CHƯƠNG I: NHIỆT HOA HỌC VÀ NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC 1.1 CÁC ĐỊNH LUẬT NHIỆT HÓA HỌC 1.1 ĐỊNH LUẬT LAVOISIER VÀ LAPLACE “Luong nhiệt được hấp thụ khi một chất phân hủy thành nguyên tốbằng lượng nhiệt dave phái ra khi tạo thành chất do từ các nguyen (ở” 1.2 ĐỊNH LUẬT HESS *Nếu có nhiều cách để chuyển những chất ban đâu thành nhiềng chất sản phẩm cuối cùng thì không phụ thuộc vào cách chuyển đó thì nhiệt tổng cộng của tất cả các quá trình đó sẽ bằng nhau” Nói cách khác: “Hiệu ứng nhiệt của quá trình hóa học chỉ phụ thuộc vào bản chất và trạng thái của các chất ban đầu và sản phẩm mà không phụ thuộc vào cách thực hiện phản ting”. L2 NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC IL2.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN L2.1 Hệ nhiệt động Hệ nhiệt động (gọi tất là hệ): là tập hợp vật thể đang được nghiên cứu tách khỏi vật thể khác bằng những ranh giới thực tế hoặc tương đương ở môi trường xung quanh. Các loại hệ nhiệt động: a. Hệ hờ: là hệ có trao đổi với môi trường ngoài cả chất lẫn năng lượng.
Hé kin: là hệ chỉ trao đổi năng lượng với môi trường ngoài. Hệ cô lập: là hệ không trao đổi cả chất lẫn năng lượng với môi trường ngoài. Hệ đoạn nhiệt: hệ không trao đổi chất và nhiệt. song có thể trao đổi công với môi trường.
Hệ cô lập bao giờ cũng đoạn nhiệt. Hệ cân bằng: khi các đặc tính xác định của nó không thay đổi theo thời gian. Thông thường có 3 cần bằng sau xảy ra: - _ Cân bằng nhiệt: nhiệt độ tại mọi điểm của hệ thống bằng nhau. Cân bằng cơ học: áp suất tại mọi điểm của hệ thống bằng nhau.
- _ Cân bằng hóa học: thành phần hóa học của hệ không đổi theo thời gian. Khóa luận tốt nghiệp 5 SVTH: Nguyễn Thị Ngục Phượng GVHD: Trần Thị Thu Thủy L2.2 Trang thái của một hệ. Thông số trạng thái Trạng thái một hệ là toàn bộ tính chất lí, hóa của hệ: trạng thái của hệ được đặc trưng bằng các tham số nhiệt động: thể tích V, nhiệt độ T. Phương trình trạng thái mô tả tương quan giữa các tham số Các tham số trạng thái được chia thành 2 loại: a.
Các tham số cường độ như: nhiệt độ, áp suất, nồng đô, chiết suất, tỉ khối. Chúng không phụ thuộc vào lượng chất của hệ. Các tham số khuyếch độ như: thể tích, khối lượng. Chúng tỉ lệ với lượng chất củu hệ.3 Ham trạng thái Một đại lượng được gọi là hàm trạng thái của hệ nếu biến thiên của đại lượng đó chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối của hệ, không phụ thuộc vào cách tiến hành.
Những hàm trang thái: năng lượng, áp saất, thể tích, nhiệt độ. Ngược lại, nếu sự biến đổi của đại lượng còn phụ thuộc vào cách tiến hành quá trình, thì đại lượng không được gọi là hàm trạng thái (hay gọi là hàm quá trình). Những hàm quá trình: nhiệt, công.4 Công và nhiệt a. Công: Công là một đại lượng đặc trưng cho mức độ trao đổi năng lượng thông qua chuyển đông có hướng của hệ.
Trị số của công phụ thuộc vào tính chất của quá trình biến đổi. Công là hàm số của quá trình hay hàm quá trình. Kí hiệu: A Đơn vị của công: Jun (J) hoặc Calo (cal) 1 cai = 4,18 J Quiước: - A >0 : hệ nhận công từ môi trường xung quanh -A <0: hệ truyền công cho môi trường xung quanh. Nhiệt: Nhiệt là một đại lượng đặc trưng cho mức độ trao đổi năng lượng thông qua chuyển động hỗn loạn của các phân tử.
