Đề tài Bài tập về nguyên lý thứ hai của nhiệt động hoá học

NHIỆT 
ĐỘNG HỌC VÀO HOÁ HỌC 
Bài 11: (Olympic hoá học Italya 1999) 
Ở 293K phản ứng sau đây tự xảy ra: 
 NH3 (k) + HCl(k) = NH4Cl(k) + Q 
Ta có thể nói rằng: 
1. Khả năng này là do entropy. 
2. Phản ứng tự xảy ra ở mọi nhiệt độ. 
3. Khả năng này là do entanpy. 
4. Entropy và entanpy cùng dấu. 
Đáp án: Câu d. 
Bài 12: (Olympic hoá học Italya 1999) 
Khi hơi ngưng tụ ta luôn luôn có: 
1. Giảm entropy của hệ và tăng entropy của môi trường. 
2. Tăng entropy của hệ và giảm entropy của môi trường. 
3. Giảm entropy của hệ và của môi trường. 
4. Entropy của hệ và của môi trường đều không đổi. 
Đáp án: Câu a. 
Bài 13: (Olympic hoá học Italya 1999) 
Có 3 phân tử CH3Cl(k), CH3OH(k), CH4(k) ở P = 101325 Pa. Thứ tự tăng 
entropy mol chuẩn là: 
1. So(CH4) < So(CH3OH) < So(CH3Cl) 
2. So(CH4) < So(CH3Cl) < So(CH3OH) 
3. So(CH3Cl) < So(CH3OH) < So(CH4) 
4. So(CH3Cl) < So(CH4) < So(CH3OH) 
Đáp án: Câu b. 
Tiểu luận “Bài tập về nguyên lý thứ hai của nhiệt động hoá học” 
Học viên Trương Thị Mỹ Đức, cao học Hoá khoá 18, chuyên ngành Hoá phân tích 
14 
Bài 14: (Lâm Ngọc Thiềm - Trần Hiệp Hải - Nguyễn Thị Thu, “Bài tập hoá lý cơ 
sở”, nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật Hà Nội - 2003) 
 Tính biến thiên entropy của quá trình đun nóng 2 mol N2 (được xem là khí lý 
tưởng) từ 300 K đến 600 K dưới áp suất khí quyển trong 2 trường hợp: 
1. Đẳng áp. 
2. Đẳng tích 
 Biết rằng nhiệt dung CP của N2 trong khoảng nhiệt độ 300 – 600 K được cho 
bằng phương trình: CP = 27 + 6.10-3.T J/mol.K 
Bài giải: 
T1 = 300 K  T2 = 600 K 
1. Đẳng áp: 
dT
T
n
T
dTCn
T
dH
T
PdVdU
T
QdS P .10.627.. 3 




 

 
 
     03,4130060010.6.2
300
600ln.27.2.10.6.ln.27. 312
3
1
2   TTn
T
TnS J/mol.K 
2. Đẳng tích: 
  dT
T
R
T
n
T
dTRCn
T
dTCn
T
dU
T
PdVdU
T
QdS PV .10.627.
. 3 




 



 
 
    
1
2
12
3
1
2 ln.10.6.ln.27.
T
TnRTTn
T
TnS 
   50,29
300
600ln.314,8.230060010.6.2
300
600ln.27.2 3   (J/mol.K) 
Bài 15: (P.G.S Nguyễn Hạnh, “Cơ sở lý thuyết hoá học”, nhà xuất bản giáo dục - 
2003) 
 Tính sự biến đổi entropy của quá trình giãn nở khí Ar ban đầu ở nhiệt độ 
250C và áp suất 1atm đựng trong bình 500 cm3 tới thể tích 1000 cm3 và nhiệt độ 
1000C? 
Bài giải: 
T1 = 298 K  T2 = 373 K 
V1 = 0,5 L  V2 = 1 L 
nAr = 02,0298.082,0
5,0.1
 mol 
Tiểu luận “Bài tập về nguyên lý thứ hai của nhiệt động hoá học” 
Học viên Trương Thị Mỹ Đức, cao học Hoá khoá 18, chuyên ngành Hoá phân tích 
15 
V
dVnR
T
dTnC
T
PdV
T
dU
T
PdVdU
T
QdS v 


