Issuu on Google+

THƯ VIỆN ĐẠI HỌC NHA TRANG

M 5 4 1 .0 7 6 L 2 5 0 Qu

¡ m

i

A

LÊ MẬU QUYỀN

:—L BÄI T Ậ P -_ _

HOÁ Hpc ĐẠI CƯÓNG


LÊ MẬU QUYỂN

BÀI TẬP

HÓA HOC ĐAI CƯƠNG (Dùng cho sinh viên các trường Cao đẳng) (Tái bản lần thứ nhất)

NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DỤC


Bản quyền thuộc HEVOBCO - Nhà xuất bản Giáo dục 11- 2007/CXB/364 - 2119/GD

Mã số: 7K669T7 - DAI


J lờ i n ối đầu Cuốn Bài tập Hóa học đại cương này được viết theo đúng nội dụng cuốn Hóa học đại cương của cùng tác giả do Nhà xuất bản Giáo dục xuất bán năm 2005. Nội dung cuốn sách được chia làm hai phần: - Phần một là phần tóm tắt lý thuyết và các bài tập có lời giải. - Phần hai gồm các câu hỏi trắc nghiệm kèm theo đáp số. Nội dung các phần đều bám sát nội dung sách lý thuyết. Mặc dù tác giả đã viết một sô' sách lý thuyết cũng như bài tập nhưng chắc không thể tránh khỏi những sai sót, dặc biệt lần đầu tiên viết các câu hỏi trắc nghiệm. Tác giả rất mong độc giả gửi cho những nhận xét đ ể lần tái bản được tốt hơn. . Các ý kiến dóng góp xin gửi về Công ty cổ phần sách Đại học Dạy nghề; 25 Hàn Thuyên - TP. Hà Nội. Xỉn cám ơn! TÁC GIẢ


Phần I

TÓM TẮT LÝ THUYẾT - BÀI Tập

Chương 1

Cẩu TẠO NGUVềN TỬ

TÓM TẮT Lí THUYẾT

Bốn số lượng tử đặc trưng cho trạng thái của electron trong nguyên tử là số lượng tử chính n, số lượng tử phụ /, số lượng tử từ m và số lượng tử từ spin ms. Số lượng tử chính n

Số lượng tử chính n nhận các giá trị nguyên dương. Mỗi giá trị của n đặc trưng cho một lớp electron trong nguyên tử: n

: 1

2

3

4

5 ...

Kí hiệu lớp electron : K

L

M

N

o ...

Giá trị của n càng lớn, electron càng xa hạt nhân. Số lượng tử phụ /

Mỗi lớp electrón từ n = 2 trở lên lại gồm nhiều phân lớp. Mỗi phân lớp electron được đặc trưng bằng một giá trị của số lượng tử phụ /. Số lượng tử phụ l nhận các giá trị nguyên dương từ 0 đến n - 1, nghĩa là ở lớp thứ n có n phân lớp: I Kí hiệu phân lớp electron :

: 0

1

2

3

s

P

d

f

...

(n-1)

5


Để chỉ phân lớp thuộc lớp electrón nào, người ta ghi giá trị của n chỉ lóp đó trước kí hiệu phân lóp. Ví dụ, kí hiệu 3s chỉ rằng đây là phân lớp 1 = 0 của lóp n = 3 (lóp M). Kí hiệu 2p ứng với phân lớp / = 1 của lớp n = 2 (lớp L). Số lượng tử phụ / còn cho biết hình dạng của obitan nguyên tử. Obitan s có dạng hình cầu. Obitan p gồm hai hình cầu tiếp xúc với nhau ở hạt nhân. Obitan d là hình hoa bốn cánh nổi. Hai số lượng tử n và ỉ xác định năng lượng của electrón trong nguyên tử. Ví dụ, năng lượng của các electrón ở ls < năng lượng của các electrón ở 2s < năng lượng của.các electrón ở 2p... Số lượng tử từm

Số lượng tử từ m xác định hướng của obitan nguyên tử trong không gian xung quanh hạt nhân. úhg với một giá trị của ỉ có 21 + 1 giá trị của m. Đó là những số nguyên âm và dương kể cả số 0 từ —Ị => 0 => +/. Khi 1 = 0 có một giá trị của m = 0 Khi / = 1 có ba giá trị của m = -1,0, +1. Khi 1= 2 có năm giá trị của m = -2 , -1 ,0 , +1, +2. Khi 1 = 3 có bảy giá trị của m = -3 , -2, -1 ,0 , +1, +2, +3. s ế lượng tử từ sp in ms

Số lượng tử ms đặc trưng cho sự chuyển động riêng của electrón. Chỉ có hai giá tri của ms là ms = + — và ms =

2

2

.

Obitan nguyên tử(AO) Mỗi AO được đặc trưng bằng ba giá trị của ba số lượng tử n, l và m. Ví dụ, n = l = > / = 0 = > m = 0 ứng với AO ls. n = 2 = > / = l = > m = 0 ứng với AO 2pr Từ đó suy ra số AO ở mỗi lớp electrón như sau: Lớp K có một AO, đó là AO ls. Người ta thường kí hiệu mỗi AO bằng một ô vuông n và gọi là ô lượng tử. 6


Lớp L có một AO 2s và ba AO 2p là 2px, 2py và 2pz. Năng lượng của AO 2s thấp hơn năng lượng của các AO 2p. Ba AO 2p cùng có năng lượng như nhau, nên người ta thường viết ba ô lượng tử liền nhau và viết cách AO 2s:

□ mu. ' 2s

2p I

Lớp M có 9 AO như sau: 1 1 3s Lóp N có 16 AO: n 4s

__

1 3d

3p

1

í 4p

4f

4d

Sự phân bố các electron trong nguyên tử ở trạng thái cơ bản

Sự phân bố các electron trong một nguyên tử ở trạng thái cơ bản tuân theo nguyên lí loại trừ Pauli, quy tắc Kleckopxki và quy tắc Hund. Nguyên lí loại trừ Pauli (đúng cho cả nguyên tử ở trạng thái kích thích). Trong một nguyên tử không thể tồn tại hai electron có cùng giá trị của bốn số lượng tử n, ỉ, m và ms. Ví dụ ở lớp K ta có: n = l = > / = 0=>m = 0 úng với AO ls chỉ có tối đa 2 electron: electron thứ nhất ứng với n = 1, l = 0, m = 0 và ms = + 1 2’ electron thứ hai ứng với n = 1, / = 0, m = 0 và ms =

.

Hai electron trên một AO được biểu diễn bằng hai mũi tên ngươc chiều nhau ứng với hai giá trị khác nhau của ms trong một ô lượng tử: [Ny. Hai electron như thế được gọi là hai electron đã ghép đôi. Nếu trong ố lượng tử chỉ có một electron thì electron đó được gọi là electron độc thân: [1j hoặc [4J Dựa vào nguyên lí Pauli có thể tính được số electron tối đa như sau: Mỗi AO chỉ có tối đa 2 electron với các giá trị ms khác dấu. Phân lớp s có tối đa 2 electron:

tị

Phân lớp p có tối đa 6 electron:

ít u ti

Phân lớp d có tối đa 10 electron:

n u tị u u

Phân lớp f có tối đa 14 electron:

u u n H tt H n 7


Lớp electron thứ n có tối đa 2n2 electron. Quy tắc Kleckopxki

Trong một nguyên tử, thứ tự điền các electron vào các phân lớp sao cho tổng số n + l tăng dẩn. Khi hai phân lớp có cùng giá trị n + / thì electron điền trước tiên vào phân lớp có giá trị n nhỏ hơn. Thứ tự điền các electron vào các phân lớp như sau: ls 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d Ví dụ: V (Z = 23): ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d3 Sau khi viết cấu hình electron theo quy tắc Kleckopxki, cần viết lại cấu hình này bằng cách sắp xếp các phân lớp trong cùng một lóp electron lại gần nhau: V(Z = 23): Lớp electron:

Is2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d3 K

M

L

Đây là cấu hình electron của nguyên tử vanađi (V) dưới dạng chữ. Quy tắc Hund

Trong một phân lớp chưa đủ số electron tối đa, các electron cổ xu hướng phân bố đều vào các obitan (các ô lượng tử) sao cho có số electron độc thân với các giá trị số lượng tử ms cùng dấu là lớn nhất. Ví dụ: Ge (Z = 32): ls2 2s2 2 $ 3s2 3p6 4s2 3d10 4p2. Từ đó cấu hình electron của Ge là: ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p2. Theo quy tấc Hund ta có cấu hình electron của Ge dưới dạng ô lượng tử như sau:

tTHTTTTĨTTTIrfTITTTTTTTT Hai electron ở 4p2 có thể viết:... hoăc

1

hoãc

i

hoặc t

1

vì năng lượng của ba AO 4p

bằng nhau. BÀI TẬP

1.1. Trong số tổ hợp các số lượng tử sau, những tổ hợp nào có thể có?

8

a. n = 4,

1 = 2,

m = 0.

b. n = 2,

/ = 1,

m = - 2.

hoặc


c. n = 3,

1= 2,

m = -1

d. n = 3,

1= 0,

m = 0.

e. n = 2,

1= 2,

m = -1

Đ.s. a, c, d. 1.2. Những kí hiệu nào dưới đây không thể có trong nguyên tử? a. l p ;

b. 2d ; c. 3 s ;

d. 4f;

e. 5d.

Đ.s, lp và 2d 1.3. Các kí hiệu 3s, 4f, 5d chỉ lớp và phân lớp electron nào trong nguyên tử?

Đ.s. 3s: lớp n = 3 (lớp M) và phân lớp / = 0. 4f: lớp n = 4 (lớp N) và phân lớp / = 3. 5d: lóp n = 5 (lớp O) và phân lớp / = 2. 1.4. Các AO 4s, 4px, 4py, 4pz, 4dxy, 4dyz, 4dzx, 4d.x2 2, 4dz2 ứng với các

II o

3 II o

4px: n = 4, 4py: n = 4, 4pz: n = 4,

/=1,

m= 1 m=-l

1 = 1,

3 II o

4dxy: n = 4, 4dyz: n = 4, 4dM: n = 4 , 4dx2_y2:n = 4,

1= 2 ,

m = -2 m = -1 m= 1 m=2

c4 II

3 II o

4s:

•'sr II c

n = 4,

II II II to to to

giá trị nào của các số lượng tử?

1 = 1,

1.5. Hãy nêu sự khác nhau giữa hai AO sau: a. 2px và 2py b. 2pz và 3pz Bài giải:

a. AO 2px và 2py khác nhau về sự định hưóng xung quanh hạt nhân nguyên tử, AO 2px định hướng dọc theo trục X, AO 2py định hướng 9


dọc theo trục y của tọa độ Descartes. Sự định hướng này được xác định bởi số lượng tử từ m. Khi m = +1 sự định hướng của 2p dọc theo trục X, khi m = -1 sự định hướng dọc theo trục y. b. AO 2pz và 3pz khác nhau ở lớp electron. AO 2pz ở lớp n = 2 (lớp K), còn 3pz ở lớp n = 3 (lớp M). 1.6. Trong số các cấu hình electron sau, những cấu hình nào tuân theo nguyên lí loại trừ Pauli, cấu hình nào ở trạng thái cơ bản? a. ls 3 2s2 2p6 ; C.

b. ls2 2s2 2p5

ls2 2s2 2p4 3s1 3p1;

d. ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d14V

Đ.s. b và c. Ở trạng thái cơ bản: b. 1.7. Trong số các cấu hình giả thiết sau của nguyên tử niken (Z = 28): a. ls2 2s2 2p6.3s2 3ỹ6 4d10; b. ls2 2s2 2p6 3s2 3p8 3d6 4s2; c. ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d8 4s2; d. ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2 4p2. 1. Cấu hình nào không tuân theo nguyên lí Pauli? 2. Cấu hình nào ở trạng thái cơ bản? Hãy viết cấu hình đó dưới dạng ô lượng tử và cho biết số electron độc thân trong cấu hình đã viết. 3. Cấu hình nào không có electron độc thân? 4. Hãy sắp xếp các cấu hình theo trật tự năng lượng tăng dần.

as.

1. b ; 2. c:

có 2 electron độc thân; 3. a; 4. ç < a < d. 1.8. Trong sô' các cấu hình electron sau ở trạng thái cơ bản, những cấu hình nào không tuân theo quy tắc Hund? a)

ti

c) e) Đ.s. a và c. 10

ít

;

4 t

b) ;

d)

;

g) t t

1 1


1.9. Trong các cấu hình electron sau của nitơ (Z = 7), cấu hình nào ở trạng thái cơ bản, ở trạng thái kích thích và cấu hình nào là không thể có?

c)

ti l i

e)

ls 2s

Đ.s.

2p

3s

d. Trạng thái cơ bản; a, b, c, g: Các trạng thái kích thích. e. Không thể có vì trái với nguyên lí Pauli (2 electron trong một ô lượng tử không thể có cùng giá trị của mK).

1.10. Một nguyên tử ở trạng thái cơ bản có phân lớp electron ngoài cùng là 4p2. Hãy viết cấu hình electron của nguyên tử đó dưới dạng chữ và dạng ô lượng tử. Hai electron 4p2 có thể ứng với những giá trị nào của bốn số lượng tử?

as. íl í

ti 1 tị tl

ls2 2s2

2p6

3s2

tt 11 tị t1 1 1 3p6

3d10

t t 4s2

4p2

• 4p2 ứng với n = 4, / = 1, hai electron đều có cùng giá trị của ms là + — hoặc

T

. Các số lượng tử m ứng với hai electron p có thể là: hoăc

-1 0 + 1

hoăc - 1 0 +1

-1 0 +1

c. n = 5,

Đ.s. a. 3 s ;

3 II o

/ = 1,

m = 0. 3 li o

II c

b.

II * o

a. n = 3,

ti o

1.11. Mỗi tổ hợp các số lượng tử sau ứng với obitan nguyên tử nào?

b. 4pz ; c. 5s. 11


C hương 2

BỒNG TUẦN hoàn CÁC NGUV6N TỐ HÓA HỌC

TÓM TẮT Lí THUYẾT

Chu kì

Ở trạng thái cơ bản, nguyên tử của các nguyên tố trong cùng một chu kì đều có số lớp electron bằng nhau và bằng số thứ tự chu kì chứa chúng. Nhóm

Nguyên tử của các nguyên tố trong cùng một nhóm có cấu hình electron hóa trị tương tự nhau. Nhóm A

• Sự điền electron vào nguyên tử của các nguyên tố nhóm A theo quy tắc Kleckopxki đều kết thúc ở ns hoặc np (n là lớp electron ngoài cùng). • Có thể nhận biết một nguyên tố ở các nhóm từ IIIA đến VHIA dựa vào số electron ở lớp ngoài cùng của nguyên tử nguyên tố đó: số electron ỏ lớp ngoài cùng bằng số thứ tự nhóm chứa nó. • Có thể nhận biết một nguyên tố ở nhóm A nào dựa vào sự điền electron cuối cùng vào nguyên tử xảy ra ở phân lớp:

12

ns1 : IA ; ns2

: HA; n p ^ n iA ;

np2: IVA;

np3 : VA; np4

: VIA; np5: VIIA; npố: VIHA;


Nhóm B

• Sự điền electron cuối cùng vào nguyên tử của các nguyên tố nhóm B đều kết thúc ở ( n - l ) d . • Số electron ở lớp ngoài cùng của các nguyên tử đều ít hơn ba. • Có thể nhận biết một nguyên tố ở nhóm B nào dựa vào sự điền electron vào nguyên tử theo quy tắc Kleckopxki kết thúc ở phân lớp: (n -l)d 1 : IIIB ; (n-l)d2 : IVB ; (n-l)d3: V B ; (n-1) d4 : VIB (n-l)d5 : VIIB; (n-l)d6’7’8 : VIIIB; (n-l)d9: IB; (n-l)d10 : II B Bằng thực nghiệm người ta thấy ở một số trường hợp có 1 electron ở ns2 chuyển vào (n-l)d. Đó là Cr(Z = 24); Cu(Z = 29); Nb(Z = 41); Mo(Z=42); Ru(Z=44); Rh(Z=45); (Ag(Z=47); Pt(Z=78); Au(Z=79). Riêng ở Pd(Z=46) cả 2 eiectron ờ ns2 chuyển vào (n-l)d. Nguyên tố s, p, d và f

Nguyên tố s (p, d, f) là nguyên tố mà sự điền electron cuối cùng theo quy tắc Kleckopxki xảy ra ở phân lớp s (p, d, 0Các nguyên tố d và f còn được gọi là các nguyên tố chuyển tiếp d và f. Các nguyên tố d đều nằm ở các nhóm B không có mặt ở các nhóm A. Các nguyên tố f thường để riêng ở cuối bảng tuần hoàn, không xếp vào nhóm nào. Bán kính nguyên tử và ion

• Bán kính nguyên tử cộng hóa trị bằng nửa khoảng cách giữa hai hạt nhân của hai nguyên tử giống nhau liên kết đơn cộng hóa trị với nhau ở 25°c. • Bán kính nguyên tử kim loại bằng nửa khoảng cách giữa hai hạt nhân của hai nguyên tử kim loại gần nhau nhất trong tinh thể kim loại. • Bán kính ion được xác định trong tinh thể ion. Khoảng cách giữa hai tâm ion dương và ion âm gần nhau nhất trong tinh thể ion bằng tổng số bán kính của ion dương và ion âm đó. Từ trái sang phải trong một chu kì, bán kính nguyên tử nói chung giảm dần. 13


Từ trên xuống trong nhóm A, bán kính nguyên từ và ion cùng điện tích tăng dần. Từ trên xuống trong nhóm B, bán kính nguyên tử và ion cùng điện tích biến đổi chậm, thường tăng ít hoặc không đổi. Năng lượng ion hóa của nguyên tử

Năng lượng ion hóa thứ nhất Ij, thứ hai I2, thứ ba I3 ... ứng với những quá trình sau: Nguyên tử (k, cb) - e

Cation* (k, cb), Ij > 0.

Cation* (k, cb) - e -» Cation2+(k, cb), I2 > lị. Cation2+(k, cb) - e -> Cation3+(k, cb), I3 > I2. Electron bị bứt ra khỏi nguyên tử khi bị ion hóa là electron lớp ngoài cùng có năng lượng lớn nhất (electron ứng với giá trị n v à/lớn nhất). Từ trái sang phải trong một chu kì Ij nói chung tăng dần. Từ trên xuống trong một nhóm A, giá trị lị giảm dần. Từ trên xuống trong một nhóm B giá trị Ij biến đổi chậm và không đều, thường tăng dần. Năng lượng gắn kết electron của nguyên tử

Năng lượng gắn kết electron thứ nhất Aj, thứ hai A2, ... ứng với những quá trình sau: Nguyên tử (k, cb) + e -> Anion" (k, cb), Aị. Anion'(k, cb) + e -> Anion2'(k, cb), A2. Aj có thể có giá trị âm, dương hay bằng không, còn A2 luôn luồn có giá trị dương. Độ điện âm của nguyên tế Ịỵ )

Độ điện âm của nguyên tố là khả năng của nó hút căp electron liôn kết trong phân tử về phía mình. Theo Muỉỉiken độ điện âm được tính bằng công thức: 14


X = - ——+ 0,17 A 516 I và A là năng lượng ion hóa thứ nhất và năng lượng gắn kết electron thứ nhất (kJ.mol'1) của nguyên tử nguyên tố cần tính XTừ trái sang phải trong một chu kì và từ dưới lên trên trong một nhóm nói chung độ điện âm tăng dần. Số oxi hóa lớn nhất của các nguyên tố

Số oxi hóa lớn nhất của đa sô' cấc nguyên tố bằng số thứ tự nhóm chứa chúng (trừ Flo, oxi, các nguyên tố nhóm IB, đa số các nguyên tố nhóm VIIIB, các lantanoit, các actinoit, hiđro, khí hiếm). Số oxi hóa thấp nhất của các phi kim

Số oxi hóa thấp nhất của các phi kim bằng số thứ tự nhóm chứa chúng trừ cho 8, trừ B (Z = 5) H (Z = 1) và các khí hiếm. Kim loại và phi kim

Hầu hết các nguyên tử kim loại có số electron ở lớp ngoài cùng ít hơn 4, trừ B (Z = 5), H(Z = 1 ), He(Z = 2). Một số ít nguyên tử kim loại có số electron lóp ngoài cùng lớn hơn ba: Ge (Z = 32), Sn (Z = 50), Sb (Z = 51), Pb (Z = 82), Bl (Z = 83), Po (Z = 84). Kim loại có ánh kim, dễ chế hóa cơ học, dẫn nhiệt và dẫn điện tốt, dễ nhường electron hóa trị khi tham gia phản ứng. Phi kim dẫn điện và dẫn nhiệt rất kém, dễ nhận electron khi tham gia phản ứng. Từ trái sang phải trong một chu kì nói chung tính kim loại giảm dần, còn tính phi kim tăng dẩn. Từ trên xuống trong một nhóm A tính kim loại tăng dần, tính phi kim giản dần, còn trong một nhóm B tính kim loại giảm dần. BẢI TẬP

2.1. Khộng dùng bảng tuần hoàn, hãy cho biết các nguyên tố ứng với cấu hình electron nguyên tử sau thuộc chu kì nào, nhóm A, nhóm B nào?: a. ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p3.

• 15


b. ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2. c. ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 5s2. d. ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d8 4s2. Giải thích tại sao từng trường hợp một. Bài giải

a, b, d đều thuộc chu kỳ 4 vì có 4 lớp electron, c thuộc chu kì 5 vì có 5 lớp electron. a. Nhóm VA vì có 5 electron ở lớp ngoài •cùng (hoặc sự điền electron kết thúc ở np3). b. Nhóm HB vì có hai phân lớp electron ngoài cùng là (n-l)d10ns2. c. Nhóm HA vì sự điền electron kết thúc ở ns2. d. Nhóm VIIIB vì có hai phân lớp electron ngoài cùng là (n-l)d8ns2. 2.2. Trong các cấu hình electron nguyên tử sau, cấu hình nào thuộc nguyên tố s, p, d hay f? Nguyên tử của nguyên tố nào là chuyển tiếp d, chuyển tiếp f, thuộc họ lantan, họ actini? Giải thích vì sao. a /l s 2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 5s* b. ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d3 4s2. c. ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d104s2 4p’. d. ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3dI04s2 4p6 4d10 4f14 5s2 5p6 5d10 5Í6 6s2 6p6 7s2. e. ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d104s2 4p6 4d10 4f 5s2 5p* 6s2. Bài giải

a. Nguyên tố s vì sự điền electron cuối cùng (theo quy tắc Kleckopxki) kết thúc ở ns1. b. Nguyên tố d vì sự điền electron cuối cùng kết thúc ở (n-l)d. Đây là nguyên tử của nguyên tố chuyển tiếp d. c. Nguyên tố p vì sự điền electron cuối cùng kết thúc ở np. d. Nguyên tố f vì sự điền electron cuối cùng kết thúc ở (n-2)f. Đây là nguyên tử của nguyên tố chuyển tiếp f thuộc họ actini. 3. Nguyên tố f vì sự điền electron cuối cùng kết thúc ở (n-2)f. Đây là nguyên tố chuyển tiếp f, thuộc họ lantan. 2.3. a. Tính bán kính cộng hóa trị của F, bán kính kim loại của Au, bán kính của ion Na+, biết rằng khoảng cách giữa hai nguyên tử F trong phân tử 16


F2 là 0,142nm, giữa hai nguyên tử Au gần nhau nhất trong tinh thể Au là 0,288nm, giữa hai ion dương và âm gần nhau nhất trong tinh thể NaCl là 0,281 nm và bán kính của ion c r là 0,181 nm. b. Khoảng cách giữa hai nguyên tử N trong phân tử N2 là 0,Í097nm. Nửa khoảng cách trên có phải là bán kính cộng hóa trị của nitơ không?

Đ.s. a. rF = 0,071nm; rAu = 0,144nm, rNa, =0,100nm. b. Không phải vì liên kết giữa hai nguyên tử trong N2 là liên kết ba. Bán kính cộng hóa trị được tính chỉ khi là liên kết đơn. 2.4.a. Viết cấu hình electron của nguyên tử Fe(Z = 26) và các ion Fe2+, Fe3+ dưới dạng chữ và dạng ô lượng tử. So sánh bán kính giữa chúng. b. Viết cấu hình electron của nguyên tử As(Z = 33) và ion As3“ dưới dạng chữ và dạng ô lượng tử. So sánh bán kính giữa chúng.

Đ.s. a) Fe:

ls2 2s2

2p6 tt

ls2 2s:

3s2

3p6 tt mT

tí 2p6

3d6

"ị 2p(

3s2

tỉ

3d6 ti

"i

ls2 2s"

3p6

3s2

4s2

3p6

3d5 t

t

t

rFe > rFe- > rFeb)As: ti ls2 2s2

2p6

3s2

3p6

3d10

t

4s2 4px

As3':

Với As : X = 3; Với As3': X = 6; rAs < rAs.,-. 2.5. Tính năng lượng tạo thành một phân tử ion KC1 ở thể khí và trạng thái cơ bản từ nguyên tử K và nguyên tử C1 đều ở trạng thái khí, cơ bản, 2- BTH^ĐẠI CƯƠNG

17


biết rằng nãng lượng ion hóa thứ nhất của K là Ij = 419 k J . m o l n ă n g lượng gắn kết electron của C1 là Aj = -348 k l.m o ĩ1, lực tĩnh điện giữa hai ion là - k — với k = 9.109, e = l,6.10'19c , r là khoảng cách giữa hai r ion dương và âm trong phân tử r = 2,67.10'l0m, số Avogadro là 6.1023. Bài giải K(k, cb) + C1 (k, cb) -» KC1 (k, cb) gồm các quá trình sau: K(k, cb) - le -> K (k, cb), Ij = 4 1 9 .103: 6 . io 23 = 6,98 . 10'19J. C1 (k, cb) + le -» Cl" (k, cb), Aj = - 3 4 8 . 103 : 6 . 1023 = -5 ,8 0 .10'19J. K+(k, cb) + cr(k, cb)

KC1 (k, cb),

E = -9 .1 0 9 a --6-' 1-- 1^ - = -8,63.10~19J . 2,67.10~10 Năng lượng của quá trình: K(k, cb) + a (k, cb) -> K a (k, cb), Ij + Aj + E = -7 ,4 5 .1 0 19J. 2.6. Tính độ điện âm của F và C1 theo Mulliken, biết rằng Ij(F) =1681; I, (Cl) = 1255, Aị (F) = -333 và A j(a ) = -348 u .m o l'1. Bài giải 1681 + 333 + 0,17 =4,07-, Xa = 3,28 X f~ 516 2.7. a. Xác định cộng hóa trị và số oxi hóa của H và o trong các phân tử sau: HOCl, H20 2, GaH2, OF2. b. Xác định số oxi hóa của Cr, N và o trong các phân tử và ion sau: K3 [C r(Q H U Cr20 72', NH4N0 3l K20 4, KO3. Đ.s. a. Phân tử

SỐ oxi hóa

HOC1

H 1

0 2

H +1

-2

h 20

2

1

2

+1

-1

CaH2

1

-

-1

of2

18

Hóa trị

-

2

-

0

-

+2


b.

K3[Cr(OH)6], Cr = +3; Cr20 72', Cr = +6; NH4N 03, N(NH4+) = -3,

N(N03") = +5; K20 4, O = - - ; KO, ; O = - 2.8. Một vài phân lớp électron ngoài cùng của một số nguyên tử như sau: A: 4d5 5s2 ; X: 5s2 5p5 ; Z: 4p65s2. Hỏi A, X, z thuộc nhóm A, nhóm B nào, là kim loại hay phi kim, cation hay anion nào dễ được tạo thành nhất, số oxi hóa cao nhất và số oxi hóa thấp nhất có giá trị âm (nếu có)? Đ.s. A: Nhóm VIIB, là kim loại, số oxi hóa cao nhất +7. X: nhóm VII A, là phi kim, số oxi hóa cao nhất +7, số oxi hóa thấp nhất -1. Anion dễ tạo thành nhất X". Z: nhóm II A, là kim loại, số oxi hóa cao nhất +2, cation dễ tạo thành nhất z2+. 2.9. Ion x 3+ có phân lớp electron ngoài cùng là 3d[: a. Viết cấu hình electron của nguyên tử X và ion x 3+. b. Electron 3d' có thể ứng với những giá trị nào của 4 số lượng tử? Đ.s.a.

X:

ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s2

x 3+: ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d‘

b. Electron 3d* : n = 3, / = 2, ms có thể = + — hoăc

, m có thể:

+1 +2 2.10. Xác định số thứ tự z, chu kì, nhóm A, B của nguyên tố X mà nguyên tử của nó có 3 electron 3d. Viết công thức phân tử oxit của X trong đó X có số oxi hóa cao nhất. Viết cấu hình electron của nguyên tử z có cùng số oxi hóa cao nhất giống X và cùng chu kì với X. 19


Đ.s. X: ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d3 4s2: chu kì 4, nhóm VB, x205. Z: ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p3. 2.11. Hai nguyên tố A và X đều ở chu kỳ 4, đều tạo được oxit trong đó A và X đều có số oxi hóa lớn nhất bằng +7. Chỉ có X tạo được hợp chất khí với-hiđro. Viết cấu hình electron nguyên tử của A và X. Đ.s. A: ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s2 X: ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p5.

20


Chương 3

ll€N K€T HÓn HỌC VA CẤU TíỊO PHÂN TỬ

TÓM TẮT Lí THUYẾT Năng lượng liên kết

H H -C -O -H (k) H

C(k) + 4H(k) + 0(k)

AH - 3Ec_h + Ec_0 + Eq_h Độ dài liên kết và góc liên kết

Độ dài liên kết đ0_H= 0,0957 nm. Góc liên kết HÕH - 104,5°

Độ bội liên kết (Bậc liên kết)

Theo phương pháp VB: Độ bội liên kết là số cặp electron chung liên kết trực tiếp hai nguyên tử với nhau trong phân tử. Theo phương pháp MO: Độ bội liên kết giữa hai nguyên tử trong phân tử hai nguyên tử được tính bằng công thức: Prs=Ỷ(n ~ n ) n - số electron trên MO liện kết, n* - số electron trên MO*.

