Bài tập hóa lý có lời giải và ngân hàng câu hỏi trắc nghiệm I & II

1

MỤC LỤC

Chương 1: Nguyên lý I nhiệt động học.

Chương 2: Nguyên lý II nhiệt động học.

Chương 3: Cân bằng hóa học.

Chương 4: Cân bằng pha.

Chương 5: Dung dịch và cân bằng dung dịch - hơi.

Chương 6: Cân bằng giữa dung dịch lỏng và pha rắn.

Chương 7: Điện hóa học.

Chương 8: Động hóa học.

Chương 9: Hấp phụ và hóa keo.

Ngân hàng câu hỏi môn học hóa lý.

2

CHƯƠNG 1:

NGUYÊN LÝ I NHIỆT ĐỘNG HỌC

1.1.Bài tập có lời giải chi tiết:

Câu 1: Tính biến thiên nội năng khi làm bay hơi 10g nước ở

200C. Chấp nhận hơi nước như khí lý tưởng và bỏ qua thể tích

nước lỏng. Nhiệt hóa hơi của nước ở 200C bằng 2451,824 J/g.

Giải:

Nhiệt lượng cần cung cấp để làm hóa hơi 10g nước là:

Q = m. = 10. 2451,824 = 24518,24 (J)

Công sinh ra của quá trình hóa hơi là:

A = P.V = P(Vh - Vl) = PVh

=

8,314 293 1353,33

18

10 nRT    

(J)

Biến thiên nội năng là:

U = Q – A = 23165 (J)

Câu 2: Cho 450g hơi nước ngưng tụ ở 1000C dưới áp suất

không đổi 1 atm. Nhiệt hóa hơi của nước ở nhiệt độ này bằng

539 cal/g. Tính A, Q và ΔU của quá trình.

Giải:

Nhiệt lượng tỏa ra khi ngưng tụ là:

Q = m.ng. tụ = 450. (- 539) = - 242550 (cal)

Công của quá trình:

A = P.V = P. (Vl - Vh) = - P.Vh = - nRT

=

1,987 373 18529(cal)

18

450

   

Biến thiên nội năng của quá trình là:

3

U = Q – A = - 224021 (cal)

Câu 3: Cho phản ứng xảy ra ở áp suất không đổi:

2H2 + CO = CH3OH(k)

nhiệt tạo thành tiêu chuẩn ở 298K của CO và CH3OH(k) bằng

-110,5 và -201,2 kJ/mol. Nhiệt dung mol đẳng áp của các chất

là một hàm của nhiệt độ:

Cp (H2) = 27,28 + 3,26.10-3

T (J/mol.K)

Cp (CO) = 28,41 + 4,1.10-3

T (J/mol.K)

Cp (CH3OH)k = 15,28 + 105,2.10-3

T (J/mol.K)

Tính ΔH0

của phản ứng ở 298 và 500K?

Giải:

Nhiệt phản ứng ở 298K là:

H

0

298 = - 201,2 - (-110,5) = - 90,7 (KJ)

Biến thiên nhiệt dung:

Cp = Cp(CH3OH) – Cp(CO) – 2Cp(H2)

= - 67,69 + 94,58. 10-3

T (J/K)

Nhiệt phản ứng ở 500K là :



 

500

298

p

0

298

0 ΔH500 ΔH ΔC dT   



    

500

298

3 3

90,7.10 67,69 94,58.10 T dT

= - 96750,42 (J)

Câu 4: Cho 100g khí CO2 (được xem như là khí lý tưởng) ở

0

0C và 1,013.105

Pa. Xác định Q, A, ΔU và ΔH trong các quá

trình sau. Biết Cp = 37,1 J/mol.K.

a. Dãn nở đẳng nhiệt tới thể tích 0,2 m3

.

4

b. Dãn đẳng áp tới 0,2 m3

.

c. Đun nóng đẳng tích tới khi áp suất bằng 2,026.105

Pa.

Giải:

a. Dãn nở đẳng nhiệt (T = const) tới thể tích 0,2m3

.

nRT

PV nRTln

V

V

Q A nRTln 2

1

2

T  T  

7061

0,082 273

44

100

1 0,2.10 8,314 273.ln

44

100 3



 



  

(J)

U = 0

b. Dãn nở đẳng áp (P = const) tới 0,2m3

.

