Tailieumoi.vn giới thiệu giải bài tập Chuyên đề Hóa học 10 Bài 4: Entropy và biến thiên năng lượng tự do Gibbs sách Kết nối tri thức hay, chi tiết giúp học sinh xem và so sánh lời giải từ đó biết cách làm bài tập Chuyên đề học tập Hóa học 10. Mời các bạn đón xem:

Giải bài tập Chuyên đề Hóa học 10 Bài 4: Entropy và biến thiên năng lượng tự do Gibbs

Giải Chuyên đề Hóa học 10 trang 24

A/ Câu hỏi đầu bài

Câu hỏi mở đầu trang 24 Chuyên đề Hóa 10: Dựa vào đại lượng nào để dự đoán phản ứng hóa học có thể xảy ra được hay không?

Lời giải:

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: ${\Delta }_r{G}_T^o={\Delta }_r{H}_T^o-T.{\Delta }_r{S}_T^o$

${\Delta }_r{G}_T^o$ < 0 ⇒ Phản ứng tự xảy ra.

${\Delta }_r{G}_T^o$ = 0 ⇒ Phản ứng đạt trạng thái cân bằng

${\Delta }_r{G}_T^o$ > 0 ⇒ Phản ứng không tự xảy ra.

Giải Chuyên đề Hóa học 10 trang 25

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) + $\frac{1}{2}$O₂(g) → SO₃(g)

Lời giải:

Ta có: ${\Delta }_r{S}_{298}^o=\sum S_{298}^o\left(sp\right)-\sum S_{298}^o\left(cd\right)$

a) Biến thiên entropy chuẩn của phản ứng là

${\Delta }_r{S}_{298}^o$= (2.87,4) – (4.27,3 + 3.205) = - 549,4 (J/K)

b) Biến thiên entropy chuẩn của phản ứng là

${\Delta }_r{S}_{298}^o$= 256,7 – (248,1 + $\frac{1}{2}$.205,0) = – 93,9 (J/K)

Giải Chuyên đề Hóa học 10 trang 27

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) + $\frac{3}{2}$O₂(g)

Dựa vào các giá trị của ${\Delta }_f{H}_{298}^o,S_{298}^o$ 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?

Lời giải:

Phương trình phản ứng:

KClO₃(s) → KCl(s) + $\frac{3}{2}$O₂(g)

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

${\Delta }_r{S}_{298}^o$$=\sum S_{298}^o\left(sp\right)-\sum S_{298}^o\left(cd\right)$= (82,6 + $\frac{3}{2}$.205,0) – (1.143,1) = 247 (J/K)

Biến thiên enthalpy của phản ứng là:

${\Delta }_r{H}_{298}^o=\sum \Delta H_{298}^o\left(sp\right)$$-\sum \Delta H_{298}^o\left(cd\right)$= [1.(-436,7) + $\frac{3}{2}$.0] – [1.(-397,7)] = -39 kJ

⇒ ${\Delta }_r{G}_{298}^o={\Delta }_r{H}_{298}^o-298.{\Delta }_r{S}_{298}^o$= –39.10³ – 298. 247 = – 112 606 J < 0

⇒ Ở điều kiện 25^oC, phản ứng tự xảy ra được.

Câu hỏi 6 trang 27 Chuyên đề Hóa 10: Dựa vào các giá trị của ${\Delta }_f{H}_{298}^o,S_{298}^o$ 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)

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

${\Delta }_r{S}_{298}^o=\sum S_{298}^o\left(sp\right)-\sum S_{298}^o\left(cd\right)$= (4.27,3 + 3.213,7) – (3.5,7 + 2.87,4) = 558,4 (J/K)

Biến thiên enthalpy của phản ứng là:

${\Delta }_r{H}_{298}^o=\sum \Delta H_{298}^o\left(sp\right)$$-\sum \Delta H_{298}^o\left(cd\right)$= [4.0 + 3.(-393,5)] – [3.0 + 2.(-825,5)] = 470,5 kJ

⇒ ${\Delta }_r{G}_{298}^o={\Delta }_r{H}_{298}^o-298.{\Delta }_r{S}_{298}^o$= 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 trang 27 Chuyên đề Hóa 10: Xác định được ${\Delta }_r{G}_{298}^o$ từ các giá trị $S_{298}^o$ và ${\Delta }_f{H}_{298}^o$ và suy ra xu hướng tự xảy ra của các phản ứng hóa học.

Lời giải:

Biến thiên năng lượng tự do Gibbs: ${\Delta }_r{G}_T^o={\Delta }_r{H}_T^o-T.{\Delta }_r{S}_T^o$

${\Delta }_r{G}_T^o$ < 0 ⇒ Phản ứng tự xảy ra.

${\Delta }_r{G}_T^o$ = 0 ⇒ Phản ứng đạt trạng thái cân bằng

${\Delta }_r{G}_T^o$ > 0 ⇒ Phản ứng không tự xảy ra.