Đang tải... (xem toàn văn)
Bài tập Nhiệt động lực học có hướng dẫn chi tiết là bộ tài liệu hay và rất hữu ích cho các bạn sinh viên và quý bạn đọc quan tâm. Đây là tài liệu hay trong Bộ tài liệu sưu tập gồm nhiều Bài tập THCS, THPT, luyện thi THPT Quốc gia, Giáo án, Luận văn, Khoá luận, Tiểu luận…và nhiều Giáo trình Đại học, cao đẳng của nhiều lĩnh vực: Toán, Lý, Hoá, Sinh…. Đây là nguồn tài liệu quý giá đầy đủ và rất cần thiết đối với các bạn sinh viên, học sinh, quý phụ huynh, quý đồng nghiệp và các giáo sinh tham khảo học tập. Xuất phát từ quá trình tìm tòi, trao đổi tài liệu, chúng tôi nhận thấy rằng để có được tài liệu mình cần và đủ là một điều không dễ, tốn nhiều thời gian, vì vậy, với mong muốn giúp bạn, giúp mình tôi tổng hợp và chuyển tải lên để quý vị tham khảo. Qua đây cũng gởi lời cảm ơn đến tác giả các bài viết liên quan đã tạo điều kiện cho chúng tôi có bộ sưu tập này. Trên tinh thần tôn trọng tác giả, chúng tôi vẫn giữ nguyên bản gốc. Trân trọng. ĐỊA CHỈ DANH MỤC TẠI LIỆU CẦN THAM KHẢO http:123doc.vntrangcanhan348169nguyenductrung.htm hoặc Đường dẫn: google > 123doc > Nguyễn Đức Trung > Tất cả (chọn mục Thành viên)
TUYN TP TI LIU HAY, BI TP, GIO TRèNH, BI GING, THI PH THễNG, I HC, SAU I HC LUN VN-KHO LUN-TIU LUN NHIU LNH VC KHOA HC BI TP NHIT NG LC HC Cú h thng lý thuyt c bn Cú hng dn gii chi tit nhiu bi -1- I Nội dung Lí thuyết chung Trớc đa hệ thống tập cho học trò luyện tập giáo viên cần phải yêu cầu học trò nhớ lại số khái niệm nội dung lí thuyết phần Nhiệt hoá học nh sau: 1) Khí lí tởng: * Khí lí tởng chất khí mà khoảng cách phân tử khí xa nhau, bỏ qua t ơng tác chúng * Với khí lí tởng áp dụng : - Phơng trình trạng thái: P.V = nRT (R = 8,314 J/mol.K = 0,082 l.atm/mol.K) - Trong bình có hỗn hợp khí thì: P = Pi = P = N P = ni P i i ni ni RT V 2) Hệ môi trờng: - Hệ mở: hệ trao đổi chất lợng với môi trờng - Hệ kín: Hệ trao đổi lợng với môi trờng - Hệ đoạn nhiệt: Hệ không trao đổi nhiệt với môi trờng * Quy ớc: lợng mang dấu + Hệ nhận lợng môi trờng Hệ nhờng lợng cho môi trờng lợng mang dấu 3) Biến đổi thuận nghịch: Nếu hệ chuyển từ trạng thái cân sang trạng thái cân khác cách vô chậm qua liên tiếp trạng thái cân biến đổi đợc gọi thuận nghịch Đây biến đổi lí tởng thực tế 4) Sự biến đổi bất thuận nghịch: biến đổi đợc tiến hành với vận tốc đáng kể Những phản ứng thực tế biến đổi bất thuận nghịch 5) Hàm trạng thái: hàm mà giá trị phụ thuộc vào thông số trạng thái hệ, không phụ thuộc vào biến đổi trớc Ví dụ: P.V = hàm trạng thái P1.V1 = n.RT1 ; P2.V2 = n.R.T2 6) Công (W) nhiệt (Q) - Là hình thức trao đổi lợng - W, Q hàm trạng thái giá trị chúng phụ thuộc vào cách biến đổi Ví dụ: Công giãn nở khí lí tởng từ thể tích V1 đến V2 to = const xilanh kín nhờ pittông đợc tính công thức: W = - Pn dV * Nếu biến đổi BTN Pn = Pkq = const -2- (Pn : áp suất bên ngoài) WBTN = - Pkq dV = - Pkq V = - Pkq (V2 - V1) * Nếu biến đổi thuận nghịch: Giảm Pn lợng vô bé để thể tích khí tăng lợng vô bé Khi Pn lúc thực tế = P bên xi lanh = Pk Pn = Pk = n.RT/V WTN = - Pn dV = - nRT V2 dV = nRT ln V V1 WBTN WTN * Các trình thuận nghịch sinh công lớn hệ biến đổi từ trạng thái sang trạng thái Lợng công lợng công cần thiết đa hệ trạng thái ban đầu cách thuận nghịch 7) Nội U: - U chất hay hệ gồm động phần tử tơng tác phần tử hệ - U đại lợng dung độ hàm trạng thái - U n mol khí lí tởng phụ thuộc vào nhiệt độ 8) Nguyên lí I nhiệt động học: (Sự biến đổi nội hệ) U = U2 - U1 = W + Q - Đối với biến đổi vô nhỏ: dU = W + Q (: Chỉ hàm hàm trạng thái) - Thờng gặp công đợc thực biến đổi thể tích nên: dU = Q - P.dV dU = Q = P dV W = -P.dV U = Q - P.dV * Nhiệt đẳng tích: Nếu hệ biến đổi V = const dV = U = QV QV hàm trạng thái * Nhiệt đẳng áp: Nếu hệ biến đổi P = const thì: P.dV = P dV = P V2 - P V1 U = U2 - U1 = QP - P V2 + P V1 QP = (U2 + P.V2) - (U1 + P V1) Đặt U + P.V = H = entanpi = hàm trạng thái QP = H2 - H1 = H = biến thiên entanpi hệ * Nhiệt phản ứng: Xét hệ kín có phản ứng: aA + bB cC + dD Nhiệt phản ứng phản ứng nhiệt lợng trao đổi với môi trờng a mol A phản ứng với b mol B tạo c mol C d mol D T = const -3- - Nếu phản ứng đợc thực P = const nhiệt phản ứng đợc gọi nhiệt phản ứng đẳng áp QP = H - Nếu phản ứng đợc thực V = const nhiệt phản ứng đợc gọi nhiệt phản ứng đẳng tích QV=U * Quan hệ QP QV QP = H = (U + PV)P = U + P V QP = QV + n RT H = U + P V = U + n RT ( n = n khí sp - n khí p ) Khi n = QP = QV hay H = U U = QV = n CV T H = QP = n CP T * Nhiệt dung mol đẳng áp (CP) nhiệt lợng cần cung cấp để làm mol chất nóng thêm o điều kiện đẳng áp (mà trình biến đổi trạng thái) T2 T2 T1 T1 * Tơng tự với CV: H = C P dT ; U = CT dT CP, CV hàm nhiệt độ Với mol khí lí tởng: CP = Mà U = H - P V H U ; CV = T T CP = H U P.V = + = CV + R T T T Q, W: Không phải hàm trạng thái QV = U; QP = H QV, QP hàm trạng thái phụ thuộc vào trạng thái đầu trạng thái cuối hệ mà không phụ thuộc vào trình biến đổi thuận nghịch hay không thuận nghịch 9) Định luật Hess: H (U) trình phụ thuộc vào trạng thái đầu trạng thái cuối hệ mà không phụ thuộc vào đờng Hp = Hs (sản phẩm) - Hs (chất đầu) = Hc (chất đầu) - Hc (sản phẩm) 10) Định luật Kirchhoff: n1 A + n2 B Ha n1 A + n2 B H2 n3C + n4 D T2 Hb H1 n3C + n4 D T1 Theo định luật Hess: H2 = Ha + H1 + Hb Mà: -4- T2 Ha = (n1.C PA +n2 C Pb ).dT = T1 T2 Hb = (n C PC T2 (n C PA +n2 C PB ).dT T1 +n4 C PD ).dT T1 T2 T2 H2 = H1 + [(n3 C P +n4 C P ) (n1C P + n2 C P )].dT = H1 + C P dT C D A B T1 T1 T - H1 thờng đợc xác định điều kiện chuẩn: H T = H 298 + o o C o P dT 298 Với CoP = CoP(sp) - CoP(tham gia) CoP nhiệt dung mol đẳng áp điều kiện chuẩn (1atm) - Trong khoảng hẹp nhiệt độ coi CoP = const Thì: H2 = H1 + CP.