BÀI TẬP VỀ NHIỆT ĐỘNG HỌC
1. Tính năng lượng liên kết trung bình CH và CC từ các kết quả thực nghiệm sau:
- Nhiệt đốt cháy CH4 = - 801,7 kJ/mol
- Nhiệt đốt cháy C2H6 = - 1412,7 kJ/mol
- Nhiệt đốt cháy Hidrro = -241,5 kJ/mol
- Nhiệt đốt cháy than chì = -393,4 kJ/mol
- Nhiệt hóa hơi than chì = 715 kJ/mol
- Năng lượng liên kết HH = 431,5 kJ/mol.
Các kết quả đều đo được ở 298K và 1atm.
Bài giải: Ta sắp xếp các phương trình (kèm theo ký hiệu nhiệt) sao cho các chất ở 2 vế triệt tiêu
bớt để còn lại phương trình CH4 C (r)+ 4H
CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O H1
2H2O O2 + 2H2 - H2
CO2 O2 + C (r) - H3
C (r) C (k) H4
2H2 4H 2H5
Tổ hợp các phương trình này ta được CH4 C(r) + 4H
4H0
HC = H1 - H2 - H3 + H4 + 2H5
= - 801,5 + 483 + 393,4 + 715 + 2(431,5) = 1652,7 kJ/mol
và Năng lượng liên kết CH = 1652,7 : 4 = 413,715 kJ/mol
Bằng cách tương tự tính được Năng lượng liên kết CC = 345,7 kJ/mol
2. Từ thực nghiệm thu được trị số
H (theo Kcal.mol-1) phân ly từng liên kết ở 250C như sau:
Liên kết H – H O – O O – H C – H C – O C – C
H 104 33 111 99 84 83
Hãy giải thích cách tính và cho biết kết quả tính
H (cũng ở điều liện như trên) của sự đồng
phân hóa: CH3CH2OH (hơi)
CH3-O-CH3 (hơi)
Nêu sự liên hệ giữa dấu của H với độ bền liên kết trong phản ứng trên.
CH3CH2OH có 1 liên kết C C ; 5 liên kết C H ; 1 liên kết C O và 1 liên kết O H
Năng lượng cần thiết phá vỡ các liên kết này = (83) + (995) + (84) + (111) = 773 Kcal/mol
CH3 O CH3 có 6 liên kết C H và 2 liên kết C O
Năng lượng tỏa ra khi hình thành các liên kết này = (99 6) + (84 2) = 762 Kcal/mol
Vậy phản ứng trên là thu nhiệt, H = 773 762 = 11 Kcal/mol
H mang dấu + chứng tỏ độ bền liên kết của CH3CH2OH > CH3OCH3.
3. Trong công nghệ hoá dầu , các ankan được loại hiđro để chuyển thành hiđrocacbon không no
có nhiều ứng dụng hơn. Hãy tính nhiệt của mỗi phản ứng sau:
C4H10 C4H6 + H2 ; Ho1 (1)
CH4 C6H6 + H2 ; Ho2 (2)
Biết năng lượng liên kết , E theo kJ.mol-1 , của các liên kết như sau :
Liên kết H-H C-H C-C C=C
E , theo kJ.mol-1 435,9 416,3 409,1 587,3
( Với các liên kết C-H , C-C , các trị số ở trên là trung bình trong các hợp chất hiđrocacbon
khác nhau ) .
2) Tính nhiệt của phản ứng :
* Tìm hệ số cho các chất
C4H10

C4H6 + H2 ; Ho1 (1)
hay H3C - CH2- CH2-CH3

CH2=CH-CH=CH2 + 2H2
6 CH4

C6H6 + 9 H2 ; Ho2 (2)
m n Trong đó Ei , Ej là năng lượng liên kết
* Từ Hophản ứng = i Ei _ j Ej ở vế đầu và cuối (tham gia , tạo thành)
i = 1 j = 1 trong phản ứng .
i , j số liên kết thứ i , thứ j .
Do đó Ho1 = ( 10 EC-H + 3EC-C ) - (6 EC-H + 2 EC=C + EC-C + 2 EH-H )
Thay số , tính được Ho1 = + 437,0 kJ.mol-1
Tương tự , ta có
Ho2 = 24 EC-H - ( 3EC-C + 3 EC=C + 6 EC-H + 9 EH-H )
Thay số , tính được Ho2 = + 581,1 kJ.mol-1. (Ho2 > 0 , phản ứng thu nhiệt ) .
ĐS: H
0
1
= + 437,0 kJ/mol và H
0
2
= + 581,1 kJ/mol
4. Xác định năng lượng liên kết trung bình một liên kết C – H trong metan. Biết nhiệt hình thành
chuẩn của metan = –74,8 kJ/mol; nhiệt thăng hoa của than chì = 716,7 kJ/mol; năng lượng phân
ly phân tử H2 = 436 kJ/mol
Theo định nghĩa: năng lượng liên kết trong CH4 là H
0
của quá trình:
CH4(k)

