1. Enthalpy tạo thành chuẩn (hay nhiệt tạo thành chuẩn) của một chất ở 298K, kí

Câu hỏi số 851117:

Vận dụng

1. Enthalpy tạo thành chuẩn (hay nhiệt tạo thành chuẩn) của một chất ở 298K, kí hiệu là $\Delta_{f}H_{298}^{o}$, là nhiệt lượng kèm theo phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất ở dạng bền nhất và phổ biến nhất của các nguyên tố có mặt trong chất, ở 1 bar và 298K.

Cho nhiệt tạo thành chuẩn của các chất như sau:

(g): trạng thái khí

Biết rằng biến thiên enthalpy chuẩn ở 298K của một phản ứng hoá học (kí hiệu là $\Delta_{r}H_{298}^{o}$) được tính bằng tổng nhiệt lượng tạo thành chuẩn $\Delta_{f}H_{298}^{o}$ của các chất sản phẩm trừ đi tổng nhiệt tạo thành chuẩn $\Delta_{f}H_{298}^{o}$ của các chất tham gia phản ứng (chú ý: có nhân hệ số của các chất trong phương trình hoá học). Khi phản ứng toả nhiệt thì $\Delta_{r}H_{298}^{o}$ < 0; khi phản ứng thu nhiệt thì $\Delta_{r}H_{298}^{o}$ > 0. Giả sử khí biogas gồm CH₄ và các khí khác không cháy, còn khí gas dân dụng gồm C₃H₈ và C₄H₁₀ với tỉ lệ mol 1 : 1.

a) Giải thích tại sao C₃H₈ và C₄H₁₀ không có mùi nhưng khí gas dân dụng lại có mùi đặc trưng?

b) Để tạo thành cùng một nhiệt lượng Q, có thể đốt khí gas dân dụng hoặc khí biogas. Bằng tính toán hãy cho biết trong trường hợp đốt khí gas nào tạo ra nhiều khí CO₂ hơn?

c) Giả sử một bình gas dân dụng chứa 12kg khí gas. Một hộ gia đinh cần sử dụng 10 000 kJ mỗi ngày bằng việc đốt cháy khí gas và hiệu suất sử dụng nhiệt từ phản ứng đốt cháy là 65%. Hỏi hộ gia đình có thể sử dụng bình gas trên được bao nhiêu ngày?

2. G1 là một muối carbonate trung hoà ngậm nước của một kim loại hoá trị I được tìm thấy ở những vùng khí hậu khô cằn, trên bề mặt hoặc trong các hốc núi lửa. Hoà tan 44,64 gam G1 trong 100 gam nước ở 80^oC, sau đó làm lạnh xuống 20^oC thu được 65,78 gam tinh thể G2 (có khối lượng mol phân tử nhỏ hơn 350 g/mol) và dung dịch K1. Khi thêm từ từ 25 mL dung dịch HCl 36% (khối lượng riêng 1,18 g/mL) vào dung dịch K1 thu được 102,64 gam dung dịch K2. Cho bay hơi đến khô dung dịch K2 thu được 15,21 gam chất rắn G3.

a) Biện luận các trường hợp có thể xảy ra trong điều kiện bài toàn để xác định công thức hoá học của G1, G2 và thành phần các chất trong G3, K1, K2.

b) Hoà tan 5,456 gam G1 vào 100 gam nước thì nhiệt độ dung dịch tăng lên 1,05 độ. Hoà tan 4,004 gam G2 vào 200 gam nước thì nhiệt độ dung dịch giảm đi 1,08 độ. Tính lượng nhiệt (quy về kJ/mol) kèm theo quá trình hoà tan G1 và G2 trong điều kiện đã cho. Giả sử nhiệt dung riêng của các dung dịch tạo thành bằng nhiệt dung riêng của nước (4,18 J/gxđộ).

Quảng cáo

Xem lời giải

Câu hỏi:851117

Phương pháp giải

1. a) Khứu giác nhạy với các khí có mùi khó chịu hơn.

b) $\Delta_{r}H_{298}^{o} = {\sum{\Delta_{f}H_{298}^{o}(sp)}} - {\sum{\Delta_{f}H_{298}^{o}(cd)}}$

CH₄ + 2O₂ ⟶ CO₂ + 2H₂O

C₃H₈ + 5O₂ ⟶ 3CO₂ + 4H₂O

C₄H₁₀ + 6,5O₂ ⟶ 4CO₂ + 5H₂O

Xác định nhiệt lượng toả ra khi đốt cháy 1 mol khí gas và 1 mol khí CH₄.