Nhiệt cũng là hàm trạng thái. Kí hiệu: Q Đơn vị của nhiệt: lun (J) hoặc Calo (cal) Qui ước: - Q>0: hệ thu nhiệt -Q <0: hệ tỏa nhiệt Khóa luận tốt nghiệp 6 SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Phượng GVHD: Trần Thị Thu Thủy 12.1 Nội dung nguyên lý “Năng lượng không tự sinh ra hoặc tự biến mất mà chỉ có thể biến từ dạng này sang dạng khác ” 12.2 Ham trạng thái nội năng U Định nghĩa: Nội năng của một chất chỉ dự trữ năng lượng của chất đó. Người ta không xác định được giá trị tuyệt đối của nội năng, nhưng dựa vào năng lượng được phát ra hay thu vào của một hệ người ta có thể suy ra độ biến thiên nội năng AU AU = U; - U; Với : + AU: độ biến thiên nội năng + U, : nội năng của hệ ở trạng thái | + Ú; : nội năng của hệ ở trạng thái 2 Trong một hệ bất kì, biến thiên nội năng AU bằng lượng nhiệt Q truyền cho hệ trừ đi công A mà hệ thực hiện. AU =Q-A > Trong trường hợp thể tích của hệ không đổi, nghĩa là A = PAV = 0, lượng nhiệt đó chỉ làm tăng nội năng của hệ: AU z Q, Với Q, : nhiệt lượng của phản ứng xảy ra khi thể tích không đổi AU : biến thiên nội năng của hệ phản ứng.23 Hàm trạng thái entanpi H Trong trường hợp ở áp suất không đổi: Q, = AU + PAV = (U;-U,) + P(V;- VỊ) = (Ú; + PV;) - (U,+PV,) Đặt H = U + PV gọi là entanpi Nên Q, = AH Với Q,: nhiệt lượng của phan ứng xảy ra khi áp suất không đổi AH: biến thiên entanpi của hệ phản ứng.4 Quan hệ giữa AU và AH của phan ứng [— TPhãnhà [av cova an co AU >0 và AH >0 Chỉ có chất rấn và chất lỏng AU = AH Có chất khí AH = AU + AnRT (xem như lý tưởng) Khóa luận tốt nghiệp 1 SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Phượng GVHD: Tran Thị Thu Thủy 1.5 Nhiệt dung Nhiệt dung của một chất là lượng nhiệt cin dòng dé nâng cao nhiệt đô lên thêm lai Nhiệt dung của Ig chất gọi là nhiệt dung riêng.
Nhiệt dung của | mol chất gọi là nhiệt dung mol. Phân biệt : Nhiệt dung mol ở áp suất không đổi C, Nhiệt dung mol ở thể tích không đổi C, - Với khí lý tưởng : C„- C, = R Với chất rắn và chất lỏng : C, và C, có giá trị gần bằng nhau 1.6 Áp dụng nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học vào Hóa học a. Hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học Nhiệt lượng tỏa ra hay hấp thụ của một phản ứng hóa học được gọi là hiệu ứng nhiệt phản ứng. Phương pháp tính hiệu ứng nhiệt Cơ sở của phương pháp tính hiệu ứng nhiệt là định luật Hess.
(1) Entanpi sinh hay nhiệt tạo thành Định nghĩa: Entanpi sinh của một chất là hiệu ứng nhiệt của phản ứng tạo thành một mol chất ấy từ các đơn chất ở vào trạng thái bền vững nhất trong những điểu kiện đã cho về nhiệt độ và áp suất. Nếu những điểu kiện này là điều kiện tiêu chuẩn thì entanpi sinh được gọi là entanpi sinh tiêu chuẩn.„ Ứng dụng của entanpi sinh để tính entanpi của phản ứng: “Entanpi của một phản ứng hóa học bằng tổng entanpi sinh của các sản phẩm trừ tổng entanpi sinh của các chất phản ung” (2) Entanpi cháy hay nhiệt đốt cháy Định nghĩa: Entanpi cháy của một chất là hiệu ứng nhiệt của phản ứng đốt cháy một mol chất tới các het oxi hóa thích ứng của các nguyên tố. “Hiệu ấn nhiệt củaby phan ứng tiêu lọc bằng cm các =.e= cháy của các chất phản dng trừ đi tổng các entanpi cháy của các sản phẩm" (3) Năng lượng liên kết Định nghĩa: Năng lượng của một liên kết định vị là nang lượng được giải phóng khi liên kết hóa học được hình thành từ những nguyên tử cô lập. Tính chất: năng lượng liên kết có tính cộng tính và được bảo toàn khi chuyển từ một phân tử này sang một phân tử khác có cùng liên kết.
Khóa luận tốt nghiệp bi SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Phượng GVHD: Trần Thị Thu Thủy d i 't để tí ull của pha : *Hiệu ứng nhiệt của một phản ứng hóa học bằng tổng các năng lượng liên kết của các phân tử sản phẩm trừ đi tổng năng lượng liên kết của các chất phần ung” I3 NGUYÊN LÝ THU HAI CUA NHIET ĐỘNG HỌC 13.1 NỘI DUNG NGUYÊN LÝ *Nhiệt không thể tự ý truyền từ vật lạnh sang vật nóng hon” Hay: “Không thể có quá trình trong đó nhiệt lấy từ một vật được chuyển thành công mà không có công bổ chính” Hay: “Không thể có động cơ vĩnh cửu loại hai” 1.2 BIEU THỨC TOÁN HỌC CUA NGUYÊN LÝ THỨ HAI Tiên dé 1: Entropi (S) là một ham trạng thái của hệ và độc lập với cách đạt tới trạng thái đó. Tiên dé 2: Trong quá trình tự nhiên bất kì, biến thiên entropi bất kì của hệ bằng hay lớn hơn nhiệt lượng trao đổi dq chia cho nhiệt độ tuyệt đối T của hệ: dq qer Dấu = ứng với quá trình thuận nghịch Dấu > ứng với quá trình không thuận nghịch 13.3 VAI TÍNH CHẤT VÀ Ý NGHĨA CUA ENTROPI a. Entropi là một thuộc tính khuyếch độ của hệ. Entropi là một hàm trang thái, biến thiên entropi của hệ trong quá trình bất kì chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và cuối của hệ, không phụ thuộc vào đường đi.
Với quá trình thuận nghịch: AS= §;—§¡ =2 với : AS : biến thiên entropi của hệ Q : lượng nhiệt mà hệ thoát ra hay thu vào T : nhiệt độ tuyệt đối Với quá trình không thuận nghịch: = Q AS = S = S; > T d. Entropi đặc trưng cho mức độ hỗn độn của các tiểu phân trong hệ. Mức đô hỗn độn của các tiểu phân càng lớn, trị số entropi càng lớn, Với một chất bất kì, khi chất chuyển từ trạng thái rắn qua trạng thái lỏng và trang thái khí thì entropi của hệ tăng. Kihéa luận tốt nghiệp 9 SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Phượng GVHD: Trần Thị Thu Thủy Chất rắn —» Chất lỏng —» Chất khí Stim < Sting < Sian 14 NGUYÊN LÝ THỨ BA CUA NHIỆT DONG HỌC 1.1 NỘI DUNG NGUYÊN LÝ *Entropi của tất cả các chất tinh khiết (dang tinh thể) ở không độ tuyệt đối déu bằng không” 14.2 TINH BIẾN THIÊN ENTROPI TRONG MOT PHAN UNG HÓA HỌC Biến thiên entropi AS của một phản ứng bằng tổng entropi của các sẵn phẩm phản ứng trừ di tổng entropi của các chất phản ứng AS = Sản phẩm) — 3 Š(chất phản ung) Nếu phản ứng thực hiện ở điều kiện chuẩn: AS og = ES2z(sản phẩm) — ES „(chất phản dng) + Chú ý : entropi tuyệt đối S của một chất không bằng biến thiên entropi tạo thành AS của chất đó.
Vì entropi tuyệt đốt của các đơn chất không bằng 0. Entropi của chất biến đổi theo nhiệt độ. Trong một khoảng nhiệt độ hẹp, nhiệt dung của chất được coi là không đổi, biến thiên entropi của chất từ nhiệt độ T; đến T; là: =$-S=<C AS =S,- $)=C, ne in = L4.