CHƯƠNG 4 THERMOCHEMISTRY NHIỆT HOÁ HỌC CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC Chỉ cần biết trạng thái đầu và cuối của hệ và điều kiện bên ngoài có ảnh hƣởng đến quá trình. Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng Dự đoán chiều hƣớng diễn ra của quá trình hóa học Hiệu suất của phản ứng Điều kiện cân bằng và các yếu tố bên ngoài ảnh hƣởng đến cân bằng.com https://fb.com/tailieudientucntt CÁC KHÁI NIỆM CẦN THIẾT a. Trạng thái và quá trình d. Các hàm nhiệt động CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt HỆ HÓA HỌC Hệ hoá học Môi trường khí H2 và O2 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt HỆ HỞ HỆ KÍN HỆ CÔ LẬP CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Hệ đoạn nhiệt - không trao đổi chất và nhiệt.
- Có thể trao đổi công Hệ đồng thể - không có bề mặt phân chia Hệ đồng nhất- thành phần tính chất nhƣ nhau Hệ dị thể - có bề mặt phân chia CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt PHA Là tập hợp những phần đồng thể của hệ Giống nhau về thành phần hóa học và tính chất hóa lý. Đƣợc phân cách với các pha khác bởi bề mặt phân chia pha. Hệ 1 pha: hệ đồng thể Hệ nhiều pha: hệ dị thể CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt THÔNG SỐ TRẠNG THÁI Thông số dung độ - là thông số tỷ lệ với lƣợng chất nhƣ : thể tích, khối lƣợng, năng lƣợng… Có tính chất cộng. Thông số cƣờng độ- không phụ thuộc lƣợng chất nhƣ : nhiệt độ, áp suất….
Th số dung độ/ th số dung độ = th số cường độ CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt TRẠNG THÁI CỦA HỆ Ví dụ : 1 lít dd HCl 0,1 M ; 250C. Các thông số trạng thái đƣợc liên hệ với nhau bằng pt trạng thái Ví dụ : Khí lý tƣởng PV = nRT →P = nRT/V Dung dịch m = V.com https://fb.com/tailieudientucntt HÀM TRẠNG THÁI • Là hàm của các thông số trạng thái • Hàm trạng thái phụ thuộc vào trạng thái của hệ • Các thông số trạng thái có thể là hàm trạng thái nhưng cũng có thể là biến số trạng thái CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Trong quá trình biến đổi trạng thái, biến thiên của hàm trạng thái chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và cuối chứ không phụ thuộc vào đường đi.com https://fb.com/tailieudientucntt Một biến thiên hữu hạn từ trạng thái 1 (Z1) → trạng thái 2 (Z2) : Z = Z2 –Z1 Trong một chu trình : Z =0 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt TRẠNG THÁI CHUẨN (0) • Áp suất chuẩn 1 atm. • Nhiệt độ tuỳ ý, thường chọn ở 250C • Chất rắn, lỏng - ở dạng nguyên chất, bền ở 1atm nhiệt độ T. • Khí – khí nguyên chất, bền nhất hoặc thường gặp, Pkhí =1atm • Dung dịch C=1 mol/l CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt NỘI NĂNG (U) U = Etịnh tiến +Equay+Edao động+Ehút,đẩy + Enhân CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt •Không xác định chính xác nội năng U •Theo nhiệt động học, trong quá trình biến đổi trạng thái chỉ cần xác định U •Nội năng phụ thuộc vào : bản chất, lƣợng chất, nhiệt độ, áp suất, thể tích… •Nội năng của khí lý tƣởng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ U = f(T) •Nội năng- hàm trạng thái, thông số dung độ.com https://fb.com/tailieudientucntt QUÁ TRÌNH- là con đƣờng mà hệ chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác có sự biến đổi ít nhất một thông số trạng thái CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Quá trình đẳng tích V = 0 Quá trình đẳng áp P = 0 Quá trình đẳng nhiệt T = 0 Quá trình đoạn nhiệt – không trao đổi nhiệt nhƣng có thể trao đổi công.com https://fb.com/tailieudientucntt Nhiệt và công là hai hình thức trao đổi năng lƣợng của hệ với môi trƣờng.
