Tiểu luận Bài tập về nguyên lý thứ hai của nhiệt động hoá học

Trường hợp có sự trao đổi nhiệt giữa hệ nhiệt động và nguồn nhiệt có nhiệt dung

cực, muốn cô lập hệ người ta thường bao gồm hệ khảo sát với môi trường bên ngoài

(nguồn nhiệt) thành một hệ chung 0      

nguônnhiêt g hênhiêtdôn hêcôlâp

S S S

- Trong hệ cô lập, quá trình ch ỉ có thể xảy ra theo chiều tăng entropy và khi entrop y

đạt đến giá trị cực đại thì hệ cũng đạt đến trạng thái cân bằng.

- Biến thiên entropylà tiêu chuẩn đầu tiên để xem xét chiều hướng của quá trình và

điều kiện cân bằng đối với mọi hệ cô lập.

pdf33 trang | Chia sẻ: huong.duong | Ngày: 29/01/2016 | Lượt xem: 7325 | Lượt tải: 10download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Tiểu luận Bài tập về nguyên lý thứ hai của nhiệt động hoá học, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ao học Hoá khoá 18, chuyên ngành Hoá phân tích 8 Phần 2 BÀI TẬP ÁP DỤNG NGUYÊN LÝ THỨ HAI CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC VÀO HOÁ HỌC 2.1. ĐỘNG CƠ NHIỆT Bài 1: Một động cơ nhiệt lý tưởng làm việc với nguồn nóng và nguồn lạnh có nhiệt độ tương ứng là t1 = 2270C và t2 = 270C, động cơ nhận từ nguồn nóng một nhiệt lượng 60 kJ. Tính: 1. Hiệu suất của động cơ nhiệt. 2. Nhiệt lượng mà tác nhân truyền cho nguồn lạnh. Bài giải: 1. Hiệu suất của động cơ nhiệt lý tưởng: %404,0 500 300500 1 21      T TT  2. Nhiệt lượng mà tác nhân truyền cho nguồn lạnh:   36)4,01(60112 1 21     QQ Q QQ (kJ) Bài 2: Một động cơ nhiệt hoạt động với hai nguồn nóng và nguồn lạnh có nhiệt độ lần lượt là t1 = 2270C và t2 = 270C. Hỏi động cơ sản ra một công cực đại là bao nhiêu khi nó nhận được của nguồn nóng một nhiệt lượng là Q1= 1kcal. Bài giải: Để công mà động cơ sản ra là cực đại thì hiệu suất của động cơ phải cực đại, nghĩa là động cơ phải làm việc theo chu trình Carnot thuận nghịch: %4040,0 500 300500 1 21 max      T TT Q A  Vậy công cực đại mà động cơ cung cấp là: 4,01.4,0. 1 1 max  QAQ A  (kcal) = 0,4.4,18 = 1,672 (kJ) 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 9 Bài 3: Một động cơ nhiệt hoạt động theo chu trình Carnot với hiệu nhiệt độ giữa hai nguồn nhiệt là 1000C. Hiệu suất của động cơ là 25%. Tìm nhiệt độ của nguồn nóng và nguồn lạnh? Bài giải: - Hiệu suất của động cơ nhiệt chạy theo chu trình Carnot được tính theo công thức: 25,0100 11 21    TT TT  - Nhiệt độ của nguồn nóng và nguồn lạnh: 400 25,0 100 1  T K ΔT = T1 – T2 = 100  T2 = 400 – 100 = 300 K Bài 4: Lò đốt nồi hơi của một máy hơi nước công suất 10 kW tiêu thụ mỗi giờ 10kg than đá. Hơi đi vào xi lanh có nhiệt độ 200 0 C, hơi đi ra có nhiệt độ 100 0C. Tính: 1. Hiệu suất của máy hơi nước. 2. Hiệu suất của động cơ nhiệt lý tưởng làm việc với hai nguồn nhiệt có nhiệt độ như trên. Cho biết năng suất tỏa nhiệt của than đá là 35.106 J/kg. Bài giải: 1. Hiệu suất của máy hơi nước: %1010,0 10.35.10 3600.10 . . 