Giải bài tập trang 27 Chuyên đề Hóa 10 Bài 3 - Cánh diều

Giải bài tập trang 27 Chuyên đề Hóa 10 - Cánh diều

Bài tập 1 trang 27 Chuyên đề Hóa 10: Cho phản ứng:

2NO₂(g) → 2NO(g) + O₂(g)

So sánh tốc độ phân hủy NO₂ ở nhiệt độ 25^oC (nhiệt độ thường) và 800^oC (nhiệt độ ống xả khí thải động cơ đốt trong). Biết E_a = 114 kJ mol^-1

Trả lời:

Theo phương trình Arrhenius ta có:

$k_1=A{e}^{\frac{-E_a}{R{T}_1}}$(1)

$k_2=A{e}^{\frac{-E_a}{R{T}_2}}$(2)

Trong đó:

T₁ = 25 + 273 = 298K

T₂ = 800 + 273 = 1073K

Chia vế hai phương trình (2) cho (1) ta được

$\frac{k_2}{k_1}=e^{\frac{E_a}{R}.\left(\frac{T_2-T_1}{T_2.T_1}\right)}$= $e^{\frac{{114.10}^3}{8,314}.\left(\frac{1073-298}{1073.298}\right)}$= 2,7.10¹⁴

Vậy tốc độ phân hủy NO₂ ở 800^oC (nhiệt độ của ống xả khí thải động cơ đốt trong) gấp khoảng 2,7.10¹⁴ lần tốc độ phân hủy NO₂ ở 25^oC (nhiệt độ thường).

Bài tập 2 trang 27 Chuyên đề Hóa 10: Cho phản ứng:

2SO₂(g) + O₂(g) → 2SO₃(g)

Biết E_a = 314 kJ mol^-1

a) Hãy so sánh tốc độ phản ứng ở 25^oC và 450^oC

b) Nếu sử dụng xúc tác là hỗn hợp V₂O₅ và TiO₂ thì năng lượng hoạt hóa của phản ứng giảm xuống chỉ còn 84 kJ mol^-1 . Hãy so sánh tốc độ phản ứng khi có và không có chất xúc tác ở nhiệt độ 450^oC.

Trả lời:

a) Theo phương trình Arrhenius ta có:

$k_1=A{e}^{\frac{-E_a}{R{T}_1}}$(1)

$k_2=A{e}^{\frac{-E_a}{R{T}_2}}$(2)

Trong đó:

T₁ = 25 + 273 = 298K

T₂ = 450 + 273 = 723K

Chia vế hai phương trình (2) cho (1) ta được

$\frac{k_2}{k_1}=e^{\frac{E_a}{R}.\left(\frac{T_2-T_1}{T_2.T_1}\right)}$= $e^{\frac{{314.10}^3}{8,314}.\left(\frac{723-298}{723.298}\right)}$= 2,26.10³²

Vậy khi nhiệt độ tăng từ 25^oC đến 450^oC thì tốc độ phản ứng tăng 2,26.10³² lần.

b) Áp dụng phương trình Arrhenius ta có:

$k_1=A{e}^{\frac{-E_a\left(1\right)}{RT}}$(3)

$k_2=A{e}^{\frac{-E_a\left(2\right)}{RT}}$(4)

Trong đó: T = 450 + 273 = 723K

Chia vế hai phương trình (4) cho (3), thu được:

$\frac{k_2}{k_1}=e^{\frac{E_a\left(1\right)-E_a\left(2\right)}{RT}}$(5)

Thay số vào (5) ta được: $\frac{k_2}{k_1}=e^{\frac{(314-84){.10}^3}{8,314.723}}$= 4,14.10¹⁶

Vậy khi thêm chất xúc tác thì tốc độ phản ứng tăng 4,14.10¹⁶ lần (dù nhiệt độ giữ nguyên 450^oC).

Bài tập 3 trang 27 Chuyên đề Hóa 10: Thực hiện hai thí nghiệm hòa tan đá vôi vào dung dịch HCl 1M ở cùng một nhiệt độ.

Thí nghiệm 1: Cho 0,5 gam đá vôi dạng bột vào 10 mL HCl 1 M.

Thí nghiệm 2: Cho 0,5 gam đá vôi dạng viên vào 10 mL HCl 1 M.

a) Tốc độ phản ứng ở thí nghiệm nào nhanh hơn? Giải thích.

b) Năng lượng hoạt hóa của hai phản ứng bằng nhau hai khác nhau?

Trả lời:

a) Tốc độ phản ứng ở thí nghiệm 1 nhanh hơn. Vì khi sử dụng đá vôi dạng bột thì diện tích bề mặt tiếp xúc của đá vôi với các phân tử HCl lớn hơn dẫn đến tốc độ phản ứng nhanh hơn.

b) Năng lượng hoạt hóa của hai phản ứng là bằng nhau vì diện tích bề mặt không ảnh hưởng đến năng lượng hoạt hóa.

Bài tập 4 trang 27 Chuyên đề Hóa 10: Cho phản ứng:

C₂H₄(g) + H₂(g) → C₂H₆(g)

Năng lượng hoạt hóa của phản ứng khi có xúc tác Pd là 35 kJ mol^-1 . Hãy so sánh sự thay đổi tốc độ phản ứng khi có xúc tác Pd ở nhiệt độ 300 K và 475 K.

Trả lời:

Theo phương trình Arrhenius ta có:

$k_1=A{e}^{\frac{-E_a}{R{T}_1}}$(1)

$k_2=A{e}^{\frac{-E_a}{R{T}_2}}$(2)

Trong đó:

T₁ = 300 + 273 = 573K

T₂ = 475 + 273 = 748K

Chia vế hai phương trình (2) cho (1) ta được

$\frac{k_2}{k_1}=e^{\frac{E_a}{R}.\left(\frac{T_2-T_1}{T_2.T_1}\right)}$= $e^{\frac{{35.10}^3}{8,314}.\left(\frac{748-573}{748.573}\right)}$= 5,58

Vậy khi có xúc tác Pd tốc độ phản ứng tăng 5,58 lần khi nhiệt độ thay đổi từ 300 K lên 475 K.

Bài tập 5 trang 27 Chuyên đề Hóa 10: Giả sử hai phản ứng hóa học khác nhau có cùng E_a, diễn ra ở cùng nhiệt độ. Vậy hằng số tốc độ k có luôn bằng nhau không?

Trả lời:

Theo phương trình Arrhenius ta có:

$k_{}=A{e}^{\frac{-E_a}{RT}}$(1)

Trong đó A là hằng số cho một phản ứng xác định.

Hai phản ứng có cùng E_a, diễn ra ở cùng nhiệt độ tuy nhiên hằng số A của hai phản ứng là khác nhau ⇒ Tốc độ k khác nhau.