Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Một số dạng bài tập phần cơ sở lý thuyết các phản ứng hóa học dùng bồi dưỡng học...

Tài liệu Một số dạng bài tập phần cơ sở lý thuyết các phản ứng hóa học dùng bồi dưỡng học sinh giỏi ở bậc trung học phổ thông

.DOC
33
123
93

Mô tả:

HÖ thèng c¸c c©u hái vµ bµi tËp phÇn “c¬ së lý thuyÕt c¸c ph¶n øng hãa häc” ë bËc trung häc phæ th«ng II.1. HÖ thèng c¸c c©u hái vµ bµi tËp phÇn “c¬ së lý thuyÕt c¸c ph¶n øng hãa häc” trong tµi liÖu gi¸o khoa chuyªn Ho¸ häc II.1.1. Ch¬ng IV: Lý thuyÕt vÒ ph¶n øng hãa häc a. Néi dung c¬ b¶n * VÒ mÆt kiÕn thøc: Gióp häc sinh n¾m ®îc c¸c kiÕn thøc: - §Þnh nghÜa hiÖu øng nhiÖt cña mét ph¶n øng. - §Þnh nghÜa: N¨ng lîng liªn kÕt E, nhiÖt t¹o thµnh H cña hîp chÊt, nhiÖt ph©n huû (H’ = - H), nhiÖt hoµ tan chÊt … - Néi dung vµ hÖ qu¶ cña ®Þnh luËt Hes (Hess). - Nguyªn lý I, II cña nhiÖt ®éng häc; n¨ng lîng tù do Gip. - Tèc ®é ph¶n øng hãa häc (®Þnh nghÜa, c¸c yÕu tè ¶nh hëng tíi tèc ®é ph¶n øng). §Þnh luËt Gunbe – vag¬ (®Þnh luËt t¸c dông khèi lîng trong ®éng hãa häc). - Kh¸i niÖm vÒ n¨ng lîng ho¹t ho¸, quy t¾c Van h«p. - Kh¸i niÖm ph¶n øng thuËn nghÞch – bÊt thuËn nghÞch, tr¹ng th¸i c©n b»ng, h»ng sè c©n b»ng. §Þnh luËt t¸c dông khèi lîng (®èi víi ph¶n øng thuËn nghÞch). - C¸c yÕu tè ¶nh hëng ®Õn c©n b»ng hãa häc, nguyªn lý L¬ Sat¬liª vÒ chuyÓn dÞch c©n b»ng. * VÒ mÆt kü n¨ng: Gióp häc sinh cã ®îc c¸c kü n¨ng sau: - C¸ch x¸c ®Þnh nhiÖt ph¶n øng hãa häc. + Dùa vµo n¨ng lîng liªn kÕt. + Dùa vµo nhiÖt h×nh thµnh (nhiÖt sinh, sinh nhiÖt) cña hîp chÊt. + Dùa vµo ®Þnh luËt Hes (cã 2 ph¬ng ph¸p lµ chu tr×nh vµ tæ hîp c¸c ph¬ng tr×nh nhiÖt hãa häc). - VËn dông 2 nguyªn lý cña nhiÖt ®éng häc. + TÝnh biÕn thiªn entanpi H, biÕn thiªn entropi S, biÕn thiªn n¨ng lîng tù do Gip G víi ph¶n øng hãa häc. 1 Chó ý: Trong thùc tÕ dïng H0, S0, G0: Ph¶n øng x¶y ra ë ®iÒu kiÖn tiªu chuÈn: øng víi t0 = 250C hay 298K, p = 1atm. (Cßn tr¹ng th¸i chuÈn cña chÊt hay ®iÒu kiÖn chuÈn: khi p = 1atm, tr¹ng th¸i bÒn nhÊt cña chÊt ë ®iÒu kiÖn ®ã). + Tõ G0 kÕt luËn vÒ kh¶ n¨ng tù diÔn biÕn cña ph¶n øng. + Tõ n¨ng lîng tù do tÝnh h»ng sè c©n b»ng vµ ngîc l¹i, cña ph¶n øng xÐt ë ®iÒu kiÖn chuÈn. G0 = - RTlnK (1) G0 = - 2,303.RTlgK hoÆc - ViÕt ®îc ph¬ng tr×nh ®éng häc cña ph¶n øng hãa häc (néi dung cña ®Þnh luËt Gunbe – Vag¬) chó ý ®Õn ®¬n vÞ tèc ®é ph¶n øng. - VËn dông quy t¾c Van H«p xÐt xem tèc ®é ph¶n øng t¨ng hay gi¶m ë 2 nhiÖt ®é T1, T2. vT2 vT1 .kT  T2  T1  / 10 (2) kT (: gama): hÖ sè nhiÖt ®é cña tèc ®é ph¶n øng. vT1 , vT2 : Tèc ®é ph¶n øng ë nhiÖt ®é T1, T2. - TÝnh HSCB víi ph¶n øng hãa häc x¶y ra ë ®iÒu kiÖn cô thÓ: * Kc, Kp, Kx aA + bB + … cC + dung dÞch + … + Trong pha láng: Kc (HSCB theo nång ®é). + Trong pha khÝ: Kp (gÇn ®óng ta dïng ¸p suÊt riªng phÇn pi). + Trong pha khÝ: Kx (HSCB theo ph©n sè mol). * BiÓu thøc tæng qu¸t vµ liªn hÖ gi÷a c¸c HSCB. c d  C  . D  Kc  a  A . B  b Kx  [ ]: Nång ®é c©n b»ng cña chÊt ®ang xÐt. PCc .PDd PAa .PBb Pi: ¸p suÊt riªng phÇn. xCc .xDd x Aa .xBb xi  Kp  (5) ni = n Kp = Kc .