Bài 4. Entropy và biến thiên năng lượng tự do Gibbs - Chuyên đề học tập Hóa 10 Chân trời sáng tạo
Bài làm:
Mở đầu
Nếu một lọ nước hoa được mở, chúng ta sẽ ngửi được mùi thơm từ xa, do các phân tử của thành phần nước hoa khuếch tán vào không khí, đó là quá trình tự xảy ra. Ngược lại, để thu hồi các phân tử nước hoa đó vào trong lọ như trạng thái ban đầu thì không thể thực hiện được, đó là quá trình không tự xảy ra. Các phản ứng hóa học cũng tương tự như vậy, có phản ứng tự xảy ra và có phản ứng không tự xảy ra. Các quá trình trong tự nhiên có xu hướng xảy ra theo chiều tăng độ mất trật tự (hỗn loạn) của các tiểu phân trong hệ, người ta gọi đó là quá trình tăng entropy. Entropy là gì? Entropy ảnh hưởng như thế nào đến chiều hướng diễn biến của phản ứng hóa học?
Lời giải chi tiết:
Entropy là đại lượng đặc trưng cho độ mất trật tự của một hệ ở một trạng thái và điều kiệu xác định. Entropy càng lớn hệ càng mất trật tự.
\({\Delta _r}G_T^o = {\Delta _r}H_T^o - T{\Delta _r}S_T^o\)
\({\Delta _r}G_T^o\) < 0: phản ứng tự xảy ra ở điều kiện chuẩn, nhiệt độ T
\({\Delta _r}G_T^o\) > 0: phản ứng không tự xảy ra ở điều kiện chuẩn, nhiệt độ T
\({\Delta _r}G_T^o\) = 0: phản ứng đạt trạng thái cân bằng (phản ứng đồng thời xảy ra theo hai chiều ngược nhau với tốc độ như nhau)
Thảo luận 1
Tại sao khi tăng nhiệt độ lại làm tăng entropy của hệ?
Lời giải chi tiết:
Khi tăng nhiệt độ, độ mất trật tự (hỗn loạn) của các tiểu phân trong hệ tăng.
⇒ Entropy của hệ tăng.
Thảo luận 2
Khi chuyển thể của chất từ trạng thái rắn sang lỏng và khí thì entropy của chất tăng hay giảm? Giải thích.
Lời giải chi tiết:
Các phân tử chất ở trạng thái rắn, lỏng, khí có độ mất trật tự (hỗn loạn) tăng theo chiều:
Rắn < lỏng < khí.
Vì vậy chuyển thể của chất từ trạng thái rắn sang lỏng và khí thì entropy của chất tăng.
Luyện tập
Quan sát bình đựng Br2(l) đang bay hơi (a) và bình đựng I2(s) đang thăng hoa (b) trong hình bên và cho biết các quá trình trên làm tăng hay giảm entropy. Giải thích
Lời giải chi tiết:
Quá trình (a) bromine chuyển từ thể lỏng sang thể hơi ⇒ Độ hỗn loạn của các phân tử chất tăng ⇒ Entropy tăng.
Quá trình (b) iodine chuyên từthể rắn sang thể hơi ⇒ Độ hỗn loạn của các phân tử chất tăng ⇒ Entropy tăng
Luyện tập
Dựa vào số liệu Bảng 4.1, hãy tính biến thiên entropy chuẩn của các phản ứng sau:
a) SO3(g) → SO2(g) + ½ O2 (g)
và so sánh giá trị \({\Delta _r}S_{298}^o\) của phản ứng này với phản ứng ở ví dụ 1. Giải thích
b) C(graphite, s) + O2 (g)→ CO2(g)
Giải thích tại sao giá trị này lại hơn hơn 0 không đáng kể
Lời giải chi tiết:
\(\begin{array}{l}{\Delta _r}S_{298}^o = \sum {S_{298}^o(sp) - } \sum {S_{298}^o(cd)} \\{\Delta _r}S_{298}^o = \frac{1}{2}.S_{298}^o({O_2},g) + S_{298}^o(S{O_2},g) - S_{298}^o(S{O_3},g)\\{\Delta _r}S_{298}^o = \frac{1}{2}.205,03 + 248,10 - 256,66 = 93,955J/K > 0\end{array}\)
⇒ Phản ứng phân hủy SO3 làm tăng độ mất trật tự của hệ.
Ở ví dụ 1, phản ứng tổng hợp SO3 có \({\Delta _r}S_{298}^o\) = -93,95 J/K < 0
⇒ Phản ứng làm giảm độ mất trật tự của hệ.
