Sử dụng phương pháp PM7 để tối ưu hóa cấu trúc, từ đó tính cấu trúc

Giải Chuyên đề Hóa học 10 Bài 10: Tính tham số cấu trúc và năng lượng phân của phân tử

Haylamdo biên soạn và sưu tầm lời giải Bài tập 4 trang 66 Chuyên đề học tập Hóa học 10 trong Bài 10: Tính tham số cấu trúc và năng lượng phân của phân tử sách Cánh diều. Với lời giải hay nhất, chi tiết hy vọng sẽ giúp các học sinh dễ dàng nắm được cách làm bài tập trong Chuyên đề Hóa 10.

Bài tập 4 trang 66 Chuyên đề học tập Hóa học 10: Sử dụng phương pháp PM7 để tối ưu hóa cấu trúc, từ đó tính cấu trúc (độ dài liên kết, góc liên kết) các chất có trong các phương trình phản ứng sau:

O₂(g) + 2H₂(g) → 2H₂O(g) (1)

F₂(g) + H₂(g) → 2HF(g) (2)

a) Tính biến thiên enthalpy của phản ứng (1) và (2) theo phương pháp PM7. So sánh kết quả nhận được với kết quả tính từ enthalpy tạo thành chuẩn của các chất trong Phụ lục 2.

b*) Tính biến thiên năng lượng của phản ứng (1) và (2). Từ đó, so sánh khả năng phản ứng của oxygen và fluorine với hydrogen.

Biết rằng, biến thiên năng lượng của phản ứng cũng được tính giống như biến thiên enthalpy của phản ứng, nhưng thay nhiệt tạo thành bởi năng lượng tổng của phân tử.

Chú ý: Enthalpy tạo thành chuẩn của các đơn chất ở trạng thái bền bằng 0

Lời giải:

a) Kết quả tính nhiệt tạo thành chuẩn của H₂O và HF theo phương pháp PM7

∆_f$H_{298}^o$(H₂O) = -241,83 kJ.mol^-1

∆_{f$H_{298}^o$}(HF) = -259,14 kJ.mol^-1

∆_{r$H_{298}^o$}(1) = 2. ∆_{f$H_{298}^o$}(H₂O) – 1.0 – 2.0 = 2.(-241,83) = -483,66 kJ

∆_{r$H_{298}^o$}(2) = 2. ∆_{f$H_{298}^o$}(HF) – 1.0 – 1.0 = 2.(-259,14) = -518,28 kJ

Kết quả nhiệt tạo thành chuẩn của H₂O và HF theo phụ lục 2

∆_{f$H_{298}^o$}(H₂O) = -241,8 kJ.mol^-1

∆_{f$H_{298}^o$}(HF) = -273,3 kJ.mol^-1

∆_{r$H_{298}^o$}(1) = 2. ∆_{f$H_{298}^o$}(H₂O) – 1.0 – 2.0 = 2.(-241,8) = -483,6 kJ

∆_{r$H_{298}^o$}(2) = 2. ∆_{f$H_{298}^o$}(HF) – 1.0 – 1.0 = 2.(-273,3) = -546,6kJ

So sánh: Kết quả nhận được với kết quả tính từ enthalpy tạo thành chuẩn của các chất trong Phụ lục 2 là xấp xỉ nhau.

b*) Biến thiên năng lượng của phản ứng (1) = 2.năng lượng tổng H₂O – (năng lượng tổng O₂ + 2.năng lượng tổng H₂)

⇒ Biến thiên năng lượng của phản ứng (1) = 2. (-322,68) – [-585,91 + 2.(-28,05)]

⇔ Biến thiên năng lượng của phản ứng (1) = -3,35 eV

Biến thiên năng lượng của phản ứng (2) = 2.năng lượng tổng HF – (năng lượng tổng F₂ + năng lượng tổng H₂)

⇒ Biến thiên năng lượng của phản ứng (2) = 2.(-479,53) – [-927,72 + (-28,05)]

⇔ Biến thiên năng lượng của phản ứng (2) = -3,29 eV

⇒ Phản ứng của hydrogen với fluorine xảy ra thuận lợi hơn.