Với một quá trình vật lý, hoặc quá trình hóa học: ∆Shệ= ∑So
(sản phẩm)- ∑So (ban đầu)
Với một hệ xét cả môi trường xung quanh và vũ trụ:
∆Svũ trụ= ∆S hệ+ ∆S môi trường
∆Svũ trụ= 0 → hệ đạt tới cân bằng.
∆Svũ trụ< 0 → quá trình trong hệ ko tự diễn biến
∆Svũ trụ> 0 → quá trình trong hệ tự diễn biến (nguyên lý II)
Trong trường hợp tắnh entropi có liên quan đến nhiệt, quá trình là thuận nghịch ở T=constant, thì qmt = - ∆Ho
hệ, do đó:
92/13/2011 2/13/2011
Vắ dụ: Tắnh ∆Svũ trụcủa quá trình hòa tan muối ăn trong nước ở
25oC. Quá trình đó có tự xảy ra hay ko? Cho biết SNaCl,dd, SNaCl,rắn, ∆Hs,NaCl, dd, ∆Hs,NaCl, rắn.
Hướng dẫn:
Sơ đồ của quá trình: NaCl (rắn) → NaCl (dd).
Tắnh ∆Shệ= S NaCl, dd- SNaCl, rắn.
Tắnh ∆Hhệ= ∆Hs,NaCl, dd- ∆Hs,NaCl, rắn.
Tắnh ∆Smt= -∆Hhệ/T. → ∆Svũ trụ= ∆S hệ+ ∆S môi trường Kết luận, do giá trị của ∆Svũ trụ> 0, nên quá trình trên tự
diễn biến (hay là tự xảy ra).
102/13/2011 2/13/2011
Vắ dụ: Xét phản ứng: CO (k)+ 2H2(k)→CH3OH (l). Phản ứng có tự
xảy ra ở 298 K? Cho biết SCH3OH,lỏng, SCO, khắ, SH2,k,∆HCH3OH,lỏng, ∆HCO, khắ, ∆HH2,k.
Hướng dẫn:
Tắnh ∆Shệ= S CH3OH,lỏngỜ SCO, khắỜ 2.SH2,k.
Tắnh ∆Hhệ= ∆H CH3OH,lỏngỜ ∆HCO, khắỜ 2. ∆HH2,k.
Tắnh ∆Smt= -∆Hhệ/T. → Tắnh ∆Svũ trụ= ∆S hệ+ ∆S môi trường Kết luận, do giá trị của ∆Svũ trụ> 0, nên q/t trên tự diễn biến
Chú ý:Khi tắnh cho pứ hóa học, nhớ nhân thêm hệ số tỉ lượng
vào biểu thức tắnh ∆Shệ(giống việc tắnh ∆Hpứđã học).
11
2/13/2011 12
Xét một quá trình bất kỳ ở điều kiện tiêu chuẩn: ∆Shệ> 0, ∆Hhệ< 0 → quá trình trong hệ tự diễn biến.
∆Shệ< 0, ∆Hhệ> 0 → quá trình trong hệ không tự diễn biến
∆Shệvà ∆Hhệcùng dấu (cùng âm, hoặc cùng dương) → ơnh tự diễn biến còn phụ thuộc vào nhiệt độ trong hệ.
* Quan hệ giữa ∆S, ∆H và tắnh tự diễn biến
19.6. Năng lượng tự do Gibbs
Định nghĩa: G = H Ờ T.S. → ∆G = ∆H Ờ T.∆S
Đặc điểm của năng lượng tự do Gibbs:
Năng lượng tự do G là hàm trạng thái, tức làẦ
Hầu như không thể xác định được giá trị G tuyệt đối của một chất, mà thường tắnh được biến thiên năng lượng tự do
∆G (giống đặc điểm của H và ∆H).
Xét hàm ∆G tức là đã xét cả hai yếu tố ∆S, ∆H đồng thời, và cả T, nên hàm G tỏ ra ưu thế và tiện lợi hơn so với S, H khi xét tắnh tự diễn biến của quá trình.
Biến thiên ∆G của một đơn chất bằng 0. 13 2/13/2011
Tắnh tự diễn biến và ∆G: ∆G < 0: phản ứng tự xảy ra ∆G > 0: phản ứng không tự xảy ra ∆G = 0: quá trình ở trạng thái cân bằng
Chứng minh:
∆Shệ> 0, ∆Hhệ< 0 → ∆G = ∆H Ờ T.∆S < 0.
∆Shệ< 0, ∆Hhệ> 0 → ∆G = ∆H Ờ T.∆S > 0.
Khi ∆Shệvà ∆Hhệcùng dấu (cùng âm, hoặc cùng dương) → quá trình tự xảy ra khi T > ∆H/∆S.
Biến thiên năng lượng tự do của phản ứng:
∆Gồpư= ∑∆Gồs (sản phẩm)-∑∆Gồs (tham gia). 14 2/13/2011
Vắ dụ: Cho pứ: 2Fe2O3 (r)+ 3C(r)→ 4Fe (r)+ 3CO2 (k).Cho biết giá trị Sovà ∆Ho
scủa các chất trong pứ. a) Ở 25oC phản ứng có xảy ra không? b) Tắnh nhiệt độ để cho pứ sau xảy ra?
Hướng dẫn: Tắnh ∆So hệ= 4.So Fe+ 3.So COỜ 2.So Fe2O3Ờ 3.So C. Tắnh ∆Ho hệ= 3. ∆Ho s,COỜ 2. ∆Ho s,Fe2O3. Tại 25oC = 298K → ∆Go hệ= ∆Ho hệỜ T.∆So hệ< 0 →pứ ko xảy ra. Để phản ứng xảy ra được thì ∆G < 0 →T > ∆Hhệ/∆Shệ. 15 2/13/2011
19.7. Năng lượng tự do ∆G và hằng số cân bằng K
Xét phản ứng dạng tổng quát: aA + bB → cC + dD
Tỉ số phản ứng và hằng số cân bằng lần lượt là:
Ở điều kiện bất kỳ, liên hệ giữa ∆G và ∆Golà:
∆G = ∆Gồ+ RT lnQ
Khi đạt tới cân bằng thì ∆G =0 và Q ≡ K nên:
∆Gồ = - RT lnK (R=8,314 J/K.mol)
Chú ý: K ở đây có thể là Kc, Kp, Ksphay Tttùy vào quá trình.
16c d c d C D a b A B C .C Q C .C = c d C a b [C] .[D] K [A] .[B] = 2/13/2011
Vắ dụ: Cho pứ: 2SO2 (k)+ O2 (k) ⇌ 2SO3 (k).Cho biết giá trị Sovà ∆Ho s của các chất trong pứ.
a) Ở điều kiện chuẩn phản ứng có xảy ra không?
b) Giả sử biết rằng ở 25oC, hệ có chứa SO2 (0,50 atm), O2(0,01 atm) và SO30,10 (atm). Phản ứng sẽ diễn ra theo chiều nào?
Hướng dẫn: Tắnh ∆So hệ= 2.So SO3Ờ 2.So SO2Ờ So O2. Tắnh ∆Ho hệ= 2.∆Ho s,SO3Ờ 2.∆Ho s,SO2. Tại 25oC = 298K → ∆Go hệ= ∆Ho hệỜ T.∆So hệ< 0 → pứ có xảy ra. Ở đk mới, tắnh giá trị Qp:
Tắnh lại giá trị: ∆G298= ∆Gồ298+ RT ln Q < 0 → pứ ưu Ɵên xảy ra
theo chiều thuận. 17
2/13/2011
Bài cuối: Chương 20
BT chương 19:
3, 13, 19, 23, 25, 29, 31, 33, 41, 61.
18