21


Liên kết ion

Liên kết ion được tạo thành giữa một nguyên tố kim loại mạnh và một nguyên tố phi kim mạnh, khi đó nguyên tử của nguyên fố kim loại nhường hẳn electron cho nguyên tử của nguyên tố phi kim. Bản chất của liên kết ion là lực tĩnh điện giữa các ion trái dấu. Liên kết ion không có hướng, không bão hòa và rất bền. Liên kết cộng hóa trị - Phương pháp VB

Nội dung của phương pháp VB gồm ba điểm: • Mỗi liên kết cộng hóa trị được tạo thành bằng một cặp electron hóa trị chung giữa hai nguyên tử tham gia liên kết. • Khi tạo liên kết xảy ra sự xen phủ các AO hóa trị của hai nguyên tử tham gia liên kết. Sự xen phủ càng lớn liên kết càng bền. • Liên kết cộng hóa trị là liên kết có hướng. Hướng liên kết là hướng có độ xen phủ lớn nhất. Ví dụ, xét sự tạo thành liên kết giữa H và F trong phân tử HF: ±

tỉ

; F: ls2 2s2 2p5

ti tỉ

Mỗi nguyên tử góp một electron độc thân đế tạo một cặp electron chung liên kết giữa hai nguyên tử. Hai electron này phải có giá trị số lượng tử ms trái dấu nhau: H t F•• : • o đây xảy ra sự xen phủ giữa , AO ls của H và AO 2p * của F. Hướng xen phủ lớn nhất như sau:

GĐO ls

2p

Cặp electron chung để tạo liên kết giữa hai nguyên tử có thể chỉ từ một nguyên tử. Ví dụ:

H tN r H

+

[Z]h+ ls

r

+ H •+ HtNtH hoặc +• H

H Ị ỈL -N — H 1 H

-» chỉ liên kết cho - nhận (liên kết do cặp electron chỉ từ một nguyên tử). 22


Trạng thái hóa trị của một nguyên tố

Không kể liên kết cho - nhận, để tạo liên kết, nguyên tử phải có electron

tt 1‘1 1 ỉ

độc thân. Ví dụ, oxi (Z = 8): ls2 2s2 2p4

có hai electron

độc thân, nên có thể tạo được hai liên kết cộng hóa trị. s (Z = 16): ls2 2s2 2p6 3s2 3p4

hai electron độc thân, thể hiện cộng hóa trị hai trong H2S. s có thể tạo được các phân tử SF4, SF6, nghĩa là nó có cộng hóa trị 4 trong SF4 và cộng hóa trị 6 trong SF6: S ':ls22s^2p63s23p33d':

iiiMĩHĩiiiiiiin Một electron ở 3p4 chuyển ra 3d tạo thành 4 electron độc thân s** ls2 2s2 2p6 3s2 3p3 3d2:

■■■ 3s

3p

3d

s** có 6 electron độc thân. Năng lượng dùng để tạo ra các trạng thái kích thích của lưu huỳnh s* và s lấy trong phản ứng. Oxi không có các trạng thái hóa trị 4,6 giống s vì để có trạng thái kích thích cần năng lượng quá lớn. Thuyết lai hóa

Ba nội dung của phương pháp VB nêu ở trên chưa đủ để giải thích tính bền của các liên kết và cấu trúc hình học của phân tử, nên phải bổ sung thuyết lai hóa. Ví dụ, xét sự tạo thành liên kết trong phân tử BeH2: Be(Z = 4): ls2 2s2. ở trạng thái hóa trị hai: Be*: ls2 2s* 2p* Hai electron độc thân của Be liên kết với hai electron độc thân của hai nguyên tử hiđro H i B i H . Hai liên kết này phải khác nhau về độ bền, vì hai electron của Be dùng để tạo liên kết có năng lượng khác nhau. Nhưng thực nghiệm cho thấy năng lượng của hai liên kết này bằng nhau. Mạt khác, ba nội dung của phương pháp VB nêu ở trên không khẳng định cấu trúc thẳng 23


của phân tử BeH2, vì sự xen phủ AO 2s của Be và AO ls của H là như nhau theo mọi hướng. Theo thuyết lai hóa, khi tạo liên kết trong BeH2, một AO 2s và một AO 2p của Be lai hóa với nhau tạo thành hai obitan lai hóa sp giống nhau nằm trên một đường thẳng và sự xen phủ lớn nhất với hai AO ls của hai nguyên tử H xảy ra ở hai đầu hai obitan sp:

Vậy độ bền của hai liên kết Be - H phải bằng nhau và cấu trúc của phân tử BeH2 là thẳng. Các kiểu lai hóa sp, sp2, sp3

• sp: Một AO ns lai hóa với một AO np tạo thành hai obitan lai hóa sp giống hệt nhau, nằm trên một đường thẳng tạo thành góc giữa hai obitan sp 180°. Hướng liên kết của các obitan sp là ở hai đầu obitan. • sp2: Một AO ns lai hóa với hai AO np tạo thành ba obitan lai hóa sp2 giống hệt nhau, hướng tới ba đỉnh của hình tam giác đều, tạo thành góc giữa các obitan lai hóa 120°. Hướng liên kết của các obitan sp2 là ở ba đỉnh của tam giác. • sp3: Một AO ns lai hóa với ba AO np tạo thành bốn obitan lai hóa sp3 giống hệt nhau, hướng tới bốn đỉnh của hình bốn mặt đều, tạo thành góc giữa các obitan lai hóa 109°28\ Hướng liên kết của các obitan sp3 là ở bốn đỉnh của hình bốn mặt. Dự đoán kiểu lai hóa và cấu trúc của phân tử

Xét phân tử có công thức tổng quát sau ABxEy, trong đó A là nguyên tử trung tàm, X là số nguyên tử liên kết trực tiếp với A, y là số cặp electron (đôi khi chỉ là một electron) hóa trị của A chưa tham gia liên kết. • Nếu X + y = 2, các AO hóa trị của A có hai hóa sp, phân tử có cấu trúc thắng. V í d ụ H - B e - H , 0 = c = 0 ; H - C = N. • Nếu X + y = 3, các AO hóa trị của A có lai hóa sp2. Khi X = 3, y = 0 thì phân tử có cấu trúc tam giác. Ví dụ:

24


ơ ^

S )

cr

C1

Khi X = 2, y = 1 thì phân tử có cấu trúc gấp khúc. Ví dụ: .N.

.Sn

o cr

'C1

Khi y > 0 thì góc liên kết bị thu hẹp đôi chút so với góc các obitan lai hóa. • Nếu X + y = 4, các AO hóa trị của A có lai hóa sp3. Khi phân tử có cấu trúc bốn mặt. Ví dụ:

X

= 4, y = 0 thì

Khi X = 3, y = 1, phân tử có cấu trúc tháp tam giác. Ví dụ: N— H H--'--.... H / ...- < I

Khi

X

Ồ—?H+,U ^,+ (H 3 ° ) u'---..... ú H- -.....H

/ S — Br n='-..... Rr 0=".....Br

/ > \\ ?/

/£ > < 1

= 2, y = 2, phân tử có cấu trúc gấp khúc. Ví dụ:

-ưr(cio2) TT

Y\

(NH-2) "'H

Phương pháp MO - LCAO

• Áp dụng cho các phân tử A2 và ion An±2 của chu kì 1. Các MO được tạo thành bằng tổ hợp AO ls của nguyên tử thứ nhất (\ị/j) với AOls của nguyên tử thứ hai (\|/2) tạo thành MOơs (liên kết) có năng lượng thấp hơn (E+) năng lượng các AO ls và MOơs* (phản liên kết) có năng lượng cao hơn (E_) năng lượng các AO ls. Dãy năng lượng tăng dần các MO như sau: ơs ơs*.

25


4>*= Ci Wi + C2V2

< E.

V2

-jL ( 4 '+ 'F i ):<TI,E. *

<^E

Ơ,

ls

E*

A

A2

A

Số electron điền vào các MO đúng bằng số electron trên các AO tham gia tổ hợp. Sự điền các electron tuần theo nguyên lí loại trừ Pauli (mỗi MO có tối đa 2 electron có Spin ngược chiều nhau), điền vào MO có năng lượng từ thấp đến cao, tuân theo quy tắc Hund. Ví dụ: Độ bội liên kết (bậc liên kết) giữa hai nguyên tử trong phân tử A2 và ion A"* được tính bằng công thức đã đề cập ở đầu chương. Bậc liên kết theo phương pháp này có thể là số nguyên hay số thập phân (khác với phương phápVB) • Áp dụng cho phân tử A2, ion A-J*, phân tử AB của chu kì 2. Mỗi nguyên tử A hoặc B đều có 4 AO hóa trị 2s, 2px, 2py, 2pz. Vậy có bốn tổ hợp tuyến tính:

c 3Ỹ2pz + c 4Ỹ2Pz

C5^ 2px + C 6^ 2Px

26

< <


c 7'f'2py + c 8'ỉ'2py + lí,2p,) : nr E» Kết quả tạo thành 4MO liên kết và 4 MO phản liên kết. Dãy năng lượng tăng dần các MO đối vói các phân tử A2 và ion A "*, trong đó A là Li, Be, B, c và N như sau: (KK) ơ s

7tx =7Iy ơ z 7Ĩ* =TCy ơ*

Dãy này dùng được cho cả các phân tử AB và ion AB-Ị*, trong đó A và B là các nguyên tố của chu kì 2. Đối với các phân tử A2 và ion A2* với A là o , F, Ne ta có dãy năng lượng tăng dần các MO như sau: (KK) ơ s ơ* ơ z 7IX= Tiy Tĩ^=7ĩy ơ* Phân tử không phân cực và phân tử phân cực

Phân tử không phân cực là phân tử mà trọng tâm điện tích dương và trọng tâm điện tích âm của phân tử trùng nhau. Đó là những phân tử có cấu trúc hoàn toàn đối xứng. Phân tử phân cực là phân tử mà trọng tâm điện tích dương và trọng tâm điện tích âm của phân tử không trùng nhau. Đó là các phân tử có cấu trúc không đối xứng. Đại lượng đặc trưng cho độ phân cực của phân tử phân cực là momen lưỡng cực p: p = ql q - giá trị tuyệt đối của trọng tâm điện tích dương hoặc âm (C), ỉ - độ dài lưỡng cực (m). p là đại lượng vectơ, có thể đo được bằng thực nghiệm hoặc xác định bằng tính toán (C.m). Độ ion của liên kết

% ion của liên kết = ^3-100% Pit 27


|0.ln - momen lưỡng cực của liên kết từ số liệu thực nghiệm. plt - momen lưỡng cực của liên kết tính được nếu giả thiết liên kết là 100% ion. Tương tác Van der W aals

Tương tác Van der Waals là tương tác giữa các phân tử. Tương tác này càng lớn khi p, khối lượng và kích thước của phân tử càng lớn. Chất có tương tác Van der Waals càng lớn thì nó có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và nhiệt bay hơi càng cao. Liên kết hiđro

Liên kết hiđrô thường biểu diễn bằng những dấu chấm: A - H —B A là nguyên tố có độ điện âm lớn (A = F, O, N, ...), B là nguyên tố âm điện còn cặp electron chưa liên kết (B = F, O, N, halogen,...). Chất có liên kết hiđro làm tăng nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và nhiệt bay hơi so với chất cùng loại không có liên kết hiđro. BÀI TẬP

3.1. Hãy cho biết trong các phân tử sau, liên kết nào là liên kết ion, liên kết Cộng hóa trị: KF, HF PC15, S 02, CaCl2, NH4C1?

Đ.s. Liên kết ion K - F, Ca - Cl, NH4 - Cl. Các liên kết còn lại là liên kết cộng hóa trị. 3.2. Theo phương pháp VB có thể tạo thành các phân tử sau không? CIF, C1F3, BrF7, BrFg, BN. Đ.s. CIF, C1F3, BrFg, BrF7 và BN tạo thành được vì C1 và Br đều có trạng thái hóa trị 1, 3, 5, 7, còn F có hóa trị 1, B và N đều có trạng thái hóa trị 3. 3.3. Trong phân tử HNO3 có một liên kết cộng hóa trị được tạo thành bằng cách “cho - nhận”. Giỗ’ thích sự tạo thành liên kết đó.

28


Bài giải N: ls2 2s2 2p3: có 3 electron độc thân tạo ba liên kết với hai

o

_Q_nguyên tử oxi. Nguyên tử oxi thứ ba có sự sắp xếp lại *

o

các electron ở 2p do năng lượng của phản úng cung cấp: O: ls2 2s2 2p4:

tỉ tl tt

t

o

tl tt t

Oxi ờ trạng thái kích thích có một ô trống để nhận cặp electron hóa trị của N (2s2) chưa tham gia liên kết. 3.4. Hãy cho biết các AO hóa trị của nguyên tử trung tâm trong các phân tử và ion sau có lai hóa gì và cấu trúc của chúng ra sao? cs2, N 03 , <^h 4, c 2h 2, C2H6, sf 2. Bài giải S = C = S:x + y = 2 + 0 = 2: sp: thẳng. o

ở C: 3 + 0 - 3 : sp2

ở3+0=3 sp : tam giác

các góc HCH và

o *'

HCC = 120°

H—c = c —H : Ở C: 2 + 0 = 2: sp HCCH thẳng hàng

Ở C: 4+0 = 4: sp3: Ẹ Ẹ ỉ I H—c —c —H các góc HCH và HCC = 109° H H

: 2 + 2 = 4 : sp3: gấp khúc. 3.5. Hãy viết những tổ hợp tuyến tính các AO để tạo thành các MO của các phân tử A2, AB của chu kì 2 và viết các dãy MO của chúng theo thứ tự năng lượng tăng dần. Đ.s.

(t^ c ^ + c v n T z (-

' J:<! 29


(Ị)z = C 3ỹ z + C 4ỹ z

ỘX= C 5^ X+ C 6ỸX

♦y-CyPy+CyPy

< < <

^

y

- ^

K

A2 (A = Li, Be, B, c , N) và AB: (KK) ơ sơ*7ĩx = 7tyơ z7ĩx =n*ya*z . A2 (A = o , F, N e ): (KK) ƠSƠS *ƠZ7ĨX= ny «* = TCy

.

3.6. Sử dụng phương pháp MO - LCAO giải thích tại sao không tồn tại phân tử Be2? Bài giải

Be (Z = 4): ls2 2s2, Be có 2 electron hóa trị ở 2s: Be2 (KK)ơ2 ơ* => Prs = —( 2 - 2 ) = 0. Bậc liên kết bằng không, nghĩa là không tạo liên kết giữa hai nguyên tử. 3.7. Có các phân tử và ion sau: 0 2, 0 2+, 0 2 , 0 22 : a. Giải thích cấc số liệu thực nghiệm sau; Cấu tử:

Óị~

Độ dài liên kết, nm: 0,149

02

02

0,126

0,121

0£ 0,112

b. So sánh năng lượng liên kết giữa chúng. c. Cấu tử nào có tính thuận từ hoặc nghịch từ. Bài giải

0(Z = 8): ls2 2s2 2p4. Vậy o có 6 electron hóa trị: 30


0 2: (KK) ơ 2

<s\ 7t2 = TCy 71* = 7ty : thuận từ vì có electron độc

thân. prs = 1 ( 8 - 4 ) = 2. 2

-r>

0 22 :(KK) ơ 2 ơ* ơ 2 ĩiị = 7ty Tt* = 7iy2: nghịch từ vì không có electron độc thân. prs = 1(8 - 6) = 1. 0 2 : (KK) ơ 2

ơ2 Tí\ = 7ĩy 7Ĩ* = TI*1: thuận từ vì có electron độc

thân. p „ = 1 ( 8 - 5 ) =1,5. 4

0 2+: (KK) ơg ơ* <s\ Iĩị = 7iy 7t* : thuận từ vì có electron độc thân. P„=^(8-3)=2.5. í

4

Bậc liên kết tâng theo thứ tự sau: Oị~ < Ol < 0 2 < c>2. Do đó: độ dài liên kết giảm, năng lượng liên kết tăng theo chiểu trên. 3.8.a Liên kết trong phân tử c o là liên kết ba. Hãy giải thích theo cả hai phương pháp VB và MO. b. Dựa vào phương pháp MO - LCAO so sánh năng lượng ion hóa Ij giữa CO và oxi, giữa CO và cacbon. 1] của CO là quá trình sau: c o (k, cb) - e

CO+ (k, cb)

Bài giải

a-

c (Z = 6): 1s2 2s2 2p2 0 (2 * 8); ls2 2s2 2p4 Theo phương pháp VB: hai liên kết giữa c và o được tạo thành bằng sự góp chung hai electron độc thân, liên kết thứ ba được tạo thành bằng cặp electron hóa trị 2p của oxi và AO hóa trị trống 2p của c (liên kết cho - nhận): c o Theo phương pháp MO - LCAO: (KK) n

= *5 „1- p „ = ì ( 8 - 2 ) = 3.

31


b. Ij(CO) > Ij(C) và I,(CO) > 1,(0) vì electron bị ion hóa ở co là electron trên MO liên kết ơ z có năng lượng thấp hơn năng lượng của các electron bị ion hóa củậ c và o (electron 2p). 3.9. Mô tả sự tạo thành phân tử LiH theo phương pháp MO - LCAO (tổ hợp tuyến tính, giản đồ năng lượng, cấu hình electron). Bài giải Li : ls 2 2s’,

H : ls '

ộs = C]i|/2s + C2iị/ls tạo ra hai MO: MO ơs có nãng lượng thấp hơn năng lượng các AO hóa trị 2s của Li và AO hóa trị ls của H; MO thứ hai ơs có năng lượng cao hơn so với các AO 2s và ls của Li và H. tE

_

--

E k ;'

* \ > {B

2 s1 ‘

ls 1 *

3

Li LiH Cấu hình electron của LiH: ơs2.

3.10. Những

phân OF2, A1C13?

tử nào

sau đây có

|1 lớn

H hơn không: NO,

cs2, POƠ3,

Đ.s. NO, POCl3, OF2. 3.11. Tính độ dài liên kết H - Br trong phân tử HBr, biết rằng p đo được là 0,82 D và độ ion của liên kết là 12%. Bài giải 0,12 =

0,82.3,3.10

-30

1,6.10~19./

=>/ = 1,41.10 10m =>/ = 0,141nm.

3.12. So sánh nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi giữa các chất sau: a. Giữa CH4 và CH3F; b. Giữa CH3F và CH3I; c. Giữa CH3COOH và HCOOCH3.

Đ.s. a. CH3F (p > 0, khối lượng lớn) > CH4; b. CH2I (khối lượng lớn) > CH3F; c. CH3COOH 32

(có

liên kết hiđro) > HCOOCH3.


Chương 4

ÁP DỤNG NGUVễN IV THỨ NHÂT ả m NHlệT DỘNG HỌC VÀO HÓn HỌC • • • • NHlễT Hón HỌC

TÓM TẮT Lí THUYẾT Nguyên lý thứ nhất

Tồn tại một hàm trạng thái u gọi là nội năng. Nội năng của một hệ là phần năng lượng ứng với sự vận động bên trong hệ. u là đại lượng khuếch độ. Đối với khí lí tưởng nội năng của hệ khảo sát chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ. Một hệ đóng ở trạng thái 1 với nội năng U) chuyển sang, trạng thái 2 với nội năng u 2, hệ trao đổi với môi trường lượng nhiệt Q và công w thì sự biến thiên nội năng AU của quá trình chuyển hóa này là: AU = Ư2 - Ui = Q + w = const AU không phụ thuộc vào cách thức của quá trình chuyển hóa:

Q3 + w3 AU = ư 2 - Uj = Q, + Wj = Q2 + w 2 = Q3 + w 3 = const Dạng vi phân của nguyên lí thứ nhất: d u = SQ + ỖW Nếu công trao đổi chỉ là công thể tích: du = ÔQ - PdV fc> 3- BTH H C^I CƯƠNG

AU = Q - j 2PdV

(4.1) 33


Nhiệt đẳng tích

Nếu sự chuyển hóa của hệ ở thể tích không đổi (dV = 0) thì theo (4.1): AU = Qv Vậy Qv là hàm trạng thái. Nhiệt đẳng áp

Nếu sự chuyển hóa của hệ ở áp suất không đổi (P = const) thì theo (4.1): AU = Q p -P (V 2 - V i ) = Q p -P V 2 + PVi => (U2 + PV2) - (Ui + PVi) = Qp Đặt H = u + PV: H2 - H ! = A H - Q p AH là entanpi của hệ trao đổi với môi trường. Nó là hàm trạng thái. Nhiệt phản ứng đẳng áp (entanpi của phản ứng)

Entanpi của phản ứng AH (hay nhiệt phản ứng đẳng áp Qp) là lượng nhiệt trao đổi với môi trường khi các chất phản ứng hoàn toàn với nhau theo đúng tỉ lệ hợp thức tạo thành các sản phẩm ở áp suất và nhiệt độ không đổi và không sinh công có ích. Nhiệt phản ứng đẳng tích (nội năng của phản ứng)

Nhiệt phản ứng đẳng tích AU (hay Qv) là lượng nhiệt trao đổi với môi trường khi các chất phản ứng hoàn toàn với nhau theo đúng tỉ lệ hợp thức tạo thành các sản phẩm ở thể tích và nhiệt độ không đổi và không sinh công có ích. Phản ứng tỏa nhiệt và phản ứng thu nhiệt

• Phản ứng nhường năng lượng cho môi trường dưới dạng nhiệt là phản ứng tỏa nhiệt: AH < 0 hay AU < 0. • Phản ứng nhân năng lượng của môi trường dưới dạng nhiệt là phản ứng thu nhiệt: AH > 0 hay AU > 0. Quan hệ giữa AH và AU của một phản ứhg

AH = AU + AnRT 34


AH và AU được tính bằng juh, R = 8,314 J.K 1.mol ', T = t°c + 273, An = số mol khí ở vế sản phẩm - số mol khí ở vế các chất phản ứng. Trạng thái chuẩn của một chất

• Đối với chất khí: là khí lí tưởng ở áp suất chuẩn 1 atm và nhiệt độ T. • Đối với chất lỏng và chất rắn tinh thể: ở áp suất 1 atm và nhiệt độ T. Điều kiện chuẩn của một phản ứng là điều kiện các chất phản ứng và các sản phẩm đều ở trạng thái chuẩn. Entanpi tạo thành chuẩn của một chất

Entanpi tạo thành chuẩn của một chất ở nhiệt độ T (AH°X f) là entanpi của phản ứng tạo thành 1 mol chất đó ở nhiệt độ T và trạng thái chuẩn từ các đơn chất bền nhất cùng ở nhiệt độ T và trạng thái chuẩn. Đối với đơn chất bền ở nhiệt độ T có AH°Xf = 0. Pha

Pha là tập hợp những phần đồng thể giống nhau của hệ và được giới hạn với những phần khác bằng những bề mặt phân chia. Entanpi chuẩn chuyển pha

Entanpi chuẩn chuyển pha là lượng nhiệt trao đổi với môi trường khi một mol chất chuyển pha ở nhiệt độ không đổi và áp suất chuẩn 1 atm, được kí hiệu là AH°Xcf. Nếu sự chuyển pha là sự nóng chảy thì kí hiệu là AH°Xnc, sự sôi - AH°Xs. Định luật Hess

AH hay AU của phản ứng hóa học, nếu không thực hiện một công nào khác ngoài công thể tích, chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu (trạng thái các chất phản ứng), và trạng thái cuối (trạng thái các sản phẩm phản ứng) không phụ thuộc vào các giai đoạn trung gian chuyển từ trạng thái đầu đến trạng thái cuối.

35.


Các hệ quả của định luật Hess

• AH (phản ứng thuận) = -AHf (phản ứng nghịch) • AH (phản ứng) = £AHf (sản phẩm) - SAHf (chất phản ứng) Nhiệt dung mol đẳng áp Cp và nhiệt dung mol đẳng tích Cv

Cp = V ổ T y => dH = C„dT

cv=

( au^

=> đư = CvdT

V ỔT y v

Sự phụ thuộc của nhiệt phản ứng vào nhiệt độ. Định luật Kirchhoff

AHt = AHt + j^2ACpdT Khi Tj = 298K và p = 1 atm: A H Í= A H Ỉ,8 + ị T98ACjdT với

ACp = SCp (sản phẩm) - DCp (chất phản ứng)

Ta có các biểu thức tương tự cho nhiệt phản ứng đẳng tích. BÀI TẬP

4.1. Trong số các giá trị AỈỈ298 của các phản ứng sau, giá trị nào là AH298f của CuO (tt)? 2Cu(tt) + 0 2(k) -> 2CuO(tt),

AH^g = -310,4kJ

Cu(tt) + - 0 2(k)->C uO (tt)J

AH298 =-155,2kJ

Cu20 (tt) + —0 2(k) —>•CuO(tt), AH^g = + ll,4 9 k J

Đ.s.

AHỈ98 f (Cu20 , tt) = -155,2 k J .m o r'.

4.2. Cho biết phản ứng sau: U 0 2 (tt) + 4HF(k) -> UF4(k) + 2H20(k) Hãy viết phương trình phản ứng tạo thành chuẩn của mỗi chất trong phản ứng trên. 36


Đ.s. U(tt) + 0 2(k )-> U 0 2(tt) ị H 2(k) + ị F 2(k)->HF(k) U(tt) + 2F2(k)->U F4(k) H2(k) + ^ 0 2(k)-> H 20(k) 4.3. Tính nhiệt độ của ngọn lửa cacbon cháy ở áp suất 1 atíh trong hai trường hợp sau: a. Trong oxi nguyên chất b. Trong không khí (20% oxi và 80% nitơ theo thể tích). Nhiệt độ ban đầu 25°c, oxi vừa đủ cho phản ứng, APỈ°298 f= -393,5 k lm o r 1. c j (C02, k) = 26,8 + 42,3.lổ -3t (j .K_1.moi' 1) Cp(N2, k) = 27,1 + ố. 10-3T(J.ĨT1.mor') Bài giải

a.

c +02

C 02, AH0298 = -393,5 kJ

Lượng nhiệt tỏa ra của phản ứng được dùng để đốt nóng C02 tạo thành từ 25°c đến nhiệt độ T: 393.5.105 = £ gc " (COj) dT= ị 198(26,8 + 42,3.10-3T) dT =>T = 3779K

c + 0 2 -> C 02

b.

Sau phản ứng:

lmol

N2 4mol

Lượng nhiệt của phản ứng bây giờ dùng để đốt nóng 1 mol C02 và 4 mol N2:

393,5. 103 = £ [ c ; ( C 0 2)+ 4 C j(N 2)]dT = £ [(26,8 + 42,3.10~3t ) + 4(27,1 + 6.KT3t )’ dT =>

T = 2124 K 37


4.4.

Tính công của sự biến đổi đẳng nhiệt thuận nghịch và bất thuận nghịch của 48 g oxi (được coi là khí lí tưởng) ở nhiệt độ 25°c khi: a. Giãn nở từ 10 atm về 1 atm. b. Nén từ 1 atm đến 10 atm. So sánh các kết quả và rút ra kết luận.

Bài giải

a. Wtn = -nR T l n ^ - = -nR T ln V, p2 10 48 Wtn = — .8,314.298 ln — = -8557J m 32 1 Wbtn= - P n( v 2 - V 1) — nRT . nRT v 9 = £-.. và V, = ——— J

2

p2

p,

xn => Wbt = -nR T Í p l ?2

w,btn

Pnl x n = -1,5.8,314.298 í 1 1 1 J"ĨÕ , pj

-3345 J

b. Wtn =-1,5.8,314.298— = 8557 J 10

wbtn= -1,5.8,3 1 4 . 2 9 8 ^ - y j = 33447 J Kết luận: Trong sự biến đổi thuận nghịch công hệ sinh khi đi từ trạng thái 1 đến trạng thái 2 bằng công hệ nhận từ trạng thái 2 về trạng thái 1, còn trong sự biến đổi bất thuận nghịch công hệ sinh nhỏ hơn công hệ nhận. Trong sự biến đổi thuận nghịch công hệ sinh là max và lớn hơn so với sự biến đổi bất thuận nghịch. *4.5. Cho biết phản ứng sau: 4 HC1 00 + 0 2 (k) -> 2H20 (lV+ 2Cl2(k) a. Tính entanpi chuẩn của phản ứng ở 25°c, biết rằng entanpi tạo thành chuẩn của các chất như sau: AH°298 f (HC1, k) = -92.3 kJ . m oi'1: 38


AH°298 f (H20 , 1) = -285,8 U.mol'1. b. Nếu H20 tạo ra ở thể khí thì entanpi chuẩn của phản ứng ở 25°c sẽ bằng bao nhiêu? Biết rằng entanpi bay hơi của nước ở nhiệt độ này là 44 kl.m oĩ1^ c. Tính nhiệt phản ứng đẳng tích ở 25°c. s Bài giải

a. AH°298 = 2(-285,8) - 4( -92,3) = -202,4 kJ b. AH°298 f (H20 , k) = -285,8 + 44 = -241,8 kJ.m or1 Từ đó rút ra: AH°298 = 2( -241,8) - 4(-92,3) = - 1 14,4kJ c. AU° = AH° - Ã jR T = -202,4.103 - (-3). 8,314.298 = -1949671. Ỉ>Ỉ4.6. Cho biết phản ứng sau: N2(k) + 3H2(k) -+ 2NH3(k), AH°298 = -92,6 kJ

(1)

a. Tính AH°298 cho phản ứng sau: ị N 2(k) + | H 2(k)-> N H 3(k), AH2'9s = ? 2 * 2 y

(2)

b. AH°298>f của NH3(k) bằng bao nhiêu? c. Thiết lập phương trình AHT° = f(T) của phản ứng (2) ^ d. Tính AH°298 của phản ứng (2). Số liệu nhiệt dung mol chuẩn đẳng áp (I.K ^.m or1) như sau: C‘)(N2,k) = 27,l + 6.10"'T Cp (H2, k) = 29,1 + 2.10_3T Cp(NH3,k)= 25,9+ 3,2.10_2T Bài giải

a. AH"98 = - (- 92,6) = -46,3kJ b. AH29g f (NH3,k) = -4 6 ,3kJ.m or' c. A H ^ A H ^ + ^ A C ^ d T

39


A C ° = C ° ( N H 3) -

C ? ( n 2) + | c J ( h 2)

j

= -31,3 + 2 , 6 . 10‘2T (J . K '1) A H Ị= -4 6 ,3 .1 0 3 + £ (-31,3 + 2,6.10"2T)dT AHỊ = -38127,052 + l,3.1Cr2T 2 -3 1 ,3T (J) d. AH?98 = -4 8 ,5 k J. 4.7. Cho 10,08 g nước đá ở 0°c vào 50,4 g nước lỏng ở 40°c. Tính nhiệt độ cuối của hỗn hợp, biết rằng entanpi chuẩn nóng chảy (AH°nc) của nước đá là 6004I.mol-1, nhiệt dung mol chuẩn đẳng áp (Cp°) của nước lỏng là 75,3 J.K_1.m o fl. Hệ là cô lập. Bài giải H2ơ ( tt)

nAH>rè—>HzO (/) - ah- > H2ơ (/)

273K

273K

A H f= nA H Sc + A H ° = t 2 l 2 Ì 6 0 0 4 + f

1

nc

18

T | 4 M Ì 75,3 dT 18

A H ?= 42,17T -8149,62 (J) h 2o

(/)

313K

AH> >h 20 (/) T 50,4 .75,3 áT = 2 \Q M T -65992,92 (J) 18

Vì hệ cô lập nên AH*/ + AH2 = 0 AH? +AH2 = 253,01T - 74142,54 = 0 => T=293K. 4.8.

Cho biết các số liệu sau: Ckc -+ c gr, AH°298 = -1,90 kJ, AG°298 = -2,87 kJ c gr + 0 2 -> C0 2(k), AH°298 = -393,5 kJ7

a. Giải thích tại sao trạng thái chuẩn của cacbon là Cgr (cacbon graphit), không phải là (cacbon kim cương). b. Tính AH°29g của phản ứng sau: 40


Ckc + 0 2(k )-> C 0 2(k) AH°298của phản ứng này có phải là AH°298 f của C02(k) không? Tại sao? Bài giải

a. Vì Cgr bền hơn Ckc về phương diện nhiệt động (AG°298 của phản ứng Ckc -» Cgr là số âm). b.