(RT)n 2 Sè mol chÊt i Tæng sè mol cña hÖ Kp = Kx .Pn P: ¸p suÊt chung cña ph¶n øng ®ang xÐt ë thêi ®iÓm c©n b»ng hãa häc thiÕt lËp. n = (c + d) – (a + b) + C©n b»ng hãa häc bao gåm c¶ chÊt r¾n: dïng Kp, Kc. b. C©u hái vµ bµi tËp Trong khu«n khæ cho phÐp cña ®Ò tµi, díi ®©y chóng t«i chØ ph©n tÝch c¸c vÝ dô ®iÓn h×nh. VÝ dô 1: *§Ò bµi :TÝnh H cña ph¶n øng sau: CH4(k) + 4Cl2(k)  CCl4(k) + 4HCl(k) BiÕt c¸c gi¸ trÞ n¨ng lîng liªn kÕt: C – Cl H – Cl C–H Cl – Cl 326,30 430,9 414,2 242,6 kJ * Môc ®Ých cña ®Ò:Yªu cÇu häc sinh dùa vµo n¨ng lîng liªn kÕt ®Ó x¸c ®Þnh H ph¶n øng. * Híng dÉn gi¶i: Ta cã: H = 4EC – H + 4ECl – Cl – (4EC – Cl + 4EH – Cl) = - 401,6 kJ VÝ dô 2: * Häc sinh cÇn dùa vµo ®Þnh luËt Hes víi ph¬ng ph¸p tæ hîp c¸c ph¬ng tr×nh nhiÖt hãa häc ®Ó x¸c ®Þnh nhiÖt ph¶n øng. VÝ dô 3: [40, tr 198, 200, 202] * §Ò bµi yªu cÇu vËn dông kiÕn thøc, kü n¨ng tÝnh H0, S0, G0 cña ph¶n øng, kÕt luËn vÒ kh¶ n¨ng tù diÔn biÕn cña ph¶n øng. VÝ dô 4: * §Ò bµi: Tèc ®é cña ph¶n øng t¹o thµnh SO 3 tõ SO2 vµ O2 thay ®æi nh thÕ nµo (t¨ng hay gi¶m bao nhiªu lÇn) khi gi¶m thÓ tÝch hçn hîp xuèng 3 lÇn? *Môc ®Ých cña ®Ò:Yªu cÇu häc sinh vËn dông kiÕn thøc vÒ tèc ®é ph¶n øng; kü n¨ng viÕt ph¬ng tr×nh ®éng häc cña ph¶n øng; thÓ tÝch hay nång ®é ¶nh hëng ®Õn tèc ®é ph¶n øng. * Híng dÉn gi¶i: t0, p, xt Ta cã: 2SO2+ O2 2SO3 3 2 2 + Tr¹ng th¸i 1: v1= k. C SO .CO k  SO2  1 . O2  1 2 (a) 2 + Tr¹ng th¸i 2: Khi gi¶m thÓ tÝch hçn hîp xuèng 3 lÇn nghÜa lµ nång ®é chÊt t¨ng 3 lÇn v2 k  SO2 .3 2 . O2 .3 2 k  SO2  1 . O2  1 .27 2 + Tõ (a) vµ (b)  2 (b) v2 27 lÇn v1 + KÕt luËn: Tèc ®é cña ph¶n øng t¹o SO3 t¨ng 27 lÇn. VÝ dô 5: * §Ò bµi: NÕu ë 1500C, mét ph¶n øng nµo ®ã kÕt thóc sau 16 phót, th× ë 1200C vµ 2000C ph¶n øng ®ã kÕt thóc sau bao nhiªu phót? Gi¶ sö hÖ sè nhiÖt ®é cña ph¶n øng trong kho¶ng nhiÖt ®é ®ã lµ 2,0. * Môc ®Ých cña bµi: Yªu cÇu häc sinh vËn dông quy t¾c Van H«p, tÝnh thêi gian sau tõng nhiÖt ®é cho tríc. * Híng dÉn gi¶i: + ë 1200C: Ta cã: v150 = 120.2(150 – 120)/10 = v120.23 Ph¶n øng kÕt thóc sau thêi gian t1 = 16.23 = 128 phót + ë 2000C: Ta cã: v200 = v150.25 Ph¶n øng kÕt thóc sau thêi gian t2 = 165 0,5 phót 2 *VËy nhiÖt ®é t¨ng th× tèc ®é ph¶n øng t¨ng nhanh cßn thêi gian kÕt thóc cµng gi¶m. VÝ dô 6: VÝ dô 7: *§Ò bµi: Cho ph¶n øng thuËn nghÞch A+B C+D (*) Khi cho 1 mol A t¸c dông víi 1 mol B th× hiÖu suÊt cùc ®¹i cña ph¶n øng lµ 66,67%. a) TÝnh HSCB cña ph¶n øng (*). b) NÕu lîng A gÊp 3 lÇn lîng B th× hiÖu suÊt cùc ®¹i ph¶n øng b»ng bao nhiªu? c) C©n b»ng bÞ dÞch chuyÓn nh thÕ nµo khi t¨ng nhiÖt ®é, biÕt nhiÖt ph¶n øng H = 0? 