Sách tự học hóa học 3

LỜI MỞ ĐẦU
Qu đ c gi thân m n, trong quá trình biên d ch đ thi Olympiad qu c t (IchO) và c a
các qu c gia khác, chúng tơi nh n th y có s chênh l ch táơng đ i l n v s c p nh t
ki n th c trong c c đ thi c a Vi t Nam và th gi i. Nh m đ p ng nhu c u c a giáo
viên và h c sinh chuyên trong vi c ti p c n v i nh ng ngu n ki n th c hóa h c hi n đ i
hơn, ban bi n t p t p ch KEM đ bi n so n b tài li u T h c H a (m : THH18), đá c
chia thành 9 tuy n t p g m: 1) C u t o ch t; 2) V cơ; 3) Nhi t đ ng; 4)
ng h c; 5)
Phân tích - i n h a; 6) Cơ ch ph n ng; 7) T ng h p H u cơ; 8) X c đ nh c u trúc h p
ch t h u cơ; 9) Tuy n t p đ thi th HSGQG OlympiaVN (t n m 2017 đ đ i tên thành
OCC - OlympiaVN Chemistry Challenge). N i dung c a m i quy n sách trong tuy n t p
này là 100 bài t p (kèm l i gi i chi ti t) đá c ch n l c t các tài li u dùng cho b i dá ng
h c sinh d thi Olympiad c a Trung Qu c, Nga và các bài gi ng Advanced Chemistry t
nhi u trá ng i h c h ng đ u ná c M .
Do s chu n b g p rút và m t s h n ch trong vi c d ch thu t (s d ng nhi u ngu n tài
li u ngoài ti ng Anh) nên có th v n cịn nh ng l i sai ho c thi u s t. Mong qu đ c gi
quan tâm có th g i ph n h i v đ a ch : Chân thành c m ơn.


M cl c
Ph l c ...........................................................................................................................................................................5
Nguyên lí th nh t .........................................................................................................................................................9
Bài 1: Khí trong bánh - Ph ng trình tr ng thái khí ............................................................................................... 10
Bài 2μ Ph ng trình tr ng thái khí........................................................................................................................... 12
Bài 3: Thuy t đ ng h c ch t khí và các đ nh lu t khí ............................................................................................. 14
Bài 4: Nhi t và cơng ............................................................................................................................................... 17
Bài 5: Nhi t và công ............................................................................................................................................... 19
Bài 6: Nhi t và cơng ............................................................................................................................................... 21
Bài 7: Chu trình nhi t đ ng h c .............................................................................................................................. 24
Bài 8μ ng c nhi t và máy l nh ........................................................................................................................... 26

Bài 9: Ph n ng đ t cháy nhiên li u trong xe h i ................................................................................................... 28
Enthalpy....................................................................................................................................................................... 30
Bài 10μ Phép đo nhi t l ng và nhi t dung ............................................................................................................. 31
Bài 11μ Phép đo nhi t l ng ................................................................................................................................... 33
Bài 12: Enthalpy ..................................................................................................................................................... 35
Bài 13: Nhi t ph n ng ........................................................................................................................................... 37
Bài 14μ nh lu t Hess ............................................................................................................................................ 39
Bài 16: Enthalpy ph n ng ..................................................................................................................................... 43
Bài 16B: Enthalpy ph n ng ................................................................................................................................... 46
Bài 17: Enthalpy ph n ng ..................................................................................................................................... 48
Bài 18μ Enthalpy đ t cháy ....................................................................................................................................... 51
Bài 19: Sinh nhi t và thiêu nhi t ............................................................................................................................. 53
Bài 20: Nhi t hóa h c ............................................................................................................................................. 55
Bài 21: Enthalpy ..................................................................................................................................................... 57
Bài 22: Chu trình Born-Haber................................................................................................................................. 59
Bài 23: Chu trình Born-Haber................................................................................................................................. 61
Bài 24: Chu trình Born-Haber................................................................................................................................. 63
Bài 25: Chu trình Born-Haber................................................................................................................................. 65
Bài 26μ Enthalpy và n ng l ng liên k t ....................................................................................................................... 67
Bài 27μ N ng l ng liên k t .................................................................................................................................... 70
Bài 28: Hi u ng nhi t ph n ng ............................................................................................................................ 72
Entropy và n ng l ng t do ....................................................................................................................................... 74
Bài 2λμ Entropy môi tr ng .................................................................................................................................... 75
Bài 30: S d ng hydrogen làm nhiên li u ............................................................................................................... 77
Bài 31: Pin nhiên li u.............................................................................................................................................. 79
Bài 32: Nhi t và công ............................................................................................................................................. 81
Bài 33: Giãn n đo n nhi t ..................................................................................................................................... 84
Bài 34: Giãn n đo n nhi t ..................................................................................................................................... 86
Bài 35μ Phép đo nhi t l ng ................................................................................................................................... 88
Bài 35Bμ Phép đo nhi t l ng ................................................................................................................................. 91

