General Chemistry 1 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 kie.
NHIỆT ĐỘNG HÓA 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 thống phần vũ trụ mà ta quan tâm tới • Mơi trường phần cịn lại vũ trụ MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN Hệ hóa học lượng định hay nhiều chất điều kiện nhiệt độ, áp suất nồng độ định(trong nghiên cứu nhiệt động học gọi hệ thống - system) Hệ mở hệ trao đổi vật chất lượng với môi trường Hệ kín hệ trao đổi lượng với mơi trường Hệ cô lập hệ trao đổi lượng vật chất với môi trường bên MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN Hệ đồng thể hệ có tính chất hóa học vật lý giống toàn thể tích hệ Hệ dị thể hệ có bề mặt phân chia phần hệ thành phần có tính chất hóa học vật lý khác Pha phần đồng thể hệ dị thể có thành phần , cấu tạo , tính chất định phân chia với phần khác bề mặt phân chia MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN Nhiệt dung (C) chất lượng nhiệt cần dùng để nâng nhiệt độ lượng xác định chất lên độ Nhiệt dung riêng lượng nhiệt cần dung để nâng gam chất lên độ Nhiệt dung phân tử lượng nhiệt cần dùng để nâng mol chất lên độ Nhiệt dung đẳng áp nhiệt dung trình nâng nhiệt điều kiện đẳng áp, ký hiệu CP Nhiệt dung đẳng tích nhiệt dung trình nâng nhiệt điều kiện đẳng tích, Ký hiệu CV Đối với khí lý tưởng, xét cho mol khí thì: Cp=5R/2 ; Cv =3R/2; với R=8,3145 J/mol độ Ví dụ : Nhiệt dung riêng đẳng áp nước khoảng 14,50C – 15,50C cal / g.độ , nhiệt dung phân tử đẳng áp nước khoảng nhiệt độ 18,015 cal/mol độ NĂNG LƯNG • Là thước đo độ vận động vật chất ng với hình thái vận động khác vật chất có hình thái lượng khác năng, động năng, nội • Hai dạng thể lượng NHIỆT, CÔNG • Lưu ý: giá trị lượng tuyệt đối mà có lượng ứng với hệ quy chiếu chuẩn Đơn vị đo lượng Theo SI Joule (J): E k mv 2 kg 1 m/s 2 2 2 kg m / s 1J Đôi dùng đơn vị calorie: cal = 4.184 J Đơn vị Calory dinh dưỡng (Cal) (nutritional Calorie): Cal = 1000 cal = kcal NHIỆT • Nhiệt (q) thước đo chuyển động hỗn loạn ( chuyển động nhiệt) tiểu phân tạo nên chất hay hệ CÔNG • Công (w) thước đo chuyển động có trật tự có hướng tiểu phân theo hướng trường lực • CÔNG (W) = tích lực (F)tác dụng lên vật làm vật di chuyển quãng đường d w=Fd NỘI NĂNG • Nội (U) (Internal Energy) hệ lượng có sẵn , ẩn dấu bên hệ , bao gồm lượng chuyển động tịnh tiến , chuyển động quay phân tử , chuyển động quay chuyển động giao động nguyên tử nhóm nguyên tử bên phân tử tinh thể, chuyển động electron nguyên tử , lượng bên hạt nhân 10 Bài tập • • • • • • Tính hiệu ứng nhiệt pư 2C + 3H2 C2H6 Biết C + O2 CO2 H1= -393,5 KJ H2 + ½ O2 H2O H2= -285,8 KJ 2C2H6 + 7O2 4CO2 + 6H2O H3= -3119,6 KJ 86 Giải • 4C +4 O2 4CO2 H’1 = -393,5*4 KJ • 6H2 +6 ½ O2 6H2O H’2 =-285,8*6 KJ • 4CO2 + 6H2O 2C2H6 + 7O2 • H‘3= +3119,6 KJ • 4C+6H2 2C2H6 H = -169,2 KJ • 2C + 3H2 C2H6 H = -169,2/2 = 84,6 KJ 87 Bài tham khảo • 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 88 Lời giải • Nội U tính theo phương trình: U= q + W • với q lượng nhiệt cung cấp vào hệ : q = 1,3 x 108 J • Công trường hợp công giãn nở hệ tác động lên môi trường nên: • W = - PV = - atm x (4,5x106 Lit – 4,0x106Lit)= -5,0x105 Lit atm • Đổi đơn vị : Lit atm = 101,3 J ta có • W = -5,0x105 Lit atm x 101.3 J/Lit atm = -5,1x107 J • Vây: U= q + W = 1,3 x 108 J + (-5,1x107 J) = 8x107 J • Như lượng nhiệt cung cấp vào hệ lớn lượng công hệ tác động lên môi trường nên nội hệ tăng lên 89 Bài tham khảo • 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 90 Lời giải Bài giải: Số mol khí trước phản ứ ng : Số mol khí sau phản ứng: n = nsau - ntrước = - mol SO2 + mol mol O2 = mol mol SO3 mol mol ntrước = mol nsau = mol Ở điều kiện đẳng áp H= q = -198 kJ (dấu – thể trình tỏa nhiệt) U = q + w J RT Với w = -PV= n nRT mol , 3145 298K 2,48kJ Kmol P Vaäy: U = q + w = -198 kJ + 2,48 kJ = -196 kJ Nhận xét U H khác có thay đổi thể tích hệ phản ứng xảy (công thực từ môi trường vào hệ) 91 Bài tham khảo Hãy tính H0 cho phản ứng đốt cháy NH3 nhö sau: 4NH3 (k) + 7O2 (k) = NO2 (k) + H2O (l) Chaát H0f (kJ/mol) NH3 (k) NO2(k) H2O (l) Al2O3 (r) Fe2O3 (r) CO2 (k) CH3OH (l) C8H18 (l) -46 34 -286 -167 -826 -349 -239 -269 92 Lời giải Chất H0f (kJ/mol) NH3 (k) NO2(k) H2O (l) Al2O3 (r) Fe2O3 (r) CO2 (k) CH3OH (l) C8H18 (l) -46 34 -286 -167 -826 -349 -239 -269 Bài giải: 4NH3 (k) 7O2 H0(a) H0(b) =0 2N2 (k) + H2 (k) O2 (k) H0(c) H0(d) 4NO2 (k) 6H2O (l) H0phản ứng = H0(a) + H0(b) +H0(c) +H0(d) = (-H0f (NH3)+ ) + + 4(H0f (NO2)) + 6(H0f (H2O)) = H0f (sản phẩm) - H0f (tác chất) H0phản ứng = 6(-286 kJ) + 4(34kJ) – 4(-46 kJ) = -1369 kJ 93 Baøi tham khảo Cho cá c 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 củ a phản ứ ng: 2N2 (k) + 5O2 (k) 2N2O5 (k) H0 = 28,4 kJ 94 Baøi tham khảo Quy trình Oswald dù ng để điề u chế HNO3 từ NH3 cô ng nghiệ p bao gồ m 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) Haõy tính H0 cho mỗ i trình dựa o giá trị H0f hợp chấ t (tra sổ tay hó a học) b) Viết phản ứ ng tổng quát trình điều chế Quá trình tổng t toả nhiệt hay thu nhieät? a H01 = -908kJ ; H02 = -112 kJ ; H03 = -140 kJ ; b tỏ a nhiệt 95 Bài tham khảo Dự n dấ u củ a S0 phản ứ ng sau: a) CaCO3 (r) CaO (r) + CO2 (k) b) 2SO2 (k) + O2 (k) 2SO2 (k) 96 Baøi tham khảo Ở nhiệt độ trình sau tự diễn 1atm: Br2 (l) Br2 (k) Biế t trình có 0 H = 31,0 kJ/mol S = 93,0 J/mol.độ 97 Bài 10 tham khảo Cho cá c số liệu sau 25 oC, atm: C (kim cương) + O2 (k) CO2 (k) G0 = -397 kJ C (than chì) + O2 (k) CO2 (k) G0 = -394 kJ Hãy tính G0 trình C (kim cương) C (than chì) Từ cho biết than chì hay kim cương dạng thù hình bền Cacbon? 98 Bài 11 tham khảo Phả n ứng sau tự xả y điều kiện chuẩ n 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) 99 Bài 12 tham khảo Tính S0 ; H0; G0 cho phả n ứ ng sau CaCO3 (r) CaO (r) + CO2 (k) Phả n ứng tự diễn nhiệ t độ nà o? 100 ... trình nhiệt hóa học: • Một phương trình nhiệt hóa học phải bao gồm: Phương trình phản ứng hóa học Trạng thái hóa chất ( rắn, lỏng, khí,…) Điều kiện thí nghiệm ( nhiệt độ, áp suất,…) ? ?Nhiệt. .. áp suất,…) ? ?Nhiệt lượng trao đổi phản ứng qp hay qv • Chú ý: Nhiệt lượng trao đổi phản ứng tương ứng với giả thiết phản ứng xảy hoàn toàn không kèm theo phản ứng phụ • Ví dụ: • C (r) + 1/ O2... (k) CO(k) Ho298K=-110.5 kJ • ( nhiệt phản ứng tỏa 110.5 kJ) 32 Hệ (Định Luật Hess) Hiệu ứng nhiệt phản ứng hóa học tổng nhiệt hình thành sản phẩm trừ tổng nhiệt hình thành tác chất Hopư =