Giải chuyên đề hóa học 10 – kết nối tri thức bài (4)

Bài 4: Entropy và biến thiên năng lượng tự do Gibbs
A/ Câu hỏi đầu bài
Câu hỏi mở đầu trang 24 Chuyên đề Hóa 10: Dựa vào đại lượng nào để dự đốn
phản ứng hóa học có thể xảy ra được hay khơng?
Lời giải:
Để dự đốn phản ứng hóa học có thể xảy ra được hay khơng, ta có thể dựa vào độ
biến thiên năng lượng tự do Gibbs: r GTo  r HTo  T.rSTo
r GoT < 0 ⇒ Phản ứng tự xảy ra.
r GoT = 0 ⇒ Phản ứng đạt trạng thái cân bằng
r GoT > 0 ⇒ Phản ứng không tự xảy ra.

B/ Câu hỏi giữa bài
I. Entropy
Câu hỏi 1 trang 25 Chuyên đề Hóa 10: 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).
Lời giải:
Đáp án đúng là: A
Đối với một chất, entropy ở thể khí lớn hơn thể lỏng, ở thể lỏng sẽ lớn hơn ở thể rắn.
⇒ Chiều tăng dần giá trị entropy chuẩn của CO2 là CO2(s) < CO2(l) < CO2(g).
Câu hỏi 2 trang 25 Chuyên đề Hóa 10: 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).

Lời giải:
Đáp án đúng là: 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 trang 25 Chuyên đề Hóa 10: 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).
Lời giải:
Đáp án D
Phản ứng D làm tăng số mol khí nên biến thiên entropy dương (∆S > O).
Câu hỏi 4 trang 25 Chuyên đề Hóa 10: 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) +

1
O2(g) → SO3(g)
2

Lời giải:
Ta có:  rSo298  So298 (sp)  So298 (cd)
a) Biến thiên entropy chuẩn của phản ứng là
 rSo298 = (2.87,4) – (4.27,3 + 3.205) = - 549,4 (J/K)

b) Biến thiên entropy chuẩn của phản ứng là
 rSo298 = 256,7 – (248,1 +

1
.205,0) = – 93,9 (J/K)
2


II. Năng lượng tự do Gibbs
Câu hỏi 5 trang 27 Chuyên đề Hóa 10: Phản ứng phân huỷ của potassium chlorate:
KClO3(s) → KCl(s) +

3
O2(g)
2

Dựa vào các giá trị của f Ho298 ,So298 ở Bảng 4.1 để tính tốn và cho biết ở điều kiện
chuẩn phản ứng có khả năng tự xảy ra ở 25 °C khơng?
Lời giải:
Phương trình phản ứng:
KClO3(s) → KCl(s) +

3
O2(g)
2

Tại 25 oC (hay 298K). Biến thiên entropy của phản ứng là

rSo298  So298 (sp)  So298 (cd) = (82,6 +

3
.205,0) – (1.143,1) = 247 (J/K)
2

Biến thiên enthalpy của phản ứng là:

r Ho298   Ho298 (sp)   Ho298 (cd) = [1.(-436,7) +

3
.0] – [1.(-397,7)] = -39 kJ
2

⇒ r Go298  r Ho298  298.rSo298 = –39.103 – 298. 247 = – 112 606 J < 0
⇒ Ở điều kiện 25oC, phản ứng tự xảy ra được.
Câu hỏi 6 trang 27 Chuyên đề Hóa 10: Dựa vào các giá trị của f Ho298 ,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 khơng?
3C(graphite) + 2Fe2O3(s) ⟶ 4Fe(s) + 3CO2(g)
Lời giải:
Phương trình phản ứng:
3C(graphite) + 2Fe2O3(s) ⟶ 4Fe(s) + 3CO2(g)
Tại 25 oC (hay 298K). Biến thiên entropy của phản ứng là

rSo298  So298 (sp)  So298 (cd) = (4.27,3 + 3.213,7) – (3.5,7 + 2.87,4) = 558,4 (J/K)


Biến thiên enthalpy của phản ứng là:

r Ho298   Ho298 (sp)   Ho298 (cd) = [4.0 + 3.(-393,5)] – [3.0 + 2.(-825,5)] =
470,5 kJ
⇒ r Go298  r Ho298  298.rSo298 = 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 trang 27 Chuyên đề Hóa 10: Xác định được  r G o298 từ các giá trị So298
và f Ho298 và suy ra xu hướng tự xảy ra của các phản ứng hóa học.
Lời giải:
Biến thiên năng lượng tự do Gibbs: r GTo  r HTo  T.rSTo
r GoT < 0 ⇒ Phản ứng tự xảy ra.
r GoT = 0 ⇒ Phản ứng đạt trạng thái cân bằng
r GoT > 0 ⇒ Phản ứng không tự xảy ra.