Bài 4 Entropy và biến thiên năng lượng tự do Gibbs A/ Câu hỏi đầu bài Mở đầu trang 28 Chuyên đề Hóa 10 Hình 4 1 mô tả trật tự sắp xếp của các phân tử nước ở ba thể rắn, lỏng và khí Em hãy cho biết mức[.]
Bài 4: Entropy biến thiên lượng tự Gibbs A/ Câu hỏi đầu Mở đầu trang 28 Chun đề Hóa 10: Hình 4.1 mơ tả trật tự xếp phân tử nước ba thể: rắn, lỏng khí Em cho biết mức độ “mất trật tự” hệ tăng hay giảm theo chiều từ nước đá tới nước Trả lời: Quan sát hình 4.1 xác định được: Mức độ “mất trật tự” hệ tăng theo chiều từ nước đá tới nước B/ Câu hỏi I Entropy Câu hỏi trang 29 Chuyên đề Hóa 10: Khi đun nóng chảy tinh thể NaCl, độ trật tự ion tăng hay giảm? Tại sao? Trả lời: Khi đun nóng chảy tinh thể NaCl, độ trật tự ion tăng muối ăn chuyển từ trạng thái tinh thể sang trạng thái lỏng Ý nghĩa entropy Tính biến thiên entropy phản ứng trình Câu hỏi trang 29 Chun đề Hóa 10: Tính biến thiên entropy chuẩn cho phản ứng đốt cháy mol CH3OH(l) O2(g), thu CO2(g) H2O(g) Trả lời: CH3OH(l) + O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g) ∆r S0298 = S0298 (CO2(g)) + S0298 (H2O(g)) - S0298 (CH3OH(l)) ∆r S0298 = 213,8 + 2.188,7 – 126,8 - S (O2(g)) 298 205,2 = 156,6 J K-1 Luyện tập trang 29 Chun đề Hóa 10: Tính rS0298 phản ứng sau: a) 2Ca(s) + O2(g) → 2CaO(s) b) CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g) c) NH3(g) + HCl(g) → NH4Cl(s) Trả lời: a) rS0298 = S0298 ( CaO(s)) - S0298 (Ca(s)) - S0298 (O2(g)) rS0298 = 2.38,1 – 2.41,6 – 205,2 = -212,2 J K-1 b) rS0298 = S0298 (CO2(g)) + S0298 (H2O(g)) - S0298 (CH4(g)) - S0298 (O2(g)) rS0298 = 213,8 + 2.188,7 – 186,3 – 205,2 = -5,5 J K-1 c) rS0298 = S0298 ( NH4Cl(s)) - S0298 (NH3(g)) - S0298 (HCl(g)) rS0298 = 94,6 – 192,8 – 186,9 = -285,1 J K-1 Luyện tập trang 29 Chuyên đề Hóa 10: Tại S0298 q trình (1) lại dương? Trả lời: Quá trình (1): H2O (l) → H2O (g) Độ “mất trật tự” phân tử nước lớn phân tử nước lỏng ⇒ Entropy nước (H2O(g)) lớn entropy nước lỏng (H2O(l)) ⇒ S0298 trình (1) dương II Biến thiên lượng tự Gibbs khả xảy phản ứng hóa học Luyện tập trang 30 Chun đề Hóa 10: Tính r G 0298 phản ứng sau cho biết điều kiện chuẩn phản ứng có tự xảy hay không a) H2(g) + Cl2(g) → 2HCl(g) r H0298 = -184,6 kJ b) CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) r H0298 = -890,3 kJ c) 2Na(s) + O2(g) → Na2O2(s) r H0298 = -510,9 kJ Trả lời: a) H2(g) + Cl2(g) → 2HCl(g) Ta có: rS0298 = S0298 (HCl(g)) - S0298 (H2(g)) - S0298 (Cl2(g)) rS0298 = 2.186,9 – 130,7 – 223,1 = 20 J K-1 r G0T = r H0T - T rST0 Ở điều kiện chuẩn T = 298 K Ta có: r G 0298 = r H0298 - 298 rS0298 = -184,6.103 – 298.20 = -190560 J < Vậy điều kiện chuẩn phản ứng tự xảy b) CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) Ta có: rS0298 = S0298 (CO2(g)) + S0298 (H2O(g)) - S0298 (CH4(g)) - S0298 (O2(g)) rS0298 = 213,8 + 2.188,7 – 186,3 – 205,2 = -5,5 J K-1 Ở điều kiện chuẩn T = 298 K Ta có: r G 0298 = r H0298 - 298 rS0298 = -890,3.103 – 298.