6 4 1  qm tP Q A  2. Hiệu suất của động cơ nhiệt lý tưởng: %2121,0 473 373473 1 21      T TT  Bài 5: Hiệu suất thực của một máy hơi nước bằng 3/5 hiệu suất cực đại. Nhiệt độ của hơi khi ra khỏi lò hơi (nguồn nóng) là 2170C và nhiệt độ của buồng ngưng (nguồn lạnh) là 670C. Tính công suất của máy hơi nước này nếu mỗi giờ nó tiêu thụ 720 kg than có năng suất toả nhiệt là 31.106 J/kg. 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 10 Bài giải: - Hiệu suất thực của máy hơi nước hoạt động với nhiệt độ nguồn nóng là T1 = 490 K và nguồn lạnh là T2 = 340 K: %1818,0 490 340490. 5 3. 5 3. 5 3 1 21 max      T TT  - Công suất của máy hơi nước: 1116000 3600 10.31.720.18,0.. . . 6 1  t qmP qm tP Q A   (W) = 1116 (kW) Bài 6: Một động cơ nhiệt lí tưởng hoạt động với nhiệt độ nguồn nóng là 2270C và nguồn lạnh là 270C. 1. Tính hiệu suất động cơ. 2. Biết động cơ có công suất 30 kW, hỏi trong 6 giờ liền nó đã toả ra cho nguồn lạnh một nhiệt lượng là bao nhiêu? Bài giải: 1. Hiệu suất động cơ nhiệt lí tưởng hoạt động với nhiệt độ nguồn nóng là T1 = 500 K và nguồn lạnh là T2 = 300 K: %404,0 500 300500 1 21 max      T TT  2. Nhiệt lượng động cơ đã toả ra cho nguồn lạnh: 972000000 4,0 )4,01(3600.6.1000.30)1(.)1( 2 2 max               tPAQ QA A (J) = 972000 (kJ) Bài 7: Độ biến thiên entrôpi trên đoạn giữa hai quá trình đoạn nhiệt trong chu trình Carnot bằng 1kcal/K. Hiệu nhiệt độ giữa hai đường đẳng nhiệt là 1000. Hỏi nhiệt lượng đã chuyển hóa thành công trong chu trình này là bao nhiêu? Bài giải: - Đối với động cơ nhiệt hoạt động theo chu trình Carnot, ta có: 1 21 1 21 1 T TT Q QQ Q A     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 11 1 1. T QTA  (1) và 1 2 1 2 T T Q Q  hay 2 2 1 1 T Q T Q  - Độ biến thiên entropy của hệ trong quá trình đẳng nhiệt: 2 2 1 1 T Q T Q T QS T QdS   (2) Từ (1) và (2)  1.100.  STA = 100 (kcal) = 4,18.105 (J) Bài 8: Một máy lạnh có hiệu suất cực đại hoạt động giữa nguồn lạnh -50C và nguồn nóng 450C. Nếu máy được cung cấp công từ một động cơ điện có công suất 85 W thì mỗi giờ máy lạnh có thể lấy từ nguồn lạnh một nhiệt lượng là bao nhiêu? Bài giải: - Gọi T1, T2 là nhiệt độ của nguồn nóng và nguồn lạnh và Q1, Q2 là lượng nhiệt mà động cơ nhiệt hấp thu từ nguồn nóng và nhường cho nguồn lạnh, A là công của động cơ nhiệt - Hiệu suất cực đại của động cơ nhiệt: 1 21 1 21 1 max T TT Q QQ Q A     - Máy lạnh được xem là một động cơ làm việc theo chiều ngược với chiều làm việc của động cơ nhiệt, do đó nhờ nhận công mà nó lấy nhiệt Q2 từ nguồn lạnh ở nhiệt độ T2 và nhường nhiệt Q1 (Q1 = Q2 + A) cho nguồn nóng ở nhiệt độ T1 cao hơn. - Hiệu suất cực đại của máy lạnh: 21 1 21 11 max TT T QQ Q A Q     36,6 268318 318 max   - Mặt khác ta có: tP Q A Q . 11  19461603600.85.36,6..1  tPQ  (J) - Mỗi giờ máy lạnh có thể lấy từ nguồn lạnh một nhiệt lượng là: 1640160)136,6.(3600.85)1(....12   tPtPtPAQQ (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 12 Bài 9: (Trần Văn Nhân – Nguyễn Thạc Sửu – Trần Văn Tuế, “Hoá lý” – tập 1, nhà xuất bản giáo dục - 1996) 1. Xác định max đối với một máy làm lạnh, làm việc giữa 250C và -50C. 2. Tính lượng công tối thiểu cần thiết để chuyển 1 cal từ bộ phận làm lạnh ở -50C ra môi trường ngoài ở 250C. Bài giải: 1. Hiệu suất cực đại đối với một máy làm lạnh làm việc giữa T1 = 298 K và T2 = 268 K: 93,9 268298 298 21 1 max     TT T  2. Lượng công tối thiểu cần thiết để chuyển 1 cal từ bộ phận làm lạnh ở -50C ra môi trường ngoài ở 250C. 47,0 193,9 184,4 1 221 max         QA A AQ A Q (J) Bài 10: Dùng một máy lạnh sau một thời gian ta có được 300 gam nước đá ở -30C làm từ nước 100C. Tính nhiệt lượng đã lấy đi từ nước và nước đá. Nếu hiệu năng thực hiện của máy lạnh này là 4 thì máy lạnh đã tiêu thụ một công là bao nhiêu? Lấy nhiệt dung riêng của nước và nước đá là 4200 J/kg.K và 2100 J/kg.K, nhiệt nóng chảy của nước đá là 330 kJ/kg. Bài giải: - Quá trình chuyển m = 0,3 kg nước ở T1 = 283 K thành nước đá ở T2 = 270 K gồm 3 giai đoạn: 1. Chuyển nước từ 283 K đến 273 K (Q1) 2. Chuyển nước thành nước đá ở 273 K (Q2) 3. Chuyển nước đá từ 273 K đến 270 K (Q3) - Để thực hiện quá trình trên máy lạnh cần lấy một nhiệt lượng: Q = Q1 + Q2 + Q3 = 0,3.4200.(283 - 273) + 0,3.330.1000 + 0,3.2100.(273 - 270) = 113490 (J) - Máy lạnh đã tiêu thụ một công là: 5,28372 4 113490    QA A Q (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 13 2.2. CÂN BẰNG NHIỆT VÀ ÁP DỤNG NGUYÊN LÝ THỨ HAI CỦA 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 dung riêng trung bình của nước lỏng bằng 75,31 J/mol.K - Nhiệt dung riêng của hơi nước ở P = const bằng (30,20 + 0,00992.T) J/mol.K Bài giải: - Quá trình gồm 5 giai đoạn: 1. Chuyển nước đá từ 223 K đến 273 K ( 1S ) 2. Chuyển nước đá thành nước lỏng ở 273 K ( 2S ) 3. Chuyển nước lỏng từ 273 K đến 373 K ( 3S ) 4. Chuyển nước lỏng thành hơi nước 373 K ( 4S ) 5. Chuyển hơi nước từ 373 K đến 773 K ( 5S ) dT TT dTC T dH T PdVdU T QdS P          00992,020,30 - Biến thiên entropy của quá trình:  54321 SSSSSS  )373773(00992,0 373 773ln.20,30 373 40660 273 373ln.31,75 273 6004 223 273ln.56,35 = 187,67 (J/mol.K) Bài 25: Xét quá trình hoá hơi 1 mol nước lỏng ở 250C, 1atm. Biết 31,75 ,2  lOHPC J/mol.K, 47,33 ,2  hOHPC J/mol.K, OHhhH 2, (100 0C, 1atm) = 40,67 kJ/mol. Tính 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 21 GHS  ,, của hệ trong quá trình hoá