Ckt +

o 2( k ) - ^ +

- 1 ,9 0 \

c o 2(k) -393,5

c gt+ o 2(k) Theo định luật Hess ta có: AH°298 = -1,90 - 393,5 = -395,4 kJ -395,4 kJ không phải là entanpi sinh chuẩn của C02(k), vì đơn chất Ckc không phải là đơn chất bền nhất của cacbon. 4.9. Tính năng lượng mạng lưới của FeO(tt) dựa vào các số liệu sau: Entanpi nguyên tử hóa của Fe(tt) là 404 kJ.mol Năng lượng ion hóa thứ nhất và thứ hai của Fe là 761 và 1559 kJ.mol 1; Năng lượng liên kết trong phân tử 0 2 là 494 kJ.mol-1. Năng lượng gắn kết electron thứ nhất và thứ hai của oxi là -142 và 780 u .m oỉ-1; Entanpi tạo thành của FeO(tt) là -273 u.m ol-1. Bài giải

Fe(tt)

+ - 0 2(k)

~273

494

„404 Ỷ

\ 2

M O

+ 0 (k )

>

FeO(tt) A > (Fe2+)(k) + 0 2~ (k)

Theo định luật Hess ta có: 494 -273 = 404 + — + 761 +1559 + 780 -142 - UFe0 =>

U Fe0 = 3882 kJ.mol'1. 41


Chương 5

áp DỤNG NGUVẼN LÍ THỨ Hfll CỦA NHlệT HỌC o HÓA HỌC • ĐỘNG • • • CHlẽU VỒ GIỚI HẠN Tự DiI n AllN của cóc ỌUÁ THÌNH

TÓM TẮT ư THUYẾT Nguyên lí thứ hai

Nguyên lí thứ hai gắn liền với hàm trạng thái entropi s. Entropi là đại lượng khuếch độ. Biểu thức của nguyên lí thứ hai có dạng:

dS - sự biến thiên entropi của hệ khi hệ biến đổi ở nhiệt độ T, ÔQ - lượng nhiệt trao đổi giữa hệ và môi trường, dấu = ứng với quá trình biến đổi thuận nghịch, dấu > ứng với quá trình biến đổi bất thuận nghịch. Vì s là hàm trạng thái nên khi hệ chuyển từ trạng thái 1 đến trạng thái 2 theo (5.1) ta có:

S2-S ,=A S „,=A S bln= A S = |2ỉậ s Tất nhiên AS>

J|

T

S ự biến thiên entropl trong hệ cô lập

Đối với hệ cô lập ÔQ = 0 liên theo (5.1): 42


• dS = 0: nếu quá trình biêrì đổi là thuận nghịch entropi không đổi. • dS > 0: nếu quá trình biến đổi là bất thuận nghịch (quá trình tự xảy ra) entropi tăng và tăng đến khi đạt giá trị cực đại hệ sẽ ở trạng thái cân bằng. Sự biến thiên entropi khi chuyển pha của chất nguyên chất

• Khi chất nguyên chất đang chuyển pha ở p = const thì T = const, nên theo (5.1):

r2 5Qtn _ AH T

T

• Sự biến thiên entropi của quá trình giãn nở đẳng nhiệt n mol khí lí tưởng từ Vj đến v 2: V, p, AS = nR ln— = nRln— V, p2 • Sự biến thiên entropi của n mol chất nguyên chất theo nhiệt độ ở p = const:

Sự biến thiên entropi của phản ứhg hóa học

AS = z s (sản phẩm) - £S (chất phản ứng). Thế đẳng áp tạo thành chuẩn của một chất

Thế đẳng áp tạo thành chuẩn của một chất ở nhiệt độ T (AG°T f) là thế đẳng áp của phản ứng tạo thành 1 mol chất đó ở nhiệt độ T và p = 1 atm từ các đorn chất bền nhất cũng ở nhiệt độ T và 1 atm. Ví dụ:

N 2(k) + 3H2(k) -» 2NH3(k), AG298 = -33,26kJ => AG298>f (NH3, k) = -(-3 3 ,2 6 ) = -16,63kJ.m or‘

Đối với các đơn chất bền ở nhiệt độ T có AG" f = 0. Thế đẳng áp của phản ứng hóa học

• AG (phản ứng thuận) = -AG (phản ứng nghịch).


• AG = £AG các quá trình trung gian có cùng trạng thái đầu và cuối. • AG = AH - TAS. Ta có các công thức tương tự cho thế đẳng tích, khi thay AG bằng AF và AH bằng AU. Chiểu phản ứng và cân bằng

Chiều phản ứng là chiều có AG < 0 và khi đạt tới trạng thái cân bằng có AG = 0. Chiều phản ứng ở điều kiện chuẩn là chiều có AG° < 0. Sự phụ thuộc của AG vào nhiệt độ

ô ( AG^ cT

AH

: Phương trình Gibbs - Helmholtz

Thông thường ta biết AG°29g nên sau khi lấy tích phân ta có: AH AGỈ AG 0298 -dT í¿98 298 Ảnh hưởng của áp suất đến thế đẳng áp

_ p G t‘I>2 = G tP| + RT ln — Pj : Công thức dùng cho 1 mol khí lý tưởng Khi Pị = latm (điều kiện chuẩn) thì GT = GÍp: G t = G j + RT In p (đơn vị của p ở đây là atm). Hóa thế

r ÕG^ ổn ' 'T.p.n

Hóa thế của một cấu tử:

]X ị =

Đối với một hệ:

dG = VdP - SdT + Epịdnị

Ở p và T = const, chiều phản ứng là chiểu có dG < 0, nghĩa là: Ip-ịdnị < 0 và khi đạt tói trạng thái cân bằng: E^ịdni = 0.

44


BÀI TẬP

5.1. Trộn 10,08 g nước đá ở 0°c vói 50,4g nước lỏng ở 4 0 °c. Tính AS° của quá trình khi hệ đạt tói trạng thái cân bằng, biết rằng AH°nc của nước đá là 6004 J.mol 1và Cp° của nước lỏng là 75,3 J.K ’.mol ’. Hệ là cô lập. Bài giải Theo số liệu tính được ở bài tập 4.7 thì nhiệt độ khi hệ ở trạng thái cân bằng là 293K. AS" a. H jO (tt) -A 3 U h 20 ( í ) h 2o (0 273K

273K

293K

dT ASa° = Ass; + ASf = i ^ . « 0 4 + £ 1 ^ 8 75.3 a nc 1 18 273 J273 18 T / 293 AS° = 12,32 + 0,56.75,3 l n ị ~ = 12,32 + 2,98 = 15,30J.K~ 273 AS“ b. H20 ( /) -> H20 (/) 313K 293K f293 50,4 293 dT AS° = [ ^ . . 7 5 , 3 — = 2,8.75,31n— = -13,92 J.K' b *13 18 T 313 AS°=AS°+ASg = l,38 J.K '‘ . 5.2. Tính AS? của quá trình đóng băng 1 mol nước quá lạnh ở -10°c, biết rằng sự kết tinh của nước lỏng ở 0°c có AH°kt = -6004 I m o r 1, Cp0(H2O, ỉ) = 75,3 J. K_1.m o r‘, Cp°(H20 , tt) = 37,7 .Ĩ.K^.m or’. Bài giải Sự đóng băng của nước quá lạnh là quá trình bất thuận nghịch. Nhưng quá trình có thể được thực hiện thuận nghịch qua ba giai đoạn: H2o ( / , - 10° c )

— 3° > H2o ( t t , - 10° c )

ị AS" H2o (/, 0° c )

T AS° — sẵ ■ >

H2o (tt, 0°c)

AS°=AS< / +A S2+AS3 45


dT -6004 T 273 AS° = 2,81 - 21,99 - 1,41 = -20,6 J.K 1 . mol 5.3. Tính ÀS° và ÀG° của quá trình trộn lẫn 4 mol N2 và 1 mol ơ 2 ở nhiệt độ 298 K và 1 atm. Các khí được coi là lí tưởng và trong hệ không xảy , ra phản ứng. Bàigiải

AS° = nR ln — V, AS£ = 4.8,314 ln - = 7,42 J.K_1 4 A S ị = 1.8,3141n- = 13,38 J.K~' AS° = ASJj2 + ASẳ2 = 20,80 J.K_1 Sự trộn lẫn các khí lí tưởng là đẳng nhiệt nên AH° = 0. Từ đó: AG° = AH° -TAS° = 0-298.20,80 = -6198 J Có thể tính AG° bằng công thức sau: G p2 Í =gS p, + n R T ln — P) =>

AG° = nR T ln^r-

AG?j3 = 4.8,314.298 ln —= -2211,4 J AGq =1.8,314.298 ln —= -3987,5 J AG° = AGn2 + AG£2 =-6199 J. ^5.4. Cho biết phản ứng sau:

H2(k) + j 0 2(k)-+H 20(/) 46


Xác định entropi chuẩn của phản ứng ở 25°c và ở 80°c dựa vào các số liệu dưới đây (tính bằng J.K'1.mol'1): Chất

0 2(k)

H2(k)

h 20 (/)

S(L °298

205,0

130,6

69,9

30,0 + 4,2.10‘3T

27,3+3,2.10"3 T

75,3

Bài giải

a. AS° = zs° (sản phẩm) - zs° (chất phản ứng) Asị98 = 69,9 - (130,6 + 0,5.205,0) = -163,2 J. K' 1 b. AS“ =AS°98 + £ 8A C ° ÍÍ

ACJ(T) = 75,3-[(27,3 +3,2.10~3t ) +(30,0 +4,2.10“3t )0,5] ACJ(T) = 33-5,3.10_3t (j .K_1) Asjj 53 =-163,2 + f35333~ 5’3-10 T dT J298

T

AS?53 =-157,9 J.K_1

Entanpi bay hơi của nước ở 373 K và latm là 40,66 u .m o l'1. Tính AU, AH°, AS°, AG° và AF° của sự bay hơi 36 g nước ở 373 K và 1 atm. Bài giải

AH?73 =40,66,— = 81,32kJ. 18 AU° = AH° - AnRT = 81,32.103 - 2.8,314.373 = 75118 J. AS° = — - = 81,32-.— . = 218,0161 = 218 I K "1 T 373 AG° = AH° - TAS° = 81,32.103 - 373.218,0161 = 0 AG373 = 0 vì sự sôi của nước ở áp suất không đổi là quá trình cân bằng: 47


H20 (/) <=> H20(h) AF° = AU° - TAS° = 75118 - 373.218 = -6196 J 5.6. Có phản ứng sau: c gr + C ơ 2 (k) -» 2CO(k) Và các số liệu dưới đây ở 298 K: C ơ2(k)

CO(k)

-

-393,5

-110,5

sV -K ^.m ol'1)

5,69

213,6

197,9

Cp (J.K’1.mol‘1)

8,53

37,13

29,15

Chất

Cgr

AHf (kl.moT1)

a. Tính AG298 của phản ứng. b. Ở điều kiện chuẩn và 298 K phản ứng có xảy ra không? Tính nhiệt độ ở đó phản ứng bắt đầu xảy ra. c. Thiết lập phương trình AHT° = f(T). d. Thiết lập phương trình AGT° = f(T). Bài giải a. AG° = AH°-TAS° AH598 = -110,5.2 - (-393,5) = 172,5 kJ AS?98 = 1 9 7 ,9 .2 -(5 ,6 9 + 213,6) = 176,51 J.K-1 AGịạg = 172,5.103 -298.176,51 = 119900,02 J = 119,9 k J . b. AG298> 0: không xảy ra. Phản ứng xảy ra khi: AG° = AH° - TAS° < 0 => AH° < TAS° T>

AH° AS°

c. AHj = AH298 +

172500 = 977 K . 176,51 ACpdT

ACl = 29,15.2 - (8,53 + 37,13) = 12,64 J.K~‘

48


AH^ =172,5.103+ fT 12,64dT = 172500 +12,64 (T-298) 1

J298

AHỊ = 168733,28 +12,64T (J) AG? AG^g = rT AH^dT T *" 298 ~ J298 T 2

rT -168733,28-12.64T dT ^98 T2

= £ (-168733,28T~2 - 12,64T "')dT = -494,21 + 162733,28T'1- 12,641nT => AG” = 162733,28 - 91,86T- 12,64TlnT (J). Si7. Cho biết các phản ứng sau: 4Cu(tt)0 + ơ 2(k) -> 2Cu20(tt) (1), AGỊ1 = -333400 + 136,6T (J) 2Cu20(tt) + 0 2(k) -> 4CuO(tt) (2), AGÍ,’= -287400+232,6T (J) a. Thiết lập phương trình AG° = f(T) đối với phản úng sau: 2Cu(tt) + 0 2(k) -» 2CuO(tt) (3) b. AH°, AS° của phản ứng (3) bằng bao nhiêu? Tính AG° của phản ứng (3) ở 298 K. c. Phản ứng (3) là thu nhiệt hay tỏa nhiệt? Giải thích dấu của giá trị AS° thu được của phản ứng (3). Bài giải

a. 2 C u (tl)+ 0 2(k)

- AO° >

2CuO(tt)

Cu20 ( t t ) + ^ 0 2(k) AG° = —(AG” + AG") = -310400 + 184,6T (J) s b. AH° = -310400 J, AS° = -184,6 J.K ' AG"98 = -255389,2 J. c. AH° < 0: phản ứng tỏa nhiệt; AS° < 0 vì số mol khí ở vế một là một, ở vế hai không có nên An = 0 - 1 = -1 < 0. 4- BTHHĐẠI CƯƠNG

49


Chương 6 cAn bàng hóa học

TÓM TẮT L l THUYẾT Cân bằng héạ học

Cân bằng hốa học ià trạng thái của phản ứng thuận nghịch khi tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản úng nghịch hoậc khi phản úng có AG = 0. Các hằng số cân bằng Kp, K c, K n và K x. Biểu thức Guldberg và Waage

Hằng sô cân bằng đều ứng với phương trình hóa học cụ thể. Ví dụ: N20 4(k) ^ 2NƠ2(k) K,

; Kc

NA

[N2o 4]

n NO, ; ^ (- = 3 - )* ; K , n

Ì N 20 4(k)

NA

Xno, Xn a

cb

N02(k)

„2 K _ ị ^NO, s ; K ' =( [n o 2] \ . v ' NO, . 'cb ’ ~ * 1/2 'cb K p ■" V /2 'cb IN2 o 4],/2 r NA nNA

Xno, ,/2 >cb Xn a

Ở đây p(atm), [i] (m ol.r1), n (số mol), X (nồng độ mol phần) đều lấy ở trạng thái cân bằng. Ở cùng một nhiệt độ: K = (K')2 Các biểu thức tính K ở trên là các biểu thúc Guỉdberg và Waage (các biểu thức của định luật tác dụng khối lượng). Giữa các hằng số K của một phản ứng xác định ở cùng điều kiện có mối liên hệ như sau: 50


An

K = K c(RT)a" = K „

= K X( P ) £

VEni7cb Ở đây R = 0,082 /.atm . K '.m o l1, T - nhiệt độ K, p - áp suất (atm) của hộ phản ứng khi cân bằng, An = số mol khí vế 2 - sô mol khí vế 1 của phản ứng, In: sô' mol khí của hệ phán úng khi cân bằng. Kp và Kc của phản ứng xác định chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, K„ - phụ thuộc vào nhiệt độ, vào p và Zn ở trạng thái cân bằng, Kx - phụ thuộc vào nhiệt độ và p ở trạng thái cân bằng.

Phương trình đẳng nhiệt Van't Hoff Xét một phản úng thuận nghịch trong hệ khí lí tưòng: aA(k) + bB(k)

cC(k) + dD(k)

Phương trình đẳng nhiệt Van't H off cho phản úng này là:

AGT1 =AG£1 + R T ln pa Pc PD pb r A-r B PA, PB, Pc và PD - áp suất (atm) riêng phần của các khí A, B,

(6 . 1 )

c và D lúc

tính AG; R = 8,314 J.K '.m o l1; AG và AG0 (J) của phản ứng. Khi phản úng đạt tới trạng thái c&n bằng (AG = 0) ta cố:

pc pd

CpbU'Kp r Ar B và (6 . 1 ) trở thành: AGt ° = -RTlnKp

( 6 .2 )

Kết hợp (6.1) và (6.2) ta eổ: âGT = R T l n 5 t T Kp

(6.3)

Hằng số cân bằng trong hệ dị thể Xét các cân bằng sau:

cgr+ C

0 2

(k) ^

2Hg(/) + 0 2 (k) ^

2

CO(k) 2HgO(tt)

51


r „2 \ n CO, N

( 2 Xco ;K X = K P= H p/-) yJC0 2] , cb Xco, ycb V Pc o 2 J cb V 'JO’- J cb f ^ 1 1 r .1 ' ' 1 ' ;K X = ; K n = ; K C K P= v [° 2]y cb VXo/y cb v p0, J cb Vn°^ J o b ^ p2 ^ r CO

; K.

f [CO]2 N

;K n

Các chất rắn, chất lỏng tinh khiết (không hòa lẫn với các chất trong phản ứng) đều không có mặt trong các biểu thức tính K với điều kiện là các chất đó phải có mặt trong cân bằng. Quy tắc pha Gibbs

Bậc tự do V của hệ cân bằng là số những thông số trạng thái cường độ xác định trạng thái cân bằng của hệ. v = c - q - f +2 c - số cấu tử trong hệ, q - số phương trình liên hệ nồng độ các cấu tử, f - số pha trong hệ, 2 - hai thông số nhiệt độ và áp suất xác định trạng thái cân bằng của hệ. Phương trình đẳng áp Van't Hoff. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến trạng thái cân bằng

dlnK

AH°

oT

p

(6.4)

RT2

(6.4) là phương trình đẳng áp Van't Hoff. • Nếu AH° > 0, khi nhiệt độ tăng, Kp sẽ tăng: cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận. • Nếu AH° < 0, khi nhiệt độ tăng, Kp sẽ giảm: cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch. Trong khoảng hẹp của nhiệt độ, nếu coi AH° = const thì (6.4) trở thành: ln

Kp(T2) Kp(T,)

AH°

1

R vT,

1 T2 J

AH°(J), R = 8,314 J.K '.m o l1, T = 273 + t°c 52


Ảnh hưởng của áp suất đến cân bằng

K p= K x( P t Kp của phản ứng xác định chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, nên: Khi pcb tăng có hai trường hợp xảy ra: • Nếu An > 0, Ky giảm: cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch. • Nếu An < 0, Kx tăng: cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận. Nếu An = 0, Kp = Ky: cân bằng không chuyển dịch. Ảnh hưởng của nồng độ

Kc của phản ứng xác định chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, nên khi tăng hoặc giảm đẳng nhiệt nồng độ một chất nào đó có mặt trong biểu thức hằng sô' cân bằng Kc, thì cân bằng sẽ chuyển dịch sang phía làm giảm hoặc tăng chất đó để giữ cho Kc không đổi. Sự thêm hoặc bớt lượng chất rắn hay lỏng nguyên chất không làm cân bằng chuyển dịch. Nguyên lỉ Lơ Satơliê

Một hệ đang ở trạng thái cân bằng khi chịu một tác động từ bên ngoài như biến đổi nhiệt độ, áp suất, nồng độ sẽ chuyển dịch cân bằng theo chiều làm giảm tác động bền ngoài đó. BÀI TẬP

6.1. Tính bậc tự do cho hệ cân bằng vật lí sau. Yếu tố nào ảnh hưởng đến cân bằng đó? H20(/) ^

H20(h)

Bài giải

v = l - 0 - 2 + 2 = l : ở nhiệt độ xác định, áp suất hơi nước là xác định, hoặc áp suất hơi nước phụ thuộc vào nhiệt độ. 6.2. Tính bậc tự do cho các cân bằng sau: a. C 02(k) + 3H2(k) v=à CH3OH(k) + H20(k) b. p4(tt) + 6H2(k) ^

4PH3(k)

c. 2Hg(0 + 0 2(k) ^

2HgO(tt) 53


d. H 2 (k) + I2 (k) ^

2HI(k)

Đ ối với m ỗi cân bằng hãy xác định bậc tự do cho ba trường hợp dưối đây và giải thích các giá trị tìm được. Bình phản ứng lúc đầu chứa: • Tất cả các cấu tử theo các tỉ lệ bất kì; • Chỉ các chất phản ứng và theo các tỉ lệ bất kì; • Chỉ các chất phản ứng và theo tỉ lệ hợp thức.

Bài giải a « v = 4 - l - l + 2 = 4: nhiệt độ, áp suất, các tỉ lệ số m ol C 0 2: H 2 và CH 3 OH: H20 ảnh hưởng đến cân bằng này. • v = 4 - 2 - l + 2 = 3 : q = 2 v ì c ó thêm m ột phương trình liên hệ các nồng độ [CH 3 OH] = [H 2 0 ] . N hiệt độ, áp suất và tỉ lệ [C 0 2]: [H2i ảnh hưởng đến cân bằng. • v = 4 - 3 - l + 2 = 2 : q = 3 v ì c ó thêm hai phương trình liên hệ các nồng độ [CH 3 OH] = [H 2 0 ] và 3 [C 0 2] = [H 2]. N hiệt độ và áp suất ảnh hưởng đến cân bàng. b. » v = 3 - l - 2 + 2 = 2: nhiệt độ, áp suất ảnh hưỏng đến cân bằng. • V ở hai trưởng hợp sau đều bằng 2 giống trường hợp đầu vì không có thêm phương trình liên hệ các nồng độ nào. c. v = 3 - l - 3 + 2 = l đúng cho cả ba trường hợp, vì cả ba trường hợp đẻu chỉ c ó một phương trình liên hệ các nồng độ là biểu thức hằng sô cân bằng K. d. * v = 3 — 1 — 1 + 1 = 2 : nhiệt độ và tỉ lệ sô' m ol H2: I2 ảnh hưởng đến cân bằng. Á p suất không ảnh hưởng vì An = 0. • Trường hợp thứ hai giống trường hợp thứ nhất, vì không có thêm phương trình nào liên hệ các nồng độ. • v = 3 - 2 - l + l = l : q = 2 v ì c ó thêm phương trình [H2] = [I2]. Nhiệt độ ảnh hưởng đến cân bằng này. 6.3. Trộn 0 ,2 9 2 mol H 2 (k), 0,292 m ol I2 (k) và 3,96 m oi HI(k) vào m ột bình dung tích 2 lít ở 4 3 0 ° c xảy ra phản ứng sau: H 2 (k) + I2 (k) ^

2HI(k), Kc = 54,3 ở 4 3 0 ° c

a. Hỏi chiều của phản ứng này? b. Tính nồng đ ộ các khí lúc đạt tới trạng thái cân bằng.

54


Bài giải

a. Từ phương trình đẳng nhiệt Van't Hoff: AGr = RTln — r K Nếu Q > K => AG > 0: phản ứng đi theo chiều nghịch. Nếu Q = K => AG = 0: phản ứng ở trạng thái cân bằng. Nếu Q < K => AG < 0: phản ứng đi theo chiều thuận. Q .- J S H L c [H2][I2] [H2] = [I2] = 0,292 : 2 = 0,146 mol.r1, [HI] = 3,96 : 2 = 1,98 m ol. r 1. (1,98)2 Q. = c (0,146X0,146)

183,9

Qc > Kc: phản ứng đi theo chiều nghịch b.

H2(k)

+

I2(k>

nđbđ:

0,146

0,146

nđcb:

0,146+x

0,146+x

54,3 =

(l,9 8 -2 x )2 (0,146+x)2

2HI(k>

^

1,98 <-

'7,37 =

1,982x l,9 8 -2 x 0,146 + x

=> x = 0,096 => [H2] = [I2] = 0,146 + x = 0,242 M [HI] = 1,79 M. 6.4.

Cho biết cân bằng sau: 4HCl(k) + 0 2(k)

2H20(k) + 2Cl2(k)

Tính hằng sô cân bằng Kp và Kc của phản úng ở nhiệt độ 298 K dựa Chất

HQ(k)

0 2(k)

H20(k)

AHlXkJ.mol')

-92,3

-

-241,8

SP(J.K'.m o l‘)

187

205,0

188,7

Cl2(k) 223,0

55


Bài giải AG° = AH° - TAS° = -RTlnKp AH598 = -241,8.2 -(-9 2 ,3 .4 ) = -114,4 kJ ÁS°29& = (188,7.2 + 223.0.2H 187.4 + 205,0) = -29,6 J.K - 1 AG598 = -114,4.10j - 298(-29,6) = -105579,2 J ln K p = p

RT

= 1Ọ ỈẼ2M . = 42.6 => K p = 3.2.1018 8,314.298 p

Kp = Kc(RT)An => Kc = Kp(RT)'An. Ở đây An = 4 - 5 = -1 K, = 3,2.1018(0,082.298) = 3,0.1021. 6.5. Có hệ cân bằng sau: N20 4(k) ^

2N 02(k), AH° = 57,0 kJ

a. Tính Kp của phản ứng ở 300K, biết rằng Kp ở 320K là 0,674 và AH° là không đổi trong khoảng nhiệt độ nghiên cứu. b. Xác dịnh AS° của phản ứng, coi AS° là hằng số trong khoảng 300 K đến 320 K. Bài giải a. In

Kp(T2) ^ AH° 1 K b(T,)

R (T,i

1

-) Tx2

1 0>674 _ 57,0.10 3 f 1 K P( T ,) " . 8,314 v300 b. AGU= AHU-T A SU=> AS° =

AG0

1 \ =>Kp(Tj) = 0,162 320 A H °-A G °

-RTlnK ,

=> AS° = —— 'Y—+ R ln K pn ; 57 0 1n3 AS° = — ' + 8,314ln0,162 = 175 J.K r' 300 hoậc AS° = — 56

320

- + 8,314 In 0,674 = 175 J.K~'


6.6.

Sự phân li PC15 xảy ra theo phương trình sau: PCl5(k) ^

PCl3(k) + Cl2(k)

a. Tính bậc tự do của hệ cân bằng cho các trường hợp sau: • Tất cả các chất theo tỉ lệ bất kì. • Ban đầu chỉ có PClg • Cố định nhiệt độ của cân bằng. • Cố định áp suất cân bằng. • Cố định cả nhiệt độ và áp suất của cân bằng. Mỗi trường họp cho biết ý nghĩa của giá trị tìm được. b. Cho một lượng PCI5 vào một bình kín ở 190°c. Xác định áp suất riêng phần của từng chất ở trạng thái cân bằng, biết rằng ở nhiệt độ 190°c hằng số Kp = 0,240 và áp suất lúc cân bằng của hệ là 1 atm. Bài giải

a. • v = c - q - f + 2 = 3 - l - l + 2 = 3: nhiệt độ, áp suất, tỉ lệ số mol PC13: Cl2 ảnh hưởng đến cân bằng. • v = 3 - 2 - l + 2 = 2:q = 2vìkhi PC15 phân hủy cho ta [PC13] = [Q2], nghĩa là thêm một phương trình liên hệ các nồng độ. Áp suất và nhiệt độ ảnh hưởng đến cân bằng. • v = 3 - l - l + l = 2:áp suất và tỉ lệ số mol PC13: Cl2 ảnh hưởng đến cân bằng. • V = 2 tương tự như khi cố định nhiệt độ: T và tỉ lệ PC13: Cl2 ảnh hưởng đến cân bằng. • V = 3 - 1 - 1 + 0 = 1: chỉ có tỉ lệ số mol PC13 : Cỉ2 ảnh hưởng đến cân bằng. b. Gọi p là áp suất tổng cộng khi cân bằng p = latm: p = p(PCl5) + p(PCl3) + p(Cl2). Vì P(PC13) = P(C12) nên: p = p(PCl5) + 2p(PCl3) =í> p(PCl5) = p - 2p(PCl3) Từ đó: K

P(p a 3)-P(c l 2) - p2(p q 3) - P2(PC13) p" P(PC15) P(PC15) P-2p(PCl3 57


6.7.

=>

P2 (PC 1 3) + 2 KP . p(Pa3) - K p =

=>

p(PCl3) = 0,306 atm = p(Cl2) và pCPƠ5) = 0,388 atm.

Cân bằng sau được thiết lập ở

0

27°c xuất phát từ N

N20 4(k) ^ a. Tính hằng số cân bằng Kp ở N 20

4

2

0 4:

2N 02(k)

27°c, biết

rằng ở nhiệt độ này có 20%

phân li ra N 0 2 và áp suất của hệ khi cân bằng là

1

atm.

b. Nếu áp suất lúc cân bằng là 0,1 atm thì độ phân li a của N 2 0

4

là bao

nhiêu? So sánh kết quả với câu a xem có phù hợp với nguyên lí Lơ Satơliê không? Giải thích. c. Cho 0,75 m ol N 2 0

4

vào bình chân không dung tích 20 lít ở

27°c. Tính

độ phân li của a ' của N 2 0 4.

Bàigiài a. Giả thiết lúc đẩu có 1 m ol N 2 0 4: N 2 0 4 (k) SỐ m ol ban đầu:

2 N 0 2 (k) 0

1

SỐ m ol lúc cân bằng : 1 - 0,2

0,2.2

=> En = 1 - 0,2 + 0 ,4 = 1,2 m ol

(0 ,4 )2 n K p= K n^ p y V K 1,2 Ẻ r J ^ K p= 0 ? b.

N 2 0 4 (k)

SỐ moỉ lúc cân bằng: 0 ,1 7 =

= 0 ,1 7

2 N 0 2 (k)

ỉ -a

(2a)2 f 0,1 1- a < l + a j =

=> En = 1 + a

â a

0 ,4 a 2 1

a = 0 ,5 5

-a'

V ậy khi áp suất cân bằng giảm, độ phân li a táng phù hợp với nguyên lí Lơ Satơliê, vì An > 0 cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận. c.

N 2 0 4 (k) Số mol lúc cân bằng: 0,75 - X 0 ,17 =

58

(2x r

(

_ L _ Ì vôi p 0 ,7 5 - x ^ O .),75 + x J

2 N 0 2 (k) 2x

=> En = 0 ,7 5 + X x)0,0 8 2 .3 0 0 20


(2x) 2 / 0,082.300 0,17 = 0 ,7 5 -x V 20

4,92x2 0 ,7 5 -x

X = 0,1447 mol

.• .« « 2 .0 1 9 0,75 6.8.

Phản ứng sau được thực hiện ở nhiệt độ không đổi và áp suất không đổi xuất phát từ N20 4: N20 4( k ) ^ 2N02(k)

a. Thiết lập biểu thức liên hệ giữa độ phân li a của N20 4 và tỉ khối d của hỗn hợp khí lúc cân bằng so với không khí (Mịrt = 29g). b. Thiết lập biểu thức Kp = f(a, P) với p là áp suất của hệ phản ứng khi cân bằng. c. Ở nhiệt độ 333 K, d = 2,08. Tính (X, Kp và AG° của phản ứng ở 333K, biết rằng áp suất p của hệ lúc cân bằng là ỉatm. Bài giải

a.

N20 4(k) ^ SỐ mol khi cân bằng:

1 -a

2N02(k) 2a

d _ ( l - a ) M N A + 2 a M NOĩ_ M N Q< _

29(1 + a ) b. Kp = Kn r_ L '

29(1+ a )

=> £n =

1

+a

92

29(1+ a )

I 4a2 ^ (2a)2 1- a l + a j 1- a 2

92 c. 2,08 = — —— =>a = 0,525; K = 5-25- = 1,522 29(1+ a ) p 1 -0 ,5252 AG° = -RTlnKp = -8,314.333In 1,522 = -1163 J. 6.9. CaC03 bị nhiệt phân theo phản ứng sau: CaC03(tt) ^

CaO(tt) + C 02(k), AH'^ = 177,8 kJ

a. Để thu được CaO với hiệu suất cao, cần đồng thời những điều kiện gì? Giải thích. b. Thiết lập phương trình AHT° = f(T) cho phản ứng dựa vào các số liệu nhiệt dung moi chuẩn đẳng áp Cp°(J-K ' moi'1) sau:

59


Chất

CaC03(tt)

c (’

81,85

CaO(tt) 42,8

C 02(k) 37,13

c. Cho CaC03 vào bình chân không ở 1170K. Tính AS° của phản ứng ở nhiệt độ này, biết rằng áp suất C 02 lúc cân bằng ờ 1170 K là 1 atm. d. Khi cân bằng ta cho thêm vào hệ một lượng nhỏ CaC03 và giữ cho nhiệt độ không đổi, cân bằng có chuyển dịch không? Tại sao? Bài giải a. Cần nhiệt độ cao vì AH > 0 và giảm nồng độ C 02 xuống bằng cách để hở bình phản ứng cho khí C 02 bay ra khỏi phạm vi phản ứng. b. A H ^ A H ^ + J ^ A C j d T ACp = 4 2 ,8 + 3 7 ,1 3 -8 1 ,8 5 --1 ,9 2 J.K~’ AH? = 177,8.103 + £ -1 ,92dT = 177800 - 1 ,92(T - 298) AHỊ =178372,16-1,92T (J) c. Kp = PCo 2 = 1 => AG° = AH° -T A S0 = -R T lnK p = 0 => AH° = TAS0 =* AS° = ^ T

=> ^ 8 3 7 2 ,1 6 -1 9 2.1170 1170

AS°= 150,5 JK '1. d. Không chuyển dịch vì trong biểu thức hằng số cân bằng không có mặt CaC03, sự cho thêm một lượng nhỏ CaC03 không làm biến đổi Pco : Theo quy tắc pha v = 3 - l - 3 + 2 = l, nghĩa là chỉ có một yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng này là nhiệt độ hoặc Pco . Sự cho thêm CaC03 vào như đề bài đã cho là không ảnh hưởng gì đến Pco . 6.10. Trong bình chân không kín dung tích 500cm3 chứa m gam HgO(tt). Đun nóng bình đến 5 0 0 °c xảy ra phản ứng sau: 2HgO(tt) u

2Hg(k) + 0 2(k)

Lúc cân bằng áp suất trong bình là 4 atm: a. Tính Kp và AG° của phản ứng ở 500°c. 60


b. Tính thế đẳng áp tạo thành chuẩn A G f của HgO(tt) ở 500°c. c. Tính lượng nhỏ nhất mo gam của HgO cần cho thí nghiệm này. Cho biết Hg = 200,6 ; o = 16. Bài giải J

Khi

cân

bằng

P Hg

4 3!

