Olympic Hoá học Quốc tế · Năm 2000

Các bài

Bài 2Cây cầu Đan Mạch – Thụy Điển. Hệ thống hầm và cầu nối Copenhagen với Malmö dùng bê tông và thép; bài này xét các phản ứng liên quan đến sản xuất và phá hủy vật liệu. Bê tông gồm xi măng, nước, cát và đá. Xi măng chủ yếu là canxi silicat và aluminat; ở công đoạn cuối người ta thêm thạch cao $\ce{CaSO4.2H2O}$ để cải thiện đông cứng. Nhiệt độ cao có thể tạo hemihydrat không mong muốn: $\ce{CaSO4.2H2O(s) -> CaSO4.1/2H2O(s) + 3/2 H2O(g)}$ . Dữ liệu nhiệt động ở $25\ ^\circ\mathrm{C}$ , 1.00 bar — $\ce{CaSO4.2H2O(s)}$ : $\Delta H_f^\circ = -2021.0$ kJ mol $^{-1}$ , $S^\circ = 194.0$ J K $^{-1}$ mol $^{-1}$ ; $\ce{CaSO4.1/2H2O(s)}$ : $-1575.0$ , $130.5$ ; $\ce{H2O(g)}$ : $-241.8$ kJ mol $^{-1}$ , $188.6$ J K $^{-1}$ mol $^{-1}$ . $R = 8.314$ J mol $^{-1}$ K $^{-1}$ ; $0\ ^\circ\mathrm{C} = 273.15$ K. (2.1) Tính $\Delta H^\circ$ khi chuyển 1.00 kg $\ce{CaSO4.2H2O(s)}$ thành hemihydrat; phản ứng thu nhiệt hay tỏa nhiệt? (2.2) Tính áp suất hơi nước cân bằng (bar) trong bình kín chứa $\ce{CaSO4.2H2O(s)}$ , $\ce{CaSO4.1/2H2O(s)}$ và $\ce{H2O(g)}$ ở $25\ ^\circ\mathrm{C}$ . (2.3) Tính nhiệt độ để áp suất hơi nước cân bằng bằng 1.00 bar, giả sử $\Delta H^\circ$ và $\Delta S^\circ$ không đổi theo nhiệt độ. Ăn mòn sắt gồm các bán phản ứng $\ce{Fe(s) -> Fe^{2+}(aq) + 2e-}$ và $\ce{O2(g) + 2H2O(l) + 4e- -> 4OH-(aq)}$ . Xét pin $\ce{Fe(s)|Fe^{2+}(aq)||OH-(aq),O2(g)|Pt(s)}$ ở $25\ ^\circ\mathrm{C}$ , $E^\circ(\ce{Fe^{2+}/Fe}) = -0.44$ V, $E^\circ(\ce{O2/OH-}) = +0.40$ V; $RT\ln10/F = 0.05916$ V, $F = 96485$ C mol $^{-1}$ . (2.4) Tính sức điện động chuẩn. (2.5) Viết phản ứng tổng khi pin phóng điện. (2.6) Tính hằng số cân bằng ở $25\ ^\circ\mathrm{C}$ . (2.7) Pin hoạt động 24 h ở dòng 0.12 A trong điều kiện chuẩn; tính khối lượng Fe chuyển thành $\ce{Fe^{2+}}$ . (2.8) Tính $E$ khi $[\ce{Fe^{2+}}] = 0.015$ M, pH nửa pin phải 9.00, $p(\ce{O2}) = 0.700$ bar.Lời giải: 1