MUÏC TIEÂU Nghieân cöùu caùc quy luaät veà söï bieán chuyeån töông hoã cuûa hoùa naêng vaø caùc daïng naêng löôïng khaùc trong caùc quaù trình hoùa hoïc Nghieân cöùu caùc ñieàu kieän töï dieãn bieán (.
NHIỆT ĐỘNG HĨA HỌC MỤC TIÊU - Nghiên cứu quy luật biến chuyển tương hỗ hóa dạng lượng khác trình hóa học - Nghiên cứu điều kiện tự diễn biến (phản ứng hóa học) điều kiện bền vững (trạng thái cân bằng) hệ hóa học MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN HỆ Hệ vật thể hay nhóm vật thể nghiên cứu tách biệt với môi trường Hệ hở: hệ trao đổi vật chất vaø lượng với môi trường (VD: cốc hóa chất pứ ko đậy nắp) Hệ kín: hệ trao đổi lượng với môi trường (VD: hóa chất pứ bình kín) MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN Hệ cô lập: hệ trao đổi lượng vật chất với môi trường bên (VD: pứ bình cách nhiệt, đậy kín) Hệ đồng thể hệ có pha (VD: Hệ nước lỏng nguyên chất) Hệ dị thể hệ có pha trở lên (Hệ gồm nước nước đá) TRẠNG THÁI Thông số trạng thái Các đại lượng áp suất (P), thể tích (V), nhiệt độ (T), số mol chất (n) dùng biểu diễn trạng thái hệ, gọi thông số trạng thái PT trạng thái: PV=nRT P (atm) R = 0.082 lit.atm.mol-1 V (lit) = 1.987 cal.mol-1 T = t0 C + 273 (0 K) = 8.314 J.mol-1 Hàm trạng thái: đại lượng phụ thuộc trạng thái đầu, trạng thái cuối, ko phụ thuộc vào cách tiến hành QUÁ TRÌNH Hệ thực q trình từ Trạng thái (P1, V1, T1) sang trạng thái (P2, V2, T2) • Q trình đẳng áp, P = 0, P = const • Q trình đẳng tích V = 0, V = const • Q trình đẳng nhiệt T = 0, T = const • Quá trình đoạn nhiệt Q = 0, Q = const • Q trình thuận nghịch • Q trình chiều • • • • NĂNG LƯNG Năng lượng thước đo vận động vật chất Khi thực trình từ trạng thái (1) đến trạng thái (2), hệ trao đổi luợng với mtng duới dạng: nhiệt công Nhiệt công phụ thuộc vào cách tiến hành trình, gọi hàm trình Nhiệt: Q=mcT m : khối lượng (g) c : nhiệt dung T = T2 - T1 Công: công thay đổi thể tích hệ, cơng hóa học A = - Pngồi V (V =V2 –V1) Đơn vị đo lượng Theo hệ SI Joule (J): 2 1 E k mv 2 kg 1 m/s 2 2 kg m / s 1J Đôi dùng đơn vị calorie: cal = 4.184 J ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN & CHUYỂN HÓA NL NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC ĐL Bảo toàn NL: Năng lượng không tự sinh ra, ko tự NL biến từ dạng sang dạng khác theo tỉ lệ tương đương nghiêm ngặt • Nguyên lý thứ nhất: Độ tăng nội hệ tổng nhiệt lượng Q công A mà hệ nhận từ môi trường U = Q + A = Q - p.V Đối với trình vòng (chu trình) U=0 Toàn nhiệt lượng Q mà hệ nhận chuyển hết thành công -A Đối với trình hở U=const Biến thiên nội phụ thuộc trạng thái đầu cuối, nên gọi nội U hàm trạng thái Đối với hệ cô lập: Q=0, A=0, → U=0 Vậy nội hệ cô lập bảo toàn Qui ước dấu Q: + hệ thu nhiệt từ môi trường ngoài, - hệ tỏa nhiệt môi trường A: + hệ nh nhậ ận công (bị môi trường tác dụng lên công A) - hệ th thự ực hi hiệện công A 10 Bài tập • Đốt cháy mol benzen lỏng 250C, 1atm tạo CO2 (k) H2O(l) toả lượng nhiệt 3267KJ Tính sinh nhiệt mol chuẩn Benzen • Bieát Hott CO2 = -393,5KJ/mol Hott H2O = -285,8 KJ/mol Giaûi C6H6(l) + 15/2 O2(k) CO2(k) + 3H2O(l) Hpö = -3267 KJ Hpö = Hott(CO2)+ Hott (H2O)- Hott (C6H6) -3267 = 6x(-393,5) + 3x(-285,8) - Hott (C6H6) Hott (C6H6) = 48,6KJ/mol 72 Bài tập Tính sinh nhiệt mol chuẩn PCl5 Biết 2P+ 3Cl2 2PCl3 H1 = -151,8 KJ PCl3 + Cl2 PCl5 H2 = -32,8 KJ Giải ½(2P+ 3Cl2 2PCl3) 1/2H1 = ½(-151,8) KJ PCl3 + Cl2 PCl5 H2 = -32,8 KJ → P + 5/2Cl2 PCl5 H = 1/2H1 + H2 = 108,7 KJ/mol 73 Bài tập • Tính hiệu ứng nhiệt pư N2 + O2 → 2NO • Biết N2 + O2 → 2NO2 H1= 67,6 KJ NO + ½ O2 → NO2 H2= -56,6 KJ Giải • N2 + O2 → 2NO2 H1= 67,6 KJ ã 2(NO2 NO + ẵ O2) -H2= +56,6x2 KJ → N2 + O2 → 2NO H = H1 – 2xH2 = 180,8 KJ 74 Bài tập ã Tớnh hieọu ửựng nhieọt pử N2 + ẵ O2 → N2O • Biết 2NH3 + 3N2O → 4N2 + 3H2O 4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O H1 = -1010 KJ H2 = -1531KJ 75 Bài tập • Tính hiệu ứng nhiệt pư 2C + 3H2 C2H6 • Biết C + O2 CO2 H2 + ½ O2 H2O 2C2H6 + 7O2 4CO2 + 6H2O H1= -393,5 KJ H2= -285,8 KJ H3= -3119,6 KJ 76 Bài tập • Một bóng bay chứa không khí tích 4,00x106 lít Cung cấp lượng nhiệt 1,3 x 108 J cho bóng cách đốt nóng thấy bóng tăng thể tích lên thành 4,5 x 106 lít Hãy tính thay đổi nội bóng biết trình giãn nở bóng chịu áp suất không đổi từ khí không khí 1,0 atm 77 Lời giải Lượng nhiệt cung cấp vào hệ : Q = 1,3 x 108 J W = - PV = - atm x (4,5x106 Lit – 4,0x106Lit) = -5,0x105 Lit.atm = -5,0x105 x 101.3 = -5,1x107 J Đổi đơn vị : Lit atm = 101,3 J Vaây: U= Q + A = 1,3 x 108 + (-5,1x107) = 8x107 J Như lượng nhiệt cung cấp vào hệ lớn lượng công hệ tác động lên môi trường nên nội hệ tăng lên 78 Bài tập 10 • Khi mol khí SO2 phản ứng hoàn toàn với mol khí O2 để tạo thành mol khí SO3 25 oC áp suất không đổi atm tỏa lượng nhiệt 198 kJ Hãy tính H U cho trình biến đổi Lời giải 2SO2 + O2 → 2SO3 H = - 198 KJ n = nsau - ntrước = - = -1 mol H = U + RTn → U = H - RTn = -198 – 8.314x298x(-1)x10-3 = 196 KJ Baøi tập 11 Hãy tính H0 cho phản ứng đốt cháy NH3 nhö sau: 4NH3 (k) + 7O2 (k) = NO2 (k) + H2O (l) Chaát NH3 (k) -46 H0f (kJ/mol) NO2 H2O (k) (l) Al2O3 (r) Fe2O3 (r) CO2 (k) 34 -167 -826 -349 -239 -286 CH3OH (l) C8H18 (l) -269 80 Bài tập 12 Cho số liệu sau: H2 (k) + ½ O2 H2O (l) H0 = -285,8 kJ N2O5 (k) + H2O (l) 2HNO3 (l) H0 = -76,6 kJ ½ N2 (k) + 3/2 O2 + ½ H2 HNO3 (l) H0 = -174,1 kJ Hãy tính H0 phản ứng: 2N2 (k) + 5O2 (k) 2N2O5 (k) H0 = 28,4 kJ 81 Bài tập 13 Quy trình Oswald dùng để điều chế HNO3 từ NH3 công nghiệp bao gồm bước sau: 4NH3 (k) + 5O2 (k) NO (k) + 6H2O (k) 2NO (k) + O2 (k) NO2 (k) 3NO2 (k) + H2O (l) HNO3 (dd) + NO (k) a) Hãy tính H0 cho trình dựa vào giá trị H0f hợp chất (tra sổ tay hóa học) b) Viết phản ứng tổng quát trình điều chế Quá trình tổng quát toả nhiệt hay thu nhieät? a H01 = -908kJ ; H02 = -112 kJ ; H03 = -140 kJ ; b tỏa nhiệt 82 Bài tập 14 Dự đoán dấu S phản ứng sau: a) CaCO3 (r) CaO (r) + CO2 (k) b) 2SO2 (k) + O2 (k) 2SO2 (k) 83 Bài tập 15 Ở nhiệt độ trình sau tự diễn 1atm: Br2 (l) Br2 (k) Biết trình có 0 H = 31,0 kJ/mol S = 93,0 J/mol.độ 84 Bài tập 16 C ho số liệu sau ôû o C , atm : C (kim cư ơn g) + O (k) C O (k) G = -397 k J C (th an ch ì) + O (k) C O (k) G = -394 k J H ãy tính G trình C (kim cư ơn g) C (tha n chì) T cho b iết than ch ì hay k im cư ơn g dạn g thù hình b ền hơ n C acbo n ? 85 Bài tập 17 Phản ứng sau tự xảy điều kiện chuẩn 25oC, 1atm: a) 2CH3OH (l) + H2O (l) C2H5OH (l) b) O2 (k) + H2(k) H2O (l) c) CO (k) + 2H2 (k) CH3OH (l) d) NO (k) + O3 (k) NO2 (k) + O2 (k) 86 ... ứng: C6H12O6(r) + 6O2(g) 6CO2(g)+ 6H2O(l) H = -2808 kJ ? ?Hoc (C6H12O6, aq) =? Năng lượng dự trữ thể dạng mỡ Mỡ cung cấp lượng cho thể qua phản öùng: 2C57H 110 O6 + 16 3O2 11 4CO2 + 11 0H2O H... đổi 1. 2 atm Trả lời: a) Trong chân khơng (áp suất ngồi 0) A = -P.V = - (6 - 2) = b) Áp suất P = 1. 2 atm A = - P.V = - 1. 2 (6 - 2) = -4.8 lit.atm = -4.8 x 10 1.3 = -486.2 J (1 lit.atm = 10 1.3... U1 Qv = Uv • Toàn nhiệt mà hệ thu vào trình đẳng tích dùng để làm tăng nội hệ 13 Quá trình đẳng áp (P=const) • A= -PV đó: Qp = U + PV = ( U2 – U1) + P (V2 – V1) = (U2 + PV2 ) – (U1 + PV1)