- 2Po2 => 3P0,

8 (8 4 ì p g - - - 2 - - a t m . K = — - =9,48 FH 3 p AG?73 = -8,314.773ln9,48 = -14455 J. b. Phản ứng nghịch là phản ứng tạo thành 2 mol HgO(tt) từ các đơn chất bền ở 500°c, do đó AG773 f (HgO, tt) =

AG773 của phản ứng:

AG?73 f (HgO.tt) = -(14455) = 7227,5 I.moP1 c. Để có áp suất trong bình là 4 atm thì

PHg

g - —atm . Theo phản ứng, số

mol Hg tạo thành bằng số mol HgO bị phân hủy, tức là bằng số mol tối thiểu mà HgO phải có trong thí nghiệm: nHg = %gO bi phân hủy 3 ^ ^ 7 73 = 2,l-10'2mol • m0(HgO) = 2,1.10"2.216,6 = 4,55g. 6.11. Sự phân hủy nhiệt của BaC03 xảy ra theo phản ứng sau: BaC03(tt) ^

BaO(tt) + C02(k), AH298 = 267, lkJ

a. Tính áp suất của C 02 lúc cân bằng ở 25°c. b. Thiết lập các phương trình AHị =f(T) vàlnKp = f(T ). Tính áp suất và nồng độ của C 02 lúc cân bằng ở 500°c. So sánh với kết quả ở câu a xem có phù hợp với nguyên lí Lơ Satơliê không? Giải thích. c. Một hỗn hợp BaC03(tt) và BaO(tt) để trong không khí chứa C02 với áp suất của C 0 2 là 3,33.10'4 atm. Tính AG298 của phản ứng trên và suy ra chiều phản ứng trong điều kiện này. Để tính toán sử dụng các số liệu dưới đây: 61


Chất

BaO(tt)

C 02(k)

112,1

70,3

213,6

85,35

47,23

37,13

BaC03(tt)

S598(J.K'1.mol'1)

Cp(JK-,.mor‘) Bài giải

a. AG ° = AH° - TAS° = - R T ỉ n K p = -R T ln PCo 3 vì K p = P co 3 A s5 9 8 = 7 0 ,3 + 2 1 3 , 6 - 1 1 2 , 1 = 171,8 J.K _ 1 AG ? 9 8 = 2 6 7 ,1 .1 0 3 - 298.171,8 = 215903,6 J

InK — p

AG°

-2 1 5 9 0 3 ,6

RT

=> Pco = 1 , 4 3 . 1 0 b.

= -87,14=£> K„ = 1,43 .1 0 ~ 3 8 Ở 298K

8,314.298 38

atm.

ACp = 4 7 , 2 3 + 3 7 ,1 3 - 8 5 ,3 5 = - 0 ,9 9 J.K“‘ AHỊ = 2 6 7 ,1.103 + £ - 0 , 99dT = 2 6 7 3 9 5 ,0 2 - 0 ,9 9 T (J) ỡlnK p ƠT _

- AHĨ — I p"

K (T ) K p(298)

V ới

RT2 1

fT 2 6 7 3 9 5 ,0 2 - 0 ,9 9 T

8 ,3 1 4 *98

_

T 2

K p= 1 ,4 3 .10 ' 3 8 ta có:

lnKp = 21,4 6 - 32162,0 2 r 1 - 0,1 1 9 InT T = 773K c ó lnKp(773) = -20,938 => Kp(773) = 8,07. ÌO 1 0 => POT = 8 ,0 7 .1 0 'loatm Kc = Kp(RT)-An = 8 ,0 7 .10'10 (0 ,0 8 2 .7 7 3 )' = 1,27.10'" Kc

= [C02) = 1,27.10" => [C021 = l,2 7 .1 0 'W r '.

So sánh ta thấy Pc o (773K ) > Pco (2 9 8 K ), nghĩa là nhiệt độ tăng cân bằng chuyển dịch tạo ra thêm CX) 2 phù hợp với nguyên lí Lơ Satơliê, vì phản ứng là thu nhiệt (AH > 0).

62


„ c. A G t = R T In

Qn

Kp

_ - 3 33 IO"4 =i> AG™ = 8,31 4 .2 9 8 ’- •? 298 1,43.10 8

=> A G 298 = 1 9 6 0 5 8 J > 0: phản ứng đi theo chiều nghịch. 6 .1 2 .

Ở n h iệt đ ộ c a o H 2 khử sắt (II) oxit theo phản úng sau: F eO (tt) + H 2(k) ^

Fe(tt) + H 20 (k)

a. T ính bậc tự d o củ a h ệ cân bằng trên. Từ s ố liệu thu được hãy ch o biết y ếu tô' n ào ảnh hưởng đ ến cân bằng? b. C ho 1 m o l F eO phản ứng với 1 m ol H 2 ở nhiệt đ ộ 1000 K . H ãy tính

% F eO

dã phản ứng khi hệ ở trạng thái cân bằng, biết rằng ở nhiệt đ ộ

n ày K = 0 ,5 2 . Ç. N ếu d ù n g ỉ m o ỉ F eO và 2 ,6 3 m o��� H 2 thì khi cân bằng ở 1000 K c ó bao n h iêu

%

F eO đã phản úng. So sánh với kết quả ở câu b xem c ó phù

hợp với n g u y ên lí L ơ Satơliê? G iải thích. d. T ính AH° và AS° củ a phản ứng dụa vào các s ố liệu sau: Chất A H j g g d d .m o r 1)

FeO (tt)

H 2(k)

Fe(tt)

H 20 ( k )

-2 6 6 ,4

-

-

-2 4 1 ,8

2 8 ,8 3

2 5 ,2 3

3 3 ,5 6

C p (J K ~ 1. m o r l )

48,1

Bài giải a. v = 4 - 1 - 3 + 1 = 1. N h iệt đ ộ ảnh hường đến cân bằng này. b.

F eO (tt) + H 2(k) ^ S ố m ol ở câ n bằng:

1-

Fe(tt) + H 20 ( k )

X

X

Phản ứng c ó An = 1 - 1 = 0 . nẻn Kp = K„: 0 ,5 2 = - í - =>

1—X

c.

X = 0 ,3 4 2

F eO (tt) + H 2(k ) ^ SỐ m o l k h i câ n bẳng: 0 ,5 2 =

2 ,6 3 - y

—Z—=> y

=> 34,2% FeO đ ã phản úng.

Fe(tt) + H 20 ( k ) y

= 0 ,9 0 => 90% F eO đã phản ứng.

1 -y

63


Vậy khi tăng lượng H2 vào hệ, cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận làm tãng lượng FeO phản ứng, phù hợp với nguyên lí Lơ Satơliê. d. AG° = AH° - TAS° = -RTlnKp AĨỈ298 = -241,8 - (-266,4) = 24,6 kJ ACp = 25,23 + 33,56 - (48,1 + 28,83) = -18,14 J.K_1 AHÍooo =24,6.103 + |°°°-18,14dT = 24600-18,14 (1000 - 298) AH?000 =11865,72 J A G ?^ =-8,314.1000 ln 0,52 = 5436,74 J 0 . 11865,72-5436,74 AS ĩoon________ ___ 1000

64

^ „„ TT,_!

6,43 J.K

.


Chương 7

DUNG DỈCH 9

TÓM TẮT Lí THUYẾT Dung dịch lỉ tưởng

Dung dịch lí tưởng là dung dịch mà hóa thế của nó tuân theo định luật tương tự như đối với khí lí tưởng. Chúng ta coi dung dịch loãng là dung dịch lí tưởng. Áp suất hơi bão hòa của chất lỏng

Áp suất hơi bão hòa của chất lỏng ở nhiệt độ T là áp suât tạo ra bơi hơi của nó trên mặt thoáng khi giữa chất lỏng và hơi đó năm cân băng vơi nhau ở nhiệt độ T. Á p suất hơi bão hòa của dung dịch lỏng chứa chất hòa tan không bay hơi

Áp suất hơi bão hòa của dung dịch lỏng chứa chất hòa tan không bay hơi p luôn luôn nhỏ hơn áp suất hơi bão hòa của dung môi nguyên chât P0 ơ cung nhiệt độ. Công thức Raouỉt áp dụng cho chất tan không bay hơi, không điẹn lr. AP nt p0 ~ n , + n 2 n¡ - số mol chất hòa tan, n2 —sô mol dung môi; AP = Pq- p - độ giam ap suât hơi của dung dịch so với dung môi. Nhiệt độ sôi của chất lỏng

Nhiệt độ sôi của chất lỏng là nhiệt độ ở đó áp suất hơi bão hòa của nó bằng áp suất bên ngoài trên mặt chất lỏng. 5- BTHHĐẠI CƯƠNG

65


Ở n h iệ t đ ộ s ô i c ó c â n b ằ n g g iữ a lỏ n g v à h ơ i: L

^

H

Nhiệt độ sôi của chất lỏng nguyên chất

Bậc tự do của hệ cân bằng L ^

H đối với chất nguyên chất là:

v= l - 0 - 2 + 2 = 1 = 1, nghĩa là nhiệt độ sôi của chất lỏng nguyên chất chỉ phụ thuộc vào áp suất bên ngoài. Vậy trong quá trình sôi nhiệt độ sôi của chất lỏng nguyên chất không đổi nếu áp suất bên ngoài không đổi. Cân bằng L ^ H có thể tồn tại ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi, khi đó V = 1 có nghĩa là ở nhiệt độ xác định áp suất hơi bão hòa của chất lỏng là xác định. V

Nhiệt độ sôi của dung dịch chứa chất hòa tan không bay hơi

• Nhiệt độ sôi của dung dịch chứa chất tan không bay hơi cao hơn nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất, vì ở cùng nhiệt độ áp suất hơi của dung .dịch chứa chất tan không bay hơi nhỏ hơn áp suất hơi của dung môi nguyên chất. • Nhiệt độ sôi của dung dịch chứa chất tan không bay hơi không phải là hằng số, khác với dung môi nguyên chất. Khi dung dịch loãng sôi, hơi dung môi bay ra khỏi dung dịch làm cho nồng độ dung dịch tăng dần, dẫn đến áp suất hơi của dung dịch giảm dần, do đó nhiệt độ sôi của dung dịch phải tăng dần. Khi đạt đến dung dịch bão hòa thì nhiệt độ sôi không đổi nữa, vì khi đó hơi dung môi bay ra làm cho chất hòa tan kết tinh lại và nồng độ dung dịch sẽ không biến đổi. Bậc tự do của hệ cân bằng L ^

H này là:

+ Khi dung dịch loãng sôi: v = 2 - 0 - 2 + 2 = 2, nghĩa là nhiệt độ sôi của dung dịch chất tan không bay hơi phụ thuộc vào áp suất bên ngoài và nồng độ dung dịch. + Khi đạt dung dịch bão hòa, xuất hiện pha thứ ba là chất rắn kết tinh lại. Từđó: v = 2 - 0 - 3 + 2 = 1. Lúc này nhiệt độ sôi chỉ phụ thuộc vào áp suất bên ngoài. • Công thức Raoult áp dụng cho nhiệt độ sôi của dung dịch chất tan không bay hơi, không điện li: 66


At = k s^ = k — sM Ats = ts(dd) - ts(dm) - độ tăng nhiệt độ sôi của dung dịch; ts(dđ) - nhiệt độ bắt đầu sôi của dung dịch; ts(dm) - nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất; Yp ~ nồng độ molan: số mol chất tan trong lOOOg dung mội; m - số gam chất tan trong lOOOg dung môi; M - khối lượng mol chất tan; Ks - hằng số nghiệm sôi, ks chỉ phụ thuộc vào bản chất của dung môi. Nhiệt độ đông đặc của chất lỏng

Nhiệt độ đông đặc của chất lỏng là nhiệt độ ở đó tồn tại cân bằng giữa lỏng và rắn (tinh thể): L ^ R (tt) Nhiệt độ đông đặc của chất lỏng nguyên chất

Đối với chất lỏng nguyên chất bậc tự do của hệ cân bằng L ^

R(tt) là:

v= l - 0 - 2 + 2 = 1 V = 1, nghĩa là nhiệt độ đông đặc của chất lỏng nguyên chất chỉ phụ thuộc vào áp suất bên ngoài. Trong quá trình đông đặc nhiệt độ đông đặc không biến đổi, nếu áp suất bên ngoài không biến đổi. Nhiệt độ đông đặc của dung dịch

Bậc tự do của hệ cân bằng L ^ nào đó là:

R (tt) đối với dung dịch của chất hòa tan

v = 2 - 0 - 2 + 2=2 V = 2, nghĩa là nhiệt độ đông đặc của dung dịch ngoài phụ thuộc vào áp suất bên ngoài, còn phụ thuộc vào nồng độ dung dịch. • Nhiệt độ đông đặc của dung dịch thấp hơn nhiệt độ đông đặc của dung môi nguyên chất. Có thể giải thích hiện tượng này dựa vào nguyên lí Lơ Satơliê: Xét cân bằng của dung môi nguyên chất: L ^

R(tt). 67


Khi hòa tan một chất vào pha lỏng, nồng độ của dung môi ở pha lỏng giảm xuống, nên cân bằng chuyển dịch từ pha R sang pha L. Để khôi phục lại cân bằng phải hạ nhiệt độ xuống thấp hơn so với khi là dung môi nguyên chất. • Tronu quá trình đôna đặc của dung dịch loãng, chất rắn thoát ra trước tiên là chất rắn của dung môi, nên nồng độ dung dịch tăng dần và nhiệt độ đông đặc của dung dịch giảm dần. Khi đạt đến dung dịch bão hòa thì cả tinh thể dung môi và tinh thể chất hòa tan cùng kết tinh. Khối chất rắn gồm cả hai loại tinh thể này gọi là ơtecti. Nhiệt độ ở đó tạo thành ơtecti là nhiệt độ ơtecti và thành phần ứng với khi tạo otecti là nồng độ ơtecti. Nhiệt độ đông đặc khi tạo ơtecti là không đổi cho tới khi toàn khối lỏng chuyển hết thành tinh thể. Trong quá trình đang tạo ơtecti thì nhiệt độ đông đặc không đổi nếu áp suất bên ngoài không đổi; vì khi đó bậc tự do bằng 1, do xuất hiện pha thứ ba là tinh thể của chất hòa tan (f = 3): v=2-0-3+2=l • Độ giảm nhiệt độ đông đặc của dung dịch chất hòa tan không điện li so với dung môi nguyên chất được tính theo công thức Raoult: Atd = kd^ = kd^ . M Atđ = tđ(dm) - tcJ(đd), tđ(dm) - nhiệt độ đông đặc của dung môi nguyên chất, tđ(dd) - nhiệt độ bắt đầu đông đặc của dung dịch; kd -hằngsố nghiệm đông, kd chỉ phụ thuộc vào bản chất của dung môi, m, M có ý nghĩa giống trong công thức tính Àts. BAI TẠP

^

^

7.1. Entanpi của quá trình hòa tan KCl(tt) là 17,2 k l.m o r1. Năng lượng mạng lưới của KCl(tt) là 702,5 kl.mol 1. Tính entanpi hiđrat hóa của quá trình sau: ^ K+(k) + C1 (k) + aq —» K+.aq + c r.a q Bài giải

68


17,2 = 702,5 + AHh => AHh = -685,3 kJ . 7.2. Ở nhiệt độ 298 K áp suất hơi nước bão hòa là 3159,68 Pa. Tính áp suất hơi của dung dịch chứa 10% khối lượng glixerol (M = 92g). Bài giải

0,10 Pọ-P„ n2 p0 nj+n 18

92

3159,6 8 -P = 0,02 => p = 3096,49 Pa. 3159,68 7.3. Áp suất hơi nước bão hòa ở 70°c bằng 233,8 mmHg. ở cùng nhiệt độ này áp suất hơi của dung dịch chứa 12g chất tan không bay hơi, không điện li trong 270 g nước bằng 230,73 mmHg. Tính khối lượng mol của chất tan. Bài giải

Pọ__p ___ n_2 p0 n2 +n, p0 - p = 233,8 - 230,73 mmỉỉg;

270 n, = — = 15mol 18

■ML = - 3 _ => n = 0,1996 233,8 n2 +15 12 m ,, m n9 = — => M = — = ——— = 60g. n2 2 M n , 0,1996 7.4. Nhiệt độ sôi của benzen nguyên chất là 80,1 c . Nhiệt độ SÓI cua dung

dịch chứa 3,24g lưu huỳnh trong 40g benzen sôi ở nhiệt độ 80,9°c. Hỏi trong dung dịch này, một phân tử lưu huỳnh gồm mấy nguyên tử? Cho biết ks (benzen) = 2,53. Bài giải

69


At = 80,9 - 80,1 = 0,8°c ; m = — .1000 = 81g. s 40 M = ks — = 2,53— = 256,16 . Ats 0,8 32

= 8 . Phân tử lưu huỳnh trong C6H6 gồm 8 nguyên tử (Sg).

7.5. Xác định công thức phân tử của một chất chứa 50,69% cacbon, 4,23% hiđro và 45,08% oxi, biết rằng dung dịch chứa 2,13 g chất này trong 60g benzen bắt đầu đông đặc ở 4,25°c và nhiệt độ đông đặc của benzen nguyên chất là 5,5°c. Cho biết kđ(benzen) = 5,12. Bài giải

. . m Ald' k đ M m = — .1000 = 35,5; At = 5,5 - 4,25 = l,25°c 60 s 35 5 M = 5,12— = 145,4 1,25 CxHyOz = 145,4 50,69 4,23 45,08 = X: y : z = 4,224:4,23:2,82 12 : 1 : 16 X : y : z = 1,5 : 1,5 : 1 = 3 : 3 : 2 , , 145 4 (C ,H ,0 2)n = 145,4 => n = — =2

Công thức phân tử là C6H60 4.

70


Chương 8

DUNG DICH • CHAT DICN • LI

TÓMTẮT Lí THUYẾT Các công thức Raoiilt áp dụng cho dung dịch chất điện li

^ =^ = ^ ĩj_ = i > l ; i - h ệ Số Van’t Hoff. AP Àts Atd AP’, At’s và At’đ - độ giảm áp suất hơi, độ tăng nhiệt sôi và độ hạ nhiệt độ đông đặc của dung dịch chất điện li đều lớn hơn i lần so với dung dịch chất không điện li cùng nồng độ, nghĩa là: AP' = ĨAP = ĨP0 ——— n2 + n¡ At's = iAts = iks^ At'đ = iAtđ = ikd w Chất điện li mạnh

Chất điện li mạnh là chất khi tan trong nước tất cả các phân tử hòa tan đều phân li ra ion. Chất điện li yếu

Chất điện li yếu là chất khi tan trong nước chỉ có một phần số phân tử hòa tan phân li ra ion.

Độ điện li a cùa mộ. chít điện li là ti só só phân từ phân li ra ion (n) và số

phân tử hòa tan (no). 71


n a = -—• n0 Vậy chất điện li mạnh có a = 1, chất điện li yếu có 0 < a < 1. Độ điện li biểu kỉến

Chất điện li mạnh có a = 1. Nhưng bằng thực nghiệm giá trị oc đo được thường nhỏ hơn 1. Chỉ khi dung dịch rất loãng giá trị a đo được mới bằng 1. Đây không phải là độ điện li thực của chất điện li mạnh, mà là độ điện li biểu kiến. Chính trong đung dịch không loãng sự tương tác tĩnh điện giữa các ion ngăn cản việc đo chính xác giá trị ot. Mối liên hệ giữa a và i

i -1 a = - —q-1 i - hệ số Vanh Hoff, q - số ion mà một phân tử phân li ra. Hằng số điện li của chất điện li yếu

Sự điện li của chất điện li yếu là quá trình thuận nghịch. Khi ở trạng thái cân bằng, nó tuân theo mọi định luật cùa cân bằng hóa học, như có hằng số cân bằng K, tuân theo nguyên lí Lơ Satơliê. Ví dụ: CH3COOH ^ K=

CH3COO + H+

"[CH COO-] [H+f v [CH COOH] y 3

3

cb

Đây là cân bằng động, nên sự biến đổi nồng độ, nhiệt độ đều làm cho cân bằng chuyển dịch. Mối liên hệ giífe hằng sọ điện li và độ điện li

Độ điện li a có thể viết dưới dạng tỉ số sau: _ n n0

72

n .N :‘. r ‘ c


Na - hằng số Avogadro, n.N A' i 1 - số m ol.r1 của chất điện li phân li ra ion, nghĩa là nồng độ m o l.r1 của chất điện li phân li ra ion; c - nồng độ mol.l 1 ban đầu của chất điện li. Vậy Ca là nồng độ chất điện li phân li ra ion. Từ phương trình phân li ra hai ion ta có: CH3COOH ^ Nồng độ ban đầu:

c

Nồng độ lúc cân bằng:

c - Ca

CH3COO“ + H+ 0

0

Ca

Ca

K=^ 1- a Công thức trên biểu thị định luật pha loãng của Ostwald, nghĩa là dung dịch càng loãng độ điện li a càng lớn. Thuyết axit - bazđ của Arrhenius

Axìt là hợp chất chứa hiđro khi tan trong nước phân li ra cation H+. Bazơ là hợp chất chứa nhóm OH khi tan trong nước phần li ra anion OH . Thuyết axit - bazơ của Brởnsted - Lowry

Axit là tiểu phân (phân tử, ion) có khả năng nhường proton (H*). Bazơ là tiểu phân của khả năng nhận proton. A ^

B + H+

A - axit, B - bazơ, A/B - cặp axit - bazơ liên hợp. Tích số ion của nước

K h,o

OH~] = 1.10~14 Ở25°C

KHQ- tích số ion của nước. Ở nhiệt độ xác định KH2o không những là hằng số trong nước nguyên chất, mà cả trong dung dịch loãng của các chất khác nhau.

73


pH

pH là đại lượng để biểu thị độ axit hay độ kiềm của dung dịch pH = -lg [H+]= -lg [H 30 +] Môi trường axit, trung tính và kiểm

Môi trường axit: [H30 +] > [OH ] hoặc [H30 +] > 10 7mol.l 1 hoặc pH < 7 hoặc pOH > 7 với pOH = -lg[OH ]. Môi trường trung tính: [H30 +] = [OH ] hoặc pH=7. Môi trường kiềm: [H30 +] < [OH ] hoặc [H30 +] < 10_7m o l.r hoặc pH > 7 hoặc pOH < 7. Hằng số điện li axit K a

Hằng số điện li axit là hằng số cân bằng của phản ứng điện li axit yếu trong nước. Ví dụ: CH3COOH ^

CH3COO + H+, Ka

/ [CH3COO~][H+] A [CH3COOH]

cb

hoặc CH3COOH + H20 ^ K a

CH3COO" + H30 + ,

ị [CH3C 0Q -][H 30 +] " l [CH3COOH] J cb

Ở 25°c, Ka của CH3COOH là 1,75.10 5. Hằng số Ka của axit xác định chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ. Hằng số điện li bazơ Kb

Hằng số điện li bazơ là hằng số cân bằng của phản ứng điện li bazơ yếu trong nước. Ví dụ: NH3 + H20 ^

NH^+OH~, K t

[NH+][OH~] [n h 3]

cb

Ở 25°c, Kb của NH3 là 1,80.10 5. Hằng số Kb của bazơ xác định chỉ phụ thuộc vào nhiêt độ.

74


Mối liên hệ giữa Ka và Kb của một cặp axit-bazơ liên hợp. K a . K b = l. ic r 14 ở 25°c

Ví dụ: Với cặp axit - bazơ liên hợp CH3COOH/CH3COO~, khi biết Ka(CH3COOH) = 1,75.10~5 thì Kb (CH3COO~) là: K b( C H 3CO O ~) = - 1f ^ ~ 14< = 5,71.10~10 v ’ 1,75.10~5

Hằng số Kb này ứng với cân bằng sau: CH3COO' + H20 ^

CH3COOH + OH

Với cặp axit-bazơ liên hợp NH4+/NH3, khi biết Kb của NH3 thì Ka của NH4+ là: 1 10~14

K (N H 4) = —— — — - = 5,56.1e r 10 1,80.10~5

Hằng số Ka này ứng với cân bằng sau: NH4+ + H20 ^

NH3 + H30 +

pH của dung dịch axit mạnh một nấc

Axit một nấc là axit mà một phân tử (hoặc một ion) chỉ có khả năng nhường một proton hoặc chỉ có thể phân li ra một cation H+. Ví dụ:

HN03 + H20 -> N 03" + H30 +

Vì HN03 phân li hoàn toàn ra các ion nên nồng độ của axit Ca = [H30 +] do HN03 phân li ra. Nếu dung dịch có pH < 6,5, nghĩa là dung dịch không quá loãng (Ca > 3 . lCf7M), có thể bỏ qua nồng độ H30 + do nước phân li ra, do đó: pH = -lgCa. pH của dung dịch bazơ mạnh một nấc

Bazơ một nấc là bazơ mà một phân tử (hoặc một ion) chỉ có khả năng nhận một proton hoặc chỉ có thể phân li ra một anion OH . Ví dụ: NaOH -» Na+ + OH” Vì các phân tử NaOH phân li hoàn toàn ra các ion OH , nên nồng độ của bazơ mạnh c b = [OH ] do NaOH hòa tan phân li ra. 75


Nếu dung dịch có pH > 7,5, nghĩa là dung dịch không quá loãng '(Cb > 3.10~7M), có thể bỏ qua nồng độ OH do nước phân li ra, do đó pOH = -lg[OH~]. Vì pH + pOH = 14 nên pH = 14 - pOH hay: pH = 14 + lg c b pH của dung dịch axit yếu một nấc

Nếu dung dịch có pH < 6,5, nghĩa là dung dịch không quá loãng thì việc tính pH được tiến hành chỉ dựa vào cân bằng của axit trong dung dịch và bỏ qua nồng độ H30 + do nước phân li ra. Ví dụ: CH3COOH + H20 ^ hoặc

NH4+ + H20 ^

CH3COCT + h 3o +

NH3 + H30 +

Gọi nồng độ ban đầu của axit là Ca, khi cân bằng, nồng độ axit phân li ra ion là X, nồng độ axit không phân li là Ca - X, nồng độ H30 + tạo thành là X, ta có: nh;

+ h 2o

NH3 +

h 3o +

nđbđ:

ca

0

0

nđcb:

Ç,a - X

X

X

Giải phương trình bậc hai tìm được X = [H30 +] với 0 < X < Ca. Nếu X < 5% Ca, có thể coi Ca - X = Ca, do đó: x=VCcT pH của dung dịch bazơyếu một nấc

76

h

2ọ ^

n h

;

0

3+

+

n h

X1

Nếu dung dịch có pH > 7,5, nghĩa là dung dịch không quá loãng thì khi tính pH chỉ dựa vào cân bằng của bazơ trong dung dịch và bỏ qua nồng độ OH do nước phân li ra. Ví dụ: hoặc

c h 3c o o

nđbđ:

cb

0

0

nđcb:

Cb- X

X

X

t

h

2o ^

C H jC O O H + O H


K b=— ; X= [OH ] với 0 < X < c b. c b-x

Nếu x < 5% c b có thể coi c b - X = c b, do đó: X=VĨ^Ã pH của dung dịch chất !ưỡng tính

- Các muối axit như NaHC03, NaH9P04, Na2HP04 và các muối NH4N 02, NH4CH3COO, NH4F, ... ỉà các chất lưỡng tính. Ta hãy xét một trường hợp cụ thể. Ví dụ xét dung dịch NaH9P04 nồng độ c mol.l '. Khi tan trong nước, trước tiên NaH9P 0 4 phân li mạnh ra ion: NaH2P 0 4 -» Na+ + H2PO Nồng độ [H9P 0 Ị] = C m o l . r ' . Trong dune dịch có thể xảy ra những quá trình sau: Ion H2PO¡ là lưỡng tính, nên trong dung dịch có thể xảy ra các phản ứng: H2PO¡ + H20 ^

HP04~ + H ,0 +; H2PO, thể hiện là một axit

H2PO¡ + H20

H3P 0 4 + OH' ; H2PO¡ thể hiện là một bazo

H2PO¡ + H2PO¡

HP04“ + H3P 0 4 Phản ứng cuối cùng là phản ứng

chính, nên có thể dựa vào phản ứng đó để tính pH của dung dịch: 2H 2PO; ^ nđbđ: nđcb:

c

H P 0 ^ + H 3P 04 0

c - X

0

X

0 X

Khi cân bằng nồng độ [HP04 ] = [H3P 04] Axit photphoric H3P04 là axit ba nấc: H3P04 + H20 ^

I

H2P 0 ;+ H 20 ^

HP0*- + H20 ^

77


r

2

[H2p o ;][H 3o +] [h p o 2-][ h 3o +] [H3p o 4] ' [H2p o 4]

Vì [HPOj~] = [H3P 0 4] nên K, . K2 = [H30 +]2 => [H3o +] = 3/K 1.K2 => pH = - ( p K j + pK2) với pK = -lgK.

Tích số tan của chất điện li ít tan

Tích số tan của chất điện li ít tan là hằng số cân bằng của phản ứng giữa phần không tan của chất điện li đó và các ion của nó trong dung dịch. Ví dụ: CaF2(tt)

<=>

Ca2+ +2F~

K , = [ C a 2*]cb[F-]?b = const ở nhiệt độ xác định Ks - tích số tan của CaF2, Ks của chất điện li xác định chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ; [Ca2+] và [F ] —nồng độ m o l . 1 1 của ion Ca2+ và F~ trong dung dịch bão hòa CaF2. Điểu kiện kết tủa chất điện li ít tan

Ví dụ muốn kết tủa CaF2 người ta trộn hai dung dịch: một dung dịch chứa ion Ca2+ (chẳng hạn dung dịch CaCl2), một dung dịch chứa ion F~ (như dung dịch NaF) sao cho: [Ca2t]0 [F-]02 > Ks thì CaF2 sẽ kết tủa cho tới khi [Ca2+] [F~]2 = Ks. V ậy điều kiện kết tủa chất điện li ít tan từ dung dịch là tích số nồng độ các ion của nó, mỗi nồng độ với số mũ thích họp, phải lớn hơn tích số tan. Điều kiện hòa tan chất điện li ít tan

Ví dụ xét dung dịch bão hòa CaC03: Ks = [Ca2+],.h[C 03"]cb = const ở nhiệt độ xác định.

