Một bình cầu kín cách nhiệt, thể tích 100l, có 5g khí H2 và 12g khí O2. Người ta đốt cháy hỗn hợp khí trong bình. Biết khi có một mol hơi nước được tạo thành trong phản ứng thì có một lượng n

Đáp án đúng là A

- Số mol ban đầu của H 2 là: n 1 = 5 2 ; số mol ban đầu của O 2 là: n 2 = 1 2 3 2 = 3 8

- Phương trình phản ứng: O 2 + 2 H 2 → 2 H 2 O

Như vậy, cứ 1   m o l O 2 kết hợp với 2   m o l H 2 tạo thành 2   m o l H 2 O

Suy ra: 3 8 mol O 2 kết hợp với 6 8 mol H 2 tạo thành 6 8   m o l H 2 O

Vì n 1 = 5 2 > 6 8 nên O 2 tham gia phản ứng hết và còn dư H 2 .

- Số mol H 2 còn dư là: n 3 = 5 2 − 6 8 = 7 4

- Số mol H 2 O được tạo thành là: n 4 = 6 8 = 3 4

Gọi T (và t ) là nhiệt độ của hỗn hợp sau phản ứng. Ta có:

+ Áp suất riêng phần của khí H 2 còn dư sau phản ứng là: p 1 = n 3 R T V

+ Áp suất riêng phần của hơi nước tạo thành sau phản ứng là: p 2 = n 4 R T V

+ Áp suất của hỗn hợp khí trong bình sau phản ứng là:

p = p 1 + p 2 = ( n 3 + n 4 ) R T V = ( 7 4 + 3 4 ) R T V = 5 R T 2 V (1)

- Gọi Q là nhiệt lượng tỏa ra sau khi đốt cháy khí trong bình (tạo thành 3 4 m o l     H 2 O ):

Q = 2 , 4 . 1 0 5 n 4 = 2 , 4 . 1 0 5 . 3 4 = 1 , 8 . 1 0 5 J

- Gọi m 1 , m 2 là khối lượng của H 2 và hơi nước sau khi phản ứng, ta có:

m 1 = 7 4 . 2 = 3 , 5 g ;     m 2 = 3 4 . 1 8 = 1 3 , 5 g

- Nhiệt lượng do khí H 2 và hơi nước thu vào sau phản ứng:

Q ' = Q 1 + Q 2 = ( c 1 m 1 + c 2 m 2 ) ( t − t 0 ) (2)

⇒ Q ' = ( 1 4 , 3 . 3 , 5 + 2 , 1 . 1 3 , 5 ) ( t − 2 0 ) = 7 8 , 4 ( t − 2 0 ) = 7 8 , 4 t − 1 5 6 8 J

- Phương trình cân bằng nhiệt : Q′ = Q

⇔ 7 8 , 4 t − 1 5 6 8 = 1 , 8 . 1 0 5 ⇒ t = 2 3 1 6 ° C hay T   = 2 5 8 9 K

- Thay T = 2 5 8 9   K ; R = 8 , 3 1 (   J / m o l . K ) ; V = 1 0 0 . 1 0 − 3 = 0 , 1   m 3 vào (1) ta được:

p = 5 . 8 , 3 1 . 2 5 8 9 2 . 0 , 1 = 5 , 4 . 1 0 5 ( N / m 2 )

Vậy: Áp suất trong bình sau phản ứng là 5 , 4 . 1 0 5 ( N / m 2 )