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 Cân hóa học 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 C…  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 ΔV (ΔV = V2 – V1 ) V1 V2  Quy ước dấu Nếu hệ tỏa nhiệt Q0 Nếu hệ nhận công A0 10 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) ΔH0pư = ΣΔH0tt (sản phẩm) – ΣΔH0tt(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) ΔH0 pư = ΣΔH0đc (tc) – ΣΔH0đc (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) ΔH0298 = ΣE(đứt) – ΣE(ráp) Ví dụ: Tính hiệu ứng nhiệt phản ứng: CH  CH (k )  H (k )  CH  CH (k ) H 298  EC  H  EC C  EH  H  (6 EC  H  EC C ) 21 Tính chất Entanpi Entanpi tỷ lệ với hệ số hợp thức phương trình CH4(g) + 2O2(g)  CO2(g) + 2H2O(g) ∆H = -802 kJ 2CH4(g) + 4O2(g)  2CO2(g) + 4H2O(g) ∆H = -1604 kJ Khi đổi chiều phản ứng đổi dấu entanpi: CO2(g) + 2H2O(g)  CH4(g) + 2O2(g) ∆H = +802 kJ CH4(g) + O2(g)  CO2(g) + H2O(g) ∆H = -802 kJ 22 23 24 VD1: Tính nhiệt lượng tỏa đốt cháy 125 g CO Biết nhiệt tạo thành CO CO2 tương ứng là: - 26,42 Kcal/mol –94,05 Kcal/mol A -67,63 Kcal B -301,9 Kcal C 301,9 Kcal D 69,63Kcal VD2: Cho phương trình nhiệt hố học: C(gr) + ½ O2(k)  CO(k) H2 (k) + ½ O2(k)  H2O(k) ∆H1 = -26,41 Kcal ∆H2 = - 57,80 Kcal Tính hiệu ứng nhiệt phản ứng: C (gr) + H 2O (k)  CO (k) + H2 (k) A - 31,39 Kcal C 31,39 Kcal B 84,21Kcal D -84,21 Kcal VD3: Từ hai phản ứng: (1) A + B = C + D, 1 (2) E + F = C + D, 2 Thiết lập cơng thức tính 3 phản ứng (3) A + B = E + F: A 3 = 1 - 2 B 3 = 1 + 2 C 3 = 2 - 1 D 3 = -1 -2 Nguyên lý NĐLH chiều trình HH 28 Tăng độ xáo trộn, độ trật tự Độ tăng entropi S ΔS > Rắn ΔS > Lỏng Khí 29 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 ) 30 Kết hợp nguyên lý & NĐHH : CHIỀU PHẢN ỨNG Phương trình NĐHH G  H  TS ΔG (kJ/mol): đẳng nhiệt, đẳng áp (Năng lượng tự Gibbs) ΔG < 0: phản ứng xảy tự nhiên (chiều thuận) ΔG > 0: phản ứng xảy chiều nghịch ΔG = 0: phản ứng đạt cân 31 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 G 298 -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 ) G 298  H 298  TS 298 3  810,1  298(219,35.10 )  744,7 kJ 32 VD4: Phản ứng A(r) → B(r) + C(k) có ΔH < 0, xảy nhiệt độ : A Nhiệt độ cao B Nhiệt độ thấp C Ở nhiệt độ D A, B, C sai