Luận văn tốt nghiệp
Bài 3: Tại nhiệt độ nào đó sự chuyển 1mol nước lỏng thành hơi nước ở áp suất khí quyển 1atm là một quá trình tự diễn biến. Biết nhiệt hóa hơi 1mol nước lỏng bằng 40587,80 J và biến thiên entropi của sự chuyển trạng thái này bằng 108,68 J/K.mol. (Trích trong sách Bài tập hóa học đại cương của Lâm Ngọc Thiềm) Giải: Tiêu chuẩn đánh giá chiều hướng tự diễn biến của các quá trình xảy ra ở điều kiện đẳng nhiệt, đẳng áp là năng lượng tự do G: G = H – T.S G = H – T. S đối với quá trình đẳng nhiệt. Khi bay hơi của nước ở P = 1atm: H2O (l) = H2O (h) H = 40587,80 J S = 108,68 J/K.mol => G = 40587,80 – T. 108,68 Hãy tìm nhiệt độ tại đó cân bằng lỏng – hơi của nước. Muốn vậy hãy cho G = 0 do đó: 40587,80 – T. 108,68 = 0 => T = 373,46K Đây là nhiệt độ sôi của nước. Điều kiện để nước lỏng chuyển thành hơi chỉ xảy ra theo một chiều thì G < 0. Điều này sẽ thỏa mãn nếu T > 40587,80/108,68 = 373,46K. Bài 4: Đối với phản ứng: CO(k) + H2O(k) = CO2(k) + H2(k) Cho biết những giá trị của biến thiên entanpi và biến thiên entropi chuẩn ở 300K và 1200K như sau: H0300K = -41,16 kJ/mol H01200K = -32,93 kJ/mol 0 0 S 300K = -42,40 J/K.mol S 1200K = -29,6 J/K.mol Hỏi phản ứng tự diễn biến theo chiều nào ở 300K và 1200K? (Trích trong sách Bài tập hóa học đại cương của Lâm Ngọc Thiềm) Giải: Tính G0 ở 2 nhiệt độ dựa vào hệ thức: G0 = H0 – T. S0 Ở 300K: G0300K = (-41,16.103) – 300.(-42,40) = -28440 J/mol Ở 1200K: G01200K = (-32,93.103) – 1200.(-29,6) = 2590 J/mol Kết luận G0300K < 0 vậy phản ứng đã cho tự xảy ra ở 300K theo chiều từ trái sang phải, song ở 1200K G01200K > 0 phản ứng tự diễn biến theo chiều ngược. Bài 5: Xác định dấu của đại lượng G trong mỗi quá trình sau đây: a. C6H6 (lỏng, t = 0 0C) C6H6 (rắn, t = 00C) b. C6H6 (lỏng, t = 5 0C) C6H6 (rắn, t = 50C) c. C6H6 (lỏng, t = 100C) C6H6 (rắn, t = 100C) và rút ra kết luận trong mỗi quá trình benzen ở trạng thái lỏng hoặc benzen ở trạng thái rắn bền hơn. Cho biết nhiệt độ sôi của benzen là 50C và S(C6H6,l) > S(C6H6,r). (Trích trong sách Bài tập hóa lý của Trần Hiệp Hải) Giải: Bởi vì ở t = 00C và t = 100C giữa benzen lỏng và benzen rắn không có cân bằng nhiệt động, cho nên Ga và Gc dĩ nhiên khác không. Trong khi đó ở t = 50C trong hệ tồn tại cân bằng: lỏng rắn cho nên: Gb = 0. - Đối với trường hợp a: 278
Ga
273
273
SC6 H6 (l ) dT 0
S
C6 H 6 ( r )
dT
278
Vì S(C6H6,l) > S(C6H6,r) cho nên Ga < 0. Như vậy, đối với quá trình thứ nhất benzen ở trạng thái rắn bền hơn. SVTH: Phạm Thị Thanh Truyền
103