Giải chuyên đề học tập Hoá học 10 KNTT bài 4: Entropy và biến thiên năng lượng tự do Gibbs
Dưới đây là phần hướng dẫn giải chi tiết cụ thể cho bộ chuyên đè học tập hoá học 10 Kết nối tri thức bài 4: Entropy và biến thiên năng lượng tự do Gibbs. Lời giải đưa ra ngắn gọn, cụ thể sẽ giúp ích cho em các em học tập ôn luyên kiến thức tốt, hình thành cho học sinh phương pháp tự học, tư duy năng động sáng tạo. Kéo xuống để tham khảo
Câu hỏi đầu bài
Dựa vào đại lượng nào để dự đoán phản ứng hóa học có thể xảy ra được hay không?
Hướng dẫn trả lời:
Để dự đoán phản ứng hóa học có thể xảy ra được hay không, ta có thể dựa vào độ biến thiên năng lượng tự do Gibbs ($\Delta _{r}G_{T}^{o}$).
$\Delta _{r}G_{T}^{o}$⇒ Phản ứng tự xảy ra.
$\Delta _{r}G_{T}^{o}$ = 0 ⇒ Phản ứng đạt trạng thái cân bằng
$\Delta _{r}G_{T}^{o}$ > 0 ⇒ Phản ứng không tự xảy ra.
I. Entropy
Câu hỏi 1: Dãy nào dưới đây các chất sắp xếp theo chiều tăng giá trị entropy chuẩn?
A. CO2(s) < CO2(l) < CO2(g). B. CO2(g) < CO2(l) < CO2(s).
C. CO2(s) < CO2(g) < CO2(l) D. CO2(g) < CO2(s) < CO2(l).
Câu hỏi 2: Phản ứng nào dưới đây xảy ra kèm theo sự giảm entropy?
A. N2(g) + O2(g) → 2NO(g). B. N2O4(g) → 2NO2(g).
C. 2CO(g) → C(s) + CO2(g). D. 2HCl(aq) + Fe(s) → FeCl2(aq) + H2(g).
Câu hỏi 3: Biến thiên entropy chuẩn của phản ứng nào dưới đây có giá trị dương?
A. Ag+ (aq) + Br-(aq) → AgBr(s).
B. 2C2H6(g) + 3O2(g) → 4CO2(g) + 6H2O(l).
C. N2(g) + 2H2(g) → N2H4(g).
D. 2H2O2(l) → 2H2O(1) + O2(g).
Câu hỏi 4: Dựa vào dữ liệu ở Bảng 4.1, tính biến thiên entropy chuẩn của các phản ứng:
a) 4Fe(s) + 3O2(g) → 2Fe2O3(s) b) SO2(g) + O2(g) → SO3(g)
Câu hỏi 1: Đáp án: A
Khoảng cách giữa các phân tử càng lớn, tính hỗn loạn của hệ càng tăng khoảng cách giữa các phân tử tăng theo thứ tự: rắn < lỏng < khí là nên giá trị entropy chuẩn của CO2 tăng dần theo thứ tự là CO2(s) < CO2(l) < CO2(g).
Câu hỏi 2: Đáp án: C
Phản ứng C làm giảm số mol khí nên biến thiên entropy âm (∆S < O) nên phản ứng xảy ra kèm theo sự giảm entropy.
Câu hỏi 3: Đáp án D
Phản ứng D làm tăng số mol khí nên biến thiên entropy dương (∆S > O).
Câu hỏi 4:
Áp dụng công thức: $\Delta _{r}S_{298}^{o}$=∑$S_{298}^{o}$(sp)−∑$S_{298}^{o}$(cd)
a) Biến thiên entropy chuẩn của phản ứng là
$\Delta _{r}S_{298}^{o}$= (2.87,4) – (4.27,3 + 3.205) = - 549,4 (J/K)
b) Biến thiên entropy chuẩn của phản ứng là
$\Delta _{r}S_{298}^{o}$=256,7 – (248,1 + 1212.205,0) = – 93,9 (J/K)
II. Năng lượng tự do Gibbs
Câu hỏi 5: Phản ứng phân huỷ của potassium chlorate:
KClO3(s) → KCl(s) + $\frac{3}{2}O2(g)
Dựa vào các giá trị của $\Delta _{r}H_{298}^{o}, S_{298}^{o}$ ở Bảng 4.1 để tính toán và cho biết ở điều kiện chuẩn phản ứng có khả năng tự xảy ra ở 25°C không?
Câu hỏi 6: Dựa vào các giá trị của $\Delta _{r}H_{298}^{o}, S_{298}^{o}$ ở Bảng 4.1, hãy cho biết có thể dùng C (graphite) để khử Fe2O3 thành Fe ở điều kiện chuẩn theo phương trình sau được không?
3C(graphite) + 2Fe2O3(s) ⟶ 4Fe(s) + 3CO2(g)
Câu hỏi 5
KClO3(s) → KCl(s) + 3232O2(g)
Tại 25oC (hay 298K)
Biến thiên enthalpy của phản ứng là:
$\Delta _{r}H_{298}^{o}$=∑$\Delta H_{298}^{o}$(sp)−∑$\Delta H_{298}^{o}$(cđ)
= [1.(-436,7) + $\frac{3}{2}$.0] – [1.(-397,7)] = -39 kJ
Biến thiên entropy của phản ứng là
$\Delta _{r}S_{298}^{o}$=∑$S_{298}^{o}$(sp)−∑$S_{298}^{o}$(cđ)
= (82,6 + $\frac{3}{2}$.205,0) – (1.143,1) = 247 (J/K)
Áp dụng công thức: $\Delta _{r}G_{298}^{o}$=$\Delta _{r}H_{298}^{o}$−T.$\Delta _{r}S_{298}^{o}$ = –39.103 – 298. 247 = – 112 606 J < 0
⇒ Ở điều kiện 25oC, phản ứng tự xảy ra được.
Câu hỏi 6
3C(graphite) + 2Fe2O3(s) ⟶ 4Fe(s) + 3CO2(g)
Tại 25 oC (hay 298K).
Biến thiên enthalpy của phản ứng là:
$\Delta _{r}H_{298}^{o}$=∑$\Delta H_{298}^{o}$(sp)−∑$\Delta H_{298}^{o}$(cđ)
= [4.0 + 3.(-393,5)] – [3.0 + 2.(-825,5)] = 470,5 kJ
Biến thiên entropy của phản ứng là
$\Delta _{r}S_{298}^{o}$=∑$S_{298}^{o}$(sp)−∑$S_{298}^{o}$(cđ)
= (4.27,3 + 3.213,7) – (3.5,7 + 2.87,4) = 558,4 (J/K)
Áp dụng công thức: $\Delta _{r}G_{298}^{o}$=$\Delta _{r}H_{298}^{o}$−T.$\Delta _{r}S_{298}^{o}$ = 470,5.103 – 298. 558,4 = 304 096,8 J > 0
⇒ Phản ứng không tự xảy ra.
⇒ Ở điều kiện 25oC, không thể dùng C (graphite) để khử Fe2O3 thành Fe được.
Em có thể
Xác định được $\Delta _{r}G_{298}^{o}$ từ các giá trị $S_{298}^{o}$ và $\Delta _{r}H_{298}^{o}$ suy ra xu hướng tự xảy ra của các phản ứng hóa học.
Áp dụng công thức: $\Delta _{r}G_{298}^{o}$=$\Delta _{r}H_{298}^{o}$−T.$\Delta _{r}S_{298}^{o}$ để tính $\Delta _{r}G_{298}^{o}$.
$\Delta _{r}G_{298}^{o}$⇒ Phản ứng tự xảy ra.
$\Delta _{r}G_{298}^{o}$ = 0 ⇒ Phản ứng đạt trạng thái cân bằng
$\Delta _{r}G_{298}^{o}$ > 0 ⇒ Phản ứng không tự xảy ra.