So sánh số mol khí CO₂ tạo thành

c) 12kg gas ⟹ số mol gas

⟹ Thời gian sử dụng

2. a) G1 có dạng M₂CO₃.xH₂O

Khối lượng G2 tạo ra trong quá trình kết tinh G1, lớn hơn khối lượng G1 ⟹ G2 là muối ngậm nước có dạng M₂CO₃.yH₂O (y > x)

⟹ Khối lượng dung dịch K1và thành phần dung dịch K1

$n_{HCl} = \dfrac{m_{HCl}}{M_{HCl}}$

Sự giảm khối lượng dung dịch sau khi thêm HCl là do tạo thành khí CO₂ thoát ra khỏi dung dịch

⟹ m_{dung dịch giảm}= m_CO2⟹ $n_{CO_{2}} = \dfrac{m_{CO_{2}}}{M_{CO_{2}}}$

Cho từ từ HCl vào dung dịch M₂CO₃ có thể xảy ra các phản ứng:

HCl + M₂CO₃ ⟶ MCl + MHCO₃

HCl + MHCO₃ ⟶ MCl + CO₂ + H₂O

Trường hợp 1: HCl dư và G3 là muối MCl

Trường hợp 2: HCl hết và G3 gồm MCl, MHCO₃

Biện luận xác định kim loại M

b) Nhiệt lượng toả ra/thu vào = 4,18.m_{dung dịch}.độ:n

Giải chi tiết

1. a) Thực tế khí gas có mùi là do nhà sản xuất pha trộn thêm chất tạo mùi đặc trưng để giúp phát hiện khí gas khi có sự cố rò rỉ.

b) CH₄ + 2O₂ ⟶ CO₂ + 2H₂O

$\Delta_{r}H_{1} = - 393,5 + 2.( - 241,822) - ( - 74,87) = - 802,27(kJ)$

C₃H₈ + 5O₂ ⟶ 3CO₂ + 4H₂O

$\Delta_{r}H_{2} = 3.( - 393,5) + 4.( - 241,82) - ( - 105) = - 2042,78(kJ)$

C₄H₁₀ + 6,5O₂ ⟶ 4CO₂ + 5H₂O

$\Delta_{r}H_{3} = 4.( - 393,5) + 5.( - 241,82) - ( - 126,15) = - 2656,95(kJ)$

Đốt cháy 1 mol khí gas thông thường toả ra: 0,5.2042,78 + 0,5.2656,95 = 2349,865 kJ và tạo thành 0,5.3 + 0,5.4 = 3,5 mol CO₂

Đốt cháy 1 mol khí CH₄ toả ra 802,27 kJ

⟹ Để tạo ra năng lượng như đốt 1 mol khí gas cần: $\dfrac{2349,865}{802,27} = 2,929(mol)$ CH₄

⟹ Tạo ra 1.2,929 = 2,929 mol khí CO₂

Vậy đốt khí gas tạo nhiều CO₂ hơn.

c) Mol khí gas = $\dfrac{12.10^{3}}{0,5.44 + 0,5.58} = \dfrac{4000}{17}(mol)$

Số ngày sử dụng = $\dfrac{\dfrac{4000}{17}.2349,865.65\%}{10000} = 35,939$ ngày (≈ 36 ngày)

2. a) G1 có dạng M₂CO₃.xH₂O

Khối lượng G2 tạo ra trong quá trình kết tinh G1, lớn hơn khối lượng G1 ⟹ G2 là muối ngậm nước có dạng M₂CO₃.yH₂O (y > x)

Khối lượng dung dịch K1 = 100 + 44,64 – 65,78 = 78,86 g, là dung dịch chứa M₂CO₃ chưa kết tinh

Khối lượng dung dịch HCl = 25.1,18 = 29,5 (g)