 
 041,0
5.0
1ln.987,1.02,0
298
373ln.3.02,0lnln
1
2
1
2 
V
VnR
T
TnCS v (cal/K) 
Bài 16: (Lâm Ngọc Thiềm - Trần Hiệp Hải - Nguyễn Thị Thu, “Bài tập hoá lý cơ 
sở”, nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật Hà Nội - 2003) 
 Tính biến thiên entropy của khí Neon ở 250C và 1atm có thể tích 0,78 L được 
giãn nở tới 1,25 L và đồng thời được đun nóng tới 850C? 
Bài giải: 
T1 = 298 K  T2 = 358 K 
V1 = 0,78 L  V2 = 1,25 L 
nAr = 032,0298.082,0
78,0.1
 mol 
V
dVnR
T
dTnC
T
PdV
T
dU
T
PdVdU
T
QdS v 


 
 0476,0
78,0
25,1ln.987,1.032,0
298
358ln.3.032,0lnln
1
2
1
2 
V
VnR
T
TnCS v (cal/K) 
Bài 17: (Kiselepva - G.S Caretnhicôp – I.V Cuđơriasôp, “Bài tập hoá lý” dịch từ 
tiếng Nga, nhà xuất bản đại học và trung học chuyên nghiệp - 1978) 
 Làm lạnh 12 gam O2 từ 290 K đến 233 K đồng thời tăng áp suất từ 1 atm đến 
60 atm. Entropy biến thiên như thế nào? 
Bài giải: 
T1 = 290 K  T2 = 233 K 
P1 = 1 atm  P2 = 60 atm 
375,0
32
12
2
On mol 
P
nRTVnRTPV  
V1 = 92,81
290.082,0.375,0
 (Lit) 
V2 = 12,060
233.082,0.375,0
 (Lit) 
V
dVnR
T
dTnC
T
PdV
T
dU
T
PdVdU
T
QdS v 


 
Tiểu luận “Bài tập về nguyên lý thứ hai của nhiệt động hoá học” 
Học viên Trương Thị Mỹ Đức, cao học Hoá khoá 18, chuyên ngành Hoá phân tích 
16 
 67,3
92,8
12,0ln.987,1.375,0
290
233ln.5.375,0lnln
1
2
1
2 
V
VnR
T
TnCS v (cal/K) 
Bài 18: (P.G.S Nguyễn Hạnh, “Cơ sở lý thuyết hoá học”, nhà xuất bản giáo dục 
2003) 
 Sự oxi hoá glucoza thành CO2 và H2O theo phản ứng: 
C6H12O6 + 6 O2  6 CO2 + 6 H2O 
Phép đo nhiệt lượng kế thu được 2810U kJ/mol và 4,182S J/mol.K. Phần 
nào của năng lượng này có thể khai thác dưới dạng nhiệt và phần nào dưới dạng 
công? 
Bài giải: 
2810 UQv kJ/mol 
T
AdU
T
QdS   
 dUTdSA  
 36,286428101824,0.298  USTA (kJ/mol) 
Bài 19: (Lâm Ngọc Thiềm - Trần Hiệp Hải - Nguyễn Thị Thu, “Bài tập hoá lý cơ 
sở”, nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật Hà Nội - 2003) 
 Nhiệt dung của 1 mol CO có phương trình phụ thuộc T: 
TCOCP .10.67,751,26)(
3 
Tìm giá trị các đại lượng 
PT
H







 và 
PT
S







 tại T = 500 K của CO ? 
Bài giải: 
345,30500.10.67,751,26.10.67,751,26 33 






  TC
T
H
P
P
 (J/K) 