4 * Môc ®Ých cña ®Ò: Yªu cÇu häc sinh tÝnh lîng chÊt sau ph¶n øng, tÝnh h»ng sè c©n b»ng, vËn dông nguyªn lý L¬ Sat¬liª. * Híng dÉn gi¶i: a) Lóc c©n b»ng: sè mol cña A, B lµ: 0,3333 mol C, D lµ: 0,6667 mol Tæng sè mol chÊt: 2 mol + ë ®©y n = 0  Kc = Kp = Kx = 4 b) Gäi x: lîng chÊt cùc ®¹i ph¶n øng (A) + Lóc c©n b»ng: sè mol cña A lµ (3 – x) B lµ (1 – x) C, D lµ x + T×m ra x dùa vµo Kc = 4 x = 0,90 hay 90%. c) Do H = 0. VËy khi t¨ng nhiÖt ®é c©n b»ng thùc tÕ kh«ng bÞ dÞch chuyÓn, nhng tèc ®é ph¶n øng nhanh h¬n, nghÜa lµ ph¶n øng ®¹t tíi tr¹ng th¸i c©n b»ng nhanh h¬n. VÝ dô 26: * §Ò bµi: Trong c«ng nghÖ ho¸ dÇu, c¸c ankan ®îc lo¹i hi®ro ®Ó chuyÓn thµnh hi®rocacbon kh«ng no cã nhiÒu øng dông h¬n. H·y tÝnh nhiÖt cña mçi ph¶n øng sau ®©y: C4H10  C4H6 + H2 H10 (1) CH4  C6H6 + H2 H20 (2) BiÕt n¨ng lîng liªn kÕt E theo kJ. mol-1 cña c¸c liªn kÕt nh sau: E 435,9 416,3 409,1 587,3 Liªn kÕt H–H C–H C–C C = C (víi c¸c liªn kÕt C – H, C – C, c¸c trÞ sè ë trªn lµ trung b×nh trong c¸c hîp chÊt h÷u c¬ kh¸c nhau). * Môc ®Ých cña ®Ò: Gióp häc sinh vËn dông kü n¨ng tÝnh nhiÖt ph¶n øng dùa theo n¨ng lîng liªn kÕt, chó ý c©n b»ng ph¬ng tr×nh ph¶n øng. * Híng dÉn gi¶i: víi C4H10  C4H6 + 2H2 (1) tÝnh ®îc H10 = 437,6 kJ 5 6CH4  C6H6 + 9H2 (2) tÝnh ®îc H20 = 581,1 kJ VÝ dô 27: * D¹ng ®Ò gióp häc sinh n¾m v÷ng lý thuyÕt vÒ nguyªn lý chuyÓn dÞch c©n b»ng - c¸c yÕu tè ¶nh hëng, kü n¨ng tÝnh HSCB vµ lîng chÊt trong hÖ (c©n b»ng). * Híng dÉn gi¶i: 1. VÝ dô ph¶n øng este ho¸: CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O + §Ó ph¶n øng nhanh ®¹t tíi tr¹ng th¸i c©n b»ng cÇn: Dïng xóc t¸c lµ axit (HCl, H2SO4) T¨ng nhiÖt ®é võa ph¶i + BiÖn ph¸p chuyÓn dÞch c©n b»ng vÒ phÝa t¹o thµnh este: T¨ng nång ®é cña axit hoÆc rîu Gi¶m lîng chÊt sau ph¶n øng (lÊy bít s¶n phÈm ra) 2.TÝnh HSCB: + K C2 3,6  a  c . b  c  + Lîng este t¨ng lªn lµ  1,44 lÇn. * D¹ng ®Ò thi víi môc ®Ých lµ : gióp häc sinh n¾m v÷ng lý thuyÕt vÒ h»ng sè c©n b»ng, sù chuyÓn dÞch c©n b»ng khi c¸c yÕu tè thay ®æi. MÆt kh¸c, tæng hîp c¸c kü n¨ng: tÝnh h»ng sè c©n b»ng theo ®é ®iÖn li , ¸p suÊt P vµ ngîc l¹i ; tÝnh n¨ng lîng tù do G0 theo H0, S0 ; ¸p dông quan hÖ Kp vµ Kc ®Ó tÝnh lîng chÊt… VÝ dô 28 : * §Ò bµi : Sunfuryl®iclorua SO2Cl2 lµ ho¸ chÊt phæ biÕn trong ph¶n øng clo ho¸. T¹i 3500C, 2 atm ph¶n øng: SO2Cl2(k) SO2(k) + Cl2(k) (1) cã Kp = 50 1. H·y cho biÕt ®¬n vÞ cña trÞ sè ®ã vµ gi¶i thÝch HSCB K p nµy ph¶i cã ®¬n vÞ nh vËy. 2. TÝnh % theo thÓ tÝch SO2Cl2(k) cßn l¹i khi (1) ®¹t tíi tr¹ng th¸i c©n b»ng ë ®iÒu kiÖn ®· cho. 6 3. Ban ®Çu dïng 150 mol SO2Cl2(k), tÝnh sè mol Cl2(k) thu ®îc khi (1) ®¹t tíi c©n b»ng. C¸c khÝ ®îc coi lµ khÝ lÝ tëng (k: khÝ) *Môc ®Ých cña ®Ò:Yªu cÇu häc sinh vËn dông kü n¨ng tÝnh HSCB cña ph¶n øng tõ ®ã tÝnh sè mol,% theo thÓ tÝch cña chÊt. * Híng dÉn gi¶i: 1. KP  PSO2 .PCl2 PSO2Cl2 50 atm 2. C¸ch 1:+ Gäi sè mol SO2Cl2(k) ban ®Çu lµ 1 mol cã ®é ph©n li lµ  2 + Dùa vµo biÓu thøc K P  P. 2 50 tÝnh ®îc  = 0,9806 1  + Sè mol SO2Cl2(k) cßn l¹i lµ 1 -  = 0,0194 mol. Do vËy % theo thÓ tÝch SO2Cl2(k) cßn l¹i lµ 0,98%. C¸ch 2: SO2Cl2(k) SO2(k) + Cl2(k) (1) Kp = 50 atm + Dùa vµo biÓu thøc tÝnh KP  + ¸p suÊt lóc c©n b»ng: PSO Cl 2 P2 50 2  2P 2(k ) 0,0196 tÝnh ®îc P = 0,9902 atm atm Do vËy, sè mol SO2Cl2(k) = 0,0098 hay 0,98%. (trong cïng nhiÖt ®é, ¸p suÊt: % theo sè mol còng nh % theo thÓ tÝch) 3. Ban ®Çu dïng 150 mol SO2Cl2(k), sè mol Cl2(k) lóc c©n b»ng nCl2 nSO2 nSO2Cl2  150 0,9806 147,09 