Chuyên đề Hoá 10 Bài 10: Tính tham số cấu trúc và năng lượng có đáp án

1. Tự luận

• 1 điểm

Hãy tìm hiểu thêm những ưu điểm của Hóa học tính toán khi ứng dụng để tối ưu hóa các quá trình hóa học phức tạp.

Xem đáp án

2. Tự luận

• 1 điểm

Thực hiện nhập dữ liệu như hướng dẫn cho phân tử C₂H₆ (ethane)

Thực hiện nhập dữ liệu như hướng dẫn cho phân tử C2H6 (ethane) (ảnh 1)

Xem đáp án

3. Tự luận

• 1 điểm

Từ kết quả nhiệt tạo thành của phân tử H₂O. So sánh với giá trị thực nghiệm, đưa ra kết luận (Giá trị thực nghiệm của phân tử H₂O(g) là – 241,8 kJ/mol)

Xem đáp án

4. Tự luận

• 1 điểm

Từ kết quả độ dài liên kết O-H và góc liên kết H-O-H trong phân tử H₂O, so sánh với giá trị thực nghiệm, đưa ra nhận xét (Độ dài liên kết O-H là 0,97Ao, góc liên kết H-O-H là 104,5^o)

Xem đáp án

5. Tự luận

• 1 điểm

Thực hành tạo file dữ liệu

a) (C₂H₆.mop)

b) (C₃H₈.mop)

Tối ưu hóa cấu trúc của phân tử và tính nhiệt tạo thành của phân tử C₂H₆, C₃H₈bằng phương pháp PM7

Xem đáp án

a) (C₂H₆.mop)

Bước 1: Sử dụng kết quả từ phần mềm ChenSketch ở Bài 8 cho phân tử C₂H₆. Sau khi vẽ xong, chọn Tool, chọn 3D Optimization. Sau đó chọn nút 3D Viewer để nhận được cấu trúc 3D của phân tử.

Thực hành tạo file dữ liệu a) (C2H6.mop) b) (C3H8.mop) (ảnh 1)

Bước 2: Trong 3D viewer vào menu file, chọn Save as, đặt tên file C2H6.mop (save as file chọn MOPAC Z Maxtrix).

Bước 3: Nhấp chuột phải lên file C2H6.mop → Open with Notepad → Thêm lệnh OPT ENPART (Xác định cấu trúc và năng lượng). Sau đó lưu lại.

Thực hành tạo file dữ liệu a) (C2H6.mop) b) (C3H8.mop) (ảnh 2)

Bước 4: Nhấp đúp chuột trái lên file C2H6.mop, chương trình sẽ chạy và cho 2 file mới xuất hiện là C2H6.out và C2H6.arc. Nếu không thấy kết quả thì nhấn chuột phải lên file C2H6.mop → open with MOPAC2016 nằm trong thư mục D:\MOPAC2016

Bước 5: Xem xét dữ liệu xuất

Mở file C2H6.out bằng notepad. Ở đầu của cửa sổ output có thông tin như sau

Ở cuối cửa sổ output có thông tin như sau:

Kết quả cho biết phép tính đã được thực hiện tố và cung cấp một số dữ liệu thống kê về phép tính.

Bước 6: Diễn giải dữ liệu xuất

Phần kết quả:

Kết quả cho biết nhiệt tạo thành (FINAL HEAT OF FORMATION) của phân tử C₂H₆(ở điều kiện chuẩn theo tính toán) là xấp xỉ -71,85 kJ/mol

Tổng năng lượng phân tử C₂H₆ (ETOT (EONE + ETWO)) là -326,9216 eV.

Độ dài liên kết (BOND LENGTH) và góc liên kết (BOND ENGLE) của phân tử C₂H₆ trong file C2H6.out được thể hiện như hình dưới.

b) (C₃H₈.mop)

Bước 1: Sử dụng kết quả từ phần mềm ChenSketch ở Bài 8 cho phân tử C₃H₈. Sau khi vẽ xong, chọn Tool, chọn 3D Optimization. Sau đó chọn nút 3D Viewer để nhận được cấu trúc 3D của phân tử.

Bước 2: Trong 3D viewer vào menu file, chọn Save as, đặt tên file C3H8.mop (save as file chọn MOPAC Z Maxtrix).

Bước 3: Nhấp chuột phải lên file C3H8.mop → Open with Notepad → Thêm lệnh OPT ENPART (Xác định cấu trúc và năng lượng). Sau đó lưu lại.

Thực hành tạo file dữ liệu a) (C2H6.mop) b) (C3H8.mop) (ảnh 3)

Bước 4: Nhấp đúp chuột trái lên file C3H8.mop, chương trình sẽ chạy và cho 2 file mới xuất hiện là C3H8.out và C3H8.arc. Nếu không thấy kết quả thì nhấn chuột phải lên file C3H8.mop → open with MOPAC2016 nằm trong thư mục D:\MOPAC2016

Bước 5: Xem xét dữ liệu xuất

Mở file C3H8.out bằng notepad. Ở đầu của cửa sổ output có thông tin như sau

Ở cuối cửa sổ output có thông tin như sau:

Kết quả cho biết phép tính đã được thực hiện tố và cung cấp một số dữ liệu thống kê về phép tính.

