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

  • Số trang: 33 |
  • Loại file: DOC |
  • Lượt xem: 12 |
  • Lượt tải: 0
hoanggiang80

Đã đăng 24000 tài liệu

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 -