Nhiệt và công chỉ xuất hiện trong quá trình biến đổi trạng thái của hệ nên là hàm của quá trình, phụ thuộc vào cách tiến hành quá trình.com https://fb.com/tailieudientucntt •Nhiệt là thước đo sự chuyển động nhiệt hỗn loạn của các tiểu phân. • Công là thước đo sự chuyển động có trật tự có hướng của các tiểu phân trong trường lực.com https://fb.com/tailieudientucntt QUI ƢỚC VỀ DẤU CỦA NHIỆT VÀ CÔNG CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt NHIỆT ĐỘ • Thang nhiệt độ Celsius (0C) ký hiệu t • Thang nhiệt độ Kelvin (K) ký hiệu T T(K) = t (0C) + 273,15 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt NHIỆT DUNG (C) là nhiệt lượng cần dùng để nâng nhiệt độ một chất lên một độ. Trong quá trình trao đổi nhiệt: *không có phản ứng hoá học, *không có biến đổi pha, *không có sự thay đổi thành phần của hệ.com https://fb.com/tailieudientucntt Nhiệt dung riêng (tỉ nhiệt) [cal/g.độ] Nhiệt dung mol – [cal/mol.độ] Nhiệt dung mol đẳng áp Cp ; Cp=a1+b1.T2… Nhiệt dung mol đẳng tích Cv; Cv=a2+b2. Cp và Cv là hàm trạng thái.
Nhiệt dung [cal/độ] hay [J/độ] CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Phản ứng đẳng áp, đẳng nhiệt ( O2 khí lý tưởng ) AA FF. ng ng ng ng . V V P nRT S ℓ↨ ∆V Đẳng áp CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt QUÁ TRÌNH THUẬN NGHỊCH Là qt có thể tiến hành theo hai chiều ngƣợc nhau, các trạng thái trung gian giống nhau, không gây nên biến đổi gì trong hệ cũng nhƣ môi trƣờng. QUÁ TRÌNH BẤT THUẬN NGHỊCH – Là các qt không thoả mãn các điều kiện trên. Quá trình có ma sát đều là qt bất thuận nghịch Các qt tự xảy ra trong tự nhiên đều là qt bất thuận nghịch.com https://fb.com/tailieudientucntt Quá trình khuếch tán của khí là quá trình bất thuận nghịch Tự phát Không tự phát CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt NHIỆT PHẢN ỨNG Q,A (U1) Trạng thái 1 Trạng thái 2 (U2) Q = U + A +… U = U2 - U1 A công dãn nở .∆V Đẳng tích A = 0 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt QUÁ TRÌNH ĐẲNG TÍCH ∆V = 0 → A = 0.
Qv= U Hiệu ứng nhiệt của phản ứng ở đk đẳng tích bằng biến thiên nội năng của hệ.com https://fb.com/tailieudientucntt Quá trình đẳng áp P= const→ A = P (V2-V1) QP = (U2 – U1) + P(V2 – V1) Qp = (U2 + PV2) – (U1 + PV1) Entanpi H = U + PV Qp = ∆H Hiệu ứng nhiệt của phản ứng ở đk đẳng áp bằng biến thiên entanpi của hệ.com https://fb.com/tailieudientucntt HIỆU ỨNG NHIỆT Là lượng nhiệt Q mà hệ thu vào hay phát ra trong qúa trình hóa học .Quá trình đẳng áp Qp = H Pƣ toả nhiệt Pƣ thu nhiệt H = (H)sản phẩm - (H)chất đầu CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt QUAN HỆ GiỮA ∆H VÀ ∆U • H = U + P.V • Phản ứng chỉ có chất rắn, chất lỏng V 0 nên H U • Phản ứng có chất khí P.T n = (số mol khí)sp - (số mol khí)cđ tính trong phƣơng trình phản ứng CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt QUAN HỆ Qp & Qv Qp = Hp = Up + n.T Qv = ∆Uv ∆Uv ≈ ∆Up Qp - Qv = n.com https://fb.com/tailieudientucntt TÍNH Qp & Qv 2CO(k) + O2 (k) = 2CO2(k) QP = H = -566 kJ Qv = U = ? Qp-Qv = n.10-3 = -2,5kJ Qv = Qp - PV= -563.com https://fb.com/tailieudientucntt PHƢƠNG TRÌNH NHIỆT HÓA HỌC 2C(gr) + 2O2(k) = 2CO2(k) ; H0298= -787,02kJ Đây là pư toả nhiệt. H được tính với giả thiết : pư xảy ra hoàn toàn , chất đầu và sản phẩm theo lượng hợp thức và trạng thái vật lý tương ứng với pư.Nhiệt độ có thể biến đổi trong quá trình pư nhưng mọi tính toán được thực hiện khi nhiệt độ cuối bằng nhiệt độ đầu.com https://fb.com/tailieudientucntt Trong điều kiện bình thường (nhiệt độ thấp), phản ứng tỏa nhiệt (H < 0) là phản ứng có khả năng tự xảy ra. Hiệu ứng nhiệt tiêu chuẩn : H0T • Áp suất chuẩn 1 atm • Nhiệt độ T tuỳ ý, thường chọn ở 250C • Chất đầu và sản phẩm ở trạng thái chuẩn và cùng nhiệt độ.com https://fb.com/tailieudientucntt Nhiệt tạo thành là hiệu ứng nhiệt của phản ứng tạo thành 1 mol chất từ các đơn chất ứng với trạng thái tự do bền nhất trong những điều kiện đã cho về áp suất và nhiệt độ. Ở điều kiện chuẩn : ký hiệu (H0298)tt Các đơn chất bền ở đk chuẩn như: Cl2(k); H2(k); O2(k); N2(k); Br2(lỏng); I2(r); C(gr) (H0298)tt của các đơn chất bền ở đk chuẩn = 0 (H0298 )tt của ion H+.com https://fb.com/tailieudientucntt Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn, Hf° (kJ/mol) CO(g) -111 CH4(g) -74.4 C2H5OH(l) -278 AgCl(s) -127 HCl(g) -92 C6H6(l) 49 Na2CO3(s) -1131 Phản ứng phân huỷ là phản ứng nghịch của pƣ tạo thành.com https://fb.com/tailieudientucntt NHIỆT TẠO THÀNH TIÊU CHUẨN CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Nhiệt đốt cháy là hiệu ứng nhiệt của phản ứng đốt cháy 1 mol chất bằng khí oxy tạo thành các oxyt cao bền ở đk phản ứng.com https://fb.com/tailieudientucntt Nhiệt đốt cháy tiêu chuẩn của khí CO2 và nước lỏng được qui ước bằng không Hiệu ứng nhiệt của quá trình hoà tan là hiệu ứng nhiệt của quá trình hoà tan 1mol chất tan nên chịu ảnh hƣởng lớn đến lƣợng và bản chất của dung môi.
Khi lƣợng dung môi đủ lớn thì Hht không phụ thuộc vào dung môi.com https://fb.com/tailieudientucntt Quá trình hòa tan MX(rắn) +(n+m) H2O → M+.mH2O Hhòa tan = Hvlý + Hsol Hvlý >0 Hvlý UMX 2 z 1 Hsol <0 H sol 1 2r CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt QUÁ TRÌNH VẬT LÝ , Hvlý >0 QUÁ TRÌNH HYDRAT HOÁ , Hhy < 0 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ĐỊNH LUẬT HESS Hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học ở điều kiện đẳng áp hoặc đẳng tích chỉ phụ thuộc vào bản chất và trạng thái của các chất đầu và sản phẩm cuối chứ không phụ thuộc vào đường đi của quá trình, nghĩa là không phụ thuộc vào số lượng và đặc điểm của các chất giai đoạn trung gian.com https://fb.com/tailieudientucntt H1 A B , H1 = HB -HA H1 = HB –Hc+Hc-HA H2 H3 C H1 = H3 + H2 Trong cùng một điều kiện , hiệu ứng nhiệt của một phản ứng bằng tổng hiệu ứng nhiệt của các phản ứng trung gian.com https://fb.com/tailieudientucntt 3H2 (k) + N2(k) = H2 (k) + N2H4(k) H01 = 95,4 kJ N2H4(k) + H2(k) = 2NH3(k) H02= -187,6 kJ 3H2(k) + N2(k) = 2NH3 (k) H03 = -92,2kJ CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Hệ quả 1- định luật Lavoisier – La Place A B Hthuận = HB - HA B A Hnghịch = HA - HB Hthuận = - Hnghịch Htạo thành = - Hphân huỷ CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Hệ qủa 2. Chu trình Born - Haber Um= ????? NaCl (r) Na+(k) + Cl-(k) -(H0298)tt NaCl I1Na FCl (H0 298)th Na Na(r) + 1/2Cl2(k) Na (k) + Cl (k) 1/2(H0298)pl Cl2 Um= -(H0298)tt NaCl + (H0298)th Na+1/2 (H0298)plCl2 + I1 Na + FCl CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt HỆ QUẢ 3 - TÍNH HIỆU ỨNG NHIỆT PHẢN ỨNG THEO NHIỆT TẠO THÀNH H pu H sp H cd tt tt -∆H tt (AB) - ∆H0tt(CD) 0 H H ∆H0tt (AC) + ∆H0tt(BD) tt tt H pu sp cd ∑∆H0tt (sp)-∑∆H0tt (cđ) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt aA + bB = cC + dD ; H°pư H° = [cH°tt (C)+ dH°tt (D)] – [aH°tt (A)+ bH°tt (B)] CH4 (g) + 2 O2 (g) CO2 (g) + 2 H2O (l) H° = (H°tt CO2 + 2 H°tt H2O) - (H°tt CH4 + 2 H°tt O2) = (-394 + 2 x -286) – (-75 + 0) = (-1066) – (-75) = -891 kJ/mol CuuDuongThanCong.com https://fb.