Bài 36: Nhi t đ ng h c c a m t quá trình sinh h c b n v ng ................................................................................ 94
Bài 37: Bi n thiên entropy ...................................................................................................................................... 97
Bài 38μ N ng l ng t do...................................................................................................................................... 100
Bài 3λμ N ng l ng t do...................................................................................................................................... 103
Bài 40μ N ng l ng t do...................................................................................................................................... 105
Bài 41μ N ng l ng t do...................................................................................................................................... 106
Bài 42: Kh n ng di n bi n c a ph n ng................................................................................................................... 108
Bài 44μ N ng l ng t do...................................................................................................................................... 112
Bài 45μ N ng l ng t do - S ph thu c áp su t ................................................................................................. 114
Bài 46μ N ng l ng t do - S ph thu c áp su t ................................................................................................. 116
Bài 47μ N ng l ng t do...................................................................................................................................... 118
Bài 48μ N ng l ng t do...................................................................................................................................... 120


Bài 4λμ N ng l ng t do...................................................................................................................................... 122
Bài 50μ N ng l ng t do và h ng s cân b ng .................................................................................................... 124
Bài 51: Phá h y b t t o màu ................................................................................................................................. 126
Bài 52μ N ng l ng t do...................................................................................................................................... 129
Bài 53: Ph thu c c a h ng s cân b ng vào nhi t đ .......................................................................................... 131
Bài 54: Ph thu c c a h ng s cân b ng vào nhi t đ .......................................................................................... 133
Bài 55μ ng h c và nhi t đ ng h c ..................................................................................................................... 136
Bài 56μ N ng l ng t do và h ng s cân b ng .................................................................................................... 139
Bài 57μ N ng l ng t do và h ng s cân b ng .................................................................................................... 142
Bài 58μ N ng l ng t do và h ng s cân b ng .................................................................................................... 143
Bài 59: Ph n ng trong pin ................................................................................................................................... 145
Bài 60μ ng c nhi t và pin nhiên li u ............................................................................................................... 147
Bài 61: Q trình lị cao ........................................................................................................................................ 150
Bài 62: Chuy n hóa gi a đ ng và oxide ............................................................................................................... 152
Cân b ng hóa h c ...................................................................................................................................................... 156
Bài 63: Cân b ng hóa h c ..................................................................................................................................... 156

Bài 64: Cân b ng hóa h c ..................................................................................................................................... 158
Bài 65: Cân b ng hóa h c ..................................................................................................................................... 159
Bài 66: Cân b ng dimer hóa.................................................................................................................................. 160
Bài 67: Cân b ng hóa h c ..................................................................................................................................... 161
Bài 67B: Cân b ng hóa h c ................................................................................................................................ 163
Bài 68: Cân b ng hóa h c trong bình kín .............................................................................................................. 164
Bài 69: Cân b ng hóa h c ..................................................................................................................................... 166
Bài 70: Cân b ng hóa h c ..................................................................................................................................... 168
Bài 71: Cân b ng hóa h c ..................................................................................................................................... 171
Bài 72: Cân b ng hóa h c ..................................................................................................................................... 174
Bài 73: Cân b ng hóa h c ..................................................................................................................................... 176
Bài 74: S d ng hydrogen làm nhiên li u (2)- H ng s cân b ng ........................................................................ 180
Bài 75: Hydrogen t methanol và methanol t hydrogen ..................................................................................... 183
Bài 76: Cân b ng hóa h c ..................................................................................................................................... 186
Bài 77: Cân b ng hóa h c ..................................................................................................................................... 187
Bài 78: Cân b ng phase khí .................................................................................................................................. 189
Bài 79: Cân b ng trong máu ................................................................................................................................. 193
Bài 80: Nhi t đ ng h c c a silicon dioxide .......................................................................................................... 196
Bài 81: Nhi t hóa h c c a các xylene ................................................................................................................... 198
Bài 82: Cân b ng................................................................................................................................................... 201
Bài 83: Kh i ph và h ng s cân b ng.................................................................................................................. 203
Bài 84μ Ph ng trình Arrhenius ............................................................................................................................ 205
Bài 85: Các hàm nhi t đ ng ...................................................................................................................................... 208
Bài 86μ
ch n l c c a ph n ng chu i g c ....................................................................................................... 210
Bài 87μ δ u tr hydrogen...................................................................................................................................... 216
Bài 88: Cân b ng hóa h c ..................................................................................................................................... 219
Bài 8λμ N ng l ng liên k t và cân b ng hóa h c................................................................................................. 226
Bài 90: Tính ch t tr ng thái và cân b ng............................................................................................................... 228
Gi n đ phase ............................................................................................................................................................ 237