78


Nếu cho vào dung dịch này một axit bất kì, chẳng hạn HC1, các ion H+ do HC1 phân li ra sẽ phản ứng với C032 ■ . 2H+ + c o 2 -» H20 + CO2 1 Khi đó nồng độ [C02~]giảm xuống, cân bằng chuyển dịch sang phải, nghĩa là CaC03 tan ra. Nói cách khác, khi cho HC1 vào thì nồng độ c o , giảm xuống và tích số [Ca2+] [CO2'] < Ks, nên CaC03 phải tan ra. Vậy điều kiện hòa tan một chất điện li ít tan là phải làm cho tích số nồng độ các ion của nó, mỗi nồng độ với số mũ thích hợp, nhỏ hơn tích số tan. Mối quan hệ giữa tích số tan và độ hòa tan m o l.r1

Gọi s là độ hòa tan mol.l 1 của Ca3(P04)2 thì trong dung dịch bão hòa nồng độ [Ca2+] = 3s và nồng độ [PO4'] = 2 s. Từ đó Ks = [Ca2+]3[P02'] 2 = (3s)3(2s)2 = 36s5 =>s

BÀI TẬP

8.1. Dung dịch đường và dung dịch NaCl có cùng số mol chất hòa tan trong cùng một lượng nước. Hỏi ở cùng một nhiệt độ áp suất hơi bão hòa của hai dung dịch có bằng nhau không? Tại sao? Trả lời

Áp suất hơi của hai dung dịch không bằng nhau. Áp suất hơi của dung dịch đường lớn hơn, vì NaCl là chất điện li, nó phân li ra các ion làm số phần tử trong dung dịch lớn hơn so với dung dịch đường, nghĩa là i > 1: Đối với dung dịch đường: P ọ - P ^ n2 p0 n2 +nj Đối với dung dịch NaCl: P0----- P '=_ i;—-Ầ— n2 5với: ... p0 n2 + ni 79


số phần tử trong dung dịch số phân tử hòa tan 8.2. Hai dung dịch NaCl và MgCl2 có cùng số mol chất hòa tan trong cùng một lượng nước. Hỏi ở cùng một nhiệt độ dung dịch nào có áp suất hơi bão hòa lớn hơn? Tại sao? Trả lời

Dùng dịch NaCỈ có áp suất hơi bão hòa lớn hơn, vì MgCl2 phân li ra nhiều ion hơn NaCỈ nên có số phần tử trong dung dịch lớn hơn. Áp suất hơi phụ thuộc vào số phần tử này, số phần tử càng lớn áp suất hơi càng giảm, nghĩa là i càng lớn. 8.3. Hai dung dịch glucozơ và K2S04 có cùng số mol chất hòa tan trong cùng một lượng nước. Dung dịch nào có nhiệt độ sôi cao hơn và dung dịch nào có nhiệt độ đông đặc thấp hơn? Tại sao? Trả lời

Dung dịch K2S04 có nhiệt độ sôi cao hơn và nhiệt độ đông đặc thấp hơn vì K2S 04 phân li ra ion làm số phần tử trong dung dịch lớn hơn. Đối với dung dịch glucozơ:

Atx = kx ?'’và Atđ = kđ9?

Đối với dung dịch K2S04:

Ats = iks? ’và Atđ = ikđ^

8.4. Viết phương trình điện li của các chất sau trong nước Na2S04, K2C03, HCIO3, KOH, H N 02, H2S, NaHC03, Na2HP04. Bài giải

Na2S 0 4 —>2Na+ + S 0 4K2C 0 3 -» 2K+ + C 0 3~ HC103 - * H + +C10; KOH -» K+ + OH~ H N 02 H2S

80

?=>

H+ + N 0 2

H+ + HS~


.2-

NaHC03 -> Na+ +HCO3' HCO3

H++ C 0 2-

Na2HP04

->

2Na+ + HPO2“

HPOf

H+ + PO^

8.5. Mỗi dung dịch chứa một chất sau: NaOCl, K2S, Na3P04 đều có nồng độ 0,01 m o l.r1; CH3COOH 0,1M có độ điện li a = 1,32%. Tính nồng độ các ion trong mỗi dung dịch trên. Bài giải

NaOCl -» Na+ + O C f [Na+] = [OC1 ] = 0,01 M vì NaOCl là chất điện li mạnh. K2S -> 2K+ + s 2~ [K+] = 2[S2-] => [K+] = 0,02 M và [S2-] = 0,01M. Na3P04

3Na+ + P 043~

[Na+] = 3[PƠ4_] => [Na+] = 0,03M và [PC£] = 0,01M. Với dung dịch CH3COOH, nồng độ [CH3C0 0 I = [H+] = Ca vì CH3COOH ^ nđcb:

C-Ca

CH3COO' + H+ Ca

Ca

[CH3CO O I = [H+] = 0,1.0,0132 = 1,32.10~3M 8.6. Mỗi dung dịch chứa một chất sau: KOC1, Na2S, K3P04jFe(N03)2, CuCl2, KC1, NH4N 03. Dung dịch nào là môi trường axit, môi trường trung tính, môi trường kiềm? Giải thích bằng phản ứng hóa học. Bài giải

KOC1 -> K+ + OC1 K+ là trung tính trong nước, OQ là bazơ: o a - + H20 ^

HOC1 + OH- : môi trường kiềm Na2S

6- BTHHĐẠI CƯƠNG

2Na+ + s2~ 81


Na+ là trung tính trong nước, s 2 là bazo: s 2" + H-,0 ^

HS~ + OH- : môi trường kiềm K3P 0 4 ->3K + +POỈ"

PO4" là bazo: P 0 4~ + H20

<r± HPO2' + O H ': môi trường kiềm Fe(N 03)2

Fe2+ + 2NO3

NO3 là trung tính trong nước, Fe2+ là axit: Fe2+ + H20

?=*

Fe(ƠH)+ + H+: môi trường axit

CuCl2

Cu2+ + 2CĨ

c r là trung tính trong nước, Cu2+ là axit

Cu2+ + H20

Cu(OH)+ + H+: môi trường axit KC1 -» K+ + c r

K+ và C f đều trung tính trong nước: môi trường trung tính n h 4n o 3 - » n h ;

+

no;

NO3 là trung túìh trong nước, NH4 là axit NH4 + H20

NH3 + H30 +: môi trường axit.

8.7. Nồng độ molan của glixerol (CH2OH - CHOH - CH2OH) trong nước phải là bao nhiêu để ap suất hơi của dung dịch đó bằng áp suất hơi của dung dịch chứa 8,49 g NaN03 trong lOOOgam nước? Độ điện li biểu kiến của N aN 03 trong dung dịch này là 64,9%. Bài giải

Hai dung dịch có áp suất hơi bằng nhau nên: ÀP _ ị n2 _ n2 p0 n2 +n| n2 +nj n ’2 - số mol N aN 03; n2 - số mol glixerol; n! - số mol nước. a = — => 0,649 = — = i - 1 =í> i = 1,649. q -1 2 -1

82


,

8,49

,

1000

« _

,

n 7 = —r — = 0,1 ; nj = ------= 55,56 v ì n 2 « n j n ê n n 2 + nj SSri| ; = 1 T =U-I ; n ‘ ' i r = => “¿ = * ^ 1 = 0, 00297. nj 55,56 — = —- => 0,00297 = —~ — => n2 = 0,165 mol glixerol trong 1000 g n( nị 55,56 nước, nghĩa là nồng độ molan của glixerol là 0,165 (W= 0,165). 8.8. Xác định độ điện li biểu kiến của H I03 trong dung dịch chứa 0,506 g HIO3 trong 22,48 g C2H5OH. Dung dịch này sôi ở 351,624 K, còn C^k^OH nguyên chất sôi ở 351,46K. Hằng số nghiệm sôi của qHgOH là 1,19. Bài giải

Khối lượng HIO3 hòa tan trong 1000 g C^HsOH là: 0,506.1000 = 22,51g. 22,48 At’ _ 351,624-351,46 1= --- = ---------- — ---- = l,Uo 22,51 At 1,19 176 « = 1 4 = 1 2 4 1 = 0,0 8 . q -1 2 -1 8.9. Nhiệt độ bắt đầu đông đặc của đung dịch chứa 0,2 mol KQ trong 1000 g nước là -0 ,6 7 3 °c. Tính độ điện li biểu kiến của KC1 trong dung dịch này. Kđ(H20 ) - 1,86. Bài giải

A f = 0 - (-0,673) = 0,673° c At’ = ik ^ i.Ạ S L .ư i 1,86.0,2 a = i l i => « = M i z l = 0,81 => a = 81%. 2-1 q -1 83


8.10. Tính pH của các dung dịch sau: a. HNO3 0,01 M. b. 5,6g KOH trong 1 lít dung dịch. c. NH3 0,1 M (Kb = 1,8.10-5). d. NH3 ỉ 0“4M e. NH4C10,1 M g. NaHC03 0,1M (Kị và K2 của H2C 03 lần lượt là 4,16.10“7 và 4,84.10~n ). h. CH3COONH4 0,1M (Ka của CH3COOH là 1,75.10"5). i. NH3 0,1M và NH4C110-3 M Bài giải

a. HN 03 -» H+ + N 0 3~ => [H ] = [HN03] = 0,01 M =^pH = -lg0,01 = 2.

b. —0- = 0,1 mol KOH trong 1 lít dung dich 56 KOH

K+ + OH

[ OH] = [KOH] = 0,1 M pOH = -lg 0,1 = 1 => pH = 14 - 1 = 13 1 10- *4 hoặc [H+] = — — = 1.10“13 0,1 => pH = -lg 10~13 = 13. c.

n h 3 + h 20

^

nh;

+ OH'

nđbđ:

0,1

0

nđcb:

0 ,1 - X

X X

Kh =

0

X2 — . Giả thiết X « 0,1, ta có: 0,1-X

X2 = 1,8 . 10~5 .0,1 => X = [OH1 = 1,34.10- 3M.

84


Giả thiết X« 0,1 là đúng. Vậy: 1CT14 [H+] = ——------ =>pH = 14 + lg 1,34. 10 3 = 11,13. 1,34.10“3 d.

NH3 + H20

NH; + OH‘

nđbđ:

10'4

0

0

nđcb:

10'4 - x

X

X

X2

1,8.10 5 = ——---- . Giả thiết X« 10 4 10~4 -X X2 = 1,8 . 10"5 . 10~4 = 1,8 . 10"9 => X = 4 ,2 4 .10~5M. Giả thiết X «

10 4 là không đúng nên: x 2

1,8.10~5 = — ị ---- =>x2= l,8.10"5(10'4- x ) 10 -X => X2 + 1,8 . 10“5X- 1 ,8 .10"9 = 0 => X= 3 ,4 4 .10~5M = [0H~] pH = 14 + lg 3 , 4 4 . 10~5 = 9,54. e.

NH4C1 -> NH4+ + c f => [NH4+] = 0,1 M nh;

+ h 2o

^

n h 3 + h 30 +

nđbđ:

0,1

0

0

nđcb:

0 ,1- X

X

X

K (NH4) =

= 5,56.10~10 1, 8 . 10'5 X 2

5,56.10~10 = — -— . Giả thiết X « 0,1: 0,1-X X2 = 5 , 5 6 . 10~i0.0,1 => X= [H30 +] = 7 ,4 6 .10"6M. Giả thiết trên là đúng. pH = -lg 7 ,4 6 .10~6 = 5,13. g.

NaHC03 -> Na+ + HC03~ => [HCO;] = 0,1M Trong dung dịch có thể xảy ra các quá trình sau: H C03 + H 20 h c o ; + h 2o

<=>

c o 5~+ h 3o +

H2C 03+ 0 H _


H C 03 + H C 0 ; 2H20

COị~ + H2C 0 3

H 30 + 0 H _

Phản ứng chính trong trường hợp này là: 2HCOJ nđcb:

c o 2- + H 2C 0 3

X

0,1-2x

X

=s> [C 032] = [H2C 0 3]

Đã biết: K ,(H ỉ CO3) = f f i ™ ỉ o n . 4 , 16.10-’ 1 2 3 [H2c o 3] K2(H2C 0 3) = [COì ]^ ° 1 = 4,84.10"11 2 2 [H C03] =>

K ,.K 2 = [H30 +]2 => [H30 +] = V4,16.10”7.4,84.10~h

[H30 +] = 4,49. 10-9 => pH = 8,35. h.

CH3COONH4 -> CH3COO' + NH4+ => [CH3c o c f ] = [ n h ; i = o, i

m

Ka(NH4+) = 5 ,5 6 .10'10 (xem câu 8.10e) Trong trường hợp này phản ứng chính trong dung dịch là: CH3C0 0 + n h ; ^ c h 3c o o h + n h 3 nđcb:

0,1 - X

0,1 - X

X

X

Vậy [CH3COO'] = [N H 4+] và [CH3COOH] = [NH3] "

[CH,COOH] [n h ; j

KaKa = [H30 +]2 => [H30 +] = \Ịỉ, 75.10~5.5,56.10~ÍO = 9,864.10‘8 M => pH = 7,006. i.

NH4C1 -> nh; + c r Nồng độ NH4 do NH4CI phân ii ra là 1Ơ~3M. Phản ứng chính trong dung dịch này là:

86


n h 3 + h 2o

ĩ±

nh;

0,1 ,1-x

+ OH

10'3

0

10'3 + x

X

. Giả thiết X« 0,1:

i,8.i<r5 = M l ± ĩ * => X2 + 10_3X-1,8.10-6 =0 10_1

=> X = 5,25.10 4 Vậy gĩả thiết trên là đúng => [OH ] = 5 ,2 5 .10-4M pH = 14 + lg 5 ,2 5 .10~4 = 10,72. 8.11. Trong dung dịch nồng độ 0,1 m o l . r 1, độ điện li a của CH3COOH là 1,32%. Hỏi ở nồng độ nào độ điện li a ’ của nó là 2% ? Bài giải

n 2C a ' 2C' 7—— = = K (CH3COOH) 1-a

1-a'

d

(0,0 ỉ 32)2.0,1 1-0,0132

3

(0,02)2C' =>C' = 0,043M 1-0,02

8.12. Tính pH của dung dịch H2S04 0,010 M, biết rằng: H so ;

H+ + S04~, K = 1.10'2

Bài giải

H 2S0 4-> H + + HSC^ 0,010

nđcb:

0,010

HSOỊ

H+

0,010 - X

0,010+ x

10~2 = (0,010 + x)x

= >

x2 +

+

SOỈ~ X

2. 10~ 2X - 10~4 =0

0,010-x

=> X = 4,14.10~3

[ h +] = 0,010 + 4,14.10'3 = 1,41.10'2M

=>pH = 1,85. 87


8.13. Dung dịch bão hòa AgCl có pH = 7. Trộn 950 ml dung dịch bão hòa AgCỈ với 50 ml dung dịch HC1 IM. Tính pH của dung dịch và nồng độ Ag+ sau khi trộn, biết rằng tích số tan của AgCl là Ks = 1,6.10 10. Bài giải

HC1 -> H+ + C f Nồng đô H+ sau khi trôn: [H+] = 1— —— = 0,05M 950 + 50 =>pH = -lg 0,05 = 1,30 AgCl(tt) ^

Ag+ +

nđcb:

s

cr

0,05+s

s(0,05 + s) = 1,6.10_1°. Vì Ks rất nhỏ nên s « 0,05. Từ đó:

0,05s = 1,6.10"10=> s = [Ag+] = i ^ ^ 6

0,05

= 3,2.10~9M /

8.14. Độ hòa tan của Ag2S04 trong nước nguyên chất là 2,6.10 2moL a. Tính nồng độ Ag+ và sc>4~ trong dung dịch bão hòa Ag2S04. b. Tính tích số tan của Ag2S04. c. Tính độ tan mol./ 1của Ag2S04 trong dung dịch A gN 03lM. Bài giải

a.

Ag2S04 (tt) ^

2Ag+ + SO*2s

s

s = [SO2- ] = 2,6.10'2M, [Ag+] = 2,6.10’2 .2 = 5,2.10‘2M b. Ks = (5,2.10'2)2 (2,6.10'2) = 7,03.10’5 c.

AgN03 -> Ag+ + N 0 3' Ag2S04(tt) ^

[Ag+] = IM

2Ag; + SO¡1 + 2s'

(1 + 2s’)2.s' = 7,03.10"5. Vì s' « s' =

88

7,03.10"5M.

s' 1 nên 1 + 2s' = 1


8.15. Tích số tan của AgCl ở 25°c là 1,60.10 10 và ở 50°c là 1,29.10 9. a. Hỏi có kết tủa AgCỈ không khi trộn 20ml dung dịch AgN03 3.10~2M . với 40 ml dung dịch HC16.10~3M? b. Tính AG° của phản ứng sau xảy ra trong dung dịch ở 25°C: A g C l( tt) ^ Ag+ + c r c. Tính AH° và AS° của phản ứng trên, coi chúng là hằng số trong khoảng nhiệt độ xét. Bài giải

a.

AgN03 -» Ag+ + N 03 HC1 -> H + + c r

Nồng độ Ag+ và C1 sau khi trộn: [Ag+] = 3.10~2 — = 10~2M ; [CF] = 6.10-3 — = 4.10~3M 60 60 [Ag+] [C1 ] = (10 2) (4.10 3) = 4.10 5 > Ks (AgCl) nên có phản ứng tạo kết tủa: Ag+ + c r ^ A g C l( t t )

b. AG° = -RTln Ks = -8,314.2981n 1,60.10~10 AG° = 55884 J Ở25°c. c.

ln K,(323) Ks(298)

AH° R VTA1

1 129.10~9 _ AH° ( 323-298 ^ n 1,60.10~10 _ 8,314 V 323.298 , => AH° = 66812,5 J AG° = AH° - TAS0 =» AS° = AH° -A— T AS° = 66812>5 ~ 55884 = 37 J K -1 298 8.16. Trộn 1,0 ml MgCl2 0,020 M với 1,0 ml dung dịch chứa NH3 2,0M và NH4CI 2,0 M. Hỏi có kết tủa Mg(OH)2 không, biết rằng tích số tan của Mg(OH)2 là 5.10-12 và hằng số Kb của NH3 là 1,75.10 5. 89


Bài giải

NH4C1 ->

n h 4+ +

cr

Nồng độ ban đầu của NH4+ và NH3 sau khi trộn là: [N H /] = 1,0 M và [NH3] = 1,0 M NH3 + H20 ^

N H / + OH"

1,0

1,0

0

nđcb: 1,0-x

1,0+x

X

nđbđ:

1,75.10"' = M ± Í ^ L . V IX « 1,0-X

1 nên X = 1,75.10~5 = [OH- ]

M gQ2 -> Mg2+ + 2c r Nồng độ Mg2+ sau khi trộn là 0,010 M. Vậy: [Mg2+]0[OH" ]2 = (1.10"2)(1,75.10"5)2 = 3,06.10'12 < Kj.[Mg(OH)2] nên không tạo kết tủa Mg (OH)2.

90


Chương 9

ĐÔNG HÓfl HOC 0 •

TÓM TẮT Lí THUYẾT Tốc độ phản ửhg

Xét phản ứng:

2 0 3(k) -» 302(k)

Nồng độ ờ thời điểm tị : Cj

C|'

Nồng độ ờ thời điổm t2: C2 Q’ Tốc độ tning bình Vcủa phản ứng trên trong khoảng thcd gian từ tị đến t2 là:

c 2 -C|

, C'2 -C'| _±AC

2(t2 - t , )

3(t2- t , )

aAt

a - hệ số của chất trong phản ứng được dùng để tính nồng độ. Khi At -> 0 ta có tốc độ tức thòi v: d[03] _ i dĩQ23 _ í dC 2dt

3dt

adt

Khi tính cho chất rắn hoặc chất lỏng nguyên chất dựa vào sự biến thiên lượng chất rắn hoặc lỏng trong một đơn vị thời gian trên một dơn V Ị diện tích bề mặt hoặc một cách gần đúng dựa vào sự biến thiên lượng chất rắn hoặc chất lỏng trong một đơn vị thời gian trên một đơn vị khối lượng hay trên một đơn vị thể tích. Ành hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ửhg.

Trong hệ đồng thể khi nồng độ chất phản ứng tăng, tốc độ phản ứng tăng. Đối với đa số phản ứng đồng thể như: 91


aA+ bB— ► c = k [A]p [B]q

V

[A] và [B] - nồng độ m o l . r của chất A và chất B lúc tính v; p và q - bậc riêng phần của A và B, là những con số bất kì được xác định bằng thực nghiệm; p + q - bậc phản ứng; k - hằng số tốc độ, k chỉ phụ thuộc vào bản chất phản ứng, vào nhiệt độ và vào sự có mật chất xúc tác. Trong hệ dị thể tốc độ phản ứng ngoài phụ thuộc vào nồng độ chất phản ứng, còn phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc giữa các chất phản ứng. Diện tích tiếp xúc này càng lớn, tốc độ phản ứng càng lốm. Phân tử số và cơ chế phản ứtig

Xét ví dụ:

2NO + 2H2

2H20 + N2

(a)

Bằng thực nghiệm đã xác định được rằng, trước khi tạo ra các sản phẩm, phản ứng đã qua một số giai đoạn trung gian, gọi là các giai đoạn cơ bản như sau: 2NO

N20 2 (1): tốc độ nhanh

N20 2 + H-, -» N2 + H20 2 (2): tốc độ chậm H20 2 + H2 —» 2H20 (3): tốc độ nhanh Tốc độ của phản ứng (a) được quyết định bởi tốc độ của phản ứng chậm (2): v = k ’ [N20 2] [H2] Nhưng N20 2 lại được sinh ra từ phản ứng (1): ■ 2_ - = K=> [N20 2] = K[NO]2 [NO]2 Thay [N20 2] vào phương trình tính v: V

= k ’ . K[NO]2 [H2] = k[NO]2 [H2]

Vậy phản ứng (a) là bậc ba với phương trình tốc độ là: v/ _

92

^ 2dt

=_

^ = + dỊH£ 1 = + dí Nỉ l = 2dt 2dt dt

2 2


Tóm lại phản ứng (a) có ba giai đoạn cơ bản (1), (2) và (3), giai đoạn chậm nhất quyết định tốc độ của phản ứng. Mỗi giai đoạn cơ bản trên đều có hai phân tử tham gia phản ứng. Số phân tử tham gia phản ứng ở một giai đoạn cơ bản là phân tử số phản ứng. Vậy phân tử số ở mỗi giai đoạn cơ bản trên đều bằng hai. Tập họp các giai đoạn cơ bản của phản ứng gọi là cơ chế phản ứng. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng

• Quy tắc gần đúng của Van’t Hoff ở nhiệt độ không cao. V

k

Vỵ

k T

T ~TI

y - hệ số nhiệt độ của tốc độ phản ứng, nó là số lần tăng lên của tốc độ phản ứng khi nhiệt độ tăng thêm 10°C; VT

và kT? - tốc độ và hằng số tốc độ phản ứng ở nhiệt độ T2;

VT

và k T - tốc độ và hằng số tốc độ phản ứng ở nhiệt độ Tị.

• Phương trình Arrhenius Ink = —^ ~ + lnC RT c - hằng số đặc trưng cho mỗi phản ứng; T - nhiệt độ tuyệt đối, T = (t°c + 273) K; k - hằng số tốc độ phản ứng; R - hằng số khí lí tưởng, R = 8,314 J . K 1. mol '. Ea - năng lượng hoạt hóa của phản ứng, J.mol Năng lượng hoạt hóa của phản ứng Ea là hàng rào năng lượng mà các chất phản ứng phải vượt qua để tạo thành các sản phẩm. Đôi với phản ứng xác định Ea và c là hằng số, nên k phụ thuộc chỉ vào nhiệt độ T và khi có mặt chất xúc tác: Ei Í J _ _ J _ > — <

rU

tJ

93


Như vậy khi nhiệt độ tăng, tốc độ phản ứng tăng. Có thể giải thích như sau. Các chất muốn phản ứng với nhau chúng phải va chạm vào nhau. Tần số va chạm (số va chạm trong một đơn vị thời gian) càng lớn tốc độ phản ứng càng lớn. Tuy nhiên không phải mọi va chạm đều gây ra phản ứng. Chỉ có va chạm có hiệu quả mới gây ra phản ứng. Tỉ số số va chạm có hiệu quả trên số va chạm chung phụ thuộc vào bản chất các chất phản ứng và vào nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng chuyển động nhiệt của các phân tử tăng, nên tần số va chạm tăng, nhưng lí do chính là tần số va chạm có hiệu quả tăng lên nhiều hơn làm cho tốc độ phản ứng tăng lên mạnh. Đối với phản ứng thuận nghịch, Ea(t) là năng lượng hoạt hóa của phản ứng thuận, Ea(n) là nãng lượng hoạt hóa của phản ứng nghịch thì: Ea(t) - Ea(n) = AHt (entanpi của phản ứng thuận) và

Ea(n) - Ea(t) = AHn (entanpi của phản ứng nghịch) AHt = -AHn

Ảnh hưởng của chất xúc tác

Chất xúc tác là chất làm tăng tốc độ phản ứng và còn lại sau khi kết thúc phản ứng. Sự xúc tác đồng thể là sự xúc tác trong đó chất xúc tác và các chất trong phản ứng cùng pha. Khi chất xúc tác khác pha với chất phản ứng là sự xúc tác dị thể. Chất xúc tác có tính chọn lọc, nghĩa là một chất xúc tác làm xúc tác cho phản ứng này, nhưng chưa chắc làm xúc tác cho phản ứng khác. Chất xúc tác làm tăng tốc độ cho cả phản ứng thuận và phản ứng nghịch với số lần bằng nhau, nghĩa là chất xúc tác làm cho cân bằng phản ứng đạt được nhanh chóng hơn. Chất xúc tác không làm chuyển dịch cân bằng. Chất xúc tác làm giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng: Khi có mặt chất xúc tác: Khi vắng mật chất xúc tác:

E - lnk' = - —^ + lnC RT ln k = --^2- + ln c RT

Trừ hai phương trình cho nhau:

94

Ea < Ea


Ea-E'a RT BÀI TẬP

9.1. Phản ứng sau xảy ra trong dung dịch: ÇjHjBr + KOH -> Q jHjOH + KBr Nồng độ ban đầu của KOH là 0,07 M. Sau 30 phút người ta lấy ra 10 ml dung dịch hỗn hợp phản ứng thì thấy nó phản ứng vừa đủ với 12,84 ml dung dịch HC1 0,05M. Tính tốc độ trung bình của phản ứng trong khoảng thời gian trên. Bài giải Nồng độ KOH còn lại trong dung dịch sau 30 phút là CM: 10.10"3.CM= 12,84.10"3.0,05 => CM(KOH) = 0,0642. Nổng độ KOH đã phản ứng: 0,07 - 0,0642 = 0,0058 M. Tốc độ trung bình trong 30 phút đầu là: _ A[KOH] 0,0058 , in_4 . ,-1 . -1 v = — —----ỉ = — = 1,93.10 molJ .ph At 30 9.2.

H2(k) + I2(k) -> 2HI(k) Trộn 2,5 mol H2 với 2,5 mol I2 trong bình dung tích 10 lít. Sau 20 giây còn lại 2,4 mol I2. Tính tốc độ tning bình của phản úng theo I2 và theo HI trong 20 giây đầu.

Bài giải

nđbđ:

H2 2,5 2,5

10"

h 2,5

2HI

0

10

10 ndcb:

+

M _x *

2x

10 2,4

— => X = 0,01 M => 2x = 0,02M. 10 95


_=

= + AIM] = M i = = 5.KV*molV_l At 2 At 20 2.20

CH3Br + OH- -> CH2OH + Br~

9.3.

Tốc độ ban đầu v0 và nồng độ ban đầu [CH3Br]0 và [KOH]0 như sau: Thí nghiệm

[CH3Br]0, M

[KOH]0, M

1

0,10

0,10

2,80.10“6

2

0,10

0,17

4,76.10~6

3

0,033

0,20

1,85.10~6

v0, mol.l J.s

a. Xác định bậc riêng phần của CH3Br, của KOH và bậc của phản ứng. b. Tính hằng số tốc độ k của phản ứng. Bài giải

a. Công thức tổng quát tính tốc độ ban đầu cho phản ứng là: v0 =k[CH3Br]p[O ỈT]q v2

k(0,10)p(0,17)q

Vị

k(0,10)p(0,l)q

4,76.10~6 _ (0,17) 2,80.10~°

(0,10)q

= 1,7 => q = 1

Vậy bậc riêng phần của KOH là q = 1 và có thể suy ra công thức tính tốc độ cho thí nghiệm 4 bằng cách tàng nồng độ ban đầu của KOH lên gấp đôi so với thí nghiệm 1: v4 = k[CH3Br]p [OH- ] = k(0,10)p (0,20) = 2,80.10“6.2 v3 _ k(0,033)p(0,20)

1,85.10~6 _ (0,033)p

v4 " k(0,10)p(0,20)

5,60.10~6 ~ (0,10)p

= 0,33 => p = 1.

Bậc riêng phần của CH3Br là p = 1. Từ đó: V

= k[CH3Br] [O H l

và bậc của phản ứng là p + q = 2. b. k = 9.4.

[CH3Br][OH~]

2,80.10' = 2,80.10~4 /.m o1-1 r1.s_ - i (0,10X0,10)

NO(k) + Cl2(k) -> 2NOCl(k) Phản ứng (a) có cơ chế như sau:

%

(a)


2N0(k) ^

N20 2(1): cân bằng được xác lập nhanh

N20 2(k) + Cl2(k) —>2N0C1 (2) : tốc độ phản ứng chậm a. Chứng minh rằng cơ chế trên phù họp với phương trình tốc độ: V

= k[NO]2 [Cl2]

b. Phân tử số cửa giai đoạn cơ bản (1) và (2) bằng bao nhiêu? Bài giải

a. Tốc độ phản ứng (a) được quyết định bởi giai đoạn chậm (2): V

= k ’[N20 2] [Cl2]

Nhưng N20 2 được tạo ra theo giai đoạn (1): K = í í ộ d => [N20 2] = K[NO]2 [NO]2 2 Thay [N20 2J vào phương trình tính v: V

= k ’K [NO]2 [Cl2] = k [NO]2 [Cl2]

b. Phân tử số của giai đoạn (1) là 2, của giai đoạn (2) cũng là 2. 9.5.

CH3 - CH3 (k) -> CH2 = CH2 (k) + H2(k) Tốc độ phản ứng được tính bằng công thức: - — = k c Với c = [CH3 dt

c h 3]

a. Thiết lập công thức liên hộ giữa hằng sô tốc độ k, thời gian phản ứng t và nồng độ chất phản ứng CH3 - CH3. b. Tính thời gian để một nửa nồng độ ban đầu của CH3 - CH3 bị phân hủy ở 527°c, biết rằng hằng s ô tốc độ k ở nhiệt độ này là 4,6.10 4S *. Bài giải

a.

= k C = > - f ^ = fkdt=>-lnC = kt + const. dt

Jc J

Khi t = 0 => const = -lnC0: -lnC = kt - lnQ) => ln = — = kt

7'

bth h đ ại cư ơ n g

97


b. Khi G = —C0 : 2 0

_ ln2 _ In 2 = 1507s. In = - p - = kt => In 2 = kt => t,/2 _ k ~4,6.10~4 Ml 2 t 1/2 la thbi gian de mot nua luong chat phan ung ban dau da phan ung. 9.6. Thbi gian ban ra (chu ki ban ra) t 1/2 cua dong vi phong xa 95Zr la 60 ngay. Tinh thbi gian de 20% khoi luong Zr bi phan ra. Bai giai

Tit so lieu b bai tap 9.5 ta co: In 2 In 2 _ In 2 = 1,155.10~2 ngay -l 11/2 - I T 11/ 2 60 In — = kt => t —Ii„£o =Ii„n'o C k C k m 1 100 = 19,32 , 0 « ngay ' t= ln ---1,155.109.7.

CH3 - COO - C6H5 + OH -> CH3COO + C6H5OH Phan u'ng la bac hai (bac mot doi vdi m6i chat phan ung). Nong do ban dau mbi chat phan ung deu bang C = 0,05 mold-1:

a. Thiet lap phucfng trinh lien he giua hang so toe do k, nong do C va thbi gian phan irng. b. Tinh thbi gian <le mot nira luong OH- da phan ung, biet rang hang so toe do k = 1,60.10~' /.m o r'.s-1 Bai giai fr

a

.

si II

1

II >

S3

dC dt

f dC f, , f-----_ = fpdt J c2 J

1 , => — = kt + const ; khi t = 0 => — C C0 V ay

98

-------— = kt. C C0

const


. 2 1 b.Khi C = ^2- ta có —— Ậ1- = kt => —---- = kt 2 Co c0 Cn c n Cn 2

ti/2

9.8.

kC0

1,60.10“'.0,05

= 125 s.

2N20 5 -> 4N02 + 0 2 Ở 25°c hằng số tốc độ là kj = 1,72.10 5 s ‘. ở 35°c hằng số tốc độ k2 = 6,65.10-5 s_1:

a. Tính năng lượng hoạt hóa Ea của phản ứng. b. Tính hệ số nhiệt độ y của phản ứng. Bài giải

. k2 _ Ea ( 1 lì a. In — = —— —-----— k, r ( t , t 2J , 6,65.10-5 Ea f 1 ^ ln --- —- —- = — â— —-------— 1,72.10-5 8,314 U9B 308) =>

Ea = 103 kJ . moi'1

k,

1,72.10_J

=> 9.9.

