận nghịch.
Dấu “>”: quá trình không thuận nghịch.
Hệ cô lập: dS ≥ 0 hay ∆S ≥ 0 → Entropy của hệ chỉ có thể là không đổi (quá
trình thuận nghịch) hoặc là tăng (quá trình không thuận nghịch) chứ không thể giảm. Trường hợp Biểu thức Quá trình đẳng nhiệt ΔS = Q ΔH = T T Quá trình đẳng áp T2 nC dT ΔS = p  T Cp = const
⎯⎯⎯⎯→ ΔS = n.Cp.ln 2 T T T 1 1 Quá trình đẳng tích T2 ΔS = dT T nC  C = const v ⎯⎯⎯⎯→ ΔS = n.C v v.ln 2 T T T 1 1 Quá trình đoạn nhiệt ΔS = Q = 0 T 2. Nguyên lí III
Entropy của một tinh thể hoàn chỉnh của tất cả các đơn chất hay hợp chất đều
bằng không ở không độ tuyệt đối (0 K) tức So = 0.
Entropy tuyệt đối của một chất được tính dựa vào hai biểu thức sau đây: T δQ S – S TN o =  và So = 0 T 0
Ví dụ: Entropy tuyệt đối của hơi nước ở nhiệt độ T > 100oC được tính như sau: 273K 373K T C ΔH C ΔH C S p(nuoc da) p(nuoc long) p(hoi nuoc) nc hh T = dT + + dT + + dT    T 273 T 373 T 0K 273K 373K
Với ΔHnc và ΔHhh là enthalpy nóng chảy và enthalpy hóa hơi của nước.
Biến thiên entropy của một phản ứng hóa học:
Vì entropy là một hàm trạng thái nên biên thiên entropy ΔrS của một phản ứng
hóa học được tính như sau: ΔrS = ΣS(sản phẩm) - ΣS(chất phản ứng)
Khi biết entropy mol tiêu chuẩn của các chất phản ứng và các sản phẩm ta tính được o
Δ S của phản ứng. Với phản ứng: aA + bB → cC + dD r 298 Ta có: o Δ S = (c. o S + d. o S ) – (a. o S + b. o S ) r 298 C D A B 17
3. Chiều hướng diễn biến của phản ứng hóa học
- Thế đẳng áp – đẳng nhiệt: G = H – TS → dG = dH – TdS – SdT → ΔG = ΔH – TΔS
- Thế đẳng tích – đẳng nhiệt: F = U – TS → dF = dU – TdS – SdT → ΔF = ΔU – TΔS
- Các hàm G và F được dùng làm tiêu chuẩn đánh giá chiều hướng của quá trình.
Nếu quá trình tự xảy ra T, P = const thì phải kèm theo sự giảm của G tức ΔG = G2 – G1 < 0.
Nếu quá trình tự xảy ra T, V = const thì phải kèm theo sự giảm của F tức ΔF = F2 – F1 < 0.
- Biến thiên enthalpy tự do chuẩn của phản ứng:
Biến thiên enthalpy tự do chuẩn của một phản ứng hoá học bằng tổng enthalpy
tự do sinh tiêu chuẩn của các sản phẩm trừ đi tổng enthalpy tự do sinh tiêu chuẩn của các chất phản ứng. o Δ G = Σ o Δ G Δ G r f (sản phẩm) - Σ o f (chất phản ứng)
Xét phản ứng: aA + bB → cC + dD o Δ G = [c o Δ G (C) + d o Δ G (D)] – [a o Δ G (A) + b o Δ G (B)] r f f f f
B. BÀI TẬP CÓ LỜI GIẢI Bài 1.
Hãy tiên đoán dấu của S trong phản ứng sau:
a. CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)
b. NH3(g) + HCl(g) → NH4Cl(s)
c. BaO(s) + CO2(g) → BaCO3(s)
d. C2H4(g) + H2(g) → C2H6(g) Lời giải Phản ứng S Giải thích
a. CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g) > 0
Phản ứng có sự tăng số phân tử khí
b. NH3(g) + HCl(g) → NH4Cl(s) < 0
Phản ứng có sự giảm số phân tử khí
c. BaO(s) + CO2(g) → BaCO3(s) < 0
Phản ứng có sự giảm số phân tử khí
d. C2H4(g) + H2(g) → C2H6(g) < 0
Phản ứng có sự giảm số phân tử khí Bài 2. o
S298 của nước là 69,96 (J/mol.K). Nhiệt dung mol đẳng áp của nước là 75,31
(J/mol.K). Xác định S tuyệt đối của nước lỏng ở 0 oC. Lời giải
Xét quá trình: H2O lỏng: 273 K → 298 K ∆S T o o 2 S  = S − S = C .ln H O, 298K H O, 273K p 2 2 T1 T 298 o o 2 → S = S − C .ln = 69, 96 − 75, 31.ln = 63,36 J / mol.K H O, 273K H O, 298K p 2 2 T 273 1 18 Bài 3.