mol. VÝ dô 29: [12, ®Ò 2002 – 2003] * §Ò bµi: Khi nung nãng ®Õn nhiÖt ®é cao PCl5 bÞ ph©n li theo ph¬ng tr×nh: PCl5(k) PCl3(k) + Cl2(k) 1. Cho m gam PCl5 vµo mét b×nh dung tÝch V, ®un nãng b×nh ®Õn nhiÖt ®é T (K) ®Ó x¶y ra ph¶n øng ph©n li PCl 5. Sau khi ®¹t tíi c©n b»ng ¸p suÊt khÝ trong b×nh b»ng P. a) H·y thiÕt lËp biÓu thøc cña KP theo ®é ph©n li  vµ ¸p suÊt P. b) ThiÕt lËp biÓu thøc cña KC theo , m, V. 7 2. Trong thÝ nghiÖm 1 thùc hiÖn ë nhiÖt ®é T1 ngêi ta cho 83,300 gam PCl5 vµo b×nh dung tÝch V1. Sau khi ®¹t tíi c©n b»ng ®o ®îc P1 = 2,700 atm. Hçn hîp khÝ trong b×nh cã tØ khèi so víi H2 b»ng 68,862. TÝnh  vµ Kp. 3. Trong thÝ nghiÖm 2 gi÷ nguyªn lîng PCl5 vµ nhiÖt ®é nh ë thÝ nghiÖm 1 nhng thay dung tÝch lµ V2 th× ®o ®îc ¸p suÊt c©n b»ng lµ 0,500 atm. TÝnh tØ sè V2 . V1 4. Trong thÝ nghiÖm 3 gi÷ nguyªn lîng PCl5 vµ dung tÝch b×nh V1 nh thÝ nghiÖm 1 nhng h¹ nhiÖt ®é cña b×nh ®Õn T3 = 0,9T1 th× ®o ®îc ¸p suÊt c©n b»ng lµ 1,944 atm. TÝnh Kp vµ . Tõ ®ã cho biÕt ph¶n øng ph©n li PCl 5 thu nhiÖt hay ph¸t nhiÖt. Cho: Cl = 35,453; P = 30,974; H = 1,008. c¸c khÝ ®Òu lµ khÝ lý tëng. *Môc ®Ých cña ®Ò:Yªu cÇu häc sinh thiÕt lËp biÓu thøc liªn hÖ h»ng sè c©n b»ng theo ®é ph©n li, ¸p suÊt, thÓ tÝch, khèi lîng.Tõ ®ã tÝnh c¸c ®¹i lîng liªn quan. * Híng dÉn gi¶i: 1. ThiÕt lËp biÓu thøc cña KP, KC: Ph¬ng tr×nh: PCl5(k) PCl3(k) + Cl2(k) Ban ®Çu: a C©n b»ng: a–x x x mol + Tæng sè mol khÝ lóc c©n b»ng: n = a + x Trong ®ã: a m ; 208,239  x a * TÝnh KP + ¸p suÊt riªng phÇn lóc c©n b»ng cña mçi khÝ PPCl5  + HSCB a x .P; ax KP = PPCl3 PCl2  PPCl3 .PCl2 PPCl5 x .P ax 2  .P 1  2 * TÝnh KC (cã 2 c¸ch) C¸ch 1: + TÝnh nång ®é c©n b»ng cña mçi khÝ  PCl5   a1    ; V  PCl3   Cl2   a. V 8  PCl 3  Cl 2  a 2 m 2   + HSCB K C   PCl5  V 1    208,239V 1    C¸ch 2: + Ta biÕt: KP = KC .(RT) + KP a 2 m 2   RT V 1    208,239V 1    KC   khÝ = 1 ë ®ã PV = nRT = (a + x)RT = a (1+ )RT hay RT = PV a 1    2. ThÝ nghiÖm 1: * TÝnh 1 + Sè mol PCl5 ban ®Çu: a= 83,30 0,400 208,239 mol + Khèi lîng trung b×nh M cña hçn hîp lóc c©n b»ng 62,826 x 2,016 = 138,753 g/mol + Tæng sè mol khÝ lóc c©n b»ng n1 a1   1  0,600mol  83,30 M tÝnh ®îc 1= 0,500. * T×m KP t¹i nhiÖt ®é T1 2  0,5 .2,70 0,900 K PT1  1 2 .P1  2 1  1 1   0,5 2 3. ThÝ nghiÖm 2 : - gi÷ nguyªn nhiÖt ®é : KP kh«ng ®æi - Gi÷ nguyªn sè mol PCl5 a = 0,400 mol - ¸p suÊt c©n b»ng P2 = 0,500 atm * Ta cã: 2 2 K PT  2 2 .P2  2 2 0,50 0,900 2 1 2 1 2 tÝnh ®îc 2 = 0,802 + Tæng sè mol lóc c©n b»ng n2 = a (1 + 2) = 0,4 (1 + 0,802) = 0,721 mol * T×m quan hÖ gi÷a V1, V2, P1, P2, n1, n2 9 + ThÓ tÝch b×nh trong thÝ nghiÖm 2 V2   n RT n2 RT2 so víi V1  1 P2 P1 V2 n2 P1   6,489 lÇn V1 n1 P2 4. ThÝ nghiÖm 3: - Thay ®æi nhiÖt ®é: KP thay ®æi (T3 = 0,9T1) - Gi÷ nguyªn sè mol PCl5 a = 0,400 vµ V1 - ¸p suÊt c©n b»ng P3 = 1,944 atm (do nhiÖt ®é gi¶m, tæng sè mol khÝ n 3 thay ®æi, n3  n1) * T×m 3 + n3 = a (1 + 3) = 0,4 (1 + 3) + Ta cã:  P1V1 = nRT1 P3.V1 = n3.RT3 = n3.R.0,9T1 P3 n3 1,944 0,41   3 .0,9  .0,9   P1 n1 2,7 0,6 TÝnh ®îc * TÝnh   3 0,2   n3 0,48mol K PT3 3 K PT3  3 2 .P3 0,081 1  3 * NhËn xÐt: Khi h¹ nhiÖt ®é, KP gi¶m lµm c©n b»ng chuyÓn dÞch theo chiÒu nghÞch – lµ chiÒu ph¸t nhiÖt. ChiÒu thuËn lµ chiÒu thu nhiÖt. VÝ dô 30: [12, ®Ò 2001 – 2002] * §Ò bµi: T¹i 250C ph¶n øng: 2N2O5(k)  4NO2(k) + O2(k) cã h»ng sè tèc ®é k = 1,8.10-5.s-1; biÓu thøc tÝnh tèc ®é ph¶n øng v = k. C N O . Ph¶n øng trªn x¶y ra 2 5 trong b×nh kÝn thÓ tÝch 20,0 lÝt kh«ng ®æi. Ban ®Çu lîng N2O5 cho võa ®Çy b×nh. ë thêi ®iÓm kh¶o s¸t, ¸p suÊt riªng phÇn N2O5 lµ 0,070 atm. C¸c khÝ ®Òu lµ lÝ tëng. 1. TÝnh tèc ®é: 10 a) Tiªu thô N2O5. b) H×nh thµnh NO2, O2. 2. TÝnh sè ph©n tö N2O5 ®· bÞ ph©n tÝch sau 30 s. 3. NÕu ph¶n øng trªn cã ph¬ng tr×nh 2N2O5(k)  2NO2(k) + 1/2 O2(k) th× trÞ sè tèc ®é ph¶n øng, h»ng sè tèc ®é ph¶n øng cã thay ®æi kh«ng? Gi¶i thÝch? * Môc ®Ých cña ®Ò: Gióp häc sinh cñng cè kiÕn thøc vÒ tèc ®é ph¶n øng; kü n¨ng: viÕt ph¬ng tr×nh ®éng häc cña ph¶n øng, biÓu thÞ vµ tÝnh tèc ®é h×nh thµnh, tèc ®é tiªu thô, tÝnh sè ph©n tö bÞ ph©n tÝch, mÆt kh¸c t¹i nhiÖt ®é T x¸c ®Þnh: tèc ®é ph¶n øng vp vµ h»ng sè tèc ®é ph¶n øng k ®Òu kh«ng ®æi. * Híng dÉn gi¶i: 1.a) - TÝnh tèc ®é cña ph¶n øng theo biÓu thøc + trong ®ã: C N O  2 vp = k. C N O 2 nN 2 O5 5  V PN 2 O5 RT (1) 5  0,070 2,8646.10 3 mol.l-1 0,082.298 (2) + vp = 2,8646.10-3 x 1,8.10-5 = 5,16.10-8 mol.l-1.s-1 - TÝnh tèc ®é tiªu thô N2O5: vttN O 2 5 2N2O5(k)  4NO2(k) + O2(k) + + vttN O  2 dC N 2O5 dt 5  2. vp = - 2.5,16.10-8 = -1,032.10-7 mol.l-1.s-1 (3) - TÝnh tèc ®é h×nh thµnh NO2, O2: vhtNO , vhtO 2 + vhtNO2  + vhtO2  dC NO2 dt dCO2 dt 2 4 .vp = 2,046.10-7 mol.l-1.s-1 vp = 5,16.10-8 mol.l-1.s-1 2. TÝnh sè ph©n tö N2O5 bÞ ph©n tÝch sau thêi gian t: N N O 2 N N 2 O5  N  vttN 2 O5 Vb×nh 5 x t x N0 = 1,032.10-7 x 20 x 30 x 6,023.1023 = 3,729.1019 ph©n tö 3. Ph¬ng tr×nh N2O5(k)  2NO2(k) + 1/2O2(k) T¹i nhiÖt ®é T x¸c ®Þnh, tèc ®é ph¶n øng vp vµ k ®Òu kh«ng ®æi v× : + k chØ phô thuéc vµo nhiÖt ®é 11 + Theo (1), khi k = const, C N PC – P0 (Torr) 2PC – P0 (Torr) k (mol-1.l.phót-1) 0 632 2 O5 13,5 605 0,811 = const th× v = const 47,8 536,4 0,864 85,2 461,6 0,888 122,7 386,6 0,882 157,4 317,2 0,861 * NhËn xÐt: C¸c gi¸ trÞ k xÊp xØ nhau nªn ph¶n øng (1) thuéc bËc 2. b) H»ng sè tèc ®é ph¶n øng k . 5  ki k  i 1 n 0,8612 mol-1.l.phót-1 Bµi 8: 1. Ph¶n øng tù oxi ho¸ - khö trong m«i trêng kiÒm: 3BrO-  BrO3- + 2Br- (1) x¶y ra theo quy luËt ®éng häc bËc 2. Nång ®é ban ®Çu cña BrO - lµ 0,1 kmol.m-3; h»ng sè tèc ®é k = 9,3.10-4 m3 (kmol.s)-1 a) Sau bao l©u th× 30%, 99% BrO- bÞ chuyÓn ho¸? b) TÝnh chu kú b¸n huû t1/2 cña ph¶n øng (1). 2. Chøng minh r»ng ®èi víi ph¶n øng mét chiÒu bËc 2 2A  s¶n phÈm cã t1/2 = 1 k.a Trong ®ã: a lµ nång ®é ban ®Çu cña A (ë t = 0). Môc ®Ých cña bµi: Yªu cÇu häc sinh viÕt ®îc ph¬ng tr×nh ®éng häc cña ph¶n øng, tÝnh nång ®é vµ thêi gian cña chÊt bÞ chuyÓn ho¸, tÝnh thêi gian nöa ph¶n øng; chøng minh biÓu thøc tÝnh t1/2 cña ph¶n øng. Híng dÉn gi¶i: 1. a) Gäi thêi gian ®Ó 30% BrO- bÞ chuyÓn ho¸ lµ t1. 99% BrO- bÞ chuyÓn ho¸ lµ t2.   