 310.67,751,26
.
TT
C
T
S
T
dTC
T
dH
T
QdS P
P
PP 
 061,010.67,7
500
51,26 3   (J/K2) 
Tiểu luận “Bài tập về nguyên lý thứ hai của nhiệt động hoá học” 
Học viên Trương Thị Mỹ Đức, cao học Hoá khoá 18, chuyên ngành Hoá phân tích 
17 
Bài 20: (Lâm Ngọc Thiềm - Trần Hiệp Hải, “Bài tập hoá học lý thuyết cơ sở”, nhà 
xuất bản đại học quốc gia Hà Nội) 
Sự gỉ sắt diễn ra ở 250C, 1atm theo phương trình phản ứng: 
4 Fe + 3 O2 = 2 Fe2O3 
Với nhiệt hình thành 2,8240  htH kJ/mol.K. Biết S
0 của Fe, O2, Fe2O3 tương ứng 
bằng 27,3; 205; 87,4 J/mol.K. Hãy chứng tỏ sự rỉ sắt là một quá trình tự xảy ra. 
Bài giải: 
4,549205.33,27.44,87.2342 0000
232
 OFeOFepu SSSS (J/K) 
Sự rỉ của sắt đã toả năng lượng dưới dạng nhiệt ra môi trường xung quanh một 
lượng nhiệt bằng -2.824,2 = -1648,4 kJ do đó làm tăng entropi của môi trường một 
lượng bằng: 5,5531
298
16484000  mtS (J/K) 
Vậy 1,49824,5495,5531000  mtpuhêcôlâp SSS (J/K) 
0
hêcôlâpS > 0 chứng tỏ sự rỉ sắt là một quá trình tự xảy ra ở điều kiện thường về nhiệt 
độ và áp suất. 
Bài 21: (Lâm Ngọc Thiềm - Trần Hiệp Hải - Nguyễn Thị Thu, “Bài tập hoá lý cơ 
sở”, nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật Hà Nội - 2003) 
 0,35 mol khí lý tưởng ở 15,60C được giãn nở từ 1,2 đến 7,4 lít. Tính Q, A, 
GSHU  ,,, đối với quá trình trên thực hiện: 
1. Đẳng nhiệt thuận nghịch. 
2. Đẳng nhiệt không thuận nghịch chống áp suất ngoài bằng 1 atm. 
Bài giải: 
1. Đẳng nhiệt thuận nghịch: 
T = 15,6 + 273 = 288,6 K 
dU = nCvdT 
dH = nCpdT 
Mà T = const nên 0 HU 
AdUQ   . Mà dU = 0 nên 
72,1527
2,1
4,7ln.6,288.314,8.35,0ln
1
2 
V
VnRTAQT (J) 
Tiểu luận “Bài tập về nguyên lý thứ hai của nhiệt động hoá học” 
Học viên Trương Thị Mỹ Đức, cao học Hoá khoá 18, chuyên ngành Hoá phân tích 
18 
T
A
T
AdU
T
QdS    29,5
2,1
4,7ln.314,8.35,0ln.
1
2 
V
VnR
T
AS (J/mol.K) 
69,152629,5.6,2880  STHG (J) 
2. Đẳng nhiệt không thuận nghịch chống áp suất ngoài bằng 1 atm: 
Tương tự ta có H = U = 0 
QT = A = Pngoài .V = 1.(7,4 – 1,2).101,39 = 628,62 (J) 
S = 5,29 (J/mol.K) 
G = - 1526,69 (J) 
Bài 22: (Trích từ đề thi Olympic hoá học quốc tế 2001) 
3,00 mol CO2 giãn nở đẳng nhiệt (nhiệt độ của môi trường là 15oC) chống lại 
áp suất bên ngoài ổn định ở p = 1,00bar. Thể tích đầu và thể tích cuối tương ứng là 
10,0 L và 30,0 L. 
1. Chọn thông tin đúng về biến thiên entropy của qúa trình giãn nở (∆Ssys) và môi 
trường (∆Ssur). 
a) ∆Ssys > 0; ∆Ssur = 0. 
b) ∆Ssys 0. 
c) ∆Ssys > 0; ∆Ssur < 0. 
d) ∆Ssys = 0; ∆Ssur = 0 
2. Tính ∆Ssys, giả sử CO2 là khí lý tưởng. 
3. Tính ∆Ssur. 
4. Tính sự chuyển đổi entropy của hệ. Nguyên lý hai có được nghiệm đúng hay 
không? 
Bài giải: 
1. Câu c. 
2. Ta có: 
T
AdU
T
QdS   
dU = nCvdT. Mà T = const nên dU = 0 
 4,27
10
30ln.314,8.3ln.
1
2 
V
VnR
T
AS sys (J/K) 
Tiểu luận “Bài tập về nguyên lý thứ hai của nhiệt động hoá học” 
Học viên Trương Thị Mỹ Đức, cao học Hoá khoá 18, chuyên ngành Hoá phân tích 
19 
3. Ta có: AdUQ   . Mà dU = 0 nên Q = A 
948,639,101
288
)1030.(
760
750
.