Trong quá trình nóng chảy của 1 mol nước đá ở 273,15 K dưới áp suất 101,325
kPa thu một nhiệt lượng là 6008,22 J. Xác định sự biến đổi entropy. Lời giải ΔH 6008, 22 Ta có: S = =  22 J/mol.K T 273,15 Bài 4.
Nhiệt dung mol đẳng áp của KBr trong khoảng nhiệt độ từ 290 K tới 923 K được
biểu diễn Cp(KBr) = 48,367 + 13,891.10-3T (J/mol.K). Xác định biến thiên entropy trong
quá trình đun nóng thuận nghịch 1 mol KBr từ T1 = 298,2 K tới T2 = 500 K. Lời giải T2 500 -3 dT 48,367+13,891.10 T S  = C . = dT   p T T T 298,2 1 500 3 − = 48, 367 ln +13,891.10 .(500 − 298, 2) 298, 2 = 27,8 J/mol.K Bài 5.
a. Giá trị tuyệt đối entropy của lưu huỳnh dạng thoi ở 25 oC bằng 255,1 J.mol-1.K-1. Nếu
nhiệt dung không thay đổi theo nhiệt độ, hãy tính entropy của lưu huỳnh dạng thoi ở
95,4 oC (là nhiệt độ chuyển Sdạng thoi → Sdạng đơn tà). Cho Cp=181 J.K-1.mol-1.
b. Biết nhiệt chuyển pha Sdạng thoi → Sdạng đơn tà ở 95,4 oC là 3 kJ.mol-1. Tính ∆S chuyển
pha ở 95,4 oC. Tính entropy tuyệt đối của S đơn tà ở nhiệt độ này. Lời giải
a. Lưu huỳnh dạng thoi: 25 oC → 95,4 oC 368,4 dT 368, 4 S = S + C = 255,1+181 ln = 293, 486 J / mol.K  o o p 95,4 C 25 C T 298 298
b. Xét quá trình: Sdạng thoi → Sdạng đơn tà Qcp = 3 kJ/mol 3000 S  = = 8,1433J / mol.K cp 368, 4 Bài 6.
Tính S trong sự trộn 10 gam nước đá ở 0 oC với 50 gam nước lỏng ở 40 oC
trong một hệ cô lập. Nhiệt nóng chảy của nước đá là 334,4 J/g; tỷ nhiệt của nước là 4,18 J/K.g. Lời giải
Gọi x là nhiệt độ cân bằng của hỗn hợp nước đá - nước, ta có khi cân bằng nhiệt:
10.334,4 + 10.4,18.x = 50.4,18(40-x) → x = 20 oC 19
Biến thiên entropy S1 của sự chuyển 10 gam nước đá từ 0 oC thành nước lỏng ở 20 oC là: 293 ΔH dT 334,4.10 293 nc ΔS = + n.C . = +10.4,18.ln =15,20 J/K  1 p T T 273 273 nc 273
Biến thiên entropy S2 của sự chuyển 50 gam nước lỏng từ 40 oC xuống 20 oC là: 293 S2 = 4,18.50.ln = -13,80 J/K 313
Vậy, biến thiên entropy của quá trình là:
S = S1 + S2 = 15,21 – 13,80 = 1,41 J/K Bài 7. Tính biến thiên entropy:
a. Khi làm đông đặc 1 mol Hg biết nhiệt độ nóng chảy của Hg là -39 oC và enthalpy
nóng chảy là 2,295 kJ/mol.
b. Khi hoá hơi ether ở áp suất khí quyển, nhiệt độ sôi của ether là 35 oC và enthalpy hoá hơi là 27,17 kJ/mol.
c. Quá trình đông đặc của 1 mol nước chậm đông ở -10 oC. Biết nhiệt nóng chảy của
nước đá là 6,026 kJ/mol; nhiệt dung của nước đá là 2,09 J/g.K; nhiệt dung của nước lỏng là 4,184 J/g.K. Lời giải Δ
a. Khi làm đông đặc 1 mol Hg: Δ H 2295 S = =- = -9,81 J/K T -39+273 Δ
b. Khi hóa hơi 1 mol ether: Δ H 27170 hh S = = = 88,21 J/K T 35 + 273 hh
c. Quá trình đông đặc của 1 mol nước chậm đông ở -10 oC = 263K có thể tách thành 3 quá trình: (lỏng, 263 K) S  1 S  ⎯⎯→ (lỏng, 273 K) S  2 ⎯⎯→ (rắn, 273 K) 3 ⎯⎯→ (rắn, 263 K) Trong đó 273 ∆S1 = 18.4,184.ln = 2,81 J/K 263 − ∆ 6026 S2 = = - 22,07 J/K 273 ∆ 263 S3 = 18.2,09.ln = -1,40 J/K 273
∆S = ∆S1 + ∆S2 + ∆S3 = -20,66 J/K Bài 8. 1 Tính o  S của phản ứng SO O → SO r 298 2(g) + 2(g) 3(g) 2 Cho biết o S (J/K.mol) của O 298
2(g) = 205,03; SO2(g) = 248,53; SO3(g) = 256,23 Lời giải 20

Tài liệu liên quan: