Giải thích và chứng minh mối liên hệ giữa ΔG°, hằng số cân bằng K và tính thuận nghịch của phản ứng. Cho một phản ứng có ΔH° = +80 kJ và ΔS° = +120 J/K. Xác định khoảng nhiệt độ (°C) mà phản ứng trở nê...

Để giải thích và chứng minh mối liên hệ giữa ΔG°, hằng số cân bằng K và tính thuận nghịch của phản ứng, chúng ta sẽ bắt đầu với công thức liên quan: \[ \Delta G° = \Delta H° - T\Delta S° \] Trong đó: - ΔG° là biến thiên năng lượng tự do Gibbs. - ΔH° là biến thiên enthalpy (năng lượng enthalpy). - ΔS° là biến thiên entropy (độ hỗn loạn). - T là nhiệt độ tuyệt đối (tính bằng Kelvin). 1. **Tính ΔG°:** - Một phản ứng trở nên thuận nghịch (tự phát) khi ΔG° < 0. - Để tìm nhiệt độ mà phản ứng trở nên thuận nghịch, ta cần đặt ΔG° = 0 và giải cho T: \[ 0 = \Delta H° - T\Delta S° \] \[ T\Delta S° = \Delta H° \] \[ T = \frac{\Delta H°}{\Delta S°} \] 2. **Dữ liệu đã cho:** - ΔH° = +80 kJ = 80,000 J (1 kJ = 1000 J) - ΔS° = +120 J/K 3. **Thay số vào công thức:** \[ T = \frac{80,000 J}{120 J/K} \] \[ T = \frac{80,000}{120} \] \[ T = 666.67 K \] 4. **Chuyển đổi sang độ Celsius:** - Nhiệt độ trong độ Celsius (°C) được tính bằng: \[ T(°C) = T(K) - 273.15 \] \[ T(°C) = 666.67 - 273.15 \] \[ T(°C) \approx 393.52 °C \] 5. **Ý nghĩa vật lý:** - Khi T < 393.52 °C, ΔG° > 0, phản ứng không tự phát và thuận nghịch. - Khi T > 393.52 °C, ΔG° < 0, phản ứng trở nên tự phát và thuận nghịch. - Điều này cho thấy rằng với nhiệt độ cao hơn 393.52 °C, năng lượng tự do Gibbs sẽ giảm và phản ứng sẽ diễn ra tự phát. Tóm lại, phản ứng với ΔH° = +80 kJ và ΔS° = +120 J/K sẽ trở nên thuận nghịch khi nhiệt độ vượt quá khoảng 393.52 °C.