$n_{HCl} = \dfrac{29,5.36\%}{36,5} \approx 0,291(mol)$

Sự giảm khối lượng dung dịch sau khi thêm HCl là do tạo thành khí CO₂ thoát ra khỏi dung dịch

m_{dung dịch giảm}= 78,86 + 29,5 – 102,64 = 5,72 (g) = m_CO2

$n_{CO_{2}} = \dfrac{5,72}{44} = 0,13(mol)$

Cho từ từ HCl vào dung dịch M₂CO₃ có thể xảy ra các phản ứng:

HCl + M₂CO₃ ⟶ MCl + MHCO₃

HCl + MHCO₃ ⟶ MCl + CO₂ + H₂O

Trường hợp 1: HCl dư và G3 là muối MCl

$\left. n_{MCl} = 2.n_{CO_{2}} = 2.0,13 = 0,26(mol)\Rightarrow M_{MCl} = \dfrac{15,21}{0,26} = 58,5\Rightarrow M = 23(Na) \right.$

⟹ Muối G3 là NaCl

Bảo toàn số mol muối Na₂CO₃

$\left. \dfrac{44,64}{106 + 18x} = \dfrac{65,78}{106 + 18y} + 0,13\Rightarrow y = \dfrac{3701,52 + 1432,08x}{555,48 - 42,12x} \right.$ (*)

Do G2 có M < 350 ⟹ 106 + 18y < 350

⟹ $\left. \dfrac{65,78}{106 + 18y} > \dfrac{65,78}{350}\Rightarrow\dfrac{44,64}{106 + 18x} > \dfrac{65,78}{350} + 0,13\Rightarrow 106 + 18x < 140,4\Rightarrow x < 1,91 \right.$

⟹ x = 1

Thay x = 1 vào (*) ⟹ y = 10

⟹ Muối G1 là Na₂CO₃.H₂O và G2 là Na₂CO₃.10H₂O

K1 là Na₂CO₃; dung dịch K2 chứa HCl và NaCl

Trường hợp 2: HCl hết và G3 gồm MCl, MHCO₃

HCl + M₂CO₃ ⟶ MCl + MHCO₃

a ⟶ a ⟶ a

HCl + MHCO₃ ⟶ MCl + CO₂ + H₂O

0,13 ⟵ 0,13 ⟵ 0,13 ⟵ 0,13

$\begin{array}{l} {n_{MCl} = n_{HCl} = 0,291(mol)} \\ {n_{MHCO_{3}} = a - 0,13 = (0,291 - 0,13) - 0,1345 = 0,031(mol)} \\ \left. m_{G3} = m_{KCl} + m_{KHCO_{3}} = 0,291.(M + 35,5) + 0,031.(M + 61) = 15,21\Rightarrow M = 9,3 \right. \end{array}$

⟹ Loại

b) 5,456 g Na₂CO₃.H₂O tan trong 100 gam nước ở thì nhiệt độ dung dịch tăng 1,05 độ

$n_{Na_{2}CO_{3}.H_{2}O} = \dfrac{5,456}{124} = 0,044(mol)$

Lượng nhiệt toả ra quy về kJ/mol là:

$4,18.(5,456 + 100).1,05.\dfrac{1}{0,044} = 10519J/mol = 10,519kJ/mol$

Hoà tan 4,004 gam Na₂CO₃.10H₂O

$n_{Na_{2}CO_{3}.10H_{2}O} = \dfrac{4,004}{286} = 0,014(mol)$

Lượng nhiệt thu vào là: $4,18.(4,004 + 200).1,08.\dfrac{1}{0,014} = 65783J/mol = 65,783kJ/mol$

PH/HS 2K10 THAM GIA NHÓM ĐỂ CẬP NHẬT ĐIỂM THI, ĐIỂM CHUẨN MIỄN PHÍ!

Câu hỏi trước Câu tiếp theo

>> Học trực tuyến lớp 9 và Lộ trình UP10 trên Tuyensinh247.com Đầy đủ khoá học các bộ sách: Kết nối tri thức với cuộc sống; Chân trời sáng tạo; Cánh diều. Lộ trình học tập 3 giai đoạn: Học nền tảng lớp 9, Ôn thi vào lớp 10, Luyện Đề. Bứt phá điểm lớp 9, thi vào lớp 10 kết quả cao. Hoàn trả học phí nếu học không hiệu quả. PH/HS tham khảo chi tiết khoá học tại: Link