Giải bài tập Chuyên đề Hoá học 10 Cánh diều bài 4 Entropy và biến thiên năng lượng tự do Gibbs

Câu hỏi khởi động

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 độ “mất trật tự” của hệ tăng hay giảm theo chiều từ nước đá tới hơi nước.

I. Entropy

Câu hỏi 1: Khi đun nóng chảy tinh thể NaCl, độ mất trật tự của các ion tăng hay giảm? Tại sao?

1. Ý nghĩa của entropy

2. Tính biến thiên entropy của một phản ứng hoặc một quá trình

Câu hỏi 2: Tính biến thiên entropy chuẩn cho phản ứng đốt cháy 1 mol CH₃OH(l) bằng O₂(g), thu được CO₂(g) và H₂O(g)

Luyện tập 1: Tính $\Delta _{r}S_{298}^{o}$ của các 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)

Luyện tập 2: Tại sao $S_{298}^{o}$ của quá trình (1) lại dương?

II. Biến thiên năng lượng tự do Gibbs và khả năng xảy ra của phản ứng hóa học

Luyện tập 3: Tính $\Delta _{r}G_{298}^{o}$ của các phản ứng sau và cho biết ở điều kiện chuẩn các phản ứng có tự xảy ra hay không.

a) H₂(g) + Cl₂(g) → 2HCl(g)    $\Delta _{r}H_{298}^{o}$ = -184,6 kJ

b) CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(l) $\Delta _{r}H_{298}^{o}$= -890,3 kJ

c) 2Na(s) + O₂(g) → Na₂O₂(s) $\Delta _{r}H_{298}^{o}$ = -510,9 kJ

Vận dụng 1: Từ giá trị $\Delta _{r}H_{T}^{o}$của phản ứng (2) ở nhiệt độ 298 K và 203 K, hãy cho biết ở nhiệt độ thấp hơn hay cao hơn thì phản ứng diễn ra thuận lợi hơn?

Vận dụng 2: Phản ứng (3) trong thực tế còn gọi là phản ứng gì?

Vận dụng 3: Mặc dù phản ứng (3) có thể xảy ra ở nhiệt độ 848^oC, nhưng trong thực tế người ta thường nung nóng CaCO₃ tới nhiệt độ 1 000^oC. Giải thích vì sao?

Bài tập

Bài 1: Thả một vài tinh thể patassium dichromate K₂Cr₂O₇ màu cam đỏ vào nước (Hình 4.3). Entropy của quá trình hòa tan này tăng hay giảm? Giải thích.

Bài 2: Hãy đánh giá khả năng tự xảy ra của phản ứng sau ở nhiệt độ chuẩn:

2Al(s) + 3H₂O(l) → Al₂O₃(s) + 3H₂(g)

Biết rằng: $\Delta _{r}H_{298}^{o}$ = - 818,3 kJ, $\Delta _{r}S_{298}^{o}$ được tính theo số liệu cho trong Phụ lục 1. Từ kết quả này hãy đưa ra một số lí do giải thích cho việc vì sao các đồ vật bằng nhôm được sử dụng rất phổ biến.

Bài 3: Hãy xác định nhiệt độ sôi của CHCl₃(l) ở 1 bar và so sánh với giá trị đo được từ thực nghiệm (61,2^oC). Giả thiết biến thiên enthalpy và entropy của quá trình không thay đổi theo nhiệt độ.

Biết rằng:

Bài 4: ZnCO₃(s) → ZnO(s) + CO₂(g)

Ở điều kiện chuẩn, phản ứng có tự xảy ra tại các nhiệt độ sau hay không?

a) 25^oC

b) 500^oC.

Biết rằng: $\Delta _{f}H_{298}^{o}$ = 710 kJ, $\Delta _{f}S_{298}^{o}$ = 174,8 J K^-1. Giả sử biến thiên enthalpy và biến thiên entropy của phản ứng không phụ thuộc vào nhiệt độ.

Bài 5: Hãy xác định nhiệt độ thấp nhất để phản ứng nhiệt phân NaHCO₃ dưới đây diễn ra: 

2NaHCO₃(s) → Na₂CO₃(s) + H₂O(l) + CO₂(g)

Biết rằng: $\Delta _{f}H_{298}^{o}$ = 9,16 kJ, $\Delta _{f}S_{298}^{o}$ được tính theo số liệu cho trong Phụ lục 1. Giả sử biến thiên enthapy và biến thiên entropy của phản ứng không phụ thuộc vào nhiệt độ.

Bài 6*: Ở điều kiện thường (coi là 25^oC, 1 bar), có tự xảy ra quá trình sắt bị biến đổi thành Fe₂O₃(s) (có trong thành phần gỉ sắt) được không?

Bài 7*: Để dự đoán khả năng tự xảy ra phản ứng cần sử dụng ∆_rG⁰, ∆_rH⁰ Giải thích.