Để đánh giá mức độ tự diễn biến của một phản ứng tại nhiệt độ T, người ta dựa vào đại lượng biến thiên năng lượng tự do Gibbs \[({\Delta _r}G_T^o).\] Nếu \[{\Delta _r}G_T^o > 0\]: phản ứng không tự xảy ra; \[{\Delta _r}G_T^o < 0\]: phản ứng tự xảy ra. Giá trị của đại lượng này được tính theo biểu thức:

\[{\Delta _r}G_T^o = {\rm{ }}{\Delta _r}H_T^o - {\rm{ }}T{\Delta _r}S_T^o.\] Trong đó:

·      T: nhiệt độ tính theo thang Kelvin (K);

·      \[{\Delta _r}H_T^o\]: Biến thiên enthalpy của phản ứng;

·      \[{\Delta _r}S_T^o\]: Biến thiên entropy của phản ứng (đại lượng đặc trưng cho độ mất trật tự của hệ ở một trạng thái và điều kiện xác định).

Tính giá trị thấp nhất của T (làm tròn đến hàng đơn vị) để phản ứng sau tự xảy ra:

CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g)

Cho biết: \[{\Delta _r}S_T^o = 159,26{\rm{ }}J/mo{l^{ - 1}}.{K^{ - 1}}\]và nhiệt tạo thành chuẩn của các chất như sau:

Chất	CaCO₃(s)	CaO(s)	CO₂(g)
\[{\Delta _f}H_{298}^o(kJ.mo{l^{ - 1}})\]	-1207,0	-635,0	-393,5

Giả sử \[{\Delta _r}H_T^o\] và \[{\Delta _r}S_T^o\] của quá trình không phụ thuộc vào nhiệt độ.

Vôi sống có nhiều ứng dụng như: sản xuất vật liệu xây dựng, vật liệu chịu nhiệt, khử chua đất trồng, tẩy uế, sát trùng, xử lí nước thải,... Hiện nay, nhiều lò nung vôi thủ công hoạt động tự phát, gây ảnh hưởng xấu đến môi trường xung quanh. Ở các lò nung vôi công nghiệp, quá trình kiểm soát phát thải ô nhiễm được thực hiện chặt chẽ hơn.

Xét một lò nung vôi công nghiệp sử dụng than đá làm nhiên liệu.

Giả thiết:

+ Đá vôi chỉ chứa CaCO₃ và để phân hủy 1 kg đá vôi cần cung cấp một lượng nhiệt là 1800 kJ.

+ Đốt cháy 1 kg than đá giải phóng ra một lượng nhiệt là 27000 kJ và có 50% lượng nhiệt này được hấp thụ ở quá trình phân hủy đá vôi.

+ Công suất của lò nung vôi là 420 tấn vôi sống/ngày.

Tổng khối lượng (tấn) đá vôi và than đá mà lò nung vôi trên sử dụng mỗi ngày là bao nhiêu?

Soda là hoá chất được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hoá chất, hiện nay ở Việt Nam trung bình cần \({5.10^5}\) tấn/năm. Phương pháp Solvay với nguyên liệu đầu vào là đá vôi và muối ăn nên giá thành rẻ, phù hợp với sản xuất tại Việt Nam.

a. Soda được dùng để làm mềm nước cứng, sản xuất thuỷ tinh, giấy, hoá chất,...

b. Phương pháp Solvay giảm thiểu tác động tới môi trường do tuần hoàn tái sử dụng các sản phẩm trung gian như \({\rm{N}}{{\rm{H}}_3},{\rm{C}}{{\rm{O}}_2}, \ldots \)

c. Trong phương pháp Solvay, \({\rm{N}}{{\rm{H}}_3}\) được tái chế qua phương trình hoá học sau:

\(2{\rm{N}}{{\rm{H}}_4}{\rm{Cl}} + {\rm{CaO}} \to 2{\rm{N}}{{\rm{H}}_3} + {\rm{CaC}}{{\rm{l}}_2} + {{\rm{H}}_2}{\rm{O}}\)

d. Phương pháp Solvay chỉ xảy ra theo một giai đoạn sau:

\(2{\rm{NaCl}} + 2{\rm{N}}{{\rm{H}}_3} + {\rm{C}}{{\rm{O}}_2} + {{\rm{H}}_2}{\rm{O}} \to 2{\rm{N}}{{\rm{H}}_4}{\rm{Cl}} + {\rm{N}}{{\rm{a}}_2}{\rm{C}}{{\rm{O}}_3}\)

Làm mềm \(10\;{{\rm{m}}^3}\) nước cứng có tổng nồng độ \({\rm{M}}{{\rm{g}}^{2 + }}\) và \({\rm{C}}{{\rm{a}}^{2 + }}\) là \(5,5{\rm{mmol}}/{\rm{L}}\) bằng \({\rm{N}}{{\rm{a}}_2}{\rm{C}}{{\rm{O}}_3}\), thu được nước có tổng nồng độ \({\rm{M}}{{\rm{g}}^{2 + }}\) và \({\rm{C}}{{\rm{a}}^{2 + }}\) là \(1,5{\rm{mmol}}/{\rm{L}}\). Coi toàn bộ lượng \({\rm{N}}{{\rm{a}}_2}{\rm{C}}{{\rm{O}}_3}\) cho vào đều chuyển hết thành kết tủa \({\rm{CaC}}{{\rm{O}}_3}\) và \({\rm{MgC}}{{\rm{O}}_3}\). Khối lượng \({\rm{N}}{{\rm{a}}_2}{\rm{C}}{{\rm{O}}_3}\) đã dùng là bao nhiêu kg? (Làm tròn kết quả đến hàng phần trăm)

Các muối carbonate của kim loại nhóm IIA đều bị phân hủy bởi nhiệt:

MCO₃(s) $\stackrel{{\mathrm{t}}^{\mathrm{o}}}{\to }$  MO (s) + CO₂ (g)

Biến thiên enthalpy chuẩn của quá trình trên được cho trong bảng sau:

a. Phản ứng phân hủy muối carbonate của các kim loại nhóm IIA trên đều là phản ứng thuận lợi về mặt năng lượng.

b. Độ bền nhiệt các muối carbonate của kim loại nhóm IIA tăng dần khi số hiệu nguyên tử của M tăng dần.

c. Khi để vôi bột (thành phần chính là CaO) lâu ngoài không khí có hiện tượng vôi bột dần bị chuyển hóa lại thành đá vôi (thành phần chính là CaCO₃).

d. Để sản xuất 1 tấn vôi bột theo phương pháp thủ công, người ta nung đá vôi (có hàm lượng CaCO₃ là 72%, còn lại là tạp chất trơ) với than đá (giả sử chỉ chứa carbon và tạp chất trơ), biết ${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{f}}{{\mathrm{H}}_{298}^0}_{\left({\mathrm{CO}}_2\right)}$= 393,50 kJ.mol⁻¹. Khi đó, thể tích khí CO₂ tối thiểu đã thải ra môi trường ở điều kiện chuẩn nhiều hơn 82,0 m³.