H = Qp = n.Cp. (T2 – T1)













 

nR

PV

nR

PV n.C 2 1

p

























 

   

1

0,082 273

44

100

1 0,2.10

0,082

37,1 3

J

A = PV = P(V2 – V1)

15120J

0,082

8,314

1

0,082 273

44

100

1 0,2.103

 

























 

  

U = Q – A = 67469 - 15120 = 52349 (J)

c. Đun nóng đẳng tích (V = const) tới áp suất bằng

2,026.105

Pa (2 atm)

A = 0

Cv = Cp - R = 37,1 - 8,314 = 28,786 (J/mol.K)

U = Qv = n.Cv.(T2 – T1)

5

Ta có:

1

1

2

2

T

P

T

P



 273 546K

1

2

T

P

P

T 1

1

2

2     

Suy ra: U = Qv = 1



28,786(546 - 273) = 7859 (J)

H = U + PV = 7859 (J)

Câu 5: Một khí lý tưởng nào đó có nhiệt dung mol đẳng tích ở

mọi nhiệt độ có Cv = 2,5R (R là hằng số khí). Tính Q, A, U

và H khi một mol khí này thực hiện các quá trình sau đây:

a. Dãn nở thuận nghịch đẳng áp ở áp suất 1atm từ 20dm3

đến 40dm3

.

b. Biến đổi thuận nghịch đẳng tích từ trạng thái (1atm;

40dm3

) đến (0,5atm; 40dm3

).

c. Nén thuận nghịch đẳng nhiệt từ 0,5 atm đến 1 atm ở

250C.

Giải:

a. Dãn nở thuận nghịch đẳng áp (P = const).

Tính công A:

A PdV PV V  1.40 20 20l.atm

2

1

V

V

  2  1    

2028

0,082

8,314

 20  

(J)

Tính nhiệt lượng Q:

  











      R

P V

R

P V

Q C dT C . T T C

2 1

p 2 1 p

T

T

p p

2

1

40 20 70

R

3,5R

  

(l.atm)

6

7097

0,082

8,314

 70 

(J)

Biến thiên nội năng:

U = Q – A = 5069 (J)

Biến thiên entapy

H = Qp = 7097 (J)

b. Dãn nở thuận nghịch đẳng tích (V = const).



A = 0

Nhiệt lượng:

  











      R

P V

R

P V

Q C dT C . T T C

2 1

v 2 1 v

T

T

v v

2

1

400,5 1 50

R

2,5R

     (l.atm)

5069

0,082

8,314

 50   (J)

U = Qv = - 5069 (J)

c. Nén đẳng nhiệt (T = const)



U = 0

1717

1

0,5

1 8,314 298 ln

P

P

Q A nRTln

2

1

T  T       (J)

Câu 6: Tính nhiệt tạo thành của etan biết:

Cgr + O2 = CO2 H

0

298 = -393,5 KJ

H2 + 1/2O2 = H2O(l) H

0

298 = -285 KJ

2C2H6 + 7O2 = 4 CO2 + H2O(l) H

0

298 = -3119,6 KJ

Giải:

Cgr + O2 = CO2 (1)

H2 + 1/2O2 = H2O(l) (2)

2C2H6 + 7O2 = 4CO2 + 6H2O(l) (3)

Nhiệt tạo thành C2H6 là:

7

2C + 3H2 = C2H6 (4)

H

0

298(4) = 4H

0

298(1) + 6H

0

298(2) - H

0

298(3)

H

0

298(4) = 4(-393,5) + 6(-285) - (-3119,6) = 164,4 (KJ)

Câu 7: Tính Q, A, U của quá trình nén đẳng nhiệt, thuận

nghịch 3 mol khí He từ 1atm đến 5 atm ở 4000K.

