Đề Olympic hóa học sinh viên Việt Nam 2003 - Bảng a

h sau:
XC	 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00
PC(torr) 0,00 35 82 142 219 293
PA(torr) 347 270 185 102 37 0,00
Trong đó XC là phân số mol của clorofom trong dung dịch.
Hãy chứng tỏ rằng các dung dịch là không lý tưởng.
Sự sai lệch với tính lý tưởng có thể dương hoặc âm. Dung dịch trên thể hiện sự sai lệch như thế nào?.
Tính không lý tưởng có thể được biểu thị một cách định lượng dựa trên hoạt độ của mỗi phần tử trong dung dịch. Hoạt độ (a) có thể thấy trong phương trình sau (lấy ví dụ với clorofom): ac = PC/PoC trong đó ac là hoạt độ của clorofom và PoC là áp suất hơi của clorofom tinh khiết. Hãy tính hoạt độ của clorofom và axeton đối với mỗi dung dịch.
(i) Tìm giá trị của Kf (hằng số nghiệm lạnh hay hằng số độ hạ điểm đông đặc) của dung môi p – diclobenzen từ các số liệu sau:
 KLPT	Điểm nóng chảy (K)	∆Honc(kJ.mol-1)
p – diclobenzen 147,01 326,28 17,88
(ii) Một dung dịch chứa 1,50g chất tan không bay hơi trong 30,0g p-diclobenzen và có điểm đông đặc là 323,78K. Hãy tính khối lượng mol phân tử của chất tan.
Hãy tính độ tan với dung dịch lí tưởng của p-diclobenzen tại 298,15K.
BÀI GIẢI:
(i) Từ định luẩ Raoult Pi = Xi.Poi
Xc :	 0,20	0,40	0,60	0,80
PC = XC.Poc(Torr):	59 117 176 234
Pc(đo được):	35 82 142 219
(PoC = 293Torr)
XA :	 0,80	0,60	0,40	0,20
PA = XA.PoA(Torr): 277 208 139 69
PA(đo được): 270 185 102 37
(PoA = 347Torr)
Có thể thấy rằng áp suất hơi tính toán của axeton lẫn clorofom đều cao hơn giá trị đo được ở tất cả các thành phần tỉ lệ. Như vậy dung dịch đã lệch so với dung dịch lý tưởng.
Tuy nhiên có thể biểu diễn bằng cách vẽ đồ thị tương quan giữa áp suất và tỉ lệ thành phần như sau:
(ii) Các dung dịch thể hiện sự lệch âm so với tính chất lý tưởng.
Từ các số liệu đã cho, ta có thể tính được hoạt độ của clorofom và axeton:
XC	: 0,20 0,40 0,60	 0,80
ac = PC/PoC : 0,12 0,28 0,48 0,75
XA	: 0,80 0,60 0,40	 0,20
aa = PA/PoA : 0,78 0,53 0,29 0,11
Các hoạt độ của cả clorofom và axeton đều bé hơn phân số mol cho thấy sự lệch âm so với tính chất lý tưởng:
(i) Từ phương trình Gibbs – Hemholtz:
	(1)
Trong đó Xi là phân số mol của dung môi lỏng và ∆Hofus là nhiệt nóng chảy của dung môi nguyên chất. Nếu ∆Hofus độc lập với T trên một khoảng nhiệt độ vừa phải ta có thể tích hợp phương trình (1) từ Tof (là điểm đông đặc của dung môi nguyên chất tại Xi = 1) đến T (là nhiệt độ tại đó mà cân bằng giữa dạng rắn với dạng lỏng ứng với phân số mol X1). Kết qủa là:
	(2)
Biểu diễn X1 theo X2 là phân số mol của chất tan:
	(3)
Nếu X2 nhỏ (so với dung dịch) thì: ln(1 – X2) ∼ -X2.
Độ hạ điểm đông đặc (độ hạ băng điểm) là Tof – T = ∆Tf. Do ∆Tf là nhỏ so với Tof ta có thể đặt tích TTof » Tof2. Phương trình (3) chuyển thành.