Y

y = 3,9. OC(NH2)2 ^

NH4OCN

ở 61 °c hằng số tốc độ của phản ứng thuận kt = 1,62.10 5 ph 1 và hằng

số tốc độ của phản ứng nghịch kn = 1,57.10 6 ph '. ở 71°c, kt = 6,35.10-5 ph-1: kn = 4,45.10~6ph_1.

a. Tính Ea(t) của phản ứng thuận và Ea(n) của phản ứng nghịch. b. Tính AH của phản ứng thuận và phản ứng nghịch. Bài giải

a. In 1,62.10-5

Sĩí» í 1 8,314 ỉ, 334

L ' => Ea(t^ = 130,5kJ.mol *. 344 ) 99


ln

4,45.10'6 1,57.10“6

E { 1 E i( n ) 8,314 334

1 => Ea(n) = 99,5kJ.mor 344

b. AH(l)= 130,5-99,5 = 31 kJ. AH(n) = 9 9 ,5 - 130,5 = -31 kJ. hoặc AH(t) = -AH(n) 9.10.

2H20 2 -> 2H20 + 0 2 Năng lượng hoạt hóa Ea của phản ứng là 73,3 kJ.mol *. Khi có chất xúc tác enzim E ’a = 1,74 kJ.mol l. Hỏi tốc độ phản ứng tăng lên bao nhiêu lần khi có chất xúc tác so với khi không có chất xúc tác ở 22°c.

Bài giải , k'_,

V'

(73,3-1,74)1 o 3

ln — = ln — = ----!----———----k V 8,314.295

100

— = 4,7.1012 lần. V


Chương 10

CHÍÌU PHẢN ỨNG 0X1 HÓfl - KHỬ VỒ CílC ỌUÁ TRÌNH ĐỉỊN - HÓR

TÓM TẮT Lí THUYẾT Điện cực kim loại

Điện cực kim loại gồm kim loại nguyên chất nhúng trong dung dịch chứa ion của nó. Giữa kim loại và dung dịch xuất hiện một hiệu số điện thế gọi là th ế điện cự c tu y ệ t đ ố i củ a đ iện cực.

Điện cực oxi hóa - khử

Điện cực oxi hóa khử là điện cực gồm kim loại trơ (thường là Pt hoặc Au) nhúng trong dung dịch chứa một cặp oxi hóa - khử. Ví dụ, Pt nhung trong dung dịch chứa cặp oxi hóa - khử Sn ỵ ^ 2+. Giữa kim loại và dung dịch cũng xuất hiện một hiệu số điện thế. Điều kiện chuẩn của các loại điện cực

• Kìm loại dùng làm điện cực và các chất tham gia phản ứng điện cực phải nguyên chất. • Nếu chất tham gia phản ứng điện cực là chất khí thì áp suất riêng phân của nó bằng 1 atm. • Nếu chất (hoặc ion) tham gia phản ứng điện cực tan trong dung dịch thì nồng độ của nó là 1 m ol. r 1. • Nhiệt độ xác định. 101


Điện cực hiđro chuẩn

Giá trị tuyệt đối của thế điện cực không thể xác định được, nên người ta phải chọn một điện cực làm chuẩn và quy ước cho nó một giá trị thế điện cực. Đó là điện cực hiđro chuẩn. Điện cực hiđro chuẩn gồm dây Pt phủ muội Pt có khả năng hấp phụ tốt khi hiđro (dạng khử - kh) được nhúng trong dung dịch H9SO4 là dung dịch chứa các ion H30 + (dạng oxi hóa - ox). Khi đó cân bằng sau được thiết lập: 2H30 + + 2e

H2(k) + 2H20(1)

với điệu kiện [H30 +] = IM, PH = latm . Người ta quy ưổc thế điện cực của điện cực chuẩn hiđro ở nhiệt độ bất kì bằng 0,00 V và được kí hiệu 8°(H30 7 H 2) = 0,00 V. Pin điện hóa

Pin điện hóa là dụng cụ trong đó xảy ra phản ứng oxi hóa - khử, nhưng sự oxi hóa và sự khử xảy ra ở hai nơi khác nhau. Electron chuyển từ chất khử sang chất oxi hóa nhờ một dây dẫn điện tạo nên dòng điện. Chiều dòng điện được quy ước ngược với chiều di chuyển của electron trong dây dẫn điện. Ví dụ, pin Zn - Cu. Sơ đổ của pin được quy ước viết như sau:

Zn I Zn2+ (ví dụ ZnS04) <— điện cực Zn © : Anot

Cu2+ (ví dụ CuS04) I Cu <— điện cực Cu -» @ : Catot Zn Zn2+ + 2e Cu2+ + 2e -» Cu Sự oxi hóa Sự khử Thế điện cực Zn: £(Zn2+/Zn) Thế điện cực Cu: £ (Cu2+/Cu) Trong pin, accu, điện phân người ta quy ước nơi xảy ra sự oxi hóa là anot, nơi xảy ra sự khử là catot. Chiều dòng điện trong pin sở dĩ được quy ước từ catot sang anot vì thế của điện cực dương cao hơn thế của điện cực ầm: £(Cu2+/Cu) > £(Zn2+/Zn) 102


Suất điện động của pin điện hóa

Suất điện động E của pin là hiệu số điện thế lớn nhất giữa hai điện cực của pin và được tính bằng công thức: E = £@- e0 >0 effi và £0 - thế của điện cực dương và thế của điện cực âm. Nếu hai điện cực đều ở điều kiện chuẩn thì suất điện động chuẩn E° của pin là: c" _ o° ỉi — —£0 £q Thế điện cực chuẩn

Để có thể so sánh được thế điện cực của các điện cực khác nhau người ta quy ước các điều kiện giống nhau cho mọi điện cực để đo thế điện cực của chúng. Các quy ước như sau: • Lấy điện cực hiđro chuẩn làm chuẩn: E°(H+/H2) = 0,00 V. • Các điện cực cần đo thế cũng ở điều kiện chuẩn. • Chiều của quá trình hóa học xảy ra ở các điện cực phải giống nhau và được quy ước là chiều của quá trình khử: ox + ne -» kh ox - dạng oxi hóa; kh - dạng khử. Để đo thế điện cực chuẩn của điện cực nào đó, người ta lắp điện cực chuẩn đó với điện cực hiđro chuẩn thành một pin và đo suất điện động chuân của pin: e° = 4

-4>0

Nếu điện cực chuẩn cần đo là điện cực dương của pin thì: E° = e ° '- e 0(H+/H 2)> 0 . Vì £° ( h + / H2) = 0.00V nên 4 = E° nghĩa là 4 > 0. Nếu điện cực chuẩn cần đo là điện cực âm của pin thì: E° =£°(H+/H 2) - S q >0 Vậys" = - E ° , nghĩa là 4 < 0. 103


Bằng cách xác định như vậy, người ta lập được bảng thế điện cực chuẩn của các điện cực khác nhau. Ví dụ, ở 25°c thế điện cực chuẩn của một số điện cực như sau: £° Ịz n 2+/Z n j = -0,763V, ứng với quá trình khử sau: Zn2+ + 2e ^ s ° ( h +/ h 9 ị

Zn (tt)

= 0,00 V, ứng với quá trình khử sau:

2H+ + 2e ^

H2(k)

s° Ịc u 2+/c u j = +0,337 V, ứng với quá trình khử sau: Cu2+ + 2e ?=+ Cu(tt) Thế điện cực chuẩn còn được gọi là thế oxi hóa - khử chuẩn hoặc thế khử chuẩn của cặp oxi hóa - khử và kí hiệu là s°(ox/kh) ứng với quá trình khử sau: ox + ne ^

kh

Các yếu tố ảnh hưởng đến thế khử. Công thức Nernst

s(ox/kh) = s° (ox/kh) + 1n ——v y ì nF [k h f nếu:

a ox + ne

b kh

ở 25°c, nghĩa là T = 298K ta có: / /11 \ _ 0 / /ÌU\ 0,059 ,_[ox]a slox/kh) = s (o x /k h ) + rìg— -r ' n [kh]b Ví dụ: Fe2+ + 2e

Fe(tt)

s(Fe2+/Fe) = e° (Fe2+/Fe) + l2(atl) + 2e

21

s ( i 2/ r ) = s 0(i2/ r ) +

0,059

0 2(k) + 4e + 4H+ ^ 104

lg[Fe2+]

[I2]

2 V ]2 2H20(/)


e(0 2/H 2 ơ ) =

e”(0 2/H 20 )+

Ig p0i .[H* ]4.

Chiều của phản ứng oxi hóa - khử trong dung dịch nước

Phản ứng oxi hóa - khử trong dung dịch nước xảy ra theo chiều: AG = - nFE < 0 Nếu phản ứng ở điều kiện chuẩn: AG° = - nFE° < 0 AG và AG° - thế đẳng áp của phản ứng ở điều kiện nghiên cứu và thế đẳng áp chuẩn của phản ứng (J); n - số electron trao đổi giữa chất oxi hóa và chất khử trong phản ứng; F = hằng số Faraday, F = 96500 C.moF1 E = s(o x 1/k h 1) - s ( o x 2/kh2) ; E° = s°(o x 1/k h 1) - s ° ( o x 2/kh2); 0X ị , khj, ox2 và kh2 ứng với phản ứng sau: 0Xj

+ kh2

khj + ox2

Ví dụ, xét phản ứng sau: 2Ag(tt) + 2H+ ^

2Ag+ + H2(k)

e° (Ag+/ Ag) = 0,799 IV và £°(h +/H 2)-0,00V Ở25°c. a. Hỏi phản ứng đi theo chiều nào ở điều kiện chuẩn và 25°c. b. Một hỗn hợp chứa bột Ag, dung dịch bão hòa Agi và HI IM. Hỏi chiều phản ứng trong điều kiện này và 25°c. Cho biết tích số tan của Agi là'1,5.10'16. Bài giải ở điều kiện chuẩn và 25°C: AG° = -2.96500 (0,00 - 0,7991) > 0. Phản ứng xảy ra theo chiều nghịch. b. Nồng độ Ag+ trong dung dịch HI IM: 105


Agi (tt) ^

Ag+ + s

r 1+s

s(l+s) = l,5.10~s6 => s «

1, nên s = l,5.10'16m ol.r1 = [Ag+]

e(Ag+ /Ag)= 0,7991 + 0,059 Ig 1,5.10~16 = -0,1345V . Trong dung dịch HI IM, nồng độ [H+] = IM (ở điều kiện chuẩn), nên thế khử của cặp H+/H2 không đổi. Vậy: AG = -2.96500 (0,00 + 0,1345) < 0 Phản ứng xảy ra theo chiều thuận, nghĩa là Ag đẩy được hiđro khỏi dung dịch HI IM. Hằng số cân bằng của phản ứng oxi hóa - khử trong dung dịch nước

Xuất phát từ công thức AG° = -RTlnK = -nFE° ta có: lnK = +

nFE RT

Ở 25°C: nEL 0,059

lgK Ví dụ:

2Fe3+ + Sn2'

2Fe2+ + Sn4+

t 2e e° (Fe3+/F e 2+) = 0,77IV, e° (sn 4+/ s h 2+) = 0,15V

lgK = ^(--»Z7-1~°’1.5) = 21,05 =>K = 1,12.1021. 0,059

Nếu phản ứng trên được viết ngược lại: 2Fe2+ + Sn4+ ^ 2e

2Fe3+ + Sn2+

f

lgK ’= - (Q’15 0,059

= -21,05 => K’ = 8,9.10'22,

nghĩa là K' = ^ = — i - _ = 8,9.10 -22 K 1,12.1021 106


Acquy

Acquy là dụng cụ biến hóa năng thành điện năng giống pin, nhung khác pin ở chỗ sau khi phóng điện có thể đuợc tích điện lại nhờ nguồn điện bên ngoài. Cấu tạo của acquy chì (acquy axit) và quá trình phóng điện: © Anot

:

© Catot

Pb

H2SO435-40%

Pb02

Pb + SO^~ -> PbSƠ4 + 2e

:

Pb02 + 2e + 4H+ + S04~

PbS04 + 2H20

Phản ứng oxi hóa - khử xảy ra khi phóng điện: Pb + Pbơ2 + 4H+ + 2SO4“

2PbS04 + 2H20

Khi tích điện cho acquy, ta nối catot với cực duơng của nguồn điện và anot với cực âm của nguồn điện bên ngoài. Phản ứng oxr hóa - khử sẽ xảy ra nguợc với phản ứng khi phóng điện: 2PbS04 + 2H20 -> Pb + Pb02 + 4H+ + 2SC>Ỉ~ Cấu tạo của acquy cađimi-niken (acquy kiềm) và sự phóng điện: © Anot ; © Catot Cd

dd k Ộh

NiOOH

Cd + 20H- —> Cd(OH)2 + 2e: 2NĨOOH + 2e + 2H20 -> 2Ni(OH)2 + 20H' Phản ứng oxi hóa - khử xảy ra khi phóng điện và tích điện acquy kiềm như sau: Cd + 2NĨOOH + 2H20 < = = ±

Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2

Sự điện phân

Sự điện phân là quá trình oxi hóa - khử xảy ra ở bề mặt các điện cực khi cho dòng điện một chiều đi qua hợp nhất nóng chảy hoặc dung dịch chất điện li. Điện phân hợp chất nóng chảy

Ở anot (cực +) xảy ra sự oxi hóa, ở catot (cực -) xảy ra sự khử. Ví dụ, điện phân A120 3 nóng chảy trong criolit để sản xuất Al: 107


© Catot

_A120 3 nóng chảy

© Anot

2A13+ + 6e -> 2A1 Điện phân chất điện li trong dung dịch nước

Trong dung dịch nước, ngoài các ion của chất điện li còn các ion H+ và OH- của nước. Do đó sự phóng điện ở các điện cực có sự cạnh tranh giữa các ion của chất điện li và các ion của nước. Quá trình nào sẽ xảy ra trước hết phụ thuộc vào giá trị thế khử của các cặp oxi hóa - khử, nhưng đây không phải là yếu tố duy nhất mà vật liệu làm điện cực, mật độ dòng điện, thành phần dung dịch, nhiệt độ, ... cũng là nhũng yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự tạo ra các sản phẩm khác nhau của quá trình điện phân. • Quá trình xảy ra ở catot (điện cực âm): Thông thường những ion kim loại ứng với g°(Mn+/M) > e°(Sn2+/Sn) thì khi điện phân trong dung dịch trung tính ion kim loại bị khử: Mn+ + ne -> M Ngượcrìại nếu s°(Mn+/M) < s°(Ti2+/Ti) thì khi điện phân trong dung dịch trung tính, các ion của H20 bị khử: 2HOH + 2e -> H2 + 20H Khi điện phân dung dịch chứa ion kim loại nằm giữa Sn và Ti trong dãy thế khử chuẩn, thì tùy thuộc vào nồng độ ion kim loại và điều kiện điện phân mà kim loại thoát ra hay H2 thoát ra. • Quá trình xảy ra ở anot (điện cực dương) trơ: Ở anot trơ, anion bị oxi hóa khó dần theo thứ tự sau: Anion không chứa oxi (trừ F ) - anion OH — anion gốc axit chứa oxi. Ví dụ, ở anot chỉ có các anion C1 và H20 thì sẽ xảy ra: 2C1 -» Cl2 + 2e Nếu ở anot chỉ có anion SO4“ và H20 thì sẽ xảy ra: 2HOH -> 2H+ + 20H + 2e + i

20H -

1 -» H20 + —0 2 2

Cộng hai quá trình lại ta có: 108


H20 —» 2H+ + —0 2 +2e Nếu ở anot chỉ có các anion OH của kiềm và H20 thì: 20H “ -> 20H + 2e + 20H

-^ H 20 + - 0 2

=> 20H -» H20 + —0 2 +2e • Quá trình xảy ra ở anot hoạt động: Trong trường hợp này có ba quá trình oxi hóa cạnh tranh nhau, đó là sự oxi hóa nước thoát ra oxi, sự oxi hóa anion của chất điện li và sự oxi hóa kim loại làm vật liệu anot (gọi là anot tan). Nếu kim loại anot có thế khử bé hơn hai hệ điện hóa kia trong dãy thế khử chuẩn thì sẽ quan sát thấy sự hòa tan anot kim loại. Trong trường hợp ngược lại sẽ xảy ra sự oxi hóa anion của chất điện li hoặc sự thoát ra oxi như ở anot trơ. Định luật điện phân

Alt m = —— nF m - khối lượng chất thoát ra ở anot hoặc catot khảo sát, g; A - khối lượng moi nguyên tử của chất thoát ra ở điện cực khảo sát, g; n - số oxi hóa của ion bị khử điện tích ở điện cực khảo sát; I - cường độ dòng điện điện phân, A; T - thời gian điện phân, s; F - hằng số Faraday, F = 96500 c.mol '. Thế phân hủy

Hiệu số điện thế tối thiểu của dòng điện một chiều giữa hai điện cực khi tiến hành điện phân để sự điện phân bắt đầu xảy ra gọi là thế phân hủy.

109


Quá thế

Quá thế = Thế phân hủy thực tế - Thế phân hủy lý thuyết Thế phân hủy lí thuyết bằng suất điện động của pin tạo bởi các chất thoát ra ở hai điện cực khi điện phân. Quá thế phụ thuộc vào vật liệu làm điện cực, thành phần dung dịch, trạng thái các chất thoát ra ở các điện cực khi điện phân, mật độ dòng điện, nhiệt đ ộ ,... Sự ăn mòn kim loại

Sự ăn mòn kim loại là sự tự phá hủy vật liệu kim loại gây nên bởi các chất ở môi trường xung quanh. Sự ăn mòn hóa học

Sự ãn mòn hóa học còn được gọi là sự ăn mòn khô hay sự ăn mòn khí. Đó là sự ăn mòn do tác dụng hóa học trực tiếp của vật liệu kim loại với các chất khí có mặt trong môi trường tiếp xúc với nó. Sự ăn mòn này xảy ra ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ bình thường, khi mà sự ngưng tụ hơi ẩm trên bề mặt vật liệu kim loại không thể có được. Sự ăn mòn điện hóa

Sự ăn mòn điện hóa hay sự ăn mòn ướt, sự ăn mòn trong dung dịch chất điện li. Sự có mặt đồng thời oxi và nước thiên nhiên (nước hòa tan chất điện li, như H2C 0 3) là hai yếu tố thuận lợi cho sự ăn mòn. Kim loại không nguyên chất tiếp xúc với oxi không khí và nước thiên nhiên tạo nên những vi pin điện hóa bị ăn mòn, do kim loại đó đóng vai trò anot của pin, còn tạp chất trong kim loại là catot. Sự ăn mòn sinh học

Sự ăn mòn sinh học là sự ăn mòn gây nên bởi nấm và vi sinh vật trong môi trường mà kim loại tiếp xúc. Các phương pháp bảo vệ vật liệu kim loại khỏi bị ăn mòn

• Dùng các hợp kim bền đối vói môi trường. • Phủ bề mật vật liệu kim loại bằng các chất hay vật liệu bền. 110


• Xử lí môi trường ăn mòn. • Phương pháp điện hóa: phương pháp báo vệ catot, phương pháp protectơ. • Để chống ăn mòn sinh học, người ta trộn chất chống nấm, chống vi sinh vật vào chất phủ bề mặt kim loại. BÀI TẬP

10.1. Hãy thiết lập một pin gồm hai điện cực chuẩn ở 25°c. Một điện cực là Pt trong dung dịch Sn4+/Sn2+, điện cực kia là Pt trong dung dịch Fe3+/Fe . a. Tính suất điện động của pin, biết rằng 8°(Fe3+/Fe2+) = 0,771V; e°(Sn47Sn2+) = 0,15V. b. Nếu nồng độ của Sn4+ = 0,01M, của Sn2+ = 0,1M; của Fe3+ = 0,1M và Fe2+ = 0,001 M thì suất điện động ở 25°c của pin này là bao nhiêu? c. Từ kết quả thu được ở câu a và b, hãy cho biết muốn tăng suất điện động của một pin, cần phải thay đổi nồng độ của các cặp oxi hóa khử ở các điện cực như thế nào? Bài giải 2+1 = IM [Fe3+] = [Fe2+] = lM|Pt Pt [Sn4+] = [Sn“+] a. E = e°+- e ữ_=0,771 -0,15 = 0,62V 0,059, 0,1 = 0,79V. b. e ỊFe3+/p e 2+ j = 0,771 + — ——lg —001

e Sn4+/Sn2+) = 0,15 +

0,059, 0,01 lg 0,1

0,09V.

E = 0,79 - 0,09 = 0,70 V. c. Để tăng suất điện động của pin, cần tăng E+ và giảm s_, nghĩa là tăng nồng độ dạng oxi hóa, giảm nồng độ dạng khử ở catot, đồng thời giảm nồng độ dạng oxi hóa, tăng nồng độ dạng khử ở anot. 10.2 Tính s°(Fe3+/F e2+Ị vàe°(ac> 3 / c r ) ở 25°c dựa vào các số liệu sau: 111


a. Fe 3+

?—>Fe2+

r,- >Fe

-0,440V

s° = -0,036V b. CIO

3

f47v ^Cl2(k)

13595V

Bài giải AG°

Fe 3+ a.

A G j\

->Fe / A G (2

p e2+ ag°

= agJ + ag5

-n F s° = - n 1Fsị) - n 2Fs2 + 3.Fs° (Fe3+/Fe) = +lFe° (Fe3+/F e 2+) + 2Fs° (Fe2+/p e) 8° ị^Fe3+/F e2+ j = 3s° (Fe3+/Fe) - 2s° (Fe2+/Fe) 8° (Fe3+/F e 2+) = 3 (-0,036) - 2 (-0,440) s°(F e3+/F e 2+) = 0,772V. CIO

AG°

—>cr

3

b- AG°

y ? AGị "* C12 '

6s° (ciƠ3/ c r ) = +5s° (C1O3/ci2) + le0(ci2/ c r )

=> e°(cio;/cr)=i,45v. 10.3. Cho biết thếkhử chuẩn ở 25°c của các cặp sau: 80 (H3A sO 4/HA sO2)

= 0,559 V và e°(I2/T) = 0,5355 V a. Hỏi chiều của phản ứng sau ở điều kiện chuẩn và 25°C: H 3A s0 4 + 21" + 2H+ ^ HAs0 2 + 2H20 b. Nếu chỉ biến đổi pH (các điều kiện khác giữ nguyên như câu a) thì ở giá trị nào của pH phản ứng trên bắt đầu đổi chiều? 112


c . T ín h h ằ n g s ố c â n b ằ n g K củ a phản ứ n g thuận và phản ứng n g h ịch .

Bài giải

a. Vì s (H AsO /HAsO2) > S°(I /T) nên phản ứng đi theo chiều thuận. 0

3

4

2

b. Để đổi chiều phản ứng cần có điều kiện: E(H3As04/HAs0 2) < 8 (I2/ n Cần tính s(H A s /HAs 2) theo pH: 3

0

4

0

H As0 + 2e + 2H+ ^ 3

4

HAs02 + 2H20

Vì chỉ biến đổi pH so với câu a nên [H3As04] = [HAs02] = IM. Từ đó: e(H3As04/H A s02) = £0(H3AsO4/HAsO2) + ^ ^ l g [ H +]2 <0,5355V s(H3 As0 4

/HA s0 ) = 0,559 + 2

2

lg[H+Ỷ

<

0,5355V

=* 0,559 - 0,059 pH < 0,5355 V => pH > 0,40. Vậy ở pH = 0,40 thì phản ứng bắt đầu đổi chiều, vì ở pH này thế khử của cặp I2/I không đổi so với điều kiện chuẩn. , x, nE° 2(0,559-0,5355) c. lgK = —---- = -------- -— ---------= 0,7966 0,059 0,059 =>

K = 6,26.

Hằng số K của phản ứng nghịch: lg K' = 2(0,5355 ~ 0’55^- = -0,7966 6 0,059 => K' = 0,16. hoặc K' = — = — = 0,16. K 6,26 10.4. Cho biết thế khử chuẩn của các cặp sau ở 25°C: s0(Fe3+/Fe2+) = 0,771 V và E°(Ag+/Ag) = 0,799 IV

a. Viết phương trình hóa học xảy ra khi cho các cặp phản ứng với nhau ở điều kiện chuẩn và 25°c.

113 8- BTHHĐẠI CƯƠNG


b. Trộn 50ml dung dịch AgN03 0,01 M với 25ml dung dịch Fe(N03)2 0,02M, 25ml dung dịch Fe(N03)3 0,05 M và bột Ag dư. Hãy tính AG của phản ứng sau trong điều kiện này ở 25°C: Fe2+ + Ag+ ^

Fe3+ + Ag(tt)

Từ kết quả thu được hãy cho biết chiều phản ứng trên. Bài giải

a. e°(Fe3+/Fe2+) < 8° (Ag+/Ag) nên phản ứng xảy ra như sau: Fe2+ + Ag+

Fe3+ + Ag(tt)

b. Nồng độ các ion sau khi trộn: [Ag+] = 10~2 — = 5.10~3M; [Fe2+] = 2.10“2 — = 5.1(T3M. 100 100 [Fe3+] = 5.10 2 — = 1,25.10'2M 100 e(Ag+/Ag) = 0,7991 + 0,59 lg 5.10'3 = 0,6633 V. 8 ( Fe3+/F e 2+ ) = 0,771 + 0,059 lg -■25‘-° / = 0,7945V v ' 5.10“3 AG = -nFE = -1.96500 (0,6633 - 0,7945) = 12660,8 J > 0 Có thể tính AG theo công thức sau: AG = R T in— K Qc =

5.10_3.5.10 3

- 500 '» lgK =

0,059

= 0,476

=>K = 2,994. AG = 8 , 314.298 ln

2,994

= 12680 J > 0

AG > 0: Vậy phản ứng đi theo chiều nghịch. 10.5. Trộn 10 ml dung dịch SnQ2 0,100 M với 10 ml dung dịch FeCl3 0,100 M. Xác định thành phần của hệ khi cân bằng. Từ đó suy ra thế khử của các cặp trong dung dịch lúc cân bằng ở 25°c. 114


s°(Fe3+/Fe2+) = 0,771 V, £°(Sn4+/Sn2+) = 0,15 V. Bài giải

Nđbđ: Nđcb:

Sn2+ + 2Fe3+ ^

Sn4+ + 2Fe2+

0,05

0,05

0

0

0,05 - 2x

X

2x

0,05 - X

1 K _ 2(0,771-0,15) _ 21,05 g 0,059 =>

K = 1.12.1021.

Hằng số K rất lán nên có thể coi phản ứng gần hoàn toàn và X= 0,025 M. Từ đó [Sn4+] = 0,025M = [Sn2+] ; [Fe2+] = 0,05 M và: [Fe3+] = 0,05 - 2x « £ [Fe3+]2 _ [Sn4+][Fe2+]2 [Sn2+].K 1/2

(

0,025(0,05)2 [Fe3+] = •\21 0,025.1,12.10"

= 1,49.10^12M. 7

4+ỵc_2+\ Khi cân bằng £cb = £(Fe3+/Fe2+) = s(Sn47SỉV2+) nên:

0,059, 0,025 = 0,15V. -Ig2 0,025

8cb = 0,15 + -

10.6. Thiết lập một pin nồng độ sau ở 25°C: ' Pt, H2(l atm) |CH3COONaO,lM||Ha 0,01 M |H2(1 atm), Pt. Suất điện động của pin là 0,4058 V. Tính hằng số bazơ của bazơ CH3COO'. Bài giải Suất điện động của pin ứng vói hiệu số sau: 0,4058 = £$ + 0,059 lg 0,01 - (e®+ 0,059 lg[H+])

1

0,4058 = 0,059 lg — => [ h + = 1,32.10~9M [H+] L J 115


=>

1 10 [0H "] = — ---- — = 7,576.10~6M. 1,32.10~9 CHoCOO- + H90 ^

CH.COOH + OH

Nđbđ:

0,1

0

0

Nđcb:

0 ,1 - X

X

X với X = 7,576.10 6 M

vì X « 0,1 nên 0,1- x = 0,1 => Kb = 5,74.10 10. 10.7. Thiết lập một pin sau ở 25°C: Ag I dd bão hòa Ag2Cr04 I I AgN03 0,1 M ị Ag a. Tính suất điện động của pin, biết rằng tích số tan của Ag2C r04 là 9.10~12. b. Viết các quá trình hóa học xảy ra ở các điện cực khi pin làm việc, chỉ rõ anot, catot của pin, chiều di chuyển các electron và chiều dòng điện trong pin. Bài giải

[Ag+] = 2s = 2,26.10 4M Suất điện động E của pin là: E = 0,059 lg ----^ — r = 0,152 V 2,62.10~4 b. Điện cực trái là anot: ©: 2Ag + C r04 —> Ag2Cr04(tt) + 2e Điện cực phải là catot: ® : 2Ag+ + 2e —> 2Ag (tt) Các electron chuyển từ anot sang catot, còn chiều dòng điện ngược với chiều di chuyển các electron. 116


C h ư ơ n g 11

TÍNH CHẤT CHUNG củfì KIM IOỌI vồ PHI KIM

BÀI TẬP

11.1 Giải thích tại sao khi hoà tan Sn trong dung dịch HC1 dư không tạo ra Sn4+ mà chỉ tạo ra Sn2+ , biết rằng thế khử chuẩn ở 25°c của các cặp như sau: 8° (sn4+/s n 2+) = 0,15V, e°(sn2+/Sn) = -0,14V. Bài giải

s°^Sn2+/Snj = -0,14V <e°^H +/H 2j = 0,00V, nên xảy ra phản

ứng sau: - Sn + 2H+ -> Sn2++ H2 Sn2+tạo ra không khử được H+tiếp vì S°(sn4+/Sn2+) = 0,15V > s° ( h +/ h 2).

11.2. Tạo sao khi pha dung dịch SnCl2 phải pha trong môi trường HC1 và để bảo vệ dung dịch của nó phải cho thêm vào đó ít hạt Sn. Bài giải

SnCl2 là muối của bazo yếu nên ion Sn2+ bị thuỷ phân: Sn2+ +H20 + c r ^

Sn(OH)Clị + H+

Trong môi trường axít hợp chất ít tan Sn(OH)Cl không tạo thành được, vì cần bằng chuyển dịch sang bên trái. Trong không khí 0 2 sẽ oxi hoá Sn2+thành thiếc oxiclorua màu vàng: 2Sn2++ 0 2 +4C1' -> 2SnOCl2 117


Khi có mặt Sn là chất khử, Sn sẽ khử SnOCl2 tạo lại Sn2+ : SnOCl2 +Sn +2H+ -> 2Sn2+ +H20 + 2C1" 11.3. Tính pH của dung dịch A1(N03)3 0,033M, biết rằng hằng số điện li axit Ka của A13+/A1(0H)2+ là 10’5. Bài giải Al3+ + HOH ^ Nđcb:

0,033- X

Al(OH)2+ + H+ X

X

x 2

10 5 = ---- —----- . Giả thiết X« 0,033, ta có 0,033 - X « 0,033. 0,033- X Từ đó: X = Vo,033 10'5 = 5,74.10"4 «

0,033. Vậy giả thiết trên là

đúng. => [H+] = 5,74.10'4M và pH = -ig 5,74.10'4 => pH = 3,24. 11.4. a. Cho biết e° (Fe3+/F e 2+) = 0,77 1V , e0(O2/H 2O) = 1,229V , tích số tan của Fe(OH)3 là 3,8. ÌO'38, của Fe(OH)2 là 4,8.1016. Hãy tính ở 25°C; e°[Fe(OH),/Fe(OH)2] và £°(02/0H') trong môi trường kiềm (pH = 14). b: Từ các số liệu tính được hãy cho biết trong hai phản ứng sau đây, phản ứng nào xảy ra dễ hơn về mật nhiệt động? 4Fe2++ 0 2 + 4H+

4Fe3++2H20 (ở pH = 0)

4Fe(OH)2+ 0 2 + 2H20 -> 4Fe(OH)3 (ở pH = 14). Bài giải

a.

Fe(OH)1 + e

Fe ( ơH) 2 +OH~

ị AGị

ệ AG?