hơi trên? Có kết luận gì về quá trình hoá hơi đó? Bài giải: - Quá trình gồm 3 giai đoạn: 1. Chuyển nước lỏng từ T1 = 298 K đến T2 = 373 K ( 1S , 1H ) 2. Chuyển nước lỏng thành hơi ở T2 = 373 K ( 2S , 2H ) 3. Chuyển hơi nước từ T2 = 373 K, T1 = 298 K đến ( 3S , 3H ) - Biến thiên entropy của quá trình: 43,118 373 298ln.47,33.1 373 40670.1 298 373ln.31,75.1321  SSSS (J/mol.K) - Biến thiên entanpy của quá trình:  )373298(47,33.140670.1)298373(31,75.1321 HHHH = 43808 (J/mol) - Biến thiên thế đẳng áp của quá trình: 86,851543,118.29843808  STHG (J/mol) - Quá trình trên có G >0 nên không tự xảy ra ở 250C Bài 26: (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) Xác định biến thiên entropy khi chuyển 1 gam nước chậm đông thành nước đá ở -100C biết rằng nhiệt dung riêng đẳng áp của nước lỏng bằng 4,18 J/g.K, nhiệt dung riêng đẳng áp của nước đá bằng 1,88 J/g.K, nhiệt nóng chảy của nước đá bằng 334,4 J/g.K. Bài giải: - Quá trình gồm 3 giai đoạn: 1. Chuyển nước lỏng từ T1 = 263 K đến T2 = 273 K ( 1S ) 2. Chuyển nước lỏng thành rắn ở T2 = 273 K ( 2S ) 3. Chuyển nước đá từ T2 = 273 K đến T1 = 263 K ( 3S ) - Biến thiên entropy của quá trình:   139,1 273 263ln.88,1.1 273 4,334.1 263 273ln.18,4.1321    SSSS (J/g.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 22 Bài 27: (Trần Văn Nhân – Nguyễn Thạc Sửu – Trần Văn Tuế, “Hoá lý” – tập 1, nhà xuất bản giáo dục - 1996) Tìm biến thiên entropy của 1 mol benzen, khi chuyển nó từ trạng thái lỏng ở 250C sang trạng thái hơi ở 1000C. Biết rằng nhiệt độ sôi của benzen là 80,20C, nhiệt hoá hơi Hhh = 94,32 cal/mol, nhiệt dung đẳng áp ở thể lỏng và thể hơi có giá trị: CP,l = 32,64 cal/mol.K và CP,h = - 8,14 + 113,2.10-3.T – 71,6.10-3.T2 + 17.10-9.T3 Bài giải: - Quá trình gồm 3 giai đoạn: 1. Chuyển benzen lỏng từ T1 = 298 K đến T2 = 353,2 K ( 1S ) 2. Chuyển benzen lỏng thành hơi ở T2 = 353,2 K ( 2S ) 3. Chuyển benzen hơi từ T2 = 353,2 K đến T3 = 373 K ( 3S ) - Biến thiên entropy của quá trình: 298 2,353ln.64,32.1ln.. 1 2 ,1  T TCnS lP 2,353 32,94.1. 2 2    T HnS hh dTTT T n T dTCnS T T T T P ..10.17.10.6,7110.2,113 14,8.. 3 2 3 2 2933 3                         3 2 3 3 9 2 2 2 323 3 2 3 3 .3 10.170358,0.10.2,113ln.14,8. TTTTTT T TnS               33 9 223 3 2,353373.3 10.172,3533730358,02,353373.10.2,113 2,353 373ln.14,8.1S 10,507321  SSSS (cal/mol.K) Bài 28: (Nguyễn Văn Duệ - Trần Hiệp Hải, “Bài tập hoá lý”, nhà xuất bản giáo dục - 1987) Cho biến thiên entropy trong quá trình chuyển đẳng áp 1 mol nước đá ở 00C thành hơi nước ở 1000C là S = 151,511 J/mol.K. Nhiệt nóng chảy của nước đá ở 00C là Hnc = 6009,18 J/mol. Chấp nhận tỉ nhiệt đẳng áp của nước lỏng trong khoảng từ 00C đến 1000C không đổi và bằng 4,181 J/g.