	(4)
Trong dung dịch loãng X2 = n2/(n1 + n2) » n2/n1.
Với nồng độ mol m2 tính theo số mol chất tan n2: m2 = (n2/w1).1000. Trong đó w1 là khối lượng của dung môi tính theo gam.
Với dung môi n1 = w1/M1, trong đó M1 là khối lượng phân tử của dung môi thì X2 = m2.M1/1000.
Xếp đặt lại phương trình (4) và thay X2 cho:
∆Tf = .m2	(5)
Độ hạ điểm đông đặc hay hằng số nghiệm lạnh Kf được định nghĩa là:
 Kf = 	(6)
Thay số vào biểu thức (6) thì ta tính được Kf = 7,26K.kg.mol-1.
(ii) ∆Tf = 2,50K.
 Với định nghĩa Kf phương trình (6) chuyển thành.
∆Tf = Kf.m2
Do m2 = 
Trong đó M2 là khối lượng mol phân tử của chất tan.
Sau khi sắp xếp lại ta có:
M2 = 
Sử dụng phương trình (2) ta tính được X = 0,537.
Vậy độ tan theo phân số mol của p – diclobenzen tại 298,15K trong dung dịch lí tưởng bằng 0,537.
BÀI TẬP CHUẨN BỊ CHO KỲ THI IChO LẦN THỨ 31:
Một axit hữu cơ yếu được phân bố trong dung dịch nước và cacbon tetraclorua.
Tìm tỉ lệ phân bố D theo hằng số phân ly axit Ka và hệ số phân bố D biết rằng:
HA(aq) → H+(aq) + A-(aq).
HA(aq) → HA(CCl4)
Các thí nghiệm chiết tách tại các pH khác nhau cho các kết qủa sau:
pH
Tỉ lệ phân bố D:
1
5,200
3
5,180
4
5,190
6
2,605
7
0,470
8,0
0,052
8,5
0,016
Hãy tính Ka và Kd.
BÀI GIẢI:
Ta có:
Tỉ lệ phân bố có thể được ước lượng bằng:
Từ câu (1) ta có: lgD = lgKd – lg(1 + Ka/[H+])
Tại pH thấp: [H+] >> Ka.
lgD = lgKd = hằng số.
D = Kd; Kd = (5,200 + 5,180 + 5,190):3 = 5,190
Tại pH cao: [H+] << Ka
Vì vậy:
lgD = lgKd – lg(Ka/[H+]
lgD = lgKd – lgKa – pH
Do đó: lgKd – lgKa = 6,70
Þ Ka = 1,02.10-6.
BÀI TẬP CHUẨN BỊ CHO KỲ THI IChO LẦN THỨ 32:
Amoni hydrosunfua là một hợp chất không bền. dễ dàng phân hủy thành NH3(k) và H2S(k):
NH4HS(r) → NH3(k) + H2S(k)
Cho biết các số liệu nhiệt động học sau đây tại 25oC:
	Ho(kJ.mol-1)	So(J.K-1.mol-1)
NH4HS(r)	 -156,9	 113,4
NH3(k)	 -45,9	 192,6
H2S(k)	 -20,4 	 205,6
Tính ∆Ho, ∆So, ∆Go tại 25oC của phản ứng trên.
Hãy tính hằng số cân bằng Kp tại 25oC của phản ứng trên.
Hãy tính hằng số cân bằng Kp tại 35oC của phản ứng trên giả thiết rằng cả ∆Ho và ∆So không phụ thuộc nhiệt độ.
Hãy tính áp suất toàn phần trong bình chứa nếu phản ứng phân hủy đạt cân bằng tại 25oC. Bỏ qua thể tích của NH4HS(r).
Nếu dung tích bình chứa là 100,00L. Hãy tính lại áp suất toàn phần trong thí nghiệm trên.
BÀI GIẢI:
∆Ho = 90,6kJ.mol-1.
∆So = 284,8J.K-1.mol-1.
