hóa lí hóa keo Chuong1 NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC

CHƢƠNG NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC 1.1 Một số khái niệm định nghĩa 1.2 Nguyên lý I hiệu ứng nhiệt 1.3 Nguyên lý II entropy 1.4 Thế đẳng áp chiều xảy trình hóa học 1.5 Cân hóa học TỰ ƠN HẰNG SỐ KHÍ LÝ TƢỞNG - Phương trình trạng thái khí lý tưởng - Các định luật khí lý tưởng R = 0,082054 L.atm.mol–1.K–1 = 82,054 mL.atm.mol–1.K–1 = 1,987 cal.mol–1.K–1 = 8,314 J.mol–1.K–1 CHUYỂN ĐỔI ĐƠN VỊ = 62360 mL.mmHg.mol–1.K–1 cal = 4,184 J Áp suất khí = 0,041292 L.atm atm = 760 mm Hg = 1,01325.105 Pa Nhiệt độ (ºF, ºC, oR, K) = 1,01325 bar • T (K) = t (ºC) + 273,15 N/m2 = Pa (pascal) • Khơng độ tuyệt đối: T = 3/6/2021 1.1 KHÁI NIỆM & ĐỊNH NGHĨA NHIỆT ĐỘNG HĨA HỌC: nghiên cứu • Sự chuyển hóa giữa hóa các dạng lượng khác • Hiệu ứng nhiệt quá trình hóa học • Điều kiện bền hệ hóa học HỆ: là vật hay nhóm vật có tương tác với và được tách biệt với môi trường xung quanh 06/03/2021 Hóa lý Hóa keo – Chương  HỆ MỞ: trao đổi chất lƣợng (cơng, nhiệt) với mơi trường  HỆ ĐĨNG: khơng trao đổi chất, có thể trao đổi lƣợng với mơi trường CƠ LẬP: khơng trao đởi chất lƣợng với môi trường  HỆ ĐOẠN NHIỆT: không trao đởi nhiệt với mơi trường VÍ DỤ  Hệ lập hệ đoạn nhiệt  HỆ 06/03/2021 Hóa lý Hóa keo – Chương HỆ ĐỒNG THỂ - Chỉ gồm pha - Không có bề mặt phân chia pha 06/03/2021 HỆ DỊ THỂ - Có nhiều pha - Có bề mặt phân chia pha Hóa lý Hóa keo – Chương TRẠNG THÁI: P Thông số T - Một hệ có thể tồn hệ trạng những trạng thái C hóa thái khác V học lƣợng … HÀM TRẠNG THÁI: biến thiên giá trị hàm chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu cuối hệ F = Fcuối – Fđầu Một số hàm trạng thái: U (nội năng), H (enthalpy), S (entropy), G (thế đẳng áp), F (thế đẳng tích)… 06/03/2021 Hóa lý Hóa keo – Chương QUÁ TRÌNH: Là cách biến đổi từ trạng thái đến trạng thái khác Hệ hóa học P1 T1 C1 V1 Quá trình Hệ hóa học P2 T2 C2 V2 Một số QT hay gặp: Điều kiện xảy QT: - Phản ứng hóa học - Chuyển pha - Giãn nở - Tăng/giảm nhiệt độ - Đẳng áp: P = const - Đẳng tích: V = const - Đẳng nhiệt: T = const 06/03/2021 Hóa lý Hóa keo – Chương NĂNG LƢỢNG: là thước đo sự chuyển động vật chất Năng lƣợng = Ngoại + Nội (U) (Động năng, Thế năng) Đơn vị: cal = 4,18 J; kcal = 1000 cal  P.dV Hệ Thực hiện hóa học q trình Trao đổi với mơi trƣờng Nhiệt Q (hiệu ứng nhiệt) 06/03/2021 Hóa lý Hóa keo – Chương NỘI NĂNG (U) là tập hợp tất các dạng lƣợng tiềm tàng bên hệ (NL electron, NL hạt nhân, NL dao động tịnh tiến, chuyển động quay,… U hàm trạng thái - U đặc trưng cho trạng thái hệ - Biến thiên U (U = U2 – U1 ) chỉ phụ thuộc trạng thái đầu cuối, không phụ thuộc đường (cách thức q trình) 06/03/2021 Hóa lý Hóa keo – Chương CÔNG A & NHIỆT Q - là hai hình thức truyền lượng hệ - là hàm trạng thái: phụ thuộc vào q trình NHIỆT 06/03/2021 CƠNG QUY ƢỚC DẤU Hệ sinh (tỏa) – Hệ nhận (thu) + Hóa lý Hóa keo – Chương 10 THẾ ĐẲNG ÁP TIÊU CHUẨN Go298 Là thế đẳng áp điều kiện ch̉n: •Đới với chất lỏng chất rắn nguyên chất: áp suất atm •Đới với chất khí: áp śt riêng phần atm •Đới với dung dịch: nờng độ M •Nhiệt độ mọi trường hợp: 25 °C (298 K) Đơn vị Go: kJ/mol (J/mol) ; kcal/mol Thế đẳng áp tạo thành tiêu chuẩn Go298(tt) Là G phản ứng tạo thành mol chất từ các đơn chất tự bền vững atm, 298 K Go298(tt) đơn chất = 06/03/2021 Hóa lý Hóa keo – Chương 49 1.4.3.TÍNH BIẾN THIÊN THẾ ĐẲNG ÁP G phản ứng hóa học G  H - T.S o T o T o T Gần đúng: Go  Ho - T.So 298 298 298 Ví dụ: aA + bB → cC + dD G = (c.Go(tt)C + d.Go(tt)D)  (a.Go(tt)A + b.Go(tt)B) 06/03/2021 Hóa lý Hóa keo – Chương 50 Ví dụ: Tính Go 298 K và 1000 K và xét chiều phản ứng: C (gr) + H2O (k)  Ho298(tt) (kJ/mol) 5,7 So298 (J/mol.K) Go298(tt) (kJ/mol)  Tính 298 K: - 241,8 188,7 - 228,6 CO (k) + H2 (k) - 110,5 197,9 - 137,3 130,6 Go298  Ho298 - T.So298 = (110,5+241,8)  298(197,9 +130,6 5,7188,7)103  Ở 298 K phản ứng KHÔNG Tự Xảy Ra = 91,3 kJ o o o G298  G298(tt)CO  G298(tt)H2O = 137,3 + 228,6 = 91,3 kJ  Tính 1000 K: G o 298  H o 298 - T  S o 298 = 131,3  1000  134,1 103 = 2,8 kJ  Ở 1000 K phản ứng Tự Xảy Ra 06/03/2021 Hóa lý Hóa keo – Chương 51 1.5 CÂN BẰNG HÓA HỌC 1.5.1 KHÁI NIỆM VỀ CÂN BẰNG HÓA HỌC – HẰNG SỐ CÂN BẰNG HĨA HỌC • Phản ứng chiều phản ứng xảy hồn tồn theo chiều xét • Phản ứng thuận nghịch phản ứng xảy theo hai chiều ngược nhau, có đặc điểm khơng xảy hồn toàn (hết tác chất), mà chỉ xảy cho đến đạt được trạng thái cân bằng hóa học Ví dụ: NO2 ⇌ N2O4 CH3COOH + C2H5OH ⇌ CH3COOC2H5 + H2O 06/03/2021 Hóa lý Hóa keo – Chương 52 TRẠNG THÁI CÂN BẰNG HÓA HỌC Là trạng thái p/ứ hóa học có G =0 đặc điểm sau: • vtḥn = vnghịch : vận tớc phản ứng thuận bằng vận tớc phản ứng nghịch • vtổng = : vận tốc tổng cộng phản ứng bằng khơng • Ci = const: lượng chất phản ứng không đổi  Cân bằng hóa học là cân động Khi thay đổi các điều kiện T, P, C… thì: Cân bằng mất sẽ lập lại trạng thái CB 06/03/2021 Hóa lý Hóa keo – Chương 53 HẰNG SỐ CÂN BẰNG HÓA HỌC aA + bB ⇌ cC + dD c d  kt [C ] [ D]  kt , kn: hằng số tốc độ KC    phản ứng thuận nghịch a b  kn  [ A] [ B] CB [I]: nồng độ c d  PC PD  PI: áp suất riêng phần KP   a b   PA PB CB Kp = KC.(RT)nk nk = c + d – a –b (chỉ xét chất khí) R = 0,082 L.atm/mol.K Đối với PHẢN ỨNG DỊ THỂ (có rắn, lỏng, khí): viết K chỉ ý đến chất khí 06/03/2021 Hóa lý Hóa keo – Chương 54 Ví dụ: Viết biểu thức tính số cân phản ứng:   PSO3 SO2(k) + O2(k) ⇌ SO3(k) KP     PSO PO  2  CB  SO2(k) + ½O2(k) ⇌ SO3(k)  PSO3 K   PSO PO0,5  2 N2(k) + 3H2(k) ⇌ 2NH3(k)  PNH KP    PN PH3  2 ' P   CB   NH 2     ; KC     N   H   CB  CB  [CO2 ]  FeO(r) + CO(k) ⇌ Fe(r) + CO2(k) KC   [CO]   CB 06/03/2021 Hóa lý Hóa keo – Chương 55 Ví dụ: Tính số cân KC KP 298 K NOCl (k) ⇌ NO (k) + Cl2 (k) Ban đầu 2,00 0 (mol/L) 0,66 0,66 0,33 Phản ứng 1,34 0,66 Cân bằng 0,33 (mol/L)   NO2 2 Cl2   0, 66 0,33   KC    0, 08 2   NOCl   1,34  CB K P  KC  R.T  06/03/2021 nk  0, 08  0, 082.298 Hóa lý Hóa keo – Chương 11  1,95 56 Ví dụ: Tính nồng độ chất lúc cân phản ứng pha khí: COCl2 ⇌ CO + Cl2 Biết nồng độ ban đầu: [CO]o = 1,0 M, [Cl2]o = 1,0 M, [COCl2]o = 2,0 M Kc = 1,0 Đặt x là nồng độ tham gia phản ứng: COCl2 ⇌ CO + Cl2 Ban đầu 2,0 1,0 1,0 (M) Phản ứng x x x Cân bằng 2–x +x 1+x (M)  CO  Cl2   1 x  KC     1, => x = 0,3   COCl    CB   x  [COCl2]CB = 2–x = 1,7 M; [CO]CB = [Cl2]CB = + x = 1,3 M 06/03/2021 Hóa lý Hóa keo – Chương 57 ĐẶC ĐIỂM - Ý NGHĨA CỦA HSCB • Giá trị K đặc trưng cho cân bằng phản ứng hóa học điều kiện xác định • K = const T = const; K chỉ phụ thuộc T, không phụ thuộc Ctác chất và áp suất • Giá trị K lớn : thì p/ứ chuyển hóa càng sâu và hiệu suất càng cao 06/03/2021 Hóa lý Hóa keo – Chương 58 1.5.2 HẰNG SỐ CÂN BẰNG VÀ THẾ ĐẲNG ÁP Go =  R.T.lnKP Lưu ý: đơn vị G (J) R = 8,314 J/mol.K G (cal) R = 1,987 cal/mol.K Ví dụ: Tính số cân 298K phản ứng NO2 (k) ⇌ N2O4 (k) o o biết : H 298 pu  58,040 kJ S298pu  176,6 J / K Giải: o o o G298   H  T  S pu 298 pu 298 pu = -58040  298  176,6  -5412,3 J G o 5412,3 ln K p     2,185 RT 8,314  298 06/03/2021 Hóa lý Hóa keo – Chương K p  e2,185  8,9 59 1.5.3 SỰ CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG Co(H2O)6 2+ + 4Cl- ⇌ CoCl42- + H2O Hpƣ >0 Làm lạnh Đun nóng 06/03/2021 Hóa lý Hóa keo – Chương 60 Nguyên lý chuyển dịch cân Le Chatelier Phát biểu: Một hệ ở trạng thái cân mà ta thay đổi một thông số trạng thái hệ (nồng độ, nhiệt độ, áp suất) cân dịch chuyển theo chiều có tác dụng chớng lại thay đởi Henri Le Chatelier (1850-1936) Henri LeChâtelier (1850-1936) 06/03/2021 Hóa lý Hóa keo – Chương 61 Ảnh hưởng nồng độ: C (hay  C)  cân bằng chuyển dịch theo chiều NGƯỢC LẠI: làm C (làm C) Ảnh hưởng nhiệt độ:  T  cân bằng chuyển dịch phía THU NHIỆT  T  cân bằng chuyển dịch phía TỎA NHIỆT Ảnh hưởng áp suất:  P  CB chủn dịch phía GIẢM sớ mol khí  P  CB chủn dịch phía TĂNG sớ mol khí 06/03/2021 Hóa lý Hóa keo – Chương 62 Ví dụ: Đối với phản ứng : o N2(k) + 3H2(k) ⇌ NH3(k), 298  110 kcal Cân bằng chuyển dịch:  Khi tăng nồng độ hyđro: theo chiều thuận  Khi tăng nhiệt độ hệ: theo chiều nghịch  Khi tăng áp suất hệ: theo chiều thuận 06/03/2021 Hóa lý Hóa keo – Chương 63