Phép đo nhiệt lượng và entanpi mol: Đề thi ôn tập Hóa học

Tài liệu luyện tập nguyên bản này của tutorgum đánh giá kiến thức về phép đo nhiệt lượng và entanpi mol trong phạm vi chương trình Hóa học năm 2017 được cung cấp. Bài kiểm tra các kỹ năng tính toán bằng \(q=mc\Delta T\), xác định dấu của entanpi phản ứng, xác định lượng chất thực sự tham gia phản ứng và đánh giá độ tin cậy của kết quả thực nghiệm. Đây là đề ôn tập chuyên đề, không phải bài thi bao quát toàn bộ khóa học, cũng không phải đề thi NESA chính thức, được NESA công nhận, đề thi các năm trước hay đề thi dự đoán.

01Hướng dẫn làm bài thi

• Thời gian đọc đề đề xuất: 5 phút.
• Thời gian làm bài đề xuất: 50 phút.
• Tổng số điểm: 40.
• Dụng cụ được phép sử dụng: máy tính khoa học và dụng cụ viết. Không sử dụng tài liệu.
• Làm cả năm câu. Trình bày các bước tính toán, ghi đơn vị và đưa ra đáp án với số chữ số có nghĩa phù hợp.
• Đây là các điều kiện áp dụng cho đề luyện tập, không phải khẳng định về quy định hiện hành của kỳ thi chính thức.

Trừ khi câu hỏi có quy định khác, hãy sử dụng các giả định và dữ liệu sau:

• Nhiệt dung riêng của dung dịch nước: \(c=4.18\ \text{J g}^{-1}\,^\circ\text{C}^{-1}\).
• Khối lượng riêng của dung dịch nước: \(1.00\ \text{g mL}^{-1}\).
• Thể tích có tính cộng được, và tổng khối lượng dung dịch bằng tổng thể tích tính bằng mililít, biểu thị theo gam.
• Sử dụng \(q=mc\Delta T\), trong đó \(q\) là nhiệt lượng truyền đi, tính bằng jun (J), \(m\) là khối lượng tính bằng gam (g), \(c\) là nhiệt dung riêng và \(\Delta T=T_f-T_i\) là độ biến thiên nhiệt độ, tính bằng độ Celsius.
• Khi tính entanpi mol, hãy sử dụng nhiệt lượng quy cho phản ứng, tính bằng kilojun (kJ), và lượng chất tham gia phản ứng thích hợp \(n\), tính bằng mol (mol). Phải ghi cả dấu của độ biến thiên entanpi.

Phạm vi kiến thức: Đề này bao gồm phép đo nhiệt lượng, entanpi mol xác định bằng thực nghiệm, dấu của sự truyền nhiệt, lượng chất tham gia phản ứng và đánh giá sự thất thoát nhiệt cũng như các giả định trong phép đo. Đề không bao gồm định luật Hess, entanpi liên kết, tốc độ phản ứng, cân bằng hóa học, điện hóa học hoặc nội dung thuộc các phiên bản chương trình khác.

02Câu hỏi

Câu 1 (7 điểm)

Một học sinh trộn 50.0 mL axit hydrochloric \(1.00\ \text{mol L}^{-1}\) với 50.0 mL natri hydroxide \(1.00\ \text{mol L}^{-1}\) trong một cốc cách nhiệt.

Ban đầu, cả hai dung dịch đều có nhiệt độ \(21.50\,^\circ\text{C}\). Nhiệt độ cao nhất ghi nhận được sau khi trộn là \(28.20\,^\circ\text{C}\).

Phản ứng xảy ra là:

\[ \ce{HCl(aq) + NaOH(aq) -> NaCl(aq) + H2O(l)} \]

Giả sử phản ứng diễn ra hoàn toàn.

(a) Tính độ biến thiên nhiệt độ của dung dịch. (1 điểm)

(b) Tính nhiệt lượng mà dung dịch sau khi trộn thu vào. (2 điểm)

(c) Tính lượng nước được tạo thành, tính bằng mol. (1 điểm)

(d) Tính entanpi mol trung hòa thực nghiệm trên mỗi mol nước được tạo thành. Biểu thị đáp án bằng \(\text{kJ mol}^{-1}\). (2 điểm)

(e) Nêu dấu của entanpi phản ứng và giải thích ý nghĩa của dấu đó đối với phản ứng. (1 điểm)

Câu 2 (8 điểm)

Một học sinh trộn 25.0 mL axit hydrochloric \(2.00\ \text{mol L}^{-1}\) với 40.0 mL natri hydroxide \(1.00\ \text{mol L}^{-1}\).

Ban đầu, cả hai dung dịch đều có nhiệt độ \(22.40\,^\circ\text{C}\). Nhiệt độ cao nhất ghi nhận được sau khi trộn là \(30.50\,^\circ\text{C}\).

Phản ứng xảy ra là:

\[ \ce{HCl(aq) + NaOH(aq) -> NaCl(aq) + H2O(l)} \]

Giả sử phản ứng diễn ra hoàn toàn.

(a) Tính lượng mỗi chất phản ứng có mặt ban đầu, tính bằng mol. (2 điểm)

(b) Xác định chất phản ứng giới hạn và tính lượng nước được tạo thành. (2 điểm)

(c) Tính nhiệt lượng mà dung dịch sau khi trộn thu vào. (2 điểm)

(d) Tính entanpi mol trung hòa thực nghiệm trên mỗi mol nước được tạo thành. Biểu thị đáp án bằng \(\text{kJ mol}^{-1}\). (2 điểm)

Câu 3 (8 điểm)

Một học sinh sử dụng đèn đốt cồn chứa etanol để đun nóng 200.0 g nước trong một lon kim loại.

Khối lượng của đèn đốt trước khi đun nóng là 120.44 g và sau khi đun nóng là 119.62 g. Trong thí nghiệm, nhiệt độ của nước tăng từ \(20.4\,^\circ\text{C}\) lên \(34.1\,^\circ\text{C}\).

Sử dụng khối lượng mol \(46.0\ \text{g mol}^{-1}\) của etanol.

Để so sánh, entanpi mol cháy tham chiếu của etanol là \(-1367\ \text{kJ mol}^{-1}\).

Phản ứng cháy hoàn toàn là:

\[ \ce{C2H5OH(l) + 3O2(g) -> 2CO2(g) + 3H2O(l)} \]

(a) Tính khối lượng etanol đã cháy. (1 điểm)

(b) Tính nhiệt lượng mà nước thu vào. (2 điểm)

(c) Tính lượng etanol đã cháy, tính bằng mol. (1 điểm)

(d) Tính entanpi mol cháy thực nghiệm của etanol. (2 điểm)

(e) So sánh độ lớn của kết quả thực nghiệm với giá trị tham chiếu. Nêu một hạn chế của thí nghiệm có thể giải thích sự khác biệt. (2 điểm)

Câu 4 (7 điểm)

Một học sinh hòa tan 5.05 g kali nitrat, \(\ce{KNO3}\), trong 50.0 g nước. Toàn bộ chất rắn đều tan.

Nhiệt độ của nước giảm từ \(24.60\,^\circ\text{C}\) xuống \(19.10\,^\circ\text{C}\).

Quá trình hòa tan được biểu diễn bằng phương trình:

\[ \ce{KNO3(s) -> K+(aq) + NO3-(aq)} \]

Sử dụng khối lượng mol \(101.1\ \text{g mol}^{-1}\) của kali nitrat. Giả sử khối lượng dung dịch cuối cùng bằng tổng khối lượng nước và kali nitrat đã hòa tan.

(a) Tính độ biến thiên nhiệt độ của dung dịch. (1 điểm)

(b) Tính độ biến thiên nhiệt lượng của dung dịch, \(q_{\text{solution}}\). (2 điểm)

(c) Tính lượng kali nitrat đã hòa tan, tính bằng mol. (1 điểm)

(d) Tính entanpi mol hòa tan thực nghiệm, bao gồm cả dấu. (2 điểm)

(e) Giải thích ý nghĩa của dấu entanpi mol đối với chiều truyền nhiệt. (1 điểm)

Câu 5 (10 điểm)

Một học sinh nghiên cứu entanpi mol trung hòa bằng cách trộn 50.0 mL axit hydrochloric \(1.00\ \text{mol L}^{-1}\) với 50.0 mL natri hydroxide \(1.00\ \text{mol L}^{-1}\).

Học sinh so sánh hai cách bố trí thí nghiệm. Mỗi cách sử dụng cùng lượng chất phản ứng và mỗi lần thực hiện tạo ra 0.0500 mol nước.

Độ tăng nhiệt độ đo được qua ba lần thí nghiệm được trình bày dưới đây.

Đối với cả hai thiết lập, sử dụng tổng khối lượng dung dịch là 100.0 g và nhiệt dung riêng \(4.18\ \text{J g}^{-1}\,^\circ\text{C}^{-1}\).

Trong câu hỏi này, lấy entanpi mol trung hòa tham chiếu là \(-57.0\ \text{kJ mol}^{-1}\).

(a) Tính độ tăng nhiệt độ trung bình cho mỗi thiết lập. (2 điểm)

(b) Tính entanpi mol trung hòa thực nghiệm cho mỗi thiết lập. Trình bày nhiệt lượng dung dịch thu vào và dấu của entanpi phản ứng. (4 điểm)

(c) Tính độ chênh lệch tuyệt đối giữa mỗi kết quả thực nghiệm và giá trị tham chiếu. Xác định thiết lập nào cho kết quả gần với giá trị tham chiếu hơn. (2 điểm)

(d) Giải thích tại sao thiết lập sử dụng cốc có nắp và cách nhiệt cho kết quả khác với thiết lập không đậy nắp. Nêu một hạn chế của thí nghiệm vẫn có thể ảnh hưởng đến kết quả. (2 điểm)

03Lời giải chi tiết và hướng dẫn chấm điểm

Lời giải câu 1

(a) Độ biến thiên nhiệt độ (1 điểm)

Lấy nhiệt độ ban đầu trừ khỏi nhiệt độ cuối, tức là lấy nhiệt độ cuối trừ nhiệt độ ban đầu.

\[ \begin{aligned} \Delta T &= T_f-T_i\\ &=28.20-21.50\\ &=6.70\,^\circ\text{C} \end{aligned} \]

Hướng dẫn chấm:

• 1 điểm cho phép tính và đơn vị chính xác.

(b) Nhiệt lượng dung dịch thu vào (2 điểm)

Trước tiên, tính tổng khối lượng dung dịch.

\[ \begin{aligned} m&=(50.0+50.0)\times1.00\\ &=100.0\ \text{g} \end{aligned} \]

Thay vào công thức \(q=mc\Delta T\).

\[ \begin{aligned} q_{\text{solution}} &=100.0\times4.18\times6.70\\ &=2800.6\ \text{J}\\ &=2.80\ \text{kJ} \end{aligned} \]

Dung dịch thu vào \(2.80\ \text{kJ}\) nhiệt lượng, vì vậy \(q_{\text{solution}}\) mang dấu dương.

Hướng dẫn chấm:

• 1 điểm cho khối lượng chính xác và việc thay số đúng vào \(q=mc\Delta T\).
• 1 điểm cho nhiệt lượng tính được, kèm đơn vị phù hợp.

(c) Lượng nước được tạo thành (1 điểm)

Đổi 50.0 mL thành 0.0500 L và sử dụng \(n=cV\), trong đó \(n\) là lượng chất tính bằng mol, \(c\) là nồng độ tính bằng \(\text{mol L}^{-1}\) và \(V\) là thể tích tính bằng L.

\[ \begin{aligned} n(\ce{HCl})&=1.00\times0.0500\\ &=0.0500\ \text{mol} \end{aligned} \]

Natri hydroxide cũng có cùng lượng chất. Phản ứng có tỉ lệ mol 1:1 giữa natri hydroxide và nước, do đó:

\[ n(\ce{H2O})=0.0500\ \text{mol} \]

Hướng dẫn chấm: 1 điểm cho lượng nước được tạo thành chính xác.

(d) Entanpi mol trung hòa (2 điểm)

Dung dịch thu nhiệt lượng từ phản ứng. Theo giả định được nêu trong phép đo nhiệt lượng, phản ứng mất đi một lượng nhiệt tương đương.

\[ q_{\text{reaction}}=-2.8006\ \text{kJ} \]

Chia nhiệt lượng của phản ứng cho lượng nước được tạo thành.

\[ \begin{aligned} \Delta H_{\text{neut}} &=\frac{q_{\text{reaction}}}{n(\ce{H2O})}\\ &=\frac{-2.8006}{0.0500}\\ &=-56.0\ \text{kJ mol}^{-1} \end{aligned} \]

Entanpi mol trung hòa thực nghiệm là \(-56.0\ \text{kJ mol}^{-1}\).

Hướng dẫn chấm:

• 1 điểm cho việc sử dụng đúng lượng chất tham gia phản ứng và nhiệt lượng phản ứng mang dấu âm.
• 1 điểm cho entanpi tính được với đơn vị chính xác.

(e) Dấu của entanpi phản ứng (1 điểm)

Entanpi phản ứng mang dấu âm. Phản ứng giải phóng nhiệt, nhiệt được truyền sang dung dịch khiến nhiệt độ dung dịch tăng lên. Vì vậy, đây là phản ứng tỏa nhiệt.

Hướng dẫn chấm: 1 điểm cho việc xác định phản ứng tỏa nhiệt và giải thích sự truyền nhiệt.

Lời giải câu 2

(a) Lượng của mỗi chất phản ứng (2 điểm)

Sử dụng \(n=cV\), trước tiên đổi thể tích của mỗi dung dịch sang lít.

Đối với axit hydrochloric:

\[ \begin{aligned} n(\ce{HCl})&=2.00\times0.0250\\ &=0.0500\ \text{mol} \end{aligned} \]

Đối với natri hydroxide:

\[ \begin{aligned} n(\ce{NaOH})&=1.00\times0.0400\\ &=0.0400\ \text{mol} \end{aligned} \]

Hướng dẫn chấm:

• 1 điểm cho lượng axit hydrochloric.
• 1 điểm cho lượng natri hydroxide.

(b) Chất phản ứng giới hạn và lượng nước (2 điểm)

Phương trình phản ứng có tỉ lệ mol 1:1 giữa \(\ce{HCl}\) và \(\ce{NaOH}\).

Axit hydrochloric có lượng 0.0500 mol, trong khi natri hydroxide có lượng 0.0400 mol. Vì vậy, natri hydroxide là chất phản ứng giới hạn.

Một mol natri hydroxide tạo ra một mol nước, do đó:

\[ n(\ce{H2O})=0.0400\ \text{mol} \]

Hướng dẫn chấm:

• 1 điểm cho việc xác định natri hydroxide là chất phản ứng giới hạn.
• 1 điểm cho lượng nước được tạo thành chính xác.

(c) Nhiệt lượng dung dịch thu vào (2 điểm)

Tính độ biến thiên nhiệt độ.

\[ \begin{aligned} \Delta T&=30.50-22.40\\ &=8.10\,^\circ\text{C} \end{aligned} \]

Tổng thể tích dung dịch là 65.0 mL, tương ứng với khối lượng 65.0 g.

\[ \begin{aligned} q_{\text{solution}} &=mc\Delta T\\ &=65.0\times4.18\times8.10\\ &=2200.77\ \text{J}\\ &=2.20\ \text{kJ} \end{aligned} \]

Dung dịch thu vào \(2.20\ \text{kJ}\) nhiệt lượng.

Hướng dẫn chấm:

• 1 điểm cho độ biến thiên nhiệt độ, khối lượng và phép thay số chính xác.
• 1 điểm cho nhiệt lượng tính được với đơn vị phù hợp.

(d) Entanpi mol trung hòa (2 điểm)

Phản ứng giải phóng lượng nhiệt mà dung dịch thu vào.

\[ q_{\text{reaction}}=-2.20077\ \text{kJ} \]

Sử dụng lượng nước được tạo thành là 0.0400 mol, không phải lượng axit hydrochloric ban đầu.

\[ \begin{aligned} \Delta H_{\text{neut}} &=\frac{-2.20077}{0.0400}\\ &=-55.0\ \text{kJ mol}^{-1} \end{aligned} \]

Entanpi mol trung hòa thực nghiệm là \(-55.0\ \text{kJ mol}^{-1}\).

Hướng dẫn chấm:

• 1 điểm cho việc sử dụng đúng lượng nước và dấu chính xác.
• 1 điểm cho entanpi tính được kèm đơn vị.

Quyết định quan trọng trong câu hỏi này là xác định chất phản ứng nào giới hạn lượng nước được tạo thành. Nếu sử dụng lượng axit hydrochloric thay thế, kết quả entanpi mol sẽ không chính xác.

Lời giải câu 3

(a) Khối lượng etanol đã cháy (1 điểm)

Lấy khối lượng cuối cùng của đèn đốt trừ khỏi khối lượng ban đầu, tức là lấy khối lượng ban đầu trừ khối lượng cuối cùng.

\[ \begin{aligned} m(\text{ethanol}) &=120.44-119.62\\ &=0.82\ \text{g} \end{aligned} \]

Hướng dẫn chấm: 1 điểm cho khối lượng etanol đã cháy chính xác.

(b) Nhiệt lượng nước thu vào (2 điểm)

Độ biến thiên nhiệt độ của nước là:

\[ \begin{aligned} \Delta T&=34.1-20.4\\ &=13.7\,^\circ\text{C} \end{aligned} \]

Sử dụng khối lượng nước, không phải khối lượng của đèn đốt hoặc etanol.

\[ \begin{aligned} q_{\text{water}} &=mc\Delta T\\ &=200.0\times4.18\times13.7\\ &=11453.2\ \text{J}\\ &=11.5\ \text{kJ} \end{aligned} \]

Nước thu vào \(11.5\ \text{kJ}\) nhiệt lượng.

Hướng dẫn chấm:

• 1 điểm cho độ biến thiên nhiệt độ và phép thay số chính xác.
• 1 điểm cho nhiệt lượng nước thu vào tính được.

(c) Lượng etanol đã cháy (1 điểm)

Sử dụng \(n=m/M\), trong đó \(m\) là khối lượng etanol tính bằng gam và \(M\) là khối lượng mol của etanol, tính bằng \(\text{g mol}^{-1}\).

\[ \begin{aligned} n(\text{ethanol}) &=\frac{0.82}{46.0}\\ &=0.0178\ \text{mol} \end{aligned} \]

Hướng dẫn chấm: 1 điểm cho lượng etanol chính xác.

(d) Entanpi mol cháy thực nghiệm (2 điểm)

Nước thu nhiệt lượng, vì vậy phản ứng cháy giải phóng nhiệt. Nhiệt lượng của phản ứng quy cho mỗi mol etanol đã cháy được ước tính bằng cách chia nhiệt lượng truyền đi mang dấu âm cho lượng etanol.

Sử dụng các giá trị trung gian chưa làm tròn:

\[ \begin{aligned} q_{\text{reaction}}&=-11.4532\ \text{kJ}\\ \Delta H_c &=\frac{-11.4532}{0.82/46.0}\\ &=-642.6\ \text{kJ mol}^{-1} \end{aligned} \]

Khối lượng etanol được đo với hai chữ số có nghĩa, vì vậy đáp án cuối cùng là:

\[ \boxed{\Delta H_c=-6.4\times10^2\ \text{kJ mol}^{-1}} \]

Hướng dẫn chấm:

• 1 điểm cho việc chia nhiệt lượng phản ứng mang dấu âm cho lượng etanol đã cháy.
• 1 điểm cho kết quả có dấu và đơn vị chính xác.

(e) So sánh với giá trị tham chiếu (2 điểm)

Kết quả thực nghiệm có độ lớn xấp xỉ \(640\ \text{kJ mol}^{-1}\), trong khi độ lớn của giá trị tham chiếu là \(1367\ \text{kJ mol}^{-1}\).

Do đó, kết quả thực nghiệm thể hiện mức tỏa nhiệt thấp hơn nhiều so với giá trị tham chiếu.

Một nguyên nhân là một phần năng lượng được dùng để làm nóng lon kim loại và đèn đốt, hoặc thoát ra môi trường xung quanh thay vì làm nóng nước. Quá trình cháy không hoàn toàn cũng có thể làm giảm nhiệt lượng truyền sang nước.

Hướng dẫn chấm:

• 1 điểm cho việc so sánh chính xác độ lớn của các giá trị.
• 1 điểm cho một hạn chế thực nghiệm hợp lý và tác động của hạn chế đó đến kết quả.

Điểm khác biệt quan trọng là giữa nhiệt lượng do phản ứng giải phóng và nhiệt lượng đo được trong nước. Độ biến thiên nhiệt độ của nước chỉ đo nhiệt lượng mà nước hấp thụ, không nhất thiết phản ánh toàn bộ năng lượng do nhiên liệu giải phóng.

Lời giải câu 4

(a) Độ biến thiên nhiệt độ (1 điểm)

\[ \begin{aligned} \Delta T&=T_f-T_i\\ &=19.10-24.60\\ &=-5.50\,^\circ\text{C} \end{aligned} \]

Độ biến thiên nhiệt độ âm cho thấy dung dịch đã nguội đi.