(-5,5) = -888661 J < Vậy điều kiện chuẩn phản ứng tự xảy c) 2Na(s) + O2(g) → Na2O2(s) Ta có: rS0298 = S0298 (Na2O2(s)) - S0298 (Na(s)) - S0298 (O2(g)) rS0298 = 95,0 – 2.51,3 – 205,2 = -212,8 J K-1 Ở điều kiện chuẩn T = 298 K Ta có: r G 0298 = r H0298 - 298 rS0298 = -510,9.103 – 298.(-212,8) = -447485,6 J < Vậy điều kiện chuẩn phản ứng tự xảy Vận dụng trang 31 Chuyên đề Hóa 10: Từ giá trị r G0T phản ứng (2) nhiệt độ 298 K 203 K, cho biết nhiệt độ thấp hay cao phản ứng diễn thuận lợi hơn? Trả lời: Phản ứng (2): 2NO (g) + O2 (g) → 2NO (g) Trong phản ứng (2), r G 0273 = - 79 050 J có giá trị âm r G 0298 = -75 300 J nhiệt độ thấp phản ứng diễn thuận lợi Vận dụng trang 31 Chuyên đề Hóa 10: Phản ứng (3) thực tế cịn gọi phản ứng gì? Trả lời: Phản ứng (3) thực tế gọi phản ứng nung vôi Vận dụng trang 31 Chuyên đề Hóa 10: Mặc dù phản ứng (3) xảy nhiệt độ 848oC, thực tế người ta thường nung nóng CaCO3 tới nhiệt độ 000oC Giải thích sao? Trả lời: Mặc dù phản ứng (3) xảy nhiệt độ 848oC, thực tế người ta thường nung nóng CaCO3 tới nhiệt độ 000oC nhiệt độ khoảng 000oC phản ứng xảy mãnh liệt làm tăng suất sản xuất vôi sống từ đá vôi Bài tập Bài tập trang 32 Chuyên đề Hóa 10: Thả vài tinh thể patassium dichromate K2Cr2O7 màu cam đỏ vào nước (Hình 4.3) Entropy trình hịa tan tăng hay giảm? Giải thích Trả lời: Thả vài tinh thể patassium dichromate K2Cr2O7 màu cam đỏ vào nước, tinh thể patassium dichromate (K2Cr2O7) tan nước ⇒ Độ trật tự ion tinh thể tăng ⇒ Entropy q trình hịa tan tăng Bài tập trang 32 Chuyên đề Hóa 10: Hãy đánh giá khả tự xảy phản ứng sau nhiệt độ chuẩn: 2Al(s) + 3H2O(l) → Al2O3(s) + 3H2(g) Biết rằng: r H0298 = - 818,3 kJ, rS0298 tính theo số liệu cho Phụ lục Từ kết đưa số lí giải thích cho việc đồ vật nhơm sử dụng phổ biến Trả lời: rS0298 = S0298 (Al2O3(s)) + S0298 (H2(g)) - S0298 (Al(s)) - S0298 (H2O(l)) rS0298 = 50,9 + 3.130,7 – 2.28,3 – 3.70,0 = 176,4 J K-1 Ở điều kiện chuẩn T = 298 K Ta có: r G 0298 = r H0298 - 298 rS0298 = -818,3.103 – 298.176,4 = -870867,2 J < r G 0298 âm điều kiện chuẩn phản ứng tự xảy Các đồ vật nhơm sử dụng phổ biến Al phản ứng dễ dàng với H2O điều kiện chuẩn để tạo thành lớp màng oxide Al2O3 bền vững Lớp màng bảo vệ cho nhôm kim loại chống lại tác động ăn mịn mơi trường Bài tập trang 32 Chuyên đề Hóa 10: Hãy xác định nhiệt độ sôi CHCl3(l) bar so sánh với giá trị đo từ thực nghiệm (61,2oC) Giả thiết biến thiên enthalpy entropy q trình khơng thay đổi theo nhiệt độ Biết rằng: f H0298 (kJ mol-1) S0298 (J mol-1K-1) CHCl3(l) -134,1 201,7 CHCl3(g) -102,7 295,7 Trả lời: CHCl3(l) → CHCl3(g) H 0298 = f H0298 ( CHCl3(g)) - f H0298 (CHCl3(l)) H 0298 = -102,7 – (-134,1) = 31,4 kJ ∆ S0298 = S0298 (CHCl3(g)) - S0298 (CHCl3(l)) ∆ S0298 = 295,7 - 201,7 = 94 J K-1 Ở điều kiện chuẩn T = 298 K, bar Ta có: G 0298 = H 0298 - 298 S0298 = 31,4.103 – 298.94 = 3388 J Thực nghiệm T = 61,2 + 273 = 334,2 K G 334,2 = H 0298 - 334,2 S0298 = 31,4.103 – 334,2.94 = -14,8 J Thực nghiệm đo giá trị r G 334,2 âm giá trị r G 0298 Bài tập trang 33 Chuyên đề Hóa 10: Cho phản ứng: ZnCO3(s) → ZnO(s) + CO2(g) Ở điều kiện chuẩn, phản ứng có tự xảy nhiệt độ sau hay không? a) 25oC b) 500oC Biết rằng: r H0298 = 710 kJ, rS0298 = 174,8 J K-1 Giải sử biến thiên enthalpy biến thiên entropy phản ứng không phụ thuộc vào nhiệt độ Trả lời: a) Ở 25oC tức 298 K r G 0298 = r H0298 - 298 rS0298 = 710.103 – 298.174,8 = 657909,6 J > ⇒ Phản ứng không tự xảy 25oC b) Ở 500oC tức (500 + 273) K = 773 K r G 773 = r H0298 - 773 rS0298 = 710.103 – 773.174,8 = 574879,6 > ⇒ Phản ứng không tự xảy 500oC Bài tập trang 33 Chuyên đề Hóa 10: Hãy xác định nhiệt độ thấp để phản ứng nhiệt phân NaHCO3 diễn ra: 2NaHCO3(s) → Na2CO3(s) + H2O(l) + CO2(g) Biết rằng: r H0298 = 9,16 kJ, rS0298 tính theo số liệu cho Phụ lục Giả sử biến thiên enthapy biến thiên entropy phản ứng không phụ thuộc vào nhiệt độ Trả lời: rS0298 = S0298 (Na2CO3(s)) + S0298 (H2O(l)) + S0298 (CO2(g)) - S0298 (NaHCO3(s)) rS0298 = 135,0 + 70,0 + 213,8 – 2.101,7 = 215,4 J K-1 Để phản ứng diễn cần có r G0T = r H0298 - T rS0298 < ⇔ 9,16.103 – T.215,4 < ⇔ T > 42,53 K hay T > -230,47oC Bài tập 6* trang 33 Chuyên đề Hóa 10: Ở điều kiện thường (coi 25oC, bar), có tự xảy trình sắt bị biến đổi thành Fe2O3(s) (có thành phần gỉ sắt) khơng? Trả lời: 4Fe(s) + 3O2(g) → 2Fe2O3(s) r H0298 = f H0298 (Fe2O3(s)) - f H0298 (O2(g)) – f H0298 (Fe(s)) r H0298 = 2.(-824,2) – 3.0 – 4.0 = -1648,4 kJ rS0298 = S0298 (Fe2O3(s)) - S0298 (O2(g)) – S0298 (Fe(s)) rS0298 = 2.87,4 – 3.205,2 – 4.27,3 = -550 J K-1 r G 0298 = r H0298 - T rS0298 = -1648,4.103 – 298.(-550) = -1484500 J < ⇒ Ở điều kiện thường tự xảy trình sắt bị biến đổi thành Fe2O3(s) Bài tập 7* trang 33 Chuyên đề Hóa 10: Để dự đoán khả tự xảy phản ứng cần sử dụng r H0 r G0 Giải thích Trả lời: Tại nhiệt độ T: ∆rG0 = ∆rH0 - T∆S0 Biến thiên lượng tự Gibbs, ∆rG0 tiêu chuẩn để đánh giá khả tự diễn biến q trình phản ứng hóa học nhiệt độ T yếu tố khác điều kiện chuẩn Vậy để dự đoán khả tự xảy phản ứng cần sử dụng r H0 r G0 ... 70,0 + 213,8 – 2 .101 ,7 = 215,4 J K-1 Để phản ứng diễn cần có r G0T = r H0298 - T rS0298 < ⇔ 9,16 .103 – T.215,4 < ⇔ T > 42,53 K hay T > -230,47oC Bài tập 6* trang 33 Chuyên đề Hóa 10: Ở điều... K = 773 K r G 773 = r H0298 - 773 rS0298 = 710. 103 – 773.174,8 = 574879,6 > ⇒ Phản ứng không tự xảy 500oC Bài tập trang 33 Chuyên đề Hóa 10: Hãy xác định nhiệt độ thấp để phản ứng nhiệt... lợi Vận dụng trang 31 Chuyên đề Hóa 10: Phản ứng (3) thực tế cịn gọi phản ứng gì? Trả lời: Phản ứng (3) thực tế cịn gọi phản ứng nung vơi Vận dụng trang 31 Chuyên đề Hóa 10: Mặc dù phản ứng (3)