Giải:

Nhiệt và công của quá trình:

16057(J)

5

1

3 8,314 400ln

P

P

Q A nRTln

2

1

T  T      

U = 0

Câu 8: Cho phản ứng: 1/2N2 + 1/2O2 = NO. Ở 250C, 1atm

có H

0

298 = 90,37 kJ. Xác định nhiệt phản ứng ở 558K, biết

nhiệt dung mol đẳng áp của 1 mol N2, O2 và NO lần lượt là

29,12; 29,36 và 29,86 J.mol-1

.K

-1

.

Giải:

Hiệu ứng nhiệt của phản ứng ở 558K là:



 

558

298

p

0

298

0 ΔH558 ΔH ΔC dT

Trong đó:

Cp = 29,86 – 1/2(29,12) – 1/2(29,36) = 0,62 (J.K-1

)

H

0

558 = 90,37 + 0,62.(558 - 298).10-3

= 90,5312 (KJ)

1.2.Bài tập tự giải:

Câu 1: Xác định biến thiên nội năng khi làm hóa hơi 20g

etanol tại nhiệt độ sôi, biết nhiệt hóa hơi riêng của etanol bằng

8

857,7 J/g và thể tích hơi tại nhiệt độ sôi bằng 607 cm3

/g (bỏ

qua thể tích pha lỏng).

ĐS: 2,54 kJ

Câu 2: Tính ΔH và ΔU cho các quá trình sau đây:

a. Một mol nước đông đặc ở 00C và 1 atm;

b. Một mol nước sôi ở 1000C và 1 atm.

Biết rằng nhiệt đông đặc và nhiệt hóa hơi của 1 mol

nước bằng -6,01 kJ và 40,79 kJ, thể tích mol của nước đá và

nước lỏng bằng 0,0195 và 0,0180 lit. Chấp nhận hơi nước là

khí lý tưởng.

ĐS: a. ΔH = ΔU = -6,01 kJ

b. ΔH = 37,7 kJ; ΔU = 40,79 kJ

Câu 3: Nhiệt sinh của H2O(l) và của CO2 lần lượt là -285,8 và

-393,5 kJ/mol ở 250C, 1 atm. Cũng ở điều kiện này nhiệt đốt

cháy của CH4 bằng -890,3 kJ/mol. Tính nhiệt tạo thành của

CH4 từ các nguyên tố ở điều kiện đẳng áp và đẳng tích.

ĐS: -74,8 kJ/mol; 72,41 kJ/mol

Câu 4: Tính nhiệt tạo thành chuẩn của CS2 lỏng dựa vào các

dữ liệu sau:

S(mon) + O2 = SO2 ΔH1 = -296,9 kJ

CS2(l) + 3O2 = CO2 + 2SO2 ΔH2 = -1109 kJ

C(gr) + O2 = CO2 ΔH3 = -393,5 kJ

ĐS: 121,7 KJ

Câu 5: Trên cơ sở các dữ liệu sau, hãy tính nhiệt tạo thành

của Al2Cl6 (r) khan:

2Al + 6HCl(l) = Al2Cl6(l) + 3H2 ΔH

0

298 = -1003,2 kJ

9

H2 + Cl2 = 2HCl(k) ΔH

0

298 = -184,1 kJ

HCl(k) = HCl(l) ΔH

0

298 = -72,45 kJ

Al2Cl6(r) = Al2Cl6(l) ΔH0

298 = -643,1 kJ

ĐS: 1347,1 kJ

Câu 6: Tính nhiệt phản ứng:

H2(k) + S(r) + 2O2(k) + 5H2O(l) = H2SO4.5H2O(dd)

Biết nhiệt sinh của H2SO4(l) là -193,75 Kcal/mol và nhiệt hòa

tan H2SO4(l) với 5 mol nước là -13,6 Kcal.

ĐS: -207,35 Kcal

Câu 7: Cho 100 gam khí nitơ ở điều kiện chuẩn (1atm, 250C),

CP(N2) = 3,262 cal/mol.K. Tính giá trị của các đại lượng Q, A

và U trong các quá trình sau:

a. Nén đẳng tích tới 1,5 atm.

b. Dãn nở đẳng áp tới thể tích gấp đôi thể tích ban

đầu.

c. Dãn nở đẳng nhiệt tới thể tích 200lít.

d. Dãn nở đoạn nhiệt tới thể tích 200lít.