Hướng dẫn chấm: 1 điểm cho độ biến thiên nhiệt độ và đơn vị chính xác.

(b) Độ biến thiên nhiệt lượng của dung dịch (2 điểm)

Dung dịch cuối cùng chứa cả nước và kali nitrat đã hòa tan.

\[ \begin{aligned} m_{\text{solution}}&=50.0+5.05\\ &=55.05\ \text{g} \end{aligned} \]

Sử dụng khối lượng dung dịch trong công thức \(q=mc\Delta T\).

\[ \begin{aligned} q_{\text{solution}} &=55.05\times4.18\times(-5.50)\\ &=-1265.6\ \text{J}\\ &=-1.27\ \text{kJ} \end{aligned} \]

Dung dịch mất nhiệt, vì vậy độ biến thiên nhiệt lượng của dung dịch mang dấu âm.

Hướng dẫn chấm:

• 1 điểm cho việc sử dụng tổng khối lượng dung dịch và phép thay số chính xác.
• 1 điểm cho độ biến thiên nhiệt lượng tính được, bao gồm dấu âm và đơn vị.

(c) Lượng kali nitrat đã hòa tan (1 điểm)

\[ \begin{aligned} n(\ce{KNO3}) &=\frac{m}{M}\\ &=\frac{5.05}{101.1}\\ &=0.04995\ \text{mol} \end{aligned} \]

Hướng dẫn chấm: 1 điểm cho lượng kali nitrat chính xác.

(d) Entanpi mol hòa tan (2 điểm)

Dung dịch mất \(1.27\ \text{kJ}\) nhiệt lượng. Theo giả định được nêu trong phép đo nhiệt lượng, quá trình hòa tan thu vào lượng nhiệt đó.

Do đó:

\[ q_{\text{reaction}}=+1.2656\ \text{kJ} \]

Chia cho lượng kali nitrat đã hòa tan.

\[ \begin{aligned} \Delta H_{\text{soln}} &=\frac{+1.2656}{0.04995}\\ &=+25.3\ \text{kJ mol}^{-1} \end{aligned} \]

Entanpi mol hòa tan thực nghiệm là \(+25.3\ \text{kJ mol}^{-1}\).

Hướng dẫn chấm:

• 1 điểm cho nhiệt lượng phản ứng mang dấu dương và lượng kali nitrat chính xác.
• 1 điểm cho entanpi tính được với đơn vị chính xác.

(e) Chiều truyền nhiệt (1 điểm)

Entanpi mol dương có nghĩa là quá trình hòa tan thu nhiệt. Quá trình hấp thụ nhiệt từ môi trường xung quanh, bao gồm cả dung dịch, đó là lý do nhiệt độ đo được giảm xuống.

Hướng dẫn chấm: 1 điểm cho việc xác định quá trình thu nhiệt và giải thích chiều truyền nhiệt.

Một lỗi thường gặp là gán cho entanpi phản ứng cùng dấu với độ biến thiên nhiệt lượng của dung dịch. Hai đại lượng này mang dấu trái ngược nhau khi dung dịch là nguồn cung cấp hoặc nơi tiếp nhận nhiệt từ phản ứng.

Lời giải câu 5

(a) Độ tăng nhiệt độ trung bình (2 điểm)

Tính giá trị trung bình cho mỗi thiết lập bằng cách cộng ba số đo rồi chia cho ba.

Đối với Thiết lập A:

\[ \begin{aligned} \overline{\Delta T}_A &=\frac{5.90+6.00+6.10}{3}\\ &=6.00\,^\circ\text{C} \end{aligned} \]

Đối với Thiết lập B:

\[ \begin{aligned} \overline{\Delta T}_B &=\frac{6.50+6.60+6.70}{3}\\ &=6.60\,^\circ\text{C} \end{aligned} \]

Hướng dẫn chấm:

• 1 điểm cho độ tăng nhiệt độ trung bình của Thiết lập A.
• 1 điểm cho độ tăng nhiệt độ trung bình của Thiết lập B.

