›
›

Bài giảng Hóa đại cương - Chương 6: Nhiệt hóa học và hiệu ứng nhiệt của các quá trình hóa học - Huỳnh Kỳ Phương Hạ

Download
CHƯƠNG 6  
NHIEÄT HOÙA HOÏC VAØ  
HIEÄU ÖÙNG NHIEÄT  
CUÛA CAÙC QUAÙ TRÌNH HOÙA HOÏC  
1
KHAÙI NIEÄM VEÀ NHIEÄT ÑOÄNG HOÙA HOÏC VAØ  
NHIEÄT HOÙA HOÏC  
• Nhieät ñoäng hoïc laø söï nghieân cöùu veà söï chuyeån bieán  
töông hoå giöõa caùc daïng naêng löôïng khaùc nhau vaø  
noù döïa treân cô sôû hai nguyeân lyù:  
• Nguyeân lyù 1:  
– Naêng löôïng khoâng töï nhieân sinh ra hay maát ñi maø noù chæ  
chuyeån töø daïng naøy sang daïng khaùc.  
• Nguyeân lyù 2:  
– Nhieät chæ chuyeån töø nôi coù nhieät ñoä cao hôn ñeán nôi coù  
nhieät ñoä thaáp.  
2
• Aùp duïng vaøo nhieät ñoäng hoùa hoïc  
• Nhieät ñoäng hoùa hoïc (Chemical  
Thermodynamics) nghieân cöùu caùc quy luaät  
veà söï chuyeån bieán töông hoå giöõa hoùa naêng  
vaø caùc daïng naêng löôïng khaùc, veà hieäu öùng  
nhieät cuûa quaù trình hoùa hoïc, veà ñieàu kieän  
beàn vöõng cuûa caùc heä vaø caùc quy luaät thay ñoåi  
cuûa caùc quaù trình hoùa hoïc.  
3
• Nhieät ñoäng hoùa hoïc moâ taû lieân heä giöõa naêng  
löôïng hoaù hoïc cuaû moät phaûn öùng ñeán taùc  
chaát vaø saûn phaåm (bieåu dieãn khaû naêng xaûy ra  
cuûa moät phaûn öùng).  
• Nhieät hoùa hoïc chæ nghieân cöùu veà hieäu öùng  
nhieät, laø löôïng nhieät phaùt ra hay thu vaøo  
trong caùc quaù trình hoùa hoïc.  
• Ñôn vò naêng löôïng theo heä SI laø joule, J.  
• Chuyeån ñoåi töø joule (J) sang calorie (cal):  
– 1 cal = 4.184 J.  
4
Moät soá khaùi nieäm  
• Heä:  
– Laø moät vaät hay moät nhoùm vaät theå ñöôïc nhaên  
caùch vôùi moâi tröôøng xung quanh baèng beà maët  
töôûng töôïng hay beà maët vaät lyù.  
• Heä coâ laäp:  
– Laø heä khoâng trao ñoåi nhieät, naêng löôïng, chaát vôùi  
moâi tröôøng xung quanh.  
• Heä kín (ñoùng):  
– Khoâng trao ñoåi chaát maø coù khaû naêng trao ñoåi  
naêng löôïng vôùi moâi tröôøng beân ngoaøi.  
5
• Heä hôû (môû):  
– Coù khaû naêng trao ñoåi chaát, nhieät, naêng löôïng vôùi  
moâi tröôøng beân ngoaøi.  
• Heä caân baèng:  
– Laø heä coù caùc thoâng soá traïng thaùi xaùc ñònh ôû moät  
ñieàu kieän naøo ñoù.  
• Heä ñoàng theå:  
– Laø heä chæ coù moät pha (khoâng coù söï phaân chia  
pha), hoaëc khoâng coù beà maët phaân chia.  
• Heä dò theå:  
– Coù hai pha trôû leân hoaëc coù beà maët phaân chia.  
6
Thoâng soá vaø haøm soá traïng thaùi  
• Thoâng soá traïng thaùi laø caùc döõ kieän: p, m, v…  
• Phöông trình traïng thaùi: Duøng bieåu dieãn töông quan  
taäp hôïp traïng thaùi cuûa heä ôû moät ñieàu kieän xaùc ñònh.  