ĐS: a. Qv = 2424 cal; b. QP = 8786 cal, AP = 1937 cal

c. QT = AT = 1775 cal; d. U = A = 1480 cal

Câu 8: Ở 250C phản ứng tổng hợp NH3.

N2(k) + 3H2(k) = 2NH3(k)

H

0

298,tt (kcal/mol) 0 0 -11,04

Và nhiệt dung của các chất:

CP (N2) = 6,65 + 10-3

T (cal.mol-1

.K-1

)

CP (H2) = 6,85 + 0,28.10-3

T (cal.mol-1

.K-1

)

CP (NH3) = 5,92 + 9,96.10-3

T (cal.mol-1

.K-1

)

10

Xác định hàm số H

0

T = f(T) và tính H

0

1000 của phản

ứng?

ĐS: H

0

T = -18,22 – 15,36.10-3

T + 8.10-6

T

2

(Kcal)

H

0

= -25,58 Kcal

11

CHƯƠNG 2:

NGUYÊN LÝ II NHIỆT ĐỘNG HỌC

2.1.Bài tập có lời giải chi tiết:

Câu 1: Tính biến thiên entropy khi đun nóng thuận nghịch

16kg O2 từ 273K đến 373K trong các điều kiện sau:

a. Đẳng áp

b. Đẳng tích

Xem O2 là khí lý tưởng và nhiệt dung mol Cv = 3R/2.

Giải:

a. Đối với quá trình đẳng áp

Cp = Cv + R = 5R/2

775cal/K 

273

373 1,987.ln

2

5

32

16.10

T

dT ΔS n C

T 3

T

p

2

1

     

b. Đối với quá trình đẳng tích

465cal/K

273

373 1,987.ln

2

3

32

16.10

T

dT ΔS n C

T 3

T

v

2

1

     

Câu 2: Xác định nhiệt độ lúc cân bằng nhiệt và biến thiên

entropy khi trộn 1g nước đá ở 00C với 10g nước ở 1000C. Cho

biết nhiệt nóng chảy của đá bằng 334,4 J/g và nhiệt dung

riêng của nước bằng 4,18 J/g.K.

Giải:

Gọi T (K) là nhiệt độ của hệ sau khi trộn. Giả sử hệ là cô

lập.

12

Ta có phương trình:

Nhiệt lượng tỏa ra = Nhiệt lượng thu vào

- Qtỏa = Qthu hay Q3 = Q1 + Q2

 - 10.4,18.(T - 373) = 334,4 + 1.4,18.(T - 273)



T = 356,64 (K)

1g H2O (r)

273K

1g H2O (l)

273K

1g H2O (l)

T(K)

10g H2O (l)

373K

S1 S2 S3

Biến thiên entropy của hệ:

S = S1 + S2 + S3

Với:

1,225(J/K)

273

334,4

T

λ

ΔS

nc

nc

1   

1,117(J/K)

T

dT ΔS 1. 4,18

356,64

273

2   

1,875(J/K)

T

dT ΔS 10. 4,18

356,64

373

3    

S = 0,467 (J/K)

Câu 3: Tính biến thiên entropy của quá trình nén đẳng nhiệt,

thuận nghịch.

a. 1 mol oxy từ P1 = 0,001atm đến P2 = 0,01atm.

b. 1 mol mêtan từ P1 = 0,1 atm đến P2 = 1 atm.

Trong hai trường hợp trên khí được xem là lý tưởng.

Giải:

a.

1,987.ln0,1 4,575(cal/K)

P

P

ΔS nRln

2

1

   

b.

1,987.ln0,1 4,575(cal/K)

P

P

ΔS nRln

2

1

   

13

Câu 4: Xác định biến thiên entropy của quá trình chuyển 2g

nước lỏng ở 00C thành hơi ở 1200C dưới áp suất 1 atm. Biết

nhiệt hóa hơi của nước ở 1000C là 2,255 (kJ/g), nhiệt dung

mol của hơi nước Cp,h = 30,13 + 11,3.10-3

T (J/mol.K) và nhiệt

dung của nước lỏng là Cp,l = 75, 30 J/mol K.