C (k) + 4H (k)
Theo giả thiết: C (r) + 2H2 (k)

CH4 H
0
.
h t
= 74,8 kJ/mol
C (r)

C (k) H
0
.
t h
= 716,7 kJ/mol
H2 (k)

2H (k) H
0
.
p l
= 436 kJ/mol
Tổ hợp 3 quá trình này cho: H
0
= 74,8 + 716,7 + (2 436) = 1663,5 kJ/mol
Vậy năng lượng liên kết trung bình của 1 liên kết C H = 1663,5 : 4 = 416 kJ/mol
5. Tính năng lượng liên kết O – H trong phân tử nước, biết:
H2O (l) = H2O (k) H = 40,6 kJ/mol (1)
2H (k) = H2 (k) H = – 435 kJ/mol (2)
O2 (k) = 2O (k) H = 489,6 kJ/mol (3)
2H2 (k) + O2 (k) = 2H2O (l H = – 571,6 kJ/mol (4) (– 462,5 kJ/mol)
6. Hãy xác định năng lượng nguyên tử hóa của NaF (ENaF), biết:
- Năng lượng phân ly NaF (Ei) = 6,686 eV
- Thế ion hóa của Na (INa) = 5,139 eV
- Aí lực electron của F (EF) = -3,447 eV
Bài giải: Ta lập các quá trình kèm theo các ký hiệu năng lượng:
NaF Na+ + F Ei
Na+ + e Na - INa
F- e F - EF
Tổ hợp 3 quá trình này ta được:
NaF Na + F ENaF = Ei - INa - EF =
= 6,686 - 5,139 + 3,447 = 4,994 eV
7. Hãy so sánh H
0
của phản ứng khử Fe2O3 bằng các chất khử khác nhau: H2,C và CO. Qua đó
cho biết để khử sắt oxit thì dùng chất nào tốt nhất. Biết :
Fe2O3 H2O(h)
CO CO2
H
0
(kJ/mol) - 822,200 - 241,8 - 110,5 - 393,5
ĐS: HH2 = + 96,8 kJ ; HC = + 231,95 kJ ; HCO = – 26,8 kJ
8. Khử Fe2O3 bằng nhôm đến tạo Fe. Tính:
a)
H
0
của phản ứng biết dưới áp suất 1 atm và 250C cứ khử được 47,87 g Fe2O3 thì thoát ra
254,08kJ.
b)
H
0
sinh của Fe2O3 . Biết
H
0
sinh(Al2O3) = - 1669,79 kJ/mol
ĐS: a) – 847,59 kJ/mol b) – 822,20 kJ/mol
9. Khi đốt cháy amoniac tạo ra nitơ và H2O (l) . Biết ở 250C và 1atm cứ tạo được 4,89lít N2 thì
thoát ra 153,06 kJ và
H
0
sinh (H2O lỏng) = - 285,84 kJ/mol. Tính:
a)
H
0
của phản ứng?
b)
H
0
sinh của NH3(k)
ĐS: a) – 1530,60 kJ/mol b) – 46,11 kJ/mol
10. Khi đốt cháy 0,532 g hơi benzen ở 250C và thể tích không đổi với một lượng oxi dư toả ra
22475,746 J sản phẩm là CO2(k) và H2O(l). Tính :
a) Nhiệt cháy của benzen?
b)
H
0
của phản ứng khi đốt cháy 1 mol benzen.
ĐS: a) – 3295,316 kJ/mol b)
H = – 3301,509 kJ/mol
11. ở 250C và 1atm nhiệt cháy của xiclopropan khí, của graphit, của hidro lần lượt bằng
– 2091,372; – 393,513 và – 285,838 kJ/mol. Cũng ở điều kiện đó nhiệt tạo thành của propen
khí bằng 20,414 kJ/mol. Tính:
a)Nhiệt tạo thành của xiclopropan khí ở 250C ?
b) Hiệu ứng nhiệt của phản ứng đồng phân hoá xiclopropan (k)
฀
propen (k)?
ĐS: a) 53,319 kJ/mol b)
