Bài 3 NHIỆT ĐỘNG HOÁ HỌC
5. Thế đẳng áp-đẳng nhiệ tG
5.5. Tính biến thiên thế đẳng áp của các phản ứng hoá học
Để tính biến thiên thế đẳng áp của phản ứng hóa học có thể sử dụng các công thức sau:
83 - G = H - T.S (3.15)
- Thế đẳng áp còn phụ thuộc vào áp suất. Đối với khí lí tưởng ta có biểu thức:
P2 P1 2 T T 1 P G = G + RTln P (3.16)
Nếu ban đầu P1= 1atm, nghĩa là ứng với điều kiện chuẩn thì 0 T P1 T G = G và thành 0 T T G = G + RTlnP (3.17)
Ví dụ: Tính G của q trình nén 1 mol khí lí tưởng từ 1atm đến 2atm ở nhiệt độ không đổi 250C.
Giải: G = GT - G0T =RTlnP = 8,314.298.ln2 = 1717,3J/mol
G > 0: Quá trình nén khí khơng tự xảy ra. Ngược lại sự giãn khí từ 2atm xuống 1atm (có G = -1717,3 J/mol < 0 ) tự xảy ra.
- Tính theo biến thiên năng lượng tự do sinh của các chất ∆G°S
Hiện nay người ta đã tính được năng lượng tự do sinh của nhiều chất. Từ các số liệu này có thể tính biến thiên năng lượng tự do của phản ứng tương tự như tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng khi biết ∆HS của các chất trong phản ứng.
G0p/ư =∑ G0s/p - ∑G0 p/ư
V í d ụ : Tính biến thiên năng lượng tự do chuẩn (G0) của phản ứng: NO (k) + ½ O2 → NO2
Biết ∆G0 86,57 51,3 KJ Giải: ∆G0p/ư = 51,3 - 86,57 = - 35,27 KJ
CÂU HỎI LƯỢNG GIÁ 3.1. Tính H0298 của phhn ứng: Cgr + H2Ok H2k + COk Từ các phản ứng sau: C + Ogr 1 2(k) COk 2 H0298 = -110,50 kJ 2k 2(k) 2 k 1 H + O H O 2 H0298 = -241,84 kJ ĐS: H = 131,34 KJ 3.2. Từ các dữ kiện sau:
84
H2(k) + 1/2O2(k) → H2O (l) H0298 = -285,8kJ 2C2H6(k) + 7O2(k) → 4CO2(k) + 6H2O(l) H0298 = -3119,6kJ Tính biến thiên entanpy tiêu chuẩn của phản ứng:
2C(than mỡ) + 3H2(k) → C2H6(k) H0298 = ? ĐS: H0298 = -84,6 KJ
3.3. Hãy xác định năng lượng liên kết C-H trong phân tử CH4, cho biết nhiệt thăng hoa của graphit bằng 170,9kcal/mol, nhiệt phân ly của khí hyđro bằng 103,26 kcal/mol và hiệu ứng nhiệt của phản ứng sau:
C(graphit) + 2H2(k) CH4(k), 0 298
H
= -17,89kcal ĐS E = 98,8 kcal
3.4. Cho các dữ kiện sau:
CaCO3(r)→ CaO(r) CO2(k)
S0298 (J/mol.K) 92,9 38,1 213,7 H0298 (kJ/mol) -1206,9 -635,1 -393,5 1. Tính 0
298
G
của phản ứng phân huỷ CaCO3.Cho biết ở 250C phản ứng phân huỷ CaCO3 có xảy ra khơng?
ĐS: 0 298
G
= 131 KJ phản ứng không xảy ra
2. Tìm điều kiện của nhiệt độ để phản ứng phân huỷ CaCO3 xảy ra, biết rằng ∆H0và ∆S0 không phụ thuộc vào nhiệt độ.
ĐS: Phản ứng bắt đầu xảy ra ở nhiệt độ 849 0C
3.5. Khi đốt cháy 1 mol CH3OH(l) ở 2980K nó giải phóng 1 lượng nhiệt là 173,65 Kcal/mol. Biết sinh nhiệt tiêu chuẩn của H2O(l) và CO2(k) lần lượt là: -68,32 Kcal/mol và - 94,04 Kcal/mol. Tính sinh nhiệt tiêu chuẩn của CH3OH.
ĐS: -57,03 Kcal/mol
3.6. Phản ứng đốt cháy NH3 xảy ra theo phương trình: 4NH3(k) + 3O2(k) → 2N2(k) + 6H2O(l)
Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng (H0
298) và nhiệt sinh của NH3 (H0
298(NH3,K) khi biết ở áp suất 1 atm, 250C cứ tạo ra 4,89 lít N2 thì thốt ra 153,60 KJ và nhiệt sinh của nước là - 286,84 Kj/mol.
ĐS: H0
298 = -153,6 KJ H0
298(NH3) = -46,26 KJ 3.7. TínhG của phản ứng ở 7270C
85
CaO(r) + CO2 (k) CaCO3 Cho: H0S, 298 - 288,5 - 151,9 -94 Kcal/mol
S0
298 22,16 9,5 51,06 Cal/mol.độ ĐS: G= 327 Kcal.
3.8. Cho phản ứng:
2CO(k) + 4H2(k) → H2O(l) + C2H5OH(l)
H0298 Kcal/mol -26,4 -66,4 -68,3
S0298 cal/mol.K 31,2 9,5 38,4 16,7 Tính nhiệt độ để phản ứng xảy ra.
ĐS: T< 642,3 K
3.9. Một động cơ nhiệt lý tưởng hoạt động giữa 2 nguồn nhiệt 10000C và 25,400C, thực hiện cơng 2 KJ. Tính hiêụ suất của động cơ.
ĐS: 20%
3.10. Một lượng khí ở áp suất 2.104 N/m2 có thể tích 6 lit.. Được đun nóng đẳng áp khí nở ra và có thể tích 8 lit. Cơng do khí thực hiện có giá trị là:
86