∆Go = ∆Ho - T∆So = 5,7kJ.mol-1.
∆Go = -RTlnKa
Thay số vào ta thu được Ka = 0,1008.
Ka = p(NH3).p(H2S) = Kp Þ Kp = 0,1008bar2.
∆Go = ∆Ho - T∆So = 2839J.mol-1.
Þ Ka = 0,3302
Ka = P(NH3).P(H2S) = Kp = 0,3302bar2.
p(toàn phần) = p(NH3) + p(H2S)
p(NH3) = p(H2S) = 0,5p(toàn phần) (do có số mol bằng nhau)
Kp = P(NH3).P(H2S) = [0,5p(toàn phần)]2 = 0,1008
Þ Kp = 0,635bar.
nkhí = pV/RT = 0,64mol
n(NH4HS) = 1,00 – 0,5.0,64 = 0,68mol nghĩa là vẫn còn chất rắn.
nkhí = pV/RT = 2,56mol.
n(NH4HS) = 1,00 – 0,5.2,56 = -0,28mol nghĩa là không còn chất rắn.
1,00mol chất rắn chuyển thành 2,00mol khí.
p(toàn phần) = n(toàn phần).RT/V = 0,50bar.
BÀI TẬP CHUẨN BỊ CHO KỲ THI IChO LẦN THỨ 35:
Một ngôi nhà được trang bị nồi hơi để có nước nóng sử dụng trong mùa đông. Năng lượng cần để hoạt động của nồi hơi là 116kW.Căn nhà còn có một thùng dầu có V=4m3. Entanpi của việc đốt cháy dầu (chứa hầu hết các ankan có khối lượng phân tử lớn ở thể lỏng) là 4300J/kg và ddầu = 0,73g/cm3.
Xác định thời gian hoạt động của nồi hơi từ khi đầy dầu đến khi hết dầu:
5h
2,2 ngày
12 ngày
3,3 tuần
2,1 tháng.
Xác định lượng CO2 sinh ra trong mỗi giờ khi nồi hơi hoạt động:
300g
1kg
5kg
10kg
30kg
BÀI GIẢI:
Khối lượng của thùng dầu: m = 2920kg
Năng lượng cần để hoạt động của nồi hơi P = 116kW
Vậy tốc độ tiêu thụ nhiên liệu của nồi hơi là: 
Vậy thời gian hoạt động của nồi hơi là: ngày
CnH2n+2 + ½(3n+1)O2 → nCO2 + (n+1)H2O
. Tỉ lệ này không phụ thuộc nhiều vào n. Đối với n = 10 thì tỉ lệ này bằng 3:1
Do nên ta có thể tính được lượng CO2 thoát ra là:
BÀI TẬP CHUẨN BỊ CHO KỲ THI IChO LẦN THỨ 35:
Hoà tan 80g NH4NO3 vào 1kg H2O ở 0oC. Xác định trạng thái cuối của hệ. Cho biết Cnước(l) = 76J.mol-1.K-1; ∆Hnc = 6,01kJ.mol-1; ∆Hhoà tan(NH4NO3) = 25,69kJ.mol-1; Kd(H2O)=1,86K.kg.mol-1.
Nhiệt độ cuối của hệ là:
1,86K
3,72K
3,72oC
1,86oC
-3,72oC
–3,72K
-1,86K
-1,86oC
Trạng thái cuối của hệ gồm:
Một pha rắn và một pha lỏng.
Một pha lỏng và hai pha rắn.
Một pha lỏng.
Một pha rắn.
Hai pha lỏng.
Hai pha rắn.
Hai pha lỏng và một pha rắn.
Qúa trình hoà tan có thể được diễn tả bằng các từ (nhiều hơn một từ đúng)
Cảm ứng.
Tự phát.
Thuận nghịch.
Bất thuận nghịch.
Sự đồng nhất các cấu tử.
Đoạn nhiệt.
Không đoạn nhiệt.
Đẳng nhiệt.
Đẳng áp.
Đẳng tích.
Đẳng entropy.