– Ví duï: pv = nRT  
• Caùc haøm soá traïng thaùi chæ phuï thuoäc quaù trình ñaàu  
vaø cuoái, khoâng phuï thuoäc ñöôøng ñi.  
– Caùc haøm traïng thaùi: Noäi naêng (U), Enthalpy (H), Entropy  
(S), naêng löôïng töï do Gibbs (G) (coù theå coi T, p cuõng laø  
haøm traïng thaùi)  
– Nhieät (q) vaø coâng (w) khoâng phaûi laø haøm traïng thaùi.  
7
• Caùc quaù trình  
•
• Khi heä chuyeån töø traïng thaùi naøy sang traïng thaùi khaùc,  
töùc laø heä thöïc hieän moät quaù trình.  
• Quaù trình thuaän nghòch (TN): Xaûy ra theo hai chieàu  
ngöôïc nhau vaø töông ñoái chaäm, quaù trình ñaït ñeán caân  
baèng ñoäng.  
• Quaù trình baát TN: Laø quaù trình chæ xaûy ra theo moät  
chieàu, khoâng dieãn ra theo chieàu ngöôïc laïi.  
• Quaù trình ñaúng tích (Isochoric process, V = const)  
• Quaù trình ñaúng aùp (Isobaric process, p = const)  
• Quaù trình ñaúng nhieät (Isothermal process, T= const)  
8
Nhieät vaø coâng  
Nguyeân lyù moät cuûa nhieät ñoäng hoïc ñöôïc  
moâ taû:  
• E = q + A  
ÔÛ ñaây:  
– E = Naêng löôïng trao ñoåi.  
–q = Nhieät trao ñoåi.  
–A = Coâng thöïc hieän (Kyù hieäu w hay  
A).  
9
A = At + A’  
At: coâng theå tích (giaõn nôû, cô hoïc).  
At = p V = nRT = nRTln(p1/p2)  
• A’: coâng höõu ích (coâng ñieän tröôøng, töø tröôøng, hoùa  
hoïc…)  
Q = m.C. t  
– m: Khoái löôïng heä (vaät) nhaän nhieät, g.  
– C: nhieät dung rieâng (specific heat capacity), J/(g.0C), hay  
cal/(g.0C)- Laø nhieät löôïng caàn thieát ñeå naâng 1 g chaát leân  
1 ñoä (K hay C).  
– t = t2 – t1 (söï thay ñoåi nhieät ñoä tröôùc vaø sau khi nhaän  
nhieät, 0C.  
10  
• Quy öôùc veà daáu vaø yù nghóa cuûa A, q.  
• q > 0: Nhieät chuyeån töø moâi tröôøng vaøo heä  
(heä nhaän nhieät)  
• q < 0: heä toûa nhieät.  
• A > 0 (hay w>0): Heä sinh coâng.  
• A < 0 (hay w<0): Heä nhaän coâng.  
– Ví duï  
A = p V , neáu heä sinh coâng, töùc laø V2>V1, luùc ñoù  
A>0.  
11  
Noäi naêng (U), enthalpy H vaø hieäu öùng nhieät H  
• Noäi naêng U:  
– Laø naêng löôïng coù saün, aån beân trong heä, goàm  
naêng löôïng chuyeån ñoäng tònh tieán, quay, dao  
ñoäng… cuûa nguyeân töû, phaân töû, ion...  
• (Naêng löôïng heä) = U + ñoäng naêng heä (Eñ) + theá  
naêng heä (Et)  
• Ta coù: Q = U + A  
– Töùc laø khi cung caáp cho heä moät nhieät löôïng Q thì nhieät  
naêng naøy êäheä vaø thöïc hieän  
coâng A choáng laïi caùc löïc beân ngoaøi taùc ñoäng leân heä.  
12  
• Enthalpy H  
• Töø Q = U + A  
• Vôùi U = U2 – U1  
A = p V  
Q = U + p V = (U2 – U1) + p(V2 – V1)  
• ÔÛ ñieàu kieän ñaúng tích (V = const, V=0)  
QV = U + p V = U  
– Hay ôû ñieàu kieän ñaúng tích, nhieät cung caáp cho heä chæ  
duøng ñeå taêng noäi naêng cuûa heä, QV goïi laø hieäu öùng  
nhieät ñaúng tích.  
13  
• ÔÛ ñieàu kieän ñaúng aùp (p = const)  
– QP = U + p V = (U2 – U1) + p(V2 – V1)  
(U2 + pV2) – (U1 + pV1)  
Ñaët H = U + pV, enthalpy, laø haøm soá traïng thaùi.  
QP = H2 – H1 = H  
Hieäu öùng nhieät ôû ñieàu kieän ñaúng aùp chính laø söï bieán ñoåi  
enthalpy, haïø ä
– Vôùi heä chaát khí  
H = U + nRT  
Phaûn öùng töï xaûy ra khi H < 0 phaùt nhieät  
Phaûn öùng khoâng töï xaûy ra khi H > 0 thu nhieät  
14  
• MOÄT SOÁ VÍ DUÏ  
• VD1: ÔÛ 1 amt vaø 250C, coù phaûn öùng:  
H2(k) + 1/2O2(k) = H2O(k)  
• Xaùc ñònh U, bieát H = -58.1 kcal/mol?  
• H = U + p V U = H – nRT.  
• n = 1 – (1 + ½) = -1/2  
• U = -58.1 + ½.1.987.(25+273) (kcal/mol)  
15  
• VD2: ÔÛ 1 amt vaø 250C, coù phaûn öùng:  
C(r) + H2O(k) = CO(k) + H2(k)  
• Xaùc ñònh U, bieát H = + 31.4 kcal/mol?  
• H = U + p V U = H – nRT.  
• n = 1 +1 – 1 = 1  
• U = 31.4 -1.987.(25+273) (kcal/mol)  
16  
• PHÖÔNG TRÌNH NHIEÄT HOÙA HOÏC  
•
• Laø phöông trình phaûn öùng hoùa hoïc coù ghi keøm  
traïng thaùi pha cuûa taùc chaát, saûn phaåm.  
• Hieäu öùng nhieät cuûa moät phaûn öùng tyû leä thuaän vôùi  
löôïng chaát tham gia phaûn öùng.  
• Ví duï:  
•
CH4(k) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(g)  
H = -8
2CH4(g) + 4O2(g) 2CO2(g) + 4H2O(g)  
H = -1604 kJ  
17  
Moät soá ñònh nghóa  
• Nhieät taïo thaønh  
• Laø hieäu öùng nhieät cuûa phaûn öùng taïo thaønh  
moät mol chaát töø caùc ñôn chaát ôû traïng thaùi töï  
do beàn vöõng (ôû ñieàu kieän chuaån goïi laø nhieät  
taïo thaønh tieâu chuaån).  
• Enthalpy tieâu chuaån, H0, laø enthalpy ño ôû 1  
atm vaø 250C (298 K) (ñieàu kieän chuaån).  
• Nhieät taïo thaønh cuûa caùc ñôn chaát beàn ôû ñieàu  
kieän tieâu chuaån baèng 0.  
18  
• Ví duï: ÔÛ ñieàu kieän chuaån.  
1
1
Cl k  
H k  
HCl k  
2
2
2
2
• H0 [HCl(k)] = -22.06 kcal/mol  
tt  
N k 3H k 2 NH k  
2
2
3
• H0 [NH3(k)] = -22 kcal  
phaûn öùng  
• H0 [NH3(k)] = -11 kcal/mol  
tt  
• H0 [N (k), H2(k), Cl2(k)] = 0  
tt 2  
19  
• Nhieät taïo thaønh tieâu chuaån (298K) cuûa moät soá chaát  
20  
Tải về để xem bản đầy đủ
pdf 40 trang yennguyen 18/04/2022 1160
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Hóa đại cương - Chương 6: Nhiệt hóa học và hiệu ứng nhiệt của các quá trình hóa học - Huỳnh Kỳ Phương Hạ", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfbai_giang_hoa_dai_cuong_chuong_6_nhiet_hoa_hoc_va_hieu_ung_n.pdf