(T2 -T1) HoT = Ho298 + CoP (T - 298) 11) Entropi (S) - Trong biến đổi thuận nghịch vô nhỏ T = const hệ trao đổi với môi tr ờng lợng nhiệt QTN biến thiên entropi trình là: dS = QTN T S hàm trạng thái (J/mol.K) QTN T - Vì hàm trạng thái nên chuyên từ trạng thái sang trạng thái biến thiên thuận - Nếu biến đổi bất thuận nghịch dS > QTN T nghịch hay bất thuận nghịch S2 - S1 = S = (STN = SBTN) 12) Nguyên lí II nhiệt động học: dS Q T - Trong hệ cô lập Q = nên: + dS = 0: hệ cô lập entropi hệ không đổi xảy trình thuận nghịch + dS > : hệ cô lập, trình tự xảy (BTN) theo chiều tăng entropi hệ tăng đạt giá trị max hệ đạt trạng thái cân * Entropi thớc đo độ hỗn độn hệ: Độ hỗn độn hệ hay chất lớn hệ hay chất gồm hạt dao động hạt mạnh (khi liên kết hạt yếu) -5- VD: S H2O(r) < S H O (l) < S S H (k) < S O (k)< SO 2 H2O (h) (k) S đại lợng dung độ 13) Sự biến thiên S trình biến đổi trạng thái chất: Khi chất nguyên chất nóng chảy sôi P = const thì: T = const S = Q T = H T H = nhiệt biến thiên trạng thái = Ln/c Lh 14) S trình giãn nở đẳng nhiệt khí lí tởng: Xét n mol khí lí tởng giãn nở thể tích từ V1 V2 to = const Vì nội khí lí tởng phụ thuộc nhiệt độ nên biến đổi này: U = QTN + WTN = QBTN + WBTN = V2 QTN = - WTN = nRT ln V1 T = const S = ( = -(- P V) = nRT dV ) V V2 P1 QTN = nRln = n.R.ln V1 P2 T 15) Sự biến thiên entropi chất nguyên chất theo nhiệt độ - Quá trình P = const: Đun nóng chất nguyên chất từ T1 T2, chuyển pha: T2 S = QTN T T1 T2 S = n.C P T1 Với Q = QP = dH = n.CP.dT 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 16) Entropi tuyệt đối * Nguyên lí III nhiệt động học: - Entropi chất nguyên chất dới dạng tinh thể hoàn chỉnh 0(K) 0: S(T = 0) = * Xuất phát từ tiên đề ta tính đợc entropi tuyệt đối chất nhiệt độ khác -6- VD: Tính S chất nhiệt độ T đó, ta hình dung chất đợc đun nóng từ 0(K) T(K) xét P=const Nếu trình đun nóng có chuyển pha thì: S = ST - S(T = 0) = ST = Tnc S i =1 i T Lnc S LS T dT dT dT +n + n.C P ( l ) +n + n.C P ( h ) ST = n.C P ( r ) T Tnc Tnc T TS TS T 01 Giá trị entropi đợc xác định P = atm = const nhiệt độ T đợc gọi giá trị entropi chuẩn, kí hiệu S0T, thờng T = 298K S0298 17) Sự biến thiên entropi phản ứng hoá học: + Khi phản ứng thực P = const, T = const thì: + Nếu điều kiện chuẩn 250C thì: S = S(sp) - S(t/g) S0298= S0298(sp) - S0298(t/g) + Vì S chất khí >> chất rắn, lỏng nên số mol khí sản phẩm (sp) > số mol khí tham gia S > ngợc lại Còn trờng hợp số mol khí vế phản ứng chất khí S có giá trị nhỏ 18) Thế nhiệt động Scô lập = S hệ + S mt a)Thế đẳng áp G: Xét hệ xảy biến đổi P, T không đổi trình môi trờng nhận hệ nhiệt lợng Hmt hệ toả Hmt = - H hệ = - H S mt = - H T + Điều kiện tự diễn biến hệ: S cô lập = S hệ - H > H T S < T + Hệ trạng thái cân H T S = + Đặt G = H TS nhiệt độ, P không đổi trình xảy theo chiều có G = H T S < Và đạt tới trạng thái cân G = b) Thế đẳng tích: (Năng lợng Helmholtz) Nếu hệ biến đổi điều kiện T, V không đổi nhiệt đẳng tích mà môi trờng nhận hệ Umt Smt = - U mt T điều kiện tự diến biến hệ trình đẳng nhiệt, đẳng tích F = U T S < -7- Và đạt trạng thái cân F = Trong : F = U TS Vì H = U + PV G = H TS = U TS + PV G = F + PV + Đối với trình T,P = const G = Wmax + Đối với trình T, V = const S = Wmax Tóm lại : * Quá trình đẳng áp: P = const - Công: WP = - P.dV = -n.R.dT WP = - P V = - nRT T2 QP = H = n C P dT - Nhiệt: QP = dH = n C P dT T1 - Nội năng: dU = Q + W U = H P V = H n.R T T2 Q QTN dS S TN T T - Entropi: Nếu C P = const STN = n C P ln STN = dT T n.C P T = T2 n.C P d ln T T1 T2 T1 * Quá trình đẳng tích: - Công: WV = - P.dV = WV = T2 - Nhiệt: QV = dUV = n CV dT QV = UV = CV n.dT T1 Nếu CV = const QV = n CV T UV = QV + W - Nội năng: - Entropi: Q S V = T T2 T dT n.CV T = T n.CV d ln T T1 - Entanpi: H = U + PV S n CV ln dH = dU + P.dV + V.dP = dU + V.dP H = U + V P * Quá trình đẳng nhiệt: - Công: WT = - PdV = V2 WT = - n.RT V1 T2 ( CV = const) T1 nRT dV V V V P dV = nRT ln = nRT ln = nRT ln V V1 V2 P1 - Nhiệt: UT = QT + WT = QT = - WT = nRT ln - Nội năng: UT = -8- V2 V1 (dV = 0) - Entanpi: HT = UT + (PV)T = UT + nR T = Q L L TN nc h - Entropi: S TN = T = T = T nc S * Với trình dãn nở khí lí tởng thuận nghịch QTN U W T2 dT = n.CV + S = T = T T T1 nRT dV V V1 S = n CV ln Nếu CV = const S = nRT ln Vì T = const V2 T2 V2 + nRT ln T1 V1 V2 P1 = nRT.ln V1 P2 * Quá trình đoạn nhiệt: - Nhiệt: Q = T2 - Nội công: dU = Q + W = W = -PdV = n.CV T1 dT T +Quá trình bất thuận nghịch: dUBTN = WBTN = -Png dV = -P2.dV UBTN = WBTN = -Png.(V2 V1) = n.CV T * PT Poisson: (Dùng cho trình thuận nghịch) T V = const P.V = const = CP CV * WBTN = -P2(V2 V1) = - P2.( nRT2 nRT1 ) = nCV (T2 T1 ) P2 P1 T2 U = W = V2 * Quá trình thuận nghịch: W = U = n.CV(T2- T1) T1 V 1 = T2 V T2 = T1.( V1 -1 ) V2 - Entanpi: H = n CP(T2 T1) - Entropi: STN = QTN =0 T * G = H TS = U + PV TS G G = - S ; = - V T P P T Với phản ứng oxi hoá khử diễn pin điện: -9- G = - nEF dG dE = - nF = - S dT dT S = nF H = G + T S = nF( T dE dT dE - E) dT 19) ý nghĩa vật lí 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 trình thuận nghịch công lớn dG = Wmax + VdP SdT * Đối với trình đẳng nhiệt, đẳng áp dP = dT = dGT,P = W max G = W max * Đối với trình BTN: W giảm; Q tăng hoàn toàn BTN W = 20) Một số tính chất hàm G: dG = V.dP SdT ( coi W = 0) a) Sự phụ thuộc G vào T: G =-S T P - Khi P = const G = - S T P G T P G = H T S = H + T G - G = -H T T P GT T2 T G H d = dT T T GT T1 G T G H T P = 2 T T GT2 T2 = GT1 T1 G H T P = T T T2 G dT T1 T = T1 Nếu coi Ho không phụ thuộc vào nhiệt độ thì: o GT G298 = H o T 298 T 298 b) Sự phụ thuộc vào P: G Khi T = const = V P T P2 P2 P1 P1 dG = V dP GT ( P2 ) GT ( P1 ) = V dP - Với chất rắn, lỏng coi V = const P biến thiên (trừ miền áp suất lớn) thì: GT ( P2 ) = GT ( P1 ) +V ( P2 P ) - 10 - Phản ứng (2) có n khí = -1- < S 0 đkc T = 373K Phản ứng tự diễn biến b) Để phản ứng tự diễn biến nhiệt độ T(K) thì: GT0 < H0 - T S0 < H 206,1.10 T> = = 959,71(K) 214,752 S Bài 24: Entanpi tự chuẩn phản ứng tạo thành H 2O từ đơn chất phụ thuộc vào T theo phơng trình sau: G S0,T = -240000 + 6,95T + 12,9TlgT (J/mol) Tính G0, S0 H0 phản ứng tạo thành H2O 2000K Giải: G S0, 2000 = -240000 + 6,95.2000 + 129.2000lg2000= -140933,426(J/mol) G = -S T P dG = VdP - SdT S 2000 G = - T 12,9 = 6,95 + 12,5.lgT + 12,9T = 6,95 + 12,9lgT + T ln 10 ln 10 P = 6,95 + 12,9lg2000 + 12,9 = 55,1357(J/molK) ln 10 0 H 2000 = G2000 + T S 2000 = -140933,426 + 2000 55,1357 = -30662,054 (J/mol) Bài 25: Một Học sinh làm tờng trình thí nghiệm đo nhiệt độ đốt cháy hợp chất hữu cho rằng: H = U + P V Sự đốt cháy bom nhiệt lợng kế làm cho V = 0, H = U Kết luận sai đâu? Giải: H = U + P.V H = U + (PV) = U + P V + V P - 26 - Hay H = U + (nRT) Trong bom nhiệt lợng kế thì: V = nên: H = U + V P = U + (nRT) Bài 26: Hãy mệnh đề sai: a) Đối với hệ kín, trình giãn nở khí đoạn nhiệt hệ cô lập Q = 0; S = b) Một hệ tự diễn biến tới trạng thái có entanpi thấp (H < 0) entropi lớn (S > 0) Hay hệ diễn biến theo chiều giảm entanpi tự (G < 0) c) GT0 = H T0 - T S T0 Với phản ứng hoá học T = const Nếu G > Phản ứng tự diễn biến theo chiều nghịch G = : Phản ứng trạng thái cân G < : Phản ứng tự xảy theo chiều thuận Giải: a) Sai Do S = trình biến đổi thuận nghịch Còn với trình biến đổi bất thuận nghịch S > Q S > T b) Sai Do mệnh đề điều kiện T, P = const Còn với trình biến đổi mà V, T = const phải xét F c) Sai Do với trình hoá học phải xét giá trị: G = G0 + RTlnQ dựa vào G0 (Tuy nhiên, coi GT0 G0 - Gọi G2 hàm Gibb 1mol O2 25oC không khí (0,21 atm) 1mol O2, 25oC, 1atm mol O2, 25oC, 0,21atm (G0) (G2) G2 = G2 - G0 = 8,3145 298,15.ln 0,21 = -3868,8(J) G2 < G0 Vậy: G2(1mol O2, 25oC, 0,21atm) < G0(1 mol O2, 25oC, 1atm) < G1(1 mol H2O, 25oC, 2atm) - chất có hàm G cao bền mol O2 25oC, 2atm có khả phản ứng cao mol O nằm không khí bề có khả phản ứng Bài 32: Nhiệt hoà tan (Hht) 0,672g phenol 135,9g clorofom -88J 1,56g phenol 148,69g clorofom -172J Tính nhiệt pha loãng dung dịch có nồng độ nh dung dịch thứ chứa mol phenol pha loãng đến nồng độ dung dịch thứ clorofom Giải: 94g phenol + CHCl3 Hht (2) Hht(1) dd + CHCl3 H pha loãng dd H pha loãng = Hht(1) - Hht(2) = - 94 (-172) + 94 (-88) = - 2004,87(J) 0,672 1,569 Bài 33: Nhiệt hoà tan mol KCl 200 ml nớc dới áp suất P = 1amt là: t0C 21 23 H 18,154 17,824 (kJ) Xác định H298 so sánh với giá trị thực nghiệm 17,578 (kJ) Giải: Theo định luật Kirchhoff: H294 = H298 + CP.