(b) Entanpi mol thực nghiệm cho mỗi thiết lập (4 điểm)

Cả hai thiết lập đều sử dụng lượng bằng nhau của axit hydrochloric và natri hydroxide có nồng độ \(1.00\ \text{mol L}^{-1}\). Đề bài cho biết 0.0500 mol nước được tạo thành trong mỗi lần thí nghiệm.

Đối với Thiết lập A:

\[ \begin{aligned} q_{\text{solution,A}} &=mc\Delta T\\ &=100.0\times4.18\times6.00\\ &=2508\ \text{J}\\ &=2.508\ \text{kJ} \end{aligned} \]

Phản ứng giải phóng lượng nhiệt này:

\[ \begin{aligned} \Delta H_A &=\frac{-2.508}{0.0500}\\ &=-50.16\ \text{kJ mol}^{-1}\\ &\approx-50.2\ \text{kJ mol}^{-1} \end{aligned} \]

Đối với Thiết lập B:

\[ \begin{aligned} q_{\text{solution,B}} &=100.0\times4.18\times6.60\\ &=2758.8\ \text{J}\\ &=2.7588\ \text{kJ} \end{aligned} \]

Entanpi phản ứng là:

\[ \begin{aligned} \Delta H_B &=\frac{-2.7588}{0.0500}\\ &=-55.176\ \text{kJ mol}^{-1}\\ &\approx-55.2\ \text{kJ mol}^{-1} \end{aligned} \]

Hướng dẫn chấm:

• 1 điểm cho nhiệt lượng dung dịch thu vào trong Thiết lập A.
• 1 điểm cho entanpi mol có dấu trong Thiết lập A.
• 1 điểm cho nhiệt lượng dung dịch thu vào trong Thiết lập B.
• 1 điểm cho entanpi mol có dấu trong Thiết lập B.

(c) Độ chênh lệch so với giá trị tham chiếu (2 điểm)

So sánh từng kết quả thực nghiệm với giá trị tham chiếu \(-57.0\ \text{kJ mol}^{-1}\).

Đối với Thiết lập A:

\[ \begin{aligned} \text{Difference}_A &=|-50.2-(-57.0)|\\ &=6.8\ \text{kJ mol}^{-1} \end{aligned} \]

Đối với Thiết lập B:

\[ \begin{aligned} \text{Difference}_B &=|-55.2-(-57.0)|\\ &=1.8\ \text{kJ mol}^{-1} \end{aligned} \]

Thiết lập B cho kết quả gần với giá trị tham chiếu hơn vì độ chênh lệch tuyệt đối của thiết lập này nhỏ hơn.

Hướng dẫn chấm:

• 1 điểm cho hai độ chênh lệch tuyệt đối, chấp nhận kết quả tính tiếp từ phần (b).
• 1 điểm cho việc xác định Thiết lập B gần với giá trị tham chiếu hơn.

• Các giá trị entanpi được báo cáo

(d) Giải thích sự khác biệt và xác định một hạn chế (2 điểm)

Cốc có nắp và cách nhiệt làm giảm sự truyền nhiệt từ dung dịch ra không khí xung quanh. Vì vậy, phần năng lượng do phản ứng giải phóng đóng góp vào việc làm nóng dung dịch nhiều hơn, tạo ra độ tăng nhiệt độ đo được lớn hơn.

Tuy nhiên, thí nghiệm không được cách nhiệt hoàn toàn. Một phần nhiệt vẫn có thể thoát ra ngoài, hoặc cốc và nhiệt kế có thể hấp thụ nhiệt mà không được tính đến trong phép tính \(q=mc\Delta T\) của dung dịch. Cả hai hạn chế này đều có thể ảnh hưởng đến entanpi mol đo được.

Hướng dẫn chấm:

• 1 điểm cho việc giải thích cách nắp và lớp cách nhiệt làm giảm sự thất thoát nhiệt, từ đó ảnh hưởng đến độ tăng nhiệt độ đo được.
• 1 điểm cho việc xác định một hạn chế thực nghiệm còn tồn tại và hợp lý.

Bài học tổng quát từ những kết quả này là entanpi mol tính được phụ thuộc vào lượng nhiệt do phản ứng giải phóng được vật liệu đang được đo hấp thụ. Kết quả gần với giá trị tham chiếu hơn là bằng chứng cho thấy mức độ phù hợp tốt hơn, nhưng điều đó không chứng minh rằng mọi giả định thực nghiệm đều chính xác.

Tổng cộng: 40 điểm