Bước 6: Diễn giải dữ liệu xuất

Phần kết quả:

Kết quả cho biết nhiệt tạo thành (FINAL HEAT OF FORMATION) của phân tử C₃H₈(ở điều kiện chuẩn theo tính toán) là xấp xỉ -96,59 kJ/mol

Tổng năng lượng phân tử C₃H₈ (ETOT (EONE + ETWO)) là -476,9317 eV.

Độ dài liên kết (BOND LENGTH) và góc liên kết (BOND ENGLE) của phân tử C₃H₈trong file C3H8.out được thể hiện như hình dưới.

6. Tự luận

• 1 điểm

Sử dụng dữ “Output” của phân tử C₂H₆, C₃H₈, xem và so sánh dữ liệu năng lượng của các phân tử với giá trị thực nghiệm.

Biết giá trị thực nghiệm của phân tử C₂H₆, C₃H₈ lần lượt là -84,66 kJ/mol, -105,00 kJ/mol

Xem đáp án

7. Tự luận

• 1 điểm

Thực hiện các bước hiển thị các tham số cấu trúc: độ dài các liên kết và góc liên kết của của phân tử C₂H₆, C₃H₈.

Xem đáp án

8. Tự luận

• 1 điểm

Từ kết quả của các giá trị về năng lượng phân tử, độ dài các liên kết và góc liên kết của phân tử C₂H₆, C₃H₈ so sánh và nhận xét xu hướng thay đổi các kết quả thu được.

Xem đáp án

9. Tự luận

• 1 điểm

Tối ưu hóa cấu trúc của phân tử và tính nhiệt tạo thành của phân tử, độ dài các liên kết và góc liên kết của các phân tử bằng phương pháp PM7. Xác định quy luật biến đổi các giá trị trong dãy các chất sau:

a) Cl₂, Br₂ và I₂.

b) CH₄, NH₃, H₂O

Xem đáp án

Phương pháp tính toán bằng phần mềm MOPAC:

Bước 1: Vẽ công thức phân tử bằng phần mềm ChemSketch. Sau khi vẽ xong chọn Tool, chọn 3D Optimization. Sau đó chọn nút 3D Viewer để nhận được cấu trúc 3D của phân tử

Bước 2: Trong 3D viewer vào menu file, chọn Save as, đặt tên file ví dụ: Cl2.mop (save as file chọn MOPAC Z Maxtrix).

Bước 3: Nhấp chuột phải lên file Cl2.mop → Open with Notepad → Thêm lệnh OPT ENPART (Xác định cấu trúc và năng lượng). Sau đó lưu lại.

Bước 4: Nhấp đúp chuột trái lên file Cl2.mop, chương trình sẽ chạy và cho 2 file mới xuất hiện là Cl2.out và Cl2.arc. Nếu không thấy kết quả thì nhấn chuột phải lên file Cl2.mop → open with MOPAC2016 nằm trong thư mục D:\MOPAC2016

Bước 5: Xem xét dữ liệu xuất ở file Cl2.out bằng notepad.

Bước 6: Diễn giải dữ liệu xuất

Phần kết quả:

Kết quả cho biết nhiệt tạo thành (FINAL HEAT OF FORMATION)

Tổng năng lượng phân tử (ETOT (EONE + ETWO))

Độ dài liên kết (BOND LENGTH) và góc liên kết (BOND ENGLE)

b) - Đối với Cl₂

+ Kết quả nhiệt tạo thành của Cl₂:

+ Tổng năng lượng phân tử:

+ Độ dài liên kết (BOND LENGTH) và góc liên kết (BOND ENGLE)

- Đối với Br₂:

+ Kết quả nhiệt tạo thành của Br₂:

+ Tổng năng lượng phân tử:

+ Độ dài liên kết (BOND LENGTH) và góc liên kết (BOND ENGLE)

Tối ưu hóa cấu trúc của phân tử và tính nhiệt tạo thành của phân tử, (ảnh 2)

- Đối với I₂

+ Kết quả nhiệt tạo thành của I₂:

+ Tổng năng lượng phân tử:

+ Độ dài liên kết (BOND LENGTH) và góc liên kết (BOND ENGLE)

Tối ưu hóa cấu trúc của phân tử và tính nhiệt tạo thành của phân tử, (ảnh 5)

- Xác định quy luật biến đổi trong dãy Cl₂, Br₂, I₂:

+ Kết quả nhiệt tạo thành tăng dần từ Cl₂ đến I₂ ⇒ Độ bền của các liên kết giảm dần từ Cl₂ đến I₂

+ Độ dài liên kết tăng dần từ Cl₂ đến I₂ do bán kính nguyên tử tăng dần nên khoảng cách giữa hai hạt nhân tăng dần.