1 d BrO  k BrO  3 dt + BiÓu thøc tèc ®é ph¶n øng : v  .   2 Nång ®é ban ®Çu a = 0,1 ; lîng chuyÓn ho¸ x1 = 0,03 x2 = 0,099. + Lîng cßn l¹i: a – x1 = 0,07 a – x2 = 0,001 + Theo quy luËt ®éng häc bËc 2 ta cã biÓu thøc: 12 . 1 1 1 t    k a x a Thay c¸c gi¸ trÞ a, a – x, k t×m ®îc: t1 = 4608,3 s (76,8 phót) t2 = 106,45.104 s (1,77.104 phót) b) Chu kú b¸n huû : t1/2 = 1 k.a + TÝnh ®îc t1/2 = 10753 s (179,2 phót) 2. Chøng minh : + Gäi x lµ lîng A ph¶n øng. 2A  s¶n phÈm. t=0 a 0 t= a–x x + BiÓu thøc tèc ®é ph¶n øng : v =  v=  hay dx 2 k  a  x  dt (*) d CA dt k .C A2 d  a  x 2 k . a  x  dt Ph¬ng tr×nh tèc ®é d¹ng vi ph©n. + LÊy tÝch ph©n cña (*): dx  a  x   2 k .dt 1 kt  C a x Khi t = 0  x = 0  C =  kt  hay 1 1 1 k    ta x a + Khi x = 1 a 1 1  a x a (**) Ph¬ngtr×nh tèc ®é d¹ng tÝch ph©n. 1 a th× k = t .a hay t1/2 = 1 k.a 1 2 2 Bµi 9: Cho ph¶n øng “khÝ níc” CO2 + H2 CO + H2O 13 (§iÒu ph¶i chøng minh) a) TÝnh G cña ph¶n øng ë 1000 K, biÕt H vµ S ë 1000 K lÇn lît lµ: 35040 J.mol-1; 32,11 J. mol-1.K-1. b) TÝnh HSCB KC, KP cña ph¶n øng ë 1000K. c) Mét hçn hîp khÝ chøa 35% thÓ tÝch H2, 45% thÓ tÝch CO vµ 20% thÓ tÝch h¬i níc ®îc nung nãng tíi 1000 K. X¸c ®Þnh thµnh phÇn hçn hîp (theo % thÓ tÝch) ë tr¹ng th¸i c©n b»ng. Môc ®Ých cña bµi: Yªu cÇu häc sinh tÝnh G , HSCB KC, KP cña ph¶n øng ë 1000 K tõ ®ã x¸c ®Þnh thµnh phÇn hçn hîp theo % thÓ tÝch cña chÊt trong hçn hîp. Híng dÉn gi¶i: a) ¸p dông biÓu thøc: G H  TS 0 0 0 0 0 Thay gi¸ trÞ S 0 , H 0 0 0 , T tÝnh ®îc 0 G1000 2930 J b) HSCB: KP = KC = 0,703. c) Thµnh phÇn hçn hîp (theo % thÓ tÝch) cña: CO: 34,6%; CO2: 10,4%; H2O: 9,6%; Bµi 10: Cho biÕt ph¶n øng: CH4(k) vµ 0 S 298 C(gr) + 2H2(k); H2: 45,4% 0 G298 74,85kJ (J.K-1.mol-1) cña CH4(k) lµ 186,19; cña C(gr) lµ 5,69; cña H2(k) lµ 130,59. a) TÝnh G cña ph¶n øng ë nhiÖt ®é 298 K. b) Ph¶n øng cã lnKp = - 15,17 – 7905,73 T-1 + 3,68 lnT. TÝnh Kp cña ph¶n øng, so s¸nh c¸c gi¸ trÞ Kp ë 500K vµ 1000K. KÕt qu¶ ®ã cã phï hîp víi nguyªn lý L¬ Sat¬liª kh«ng? Môc ®Ých cña bµi: Yªu cÇu häc sinh tÝnh G cña ph¶n øng, tÝnh KP ë 2 nhiÖt ®é bÊt kú, vËn dông nguyªn lý L¬ Sat¬liª ®Ó gi¶i thÝch kÕt qu¶. Híng dÉn gi¶i: 0 0 a) TÝnh: 0 0 0 = G298 H 298  TS 298 50807 J (T = 298 K). b) ë 500 K, tÝnh KP  3.10-4 ë 1000 K, tÝnh KP  10,43. K P500 K  K P1000 K Ph¶n øng thu nhiÖt, khi nhiÖt ®é t¨ng th× K P t¨ng. VËy kÕt qu¶ trªn phï hîp víi nguyªn lý L¬ Sat¬liª. 14 Bµi 11: C©n b»ng: N2O4(k) 2NO2(k) nhËn ®îc xuÊt ph¸t tõ a mol N2O4 tinh khiÕt. a) Gäi  lµ ®é ph©n li cña N2O4:  = Sè mol N2O4 bÞ ph©n li Sè mol N2O4 ban ®Çu TÝnh sè mol NO2, N2O4 vµ tæng sè mol cña hÖ khi c©n b»ng theo a vµ . b) TÝnh ¸p suÊt riªng phÇn cña NO 2, N2O4 theo  vµ ¸p suÊt tæng céng P cña hÖ khi c©n b»ng. c) ThiÕt lËp biÓu thøc sù phô thuéc cña HSCB Kp vµo P vµ . d) NÕu ban ®Çu cã 1,588 g N2O4 trong b×nh dung tÝch 0,5 lÝt, ë 25 0C vµ ¸p suÊt P lóc c©n b»ng lµ 760 mmHg th× , KP, ¸p suÊt riªng phÇn cña NO2, N2O4 lµ bao nhiªu? Môc ®Ých cña bµi: Yªu cÇu häc sinh thiÕt lËp vµ tÝnh sè mol, ¸p suÊt riªng phÇn cña chÊt, tÝnh HSCB