H = – 32,905 kJ/mol
12.
H
0
phá vỡ liên kết của H2(k) và N2(k) lần lượt bằng 436 kJ/mol và 945kJ/mol. Tính:
H
0
của phản ứng.
ĐS: 1173 kJ/mol
13. ở 250C và 101,325 kPa
H tạo thành cuả axêtonitryl CH3CN ở trạng thái khí = 88,0 kJ/mol.
Tính năng lượng liên kết C N trong phân tử này từ các nguyên tử? Biết năng lượng cuả các
liên kết C – H và C – C lần lượt bằng – 413 kJ/mol và – 348 kJ/mol.
Cho: Cgraphit Chơi
H
0
thăng hoa = 718,4 kJ/mol
H(k)
1
2
H2 (k)
H
0
= – 218,0 kJ/mol.
2N (k) N2(k)
H
0
= – 946,0 kJ/mol
ĐS: – 888,8 kJ/mol
14. Tính năng lượng mạng lưới của KBr . Biết
H
0
sinh tinh thể KBr = – 392,0 kJ/mol
H
0
bay hơi của brom = 30,7 kJ/mol
H
0
nguyên tử hoá của kali = 90,0 kJ/mol
H
0
tạo thành Br – Br = – 193,0 kJ/mol
ái lực electron của Br = – 333,0 kJ/mol
Năng lượng ion hóa của K = 419,0 kJ/mol
ĐS: – 697,85 kJ/mol
15. Tính năng lượng mạng lưới ion của CaCl2 ,biết rằng:
- H0298,s của tinh thể CaCl2 = - 795 kJ/mol
- Nhiệt nguyên tử hóa H0
a của Ca(r)
Ca(k) = 192 kJ/mol
- Năng lượng ion hóa: Ca(k) 2e Ca2+ (k) I1 + I2 = 1745 kJ/mol
- Năng lượng liên kết (Elk) ClCl trong Cl2 = 243 kJ/mol
- ái lực electron (E) của Cl(k) = -364 kJ/mol
Có thể thiết lập chu trình Born-Haber để tính toán theo định luật Hess:
Ca(r) + Cl2 (k) CaCl2(r)
H0
,298 s
H0
a EClCl -U 2
CaCl
(I1 + I2)Ca
Ca(k) + 2Cl(k) Ca2+(k) + 2Cl-(k)
2ECl
Hoặc sử dụng phương pháp tổ hợp cân bằng ta có:
Ca(r) + Cl2(k) CaCl2(r) H0
,298 s
Ca(k) Ca(r) - H0
a
2Cl (k) Cl2(k) - Elk
Ca2+(k) + 2e Ca(k) -(I1 + I2)
2 Cl-1(k) e Cl (k) -2E
Cộng các phương trình ta được Ca2+(k) + 2Cl-(k) CaCl2(r)
Năng lượng của quá trình này là năng lượng mạng lưới ion của CaCl2
và = H0
,298 s H0
a Elk (I1 + I2) 2E
= (-795) 192 243 1745 2(-364) = -2247 kJ/mol
16. Tính ái lực electron(E) của oxi từ các dữ kiện thực nghiệm sau:
- Thế ion hóa thứ nhất và thứ hai của Mg là I1= 7,7eV và I2= 15eV.
- Năng lượng liên kết của O2 là: H0 = 493 kJ/mol
- Nhiệt thăng hoa của Mg là: Hth = 150 kJ/mol
- Nhiệt hình thành MgO là : Hs = - 610 kJ/mol
- Năng lượng mạng lưới ion của MgO là: U0 = -4054,89 kJ/mol.
Bằng cách tính tương tự thu được E = - 861,926 kJ/mol.
(Chú ý: tính I1 và I2 ra đơn vị kJ/mol = 22,7.1,6.10-19. 6,02.1023.10-3 )
17. Từ thực nghiệm,biết năng lượng ion hóa thứ nhất(I1) của Li = 5,390 eV.
Quá trình Li - 2e Li2+ có E = 81,009 eV. Hãy tính:
