Sử dụng phương pháp PM7 để tối ưu hóa cấu trúc, từ đó tính (độ dài liên kết, góc liên kết)

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

Bài tập 4 trang 66 Chuyên đề Hóa 10: Sử dụng phương pháp PM7 để tối ưu hóa cấu trúc, từ đó tính (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.

Trả lời:

a) Tính biến thiên enthalpy của phản ứng (1) và (2) theo phương pháp PM7:

∆_f$H_{298}^o$(H₂O) =  -241,83333 kJ.mol^-1

∆_f$H_{298}^o$(HF) = -259,13839 kJ.mol^-1

∆_r$H_{298}^o$(1) = 2. ∆_f$H_{298}^o$(H₂O) – 1.0 – 2.0 = 2.(-241,83333) = -483,66666 kJ

∆_r$H_{298}^o$(2) = 2. ∆_f$H_{298}^o$(HF) – 1.0 – 1.0 = 2.(-259,13839) = -518,27678 kJ

Tính biến thiên enthalpy của phản ứng (1) và (2) theo enthalpy tạo thành ở 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) = -546,6 kJ

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)

= 2. (-322,6792) – [-585,9147 + 2.( -28,0470)]

= -3,3497 eV

Biến thiên năng lượng của phản ứng (2)

= 2.năng lượng tổng HF – (năng lượng tổng F₂ + năng lượng tổng H₂)

= 2.(-479,5304) – [-927,7183  + (-28,0470)]

= -3,2955 eV

Nhận xét:

Phản ứng giữa hydrogen và fluorine xảy ra thuận lợi hơn.