Bài 94: Gi n đ phase ........................................................................................................................................... 237
Bài 95: Các tr ng thái ........................................................................................................................................... 240
Bài 96: Gi n đ phase ........................................................................................................................................... 242
Bài 97: Gi n đ phase ........................................................................................................................................... 244
Bài 99: Cân b ng c p ch t l ng trong h 2 c u t . Ch ng c t b ng h i n c. ..................................................... 250
Bài 100μ B ng nóng và đ c ................................................................................................................................... 253


Ph l c
Các d ki n Nhi t đ ng h c ch n l c

*Trích t sách Chemistry (9th Edition) c a Steven S. Zumdahl, Susan A. Zumdahl ( H Illinois).
Trong tuy n t p c ng s d ng m t s bài t p trong quy n sách này.




N ng l

ng liên k t trung bình (kJ/mol)


Nguyên lí th nh t
-

Khái ni m v h và môi tr

-

N ng l

ng, nhi t và công

ng


Bài 1: Khí trong bánh - Ph

ng trình tr ng thái khí

Mu i c a ammonia có th đ c tìm th y trong các cơng th c c a bánh g ng d ng baking soda
- m t lo i b t làm n bánh (b t n ). Nó là h n h p c a ammonium hydrogencarbonate và
ammonium carbamate. Trong các giáo trình hố h c, b n s th y các thành ph n khác nhau.
Khi đun nóng 180 oC, c hai h p ch t trong baking soda đ u phân hu . Xem r ng mu i này là
h n h p đ ng mol c a ammonium hydrogencarbonate và ammonium carbamate. Vi t ph ng
trình ph n ng phân hu . Tính th tích t ng lên c c đ i c a b t nhào khi 1 gam baking soda phân
hu
180 oC (p = 1.013 bar).


H

ng d n

a) Ph

ng trình ph n ng:

H n h p c a 1 mol ammonium hydrogencarbonate (M = 79.06 g/mol) và 1 mol
ammoniumcarbamate (M = 78.08 g/mol) n ng 157.14 g và khi đun nóng gi i phóng 6 mol khí.

1 g h n h p t o ra n = 6 (1/157.14) mol khí khi đun nóng


Bài 2: Ph

ng trình tr ng thái khí

Ph ng trình tr ng thái khí lý t ng PV = nRT th ng ch phù h p đ tính tốn tr ng thái c a
các khí th c áp su t th p ho c nhi t đ cao (lúc này khí th c có tính ch t g n v i khí lý t ng).
tính tốn chính xác h n, van der Waals đ a ra ph ng trình tr ng thái khí th c nh sauμ
2

n
[Pđo + a   ](V - nb) = nRT.
V 
2

n
a) Gi i thích ý ngh a c a hai s h ng hi u ch nh cho áp su t a   và th tích (nb) trong
V 
ph ng trình van der Waals trên.
b) Cho 25g khí Ar trong m t bình có th tích 1.5 dm3
coi Ar là khí lý t ng? N u coi Ar là khí th c?

30oC. Áp su t khí b ng bao nhiêu n u


H

ng d n

a) ụ ngh a c a hai s h ng hi u ch nh:
-

Vì b n thân các phân t khí th c c ng chi m m t ph n th tích (khác v i gi thi t v khí lý
t ng coi m i phân t khí là m t ch t đi m khơng có th tích) nên ph n khơng gian t do c a
các phân t khí th c chuy n đ ng đ c trên th c t là V - nb. đây nb là th tích riêng ph n
c a n mol phân t khí. Do đó áp su t (trên lý thuy t) các khí tác d ng lên thành bình là:
nRT
P' =
V − nb

-

Tuy nhiên trên th c t gi a các khí th c có l c h p d n (l c hút van der Waals). H qu là áp
su t các phân t khí tác d ng lên thành bình (c ng là giá tr đo đ c) Pđo nh h n P’. Vì th
2

n
s h ng a   đ c g i là áp su t n i c a n mol khí th c (c ng đ c tr ng cho m c đ t
V 
tác h p d n gi a các phân t khí th c).
b) Ph

ng trình khí lý t

ng có d ng PV = nRT, t đó P = nRT/V

S mol c a khí n = 25/35.95 = 0.626 (mol)
V y n u coi Ar là khí lý t

ng P = 0.626·0.082·(30+273)/1.5 = 10.37 (atm).