KP ë ®iÒu kiÖn cô thÓ. Híng dÉn gi¶i: a) XÐt c©n b»ng: N2O4(k) 2NO2(k) Ban ®Çu: a a (1 - ) C©n b»ng: + Sè mol NO2: 2a 2a N2O4: a (1 - ) Tæng sè mol cña hÖ: a (1 + ) b) ¸p suÊt riªng phÇn cña N2O4, NO2: 1  PN 2O4  .P 1 2 PNO2  .P 1 c) Ta biÕt: KP  2 PNO 2 PN 2O4 Thay c¸c biÓu thøc PN O , PNO råi biÕn ®æi ta ®îc: 2 4 2 4 2 KP  .P 1  2 15 d) + §· biÕt: a = 0,01726 mol; V = 0,5 lÝt; P = 1 atm. TÝnh sè mol cña hÖ lóc c©n b»ng: + Ta cã: n PV 0,02046 R.T a (1 + ) = n hay  = 0,1854 + TÝnh KP = 0,1424 + PN O 0,687 atm ; PNO 0,313 atm 2 4 2 Bµi 12 : ë nhiÖt ®é T, ¸p suÊt 1 atm cã c©n b»ng sau : N2O4(k) 2NO2(k) (1) Gi¶ thiÕt c¸c khÝ ®Òu lµ khÝ lÝ tëng. a) ThiÕt lËp biÓu thøc HSCB KP lµ d¹ng mét hµm cña ®é ph©n li  vµ ¸p suÊt chung P. b) X¸c ®Þnh KP, KC, G cña ph¶n øng (1) ë 333 K,  = 0,525. 0 c) X¸c ®Þnh H, S cña ph¶n øng (1) ë 333 K. Cho biÕt ë 373 K cã KP = 14,97. d) TÝnh KP cña ph¶n øng (1) khi  = 11%. §é ph©n li  thay ®æi nh thÕ nµo khi P tõ 1 atm gi¶m cßn 0,8 atm ? e) §Ó  ®¹t tíi 8% th× ph¶i nÐn hçn hîp khÝ tíi ¸p suÊt nµo ? NhËn xÐt vÒ chiÒu cña ph¶n øng (1). Môc ®Ých cña bµi : Yªu cÇu häc sinh thiÕt lËp biÓu thøc tÝnh K P theo , P ; x¸c ®Þnh KP, KC, G , H, S cña ph¶n øng ë ®iÒu kiÖn cô thÓ, ¸p dông nguyªn lÝ L¬ Sat¬liª ®Ó x¸c ®Þnh chiÒu ph¶n øng. Híng dÉn gi¶i: 0 a) 4 2 KP  .P 1  2 b) KP = 1,52 ; KC = 0,0557 mol.l-1 ; G 0 = - 1,16 kJ.mol-1 c) H = 59,103 kJ.mol-1 ; S = 181 J.mol-1.K-1 d) Thay  = 0,11 vµo tÝnh ®îc KP = 0,049. Khi P tõ 1 atm gi¶m cßn 0,8 atm, ®é ph©n li  t¨ng c©n b»ng (1) chuyÓn dÞch theo chiÒu tõ tr¸i sang ph¶i. 16 e)  = 0,08 ; KP = 0,049 ta tÝnh ®îc P = 1,9 atm. VËy khi  gi¶m c©n b»ng (1) chuyÓn dÞch theo chiÒu tõ ph¶i sang tr¸i. Bµi 13: 1. Thùc hiÖn tæng hîp NH3 theo ph¶n øng: N2(k) + 3H2(k) 2NH3(k) (1) a) Chøng minh r»ng ë nhiÖt ®é, ¸p suÊt x¸c ®Þnh, hiÖu suÊt ph¶n øng sÏ cùc ®¹i nÕu thµnh phÇn mol cña hçn hîp c¸c chÊt t¸c dông lÊy ®óng theo hÖ sè tû lîng cña chóng. b) ë 723 K ph¶n øng (1) cã K P 2.10  4 1 ë 850 K ph¶n øng (1) cã K P 0,2.10  4 2 T×m nhiÖt ®é cña sù chuyÓn ho¸ (ë kho¶ng nhiÖt ®é) trªn. 2. Ph¶n øng (1) cã H 0  92,5kJ . Khi ph¶n øng ®¹t c©n b»ng thu ®îc 36% NH3 díi ¸p suÊt 300 atm, 4500C. a) TÝnh HSCB KP. b) ë 4500C ph¶i dïng ¸p suÊt bao nhiªu ®Ó ®¹t 50% NH3. c) Díi ¸p suÊt 300 atm th× ë nhiÖt ®é nµo ®Ó ®¹t 50% NH 3. Cho biÕt chiÒu cña c©n b»ng (1). Môc ®Ých cña bµi: Gióp cho häc sinh cã kÜ n¨ng tæng hîp: chøng minh gi¶ thiÕt lµ ®óng, tÝnh HSCB KP, tÝnh sè mol, nhiÖt ®é (¸p dông biÓu thøc cña ®Þnh luËt KiecHoff), t×m ¸p suÊt, vµ xÐt chiÒu ph¶n øng. Híng dÉn gi¶i: 1.a) Ph¶n øng: N2(k) + 3H2(k) 2NH3(k) (1) + Gi¶ thiÕt: KP  PN 2  PH 2  PNH 3 P 1atm 2 PNH 3 PN 2 .PH32  2 x NH .P 2 3 (2) K x P  2 x N 2 .x H3 2 .P 4 + LÊy Nªpe 2 vÕ cña (2): ln Kx = ln KP + 2ln P  ln K x 2 ln x NH 3  ln x N 2 3 ln x H 2 2. dx NH 3 x NH 3  dx N 2 x N2  3dx H 2 xH 2 + HiÖu suÊt ph¶n øng sÏ cùc ®¹i khi ln Kx = 0 17 (3)  x NH3  x N2  xH 2 1   dx NH3  dx N2  dx H 2 0   P 1atm Ta cã:  dxNH3 0 Khi x 1  (a) NH3   dxN2  dxH2 0  dxN2  dxH2 + Thay (a) vµo (3) ®îc: x H 2 3 x N 2 Do vËy tØ lÖ phÇn mol cña N2 : H2 lµ 1 : 3 b) + Ta cã: H 0 S 0 A ln K P1    B RT1 R T1 H 0 S 0 A ln K P2    B RT2 R T2 (BiÕn ®æi tõ biÓu thøc: G0 = H0 - TS0 = -RT ln KP)  ln K P2 K P1  1 1  A    T2 T1  (b) Thay c¸c gi¸ trÞ K P , K P , T1 , T2 vµo (b) tÝnh ®îc: 1 A = 11144,162; 2 B = - 18,721 + MÆt kh¸c: G = - RT lnK Trong ®ã: ln K  A 11144,162 B   18,721 T T Khi ph¶n øng ®¹t tr¹ng th¸i c©n b»ng: G = 0  lnK = 0 hay T = 595,3 K VËy nhiÖt ®é cña sù chuyÓn ho¸ trªn lµ 595,3 K. 2. a) HSCB KP: 18 2NH3(k) (1); H0 = - 92,5 kJ + Ph¶n øng: N2(k) + 3H2(k) Ban ®Çu: C©n b»ng: 1 3 0 1 -  3(1 - ) 2 Tæng sè mol hÖ lóc c©n b»ng: 4 - 2 HiÖu suÊt ph¶n øng ®¹t 36% NH3 nghÜa lµ 2 0,36 4  2 hay  = 0,529. + Ta cã: K P1  Trong ®ã: 2 x NH 3 x N 2 .x 3 H2 (2) .P  2 x NH 3 0,36 ; x N 2 0,16 ; x H 2 0,48 ; Thay c¸c gi¸ trÞ vµo (2) ta tÝnh ®îc: P = 300 atm. K P1 0,813.10  4 b) ë 4500C, K P 0,813.10  4 . 1 + HiÖu suÊt ph¶n øng ®¹t 50% NH3 nghÜa lµ: + Trong ®ã: x NH 0,5 ; 2 0,5 4  2 hay  = 0,667 x N 2 0,125 ; x H 2 0,375 . 3 Thay c¸c gi¸ trÞ vµo (2) ta tÝnh ®îc: P = 683 atm c) Díi P = 300 atm, 4500C tÝnh ®îc K P 0,813.10  4 1 VËy P = 300 atm, ( t 20 ) T2 = ? , K P ? 2 + TÝnh xem ë P = 300 atm, K P ? 2 Theo b) ë 4500C: x NH 3 0,5 ; x N 2 0,125 ; x H 2 0,375 ; P = 300 atm;  = 0,667. Thay c¸c gi¸ trÞ vµo (2) tÝnh ®îc K P 4,21.10  4 2 + T×m nhiÖt ®é ( t 20 ) T2. ¸p dông biÓu thøc cña ®Þnh luËt KiecHoff: Ta cã: ln K P2 K P1  H 0  1 1     R  T1 T2  (c) Thay c¸c gi¸ trÞ: K P , K P , T1 vµo (c) tÝnh ®îc T2 = 653,1K hay 380,10C 1 2 * NhËn xÐt: 19 T¹i T1 = 723K cã K P 0,813.10  4 1 T2 = 653,1K cã K P 4,21.10  4 2 Ph¶n øng (1) lµ to¶ nhiÖt H0 < 0), KP tØ lÖ nghÞch víi T. Khi nhiÖt ®é gi¶m, KP t¨ng. VËy c©n b»ng (1) chuyÓn dÞch theo chiÒu tõ tr¸i sang ph¶i (t¹o NH3). Bµi 14: Amoniac (NH3) ®îc tæng hîp theo ph¶n øng: N2(k) + 3H2(k) 2NH3(k) (1) 1. Chøng minh r»ng ë nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt nhÊt ®Þnh nång ®é cña NH3 lµ lín nhÊt nÕu xuÊt ph¸t tõ hçn hîp cã tØ lÖ N2 : H2 lµ 1 : 3 theo sè mol. 2. a) Dïng sè liÖu nhiÖt ®éng díi ®©y: N2 H2 NH3   : 0 0 H 298 k .J .mol  1 :  0 191,49 0 S 298 J .K  1 .mol  1 - 46,19 130,59 192,51 TÝnh G0 cña ph¶n øng ë 250C b) NÕu coi 0 H 298 vµ 0 S 298 cña ph¶n øng lµ kh«ng ®æi theo nhiÖt ®é th× ë nhiÖt ®é nµo ph¶n øng ®æi chiÒu ? 3. §Ó cã hiÖu suÊt NH3 cao, cÇn tiÕn hµnh ph¶n øng ë ¸p suÊt nh thÕ nµo ? V× sao ? 4. TÝnh xem cÇn ph¶i tiÕn hµnh ph¶n øng ë ¸p suÊt lµ bao nhiªu ®Ó hiÖu suÊt chuyÓn ho¸ hçn hîp ban ®Çu (N2 + 3H2) lµ 90%, nÕu ph¶n øng ®îc thùc hiÖn ë 4500C vµ tØ lÖ mol cña N2 : H2 lµ 1 : 3 ? Môc ®Ých cña bµi : Yªu cÇu häc sinh chøng minh gi¶ thiÕt, tÝnh G0 cña ph¶n øng, t×m nhiÖt ®é ph¶n øng ®æi chiÒu, tÝnh ¸p suÊt ë ®iÒu kiÖn bÊt kú. Híng dÉn gi¶i: 1. Tõ tØ lÖ N2 : H2 lµ 1 : 3 theo sè mol hay x H 3 x N 2 + Ta gi¶ thiÕt : Mµ PN 2  PH 2  PNH 3 P 1atm KP = Kx.P-2 hay Kx = KP.P2 (2) LÊy Nªpe 2 vÕ cña (2), biÕn ®æi ta cã : 20 2
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan