Chuyên đề nhiệt động học

CHUYÊN ĐỀ: NHIỆT ĐỘNG HỌC

HSG HÓA

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

ĐỀ TÀI :NHIỆT ĐỘNG HỌC

Tạp Chí Dạy & Học Hóa Học – www.hoahoc.org

-

1

“Our goal is simple: help you to reach yours” - “Mục tiêu của chúng tôi rất đơn giản: giúp đỡ để bạn đạt được mục tiêu của mình”


Hc bit, hc lm, hc chung sng, hc lm ngi v t khng nh mỡnh

2

PHN I: M U
1. C s khoa hc ca sỏng kin kinh nghim cn nghiờn cu:
C s lý lun
Nhiệt động học là một khoa học nghiên cứu về sự biến hoá dạng năng l-ợng này thành dạng
năng l-ợng khác và thiết lập các định luật của sự biến hoá đó. Hiện nay nhiệt động học nghiên cứu một
số lớn những hiện t-ợng vật lý và hoá học kèm theo sự biến đổi năng l-ợng. Những nghiên cứu bằng
ph-ơng pháp nhiệt động học không những chỉ cho phép đ-a đến sự cân bằng của năng l-ợng mà còn
xác định chiều h-ớng và giới hạn mà một quá trình có thể xảy ra trong những điều kiện nhất định. Nhvậy nhiệt động học cho phép điều khiển theo ý muốn những quá trình lý, hoá học trong sản xuất.
Nhiệt động hoá học nghiên cứu sự biến hoá của các dạng năng l-ợng khác nhau trong phản ứng
hoá học, các quá trình hoà tan, bay hơi, kết tinh, hấp phụ.v.v..

Nhiệt động hoá học sử dụng các quan điểm và các kết luận của nhiệt động học lý học. Trong
nhiệt động hoá học ng-ời ta chỉ xét trạng thái đầu và trạng thái cuối của các hệ hoá học ở trong quá
trình biến hoá của chúng và dự đoán biến thiên năng l-ợng của những quá trình độc lập với cách biến
đổi tốc độ phản ứng và bản chất của những sản phẩm trung gian đ-ợc tạo nên trong phản ứng.
C s thc tin
Trong nhng nm qua, thi hc sinh gii Quc gia thng hay cp ti phn nhit động hc
di nhiu gúc khỏc nhau. Tuy nhiờn, trong sỏch giỏo khoa ph thụng , do iu kin gii hn v
thi gian nờn nhng kin thc trờn ch c cp n mt cỏch s lc. Qua thc tin ging dy i
tuyn hc sinh gii Quc gia nhiu nm tụi nghiờn cu, la chn v h thng nhng kin thc lớ
thuyt c bn, trng tõm; su tm nhng bi tp in hỡnh son chuyờn Chiu hng din bin
ca quỏ trỡnh húa hc cp v vn nhit ng hc giỳp cho hc sinh hiu sõu v vn dng c
tt nhng kin thc ó hc vo vic gii cỏc bi tp, gúp phn nõng cao cht lng ging dy v hc
tp mụn Húa hc.
2. Mc ớch ca sỏng kin kinh nghim
Xây dựng hệ thống câu hỏi và bài tập phần Nhiệt ng họcdùng cho học sinh lớp chuyên Hoá
học ở bậc THPT giúp học trò học tốt hơn và chuẩn bị tốt hơn cho các kỳ thi học sinh giỏi Hóa học cả về
lý thuyết bài tập ph-ơng pháp giải, góp phần nâng cao chất l-ợng giảng dạy và học tập môn Hóa
học.
3. i tng nghiờn cu, phm vi nghiờn cu
ti NHIT NG HC tp trung h thng lớ thuyt v su tm cỏc bi tp in hỡnh cú
liờn quan n:
1. ENTROPI (S)
Biờn son ging dy: Thy Ngụ Xuõn Qunh
T: 0979.817.885 E_mail:
Facebook: facebook.com/hoahoc.org (Ngụ Xuõn Qunh)


CHUYÊN ĐỀ: NHIỆT ĐỘNG HỌC

HSG HÓA

2. NGUYÊN LÍ II CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC
3. SỰ BIẾN THIÊN S TRONG QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI TRẠNG THÁI CỦA CHẤT
4. S TRONG QUÁ TRÌNH GIÃN NỞ ĐẲNG NHIỆT KHÍ LÍ TƯỞNG
5. SỰ BIẾN THIÊN ENTROPI CỦA CHẤT NGUYÊN CHẤT THEO NHIỆT ĐỘ
6. ENTROPI TUYỆT ĐỐI
7. SỰ BIẾN THIÊN ENTROPI TRONG PHẢN ỨNG HOÁ HỌC
8. THẾ NHIỆT ĐỘNG
9. Ý NGHĨA VẬT LÍ CỦA G
10. MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA HÀM G
11. TÍNH G CỦA MỘT SỐ QUÁ TRÌNH:

Đối tượng nghiên cứu là các khóa học sinh đội tuyển dự thi học sinh giỏi quốc gia từ
năm 2009 đến năm 2011
4. Kế hoạch nghiên cứu
Sáng kiến kinh nghiệm này tôi đã nghiên cứu giảng dạy bồi dưỡng học sinh đội tuyển dự thi học
sinh giỏi quốc gia, tại trường THPH chuyên Hưng Yên từ năm học 2009-2010.
5. Phương pháp nghiên cứu
a). Nghiên cứu tài liệu
b). Thực nghiệm (giảng dạy), đây là phương pháp chính
6. Thời gian hoàn thành
3 năm
7. Cấu trúc của sáng kiến kinh nghiệm
Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, sáng kiến kinh nghiệm bao gồm các phần
chính sau đây:
I.CƠ SỞ LÍ THUYẾT
II. BÀI TẬP VẬN DỤNG

Tạp Chí Dạy & Học Hóa Học – www.hoahoc.org

-

3

“Our goal is simple: help you to reach yours” - “Mục tiêu của chúng tôi rất đơn giản: giúp đỡ để bạn đạt được mục tiêu của mình”


Học để biết, học để làm, học để chung sống, học để làm người và để tự khẳng định mình

4

PHẦN II: NỘI DUNG
I. CƠ SỞ LÍ THUYẾT
1. ENTROPI (S)
- Trong sự biến đổi thuận nghịch vô cùng nhỏ ở T = const hệ trao đổi với môi trường một lượng nhiệt
QTN thì sự biến thiên entropi trong quá trình này là:

dS =

QTN
T

S là hàm trạng thái (J/mol.K)
- Nếu sự biến đổi là bất thuận nghịch thì dS >

QTN
T

- Vì là hàm trạng thái nên khi chuyển từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 bằng biến thiên thuận nghịch hay
bất thuận nghịch thì S2 - S1 = S =

2



QTN

1

T

(STN = SBTN)

2. NGUYÊN LÍ II CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC
dS 

Q
T

- Trong hệ cô lập Q = 0. nên:
+ dS = 0: trong hệ cô lập entropi của hệ không đổi nếu xảy ra quá trình thuận nghịch.
+ dS > 0 : trong hệ cô lập, quá trình tự xảy ra (BTN) theo chiều tăng entropi của hệ và tăng cho tới khi
đạt giá trị max thì hệ sẽ đạt trạng thái cân bằng.
* Entropi là thước đo độ hỗn độn của hệ: Độ hỗn độn của 1 hệ hay 1 chất càng lớn khi hệ hay chất đó
gồm những hạt và sự dao động của các hạt càng mạnh (khi liên kết giữa các hạt càng yếu).

VD: S

H2O(r)

< S H O (l) < S
2

SH (k) < S O (k)< SO
2

2

3

H2O (h)

(k)

 S là 1 đại lượng dung độ.
3. SỰ BIẾN THIÊN S TRONG QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI TRẠNG THÁI CỦA CHẤT
Khi chất nguyên chất nóng chảy hoặc sôi ở P = const thì:
T = const  S =

2

Q

T
1

=

H
T

H = nhiệt biến thiên trạng thái = Ln/c hoặc Lh
4. S TRONG QUÁ TRÌNH GIÃN NỞ ĐẲNG NHIỆT KHÍ LÍ TƯỞNG
Xét n mol khí lí tưởng giãn nở thể tích từ V1  V2 ở to = const. Vì nội năng của khí lí tưởng chỉ phụ
thuộc nhiệt độ nên trong sự biến đổi này:
U = QTN + WTN = QBTN + WBTN = 0
Biên soạn – giảng dạy: Thầy Ngô Xuân Quỳnh
ĐT: 0979.817.885 – E_mail:
Facebook: facebook.com/hoahoc.org (Ngô Xuân Quỳnh)


CHUYÊN ĐỀ: NHIỆT ĐỘNG HỌC

 QTN = - WTN = nRT. ln
T = const S =

V2
V1

HSG HÓA

( = -(- P. V) =

2


1

nRT
.dV ).

V

QTN
V
P
= nRln 2 = n.R.ln 1
P2
V1
T

5. SỰ BIẾN THIÊN ENTROPI CỦA CHẤT NGUYÊN CHẤT THEO NHIỆT ĐỘ
- Quá trình P = const: Đun nóng 1 chất nguyên chất từ T1  T2, không có sự chuyển pha:
S =

T2



T1

S =

QTN

T2

 n.C

T1

Với Q = QP = dH = n.CP.dT

T

P

.

dT
T

* Trong khoảng nhiệt độ hẹp, coi CP = const  S = n.CP.ln
- Quá trình: V = const  S = n .CV.ln

T2
T1

T2
T1

6. ENTROPI TUYỆT ĐỐI - NGUYÊN LÍ 3 CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC
- Entropi của chất nguyên chất dưới dạng tinh thể hoàn chỉnh ở 0(K) bằng 0: S(T = 0) = 0
* Xuất phát từ tiên đề trên ta có thể tính được entropi tuyệt đối của các chất ở các nhiệt độ khác nhau.
VD: Tính S của 1 chất ở nhiệt độ T nào đó, ta hình dung chất đó được đun nóng từ 0(K)  T(K) xét ở
P=const. Nếu trong quá trình đun nóng có sự chuyển pha thì:
S = ST - S(T = 0) = ST =

5

 S

i 1

Tnc

i

T

T
S
L
L
dT
dT
dT
 ST =  n.C P ( r ) . n. nc   n.C P (l ) . n. S   n.C P ( h ) .
T
Tnc Tnc
T
TS TS
T
01

Giá trị entropi được xác định ở P = 1 atm = const và ở nhiệt độ T nào đó được gọi là giá trị
entropi chuẩn, kí hiệu là S0T, thường T = 298K  S0298
7. SỰ BIẾN THIÊN ENTROPI TRONG PHẢN ỨNG HOÁ HỌC
+ Khi phản ứng thực hiện ở P = const, T = const thì:
+ Nếu ở điều kiện chuẩn và 250C thì:

S = S(sp) - S(t/g)

S0298= S0298(sp) - S0298(t/g)

+ Vì S của chất khí >> chất rắn, lỏng nên nếu số mol khí sản phẩm (sp) > số mol khí tham
gia thì S > 0 và ngược lại. Còn trong trường hợp số mol khí ở 2 vế bằng nhau hoặc phản
ứng không có chất khí thì S có giá trị nhỏ.
8. THẾ NHIỆT ĐỘNG
Scô lập = S hệ + S mt ≥ 0
Tạp Chí Dạy & Học Hóa Học – www.hoahoc.org

-

5

“Our goal is simple: help you to reach yours” - “Mục tiêu của chúng tôi rất đơn giản: giúp đỡ để bạn đạt được mục tiêu của mình”


Học để biết, học để làm, học để chung sống, học để làm người và để tự khẳng định mình

6

8.1. Thế đẳng áp, đẳng nhiệt G (năng lượng Gibbs)
Xét hệ xảy ra sự biến đổi ở P, T đều không đổi trong quá trình này môi trường nhận của hệ một nhiệt
lượng Hmt do hệ toả ra  Hmt = - H hệ = - H S mt = + Điều kiện tự diễn biến của hệ: S cô lập = S hệ -

H
T

H
> 0  H – T. S < 0

T

+ Hệ ở trạng thái cân bằng khi H – T. S = 0
+ Đặt G = H – TS  ở nhiệt độ, P không đổi thì quá trình xảy ra theo chiều có
G = H – T. S < 0
Và đạt tới trạng thái cân bằng khi G = 0.
8.2. Thế đẳng tích, đẳng nhiệt F (Năng lượng Helmholtz)
Nếu hệ biến đổi ở điều kiện T, V không đổi  nhiệt đẳng tích mà môi trường nhận của các hệ là Umt
 Smt = -

U mt
T

 điều kiện tự diến biến của hệ trong quá trình đẳng nhiệt, đẳng tích là : F = U – T. S < 0
Và đạt trạng thái cân bằng khi F = 0
Trong đó : F = U – TS
Vì H = U + PV  G = H – TS = U –TS + PV

 G = F + PV

+ Đối với quá trình T,P = const  G = W’max
+ Đối với quá trình T, V = const  S = W’max
TÓM LẠI :
* Quá trình đẳng áp: P = const
- Công: WP = - P.dV = -n.R.dT
- Nhiệt: QP = dH = n. C P .dT

 WP = - P. V = - nRT
T2

 QP = H = n.  C P .dT
T1

- Nội năng: dU = Q + W
- Entropi:

dS ≥

QTN
T

 U = H – P. V = H – n.R. T
 S ≥

2



QTN

1

Nếu C P = const  STN = n. C P .ln

T

 STN =

T2

dT
T n.C P . T =
1

T2

 n.C

P

.d ln T

T1

T2
T1

* Quá trình đẳng tích
- Công:

WV = - P.dV = 0

 WV = 0

Biên soạn – giảng dạy: Thầy Ngô Xuân Quỳnh
ĐT: 0979.817.885 – E_mail:
Facebook: facebook.com/hoahoc.org (Ngô Xuân Quỳnh)


CHUYÊN ĐỀ: NHIỆT ĐỘNG HỌC

- Nhiệt: QV = dUV = n. CV .dT

HSG HÓA



T2

QV = UV =  CV .n.dT
T1

Nếu CV = const QV = n. CV .T
UV = QV + W’

- Nội năng:
- Entropi:

S ≥

QV
=
T

T2

 n.CV .

T1

T

2
dT
  n.CV .d ln T
T
T1

 S ≥ n. CV .ln

T2
( CV = const)
T1

 dH = dU + P.dV + V.dP = dU + V.dP

- Entanpi: H = U + PV

(dV = 0)

 H = U + V . P
* Quá trình đẳng nhiệt
- Công: WT = - PdV = V2

 WT = -  n.RT .
V1

nRT
.dV
V

V
V
P
dV
 nRT ln 2  nRT ln 1  nRT ln 2
V
V1
V2
P1

- Nhiệt: UT = QT + WT = 0

 QT = - WT = nRT ln

V2
V1

- Nội năng: UT = 0
- Entanpi: HT = UT + (PV)T = UT + nR. T = 0
QTN Lnc
L

hoặc = h
T
Tnc
TS

- Entropi: S TN =

* Với quá trình dãn nở khí lí tưởng thuận nghịch
T

2
Q
U  W
dT
  n.CV .
S = TN 

T
T
T
T1

Nếu CV = const
Vì T = const

V2

nRT
dV
V
V1



 S = n. CV ln
S = nRT ln

T2
V
+ nRT ln 2
T1
V1

V2
P
= nRT.ln 1
V1
P2

* Quá trình đoạn nhiệt
- Nhiệt: Q = 0
- Nội năng và công:

dU = Q + W = W = -PdV =

T2

 n.C

V

T1

.

dT
T

*Quá trình bất thuận nghịch
dUBTN = WBTN = -Png .dV = -P2.dV
UBTN = WBTN = -Png.(V2 – V1) = n.CV. T
Tạp Chí Dạy & Học Hóa Học – www.hoahoc.org

-

7

“Our goal is simple: help you to reach yours” - “Mục tiêu của chúng tôi rất đơn giản: giúp đỡ để bạn đạt được mục tiêu của mình”


Học để biết, học để làm, học để chung sống, học để làm người và để tự khẳng định mình

8

* Quá trình thuận nghịch W = U = n.CV(T2- T1)
T1. V 1 1 = T2 . V 2 1  T2 = T1.(

V1 -1
)
V2

- Entanpi: H = n .CP(T2 – T1)
- Entropi: STN =

QTN
=0
T

* Phương trình Poisson: (Dùng cho quá trình thuận nghịch)
P.V = const;

T . V  1 = const;
* WBTN = -P2(V2 – V1) = - P2.(

 

CP
CV

nRT2 nRT1

)  nCV (T2  T1 )
P2
P1

 T2  U = W = ....  V2

* G = H – TS = U + PV – TS
 G 
 G 

  - S ; 
  - V
 T  P
 P  T

Với phản ứng oxi hoá khử có thể diễn ra trong pin điện: G = - nEF

dG
dE
= - nF.
= - S
dT
dT

 S = nF.

dE
dE
H = G + T. S = nF( T.
- E)
dT
dT

9. Ý NGHĨA VẬT LÍ CỦA G:
G = H – TS = U + PV – TS
 dG = dU + P.dV + V.dP – T.dS – SdT = (W + Q) + PdV + VdP – T.dS – SdT
Vì W = W’ + (-PdV)
Q ≤ T.dS

 dG ≤ W’ + VdP – SdT

Dấu “ =” ứng với quá trình thuận nghịch và công lớn nhất.
dG = W’max + VdP – SdT
* Đối với quá trình đẳng nhiệt, đẳng áp  dP = dT = 0
 dGT,P = W’ max  G = W’ max
* Đối với quá trình BTN: W’ giảm; Q tăng khi hoàn toàn BTN  W’ = 0
10. MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA HÀM G:

dG = V.dP – SdT ( coi W’ = 0)
10.1. Sự phụ thuộc của G vào T:
 G 
 G 
 =-S 
 = - S
 T  P
 T  P

- Khi P = const  

Biên soạn – giảng dạy: Thầy Ngô Xuân Quỳnh
ĐT: 0979.817.885 – E_mail:
Facebook: facebook.com/hoahoc.org (Ngô Xuân Quỳnh)


CHUYÊN ĐỀ: NHIỆT ĐỘNG HỌC

HSG HÓA

 G 

 T  P

 G = H – T. S = H + T. 

 G 
 - G = -H
 T  P

 T. 
GT 2
T2



T

2
G
H
   2 .dT
  d.
T
GT 1
T1 T

 G 
T .
  G
H
 T  P
 2
2
T
T

GT2



T2



GT1
T1

 G 


H
 T P
 2
T
T



T2

G
.dT
2
T1 T

 

T1

Nếu coi Ho không phụ thuộc vào nhiệt độ thì:

o
GT G298
1 
1

 H o  

T
298
 T 298 

10.2. Sự phụ thuộc vào P:
 G 
Khi T = const     V
 P  T

2

P2

1

P1

P2

  dG   V .dP  GT  P   GT  P    V .dP
2

1

P1

- Với chất rắn, lỏng  coi V = const khi P biến thiên (trừ miền áp suất lớn) thì:
GT  P2   GT  P1  V ( P2  P1 )

- Với chất khí lí tưởng  V =

P
nRT
 GT  P2   GT  P1  nRT . ln 2
P1
P

Nếu áp suất bình thường: P1 = Po = 1bar (1 atm)  GT(P) = GoT + nRT.lnP (P tính bằng bar (atm)).
11. TÍNH G CỦA MỘT SỐ QUÁ TRÌNH:
11.1. Giãn nén đẳng nhiệt khí lí tưởng
G = nRT.ln

P2
V
= nRT.ln 1
P1
V2

11.2. Trộn lẫn đẳng nhiệt, đẳng áp 2 khí lí tưởng:
G = nA.RTlnxA + nB.RTlnxB
11.3. Quá trình chuyển pha thuận nghịch (tại nhiệt độ chuyển pha): Gcf = 0

11.4. Quá trình chuyển pha thuận nghịch ở T  Tcf
Nguyên tắc: áp dụng chu trình nhiệt động. Vì G là hàm trạng thái nên G chỉ phụ thuộc trạng thái đầu,
trạng thái cuối, không phụ thuộc vào quá trình biến thiên.
11.5. G của phản ứng hoá học: Gopư = GoS(sản phẩm) - GoS(tham gia)

Tạp Chí Dạy & Học Hóa Học – www.hoahoc.org

-

9

“Our goal is simple: help you to reach yours” - “Mục tiêu của chúng tôi rất đơn giản: giúp đỡ để bạn đạt được mục tiêu của mình”


Học để biết, học để làm, học để chung sống, học để làm người và để tự khẳng định mình

10

II. BÀI TẬP VẬN DỤNG
Bài 1. Cho các số liệu nhiệt động của một số phản ứng sau ở 298K
Số phản ứng

Phản ứng

Ho298 (kJ)

(1)

2NH3 + 3N2O  4N2 + 3H2O

 1011

 N2H4 + H2O

(2)

N2O + 3H2

(3)

2NH3 + 0,5O2  N2H4 + H2O

(4)

H2

+ 0,5 O2  H2O

S0298 (N2H4) = 240 J/K.mol

; S0298 (H2O) = 66,6 J/K.mol

S0298 (N2)

; S0298 (O2)

= 191 J/K.mol

 317
 143

 286

= 205 J/K.mol

a) Tính nhiệt tạo thành Ho298 của N2H4 ; N2O và NH3.
b) Viết phương trình của phản ứng cháy Hidrazin và tính Ho298 , Go298 và hằng số cân bằng K
của phản ứng này.
c) Nếu hỗn hợp ban đầu gồm 2mol NH3 và 0,5mol O2 thì nhiệt của phản ứng (3) ở thể tích không
đổi là bao nhiêu?
Bài giải
a) Ta sắp xếp lại 4 phương trình lúc đầu để khi cộng triệt tiêu các chất và được
N2 + H2  N2H4 . Đó là:


2NH3 + 3N2O

-H1

9H2



3N2H4 + 3H2O

3H2

2NH3 + 0,5 O2



N2 H4 + H 2 O

H3

H2 O



H2 + 0,5 O2

4N2 + 3H2O
3N2O +

-H4

Sau khi cộng ta được: 4N2 + 8H2  4N2H4 có 4H5
Suy ra H5 = (-H1 + 3H2 + H3 - H4) : 4
= (1011 - 3 . 317 - 143 + 286) : 4 = 50,75 kJ/mol
Từ H5 và H4 và H2 tính được H N O = H5 + H4 - H2
2

= 50,75 - 286 + 317 = 81,75 kJ/mol
Từ H5 và H4 và H3 tính được H NH = H5 + H4 - H3
3

= ( 50,75 - 286 + 143 ) : 2 = 46,125 kJ/mol
b) N2H4 + O2 ⇌ N2 + 2H2O
Biên soạn – giảng dạy: Thầy Ngô Xuân Quỳnh
ĐT: 0979.817.885 – E_mail:
Facebook: facebook.com/hoahoc.org (Ngô Xuân Quỳnh)

CHUYÊN ĐỀ: NHIỆT ĐỘNG HỌC

H

0
298

HSG HÓA

= 2  ( 286)  50,75 =  622,75 kJ/mol

S 0298 = 191 + (2  66,6)  205  240 =  120,8 J/K
G 0298 =  622,75  ( 120,8. 10 3  298) =  586,75 kJ/mol
ln K = 

586, 75.103
G
=
= 236,8 ;
RT
8,314  298

K = 10103.

c) H = U + PV = U + nRT 
 U = H  nRT
Với n = 1  2,5 =  1,5 cho U =  143.103  (  1,5)  8,314  298 =  139 kJ
Bài 2. Tại nhiệt độ nào sự chuyển 1 mol nước lỏng thành hơi nước ở áp suất khí quyển 1atm là một

quá trình tự xảy ra. Biết nhiệt hoá hơi 1 mol nước lỏng bằng 40587,80 J và biến thiên entropi của
sự chuyển trạng thái này bằng 108,68 J/K.
Bài giải
G = H  TS = 40587,80  T. 108,68
Tại cân bằng H2O (l) ⇌ H2O (h) thì G = 0 nên 40587,80 = 108,68.T 
 T = 373,46 K
Vậy muốn quá trình tự xảy ra thì T > 373,46 K
Bài 3. Nitrosyl clorua là một chất rất độc, khi đun nóng sẽ phân huỷ thành nitơ monoxit và clo.
a) Hãy viết phương trình cho phản ứng này
b) Tính Kp của phản ứng ở 298K(theo atm và theo Pa). Cho:
Nitrosyl clorua

Nitơ monoxit

Cl2

51,71

90,25

?

264

211

223

Ho298 (kJ/mol)
S0298 (J/K.mol)

c) Tính gần đúng Kp của phản ứng ở 475K
Bài giải:
a) 2NOCl ⇌ 2NO + Cl2.
b) Hằng số cân bằng nhiệt động lực học được tính theo phương trình G =  RTlnK
Trong đó G = H  T. S
H = [(2  90,25. 103) + 0  (2  51,71. 103 ) = 77080 J/mol
S = [(2  211) + 233  (2  264) = 117 J/mol
G = 77080  298  117 = 42214 J/mol
và ln K = 

42214
 Kp = 3,98. 108 atm và Kp = 4,04. 103 Pa
=  17 
8,314  298
Tạp Chí Dạy & Học Hóa Học – www.hoahoc.org

-

11

“Our goal is simple: help you to reach yours” - “Mục tiêu của chúng tôi rất đơn giản: giúp đỡ để bạn đạt được mục tiêu của mình”


Học để biết, học để làm, học để chung sống, học để làm người và để tự khẳng định mình

12

c) Tính gần đúng:
ln

Kp(T2 ) H
=
R
Kp(T1 )

1 1
77080  1
1 
 lnKp(475K) =

   

 + lnKp(298)
8,314  298 475 
 T1 T2 

ln Kp (475) =  5,545 
 Kp = 4,32. 10 3 atm hay Kp = 437Pa
Bài 4. Hằng số cân bằng (Kc ) của một phản ứng kết hợp A (k) + B (k) ⇌ AB (k)
ở 250C là 1,8. 103 L/mol và ở 400C là 3,45.103 L/mol .
a) Giả sử Ho không phụ thuộc nhiệt độ, hãy tính Ho và So.
b) Hãy tính các hằng số cân bằng Kp và Kx tại 298,15 K; áp suất toàn phần là 1 atm
Bài giải:
a) Với ln

Kp(T2 ) H
=
R
Kp(T1 )

1 1
H  1
1 
3, 45.103

=
 ln
   

3
8,314  298,15 313,15 
1,8.10
 T1 T2 

Tính được H = 33,67 kJ/mol
Với G = H  T. S =  RTlnK 
 (33,67  103 )  T2. S =  8,314 T2. ln 3,45. 103.

 S =

(33, 67.103 )  8,314  313,15  ln 3, 45.103
= 175,25 J/K.mol
313,15

b) Vì Kp = Kc.(RT)
Kp = Kx. (P)

n

n

1,8.103
1
với n = 1 nên Kp = 8,314  298,15 = 0,726 atm .

với n = 1 nên Kx = 0,726  1 = 0,726

Bài 5. Amoni hidrosunfua là một chất không bền, dễ phân huỷ thành NH3 (k) và H2S (k). Cho biết:
Hợp chất

H0 (kJ/mol)

S0 (J/K.mol)

NH4HS (r)

 156,9

113,4

NH3(k)

 45.9

192,6

H2S (k)

 20,4

205,6

a) Hãy tính Ho298 ,So298 và Go298 của phản ứng trên
b) Hãy tính hằng số cân bằng Kp tại 250C của phản ứng trên
c) Hãy tính hằng số cân bằng Kp tại 350C của phản ứng trên, giả thiết H0 và S0 không phụ
thuộc nhiệt độ.
d) Giả sử cho 1,00 mol NH4HS (r) vào một bình trống 25,00 L. Hãy tính áp suất toàn phần trong
bình chứa nếu phản ứng phân huỷ đạt cân bằng tại 250C. Bỏ qua thể tích của NH4HS (r). Nếu
dung tích bình chứa là 100,00L, hãy tính lại áp suất toàn phần trong thí nghiệm trên.
Biên soạn – giảng dạy: Thầy Ngô Xuân Quỳnh
ĐT: 0979.817.885 – E_mail:
Facebook: facebook.com/hoahoc.org (Ngô Xuân Quỳnh)


CHUYÊN ĐỀ: NHIỆT ĐỘNG HỌC

HSG HÓA

Bài giải:
a) H0 =  45,9 20,4  (  156,9 ) = 90,6 kJ/mol
S0 = 192,6 + 205,6  113,4 = 284,8 J/K.mol
G0 = H0  T. S0 = 90600  298,15  284,8 = 5687 J/mol hay 5,687 kJ/mol
b) G0 =  RT.ln Ka 
  5687 =  8,314  298,15  ln Ka. 
 Ka = 0,1008
Kp = Ka = 0,1008 atm2.
c) Tương tự tại 350C, G0 = H0  T. S0 = 2839 J/mol nên Ka = 0,3302 và Kp = 0,3302 atm2.
d) Do P (toàn phần) = P (NH3) + P (H2S) 
 P (NH3) = P (H2S) = 0,5P (toàn phần)

Kp = [0,5P (toàn phần)]2 = 0,1008 
 P (toàn phần) = 0,635 atm
số mol khí =

PV
0, 635  25
=
= 0,64 mol → số mol NH4HS = 1  0,50,64= 0,68
RT
0, 08314  298,15

* Nếu dung tích bình 100 L thì số mol khí =

0, 635 100
= 2,56 mol
0, 08314  298,15

số mol NH4HS = 1  0,5  2,56 =  0,28 
 không còn chất rắn
Khi đó 1 mol chất rắn chuyển hết thành 2 mol chất khí nên
P (toàn phần) =

nRT 2  0, 08314  298,15
=
= 0,5 atm
V
100

Bài 6. Cho các số liệu sau:
H3PO4(dd) H2PO 4 (dd)

HPO 24  (dd)

PO 34 (dd)

H2O (lỏng)

H0 (kJ/mol)

 1288

 1296

 1292

 1277

 56

S0 (J/K.mol)

158

90

 33

 220

81

a) Tính H0 và G0 của các phản ứng trung hoà từng nấc H3PO4 bằng kiềm
HnPO n4 3 + OH   Hn1PO n4  4 + H2O
b) Tính hằng số điện ly của H3PO4 ở 250C theo các số liệu trên
c) Tính thể tích của những dung dịch 0,1 mol/L của axit và của kiềm mà khi trộn chúng với nhau
thì thu được 25 ml dung dịch và phát ra một lượng nhiệt là 90 J.
Bài giải:
a) H0 và S0 của H+ đều bằng 0:

0
H 0H O  H OH
=  56 kJ/mol
2



H 0n = H 30 n  H 30 n 1  56 ; S 30 = S 30 n  S 04 n + 81
Theo G0 = H0  T. S0 có
Tạp Chí Dạy & Học Hóa Học – www.hoahoc.org

-

13

“Our goal is simple: help you to reach yours” - “Mục tiêu của chúng tôi rất đơn giản: giúp đỡ để bạn đạt được mục tiêu của mình”


Học để biết, học để làm, học để chung sống, học để làm người và để tự khẳng định mình

14

* H 10 =  1296 + ( 56)  ( 1288) =  64 kJ/mol ; S 10 = 90 + 81  158 = 13 J/mol.K
G 10 =  64  298,15  13. 10 3 =  67,9 kJ/mol
* H 02 =  1292 + ( 56) ( 1296) =  52 kJ/mol ; S 02 = 33 + 81  90 = 42 J/mol.K
G 02 =  52  298,15  ( 42. 10 3 ) =  39,5 kJ/mol
* H 30 =  1277 + ( 56) ( 1292) =  41 kJ/mol ; S 30 = 220 + 81  ( 33) = 106 J/mol.K
G 02 =  41  298,15  ( 106. 10 3 ) =  9,4 kJ/mol
b) G 0H O = 56  298,15  (81.10 3) = 80,15 kJ/mol
2

Theo G0 =  RT.ln K 
 ln K = 
Tổ hợp

G 0
RT

H3PO4 + OH  ⇌ H2PO 4 + H2O
H2O ⇌ OH  + H+

Cho H3PO4 ⇌ H+ + H2PO 4

G 10
 H 0H O
2

G 0a1 = G 10  H 0H O =  67,9 ( 80,15)= 12,25 kJ/mol
2

12, 25.103

ln Ka1 = 
=  4,944
8,314  298

Tương tự H2PO 4 ⇌ H+ + HPO 24 
HPO 24  ⇌ H+ + PO 34

Ka1 = 7,9. 10 3.

G 0a 2 = 40,5 kJ/mol ;

Ka2 = 8,0. 10 8.

G 0a 3 = 70,5 kJ/mol ;

Ka3 = 4,4. 10 13.

c) Số mol H3PO4 = 0,1V1 ; OH  = 0,1V2.
* Nếu tạo hỗn hợp 2 muối axit : 64  0,1V1+ (0,1V2  0,1V1)  52 = 0,09 và V1 + V2 = 0,025
Giải pt cho V2 = 0,015 L ; V1 = 0,01 L
* Nếu tạo hỗn hợp muối axit và muối trung hòa:
52  0,1V1 + (0,1V2  0,1V1)  41 = 0,09 
 V2 = 0,0175 L ; V1 = 0,0071 L
Bài 7. Cho các số liệu sau:
C2H5OH (h)

C2H4 (k)

H2O (h)

G 0298,s (kJ/mol)

 168,6

68,12

 228,59

S 0298 (J/mol. K)

282,0

219,45

188,72

Với phản ứng :

C2H4 (k) + H2O (h) ⇌ C2H5OH (h)

a) Hỏi ở điều kiện chuẩn và 250C phản ứng xảy ra theo chiều nào?
Biên soạn – giảng dạy: Thầy Ngô Xuân Quỳnh
ĐT: 0979.817.885 – E_mail:
Facebook: facebook.com/hoahoc.org (Ngô Xuân Quỳnh)


CHUYÊN ĐỀ: NHIỆT ĐỘNG HỌC

HSG HÓA

b) Phản ứng tỏa nhiệt hay thu nhiệt?
Bài giải:
a) G 0298 =  168,6  [68,2 + (  228,9)] =  8,13 kJ < 0 nên phản ứng theo chiều thuận.
b) H 0298 = G 0298 + T. S 0298
S 0298 = 282,0  (188,72 + 219,45) = 126,17 J/ K
H 0298 =  8,13. 103 + (126,17  298) =  45728,66 J < 0 
 phản ứng tỏa nhiệt.
Bài 8. Cho các số liệu sau ở 270C:
NH4COONH2 (r) CO2 (k)

NH3 (k)

0
H 300,s
(kJ/mol)

 645,2

 46,20

G

 458,0

0
300

(kJ/mol)

Với phản ứng :

 393,5
 394,4

 16,64

NH4COONH2 (r) ⇌ CO2 (k) + 2 NH3 (k)

a) Hỏi ở điều kiện chuẩn và 270C phản ứng xảy ra theo chiều nào?
b) Nếu coi H0 và S0 không đổi đối với T thì bắt đầu ở nhiệt độ nào phản ứng ở điều kiện chuẩn
xảy ra theo chiều ngược với chiều phản ứng ở 270C ?
Bài giải:
0
a) G 300
= (  394,4) + (  16,64  2)  (  458,0) = 30,32 kJ > 0

Theo G = A + PV hay G = A + PV = A + n.RT với n = 3
0
thì A 300
= 30,32. 103  3  8,314  300 = 22837,4 J > 0 nên phản ứng xảy ra theo chiều nghịch.
0
b) H 300
= (  393,5) + (  46,2  2)  (  645,2) = 159,3 kJ
0
S 300
=

H 0  G 0 159300  30320
=
= 429,93 J/K

300
300

mà U0 = H0  nRT
0
U 300
= 159300  3  8,314  300 = 151817,4 J

Để phản ứng xảy ra theo chiều ngược với chiều ở 270C thì A0 = U0  TS0 phải < 0
A0 = 151817,4  T  429,93 < 0 
 T > 353,12 K tức là ở 800C thì phản ứng đổi chiều.
Bài 9: Tính sự biến thiên entropi của quá trình đun nóng 0,5 mol H2O từ – 50oC đến 500oC ở P =
1atm. Biết nhiệt nóng chảy của nước ở 273K = 6004J/mol; nhiệt bay hơi của nước ở 273K =
40660J/mol. Nhiệt dung mol đẳng áp C Po của nước đá và nước lỏng lần lượt bằng 35,56 và
75,3J/molK; C Po của hơi nước là (30,2 + 10-2T) J/molK.
Tạp Chí Dạy & Học Hóa Học – www.hoahoc.org

-

15

“Our goal is simple: help you to reach yours” - “Mục tiêu của chúng tôi rất đơn giản: giúp đỡ để bạn đạt được mục tiêu của mình”


Học để biết, học để làm, học để chung sống, học để làm người và để tự khẳng định mình

16

Bài giải:
o

H2O(r)
223K

 S1

o

o
S
 So3
 So4
H2O(r)  S2 H2O(l)
H2O(l)
H2O(h) 5 H2O(h)
773K
373K
373K
273K
273K

o

o
o
o
 S =  S1 +  S2 +  So3 +  S4 +  So5

273

= n.   C P ( r ) .
223



373
773
dT Lnc
dT Lh
dT 

  C P (l ) .

  C P(h) . 
T 273 273
T 373 373
T 

=0,5. 35,56. ln

273 6004
373 40660
773


 75,3. ln

30,2. ln
10 2 (773  373) = 93,85(J/K)
223 273

273 373
373


Bài 10. Tính sự biến thiên entropi khi trộn lẫn 200g nước ở 15oC với 400g nước ở 60oC. Biết rằng
hệ là cô lập và nhiệt dung mol của nước lỏng là 75,3 J/mol.K
Bài giải:
Gọi T là nhiệt độ của hệ sau khi pha trộn.
Do Q thu = Q toả nên:
200
400
. C P (T – 288) =
. C P (333 – T)
18
18

T – 288 = 2.333 – 2T
318

200
dT
288 18 .75,3. T +

S hệ = S1 + S2 =
=

T=

2.333 288
= 318(K)

3

318

400
dT
.75,3.
18
T
333



200
318 400
318
.75,3 ln
+
.75,3 ln
= 5,78 (J/K) > 0
333
18
288
18

 Quá trình san bằng nhiệt độ này tự xảy ra.
Bài 11. Tính sự biến thiên entropi và G của sự hình thành 1 mol hỗn hợp khí lí tưởng gồm 20%
N2; 50%H2 và 30%NH3 theo thể tích. Biết rằng hỗn hợp khí được tạo thành do sự khuếch tán 3 khí
vào nhau bằng cách nối 3 bình đựng 3 khí thông với nhau. Nhiệt độ và áp suất của các khí lúc đầu
đều ở đkc (273K, 1atm).

Bài giải:
Vì khí lí tưởng khuếch tán vào nhau nên quá trình là đẳng nhiệt.
Gọi thể tích của 1 mol hỗn hợp khí là V
 thể tích mỗi khí ban đầu (ở cùng điều kiện) là V N = 0,2V; V NH = 0,3V; VH = 0,5V.
2

3

2

Do %V = %n  n N = 0,2 mol; n H = 0,5 mol; n NH = 0,3mol.
2

2

3

- Sự biến thiên entropi được tính theo CT: S = nRln

V2
V1

Biên soạn – giảng dạy: Thầy Ngô Xuân Quỳnh
ĐT: 0979.817.885 – E_mail:
Facebook: facebook.com/hoahoc.org (Ngô Xuân Quỳnh)


CHUYÊN ĐỀ: NHIỆT ĐỘNG HỌC
S N 2 = 0,2 .8,314.ln

V
= 2,676J/K
0,2V

S H 2 = 0,5.8,314.ln

V
= 2,881J/K
0,5V

S NH3 = 0,3.8,314.ln

HSG HÓA

V
= 3,003J/K
0,3V

 S = S N + S H + S NH = 8,56(J/K)
2

2

3

* Quá trình khuếch tán khí lí tưởng là đẳng nhiệt nên H = 0
 G 273 = H – T. S = -273.8,56 = -2336,88(J)
Bài 12. Trong các phản ứng sau, những phản ứng nào có S > 0; S < 0 và S  0 ít.
C(r) + CO2(k)  2CO(k)
CO(k) +

(1)

1
O2(k)  CO2(k)
2

(2)

H2(k) + Cl2(k)  2HCl(k)

(3)

S(r) + O2(k)  SO2(k)

(4)

Bài giải:
Phản ứng (1) có n khí = 2 -1 = 1 > 0  S > 0
Phản ứng (2) có n khí = 1 -1-

1
< 0  S <0
2

Phản ứng (3), (4) có n khí = 0  S  0 ít.
Bài 13. Cho biết pư:

C2H4(k) + H2O(h)
vµ c¸c sè liÖu sau:

C2H5OH(h)

C2H5OH

C2H4(k)

H2O(h)

GSo, 298 (kJ / mol)

168,6

68,12

- 228,59

o
S 298
(kJ / mol)

282,0

219,45

188,72

a) Hỏi điều kiện chuẩn của phản ứng này là điều kiện như thế nào?
b) ở điều kiện chuẩn và 25oC phản ứng đi theo chiều nào?
o

c) Tính H 298
của phản ứng. Phản ứng toả nhiệt hay thu nhiệt?

Bài giải:
a) Điều kiện chuẩn: PC H
2

4 (k )

= PH O ( h ) = PC H OH ( h ) = 1atm và phản ứng được thực hiện ở to, P không đổi.
2

2

5

b)

Tạp Chí Dạy & Học Hóa Học – www.hoahoc.org

-

17

“Our goal is simple: help you to reach yours” - “Mục tiêu của chúng tôi rất đơn giản: giúp đỡ để bạn đạt được mục tiêu của mình”


Học để biết, học để làm, học để chung sống, học để làm người và để tự khẳng định mình

Gop- = Go

S,298(C2H5OHh)

-  GoS,298(C H
2

4k)

18

- Go

S,298(H2Oh)

= 168,6 - 68,12 + 228,59 = - 8,13 (kJ)
= -8,13kJ < 0
Ph¶n øng x¶y ra theo chiÒu thuËn

o
 Gp-(298)

c)
o

o
o
S298,p- = S298(C
H OH) - S

298(C2H4)

2 5

o
- S298(H
O)
2

= 282 - 219,45 - 188,72 = - 126,17(J/K)
G =  H - T. S
o
o
H298,p- =  Go298,p- + T.  S298,po

H298,p-

= -8,13 + 298(- 126,17 .10-3) = - 45,72866(kJ)
<0
ph¶n øng to¶ nhiÖt

Bài 14. Một mol khí lí tưởng đơn nguyên tử ở 300K và 15atm giãn nở tới áp suất 1atm. Sự giãn nở
được thực hiện bằng con đường:
a) Đẳng nhệit và thuận nghịch nhiệt động.
b) Đẳng nhiệt và không thuận nghịch.
c) Đoạn nhiệt và thuận nghịch.
d) Đoạn nhiệt bất thuận nghịch.
Trong các quá trình bất thuận nghịch, sự giãn nở chống lại áp suất 1atm. Tính Q, W, U, H, Stp
cho mỗi trường hợp.
Bài giải:
a) T = const  U = 0 ; H = 0

2

WTN = -  PdV = - nRTln
1

V2
P
= -nRTln 1
V1
P2

WTN = -1(mol).8,314 (J.mol-1K-1) .ln

15
.300(K)
1

= -6754,42(J)

Q = -W = 6754,42(J)
Quá trình giãn nở thuận nghịch:

Stp = Smt + Shệ = 0

b) T = const  U = 0 ; H = 0
WBTN = -Png(V2 - V1) = -P2(

P
1
nRT nRT

) = nRT( 2 - 1) = 1. 8,314.300.( - 1)= -2327,92(J)
15
P2
P1
P1

QBTN = -W = 2327,92(J)
Stp = Smt + Shệ
Shệ(BTN) = Shệ(TN) =

2
QTN
U  W
dT
  nCV
=
+
T
T
T
1

2

V2
P1
nR
dV
=
nRln

=
nRln
1 V
V1
P2

Biên soạn – giảng dạy: Thầy Ngô Xuân Quỳnh
ĐT: 0979.817.885 – E_mail:
Facebook: facebook.com/hoahoc.org (Ngô Xuân Quỳnh)


CHUYÊN ĐỀ: NHIỆT ĐỘNG HỌC

HSG HÓA

= 1.8,314 .ln
Smt =

Qmt
Q
 2327,92
= - he =
= -7,76(J/K)
300
T
T

15
= 22,515(J/K)
1

 Stp = 22,515 - 7,76 = 14,755 (J/K)

( Quá trình giãn nở này tự xảy ra)
c) Đoạn nhiệt  Q = 0
Đoạn nhiệt thuận nghịch  Theo Poisson
nRT
 nRT 
Mà V =
 T. 

P
 P 


1-



 1

 T .P1- = const

= const

1-

T1 .P1 = T2 .P2


T1 = P2
P1
T2

T.V- 1 = const

1-

T1
P2
=
T2
P1

Với khí lí tưởng đơn nguyên tử thì CV =

1-


T2 = T1 . P1
P2

1-


3
5
R; CP = R
2
2

 = CP = 5
CV
3
5
11-
3
=
= -0,4
5

3
-0,4
T2 = 300. 15 = 101,55(K)
1
U = W = nCV(T2 - T1) = 1.
H = nCP(T2 - T1) = 1.
STN =

3
.8,314.(101,55 - 300) = -2474,87(J)
2

5
.8,314 .(101,55 - 300)= - 4124,78(J)
2

Q
=0
T

d) Đoạn nhiệt  Q = 0
Đoạn nhiệt, không thuận nghịch  không áp dụng được PT poisson
U = W  nCV. T = -Png. V n.


nRT2 nRT1
3
.R(T2 - T1) = -P2(
)
P2
P1
2

nRT2
P
3
3
1
(T2 - 300) = -( T2 - 2 .T1) T2 - 450 = -T2 + .300 V2 =
=
P2
2
2
15
P1

V1 =

1.0,082.188

= 15,416(l)
1

nRT2
= 1,64(l) U = W = 1. 3 .8,314.(188- 300) = -1396,752(J)
P2
2
Tạp Chí Dạy & Học Hóa Học – www.hoahoc.org

-

19

“Our goal is simple: help you to reach yours” - “Mục tiêu của chúng tôi rất đơn giản: giúp đỡ để bạn đạt được mục tiêu của mình”


Học để biết, học để làm, học để chung sống, học để làm người và để tự khẳng định mình

Stp = Shệ =
= nCVln

T

2
QTN
U  W
dT
=
+
  nCV

T
T
T
T1

T2
V
+ nRln 2
T1
V1

CH4(k)

2

T2

V2

T1

V1

=  nCV d ln T +

300

nR

 V dV

- 241,8

0
(J/molK)
S 298

188,7

1,64

CH4(k) + H2O (k)  CO(k) + 3H2(k)

H2O (k)

H S0, 298 (kJ/mol) - 74,8

186,2

P
V T dV
1

= 1. 3 .8,314.ln 188 + 1. 8,314 .ln 15,416 = 12,801(J/K) > 0

0
Bài 15. Tính G273
của phản ứng:

Biết:

V2

20

CO(k)

H2(k)

-110,5
197,6

0
130,684

a) Từ giá trị G0 tìm được có thể kết luận gì về khả năng tự diễn biến của khả năng phản ứng ở
373oK?
b) Tại nhiệt độ nào thì phản ứng đã cho tự xảy ra ở điều kiện chuẩn?
(Coi H0, S0 không phụ thuộc T)
Bài giải:
0
H pu
= 3.0 + 1(-110,5) -(-74,8) -(-241,8) = 206,1(kJ)

0
S pu
= 3.(130,684) + 197,6 - 188,7 - 186,2 = 214,752 (J/K)

Do H0, S0 không phụ thuộc vào T nên:
0

 G273
= H0 - T. S0 = 206,1 = 373.214,752.10-3 =125,9975(kJ) > 0

 ở đkc và T = 373K  Phản ứng không thể tự diễn biến.
b) Để phản ứng tự diễn biến ở nhiệt độ T(K) thì: GT0 < 0
T>

 H0 - T. S0 < 0

H 0 206,1.10 3
=
= 959,71(K)
214,752
S 0

Bài 16. Entanpi tự do chuẩn của phản ứng tạo thành H2O từ các đơn chất phụ thuộc vào T theo
GS0,T = -240000 + 6,95T + 12,9TlgT (J/mol)

phương trình sau:

Tính G0, S0 và H0 của phản ứng tạo thành H2O ở 2000K
Bài giải:
GS0, 2000 = -240000 + 6,95.2000 + 129.2000lg2000= -140933,426(J/mol)
 G 
 = -S
 T  P

dG = VdP - SdT  
 S

0
2000

 G 0
= - 
 T


1
12,9
 = 6,95 + 12,5.lgT + 12,9T.
= 6,95 + 12,9lgT +
T . ln 10
ln 10
P

Biên soạn – giảng dạy: Thầy Ngô Xuân Quỳnh
ĐT: 0979.817.885 – E_mail:
Facebook: facebook.com/hoahoc.org (Ngô Xuân Quỳnh)


CHUYÊN ĐỀ: NHIỆT ĐỘNG HỌC

= 6,95 + 12,9lg2000 +

HSG HÓA

12,9
= 55,1357(J/molK)
ln 10

0
0
0
 H 2000
=  G2000
+ T. S 2000
= -140933,426 + 2000. 55,1357 = -30662,054 (J/mol)

Bài 17. Một Học sinh khi làm bài tường trình thí nghiệm đo nhiệt độ đốt cháy một hợp chất hữu cơ
cho rằng: H = U + P. V. Sự đốt cháy trong bom nhiệt lượng kế làm cho V = 0, do đó H = U.
Kết luận này sai ở đâu?
Bài giải:
H = U + P.V  H = U + (PV) = U + P. V + V. P
Hay H = U + (nRT)
Trong bom nhiệt lượng kế thì: V = 0 nên: H = U + V. P = U + (nRT)
Bài 18. Hãy chỉ ra những mệnh đề sai:
a) Đối với 1 hệ kín, quá trình giãn nở khí là đoạn nhiệt  hệ là cô lập  Q = 0;  S = 0.
b) Một hệ bất kỳ có thể tự diễn biến tới trạng thái có entanpi thấp hơn (H < 0) và entropi lớn hơn
(S > 0). Hay hệ có thể diễn biến theo chiều giảm entanpi tự do (G < 0).
c) GT0 = H T0 - T. S T0
Với phản ứng hoá học ở T = const. Nếu G 0 > 0  Phản ứng tự diễn biến theo chiều nghịch.
G 0 = 0 : Phản ứng ở trạng thái cân bằng.
G 0 < 0 : Phản ứng tự xảy ra theo chiều thuận.

Bài giải:
a) Sai . Do S = 0 chỉ khi quá trình biến đổi thuận nghịch.
Còn với quá trình biến đổi bất thuận nghịch thì S >

Q

 S > 0.
T

b) Sai . Do mệnh đề này chỉ đúng trong điều kiện T, P = const.
Còn với quá trình biến đổi mà V, T = const thì phải xét F.
c) Sai. Do với quá trình hoá học thì phải xét giá trị:
G = G0 + RTlnQ chứ không phải dựa vào G0.
(Tuy nhiên, có thể coi rằng GT0 << 0 thì quá trình có thể xảy ra được cả ở điều kiện chuẩn và điều
kiện thực. Khi GT0 << 0 thì về nguyên tắc chỉ có quá trình ngược lại mới xảy ra, không thể xác định
được chính xác giới hạn của GT0 mà theo đó quá trình xảy ra theo chiều này hay chiều khác. Một
cách gần đúng có thể coi rằng các giới hạn này khoảng chừng  40 kJ/mol).

Tạp Chí Dạy & Học Hóa Học – www.hoahoc.org

-

21

“Our goal is simple: help you to reach yours” - “Mục tiêu của chúng tôi rất đơn giản: giúp đỡ để bạn đạt được mục tiêu của mình”


Học để biết, học để làm, học để chung sống, học để làm người và để tự khẳng định mình

22

Bài 19. Một khí lí tưởng có CV = 3R không phụ thuộc T được giãn nở đoạn nhiệt trong chân không
V
T
tới thể tích gấp đôi. Học sinh A lí luận rằng đối với quá trình đoạn nhiệt thì 2   1
T1  V2

do đó T2 =





 1

với  =

4
3

T1
2

1
3

Học sinh B cho rằng: U = Q + A = 0 + 0 = n.CV. T  T = 0  T2 = T1
Học sinh nào nói đúng? Hãy chỉ ra lỗi sai của Học sinh kia.
Bài giải:
- Học sinh B nói đúng.
- Học sinh A nói sai : Vì quá trình giãn nở trong chân không là quá trình bất thuận nghịch nên không
sử dụng được phương trình poisson.
Bài 20. Tính chất nhiệt động của một số phân tử và ion ở trạng thái tiêu chuẩn tại 25oC như sau:
C3H8(k)

O2(k)

H S0 (kJ/mol)

-101,85

0

S0(J/molK)

269,91

205,138

CO2(k)

H2O(l)

- 393,51

- 285,83

213,74

69,91

CO32 (aq)

OH-(aq)

- 677,14

- 229,99

- 56,9

- 10,75

Xét quá trình oxi hoá hoàn toàn 1 mol C3H8(k) với O2(k) tạo thành theo 2 cách :
a) Bất thuận nghịch
b) Thuận nghịch (trong 1 tế bào điện hoá)
1) Tính H0, U0, S0, G0 của phản ứng trong mỗi cách nói trên?
2) Tính nhiệt, công thể tích, công phi thể tích (tức là công hữu ích) mà hệ trao đổi với môi trường
trong mỗi cách?
3) Tính S của môi trường và S tổng cộng của vũ trụ khi tiến hành quá trình theo mỗi cách.
4) Một mô hình tế bào điện hoá khác làm việc dựa trên phản ứng oxi hoá C3H8(k) bởi O2(k) khi có
mặt dung dịch KOH 5M với điện cực Pt. Các loại phân tử và ion (trừ KOH) đều ở trạng thái tiêu
chuẩn. Hãy viết các nửa phản ứng ở catot và anot và phản ứng tổng cộng trong tế bào điện hoá.
Nếu từ tế bào điện hoá đó, ở 25oC, ta thu được dòng điện 100mA. Hãy tính công suất cực đại có thể
đạt được.
Bài giải:
C3H8(k) + 5O2(k)  3CO2(k) + 4H2O(l)
1) Do các hàm H, U, S, G là hàm trạng thái nên dù tiến hành theo cách nào thì các giá trị U, H, S,
G cũng như nhau với cùng trạng thái đầu và cuối. Vậy:
0
H pu
= 3 H S0,CO2 ( k ) + 4. H S0, H 2O (l ) - H S0,C3H8 ( k ) - 5. H S0,O2 ( k )

Biên soạn – giảng dạy: Thầy Ngô Xuân Quỳnh
ĐT: 0979.817.885 – E_mail:
Facebook: facebook.com/hoahoc.org (Ngô Xuân Quỳnh)

CHUYÊN ĐỀ: NHIỆT ĐỘNG HỌC

HSG HÓA

= -3. 393,51 - 285,83 .4 + 103,85 = -2220 (kJ)
0
= 213,74. 3 + 4.69,91 - 269,91 - 5. 205,138 = -374,74 (J/K)
H pu

0
G pu
= H0 - T. S0 = -2220 + 298,15 .374,74.10-3

= -2108,27 (kJ)

U0 = H0 - (PV) = H0 - nRT = -2220 - (-3).8,314.298,15.10-3

= -2212,56(kJ)

2) a) Quá trình bất thuận nghịch:
- Nhiệt mà hệ trao đổi với môi trường là QBTN = H0 = -2220 (kJ)
2

- Wtt = -  P.dV = -P. V = -n(k) .RT = 3. 8,3145.298,15 = 7436,9(J)
1

- W’ = 0
b) Quá trình thuận nghịch:

- QTN = T. S = 298,15 (-374,74) = - 111728,731(J)
- W’max = G = -2108,27(kJ) < 0 : Hệ sinh công
- Wtt = - n(k) .RT = 7436,9(J) > 0: hệ nhận công
3) a) Quá trình bất thuận nghịch:
Smt =

Qmt
Q
H 0
2220.10 3
= - BTN = == 7445, 916 (J/K)
T
T
T
298,15

 S vũ trụ = Smt + S hệ = 7445,916 - 374,74 = 7071,176(J/K)
b) Quá trình thuận nghịch:
Smt =

Qmt
Q
111728,731
= - TN =
 374,74( J / K )  S vũ trụ = Smt + S hệ = 0
T
T
298,15

4) Các nửa phản ứng:

Anot: C3H8 + 26OH-  3 CO32 + 17H2O + 20e
Catot: O2 + 2H2O + 4e  4OHPhản ứng tổng cộng:
C3H8(k) + 5O2(k) + 6OH-(aq)  3 CO32(aq) + 7H2O(l)
 Sơ đồ pin: (-) Pt, C3H8(1atm)/KOH(5M), K2CO3(1M)/ O2(1atm), Pt (+)
0
H pu
= 3(-677,14) + 7.(-285,83) + 103,85 - 5.0 - 6(-229,99) = -2548,44(KJ)
0
S pu
= 3.(-56,9) + 7.69,91 - 269,91 - 5.205,138- 6(-10,74) = -912,43(KJ)

0
0
0
G pu
= H pu
= T. S pu
= -2548,44 + 298,15.912,43.10-3

0
 E pu
=-

= - 2276,399(KJ)

G 0
2276399
=
= 1,18(V)
nF

20.96485
Tạp Chí Dạy & Học Hóa Học – www.hoahoc.org

-

23

“Our goal is simple: help you to reach yours” - “Mục tiêu của chúng tôi rất đơn giản: giúp đỡ để bạn đạt được mục tiêu của mình”


Học để biết, học để làm, học để chung sống, học để làm người và để tự khẳng định mình

 E = E0 -

24

[CO32 ]3
0,0592
0,0592
= 1,18 lg(5)-6 = 1,19(V)
lg
 6
5
20
20
[OH ] .PC3 H 8 .PO2

 P = E .I = 1,19 .0,1 = 0,119(W)
Bài 21. Tính biến thiên entropi khi chuyển 418,4J nhiệt từ vật có t0 = 150oC đến vật có t0 = 50oC.
Bài giải:

Quá trình biến đổi trên là không thuận nghịch được coi như gồm 3 quá trình biến thiên thuận nghịch:
1) Vật ở 150oC truyền nhiệt thuận nghịch ở T = const.
S1 =

Q
 418,4
=
= - 0,989(J/K)
T 150 273,15

2) Hệ biến thiên đoạn nhiệt từ 150oC đến 50oC
S2 = 0
3) Vật ở 50oC nhận nhiệt thuận nghịch ở T = const
S3 = -

Q
418,4
=
= 1,295(J/K)
50 273,15
T

Do S là hàm trạng thái nên: SBTN = STN = S1 + S2 + S3 = 0,306(J/K)
Bài 22.

Biết ở -15oC, Phơi(H2O, l) = 1,428 (torr)
ở -15oC, Phơi (H2O,r) = 1,215(torr)

Hãy tính G của quá trình đông đặc 1 mol H2O(l) thành nước đá ở -15oC và 1atm.
Giải:

15oC, 1 mol H2O l
(1)

GBTN = ?

-15oC, 1mol H2O(r)

(Qu¸ tr×nh TN do
H2O h¬i, b·o hoµ
n»m c©n b»ng víi H2O(l))

- 15oC, 1mol H2O
1,428 Torr

(2)

(3)

-15oC, 1mol H2O (h)
1,215 Torr

(1), (3) là quá trình chuyển pha thuận nghịch
 G1 = G3 = 0 G = G2 = nRTln

P2
1,215
= 1.8,314. 258,15 ln
1,428
P1

= -346,687(J)

Bài 23. Có 1 mol O2 nguyên chất ở 25oC, 2atm; 1 mol O2 nguyên chất ở 25oC; 1atm
1 mol O2 ở 25oC trong không khí trên mặt đất (P = 1atm, O2 chiếm 21% V không khí)
- So sánh giá trị hàm G của 1 mol O2 trong 3 trường hợp trên hơn kém nhau bao nhiêu J?. Từ đó
rút ra kết luận: Khả năng phản ứng của O2 trong mỗi trường hợp trên cao hay thấp hơn so với
trường hợp khác?
Biên soạn – giảng dạy: Thầy Ngô Xuân Quỳnh
ĐT: 0979.817.885 – E_mail:
Facebook: facebook.com/hoahoc.org (Ngô Xuân Quỳnh)


CHUYÊN ĐỀ: NHIỆT ĐỘNG HỌC

HSG HÓA

Bài giải:
* G0 là hàm Gibb của 1 mol O2 ở 1atm
- 1 mol O2, 1atm, 25oC  1 mol O2, 2atm, 25oC
(G0)

(G1)

G1 = G1 - G0 = nRTln

P2
= 1. 8,3145 .298,15.ln 2
P1
1

= 1718,29(J)

 G1 > G 0 .
- Gọi G2 là hàm Gibb của 1mol O2 ở 25oC trong không khí (0,21 atm)
1mol O2, 25oC, 1atm  1 mol O2, 25oC, 0,21atm
(G0)

(G2)

G2 = G2 - G0 = 1. 8,3145 .298,15.ln 0,21
1

= -3868,8(J) G2 < G0.

Vậy:
G2(1mol O2, 25oC, 0,21atm) < G0(1 mol O2, 25oC, 1atm) < G1(1 mol H2O, 25oC, 2atm)
- 1 chất có hàm G càng cao thì càng kém bền  1 mol O2 ở 25oC, 2atm có khả năng phản ứng cao nhất
còn 1 mol O2 nằm trong không khí thì bề nhất có khả năng phản ứng kém nhất.
Bài 24.

Nhiệt hoà tan (Hht) 0,672g phenol trong 135,9g clorofom là -88J và của 1,56g phenol

trong 148,69g clorofom là -172J.
Tính nhiệt pha loãng đối với dung dịch có nồng độ như dung dịch thứ 2 chứa 1 mol phenol khi pha
loãng đến nồng độ của dung dịch thứ nhất bằng clorofom.
Bài giải:

94g phenol + CHCl3

Hht (2)

dd 2

 Hht(1)

+ CHCl3
H pha lo·ng

dd 1

H pha lo·ng = Hht(1) - Hht(2)
= - 94 .(-172) + 94 (-88) = - 2004,87(J)
0,672
1,569
Bài 25. Nhiệt hoà tan 1 mol KCl trong 200 ml nước dưới áp suất P = 1amt là:
t0C

21

H

18,154

23
17,824

(kJ)

Xác định H298 và so sánh với giá trị thực nghiệm là 17,578 (kJ)

Bài giải:
Theo định luật Kirchhoff:H294 = H298 + CP.(294 - 298) = 18,454 (kJ)
H286 = H298 + CP.(296 - 298) = 17,824(kJ)
Tạp Chí Dạy & Học Hóa Học – www.hoahoc.org

-

25

“Our goal is simple: help you to reach yours” - “Mục tiêu của chúng tôi rất đơn giản: giúp đỡ để bạn đạt được mục tiêu của mình”