Năng lượng ion hóa I2 và Năng lượng kèm theo quá trình Li - 3e Li3+
Bài giải: Do Li - 1e Li+ có I1 = 5,390 eV nên
Li+ + 1e Li E01 = - I1 = - 5,390eV
Li - 2e Li2+ E2 = 81,009 eV
Tổ hợp 2 quá trình này ta được năng lượng ion hóa I2
Li+ - e Li2+ I2= E1 + E2 = 81,009 - 5,390 = 75,619 eV
Muốn tính năng lượng kèm theo quá trình Li - 3e Li3+ ta cần tổ hợp 2 quá trình:
Li - 2e Li2+ (đã cho) và Li 2+ - 1e Li3+ (I3)
Li2+ là hệ 1e một hạt nhân, nên năng lượng của electron được tính theo công thức
E3 (Li3+ ) = - 13,6. 2
2
n
Z ở đây
1
3
n
Z E3 (Li3+ ) =-13,6. 2
2
1
3= -122,4 (eV)
Li 2+ - 1e Li3+ I3 = - E3 = 122,4 eV
Li - 2e Li2+ E2 = 81,009 eV
Li - 3e Li3+ E = I3 + E2 = 203,41 eV
18. Xác định nhiệt hình thành 1 mol AlCl3 khi biết:
Al2O3 + 3COCl2(k) 3CO2 + 2 AlCl3 H1 = -232,24 kJ
CO + Cl2 COCl2 H2 = -112,40 kJ
2Al + 1,5 O2 Al2O3 H3 = -1668,20 kJ
Nhiệt hình thành của CO = -110,40 kJ/mol
Nhiệt hình thành của CO2 = -393,13 kJ/mol.
Nhiệt hình thành 1 mol AlCl3 là nhiệt của quá trình
Al + 1,5 Cl2 AlCl3
Để có quá trình này ta sắp xếp các phương trình như sau:
Al2O3 + 3COCl2(k) 3CO2 + 2 AlCl3 H1
3CO + 3Cl2 3COCl2 3H2
2Al + 1,5 O2 Al2O3 H3
3C + 1,5 O2 3CO 3H4
và 3 CO2 3C + 3 O2 3(-H5 )
Sau khi tổ hợp có kết quả là: 2Al + 3 Cl2 2AlCl3 Hx
và Hx = H1 + 3H2 + H3+ 3H4+ 3(-H5 )
= (-232,24) + 3(-112,40) + (-1668,20) + 3(-110,40) + 3(393,13) = - 1389,45 kJ
Vậy, nhiệt hình thành 1 mol AlCl3 = -1389,45 : 2 = - 694,725 kJ/mol
19. Cho các số liệu nhiệt động của một số phản ứng sau ở 298K
Số phản ứng Phản ứng Ho298 (kJ)
(1) 2NH3 + 3N2O 4N2 + 3H2O 1011
(2) N2O + 3H2 N2H4 + H2O 317
(3) 2NH3 + 0,5O2 N2H4 + H2O 143
(4) H2 + 0,5 O2 H2O 286
S0
298 (N2H4) = 240 J/K.mol ; S0
298 (H2O) = 66,6 J/K.mol
S0
298 (N2) = 191 J/K.mol ; S0
298 (O2) = 205 J/K.mol
a) Tính nhiệt tạo thành Ho298 của N2H4 ; N2O và NH3.
b) Viết phương trình của phản ứng cháy Hidrazin và tính Ho298 , Go298 và hằng số cân bằng K
của phản ứng này.
c) Nếu hỗn hợp ban đầu gồm 2mol NH3 và 0,5mol O2 thì nhiệt của phản ứng (3) ở thể tích không
đổi là bao nhiêu?
a) Ta sắp xếp lại 4 phương trình lúc đầu để khi cộng triệt tiêu các chất và được
N2 + H2 N2H4 . Đó là:
4N2 + 3H2O 2NH3 + 3N2O -H1
3N2O + 9H2 3N2H4 + 3H2O 3H2
2NH3 + 0,5 O2 N2H4 + H2O H3
H2O H2 + 0,5 O2 -H4
Sau khi cộng ta được: 4N2 + 8H2 4N2H4 có 4H5
Suy ra H5 = (-H1 + 3H2 + H3 - H4) : 4
= (1011 - 3 . 317 - 143 + 286) : 4 = 50,75 kJ/mol