(294 - 298) = 18,454 (kJ) H286 = H298 + CP.(296 - 298) = 17,824(kJ) - 31 - H298 = 17,494 (kJ) CP = -0,165 (kJ/K) H298(LT) - H298(TN) ~~ 0,48% H298(TN) Vậy H298 tính đợc theo lí thuyết sai khác với giá trị TN 0,48% Tính S trình hoá mol H2O (l) 25oC, 1atm Bài 34: Cho: Hhh, H2O(l) = 40,656 kJ/mol; C P , H O (l ) = 75,291 (J/K.mol); C P , H O ( h ) = 33,58 (J/molK) 2 Giải: Xét chu trình: 25oC, mol H2O (l), 1atm S 25oC, mol H2O(r), 1atm S1 100oC, 3mol H2O(l),1atm Q S1 = = T T2 n.C P (l ) T1 S3 S2 100oC, 3mol H2O (h), 1atm T2 dT 373,15 = nCP(l)ln = 75,291.ln = 50,6822(J/K) T T1 298,15 40,656,10 Q2 n.H hh.l S2 = = = = 326,8605(J/K) 373,15 T T Q S3 = = T T1 n.C T2 P(h) T2 dT 298,15 = nCP(h)ln = 33,58.ln = - 22,6044(J/K) T T1 373,15 S = S1 + S2 + S3 = 354,9383 (J/K) Bài 35: a) Tính công trình đốt cháy mol rợu etylic đkc 25oC b) Nếu H2O dạng công kèm theo trình bao nhiêu? Giải: a) C2H5OH(l) + 3O2 (k) 2CO2 (k) + 3H2O (l) n = -1 W = -Png V = -Png n.RT Png = R.T = 8,314.29815 = 2478,82 (J) b) Nếu H2O dạng thì: n = W = - n RT = -2 8,314 298,15 = - 4957,64(J) Bài 36: - 32 - Tính S, G trình giãn không thuận nghịch mol khí lí tởng từ 4lít đến 20 lít 54oC Giải: Vì S, G hàm trạng thái nên S, G không phụ thuộc vào trình biến thiên thuận nghịch hay bất thuận nghịch mà phụ thuộc vào trạng thái đầu trạng thái cuối Vì vậy: S = nRln V2 20 = 8,314.ln = 26,76 (J/K) V1 T = const H = 0; U = G = H - T S = -(273,15 + 54) 26,76 = - 8755,1 (J) Bài 37: Một bình tích V = 5(l) đợc ngăn làm phần Phần chứa N 298K áp suất 2atm, phần 298K áp suất 1atm Tính G, H, S trình trộn lẫn khí ngời ta bỏ vách ngăn Giải: T = 298K ; Vbđ (N2) = Vbđ(O2) = S = S(N2) + S(O2) = n N Rln = PN V N + PO2 VO2 T (l) V2 V2 + nO2 Rln V1 V1 = PN V N RT Rln PO VO + 2 Rln 2,5 2,5 RT ln = 0,0174(l.at/K) = 0,0174 101,325 = 1,763 (J/K) - Quá trình đẳng nhiệt H = G = H - T S = - 298 1,763 = - 525,374 (J) Bài 38: Cho liệu sau 298K H S0 (kJ/molK) Chất S0(J/molK) V(m3/mol) Cthan chì 0,00 5,696 5,31.10 Ckim cơng 1,90 2,427 3,416.10 -6 1) 298K có phần nhỏ kim cơng tồn với than chì đợc không? 2) Tính áp suất tối thiểu phải dùng để điều chế đợc kim cơng 298K? Giải 1) Ckim c ơng Cthan chì G0298 = ? Ho = Ho than chì - Ho kim cơng = - 1,9 = -1,9 (kJ) So = So than chì - Sokim cơng = 5,696 - 2,427 = 3,269 (J/K) - 33 - G298, pu = Ho - T So = -1900 - 298.3,269 = -2874,162(J) Go < (Tuy nhiên Go không âm) Phản ứng tự xảy theo chiều thuận không tồn lợng nhỏ kim cơng với than chì 2) Ckim c Cthan chì ơng G0298 = +2874,162 (J) V = VKC - VTC = 3,416.10-6 - 5,31.10-6 = 1,894.10-6 (m3/mol) Ta có: dG = VdP - SdT G G =V = V P T P T G P - G P = V(P2 - P1) Để điều chế đợc kim cơng từ than chì thì: G P G P + V(P2 - P1) P - P1 - G P1 P2 P1 - V G P1 V (Do V < 0) =1+ 2874,162 1,894.10 3.101,325 P2 14977,65 (atm) Vậy áp suất tối thiểu phải dùng để điều chế đợc kim cơng từ than chì 14977,65atm Nh 25oC, cân than chì kim c ơng tồn áp suất khoảng 15000 atm áp suất cao trình chuyển than chì thành kim cơng tự diễn biến, với tốc độ chậm Muốn tăng tốc độ phải tăng nhiệt độ áp suất, thực tế trình chuyển than chì thành kim cơng đợc tiến hành có xúc tác (Ni + Cr + ) nhiệt độ 1500oC P 50000atm Bài 39: Phản ứng Zn dd CuSO xảy ống nghiệm toả lợng nhiệt 230,736kJ Cũng phản ứng cho xảy pin điện phần hoá chuyển thành điện Công điện pin 210,672kJ Chứng minh rằng: U trình không đổi, nhng nhiệt toả thay đổi Tính S phản ứng, Smt Stp? Cho T = 300K Giải: Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu - Khi thực ống nghiệm: (Tiến hành bất thuận nghịch) VZn VCu Wtt = ; W = UBTN = QBTN = H = -230,736kJ - 34 - - Khi thực phản ứng pin điện (quá trình thuận nghịch) Wmax = - 210,672 (kJ) G = Wmax = -210,672(kJ) HTN = HBTN = - 230,736(kJ) QTN = T S = H - G = -230,736 + 210,672 = -20,064(kJ) UTN = Q + W + P V = -20,064 = 210,672 + = -230,736 (kJ) = UBTN QTN 20,064.10 - Shệ = == 66,88(J/K) T 300 QBTN 230,736.10 SmtBTN = = = 769,12(J/K) T 300 Stp(BTN) = 702,24(J/K) Smt(TN) = - QTN = -Shệ Stp(TN) = T Bài 40: - Gp = Wmax Xét phản ứng thuận nghịch pin điện Gp = Wmax < - Nhng học sinh viết rằng: Trong trình có: S vũ trụ = Smt + S hệ Hmt = - H hệ Smt = (1) (2) H mt H he H he = S vũ trụ = + S hệ T T T T S vũ trụ = - H hệ + T S hệ = -G hệ Với trình thuận nghịch S vũ trụ = G hệ = Gp = Hãy giải thích mâu thuẫn Giải: (2) công giãn nở hệ không thực công khác: H = U + P V U = H - P V Q = U - W = (H - P V) - (-P V + W) Q hệ = H hệ - W = - H mt Chỉ W = Hmt = - H hệ * Trong pin: Wmax = G < nên Hmt H hệ Bài 41: Xét phản ứng: Zn(r) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(r) diễn đktc 25oC a) Tính W, Q, U, H, G, S phản ứng điều kiện Biết: Zn2+(aq) H S0, 298 (kJ/mol) -152,4 Zn(r) Cu(r) Cu2+(aq) 0 64,39 - 35 - (J/mol.K) S 298 - 106,5 41,6 33,3 - 98,7 b) Xét khả tự diễn biến phản ứng theo cách khác c) Nếu thực phản ứng cách thuận nghịch pin điện kết có thay đổi? Tính Epin? Giải: a) H pu = H S0, Zn + H S0,Cu - H S0,Zn + H S0,Cu = -152,4 - 64,39 = -216,79 (kJ) 2+ 2+ 0 0 S Cu = S Zn + S Cu = -106,5 + 33,3 - 41,6 + 98,7 = -16,1 (J/K) S pu 2+ 2+ (r ) - S Zn (r ) ( aq ) ( aq ) G 0pu = H - T S = -216,79 + 298,15 16,1.10-3= -211,99(kJ) Uo = QP = H pu = -216,79 (kJ) W = 0; trình BTN; W = b) * G 0pu = -211,99 (kJ) Quá trình bất thuận nghịch phản ứng tự xảy c) Khi thực phản ứng TN pin điện giá trị H0, S0, G0, U0 không thay đổi H, S, G, U hàm trạng thái nên không