Câu hỏi đầu bài

Dựa vào đại lượng nào để dự đoán phản ứng hóa học có thể xảy ra được hay không?

Giải chi tiết:

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 (Δ^rG^oT).

Δ^rG^oT⇒ Phản ứng tự xảy ra.

Δ^rG^oT = 0 ⇒ Phản ứng đạt trạng thái cân bằng

Δ^rG^oT > 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)

Giải chi tiết:

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: ΔrSo298=∑So298(sp)−∑So298(cd)

a) Biến thiên entropy chuẩn của phản ứng là

ΔrSo298= (2.87,4) – (4.27,3 + 3.205) = - 549,4 (J/K)

b) Biến thiên entropy chuẩn của phản ứng là

ΔrSo298=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 ΔrHo298,So298 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 ΔrHo298,So298 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)

Giải chi tiết:

Câu hỏi 5

KClO₃(s) → KCl(s) + 3232O₂(g)

Tại 25^oC (hay 298K)

Biến thiên enthalpy của phản ứng là:

ΔrHo298=∑ΔHo298(sp)−∑ΔHo298(cđ)

= [1.(-436,7) + 32.0] – [1.(-397,7)] = -39 kJ

Biến thiên entropy của phản ứng là

ΔrSo298=∑So298(sp)−∑So298(cđ)

= (82,6 + 32.205,0) – (1.143,1) = 247 (J/K)

Áp dụng công thức: ΔrGo298=ΔrHo298−T.ΔrSo298 = –39.10³ – 298. 247 = – 112 606 J < 0

⇒ Ở điều kiện 25^oC, 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:

ΔrHo298=∑ΔHo298(sp)−∑ΔHo298(cđ)

= [4.0 + 3.(-393,5)] – [3.0 + 2.(-825,5)] = 470,5 kJ

Biến thiên entropy của phản ứng là

ΔrSo298=∑So298(sp)−∑So298(cđ)

= (4.27,3 + 3.213,7) – (3.5,7 + 2.87,4) = 558,4 (J/K)

Áp dụng công thức: ΔrGo298=ΔrHo298−T.ΔrSo298 = 470,5.10³ – 298. 558,4 = 304 096,8 J > 0

⇒ Phản ứng không tự xảy ra.

⇒ Ở điều kiện 25^oC, không thể dùng C (graphite) để khử Fe₂O₃ thành Fe được.

Em có thể

Xác định được ΔrGo298 từ các giá trị So298 và ΔrHo298 suy ra xu hướng tự xảy ra của các phản ứng hóa học.

Giải chi tiết:

Áp dụng công thức: ΔrGo298=ΔrHo298−T.ΔrSo298 để tính ΔrGo298.

ΔrGo298⇒ Phản ứng tự xảy ra.

ΔrGo298 = 0 ⇒ Phản ứng đạt trạng thái cân bằng

ΔrGo298 > 0 ⇒ Phản ứng không tự xảy ra.