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 23 1. Tính biến thiên entropy trong quá trình chuyển đẳng áp 1 mol nước lỏng ở 1000C thành hơi nước ở cùng nhiệt độ. 2. Tính nhiệt hoá hơi phân tử gam của nước ở 1000C và dưới áp suất 1 atm. Chấp nhận hơi nước là khí lý tưởng. Bài giải: - Quá trình gồm 3 giai đoạn: 1. Chuyển nước đá thành nước lỏng ở 273 K ( 1S ) 2. Chuyển nước lỏng từ 273 K đến 373 K ( 2S ) 3. Chuyển nước lỏng thành hơi nước ở 373 K ( 3S ) - Biến thiên entropy của quá trình: 511,151 273 373ln.18.184,4.1 273 18,6009.1 3321  SSSSS (J/mol.K) 994,1053  S (J/mol.K) - Nhiệt hoá hơi phân tử gam của nước ở 1000C và dưới áp suất 1 atm 75,39535373.994,105     hh hh hh hhS (J/mol) = 39,536 (kJ/mol) Bài 29: (Nguyễn Văn Duệ - Trần Hiệp Hải, “Bài tập hoá lý”, nhà xuất bản giáo dục - 1987) Cho biến thiên entropy trong quá trình chuyển đẳng áp 1 mol nước lỏng từ 250C thành hơi nước ở 2000C là S = 131,318 J/mol.K. Chấp nhận nhiệt dung đẳng áp trung bình của nước lỏng trong khoảng từ 250C đến 1000C là CP,l = 4,184 J/g.K và của hơi nước trong khoảng nhiệt độ 1000C đến 2000C là CP,k = 35,564 J/mol.K 1. Tính biến thiên entropy trong quá trình hoá hơi đẳng nhiệt, đẳng áp 1 mol nước ở 1000C. 2. Tính nhiệt hoá hơi phân tử gam của nước lỏng trong điều kiện nói trên. Chấp nhận hơi nước là khí lý tưởng. Bài giải: - Quá trình gồm 3 giai đoạn: 1. Chuyển nước lỏng từ 298 K đến 373 ( 1S ) 2. Chuyển nước lỏng thành hơi nước ở 373 K ( 2S ) 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 24 3. Chuyển hơi nước từ 373 K đến 473 K ( 3S ) - Biến thiên entropy của quá trình: 318,131 373 473ln.564,35.1 298 373ln.18.184,4.1 2321  SSSSS (J/mol.K) 96,1052  S (J/mol.K) - Nhiệt hoá hơi phân tử gam của nước ở 1000C và dưới áp suất 1 atm 77,39524373.96,105     hh hh hh hhS (J/mol) = 39,52 (kJ/mol) Bài 30: (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) Xác định biến thiên entropy của quá trình trộn lẫn 1 kmol Ar ở TAr = 293 K, P0Ar = 1,0133.105 Pa với 2 kmol N2 ở KTN 3232  ,  0 2NP 1,0133.10 5 Pa. Áp suất của hỗn hợp Phh = 1,0133.105 Pa. Coi Ar và N2 là khí lý tưởng, nhiệt dung của chúng trong khoảng nhiệt độ trên là không đổi. Bài giải: - Quá trình trộn lẫn đẳng áp QP = H - Ta có: Hthu = - Htoả )()( 222 ,, NcNPNArcArPAr TTCnTTCn     323.7.2000293.5.1000  cc TT 11,315 cT K - Quá trình trên gồm 2 giai đoạn: + Chuyển Ar từ TAr = 293 K về Tc = 315,11 K.  ArS + Chuyển N2 từ KTN 3232  về Tc = 315,11 K.  2NS - Biến thiên entropy của quá trình trộn lẫn: 52,17 323 11,315ln.7.2000 293 11,315ln.5.1000 2  NAr SSS (cal/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 25 Bài 31: (Trần Văn Nhân – Nguyễn Thạc Sửu – Trần Văn Tuế,

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfhoa ly nang cao.pdf
Tài liệu liên quan