Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Bài 20: Công trong các quá trình nhiệt động học

Bài 20: Công trong các quá trình nhiệt động học

Tải bản đầy đủ - 0trang

Phản ứng bậc hai dưới đây có ảnh hưởng lớn đến sự ơ nhiễm khơng khí



2 NO2 → 2 NO + O2

21-1



Thiết lập quan hệ tích phân giữa các áp suất tổng trong bình phản ứng (ban đầu chỉ chứa

NO2 ngun chất) tại thời điểm t.



21-2



Cho NO2 vào bình có thể tích 2 L tại 600 oC và 600 mmHg, phản ứng xảy ra được 50% sau 3

phút. Tính hằng số vận tốc phản ứng.



Bài 22: Nhiệt động và động học

Khái niệm về động học theo sự kiểm soát nhiệt động sản phẩm phản ứng được dùng khá thường

xuyên trong tổng hợp hữu cơ để định hướng sản phẩm tạo thành, ví dụ như trong q trình sunfo

hóa, phản ứng Diels-Alder, q trình đồng phân hóa và các phản ứng cộng. Ở đây có thể hồn tồn

thu được chuyển hóa qua lại giữa hai sản phẩm khác nhau nhờ kiểm sốt điều kiện phản ứng.

Thơng thường q trình này được biểu diễn bằng sơ đồ phản ứng song song. Dưới đây là phản ứng

A chuyển hóa hồn tồn thành các sản phẩm B và C.

k1

k2





→

B

A

C,

→

←

k −1

k −2



Hình dưới đây mơ tả giản đồ năng lượng phản ứng này.



22-1



Cho các hằng số vận tốc k1=1, k-1=0,01, k2=0,1, và k-2=0,0005 min-1, dự đoán tỷ lệ sản phẩm

B/C trong 4 phút đầu tiên của phản ứng.



22-2



Sử dụng các giá trị hằng số vận tốc trên, dự đoán tỷ lệ sản phẩm B/C khi phản ứng xảy ra

quá 4 ngày.



22-3



B được gọi là sản phẩm kiểm sốt động học, còn C được gọi là sản phẩm kiểm soát nhiệt

động. Khi nhiệt độ của hệ tăng lên phản ứng sẽ xảy ra theo chiều hướng nào?



Bài 23: Giản đồ pha

Giản đồ pha là một cách thuận tiện để mô tả các pha của hợp chất theo hàm của nhiệt độ và áp

suất. Dùng giản đồ pha của nước cho dưới đây để trả lời các câu hỏi sau:

23-1



Cho biết pha tồn tại ở các điểm A, B và C?



23-2



Tại sao nước đá khơng chìm trong nước lỏng?



23-3



Nước giãn nở khi nó đơng đặc. Sử dụng phương trình Clapeyron (



dp

∆H

=

, với ΔH và

dT T∆V



ΔV lần lượt là biến thiên entanpy mol và biến thiên thể tích mol của nước) để giải thích điều

này.

23-4



Một bình thuỷ tinh chứa một phần nước thì được nối với một bơm chân khơng. Có thể quan

sát được biến đổi gì khi bơm hoạt động?



23-5



Một người đàn ông trượt băng trên bề mặt của một tấm băng với áp suất khí quyển là 1 atm

và nhiệt độ là 0oC. Có thể quan sát được biến đổi gì dọc theo đường trượt trên bề mặt của

băng, giả sử băng có thể chịu được trọng lượng của người đàn ông mà không bị vỡ.



Bài 24: Độ lệch chuẩn trong Cơ Học Lượng Tử Một Chiều

Độ lệch chuẩn σ biểu thị sai số có thể có khi đo một lần một vài đại lượng vật lí đo được nào đó. Độ

lệch chuẩn được định nghĩa bằng:

σ = < G 2 > − < G >2 ,

Với G là một đại lượng vật lí đo được, là giá trị trung bình của G; là giá trị trung bình của

G2. Có thể thu được các giá trị trung bình, , bằng cách lấy tích phân đại lượng vật lí

tương ứng được nhân với phân bố xác suất của nó trên tất cả các giá trị của G. Định nghĩa này có

thể áp dụng đồng thời cho thế giới cơ học cổ điển và cơ học lượng tử. Dưới đây là hai ví dụ liên

quan đến sự xác định giá trị σ, một cho tính chất động học của các phân tử khí và một cho chuyển

động của hạt trong một chiều.



24-1 Sự phân bố vận tốc của các phân tử khí tại một nhiệt độ cố định có thể được mơ tả bằng mật

độ xác suất sau (còn gọi là phân bố Maxwell-Boltzmann)



 M 

F ( v) = 4πv 2 



 2πRT 



3/ 2



 − Mv 2 



exp

2

RT







Với v là vận tốc phân tử, M là khối lượng phân tử, T là nhiệt độ tuyệt đối (Kelvin) và R là hằng số

khí. Tính vận tốc trung bình và độ lệch chuẩn σv của phân bố vận tốc các phân tử O 2 ở 300 K.

(O2 = 32 g/mol, R = 8,31 J K-1mol-1)

24-2



Cho là một hạt chuyển động trong chiều x có hàm sóng thơng thường:

ϕ = [(1 / 2π ) exp(− x 2 / 2)]1 / 2 ; − ∞ ≤ x ≤ ∞ ,

Tính vị trí trung bình và độ lệch chuẩn σx của phân bố vị trí hạt sau một số lớn các phép đo

đại lượng x.



24-3



Trong cơ học lượng tử, động lượng cho một chiều có thể diễn tả bằng một tốn tử, ví dụ như



p= −



ih d

, với h là hằng số Planck. Tính động lượng trung bình

và độ lệch chuẩn σp cho hạt

2π dx



có cùng hàm sóng giống như đã mơ tả trong phần 2.

24-4



Tính tích sai số vị trí và động lượng σxσp cho mẫu cơ học lượng tử trên.



Dưới đây là một tích phân thơng dụng:

1/ 2



1 ⋅ 3 ⋅ 5 ⋅ ⋅ ⋅ (2n − 1)  π 

 2 n +1 

∫0

2 n +1

a





n!

2 n +1

2

∫0 x exp(−ax )dx = 2a n+1 với n = 0,1,2,3…





x 2 n exp(− ax 2 )dx =



Bài 25: Hạt trong Cơ Học Lượng Tử Hộp Thế Hai Chiều

Có thể xem các electron π trong hem-sắt của một phân tử hemoglobin như một hệ các electron tự

do chuyển động trong một hộp thế hai chiều. Theo mơ hình này, năng lượng của electron được giới

hạn đến các giá trị



với hằng số Plank h=6,63 x 10 -34 J s; nx và ny là các số lượng tử chính; m e=9,11 x10-31 kg là khối

lượng electron; L là chiều dài hộp.

25-1



Xây dựng giản đồ năng lượng biểu diễn thứ tự tương đối của 17 obitan thấp nhất.



25-2 Cho phân tử có 26 electron, xác định phân bố electron trên các obitan được chiếm cứ có

năng lượng cao nhất ở trạng thái cơ bản.

25-3



Giả sử qui tắc Hund có thể áp dụng cho hệ này, dự đoán hệ này là thuận hay nghịch từ.



25-4 Ánh sáng được hấp thụ trong điều kiện hν = ∆ E thích hợp. Nếu chiều dài L cho hộp thế hai

chiều này là 1 nm thì độ dài sóng ánh sáng (theo nm) có thể dẫn đến sự kích thích bằng bao

nhiêu? [Vận tốc ánh sáng c = 3.00 x108 m/s]



Bài 26: Máy phân tích phổ



Hình 1 dưới đây là cấu tạo của hệ DFDL (distributed feedback dye laser). Hệ này gồm một máy tạo

dao động và một amli.



Máy tạo dao động được làm từ một cuvet thạch anh (tế bào màu 1) được trang bị một máy bơm màu

tuần hồn. Hình 2 cho biết chi tiết cấu tạo của máy tạo dao động này.



Hình. 1. So đồ khối của DFDL



Hai tia laser (λP = 355,00 nm) được phản xạ bởi hai gương điện mơi xoay, sau đó hội tụ vào dung

dịch màu để hình thành một mẫu giao thoa, khoảng cách của nó xác định độ dài sóng của phát xạ

laser. Có thể tính độ dài sóng của phát xạ laser λDFDL theo các phương trình:

HÌnh 2. Cấu tạo chi tiết máy tạo dao động DFDL



λDFDL = 2nΛ

Λ = λ p / 2 sin θ



với n là chỉ số khúc xạ môi trường; Λ là khoảng cách vân giao thoa và θ là góc từ bề mặt thường. Độ

dài sóng phát xạ laser cũng có thể xác định từ khoảng cách vân giao thoa, mà bản thân nó được xác

định từ góc của tia tới. Độ dài sóng của DFDL có thể đo được bằng một máy đo sóng (wavemeter).

Có thể khuyếch đại cường độ của DFDL bằng một amli (tế bào màu thứ hai)

26-1 Độ dài sóng của DFDL bằng bao nhiêu khi góc θ bằng 60,00° và chỉ số khúc xạ môi trường là

1,40?

(a) 374 nm

(b) 474 nm

(c) 574 nm

(d) 674 nm

(e) 774 nm



Bài 27: Phổ khối Thời Gian Bay

Có nhiều cách tách và chọn lọc ion trong phổ khối. Trường điện từ cũng như tần số vô tuyến thường

được dùng để tách các ion trong khối phổ. Phổ khối thời gian bay (TOF - time-of-flight mass

spectrometer) có độ nhạy rất cao và là loại đơn giản nhất trong số các máy phân tích khối lượng

thơng thường. Phép đo khối lượng lớn đã thực hiện được nhờ sự hỗ trợ của hệ thống MALDI

(matrix-assisted laser desorption / ionization) hoặc ion hóa chùm electron (ESI - electrospray

ionization). Các hệ thống này có thể ion hóa các phân tử lớn như protein, ADN và các polime. Hiện

nay nó có thể phân tích các ion có khối lượng phân tử lên đến một triệu đơn vị khối lượng nguyên tử

(amu - atomic mass unit; 1 amu = 1.6605 × 10 -27 kg). Thơng thường, các ion mẫu được hình thành

trong khu vực nguồn của thiết bị bởi phương pháp ion hóa hồn tồn. Người ta áp một điện thế cao

qua nguồn để tách và đẩy nhanh các ion từ nguồn đến khu vực tích tụ trường tự do của thiết bị.

Nguyên lý hoạt động cơ bản của TOF là các ion có cùng động năng sẽ chuyển động với vận tốc

khác nhau phụ thuộc vào giá trị m/z của nó. Điều này có thể thấy được qua phương trình động năng

cổ điển dưới đây:

KE = ½ mν2

Biến đổi ta được biểu thức của vận tốc theo động năng và m / z.

= (2 KE/m)ẵ

Nu khong cỏch t im hình thành ion đến detector tại một vài điểm cố định là L (bỏ qua thời gian

tách từ nguồn), thì thời gian bay (t) có thể tính theo phương trình sau:

t = L / ν = L / (2 • KE/m)½

Trong máy phổ khối hiện đại nhất, các ion hình thành được gia tốc đến năng lượng hàng kiloelectron volt (keV). Tại năng lượng này, thời gian bay có giá trị trong khoảng từ vài chục đến vài trăm

micro giây (µs) (phụ thuộc vào khoảng cách bay). Biểu thức dưới đây biểu diễn động năng của một

ion được gia tốc bởi một điện thế:

KE = zeV

Với z là số điện tích của ion, e là đơn vị điện tích nguyên tố (1,6022 × 10 -19 C) và V (volt) là điện thế

gia tốc được áp dụng.

27-1 Một cytochrome đã proton hóa trung bình có khối lượng phân tử bằng 12,361 amu. Vận tốc

ion (MH+) của cytochrom bằng bao nhiêu khi được gia tốc với điện thế 20,000 V?

(a) 18000 m/s

(b) 28000 m/s

(c) 38000 m/s

(d) 48000 m/s

(e) 58000 m/s

27-2



Nếu detector đặt cách điểm hình thành ion 1,00 m thì thời gian bay của ion bằng bao nhiêu:



(a) 40 µs

(b) 50 µs

(c) 60 µs

(d) 70 µs

(e) 80 µs



Bài 28: Xác định các chất rắn chưa biết

Có 12 mẫu chất rắn chưa biết trong những cái lọ thủy tinh nhỏ được đánh số từ A01 đến A12 trên

bàn của bạn. Mỗi lọ chứa khoảng 100 mg một hợp chất tinh khiết dạng tinh thể hoặc dạng bột. Các

mẫu thí nghiệm chưa biết thuộc các chất sau:



NaCl



CdSO 4



Pb(NO3 ) 2



Ba(OH) 2



Na 2S2 O3



BaCl2



FeSO 4



KI



NaHCO3



NH 4SCN



Chú ý:



(1) Có hai mẫu chưa biết, mỗi mẫu có trong hai bình.

(2) Các cơng thức trên khơng ghi H2O cho các tinh thể hidrat.



Trên bàn của bạn cũng có 14 lọ nhỏ giọt rỗng, 12 lọ thủy tinh nhỏ rỗng, 12 thìa khuấy café, và 5 lọ

nhỏ giọt chứa các thuốc thử sau:



0.1M

1M



AgNO3



3% H 2 O 2



0.1M Na 2S



HCl



0.01% phenolphthalein



Tiến hành:

1. Dùng thìa café đã có để lấy khoảng 20mg của mỗi mẫu thí nghiệm chưa biết vào những lọ rỗng

riêng biệt, thêm khoảng 1ml nước chưng cất vào mỗi lọ để tạo nên những dung dịch chưa xác

định và đánh dấu thích hợp.

2. Dùng 5 thuốc thử đã có và những phản ứng qua lại giữa các dung dịch để nhận biết từng mẫu

thí nghiệm.

Chú ý: (1) Bài thực nghiệm này thuộc loại thí nghiệm vết. Bạn có thể làm nó trên pa-let đã có

hoặc trên một tờ giấy trắng.

(2)

liệu.



Xác nhận kỹ sự quan sát của bạn trước khi viết cấu trả lời lên khoảng trống của bản dữ



Bảng dữ liệu 28

Hợp chất







Hợp chất







Hợp chất







KI



    



BaCl2



    



Na 2S2 O3



    



NaCl



    



FeSO 4



    



NH 4SCN



    



Pb(NO3 ) 2



    



CdSO 4



    



NaHCO3



    



Ba(OH)2



    



Bài 29:



Xác định các dung dịch chưa biết (I) – Thí nghiệm vết khơng điện

phân



1



Đây là loại bài tập thực nghiệm được thực hiện tốt nhất sử dụng thí nghiệm vết.



2

Trong một túi nhựa, có 12 mẫu chưa xác định trong các lọ nhỏ giọt được đánh số từ X01 đến

X12. Mỗi mẫu trong lọ nhỏ giọt 1 mL chứa dung dịch của một hợp chất đơn giản nồng độ 0,1M.



Danh sách các chất này được cho trong Bảng Dữ Liệu. Đồng thời cũng có một lọ nhỏ giọt chứa

phenolphtalien, hai lọ nhỏ giọt rỗng, một pa-let, hai thìa café, một chai nước chưng cất, và một hộp

giấy lau dành cho bạn dùng.

3

Dùng những chất đã có và những phản ứng qua lại của các dung dịch chưa biết để

nhận ra mỗi mẫu thí nghiệm và viết câu trả lời của bạn (mã số) lên khoảng trống của Bản Dữ

Liệu.

Lưu ý :



(1)



Có ba mẫu dùng hai lần.



(2)

Thể tích của mỗi mẫu thí nghiệm khoảng 0,6 mL. Sẽ không cung cấp dung dịch nào khác

nữa.

(3)



Mỗi câu trả lời đúng sẽ nhận được 8 điểm, và mỗi câu trả lời sai sẽ bị phạt trừ đi 2 điểm.



Bảng dữ liệu 29

Hợp chất



Số



Hợp chất



Số



Hợp chất



Số



NaCl



    



AgNO3



    



KI



    



HCl



    



Pb(NO3 ) 2



    



BaCl2



    



H 2SO 4



    



Na 2 CO3



    



NaOH



    



Câu hỏi

29-1



Làm sao để tìm ra mẫu H2SO4 trong thực nghiệm này?



29-2



Làm sao để xác nhận lại dung dịch H2SO4 trong thực nghiệm này?



Bài 30:



Xác định dung dịch chưa biết (I) – Thí nghiệm vết có điện phân



Thuốc thử và dụng cụ

Chỉ thị Axit-Bazơ

Bromthymol Xanh

Nước cất

Mãu chưa xác định



1

1

1

10



Thiết bị điện phân đơn giản

Thìa café

Giấy lọc



1



Mười mẫu thí nghiệm được trình bày trong Bảng Dữ Liệu.



2



Dụng cụ điện phân đơn giản được thể hiện trong Hình 1.



3



Xác định 10 mẫu thí nghiệm chưa biết (kí hiệu số: X01-X10)



Lưu ý:



1

2

1



(1) Những hợp chất trong những dung dịch chưa biết được liệt kê trong Bảng Dữ Liệu.

(2) Mỗi mẫu thí nghiệm chưa biết chứa duy nhất một hợp chất.

(3) Nồng độ của mỗi dung dịch chưa biết vào khoảng là 0,1 mol/L.

(4) Viết câu trả lời của bạn (mã số) vào trong khoảng trống của Bảng Dữ Liệu.



Pin khơ



Pa-lét



Dây đồng

Dây đồng có đầu Pt

Hình 1. Thiết bị điện phân đơn giản

Bảng dữ liệu 30

Hợp chất



Số



Cd(NO3 ) 2



   



KI



Hợp chất



Số



Hợp chất



Số



Na 2S



   



H 2SO 4



   



   



Pb(NO3 ) 2



   



NaOH



   



Na 2S2 O3



   



HCl



   



Zn(NO3 ) 2



   



NaCl



   



Bài 31: Phân tích định lượng Axit Ascorbic trong viên Vitamin C

Thành phần chính trong vitamin C thương mại là axit ascorbic (H 2C6H6O27, FW = 176,12). Axit

ascorbic vừa là một axit, vừa là một chất khử, do đó, cả chuẩn độ axit-bazơ và chuẩn độ oxi hóa khử

đều có thể sử dụng để xác định lượng axit ascorbic trong những viên vitamin C thương mại.

Thí nghiệm này gồm hai phần, phần đầu dùng chuẩn độ axit-bazơ để xác định lượng axit ascorbic

trong một viên vitamin C. Phần thứ hai dùng chuẩn độ oxi hóa khử để thực hiện xác định tương tự.

Sự đánh giá được dựa trên sự chính xác của mỗi phép chuẩn độ. Tính 30% cho chuẩn độ axit-bazơ,

tính 60% cho chuẩn độ oxi hóa khử và 10% cho sự so sánh hai phương pháp.

KIỂM TRA THUỐC THỬ VÀ THIẾT BỊ TRƯỚC KHI THÍ NGHIỆM

Thuốc thử

Dung dịch NaOH

(trên nhãn có ghi nồng độ)

Dung dịch Thiosunfat (Na2S2O3)

(trên nhãn có ghi nồng độ)

Dung dịch Iod (0.01 M)

Chất chỉ thị



Thiết bị

Ống đong

10 mL

100 mL

Cốc thủy tinh

100 mL

250 mL

Bình Erlenmeyer

125 mL



x1

x1

x2

x2



x4



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Bài 20: Công trong các quá trình nhiệt động học

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×