Phản ứng phân hủy: \[ \text{H}_{2}\text{O}_{2} \;\longrightarrow\; \text{H}_{2}\text{O} + \tfrac{1}{2}\text{O}_{2} \] là phản ứng bậc một.
Nồng độ ban đầu của H2O2 là 1,00M. Ở 30oC hằng số tốc độ k = 1,4×10–2 min–1
b) Tính nồng độ H2O2 còn lại sau 10 phút.
c) Ở 40oC, hằng số k = 4,4×10–2min–1. Tính năng lượng hoạt hóa Ea của phản ứng.
Trả lời:
Đáp án đúng:
Câu hỏi yêu cầu tính toán liên quan đến động học hóa học, cụ thể là phản ứng phân hủy H₂O₂ bậc một.
**Phần b) Tính nồng độ H₂O₂ còn lại sau 10 phút:**
Vì phản ứng là bậc một, ta sử dụng công thức tích phân của định luật tốc độ cho phản ứng bậc một:
\[ \ln \left( \frac{\text{[A]}_t}{\text{[A]}_0} \right) = -kt \]
hoặc
\[ \text{[A]}_t = \text{[A]}_0 e^{-kt} \]
Trong đó:
- [A]₀ là nồng độ ban đầu của chất phản ứng (H₂O₂), bằng 1,00 M.
- [A]t là nồng độ chất phản ứng còn lại sau thời gian t.
- k là hằng số tốc độ, bằng 1,4×10⁻² min⁻¹.
- t là thời gian, bằng 10 phút.
Thay số vào công thức:
\[ \text{[H}_2\text{O}_2]_t = 1.00 \text{ M} \times e^{-(1.4 \times 10^{-2} \text{ min}^{-1}) \times (10 \text{ min})} \]
\[ \text{[H}_2\text{O}_2]_t = 1.00 \text{ M} \times e^{-0.14} \]
\[ \text{[H}_2\text{O}_2]_t \approx 1.00 \text{ M} \times 0.8694 \approx 0.869 ext{ M} \]
Vậy nồng độ H₂O₂ còn lại sau 10 phút là khoảng 0,869 M.
**Phần c) Tính năng lượng hoạt hóa Ea của phản ứng:**
Để tính năng lượng hoạt hóa, ta sử dụng phương trình Arrhenius dạng liên hệ giữa hai nhiệt độ:
\[ \ln \left( \frac{k_2}{k_1} \right) = \frac{E_a}{R} \left( \frac{1}{T_1} - \frac{1}{T_2} \right) \]
Trong đó:
- k₁ là hằng số tốc độ ở nhiệt độ T₁.
- k₂ là hằng số tốc độ ở nhiệt độ T₂.
- Ea là năng lượng hoạt hóa (J/mol hoặc kJ/mol).
- R là hằng số khí lý tưởng (8,314 J/mol·K).
- T₁ và T₂ là nhiệt độ tuyệt đối (Kelvin).
Ta có:
- k₁ = 1,4×10⁻² min⁻¹ ở T₁ = 30°C = 30 + 273,15 = 303,15 K.
- k₂ = 4,4×10⁻² min⁻¹ ở T₂ = 40°C = 40 + 273,15 = 313,15 K.
- R = 8,314 J/mol·K.
Thay số vào công thức:
\[ \ln \left( \frac{4.4 \times 10^{-2} \text{ min}^{-1}}{1.4 \times 10^{-2} \text{ min}^{-1}} \right) = \frac{E_a}{8.314 \text{ J/mol} \cdot \text{K}} \left( \frac{1}{303.15 \text{ K}} - \frac{1}{313.15 \text{ K}} \right) \]
\[ \ln(3.1428) = \frac{E_a}{8.314} \left( 0.0032988 - 0.0031933 \right) \]
\[ 1.1452 = \frac{E_a}{8.314} (0.0001055) \]
\[ E_a = \frac{1.1452 \times 8.314}{0.0001055} \]
\[ E_a \approx \frac{9.523}{0.0001055} \approx 90265 ext{ J/mol} \]
Chuyển sang kJ/mol:
\[ E_a \approx 90.265 ext{ kJ/mol} \]
Không có đáp án trắc nghiệm được cung cấp để so sánh, nhưng đây là cách giải chi tiết cho từng phần của câu hỏi tự luận.
Đề thi kết thúc học phần Nguyên lí Hóa học 2 (K70C) của Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, Khoa Hóa học. Đề thi gồm 5 câu hỏi lớn, bao quát các chủ đề như nhiệt động học, cân bằng axit-bazơ, động học hóa học, điện hóa học và hóa học trạng thái rắn.
5 câu hỏi 90 phút