N u Ar là khí th c:
T ph

ng trình van der Waals ta cóμ

nRT
 n  0.626  0.082(30 + 273)
 0.626 
− a  =
− 1.337 
 = 10.28atm
−2
1.5 − 0.626  3.20 10
V − nb
V 
 1.5 
2

Pđo =

2

ng


Bài 3: Thuy t đ ng h c ch t khí và các đ nh lu t khí
Các đ ng cong phân b t c đ εaxwell đi n hình v i 1 mol khí N2

nhau (100 K, 300 K, 700 K) đ c cho d i đâyμ

3 giá tr nhi t đ khác

1) a) Xác đ nh nhi t đ t ng ng v i các đ ng cong; b) V m t lí thuy t, di n tích d
đ ng cong là b ng nhau. i u này đúng hay sai?
Các đ th PV/RT vs. P v i 1 mol các khí H2, NH3, CH4 và Ar đ

2) Xác đ nh đ

ng cong t

c cho d

i các

i đây.

ng ng v i m i khí.

3) Ph ng trình van der Waals v i 1 mol khí th c là (P + a/V2)(V - b) = RT. Xác đ nh tr t t
gi m d n giá tr “a” v i các khí H2, NH3, CH4.
i) H2 < NH3 < CH4
ii) H2 > NH3 > CH4
iii) H2 < CH4 < NH3
iv) H2 > CH4 > NH3
4) M t th l n di chuy n xu ng đ sâu 20 m c a n c bi n ( = 1.03 × 103 kg m-3) r i nhanh
chóng tr i lên b m t đ hít th . Tính bi n thiên áp su t (theo atmosphere) khi đ n m t n c
t đ sâu đó.

5) Tính c n ng (Joule) c a ph i n u s giãn n t ng t đ c th c hi n b m t bi n t i nhi t
đ khơng đ i (gi s th tích khơng khí trong ph i là 12 δ d i đi u ki n th ng).
6) C th ng i ho t đ ng t t nh t khi khí oxygen có áp su t riêng ph n là 0.2 atm. Tính ph n
tr m oxygen theo th tích trong khơng khí đ c th l n mang theo đ sâu d i bi n là 20
m đ ch c n ng c th ho t đ ng t t nh t.


H

ng d n

1) a)

ng aμ 100Kν đ

ng bμ 300 Kν đ

ng cμ 700 Kν b) úng.

2) a)

ng a: H2ν b) đ

ng b: CH4ν c) đ

ng c: NH3ν d) đ

3) H2 < CH4 < NH3
4) 2 atm

5) 134.7 J
6) 6.7 %

ng d: Ar.


Bài 4: Nhi t và công
1) Khi m t h t ng th tích, nó h p th 52.5 J n ng l ng d ng nhi t t môi tr ng xung
quanh. Piston đang ho t đ ng kháng l i áp su t 0.500 atm. Th tích cu i (Vf) c a h là 58.0
L. Tính th tích ban đ u (Vi) c a h bi t n i n ng c a h gi m 102.5 J.
2) M t qu bóng ch a 39.1 mol helium có th tích 876 L 0.0 oC và 1.00 atm. Nhi t đ c a qu
bóng đ c t ng lên 38.0 oC khi nó giãn n đ n th tích 998 L, áp su t v n không đ i. Tính q,
w và ∆E v i helium trong qu bóng. Cho bi t nhi t dung mol c a khí helium là 20.8
J/oC·mol.
3) 1 mol H2O(g) 1.00 atm và 100 oC chi m th tích 30.6 L. Khi 1 mol H2O(g) đ c ng ng t
thành 1 mol H2O(l) 1.00 atm và 100 oC thì gi i phóng 40.66 kJ nhi t. Bi t kh i l ng riêng
c a H2O(l) nhi t đ và áp su t này là 0.996 g/cm3, tính ∆E đ ng ng t 1 mol n c 1.00
atm và 100 oC.


H

ng d n

1)

2) q = nhi t dung riêng × s mol × T

3)

Th tích 1 mol n

c l ng là


Bài 5: Nhi t và công
S ph thu c c a nhi t đ sôi c a methane vào áp su t đ
sau: lg(p / bar) = 3.99 −

c mô t b i ph

ng trình kinh nghi m

433
Ts / K − 0.49

a) Xác đ nh nhi t đ sôi c a methane

áp su t 3 bar.

Chênh l ch v n i n ng c a methane khí và l ng nhi t đ sôi 112 K
kJ/mol. M t v t th đ c làm l nh b ng cách làm bay h i CH4(l).
b) Tính th tích CH4(g)
v t th .

1.000 atm ph i đ

áp su t khí quy n là 7.25

c t o thành t ch t l ng đ lo i 32.5 kJ nhi t kh i

H
a)

b)

ng d n


Bài 6: Nhi t và công
Cho 10 L m t khí lí t ng 0oC and 10 atm, tính th tích cu i và cơng th c hi n trong ba t p
h p đi u ki n sau, v i áp su t cu i là 1 atm.
1)

Giãn n thu n ngh ch đ ng nhi t

2)

Giãn n thu n ngh ch đo n nhi t

3)

Giãn n đo n nhi t b t thu n ngh ch th c hi n nh sauμ Gi s áp su t gi m đ t ng t đ n 1
atm và sau đó khí giưn n đo n nhi t t i áp su t không đ i.

[δ u ý là nhi t dung mol t i th tích khơng đ i có quan h : C v =

3
R , v i R là h ng s khí.]

2


H

ng d n

1)

Giãn n thu n ngh ch đ ng nhi t

Chúng ta có 100 / 22.41 = 4.461 mol, và th tích cu i cùng là
V2 =

P1V1 10  10
= 100(l)
=
P2
1

(1)

Cơng sinh ra do khí là
− w = q = nRT ln

V2
V1

(2)

= 4.461  8.314  273.2 ln10 = 23335 J
2)

Giãn n thu n ngh ch đo n nhi t

Chú ý r ng
3
R+R
5
=
= 2
=
Cv
R
3
Cp

(3)

Vì v y
1

3
 P1  
V2 =   V1 = (10) 5  10 = 39.8 (l)
 P2 

và nhi t đ cu i thu đ

T2 =

(4)

ct

P2 V2
1 39.81
= 108.8K
=
nR 4.461 0.08205

(5)

Cho quá trình đo n nhi t
q = 0 và

E = q + w = w

w = E = nCv T = −9141 J

3)

(6)

Giãn n không thu n ngh ch đo n nhi t
Do q = 0, chúng ta có: E = w = nC v (T2 − T1 )
w = -P2(V2 – V1)

(8)

nRT2 nR  273.2
3
và − nR(T2 − 273.2) = (
) (9)
−
2
1
10
Ti p theo

(7)


T2 = 174.8 K
Và E = w =

(10)

3
nR(174.8 − 273.2) = -5474J
2

(11)


Bài 7: Chu trình nhi t đ ng h c
Nh m t nguyên t c c b n c a nhi t đ ng l c h c, công th c hi n đ
nh h n l ng nhi t đ c chuy n hóa vào cơng vi c đó.

c b i m t máy đ nh k s

Chúng ta hãy quan sát m t chu trình nhi t đ ng l c h c c a máy, ch a 3.0 mol. Chu trình g m
b n b c nh sauμ
A Bμ giãn n đ ng nhi t thu n ngh ch t pA, VA (30.0 δ) đ n pB (1.70 bar),VB

800°C

B Cμ làm l nh đ ng tích xu ng 235°C
C

Dμ nén đ ng nhi t thu n ngh ch VA

D Aμ nung nóng đ ng tích
1. Tính hi u su t c a máy.
2. Tính giá tr p và V t i các đi m A, B, C, and D, và phác th o chu trình nhi t đ ng này b ng
cách s d ng gi n đ p-V (c n tính tốn d ng c a đ ng cong hyperbol). ánh d u ph n
hình h c b ng cách tô đen, t ng ng v i ph n làm vi c c a h th ng.

3. Tính cơng c a q trình giãn n đ ng nhi t thu n ngh ch
ngoài c a máy.

800°C và l

Gi đ nh r ng, b t đ u t đi m A, máy giãn n đo n nhi t thu n ngh ch đ n VB.
4. Tính nhi t đ và áp su t cu i cùng c a quá trình giãn n đo n nhi t trên.

ng nhi t thoát ra


H

ng d n

1)

2)
A:

L

bar

B:

bar

L

C:
D:

L

bar

L

bar

Di n tích b tơ đen =

kJ

3)

kJ
4)

và
bar
K