Giải:

2g H2O (l)

2730

K

2g H2O (l)

3730

K

2g H2O (h)

3730

K

2g H2O (h)

3930 S1 S2 S3 K

Biến thiên etropy của quá trình

S = S1 + S2 + S3

Với

2,61(J/K)

T

dT 75,3

18

2

ΔS

373

273

1 

  

12,09(J/K)

373

2 2255 ΔS2 





  0,2(J/K)

T

dT 30,13 11,3.10 T

18

2

ΔS

393

373

-3

1 

   

S = 14,9 (J/K)

Câu 5: Một bình kín hai ngăn, ngăn thứ nhất có thể tích 0,1m

3

chứa oxi, ngăn thứ hai có thể tích 0,4 m3

chứa Nitơ. Hai ngăn

đều ở cùng một điều kiện nhiệt độ là 170C và áp suất

1,013.105 N/m2

. Tính biến thiên entropy khi cho hai khí

khuếch tán vào nhau.

Giải:

Khi hai khí khuếch tán vào nhau, thể tích của hỗn hợp

V2 = 0,5 m3

Biến thiên entropy của hệ:

S =S1 + S2

14

Với S1: biến thiên entropy của khí Oxy khi khuếch tán

S2: biến thiên entropy của khí Nitơ khi khuếch tán

13,32(cal/K)

V

V

ΔS nR.ln

1

2

1  

7,46(cal/K)

V

V

ΔS nR.ln '

1

2

2  

Vậy S = 20,78 (cal/K)

Câu 6: Tính U, H và S của quá trình chuyển 1 mol H2O

lỏng ở 250C và 1 atm thành hơi nước ở 1000C, 1 atm. Cho biết

nhiệt dung mol của nước lỏng là 75,24 J/mol.K và nhiệt hóa

hơi của nước là 40629,6 J/mol.

Giải:

1mol H2O (l)

2980

K

1mol H2O (l)

3730

K

1mol H2O (h)

3730

K

Q1 Q2

S1 S2

Nhiệt lượng cần cung cấp

hh

373

298

p 1 2 Q  Q Q  75,24dT  λ 

Q 75,24(373 298) 40629,6 46272,69(J )

p

   

Công của quá trình

A A A 0 P V nRT 1 8,314 373 3101,1J  1  2     2    

Nội năng

U = Q – A = 43171,5 (J)

H = Qp = 4627,6 (J)

Biến thiên entropy của quá trình

hh

hh

373

298

1 2 p

T

λ

T

dT ΔS  ΔS  ΔS  C  

15

125,8 J/K

373

40629,6

298

373

 75,24ln  

Câu 7: Cho phản ứng có các số liệu sau:

3Fe(r) + 4H2O(h) = Fe3O4(r) + 4H2(k)

H

0

298 t.t

(Kcal/mol)

0 -57,8 -267 0

S

0

298

(cal/mol.K)

6,49 45,1 3,5 32,21

Cp(Fe) = 4,13 + 6,38.10-3

.T (cal/mol.K)

Cp(H2Oh) = 2,7 + 1.10-3

.T (cal/mol.K)

Cp(Fe3O4) = 39,92 + 18,86.10-3

.T (cal/mol.K)

Cp(H2) = 6,95 - 0,2.10-3

.T (cal/mol.K)

a. Tính hiệu ứng nhiệt đẳng áp và đẳng tích ở 250C và

1atm?

b. Tính hiệu ứng nhiệt đẳng áp và đẳng tích ở 1000K?

c. Xét chiều phản ứng ở 250C và 1atm?

Giải:

Phản ứng: 3Fe(r) + 4H2O(h) = Fe3O4(r) + 4H2(k)

a. Tính H

0

298 = -267 - 4.(-57,8) = - 35,8 Kcal.

Tính U

0

298 = H

0

298 - nR.T với n = 4 - 4 = 0

Do đó U

0

298 = H

0

298 = -35,8 Kcal

b. Tính H

0

1000 = H

0

298 +



1000

298

ΔCp.dT

Cp = [4.Cp(H2) + Cp(Fe3O4)] – [4.Cp(H2O) + 3.Cp(Fe)]



Cp = 44,53 - 5,08.10-3

.T

Ta có: