CHƯƠNG 3: NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC

CHƯƠNG 3: NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC Nội dung Các khái niệm Nguyên lý NĐLH hiệu ứng nhiệt trình HH Nguyên lý thứ NĐLH chiều trình HH Các khái niệm Đối tượng nghiên cứu Nhiệt động lực học khoa học nghiên cứu quy luật biến hóa từ dạng lượng sang dạng lượng khác Cơ sở nhiệt động lực học nguyên lý nhiệt động lực học Nhiệt động lực học hóa học khoa học nghiên cứu quy luật biến đổi qua lại hóa dạng lượng khác q trình hóa học Hệ (nhiệt động ) phần (trong phạm vi hóa học) khảo sát phương diện trao đổi lượng vật chất Phần lại xung quanh mơi trường ngồi hệ Hệ hở Hệ kín Hệ lập Trạng thái hệ tồn tính chất lý, hố hệ Thông số trạng thái: Trạng thái hệ xác định thông số nhiệt động là: nhiệt độ T, áp suất P, thể tích V, nồng độ CO Quá trình biến đổi xảy hệ gắn liền với thay đổi thơng số trạng thái Q trình xảy áp suất khơng đổi gọi q trình đẳng áp thể tích khơng đổi gọi q trình đẳng tích nhiệt độ khơng đổi gọi q trình đẳng nhiệt Nhiệt & Công Nhiệt Nhiệt lượng Q cần dùng để đem m (g) hóa chất từ lên khoảng nhiệt độ từ T1 đến T2 Q = m C (T2 - T1 ) C: nhiệt dung riêng Cơng Cơng thay đổi thể tích A = Pngồi ∆V (∆V = V2 – V1 ) V1 V2 Quy ước dấu Nếu hệ tỏa nhiệt Q0 Nếu hệ nhận công A0 10 Nhiệt đẳng tích & Nhiệt đẳng áp Nguyên lý ∆U = Q − A = Q − Pngồi ∆V Nếu q trình đẳng tích ∆V = A=0 Qv = ∆U 13 Nếu trình đẳng áp P1 = P2 = P Q − A = ∆U ⇒ Q = ∆U + A QP = (U − U1 ) + P(V2 − V1 ) QP = (U + PV2 ) − (U1 + PV1 ) Đặt H = U + PV : hàm lượng entalpi QP = H − H1 = ∆H 14 Hiệu ứng nhiệt q trình hố học (Nhiệt hóa học) a Nhiệt tạo thành (sinh nhiệt) hợp chất hiệu ứng nhiệt phản ứng tạo thành mol chất từ đơn chất trạng thái bền vững điều kiện cho áp suất nhiệt độ Ví dụ: C (r) than chì + O2 (k) CO2(k) ∆H0tt (CO2,k) = - 393,51 kJ/mol (∆H0f) Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn đơn chất 0: ∆H0298 = 15 b Nhiệt phân hủy chất hiệu ứng nhiệt phản ứng phân hủy mol chất thành đơn chất bền điều kiện tiêu chuẩn 16 c Nhiệt đốt cháy chất hiệu ứng nhiệt phản ứng đốt cháy mol chất oxi thành oxit bền Ví dụ: CH4 (k) + 2O2 (k) = CO2 (k) + H2O (l) ∆H0đc (CH4,k) = - 212,7 kcal/mol 17 Định luật Hess hệ A ∆H X Y ∆H3 ∆H5 B C ∆H4 Theo định luật Hess ∆H = ∆H1 + ∆H = ∆H + ∆H + ∆H 18 Hệ 1: Hiệu ứng nhiệt phản ứng tổng nhiệt tạo thành sản phẩm trừ tổng nhiệt tạo thành tác chất (có kể hệ số phản ứng tác chất) ∆H0298 = Σ∆H0tt (sản phẩm) – Σ∆H0tt(tác chất) 19 Hệ 2: Hiệu ứng nhiệt phản ứng tổng nhiệt đốt cháy tác chất trừ tổng nhiệt đốt cháy sản phẩm (có kể hệ số phản ứng tác chất) ∆H0298 = Σ∆H0đc (tc) – Σ∆H0đc (sp) 20 Hệ 3: Hiệu ứng nhiệt phản ứng tổng lượng liên kết bị đứt trừ tổng lượng liên kết ráp (có kể hệ số phản ứng tác chất) ∆H0298 = ΣE(đứt) – ΣE(ráp) 21 Ví dụ: Xác định nhiệt phản ứng cho phản ứng sau: 4NH3(k) + 5O2(k) 4NO(k) + 6H2O(k) Sử dụng hệ phản ứng sau N2(k) + O2(k) N2(k) + 3H2(k) 2H2(k) + O2(k) 2NO(k) 2NH3(k) 2H2O(k) ∆H = 180.6 kJ ∆H = -91.8 kJ ∆H = -483.7 kJ 22 Nguyên lý NĐLH chiều trình HH 23 Tăng độ xáo trộn, độ trật tự Độ tăng entropi S ∆S > Rắn ∆S > Lỏng Khí 24 Biến thiên Entropi phản ứng hóa học ∆So = Σ So (sản phẩm) - Σ So (tác chất) (có kể hệ số phản ứng chất) Ví dụ: Tính biến thiên Entropi tiêu chuẩn phản ứng: N ( k ) + H ( k ) → NH ( k ) S 298 ( J / mol.K ) 192 131 193 0 0 ∆S 298 = S 298 ( NH ) − S 298 ( N ) − 3S 298 ( H ) = −199( J / K ) 25 Kết hợp nguyên lý & NĐHH : CHIỀU PHẢN ỨNG Phương trình NĐHH ∆G = ∆H − T∆S ∆G (kJ/mol): đẳng nhiệt, đẳng áp (Năng lượng tự Gibbs) ∆G < 0: phản ứng xảy tự nhiên (chiều thuận) ∆G > 0: phản ứng xảy chiều nghịch ∆G = 0: phản ứng đạt cân 26 Ví dụ: Tính biến thiên đẳng áp tiêu chuẩn phản ứng sau: Mg (r ) + CO2 (k ) → MgO(r ) + C ( gr ) ∆Htt0298 (kJ / mol) 0 S298 ( J / mol.K ) 32,5 298 ∆G -393,5 -601,8 213,6 26,78 5,69 = ∆H 298 − T∆S 298 ∆H 298 = 2(−601,8) − 1(−393,5) = −810,1kJ ∆S 298 = 2(26,78) + 5,69 − 2(32,5) − 213,6 = −219,35( J / K ) 298 ∆G = ∆H 298 − T∆S 298 −3 = −810,1 − 298(−219,35.10 ) = −744,7 kJ 27