Đẳng năng lượng.
Sự thay đổi entropy của hệ là:
Lớn hơn 0.
Bằng 0
Nhỏ hơn 0.
BÀI GIẢI:
Qúa trình hoà tan là thu nhiệt và đẳng áp, chính vì vậy nhiệt được tự sinh ra từ chính dung dịch. Do nước đang ở nhiệt độ đông nên nó có xu hướng đông đặc nhưng dung dịch tạo thành có nhiệt độ đông đặc giảm xuống do có những ion hoà tan trong đó. Lượng nhiệt sinh ra do sự solvat hóa sẽ buộc phải làm cho một số phân tử nước đông cứng lại.
Theo định luật Hess ta phải lập một chu trình ba bước.
Trộn dung dịch ở 0oC với ∆H1 > 0
Hạ nhiệt độ của hỗn hợp đến nhiệt độ t sao cho ∆H2 < 0
Làm đông đặc một lượng m gam nước với lượng nhiệt ∆H3 < 0
Nhiệt độ cuối của dung dịch được tính bởi biểu thức: . Với Kf là hằng số nghiệm đông của nước, 2 là số phân tử NH4NO3 và n là số mol của NH4NO3; n = 1mol; ms là khối lượng của dung dịch
∆H1 = ∆Hhoà tan.n = 25,69kJ.
. Với Cp là nhiệt dung mol của nước và M là khối lượng phân tử của nó (18g/mol).
 Với ∆Hf là entanpy nóng chảy.
∆H = ∆H1 + ∆H2 + ∆H3 = 0 bởi và không có sự trao đổi nhiệt của hệ với môi trường.
Từ tất cả những phương trình ở trên ta có thể dẫn đến hệ thức sau cho ms:
Chúng ta cho biểu thức trước dấu căn thức là dấu + (ms > m) và thay số vào ta thu được kết qủa ms = 28,52g băng. Vậy q2 = -3,83oC.
Nếu chúng ta giả thiết ms << m thì sẽ dẫn đến kết qủa q2 = -3,72oC và ms = 29,9g. Nếu chúng ta sử dụng kết qủa này để thay vào phương trình trên thì chúng ta cũng thu được q2 = -3,83oC. Như vậy ms = 28,5g.
Qúa trình này là không thuận nghịch, đẳng nhiệt, đẳng áp, đẳng entanpy và gần như đẳng năng lượng.
Ta có thể sử dụng phương trình ∆G = ∆H - T∆S. Do T gần như không đổi, ∆G<0 (do qúa trình tự xảy ra) nên ∆S < 0.
BÀI TẬP CHUẨN BỊ CHO KỲ THI IChO LẦN THỨ 35:
CO2 được sử dụng trong các bình cứu hoả là loại khí CO2 có áp suất cao hơn 1atm được nén trong các bình kim loại. Cho biết điểm tới hạn của CO2; PC = 73,75bar; TC = 304,14K. Điểm ba của CO2. P3 = 5,1850 bar, T3 = 216,58K. Giả sử nhiệt độ phoàng là 25oC.
Khí CO2 cùng tồn tại ở pha rắn và pha lỏng thì áp suất trong bình cứu hoả là bao nhiêu?
2 bar.
5,185 bar.
20 bar.
73,8 bar.
Không xác định.
Khí CO2 cùng tồn tại ở pha lỏng và pha khí thì áp suất trong bình cứu hoả là bao nhiêu?
Khoảng 2 bar.
5,180 bar.
Khoảng 20 bar.
Khoảng 63 bar.
73,8 bar.
Khoảng 100 bar.
Không xác định.
BÀI GIẢI:
Do nhiệt độ phòng ở phía trên điểm ba nên chắc chắn ở nhiệt độ phòng CO2 không bao giờ tồn tại ở trạng thái rắn. Ở 289K thì áp suất hới của CO2 là 63,1 bar. Gía trị này còn có thể được tính một cách định lượng khi ta kẻ một đường thẳng nối giữa điểm ba và điểm tới hạn