Thảo luận 3
Hòa tan vôi sống (CaO) vào nước, phản ứng tỏa nhiệt hay thu nhiệt? Dự đoán dấu ∆H của phản ứng.
Lời giải chi tiết:
Hòa tan vôi sống (CaO) vào nước là phản ứng tỏa nhiệt
∆H của phản ứng mang dấu âm hay ∆H < 0.
Vận dụng
Khi cho mẩu nhỏ sodium (Na) vào chậu thủy tinh chứa nước, mẩu sodium tan, có bọt khí xuất hiện, làm tăng nhiệt độ của nước trong chậu. Giải thích tại sao phản ứng này lại tự xảy ra một cách dễ dàng
Lời giải chi tiết:
Na(s) + H2O(l) → NaOH(aq) + H2(g)
Ta thấy phản ứng hóa học làm tăng số mol khí => \({\Delta _r}S_T^o\)> 0
Mặt khác phản ứng làm tăng nhiệt độ của nước trong chậu nên \({\Delta _r}H_T^o\)< 0
=> \({\Delta _r}G_T^o = {\Delta _r}H_T^o - T{\Delta _r}S_T^o\) < 0
⇒ Phản ứng tự xảy ra một cách dễ dàng.
Bài 1
Quan sát hình dưới: Khi trộn nước và propanol (bên trái) thu được dung dịch (bên phải). Hãy cho biết quá trình đó sẽ làm tăng hay giảm entropy
Lời giải chi tiết:
Quá trình này làm tăng độ mất trật tự của hệ ⇒ Làm tăng entropy
Bài 2
Em hãy dự đoán trong các phản ứng sau, phản ứng nào có ∆S > 0, ∆S < 0 và ∆S ≈ 0. Giải thích.
a) C(s) + CO2(g) → 2CO(g)
b) CO(g) + O2(g) → CO2(g)
c) H2(g) + Cl2(g) → 2HCl(g)
d) S(s) + O2(g) → SO2(g)
e) Zn(s) + 2HCl(aq) → ZnCl2(aq) + H2(g)
Lời giải chi tiết:
- Các phản ứng hóa học làm tăng số mol khí thường có biến thiên entropy dương (∆S > 0).
- Các phản ứng hóa học làm giảm số mol khí thường có biến thiên entropy âm (∆S < 0)
- Các phản ứng hóa học không làm thay đổi số mol khí hoặc phản ứng không có chất khí sẽ có biến thiên entropy nhỏ (∆S ≈ 0)
a) Phản ứng làm tăng số mol khí ⇒ ∆S > 0
b) Phản ứng làm giảm số mol khí ⇒ ∆S < 0
c) Phản ứng có số mol khí trước và sau phản ứng bằng nhau ⇒ ∆S ≈ 0
d) Phản ứng có số mol khí trước và sau phản ứng bằng nhau ⇒ ∆S ≈ 0
e) Phản ứng làm tăng số mol khí ⇒ ∆S > 0
Bài 3
Cho phản ứng hóa học: CO2(g) → CO(g) + ½ O2(g) và các dữ kiện:
Chất |
O2(g) |
CO2(g) |
CO(g) |
\({\Delta _f}H_{298}^o(kJ/mol)\) |
0 |
-393,51 |
-110,05 |
\(S_{298}^o(J/mol.K)\) |
205,03 |
214,69 |
197,50 |
a) Ở điều kiện chuẩn và 25oC phản ứng trên có tự xảy ra được không?
b) Nếu coi \({\Delta _r}{H^o}\) và \({\Delta _r}{S^o}\) không phụ thuộc vào nhiệt độ, hãy cho biết ở nhiệt độ nào phản ứng trên có thể tự xảy ra ở điều kiện chuẩn?
Lời giải chi tiết:
\(\begin{array}{l}{\Delta _r}H_{298}^o = {\Delta _f}H_{298}^o(CO,g) + \frac{1}{2}.{\Delta _f}H_{298}^o({O_2},g) - {\Delta _f}H_{298}^o(C{O_2},g)\\{\Delta _r}H_{298}^o = - 110,05 + \frac{1}{2}.0 - ( - 393,51) = 283,46(kJ)\\{\Delta _r}S_{298}^o = \frac{1}{2}.S_{298}^o({O_2},g) + S_{298}^o(CO,g) - S_{298}^o(C{O_2},g)\\{\Delta _r}S_{298}^o = \frac{1}{2}.205,03 + ( - 197,50) - 213,69 = - 308,675J/K\\{\Delta _r}G_{298}^o = {\Delta _r}H_{298}^o - 298.{\Delta _r}S_{298}^o\\{\Delta _r}G_{298}^o = 283,{46.10^3} - 298.( - 308,675) = 375445,15J > 0\end{array}\)
=> Phản ứng trên không tự xảy ra
b) Để phản ứng trên tự xảy ra, cần có:
\({\Delta _r}G_T^o = {\Delta _r}H_T^o - T{\Delta _r}S_T^o\) < 0
=> 283,46.103 – T. (-308,675) < 0
=> T > 918 K hay T > 645 oC
Xem thêm Bài tập & Lời giải
Trong bài: Chuyên đề 1: Cơ sở hóa học
Xem thêm lời giải Chuyên đề học tập Hóa 10 – Chân trời sáng tạo
Để học tốt Chuyên đề học tập Hóa 10 – Chân trời sáng tạo, loạt bài giải bài tập Chuyên đề học tập Hóa 10 – Chân trời sáng tạo đầy đủ kiến thức, lý thuyết và bài tập được biên soạn bám sát theo nội dung sách giáo khoa Lớp 10.
Lớp 10 | Các môn học Lớp 10 | Giải bài tập, đề kiểm tra, đề thi Lớp 10 chọn lọc
Danh sách các môn học Lớp 10 được biên soạn theo sách giáo khoa mới của bộ giáo dục đào tạo. Kèm theo lời giải sách bài tập, sách giáo khoa, đề kiểm tra 15 phút, 45 phút (1 tiết), đề thi học kì 1 và học kì 2 năm học 2024 ngắn gọn, chi tiết dễ hiểu.
Toán Học
- Đề thi, đề kiểm tra Toán lớp 10 - Cánh diều
- Đề thi, đề kiểm tra Toán lớp 10 - Chân trời sáng tạo
- Đề thi, đề kiểm tra Toán lớp 10 - Kết nối tri thức
- SBT Toán 10 - Cánh Diều
- Chuyên đề học tập Toán 10 - Cánh diều
- Chuyên đề học tập Toán 10 - Chân trời sáng tạo
- Chuyên đề học tập Toán 10 - Kết nối tri thức
- SBT Toán 10 - Chân trời sáng tạo
- SBT Toán 10 - Kết nối tri thức
- SGK Toán 10 - Cánh diều
- SGK Toán 10 - Chân trời sáng tạo
- SGK Toán 10 - Kết nối tri thức
- SBT Toán 10 Nâng cao
- SGK Toán 10 Nâng cao
- SBT Toán lớp 10
- Giải môn Hình học lớp 10
Vật Lý
- SBT Vật lí 10 - Chân trời sáng tạo
- SBT Vật lí 10 - Kết nối tri thức
- SGK Vật Lí 10 - Cánh diều
- SGK Vật Lí 10 - Chân trời sáng tạo
- SGK Vật Lí 10 - Kết nối tri thức
- SGK Vật lí lớp 10 Nâng cao
- SBT Vật lí lớp 10
- SGK Vật lí lớp 10
- Giải môn Vật lí lớp 10
Hóa Học
- Đề thi, đề kiểm tra Hóa lớp 10 – Cánh diều
- Đề thi, đề kiểm tra Hóa lớp 10 – Chân tròi sáng tạo
- Đề thi, đề kiểm tra Hóa lớp 10 – Kết nối tri thức
- Chuyên đề học tập Hóa 10 - Cánh diều
- Chuyên đề học tập Hóa 10 – Chân trời sáng tạo
- Chuyên đề học tập Hóa 10 - Kết nối tri thức
- SBT Hóa 10 - Chân trời sáng tạo
- SBT Hóa 10 - Kết nối tri thức
- SGK Hóa 10 - Cánh diều
- SGK Hóa 10 - Chân trời sáng tạo
- SGK Hóa 10 - Kết nối tri thức
- SBT Hóa học 10 Nâng cao
- SGK Hóa học lớp 10 Nâng cao
- SBT Hóa lớp 10
- SGK Hóa lớp 10
- Giải môn Hóa học lớp 10
Ngữ Văn
- Đề thi, đề kiểm tra Văn 10 - Cánh diều
- Đề thi, đề kiểm tra Văn 10 - Chân trời sáng tạo
- Đề thi, đề kiểm tra Văn 10 - Kết nối tri thức
- SBT Văn 10 - Cánh diều
- SBT Văn 10 - Chân trời sáng tạo
- SBT Văn 10 - Kết nối tri thức
- Soạn văn 10 - Cánh Diều - chi tiết
- Soạn văn 10 - Cánh Diều - siêu ngắn
- Soạn văn 10 - Chân trời sáng tạo - chi tiết
- Soạn văn 10 - Chân trời sáng tạo - siêu ngắn
- Soạn văn 10 - Kết nối tri thức - chi tiết
- Soạn văn 10 - Kết nối tri thức - siêu ngắn
- Soạn văn 10
- SBT Ngữ văn lớp 10
- Văn mẫu 10
- Soạn văn 10 chi tiết
- Soạn văn ngắn gọn lớp 10
- Soạn văn 10 siêu ngắn
- Bài soạn văn lớp 10 siêu ngắn
- Bài soạn văn 10
- Bài văn mẫu 10
Lịch Sử
Địa Lý
- SBT Địa lí 10 - Chân trời sáng tạo
- SBT Địa lí 10 - Kết nối tri thức
- SGK Địa lí lớp 10 - Cánh Diều
- SGK Địa lí lớp 10 - Kết nối tri thức
- SGK Địa lí lớp 10 - Chân trời sáng tạo
- Tập bản đồ Địa lí lớp 10
- SBT Địa lí lớp 10
- SGK Địa lí lớp 10
- Giải môn Địa lí lớp 10
Sinh Học
- Đề thi, đề kiểm tra Sinh lớp 10 - Cánh diều
- Đề thi, đề kiểm tra Sinh lớp 10 - Chân trời sáng tạo
- Đề thi, đề kiểm tra Sinh lớp 10 - Kết nối tri thức
- Chuyên đề học tập Sinh 10 - Chân trời sáng tạo
- Chuyên đề học tập Sinh 10 - Kết nối tri thức
- SBT Sinh lớp 10 - Cánh diều
- SBT Sinh lớp 10 - Chân trời sáng tạo
- SBT Sinh lớp 10 - Kết nối tri thức
- SGK Sinh 10 - Cánh diều
- SGK Sinh 10 - Chân trời sáng tạo
- SGK Sinh 10 - Kết nối tri thức
- SGK Sinh lớp 10 Nâng cao
- SBT Sinh lớp 10
- Giải môn Sinh học lớp 10
GDCD
- SGK Giáo dục quốc phòng và an ninh 10 - Cánh diều
- SGK Giáo dục quốc phòng và an ninh 10 - Kết nối tri thức
- SGK Giáo dục thể chất 10 - Cánh diều
- SGK Giáo dục thể chất 10 - Kết nối tri thức
- SGK Giáo dục kinh tế và pháp luật 10 - Cánh diều
- SGK Giáo dục kinh tế và pháp luật 10 - Chân trời sáng tạo
- SGK Giáo dục kinh tế và pháp luật 10 - Kết nối tri thức
- Giải môn Giáo dục công dân lớp 10
Tin Học
- SBT Tin học 10 - Kết nối tri thức
- SGK Tin học 10 - Cánh Diều
- SGK Tin học 10 - Kết nối tri thức
- SGK Tin học lớp 10
Tiếng Anh
- Đề thi, đề kiểm tra Tiếng Anh lớp 10 - English Discovery
- Đề thi, đề kiểm tra Tiếng Anh lớp 10 - Bright
- Đề thi, đề kiểm tra Tiếng Anh lớp 10 - iLearn Smart World
- Đề thi, đề kiểm tra Tiếng Anh lớp 10 - Friends Global
- Đề thi, đề kiểm tra Tiếng Anh lớp 10 - Global Success
- SBT Tiếng Anh 10 - English Discovery
- SBT Tiếng Anh 10 - Bright
- SBT Tiếng Anh 10 - iLearn Smart World
- SBT Tiếng Anh 10 - Friends Global (Chân trời sáng tạo)
- SBT Tiếng Anh 10 - Global Success (Kết nối tri thức)
- Tiếng Anh 10 - Bright
- Tiếng Anh 10 - Explore New Worlds
- Tiếng Anh 10 - English Discovery
- Tiếng Anh 10 - iLearn Smart World
- Tiếng Anh 10 - Friends Global
- Tiếng Anh 10 - Global Success
- SBT Tiếng Anh lớp 10
- SGK Tiếng Anh lớp 10
- SBT Tiếng Anh lớp 10 mới
- SGK Tiếng Anh lớp 10 Mới