Fe3+ + 30H~ + e - - AG2 > “TFSpgçopj^ /Fe(OH)2 eF*OH),/Fe(OH)2 = 118

Fe2+ + 3 0 H ' - 1Fe^ /F e - + R T l n K ^

ln ^

+ 8Fe3+/Fe2+ = -0.536V .


AG°

0 2 +4e + 4H„0

40H “ + 2H ,0 0

AG?

ag:

0 2 + 4e + 4H+ + 40HAG° = AG° + AG2 - 4 F £ 0 2/ 0 H = - R T l n K H20 - 4 F SS 2/H20

e02/0H- = 4 Ĩp ln K H20 + £0,/H20 e02/0H- = ° ’ 4 0 lv

b. 4Fe2++ 0 2 +4H+ -> 4Fe3++2H20

(ở pH= 0).

AG°= -4.96500 ( 1,229 - 0,771) = -176 788 J 4Fe(OH)2+ 0 2 + 2H20 -> 4Fe(OH)3 (ở pH = 14). AG° = -4.96500 (0,401 +0,536) = -361 628 J AG° < AG°nên trong môi trường kiềm phản ứng xảy ra dễ hơn. 11.5 Cho S02 phản ứng với 0 2 không khí ở nhiệt độ 700K có mặt chất xúc tác V20 5 tạo thành SO3 theo phản ứng: 2S02 (k) + ơ 2 ^

2S03(k)

Khi cân bằng ở áp suất latm thu được hỗn hợp chứa 0,21 mol S02; 5,37 mol 0 2; 10,30 mol S03 và 84,12 mol N2. Hãy tính: a. Hằng số cân bằng Kp ở 700K. b. Thành phần ban đầu của hỗn hợp khí. c. Tỉ lệ chuyển hoá S02 thành S03. d. Nếu trong hỗn hợp ban đầu không có N2, còn số mol S02 và 0 2 vẫn giữ như trên, thì lúc ở trạng thái cần bằng tỉ lệ chuyển hóa của S02 bầy giờ là bao nhiêu? Ắp suất của hệ cân bằng vẫn là 1 atm. Hãy rút ra kết luận về khả năng dùng 0 2 không khí hay 0 2 tính khiết tiết kiệm hơn. Bài giải a. Pso = 0,21.10_2atm; P0i = 5,37.10"2atm ; Pso3 = 10,30.10 2atm. 119


K„

(10,30.10~2)2 a-2 (0,21.10~2)25,37.10"

b.

2SO,

+

4,48.104 2SO,

02

X = 10,30 mol

b -X 2

Khi cân bằng: a - X

=> a = 10,51 mol, b = 10,52 mol, số mol N2 là 84,12. c. a =

10,30 -100% = 98% . 10,51

d.

2S02

2S03

o,

+

X

Khi cân bằng: 10,51— X 10,52 —— Tổng số mol khí lúc cân bằng En = 21,03 --

p

Tso, -

10,51-x 2 1 ,0 3 -4 2

10,52-

ro, ~2

X

2_p. p

r ’ rso.

2 1 ,0 3 - 2

21,03- x 2

Vì Kp rất lớn nên có thể coi phản ứng gần hoàn toàn và X « 10,51. Từ đó: 4 ^ .1 0 * . (10,51 - x)2.5,27 =>

10,51 - x = 0,086

x = 10,424 10 424 a'= -100% = 99%. 10,51

Hiệu suất chuyển hoá của S02 không tăng lên mấy so với dùng 0 2 không khí, nên việc dùng 0 2 không khí tiết kiệm hơn nhiều so với việc dùng 0 2 tinh khiết. Hơn nữa có thể tăng hiệu suất chuyển hoá S02 bằng cách dùng một lượng dư không khí. 11.6. Tính năng lượng mạng lưới của tinh thể NaCl (UNaC|) dựa vào các số liệu dưới đây: Entanpi nguyên tử hóa Na (tt) là 108,4 kl.moT1; Năng lượng ion hoá thứ nhất của Na là 496 kTmol'1; 120


Năng lượng liên kết C1 - Cỉ là 239 k lm o r1; Năng lượng gắn kết electron thứ nhất của C1 là -348 kl.m oĩ1; Entanpi tạo thành NaCl(tt) là -393,1 kl.mol'1. Bài giải Na(tt)

+

ịc ự k )

+

J-E ~ ^Cl-Cl V2 Cl(k)

AHa

Na(k)

A^ - >

NaCl(tt) A _ UNaC1

Ĩ^

Ã

Ị > Na «

+ cr«

AHf - AHa + 2 EC|_C1 + I1(Na) + AI(C|) UNaC! => ƯNaC1 = 108,4 + - (239) + 496 - 348 + 393,1 => ư NaC1 = 769 kl.mol'1. 11.7. Ở 25°c, s°(Ag+/Ag) = 0,7991V, tích số tan của AgCl là 1,6.1010. Hỏi Ag(tt) có đẩy được hiđro khỏi đung dịch HC1 IM không? Bài giải AG°

A g (tt)+ c r

Ag+ + e + c r AG0 =AGj+AG5 => -lFs°(AgCl/Ag) = - RTlnKs(Aga) - lFs°(Ag+/Ag) => s°(AgCl/Ag) = — lnl,6.10-'° +s°(Ag+/Ag) F 8°(AgCl/Ag) = 0,22V. Trong dung dịch HC1 IM giá trị £°(H+/H2) = 0,00 V. Vì e°(AgCl/Ag) = 0,22 V > e°(H7H2) = 0,00V, nên Ag khổng đẩy được hiđro khỏi dung dịch HC1 IM. 121


11.8. Tính năng lượng liên kết 0-H trong phân tử H20 2 dựa vào các số liệu (U.mol"1) sau: ÀHf (H20 ,k ) = -241,8, năng lượng liên kết H-H là 436 và năng lượng liên kết 0 = 0 là 498,4. Bài giải H2 «

436 V

| o 2 (k )

- ^ ‘-8 >

\ 249,2

H20 ( k )

/ , -2 E 0_H

2H (k) + 0 ( k ) -241,8 = 436 + 249,2 - 2E0.H => Eq.h = 463,5 kl.m or1.

122


Chương 12

MÔT • SỐ lom • HƠP • CHẤT VÔ cơ

BÀI TẬP 12.1 Phức chất Na2[Cd(CN4)] dễ tan trong nước và phân li hoàn toàn ra các ion Na+: a. Hỏi đâu là ion phức, cầu nội, cầu ngoại, nhân trung tâm, phối tử của phức chất? b. Số phối trí của nhân trung tâm, dung lượng phối trí của phối tử là bao nhiêu? c. Viết phương trình phân li từng nấc của ion phức, kèm theo biểu thức hằng số cần bằng tương ứng. Cho biết các hằng số phân li từng nấc như sau: K1= 10"5 , K2=10'5'12; K3=10'4,63; K4 = 1(T3’65 Tính hằng số phân li tổng của ion phức. Bài giải a. Ion phức: [Cd(CN)4]2~còn được gọi là cầu nội. Cầu ngoại: 2Na+. Nhân trung tâm Cd2+. Các phối t ử : 4CN'. b. Số phối trí của Cd2+là 4 Dung lượng phối trí của CN là 1. c. [CdíCNXị]2- ^

[Cd(CN)3r + CN-, K ị =

[Cd(CN)3J[CN~]

1 0 _ 5,48

[Cd(CN)2-] 123


[Cd(CN)3r ^ 3

Cd(CN)2 + C K ,

K2 = [Cd(CN)2][CN- ] = 10 5,12 2 [Cd(CN);]

[Cd(CN)2] ^

Cd(CN)+ + CN”,

K3 = tc d (CN)+]ỊC N J = 10-4,63 [Cd(CN)2]

[Cd(CN)]+ ^

Cd2+ + CN ;

K4 = — ' ]Ị C= 10~3’65 . [Cd(CN) ]

Hằng số phân li tổng Ị3Ị1 = Kj -K2-K3.K4 = 10“18,88 ứng với cân bằng sau: [Cd(CN)4]2' ^ , 4

Cd2+ + 4CN~

[Cd2+][CN~]4 [Cd(CN)2-]

12.2 Ở thể khí các phân tử HF liên hợp với nhau' bằng liên kết hiđro tạo thành vòng sáu cạnh (HF)6 theo phản ứng sau: 6HF(k) ^

(HF)g (k)

Tính năng lượng liên kết hiđro trong (HF)6, biết rằng ở các nhiệt độ 273K và 311K hằng số cân bằng Kp lần lượt là 9,55.10’12 và 1,023.10~15. Bài giải 1 1 n i,023.10~15 ~~ 8,314(273 =í>

1 ì 311y

AH = -1698121.

Năng lượng liên kết hiđro EH = —(169812). 6

Eh = 28302I.m or1. 12.3 Tính nồng độ tối thiểu của NH3 có thể hoà tan hoàn toàn 0,1 mol AgCl, biết rằng Ks(AgCl) = 10'10, hằng số điện li tổng Pj' của ion phức [Ag(NH3)2]+ bằng 10~7,2. Bài giải AgCl(tt).+2NH3 ^

[Ag(NH3)2]+ + Cl'

Khi AgCl tan hoàn toàn thì [Cĩ] = 0,1M. Từ đó: 124


[Ag+] = ——j- = 10“9M 10“1 và [NH3]2

g- 1 =10°’8 10"9

=>

[NH3] = 2,5 M.

12.4 Tính pH của dung dịch axít mạnh H2SO410'3M, biết rằng hằng số điện li axit nấc thứ hai là K = 10'2. Bài giải H SO -» H + + HS0 0

4

10HSO^ ^

nđcb: '10'3- x

4

10-

H + + SO ' 4

X

X

10" -X => [H+] = 10'3 + X = 1,85 . 10'3M =í> pH = 2,73. 12.5. So sánh độ hoà tan của LiF(tt) và NaF(tt) trong nước ở 25°c dựa vào các số liệu (kl.m oĩ1) năng lượng mạng lưới u, entanpi hiđrat hoá AH°h và sự biến thiên entropi AS° của sự hoà tan chúng như sau: 0

TAS°

LiF(tt)

1008

-1012

-7,95

NaF(tt)

904

-904

-2,50

<1

u

AH° }

M F(tt) + aq

M+aq + F“aq y

M+(k) + F (k) + aq ah°

= u mf + a h ỉ

AHyp = 1008 -1012 = -4 kJ 125


AG£iF = AH° - TAS° = -4 + 7,95 = 3,95 kJ AH^jap = 904 - 904 = 0 AG^gp - 0 + 2,50 = 2,50 kJ AG^ap < AGyp nên NaF có độ hòa tan lớn hơn. 12.6 Entanpi sinh chuẩn của CaCl2(tt), C a ơ 2.6H20 (tt) và H20 (0 lần lượt là -794,9‘6, -2608,9 và -285,8 k lm o l'1. a. Tính entanpi chuẩn của sự hiđrat hoá sau: CaCl2 (tt) + 6H2ơ (1) -> C a ơ 2.6H20 (tt) b. Tính entanpi chuẩn của sự hoà tan CaCl2 (tt) và CaCl2.6H20 (tt) trong nước, biết rằng entanpi sinh chuẩn của Ca2+.aq và c r.a q lần lượt là -542,96 và 167,2 kJ.mol'1. Bài giải

a.

CaCl2(tt) + 6H20(/)

CaQ2 . 6H20(tt)

AH° = -2608,9 + 794,96 + (285,8)6 = -99 kl.m ol'1 b.

CaCl2(tt) + aq -> Ca2+.aq + 2Cl'.aq AH° = -542,96 + 2(-167,2) + 794,96 = -82,4 kJ.m or‘ CaCl2.6H20 (tt) + aq

Ca2+aq + 2C17aq

99

^ ^ - 8 2 ,4 C a a 2 (tt) + 6H20 ( / ) + aq

AHh = 9 9 -8 2 ,4 = 16,6 k l.m o r1.

126


Phần II

CÂCI HỔI TRẮC NGHIỆN

Chương 1

c íu TAO NGUV€N TỬ

1.1. Giả thiết các cấu hình electron nguyên tử sau, cấu hình nào tuân theo nguyên lí Pauli? A. is 2s 2p 3s 3p 3d 4s2; ' 2

2

6

2

6

1 2

B. 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d2; 2

2

6

2

6

1 0

2

3

c . ls 2s 2p 3s 3p5; 2

3

6

2

D. ls 2s 2p 3s 3p 4s2. 2

2

7

2

6

Đ.s.

B. 1.2. Cấu hình electron nguyên tử nào sau đây ở trạng thái cơ bản? A. 1s 2s 2p 3s1; 2

2

5

B. ls 2s 2p 3s 3p5; 2

2

6

1

c . ls 2s 2p 3s 3p 3d 4s2; 2

2

6

2

6

1 0

D. ls 2s 2p 3s 3p 4d]. 2

2

6

2

3

Đ.s. c. 1.3. Hãy cho biết-cấu hình electron nguyên tử nào sau đây tuân theo quy tắc Hund?

tt tl. . 1 1 tl tt 127


tl tt tl 1 Đ.s. B. 1.4. Giả thiết có các cấu hình electron nguyên tử sau, cấu hình nào không tuân theo nguyên lí Pauli? A. ls22s22p63s2 3p6 3d10 B. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p8 3d6 4s2 c. ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d84s2 D. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2 4p2 Đ.s. B. 1.5

Cấu hình electron nguyên tử nào sau đây ò trạng thái kích thích? A. ls22s22p63s1 B. ls2 2s2 2p63s2 3p63d10 c. ls2 2s2 2p5 D. ls2 2s22p63s2 3p3 Đ.s. B.

1.6. Trong số các cấu hình electron nguyên tử sau, cấu hình nào không theo nguyên tắc Hund?

tl fl f t t ± 1 H . H "1 i ị 1 Đ.s. c. 1.7. Cấu hình electron nguyên tử nào sau đây có hai electron độc thân? A. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d84s2; B. ls22s22p63s2 3p63d64s2; 128


c. Is2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d54s2; D. ls22s22p63s2 3p63d64s2.

as.

A 1.8. Cấu hình electron nguyên tử nào sau đây có năng lượng cao nhất? A. ls2 2s2 2p63s2 3p6 3d104s°; B.

1 s 2 2 s2 2 p 6

c.

3s2 3pố 3d84s2;

ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s24p2;

D. ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d74s2 4p1.

as c 1.9. Cấu hình electron của ion nào sau đây ở trạng thái cơ bản? A. ls2 2s2 2p63s2 3p6 3d24s°; B. ls2 2s22p63s2 3p6 3d° 4s2;

c. ls2 2s22p63s2 3p5 3d14s2; ■ D. ls22s22p63s2 3p33d34s2.

as.

A

1.10. Cấu hình electron nguyên tử nào sau đây có năng lượng thấp nhất? A. ls2 2s2 2p6 3s2 3p63d104s°; B. ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d74s24p1;

c. ls22s22p63s2 3p63d84s2; D. ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d64s2 4p2.

Đ.s.

c 1.11. Obitan nguyên tử 3pz ứng với tổ hợp các số lượng tử nào sau đây? A. n = 3, / = 0, m = 0 B. n = 3, /= 1, m = 0 c . n = 2, / = l , m = 0 D. n = 3, / = 2, m = 0

Đ.s.

B

129 9- BTHHĐẠI CƯONG


C hương 2

BẢNG TUẦN HOÀN CÁC NGUVCN TỐ HOÁ HỌC

2.1. Các nguyên tử của các nguyên tố trong cùng một chu kì: A. Đều có cùng số electron; B. Đều có cùng số lóp electron;

c. Đều có cùng số proton; D. Đều có cùng số nơtron. Hãy chon câu trả lời đúng. Đ.s. B. 2.2. Để biết một nguyên tố ở nhóm A cãn cứ vào dấu hiệu nào sau đây? A. Sự điền electron cuối cùng vào nguyên tử của nguyên tố theo quy tắc Kleckopxki kết thúc ở ns hoặc np; B. Sự điền electron cuối cùng vào nguyên tử của nguyên tố theo quy tắc Kleckopxki kết thúc ở (n-l)d;

c. Sự điền electron cuối cùng vào nguyên tử của nguyên tố theo quy tắc Kleckopxki kết thúc ở (n - 2) f; D. Electron ở lớp ngoài cùng là electron ns. Đ.s. A . 2.3. Nguyên tử của nguyên tố nào sau đây thuộc nhóm IIA? A. ls22s22p63s2 3p63d104s2; B. ls22s22p63s2 3p63d04s2;

c. ls22s22p6 3s2 3p63d14s2; D. ls2 2s2 2p63s2 3p63d24s2. Đ.s, B . 130


2.4. Nguyên tử của nguyên tố nào sau đây thuộc nhóm VIIIB? A. ls22s22p63s2 3p63d54s2; B. ls2 2s22p63s2 3p6 3d34s2; c . ls2 2s22p6 3s2 3p6 3d74s2; D. ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d104s2.

Đ.s. c 2.5. Bán kính của cấu tử nào sau đây là lớn nhất? A .O ; B. 0 +; C O '; D. 0 2.\

Đ.s. o 2',^ 2.6. Sử dụng số liệu A,B,C,D ở câu 2.5, hãy cho biết bámkính của cấu tử nào nhỏ nhất?

Đ.s. 0 \ 2.7. Nguyên tử nào sau đây có năng lượng ion hoá thứ nhất là lớn nhất? A. Na; B. Mg; c . F; D. C1

Đ.s. F . 2.8. Dùng số liệu ở câu 2.7 hãy cho biết nguyên tử nào có năng lượng ion hóa thứ nhất là nhỏ nhất?

Đ.s. Na. 2.9. Trong số bốn nguyên tử đưa ra ở câu 2.7, nguyên tử nào có năng lượng gắn kết electron là lớn nhất (ái lực với electron nhỏ nhất)?

Đ.s. Mg. 2.10. Độ điện âm của nguyên tử nào là lớn nhất trong số bốn nguyên tử đưa ra ở câu 2.7?

as. F. 2.11. Trong số bốn nguyên tử ở câu 2.7, nguyên tử nào có độ điện âm nhỏ nhất? Đ.s. Na. 2.12. Nguyên tố X nào sau đây thuộc nhóm VIIA? Biết rằng X tạo được oxit x 20 7, trong đó X có số oxi hoá cao nhất. A. X có hai electron ở lớp ngoài cùng. B. X không tạo được hợp chất khí với hiđro. c. X là kim loại. D. X có 7 electron lớp ngoài cùng.

as.

D.

10- BTHHĐẠI CƯƠNG

131


C hương 3

U€N K€T HOÁ HỌC vồ cfìu TẠO PHÂN TỬ

3.1. Năng lượng của quá trình nào sau đây là nãng lượng liên kết cộng hoá trị? A. I2(tt) -> I2(0;

B. I2(/)-> I2(k);

c.

D. I2(k) -> 2I(k).

I2(tt)

I2(k);

Đ.s. D ...

c

3.2. Trong phân tử C,H4 có mấy liên kết ơ cộng hóa trị? A. Hai;

B. Ba;

c.

D. Năm.

Bốn;

Đ.s. Năm. 3.3. Độ dài liên kết N-N trong phân tử nào sau đây là ngắn nhất? A. N2H4 (hiđrazin);

B. N20 4;

c.

D. N2H2 (điimin).

N20 ;

Đ.s. N20 < 3.4. Phân tử nào trong bốn phân tử đưa ra ở câu 3.3 có độ bền liên kết N-N lớn nhất?

Đ.s. N20 . 3.5. Độ ion của liên kết trong phàn tử nào sau đây là lớn nhất? A. NaF; B. CaQ2;

c. CaBr2; D. NaCl.

Đ.s. NaF. 132


3.6. Bản chất của liên kết ion là:

A. Sự dùng chung cặp electron hoá trị; B. Lực tĩnh điện giữa các ion trái dấu;

c.

Sự xen phủ các obitan nguyên tử hoá trị;

D. Sự chuyển electron từ nguyên tử này đến nguyên tử khác. Hãy chọn câu trả lời đúng. Đ.s. B. 3.7. Mỗi liên kết cộng hoá trị được tạo thành (theo phương pháp VB): A. Bằng 2 electron có các giá trị số lượng tử ms cùng dấu; B. Bằng sự chuyển electron từ nguyên tử này đến nguyên tử khác;

c. Bằng 2 electron có các giá trị số lượng tử ms khác dấu; D. Bằng lực tĩnh điện giữa hai nguyên tử tham gia liên kết. Hãy chon câu trả lời đúng. Đ.s. c. 3.8. Trạng thái hoá trị của một nguyên tố: A. Bằng số electron ở lớp ngoài cùng của nguyên tử nguyên tố đó. B. Bằng số electron ở phần lớp ngoài cùng của nguyên tử nguyên tố đó.

c. Bằng sô' electron

độc thân của nguyên tử nguyên tố đó ở trạng thái cơ bản và trạng thái kích thích có thể xảy ra khi phản ứng.

D. Bằng số electron độc thân của nguyên tử nguyên tố đó ở trạng thái cơ b ản . Đ.S.

c,

3.9. Câu trả lời nào sau đây là đúng? Các nguyên tố halogen: A. Đều có trạng thái hoá trị 1,2,3,4,5,6 và 7. B. Đều ở trạng thái hóa trị 1,3,5,7.

c. Đều ở trạng thái hóa trị 1,2,3,4. D. Đều ở trạng thái hóa trị 1,3,5,7 trừ flo chỉ có hoá trị 1. Đ.s. D. 133


3.10. Ý nào sau đây là đúng? Liên kết ba giữa hai nguyên tử cacbon trong phân tử axetilen (H O CH ) gồm: A. Một liên kết

71,

hai liên kết ơ ;

B. Một liên kết ơ, hai liên kết 7T, c . Cả ba liên kết đều là liên kết ơ;. D. Cả ba liên kết đều là liên kết n;

Đ.s. B. 3.11. Chon câu trả lời đúng dưới đây. Các AO hoá trị của nguyên tử trung tâm C,N và o trong các phân tử CH4, NH3 và H20: A. Đều có lai hóa sp3; B. Ở c có lai hóa sp3, ở N có lai hóa sp2, ở o có lai hóa sp; c . Tất cả đều có lai hóa sp2; D. Tất cả đều có lai hóa sp; Đ.s. A . 3.12. Góc liên kết nào lớn nhất trong số các phân tử CH4, NH3, H20 và H2S? A. HCH;

B. HNH;

C. HÕH;

D. HSH.

Đ.s. HCH. 3.13. Phân tử nào sau đây có cấu trúc thẳng? A. HOC1; c. S02;

Đ.s. C0 2. 3.14. Phân tử nào sau đây có cấu trúc gấp khúc? A.HCN;

B. NOC1;

c . BF3;

D. CC14.

Đ.s. NOC1. 3.15. Phân tử nào sau đây có cấu trúc tam giác? B. PF3; D. S03.

134


3.16. Theo phương pháp MO-LCAO, cấu hình electron nào dưới đây đúng cho phân tử NO?

A.

( K K ) ơ 2 ơ *2 ơ 2 7ĩ 2

= 7T2 7TX*1.;

B.

(K K )ơ 2ơ*2ơ 27t2

=% ị

c. (K K )ơ s2ơ I 2^

ĩ *1 . 7TX ;

D. ơỉa:2^ = 4 a 2 7 r;2 =- - n y* 2 <J Z*ì Đ.s. c.

3.17. Theo phương pháp MO-LCAO, độ bội liên kết trong cấu tử nào lớn nhất? A. 0 2

B. o :

c. O“

D. o 2

Đ.s.

-

02+.

3.18. Trong số bốn cấu tử đưa ra ở câu 3.17, liên kết trong cấu tử nào kém bền nhất? Đ.s.

Ó ị-

3.19. Độ dài liên kết nào ngắn nhất trong số bốn cấu tử ở câu 3.17? Đ.S.

o>2: .

3.20. Năng lượng ion hoá thứ nhất ở cấu tử nào nhỏ nhất trong sô' bốn cấu tử ở câu 3.17? Đ.s. 0 2i 3.21. Hãy chọn câu trả lời đúng dưới đây: A. Năng lượng ion hoá thứ nhất (Ij) của phân tử 0 2 lớn hơn Ij của nguyên tử O; B. 1] của ion 0 2+ nhỏ hơn Ij của nguyên tử O; c. I, của 0 ‘2 bằng I) của nguyên tử o. D. Không thể dự đoán được Ỉ! của 0 22' lớn hay nhỏ hơn lị của nguyên tử o Đ.s. B. 3.22. Cấu hình electron nào đúng cho phân tử B2? r2*2_2. A. (K K )ơ ;o ;ơ ,; B. (KK)ơ 2ơs*2ơ Ì 4 Ị D. (KK)ơ2ơ*27ĩ 2 . c . (KK)ơ2ơ ; M =nị ; Đ.s. c . 135


3.24. Trong sô' bốn phân tử sau, phân tử nào có momen lưỡng cực bằng không? b . sf2 A. OF' c. c s .

D. B>S

Đ.s. c s 2.

3.25. Thứ tự nào của các chất sau đây được xếp theo chiều nhiệt độ nóng chảy tăng dần? A. C 0 2< CaO < NaCl < C6H6 <Kr <C6H5OH; B. C6H5OH < Kr < C6H6 < NaCl < CaO < C 02; c . Kr < C 02 < C6H6 < C6H5OH < NaCl < CaO;

D. CaO < NaCl < C6H5OH < C6H6 < C 02 < Kr. Đ.s. c .

3.26. Cách sắp xếp nào của các chất sau đây so sánh đúng nhiệt độ nóng chảy của chúng? A. HF < HC1 < HBr < HI;

B. HF > HC1 < HBr < HI;

c . HF > HC1 > HBr > HI;

D. HF > HC1 < HBr > HI,

Đ.s. B.

3.27. Thứ tự nào của các chất sau đây được xếp theo chiều nhiệt độ nóng chảy tăng dần? A. CH4 < CF4 < CI4 < CC14 < CBr4; B. CH4 < CI4 < CC14 < CBr4 < CF4; . c . CI4 < CBr4 < CC14 < CF4 < CH4;

D. CH4 < CF4 < CC14'< CBr4 < CI4. Đ.s. D. 136


Chương 4

ÁP DỤNG NGƯV6N ư THỨ NHÍT CỦA NHlậ DỘNG HỌC VÀO HOÁ HỌC. NHlệT HOÁ HỌC * # • 4.1.

Hệ nhiệt động nào sau đây là hệ đóng? A. Phản ứng đốt cháy metan bằng oxi được thực hiện trong bình kín cách nhiệt; B. Phản ứng như trên nhưng được thực hiện trong bình kín không cách nhiệt; c . Phản ứng như trên nhưng được đốt cháy trong không khí; D. Phản ứng hoà tan kẽm trong cốc đựng dung dịch axit clohiđric để hở. Đ.s. B.

4.2.

Trong số các dãy thông số trạng thái dưới đây, dãy thông số nào đều gồm các thông số trạng thái khuếch độ? A. H,U,T,P,G; B. H ,u,s,p,v (thể tích); c. H,Ư,S,G,m (khối lượng); D. H ,u,s,v,c (nồng độ).

c 4.3. Dãy nào các hàm dưới đây đều gồm các hàm trạng thái? A. H,U,Q,S,G B. H,U,W,S,G Đ.s.

4.4.

c.

H,W,S,U,P;

Đ.s.

D

D.

Qp,Qv,S,G,P.

Trường hợp nào dưới đây có nhiệt phản ứng đẳng áp (AH) bằng nhiệt phản ứng đẳng tích (AU)? A. C,H2(k) + 2H2(k)

C2H6(k);

B. Fe20 3(tt) + 3CO(k) -» 2Fe(tt) + 3C02 (k); c . NH4Cl(tt)

NH3(k) + HCl(k);

D. C2H4(k) + 3 0 2(k) -> 2C02 (k) +2H20 (/). Đ.s.

B.

4.5. Các phản ứng sau đều thực hiện ở áp suất latm và nhiệt độ 298K.

Entanpi của phản ứng nào dưới đây bằng entanpi tạo thành chuẩn ở 298K của CH3COOH (/)? A. CH3CH2OH (/) + 0 2(k)

CH3COOH (/) +H20 (/) . 137


B. 2Cgr +4H (k) + 2 0 (k) -> CH3COOH (/) c . 2Cgr +2H2(k) + 0 2 (k) -> CH3COOH (/)

D. 2C(k) + 4H (k) + 2 0 (k) -» CH3COOH (/) Đ.s. c . 4.6. Entanpi của phản ứng nào dưới đây có giá trị nhỏ nhất (phản ứng được

thực hiện ở cùng một điều kiện)? IA. N2(k) + 3H2 (k) -> 2 NH3 (k); B. —N2(k) + —H2(k) -» NH3(k ); 2

2

c . 2N(k) +3H2 (k) -> 2NH3 (k);

D. 2N(k) + 6H (k)

2NH3 (k).

Đ.s. D .

Chương 5

ÁP DỤNG NGUVêN LÍ THỨ HHI cùn NHlệT DỘNG HỌC vào HOá HỌC CHIấU VÀ GIỚI HẠN Tự DI€N BlêN của

các

ọuri TRÌNH

5.1. Entropi của trường họp nào dưới đây là nhỏ nhất ở cùng điều kiện? A. I2 (tt);

B. I2 (0;

C .I2 (k);

D. 21 (k).

Đ.s. A. 5.2. Entropi (S) của chất nào dưới đây lớn nhất ở 2 5 °c và latm? A. C,H6 (k);

B. CH4 (k);

c.c3tì6(k);

D. C4H10 (k).

Đ.s. C4H10. 5.3. Sự biến thiên entropi (AS) của phản ứng nào dưới đây là số dương? A. NH3(k) +HC1 (k) -> NH4Q (tt); 138


5.4.

B. 2NaHC03 (tt) -> Na2C 03 (tt) +C02 (k) + H20 (k); c. N2 (k) + 3H2 (k) ->2NH3(k); D. 2H2(k) + 0 2 (k) -» 2H20 (/). Đ.s. B. AS'’98 của phản ứng nào sau đây có giá trị lớn nhất? A. NH4N 03(tt) ->HN03 (/) + NH3(k); B. NH4 NO3 (tt) -» N20 (k) + 2H20 (k); c . NH4N0 3(tt) -> N2(k) + - 0 2(k) + 2H20 (k ); D. NH4N 0 3(tt) -» N2(k) + - 0 2(k) + 2H2(k)

5 .5 .

5 .6 .

Đ.s. D. Sử dụng bốn phản ứng ở câu 5.4, nhưng được viết theo chiều ngược lại và được thực hiện ở áp suất latm, nhiệt độ 298K. Hỏi phản ứng nào ứng với thể đẳng áp tạo thành chuẩn ở 25°c (AG298f) của NH4N 0 3(tt)? Đ.s. D. AGj của phản ứng sau 2N02(k) ^

N20 4(k) có thể được tính từ

AG j f của các chất trong phản ứng. Hãy chọn câu trả lòi đúng dưới đây: A( AGỊ = AG° f (N20 4) + 2AGỊjf (N 02); B. AG® = A G Ịf(N20 4)-2AG?:if(N 02); c . AG Ỉ=A G Ỉif(N2 0

4

)-AG?>f(N0 2);

D. AG Ỉ=2A GỊif(N0 2 ) - A G Ỉ tf(N2 0 4).

Q.S. B,

Chương 6

CŨN BÀNG HOIÍ HỌC 6.1. Ở 25°c phản ứng sau có hẵng số cân bằng Kp = 9,18: 2N02(k) ^

N20 4(k) 139


Câu trả lời nào dưới đây là đúng? A. AG° > 0

B. AG° < 0

c . AG° = 0

D. Không dự đoán được.

as.

B.

6.2. Phản ứng nào dưới đây có hằng số cân bằng Kp = Kc = Kj, = Kx A. Cg, + C0 2 (k) ^

2CO (k) ;

B. 4 C u 0 ( t t) ^ 2 C u 20 ( tt) + 0 2(k ); c

2 N 0 (k ) + 0 2( k ) ^ 2 N 0 2(k );

D . N2(k) + 0 2( k ) ^ 2 N O ( k ) . Đ.s. D.