b) Đối với CH₄:

+ Kết quả nhiệt tạo thành của CH₄:

+ Tổng năng lượng phân tử:

+ Độ dài liên kết (BOND LENGTH) và góc liên kết (BOND ENGLE)

- Đối với NH₃

+ Kết quả nhiệt tạo thành của NH₃:

+ Tổng năng lượng phân tử:

+ Độ dài liên kết (BOND LENGTH) và góc liên kết (BOND ENGLE)

- Đối với H₂O

+ Kết quả nhiệt tạo thành của H₂O

+ Tổng năng lượng phân tử:

+ Độ dài liên kết (BOND LENGTH) và góc liên kết (BOND ENGLE)

- Xác định quy luật biến đổi trong dãy CH₄, NH₃, H₂O

+ Kết quả nhiệt tạo thành giảm theo dãy H₂O > CH₄ > NH₃

10. Tự luận

• 1 điểm

Tối ưu hóa cấu trúc của phân tử và tính độ dài các liên kết H-X (Với X là F, Cl, Br, I)

Xem đáp án

11. Tự luận

• 1 điểm

a) Bằng phương pháp PM7, tối ưu hóa cấu trúc của phân tử CH₄, C₄H₁₀.

So sánh giá trị nhiệt tạo thành của phân tử tính được với giá trị thực nghiệm, đưa ra kết luận. Biết giá trị thực nghiệm của phân tử CH₄ và C₄H₁₀ lần lượt là -74,8 kJ/mol và -126,00 kJ/mol

b) Sử dụng kết quả tính toán ở trên để xác định quy luật biến đổi giá trị nhiệt tạo thành của phân tử trong các dãy chất: CH₄, C₂H₆, C₃H₈ và C₄H₁₀.

Xem đáp án

Phương pháp tính toán bằng phần mềm MOPAC:

Bước 1: Vẽ công thức phân tử bằng phần mềm ChemSketch. Sau khi vẽ xong chọn Tool, chọn 3D Optimization. Sau đó chọn nút 3D Viewer để nhận được cấu trúc 3D của phân tử

Bước 2: Trong 3D viewer vào menu file, chọn Save as, đặt tên file ví dụ: CH4.mop (save as file chọn MOPAC Z Maxtrix).

Bước 3: Nhấp chuột phải lên file HF.mop → Open with Notepad → Thêm lệnh OPT ENPART (Xác định cấu trúc và năng lượng). Sau đó lưu lại.

Bước 4: Nhấp đúp chuột trái lên file CH4.mop, chương trình sẽ chạy và cho 2 file mới xuất hiện là CH4.out và CH4.arc. Nếu không thấy kết quả thì nhấn chuột phải lên file CH4.mop → open with MOPAC2016 nằm trong thư mục D:\MOPAC2016

Bước 5: Xem xét dữ liệu xuất ở file CH4.out bằng notepad.

Bước 6: Diễn giải dữ liệu xuất

Phần kết quả:

Kết quả cho biết nhiệt tạo thành (FINAL HEAT OF FORMATION)

Tổng năng lượng phân tử (ETOT (EONE + ETWO))

Độ dài liên kết (BOND LENGTH) và góc liên kết (BOND ENGLE)

- Đối với CH₄:

+ Kết quả nhiệt tạo thành của CH₄:

+ Tổng năng lượng phân tử:

+ Độ dài liên kết (BOND LENGTH) và góc liên kết (BOND ENGLE)

- Đối với C₄H₁₀

+ Kết quả nhiệt tạo thành:

+ Tổng năng lượng phân tử:

+ Độ dài liên kết (BOND LENGTH) và góc liên kết (BOND ENGLE)

- Các giá trị tính toán bằng phần mềm MOPAC gần đúng với các giá trị thực nghiệm. Điều đó cho thấy việc tính toán bằng phần mềm MOPAC cho kết quả chính xác cao.

b) - Đối với C₂H₆

+ Kết quả nhiệt tạo thành:

+ Tổng năng lượng phân tử:

+ Độ dài liên kết (BOND LENGTH) và góc liên kết (BOND ENGLE)

- Đối với C₃H₈

+ Kết quả nhiệt tạo thành:

+ Tổng năng lượng phân tử:

+ Độ dài liên kết (BOND LENGTH) và góc liên kết (BOND ENGLE)

- Quy luật biến đổi giá trị nhiệt tạo thành

Giá trị nhiệt tạo thành giảm dần theo dãy C₄H₁₀ > C₃H₈ > C₂H₆ > CH₄

Giải thích:

Nhiệt tạo thành càng âm thì hợp chất càng bền. Các hydrocarbon trên đều chỉ chứa liên kết xích ma, bên cạnh đó số lượng liên kết C-H giảm dần theo dãy C₄H₁₀; C₃H₈; C₂H₆; CH₄

⇒ Năng lượng cần để phá vỡ các liên kết giảm dần

⇒ Giá trị nhiệt tạo thành giảm dần.

11 câu hỏi