phụ thuộc trình biến đổi thuận nghịch hay bất thuận nghịch nhng giá trị Q, W thay đổi Cụ thể: Wtt = 0; Wmax = G0 = -211,99(kJ) Q = T S = 298,15 (-16,1) = - 4800,215 (J) Smt = Epin = - Qmt Qhe = = 16,1 (J/K) T T S vũ trụ = Smt + Shệ = 211990 G = 1,1(V) 2.96485 nF Bài 42: Đối với nguyên tố Đanien 15oC ngời ta xác định đợc sức điện động E = 1,09337V hệ số nhiệt độ sức điện động E = 0,000429 V/K Hãy tính hiệu ứng nhiệt phản T ứng hoá học? Giải: G = - nEF G E = - nF = - S T T S = nF - 36 - E T H = G + T S = nF.(T E - E) T H = 96485 (298,15.0,000429 - 1,09337) - - 187162,5(J) Bài 43: Cho phản ứng hoá học: Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu xảy cách thuận nghịch đẳng nhiệt, đẳng áp 25oC nguyên tố Ganvani Sức điện động nguyên tố đo đợc 1,1V hệ số nhiệt độ sức điện động E = 3,3.10-5 (V/K) T P a) Tính hiệu ứng nhiệt Q, biến thiên Gipxơ G biến thiên entropi S phản ứng hoá học cho b) Tính Qtn trình? c) Nếu phản ứng hoá học thực nhiệt độ áp suất nh ng bình cầu thờng giá trị G, S bao nhiêu? Giải: a) G = - nEF = - 1,1 96485 = - 212267(J) S = - G E = n.F = 96485 3,3 10-5 = 6,368 (J/K) T T H = G + T S = 212267 + 298,15 6,368 = -210368,4(J) b) Qtn = T S = 298,15 6,368 = 1898,62 (J) c) Nếu phản ứng hoá học thực nhiệt độ, áp suất nhng bình cầu thờng tức thực trình cách bất thuận nghịch G, S phản ứng nh câu (a) Do G, S hàm trạng thái giá trị G, S không phụ thuộc vào trình biến thiên iv- KếT LUậN - kiến nghị : Trên hệ thống câu hỏi tập phần Nhiệt hoá học mà áp dụng giảng dạy Nó tơng đối phù hợp với yêu cầu mục đích giảng dạy, bồi dỡng học sinh khá, giỏi trờng chuyên chuẩn bị dự thi học sinh giỏi cấp Nó dùng làm tài liệu học tập cho học sinh lớp chuyên Hoá học tài liệu tham khảo cho thầy cô giáo giảng dạy bồi dỡng học sinh giỏi Hoá học bậc THPT góp phần nâng cao chất lợng giảng dạy học tập môn Hoá học Tuy nhiên, phần nhỏ chơng trình ôn luyện cho học sinh chuẩn bị tham gia vào kỳ thi học sinh giỏi cấp Vì vậy, mong Thầy , Cô đồng nghiệp góp ý kiến cho chuyên đề phát triển sang chuyên đề khác để học trò chuyên Hoá ngày có nhiều tài liệu học tập cách hệ thống ************************************************** - 37 - ... dung Lí thuyết chung Trớc đa hệ thống tập cho học trò luyện tập giáo viên cần phải yêu cầu học trò nhớ lại số khái niệm nội dung lí thuyết phần Nhiệt hoá học nh sau: 1) Khí lí tởng: * Khí lí tởng... - GoS(tham gia) II - Hệ thống câu hỏi tập phần Nhiệt hóa học Bài 1: Cho 100 g N2 0oC, 1atm Tính Q, W, U, H biến đổi sau đợc tiến hành thuận nghịch nhiệt động: a) Nung nóng đẳng tích tới P = 1,5atm... H 2SO4 loãng d bom nhiệt lợng kế 25 C, ngời ta thấy có thoát nhiệt lợng 71,48 kJ Tính hiệu ứng nhiệt nhiệt độ Cho Zn = 65,38 Giải: o 1) H = U + n.RT Do phản ứng a), b), c) có n = nên Uo = Ho