6.3. Phản ứng nào dưới đây có hằng số cân bằng K tăng theo nhiệt độ? A. 2NO2( k ) ^ N 2O4(k),A H < 0; B. CaC03 (tt) ^

CaO(tt) + C 0 2 ( k ), AH > 0;

c . NH3(k) + HCl(k) ^

D. N2(k) + 0 2(k) ^

NH4Cl(tt), AH < 0 ;

2NO(k). AH > 0.

as.

B. 6.4. Một phản ứng thuận nghịch ở trạng thái cân bằng khi: A. AG° = 0;

B. AG = 0;

c. AG° < 0;

D. AG < 0,

Hãy chọn câu trả lời đúng. Đ.s.

B.

6.5. Một phản ứng ở điều kiện chuẩn và nhiệt độ T chỉ xảy ra theo chiều: A. AGt < 0;

B. AGt > 0',

c. A G £<0 ;

D. AG?. > 0 .

Đ.s. c .

6.6. Một phản ứng ở áp suất p và nhiệt độ T chỉ xảy ra theo chiều: A. AGt > 0

140

B. AGX< 0


c. a g Ị

>0 D. a g Ị < 0 Hãy chọn câu trả lời đúng. Đ.s. B. 6.7. ơ nhiệt dộ 800K hằng số cân bằng K của phản ứng H2 (k) + I2(k) ^ 2HI (k) bằng 37,2. Trộn ba khí H2,12 và HI vào một bính chân không kín ở 800K, mỗi khí đều có áp suất 0,1 atm. Hỏi câu trả lời nào dưới đây là đúng? A. Phản ứng xảy ra theo chiều thuận; B. Phản ứng xảy ra theo chiều nghịch; c. Phản ứng ở trạng thái cân bằng; D. Không dự đoán được gì. Đ.s. A. 6.8. HI bị nhiệt phân theo phản ứng sau: 2HI (k) ^ H2(k) + I2 (k) Hãy chọn biểu thức đúng dưới đây cho cân bằng trên: A. K„ c Kp =

Ph2 + P i : 2P,HI lH2.p,

B. K = 2PH. p p,H. + P, D. Kp =

'HI

.

LHI

PHl +pb

Đ.s. c .

6.9. Hãy chọn câu trả lời đúng cho các cân bằng sau ở cùng nhiệt độ: N2 (k) + 3 H2(k) ^ 2NH3 (k) A.Kp = K c; B .K P = K C(RT)2; c. K c = Kp (RT)2; D. K c = K p(RT)"2. Đ.S. c .

6.10 NH4C1 bị nhiệt phân trong một bình kín ở nhiệt độ không đổi theo phản ứng sau: ■ NH4C1 (tt) ^ NH3(k) + HC1 (k) Khi hệ ở trạng thái cân bằng, nếu ta cho thêm vào hệ một lượng nhỏ NH4CI (tt), thì câu trả lời nào sau đây là đúng? A. Giá trị hằng số Kp tăng; B. Giá trị hằng số Kp giảm;

c. Giá trị hằng số Kp không đổi; D. Không dự đoán được sự biến đổi giá trị Kp.

Đ.s. Q. 1 1 - BTHHĐẠI CƯƠNG

141


6.11. CaC03 phân huỷ ở nhiệt độ cao trong một bình kín theo phản ứng sau: CaC03 (tt) ^ CaO (tt) + C 02 (k) Ở nhiệt độ 800K hằng số cân bằng Kp = 0,220. Tăng dung tích của bình phản ứng len gấp đôi ở nhiệt độ không đổi nhờ vào một pittông và chờ cho cân bằng mới đựơc thiết lập. Hỏi câu trả lời nào dưới đây là đúng? A. Áp suất trong bình giảm xuống còn một nửa so với cân bằng trước; B. Áp suất trong bình tăng gấp đôi so với cần bằng trước; c. Áp suất trong bình không đổi; D. Số mol khí CO? trong bình không đổi. Đ.s. c .

6.12. Càn bằng nào dưới đây không chuyển dịch khi biến đổi áp suất, nhung không biến đổi nhiệt độ? A. PC15 (k) ^ PC13 (k) + ạ 2(k); B. 2Hg(l) + 0 2(k) ¿ 2HgO(tt) c . FeO(tt) + CO(k) ^ Fe(tt) + C 02(k); D. CO(k) + Cl2 (k) ^ COCl2(k). Đ.s. c

6.13. Cân bằng sau 4CuO (tt) ^ 2Cu20 (tt) + 0 2 (k) có bậc tự do bằng: A. 1; B.2; c . 3; D. 4. Hãy chọn câu trả lời đúng. Đ.s. 1. 6.14. Bậc tự do của hệ cân bằng sau ứng với câu trả lòi nào dưới đây? C(tt) + H20 (k) ^ CO (k) + H2(k) A. 1; B. 2; c. 3; D. 4.

Đ.s.

3.

6.15. Hãy chọn câu trả lời đúng về bậc tự do của hệ cân bằng sau: CH4(k) + H20 (k) CO(k) + 3H2 '(k) A. 1; B. 2; c. 3; D.4. Đ.s. 4. 6.16. Cân bằng ở câu 6.13 có bậc tự do bằng 1. Yếu tố nào dưới đây ảnh hưởng đến cân bằng đó? A. Nhiệt độ hoặc áp suất của 0 2; B. Lượng CuO; c. Lượng Cu20 ; D. Tỉ lệ số mol Cu20 : 0 2. Đ.s. A. 142


Chương 7

DUNG DICH

7.1. ở cùng nhiệt độ, áp suất hỏi bão hoà của dung dịch chất tan không bay hoi là p, của dung môi nguyên chất là P0. Cầu trả lời nào sau đây là đúng? A. p>p0;

B. p<p0;

c. P=P0;

D. Không dự đoán được.

Đ.s. B. 7.2. Nhiệt độ sôi của dung dịch loãng chất tan không bay hơi là ts°(dd), của dung môi nguyên chất là ts° (dm). Ý nào dưới đây là đúng? A. ts°(dd) < ts° (dm);

B. ts°(dd) = ự (dm);

c. ts°(dd) > ts° (dm);

D. Không dự đoán được.

Đ.s. c. 7.3. Nhiệt độ đông đặc của dung dịch loãng là tđ° (dd), của dung môi nguyên chất là tđ° (dm). Câu trả lời nào dưới đây là đúng? A. td°(dd) < td° (dm);

B. tđ°(dd) > td° (dm);

c . tđ°(dd) = td° (dm);

D. Không dự đoán được.

Đ.s. A. 7.4; Trong quá trình sôi của dung dịch loãng chưa bão hoà chất tan không bay hơi, nhiệt độ sôi: A. Giảm dần; B. Tăng dần; c. Không đổi; D. Không dự đoẳn được. Hãy chọn câu trả lời đúng.

Đ.s. B. 7.5. Trong quá trình đông đặc của dung dịch loãng chưa bão hoà chất hoà tan, nhiệt độ đông đặc: A. Giảm dần; B. Tăng dần; c. Không đổi; D. Không dự đoán được. Hãy chọn câu trả lời đúng.

Đ.s. A.

143


Chương 8

DUNG DICH • CHAT DI6N • u

8.1. Bốn dung dịch loãng, mỗi dung dịch chứa một chất sau: Đường, NaCl, CaCl9, AICI . Các dung dịch đều chứa cùng số mol chất tan trong cùng một lượng nước. Ỏ cùng nhiệt độ, thứ tự dãy áp suất hơi bão hoà nào dưới đây là đúng? 3

A. dd NaCl > dd đường > dd AICI3 > dd CaCl2; B. dd đường > dd NaCl > dd CaCl2 > ddAlCl3; c . dd AICI > dd CaCl9 > dd NaCl > dd đường; 3

D. dd CaCl2 > dd NaCl > dd đường > ddAlClj.

as. B. 8.2. Vẫn bốn dung dịch như ở câu 8.1, ở cùng áp suất, thứ tự dãy nhiệt độ sôi nào dưới đây là đúng? A. dd NaCl < dd đường< dd AICI3 < dd CaCl2; B. dd đường < dd NaCl < dd CaCl2 < ddAỈCl3; c . dd AICI3 < dd CaCỈ2 < dd NaCl < dd đường; D. dd CaCl2 < dd NaCl < dd đường < dd AICI3.

Đ.s. B. 8.3. Vẫn bốn dung dịch như ờ câu 8.1, ở cùng áp suất, thứ tự dãy nhiệt độ đông đặc nào dưới dây là đúng? A. dd NaCl < dd đường< dd AICÍ3 < dd CaCl2; B. dd đường<dđ NaCl < dd CaCl2 < ddAlCl3; c . dd AIC13 < dd CaClo < dd NaCl < dd đường;

D. dd CaCl9< dd NaCl < dd đường < dd AICI3.

Đ.s.

c.

8.4. Khi pha loãng dung dịch CH OOH ở nhiệt độ không đổi, hằng số axit Ka, độ điện li a của CH COOH biến đổi như thế nào? 3

3

A. Ka tăng, a tăng;

B. Ka giảm, a giảm;

c . Ka không đổi, a tăng;

D. Ka và a đều không đổi.

Hãy chọn câu trả lời đúng?

Đ.s. c. 144


8.5. Cặp nào sau đâv không phải là axit - bazo liên họp? A. HOC1, CIO';

B. H2P04”, HP042 ;

c. H30 +, OH”;

D. H2S, HS .

Đ.s. c . 8.6. Trong số các phương trình sau phương trình nào ứng VỚ! Kb? A. H2P 0 Ị + H20 ^

HP04' + H30 + ;

B. H2PO¡ + H20 ^

H3P 04 + OH' ;

c. H2PO¡+OH~ ^

Hipo2" +H20 ;

D. H2P 0 ¡ + H 30 + ^

H3P 04 +H 20 .

Đ.s. B. 8.7. Trong số các phương trình ở câu 8.6, phương trình nào ứng với Ka? Đ.s. A. 8.8. Đâu là công thức tính pH cho dưới đây? A. pH = -ln[H30 +]; B. pH = ln[H30 +]; c . pH = lg[H30 +]; . D. pH = -lg[H30 ; ]. Đ.s. D. 8.9. Một dung dịch có pH bằng 8. Hãy cho biết nồng độ OH của dung dịch đó ứng với giá trị nào dưới đây? A. 10"5 m ol./1; B. 10~6 mol.r1; C IO '7 mol./'1; D. 10'8mol.r'. Đ.s. B. 8.10. Có bốn dung dịch sau: CH3OOH, H2S04, HC1, HN02. Mỗi dung dịch chỉ chứa một chất đều có cùng nồng độ OJmol.f1 và nhiệt độ 25°c. Hỏi thứ tự pH nào sau đây là đúng, biết rằng Ka của CH3COOH là 1,75.10"5 của HN02 là 5.1CT4? A. CH3COOH > HN02 > H2S04> HC1; B. HN02> CH3COOH >H2S04> HC1; c . CH3COOH > HN0 2> HCl > H2S0 4;

D. H2S04 > HC1 > HN02> CH3COOH.

Đ.s. c.

145


8.11. Ka của các axit HN 02, CH3COOH, HCOOH và H o a lần lựỏt là 5.10'4; 1,75.10'5; 1,7.10'4và 3,2.10'8. Hỏi lực bazơ của các íon sau tăng theo thứ tự nào sau đây? A. HCOO' < N 0 2 < CIO' < CH3COO■; B. CH3COO' < CIO '< N 02' < HCOO'; c. N0 2' < HCOO' < CH3COO' < CIO ■; D. CIO ■< CH3COO' < HCOO' < N 0 2\ Đ.s. c .

8.12. Đối với dung dịch axít mạnh HNO3 0,1M, ý kiến nào sau đây là đúng (bỏ qua sự điện li của nước)? A. pH cl; B. pH=l; c. [H+]>[N0 3-] . D. [H+<[N0 3 ] , Đ.s. B. 8.13. Đối với dung dịch axit yếu HN 02 0,1M, ý kiến nào sau đây là đúng (bỏ qua sự điện li của nước)? A .pH >l; B. pH=l; c . [H+]>[N0 2 ] . D. [H+<[N0 2-]. Đ.S. A. 8.14. Hằng số cân bằng của phản ứng nào dưói đây chính là tích số tan của chất điện li ít tan? A. Fe3+ + 30H ' ^ Fe(OH)3 (tt); B. Ag2Cr04(tt) ^

2Ag+ +

CĩO2; ;

c . AgCl(tt) + 2NH3 ^ [Ag(NH3)2]+ + Cĩ; D. Mg(OH)2(tt) + 2H+ ^ Mg2+ + 2H20 . Đ.s. B.

8.15. Biểu thức nào dưới đây là tích số tan của Ca3(P04)2? A. [3Ca2+] [2P043-]; B. [Ca2+]3 [PO43 ]2; C. [Ca2+] [P043 ]; D. [Ca3 6+] [(P043-)2]. Đ.s. B. 8.16. Độ hoà tan m ol.r1 của Al(OH)3; Sn(OH)2 và FeS lần lượt là 2,9.10'9; 2,3.10 9 và 6,1.10'10. Hỏi thứ tự tích số tan nào dưới đây là đúng? A. Sn(OH)2> Al(OH)3 > FeS; B. FeS > Al(OH)3 > Sn(OH)2; c . FeS > Sn(OH)2 > Al(OH)3; D. Al(OH)3> Sn(OH)2 > FeS. Đ.s. c. 146


8.17. Trộn hai thể tích bằng nhau của từng cặp hai dung dịch sau: A. ddCaCl2 0,02M + dd bão hoà BaS04 (Ks = 1,1.10 10) B. ddCaCl2 0,1M + dd bão hoà BaS04; c . ddCaCl2 0,2M + dd bão hoà BaS04; D. ddBaCl2 0,02M + dd bão hoà CaS04 (Ks = 6,1.10'5). Hỏi trường họp nào có kết tủa? Đ.s. D.

Chương 9

DỘNG HOÓ HỌC 9.1. Biểu thức nào dưới đây là định nghĩa tốc độ phản ứng? 2S02(k) + 0 2(k) -> 2S03 (k) A . v ^ l ; 2dt

B v = - d[S0^ 2dt

c T... d[S02] dt

D v = d[S° 3 ] dt

Đ.s. B.

9.2. Phương trình nào ứng đúng vói phương trình tính tốc độ của phản ứng sau? 2NO + 2H2 -> 2H20 +N2 A. v = k[NO]2 [H2]2;

B. V = k[NO] [HJ;

= k[NO]2 [H2]; D. V = k[NO] [H2]2. Biết rằng khi tăng nồng độ NO lên gấp đôi thì tốc độ phản ứng tăng bốn lần, còn khi tăng nồng độ H2 lên gâp đôi thì tốc độ phản ứng tăng hai lần. c.

V

Đ.s. c .

9.3. Bậc của phản ứng trong câu 9.2 ứng với giá trị nào dưới đây? A. 2;

B. 3;

c. 4;

D. 5.

Đ.s. 3 . 147


9.4. Phản ứng 2NO + 2H2 ->2H20 +N2 có cơ chế như sau: 2N0 ^

N20 2

n 9o 2+h 7 —>n 2+h 2o 2

H20 2+H2 -> 2H20 Hỏi mỗi giai đoạn cơ bản có phân tử số bằng giá trị nào dưói đây? A. 1;

B. 2;

C.3;

D.4.

Đ.s. 2. 9.5. Trong số các giản đồ năng lượng dưới đây, giản đồ nào (những giản đồ nào) ứng với sự có mặt chất xúc tác? vắng mặt chất xúc tác được vẽ với nét liền:

Đ.s. bvàc.

C hư ơng 10

CHlễU PHỒN ỨNG OXI HOri - KHỬ VA các QUÁ TRÌNH DIỈN - Hori 10.1. Ở 25°c thế khử chuẩn của cặp

Z n 2+/ z n

sau đây ứng đúng với giá trị đó? A. Zn(tt) ^ B.

Zn2+( 1M) + 2e;

Zn2+(1M) + 2e ^

c . Zn(tt) ^

Zn(tt);

Zn2+ (nồng độ bất kì) +2e;

D. Zn2+ (nồng độ bất kì) + 2e ^

Đ.s. 148

B.

Zn(tt)

là - 0.7Ố3V. Cách viết nào


10.2. Chọn một trong các chất sau đây có thể phản ứng với Cu thành Cu2+: A. FeCl2;

B.ZnCl2;

c. A1C13;

D. FeCl3.

Cho biết s°(F e3+/F e 2+) = 0,771 V; e °(z n 2+/z n ) = -0,763 V; s° ( a ỉ 3+/ a i ) = -1,66V ;

£° ( cu 2+/c u ) = 0,337V .

Đ.s. FeCl3.

10.3. Sn2+phản ứng với Fe3+ theo phương trình sau ở 25°C: Sn2++ 2Fe3+ ^ Sn4+ + 2Fe2+ Hãy chọn phương trình tính AG° đúng cho phản ứng trên ở 25°c trong số các phương trình dưới đây: A. AG°98 = -2.96500 (eFe’y Fe2+- eSn^/Snỉ+) ; B. AG? , 8 - -2.9650o(e°Fc, /Fc,. - S°n../Sn,.) ; c. AG? 9 8 = -96500(E°FC../Fe„ - e l ,Vsn:.); D. AG^ặs = -2 ,9 6 5 0 0 ^ ..^ ^ .. -

)■

Đ.S. B 10.4. Hãy chọn biểu thức tính lgK đúng ở 25°c dưới đây chò phản ứng ở câu 10.3; A. lgK =

B. lgK =

c . lnK =

D. lgK =

( e Fe,+/FeJ+ _ S Sn4VSn2+)

0,059 2 ( e Sn4+/Sn2+

S Fe,+/Fe2

).

0,059 2 ( e Fe?VFe2+ ~

S S n 4* / S n 2* )

0,059

2 (E Fe3V F e 24 ~ g Sn44/Sn2+ )

■0,059

Đ.s. D. 10.5. Công thức AG = -nFE dùng cho trường hợp nào dưới đây? A. Xét chiều phản ứng bất kì; 149


B. Xét chiều của phản ứng oxi hoá - khử bất kì; c. Xét chiều của phản ứng oxi hoá - khử trong dung môi nước; D. Xét chiều của phản ứng oxi hoá - khử trong dung môi bất kì. Đ. s. c 10.6 Sơ đổ pin Zn-Cu và sơ đồ điện phân dung dịch CuCl2 như sau: ddCuCL, © Zn Zn2+ Cu2+ |Cu 1 Cu2+ + 2e —> Cu 2C1 — Cl2 + 2e © 0 Hãy chọn câu trả lời đúng dưới đây: A. Trong pin và điện phân điện cực © đều gọi là anot; B. Trong pin và điện phân điện cực © đều gọi là catot;

c. Trong pin điện cực © gọi là anot, điện cực 0 là catot. Trong điện phân điện cực © là catot, điện cực © là anot; D. Trong pin điện cực © gọi là canot, điện cực 0 là anot.Trong điện phân thì ngược lại: điện cực © là anot, điện cực © là catot. Đ.s. D. 10.7. Thế điện cực chuẩn của Zn2+/Zn là - 0,763V, của Cu2+/Cu là 0,337V. Hỏi suất điện động chuẩn của pin Zn-Cu đã được đưa ra ở câu 10.6 ứng vói giá trị nào trong số các giá trị dưới đây? A. -0,426V; B .+0,426V; c . + 1,100V; D. -1,100V. Đ.s. c . 10.8 Khi điện phân dung dịch NaOH thì các quá trình nào sẽ xảy ra ở catot và anot trong số các quá trình dưới đây? A. Ở catot: 2Na+ + 2e -+ 2Na;

ở anot: 20H ' -> H20 + - 0 2 +2e; 2

B. Ở catot: 2Na+ + 2 e 2 N a ;

ở anot: H20

c. Ờcatot 2H2ơ + 2e -> H2+20H;

ởanot: 20ỈT -+ H2Ơ + - 0 2+ 2e;

->

2H+ +

- ơ

2+

2

D. Ở catot: 2H20+2e —>H2+20H'; ở anot: H20 —» 2H+ + —0 2.

Đ.s. c. 150

2e J


10.9. Khi điện phân dung dịch H2S04 thì các quá trình nào sẽ xảy ra ở catot và anot trong số các quá trình dưới đây? A. ở Catot: 2H+ +2e -> H2;

ở anot: H20 -> 2H+ + - 0 2 + 2e;

B. Ở catot: 2H20 +2e -> H2 +20H'; ở anot: H20 —> 2H+ + —0 2 + 2e; c. ở catot: 2H+ +2e —» H2 ;

ở anot: 2S042"->S20g2"+2e$

D. Ở catot: 2H20 +2e -» H2 +2ƠH': ở anot :H20 -» 2H+ + - 0 2 + 2e.

Đ.s. A. 10.10. Một vật bằng thép được mạ kẽm, vật khác cùng bằng thép được mạ niken. Hỏi khi xảy ra sự ăn mòn điện hoá thì hiện tượng nào dưới đây sẽ xảy ra? A. Chỉ thép bị ăn mòn; B. Thép ở vật mạ kẽm, niken ở vật kia bị ăn mòn; c. Lớp mạ kẽm và thép ở vật kia bị ăn mòn; D. Lớp mạ kẽm và niken bị ăn mòn. Đ.s. c.

Chương 11 TÍNH CH ÍT CHUNG CỦA KIM LOAI vồ PHI KIM

11.1. Fe,Al, Na có ASnc gần như nhau. AHnc của Fe, AI, Na lần lượt ỉà 14875’ 10669, 2 636 LmoL1. Hỏi thứ tự nhiệt độ nóng chảy nào dưới đây là đúng? A.

Na > AI > Fe;

B. Fe > AI > Na;

c.

Fe > Na > Al;

D. AI > Na > Fe.

Đ.s. B. 11.2. Na AI Fe có ASs gần như nhau. AHScủa Na, Al, Fe lần lượt là 97 906; 284 094’ 353 966Lmol'1. Hỏi thứ tự nhiệt độ sôi nào sau đây là đúng? 151


B. Al > Na > Fe; Fe > Na > Al; D. Fe > Al > Na. Na > Al > Fe; as. D. 11.3. Dự đoán xem phản ứng nào dưới đây xảy ra dễ nhất? A.

c.

A. H2(k) +I2(k) ->2HI (k);

b ’ 2H(k)

+ I2(k) -+2HI (k);

c. H2(k) +I2(tt) -+2HI (k);

D. 2H(k) + 2I(k) ->2HI (k).

Đ.S. D. 11.4. Trong số bốn kim loại Li, Sr, Ca và Mg, những kim loại nào đẩy được hiđro khỏi nước ở nhiệt độ thường. Hãy chọn câu trả lời đúng trong số các câu trả lời sau: A. Cả bốn kim loại;

B. Chỉ Li, Sr và Ca;

c. Chỉ Li và Ca;

D. Chỉ Li.

Đ.s. B. 11.5. Các phản ứng sau rất dễ xảy ra về mặt nhiệt động trong dung dịch: Cl2+2Br ' ->2CĨ +Br2; C12+2ĩ -> 2CĨ +I2; Br2 +21 —>2Br +I2. Hỏi thứ tự nào dưới đây về thế khử chuẩn của các cập X2/X' là đúng? Ạ

p

C-0

V. pO

^

pO

8ă 2/c r > 8 Br2/Br > SI2/l ’ pO

bBr,/Br“

as.

pO

h /r

.

^ bci,/cr ’

T>

n

u -

c0

.

„0

_

„0

V. c 0

V. c 0

8I2/ r > £Br2/Br > 8 ặ / c r ’ pO

8ci2/c r

8I2/ r > 8 Br2/Br' •

A.

C h ư ơ n g 12 MỘT SỐ IO Ọ I HỢP CHẤT VÔ c ơ

12.1. Các phối tử NH3, C1 đề có dung lượng phối trí bằng 1, Hỏi số phối trí của Co3+ trong phức chất [Co(NH3)3Q 3] có giá trị nào trong các giá trị sau? A.3; B. 4; c. 5; D.ố. Đ.s. 6. 152


12.2. Số phối trí của Fe3+ trong phức chất Na3[Fe(C204)3] bằng 6. Hỏi dung lượng phối trí của ion c 20 42' có giá trị nào sau đây? A. 1;

B. 2;

c. 3;

D. 4.

Đ.s. 2.

12.3. Trong dung dịch, phức chất [Co(NH3)3CỈ3] phân li thành mấy nấc? Hãy chọn câu trả lời đúng trong số các câu trả lời sau: A. 3;

B. 4;

c. 5;

D. 6.

Đ.s. 6.

12.4. Trong số bốn axit HF, HC1, HBr, HI, axit nào phản ứng được với oxit axit Si02. Hãy chon câu trả lời đúng trong số các câu trả lời sau: A. Chỉ ba axit HC1, HBr và HI;

B. Chỉ axit HF;

c. Chỉ axit HI;

D. Cả bốn axit.

Đ.s. B.

12.5. Thứ tự lực axit tăng dần nào dưới đây là đúng? A. HC104 > HC103> HC102> HCIO; B. HCIO > HC102 > HC103> HC104;

c. HCIO > HC10~> HC102> HC103; D. HC103> HC102 > HCIO > HC104, Đ.s. A.

12.6. Thứ tự lực bazo giảm dần, lực axit tăng dần nào dưới đây là đúng? A. H2Cr04 - Cr(OH)3 - Cr(OH)2; B. Cr(OH)2 - Cr(OH)3 - H2Cr04;

c. Cr(OH)3- Cr(OH)2 - H2Cr04; D. Cr(OH)2 - H2Cr04 - Cr(OH)3. Đ.s. B.

153


MỤC LỤC

Lời nói đầu

..........................................................................................................................

3

PHẦN I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT - BÀI TẬP Chương 1. c ấ u tạo nguyên t ử .................................................................................................................. 5 Tóm tắt lí thuyết..................................................................................................

5

Bài tập..................................................................................................................................................................8

Chương 2. Bảng tuần hoàn các nguyên tô' hóa h ọc..................................................................... 12 Tóm tắt lí thuyết............................................................................................................................................ 12 Bài tập................................................................................................................................................................15

Chương 3. Liên kết hóa học và cấu tạo phân t ử ........................................................................... 21 Tóm tắt lí thuyết...........................................................................................................................................21 Bài tập.............................................................................

28

Chương 4. Áp dụng nguyên lý thứ nhất của nhiệt động học và hóa học. Nhiệt hóa h ọ c ......................................................................................................................................... 33 Tóm tắt lí thuyết............................................................................................................................................ 33 Bài tập................................................................................................................................................................37

Chương 5. Áp dụng nguyên lí thứ hai của nhiệt động học vào hóa học. Chiều và giới hạn tự diễnbiến của các quá trình.......................................................................42 Tóm tắt lí thuyết............................................................................................................................................ 42 Bài tập................................................................................................................................................................46

Chương 6. Cân bằng hóa h ọ c ................................................................................................................. 50 Tóm tắt lí thuyết................................................................................................

50

Bài tập................................................................................................................................................................54

Chương 7. Dung dịch.....................................................................................................................................65 Tóm tắt lí thuyết.............................................................................................................................................65

154


Bài tập........................................................................................................................................................... 69

Chương 8. Dung dịch chất điện li.......................................................................................................71 Tóm tắt lí thuyết........................................................................................................................................ 71 Bài tập..............................................................................................!...........................................................80

Chương 9. Động hóa h ọ c .......................................................................................................................91 Tóm tắt lí thuyết........................................................................................................................................91 Bài tập...........................................................................................................................................................96

Chương 10. Chiều phản ứng oxi hóa - khử và các quá trình điện - hóa...................101 Tóm tắt lí thuyết......................................................................................................................................101 Bài tập.........................................

112

Chương 11. Tính chất chung của kim loại và phi kim..........................................................117 Tóm tắt lí thuyết......................................................................................................................................117 Bài tập........................................................................................................................................................ 118

Chương 12. Một số loại hợp chất vô cơ ...................................................................................... 123 Tóm tắt lí thuyết..................................................................................................................................... 123 Bài tập.................... .................................................................................................................................. 124

PHẨN II. CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM Chươngl. Cấu tạo nguyên tử ............................................................................................................127 Chương 2. Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học...........................................................130 Chương 3. Liên kết hoá học và cấu tạo phân t ử ................................................................... 132 Chương 4. Áp dụng nguyên lí thứ nhất của nhiệt động học vào hoá học. Nhiệt hoá h ọ c................................................................................................................................. 137

Chương 5. Áp dụng nguyên li thứ hai của nhiệt động học vào hoá học. Chiểu và giới hạn tự diễn biến của các quá trình................................................................ 138

Chương 6. Cân bằng hoá h ọ c.......................................................................................................... 139 Chương 7. Dung dịch............................................................................................................................. 143 Chương 8. Dung dịch chất điện li................................................................................................... 144 Chương 9. Động hoá h ọ c................................................................................................................... 147 Chương 10. Chiều phản ứng oxi hoá - khử và các quá trình điện - hoá...................148 Chương 11. Tính chất chung của kim loại và phi kim......................................................... 151 Chương 12. Một số loại hợp chất vô cơ..................................................................................... 152

155


C h ịu trá ch nhiệm x u ấ t bản :

Chủ tịch HĐQT kiêm Tổng Giám đốc NGỒ TRAN á i Phó Tổng Giám đốc kiêm Tổng biên tập NGUYÊN QƯÝ THAO C h ịu trá ch nhiệm n ộ i du n g :

Chủ tịch HĐQT kiêm Giám đốc công ty CP Sách ĐH - DN TRẦN NHẬT TÂN

B iên tậ p và sửa bản in:

NGUYỄN VẢN THOẠI T rìn h b à y b ìa :

BÙI QUANG TUẤN C h ếbản :

ĐỨC THÁI

BÀI TẬP HÓA HỌC ĐẠI CƯƠNG M ã sô : 7K 669T 7 - DAI

2000 cuốn, khổ 16 X 24 cm, tại Công ty CP In Phúc Yên. xuất bản 11 - 2007/CXB/364 - 2119/GD. xong và nộp lưu chiểu tháng 11 năm 2007


CÔ N G T Y CỔ PHẦN SÁ C H ĐẠI HỌC - D Ạ Y N GH Ề EVOBCO m

i

BN

r

25 HÀN T H U YÊN - HÀ NỘI W ebsite : w w w .hevobco.com .vn

TÌM ĐỌC SÁCH THAM KHẢO KĨ THUẬT CỦA NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DỤC

ca G IÁ O TR ÌN H

H O Á H Ọ C ĐẠI CƯƠ NG (C A O Đ A N G )

LÊ MẬU QUYỀN

ca B À I T Ậ P

H O Á HỌC Đ Ạ I CƯ Ơ N G (C A O ĐAN G )

LÊ MẬU QUYỂN

ca HỌ Á ĐẠI CƯ Ơ N G

- T1 (Đ ẠI HỌC)

NGUYỄN ĐÌNH BẢNG

ca

DANH P H Á P H Ợ P C H Ấ T HỮU c ơ

TRẦN QUỐC SƠN (CHỦ BIÊN)

ca

CẤ U T Ạ O N G U Y ÊN T Ử V À LIÊN K Ế T HOÁ HỌC - T1

ĐÀO ĐÌNH THỨC

ca C Ấ U T Ạ O

N G U Y ÊN T Ử V À LIÊ N K Ế T HOÁ HỌC - T2

ĐÀO ĐÌNH THỨC V

Bạn đọc có thể mua tại các Công ti Sách - Thiết bị trường học ở các địa phương hoặc các Cửa hàng của Nhà xuất bản Giáò dục: Tại Hầ Nội : 25 Hàn Thuyên ; 187B Giảng Võ ; 232 Tây Sơn ; 23 Tràng Tiền ; Tại Đằ Nấng : Số 15 Nguyễn Chí Thanh ; Sô' 62 Nguyễn Chí Thanh ; Tại Thành phố Hồ Chí Minh : 104 Mai Thị Lựu; Quận 1 ; Cửa hàng 451B - 453,

Hai Bà Trưng, Quận 3 ; 240 Trần Bình Trọng - Quận 5. Tại Thành phố cẩn Thơ :SỐ 5/5, đường 30/4 ; Website : www.nxbgd.com.vn

Giá: 17.000 đ 9 3 4 9 8 0 760628


Bài tập hóa học đại cương (Dùng cho sinh viên các trường cao đẳng) - Lê Mậu Quyền