T
VP
T
QS ngoàisursur (J/K) 
4. Shệ = Ssys + Ssur = 27,4 – 6,948 = 20,452 (J/K) 
Nguyên lý hai vẫn nghiệm đúng. 
Bài 23: (Lâm Ngọc Thiềm - Trần Hiệp Hải - Nguyễn Thị Thu, “Bài tập hoá lý cơ 
sở”, nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật Hà Nội - 2003) 
 Nhiệt dung của H2 là một hàm của T:  TCP .0022,0554,1  J/mol.K. Tính 
biến thiên entropy đối với hệ, đối với môi trường xung quanh và đối với hệ cô lập 
trong hai trường hợp sau: 
1. Đun nóng thuận nghịch 1 mol H2 từ 300 K đến 600 K. 
2. Đun nóng không thuận nghịch, giả thiết môi trường xung quanh ở 600 K. 
Bài giải: 
1. Đun nóng thuận nghịch: 
dT
T
n
T
dTnC
T
dH
T
PdVdU
T
QdS P 




 

 0022,0554,1. 
    12
1
2 .0022,0.ln554,1. TTn
T
TnShê 
 737,1)300600.(0022,0.1
300
600ln.554,1.1  (J/mol.K) 
Vì quá trình trên là thuận nghịch nên 737,1 mtS J/K và 0 hêcôlâpS 
2. Đun nóng không thuận nghịch: 
737,1 hêS J/mol.K 
dTTndTCndH P )..0022,0554,1.(..  
 
    22212212 300600.0011,0)300600.(554,1.2
1.0022,0).(554,1.1 TTTTH hê
 = 763,2 (J/mol) 
 Qmt = - 763,2 J 
Tiểu luận “Bài tập về nguyên lý thứ hai của nhiệt động hoá học” 
Học viên Trương Thị Mỹ Đức, cao học Hoá khoá 18, chuyên ngành Hoá phân tích 
20 
272,1
600
2,763



T
QS mtmt (J/K) 
465,0272,1737,1  mthêhêoôlâp SSS (J/K) 
Bài 24: (Lâm Ngọc Thiềm - Trần Hiệp Hải - Nguyễn Thị Thu, “Bài tập hoá lý cơ 
sở”, nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật Hà Nội - 2003) 
 Tính biến thiên entropy trong quá trình đun nóng 1 mol nước đá từ -50C tới 
5000C dưới áp suất khí quyển. Cho biết: 
- Nhiệt nóng chảy của nước đá ở 00C bằng 6004 J/mol 
- Nhiệt hoá hơi của nước ở 1000C bằng 40660 J/mol 
- Nhiệt dung riêng trung bình của nước đá bằng 35,56 J/mol.K 
- Nhiệt