Bg hoa dai cuong vo co 1 phan 2 5359

CHƯƠNG 5: ĐẠI CƯƠNG VỀ DUNG DỊCH * Các hệ phân tán dung dịch: Hệ phân tán hệ có chất phân bố (gọi chất phân tán) vào chất khác (gọi mơi trường phân tán) dạng hạt có kích thước nhỏ bé Dựa vào kích thước hạt, người ta chia thành: - Hệ phân tán phân tử - ion hay cịn gọi dung dịch thực Ví dụ dung dịch muối axit, bazơ Kích thước hạt < nm - Hệ phân tán keo hay cịn gọi dung dịch keo Ví dụ gelatin, hồ tinh bột, keo axit silixic có kích thước hạt từ - 100 nm - Hệ phân tán thô có hai dạng huyền phù nhũ tương Ví dụ nước sông chứa hạt phù sa: sữa Kích thước hạt hệ > 100 nm Trong chương đề cập đến dung dịch phân tử tính chất chung chúng Định nghĩa phân loại dung dịch Dung dịch hệ đồng hai hay nhiều chất có tỉ lệ khác thay đổi phạm vi rộng Từ định nghĩa có: - Dung dịch rắn, ví dụ hợp kim - Dung dịch khí, ví dụ khơng khí - Dung dịch lỏng, ví dụ dung dịch chất rắn (đường, NaCl ), khí (O2, NH3 ), lỏng (C2H5OH, benzen ) nước Các nhà hóa học sinh học thường tiếp xúc với dung dịch lỏng mà chất lỏng thường nước Trong dung dịch này, nước môi trường phân tán gọi dung môi, chất phân tán gọi chất tan Theo chất chất tan, người ta phân chia thành: - Dung dịch khơng điện li: Chất tan có mặt dung dịch dạng phân tử Ví dụ dung dịch đường, C2H5OH, O2 nước - Dung dịch điện li: Trong dung dịch có mặt phân tử ion Ví dụ dung dịch muối, axit, bazơ nước Nồng độ dung dịch Nồng độ dung dịch đại lượng biểu thị chất tan dung dịch Có số cách biểu thị nồng độ tùy thuộc vào mục đích sử dụng 2.1 Nồng độ phần trăm Kí hiệu % Nồng độ phần trăm biểu thị số gam chất tan 100 gam dung dịch Ví dụ: Dung dịch huyết dung dịch glucoza 5% (5 gam glucoza hòa tan 95 gam nước) 2.2 Nồng độ mol hay mol/lít Kí hiệu M Nồng độ mol biểu thị số mol chất tan lít dung dịch Ví dụ: Dung dịch NaOH 0,1 M dung dịch có gam NaOH lít dung dịch Muốn có dung dịch này, người ta phải cân xác gam NaOH thêm nước đến thể tích cuối lít 2.3 Nồng độ đương lượng Kí hiệu N Nồng độ đương lượng biểu thị số đương lượng gam chất tan lít dung dịch Đương lượng gam chất lượng chất tính gam phản ứng tương đương (kết hợp hay thay thế) nguyên tử gam hidro (1,008 gam) Đương lượng gam chất phụ thuộc vào phản ứng mà tham gia vào * Đương lượng gam đơn chất Ví dụ 1: Trong phản ứng H2 + 1/2 O2  H2O 16 gam oxi kết hợp với nguyên tử gam hidro Vậy đương lượng gam oxi ( EO ) 16/2 = gam Ví dụ 2: Trong phản ứng: Mg + 2HCl  H2 + MgCl2 24 gam Mg thay nguyên tử gam hidro Vậy EMg = 24/2 = 12 gam Như vậy: Đương lượng gam đơn chất nguyên tử gam chia cho hóa trị Lưu ý: Đối với nguyên tố có nhiều hóa trị đương lượng gam khác Ví dụ: Trong phản ứng sau đây: Fe + 1/2 O2  FeO EFe = 56g/2 2Fe + 3/2O2  Fe2O3 EFe = 56g/3 * Đương lượng gam hợp chất tham gia phản ứng trao đổi: Ví dụ 1: Trong phản ứng: NaOH + HCl  NaCl + H2O 40 g NaOH phản ứng tương đương với phân tử HCl (36,5 g) tức tương đương với nguyên tử gam hidro Vì ENaOH = 40g/l EHCl = 36,5 g/l Ví dụ 2: Trong phản ứng 3NaOH + H3PO4  Na3PO4 + 3H2O phân tử gam H3PO4 phản ứng tương đương với nguyên tử gam hidro: Như vậy: Đương lượng gam chất phản ứng trao đổi phân tử gam chia cho số điện tích dương hay âm mà phân tử chất trao đổi * Đương lượng gam hợp chất tham gia phản ứng oxi - hóa khử Ví dụ: Trong phản ứng: KMnO4 + FeSO4 + H2SO4 → MnSO4 + Fe2(SO4)3 + K2SO4 + H2O Một phân tử gam KMnO4 nhận mol electron (tương đương với nguyên tử gam hidro) Vì : Như vậy: Đương lượng gam chất phản ứng oxi - hóa khử phân tử gam chất chia cho số electron mà phân tử chất cho nhận Ví dụ: Tính đương lượng gam axit oxalic phản ứng sau cho biết muốn pha dung dịch 0,1N axit cần phải tiến hành nào? Ví dụ: Tính đương lượng gam axit oxalic phản ứng sau cho biết muốn pha dung dịch 0,1N axit cần phải tiến hành nào? Giải: Trong phản ứng (1) H2C2O4 trao đổi điện tích dương (2H+) hay điện tích âm (C2O42-) Vì vậy: Trong phản ứng (2) phân tử H2C2O4 cho 2e (2C+3 → C+4) Vì đương lượng gam H2C2O4 phản ứng M/2 Muốn pha dung dịch H2C2O4 0,1 N ta phải cân xác 4,5 gam H2C2O4 thêm nước đến thể tích lít Nồng độ đương lượng gam sử dụng rộng rãi hóa học, đặc biệt hóa học phân tích Từ định nghĩa đương lượng gam suy rằng: Khi hai chất phản ứng vừa đủ với số đương lượng gam phản ứng chất số đương lượng gam phản ứng chất Ví dụ: Nếu VA lít dung dịch chất A nồng độ NA phản ứng vừa đủ với VB lít dung dịch chất B có nồng độ NB Khi ta có: VA NA = VB NB Đó biểu thức định luật đương lượng: "Các chất hóa học (đơn chất hay hợp chất phản ứng với theo số đương lượng gam" đợc sử dụng hóa học phân tích để xác định nồng độ chất tan dung dịch 2.4 Nồng độ molan Kí hiệu m Nồng độ molan biểu thị số mol chất tan 1000 gam dung mơi Ví dụ: Dung dịch glucoza 0,5 m dung dịch gồm 90 gam glucoza 1000 gam nước 2.5 Nồng độ phần mol hay nồng độ mol riêng phần Nồng độ phần mol chất i tính tỉ số số mol chất tổng số số mol tất chất tạo nên dung dịch: Ni: nồng độ phần mol chất i ni: số mol chất i ∑ni: tổng số mol chất tạo nên dung dịch Áp suất thẩm thấu dung dịch 3.1 Hiện tượng thẩm thấu Hai nhánh A B ống hình chữ U ngăn cách màng thẩm thấu tức màng có kích thước lỗ cho phân tử dung mơi qua cịn tiểu phân chất tan bị giữ lại (hình 1) Bên nhánh A chứa dung dịch đường bên nhánh B chứa nước nguyên chất (hay dung dịch đường có nồng độ nhỏ nồng độ dung dịch nhánh A) Sau thời gian định, nhận thấy mực chất lỏng nhánh A nâng lên độ cao h đó, cịn mực chất lỏng nhánh B bị hạ thấp xuống Điều chứng tỏ có phân tử dung môi từ nhánh B chuyển sang nhánh A Hiện tượng phân tử dung môi khuếch tán chiều qua màng thẩm thấu từ dung môi sang dung dịch (hoặc từ dung dịch có nồng độ thấp sang dung dịch có nồng độ cao hơn) gọi tượng thẩm thấu 3.2 Áp suất thẩm thấu - Định luật Van Hốp, 1887 (Vant' Hoff - Hà Lan) Áp suất thẩm thấu áp suất gây nên tượng thẩm thấu Về độ lớn có giá trị áp suất gây nên cột nước có chiều cao h thí nghiệm áp suất cần đặt lên dung dịch để làm ngừng tượng thẩm thấu Áp suất thẩm thấu (thường ký hiệu π) phụ thuộc vào nồng độ nhiệt độ dung dịch theo định luật Van Hốp: Áp suất thẩm thấu dung dịch tỉ lệ thuận với nồng độ nhiệt độ dung dịch π=R.C.T R: số khí lí tưởng, 0,082 lít.at/mol/K C: nồng độ mol/lít dung dịch T: nhiệt độ tuyệt đối dung dịch Hiện tượng thẩm thấu có ý nghĩa sinh học quan trọng màng tế bào màng thẩm thấu - Nhờ có tượng thẩm thấu nước vận chuyển từ rễ lên Nhiệt độ sôi nhiệt độ đông dung dịch 4.1 Áp suất dung dịch - Áp suất chất lỏng áp suất gây nên phân tử mặt thống chất lỏng - Áp suất bão hòa áp suất tạo mặt thống q trình bay đạt tới trạng thái cân - Áp suất tăng tăng nhiệt độ chất lỏng - Ở nhiệt độ, áp suất hay áp suất bão hịa dung dịch ln ln nhỏ áp suất dung môi nguyên chất mặt thống dung dịch có tiểu phân chất tan án ngữ (hình 2) 4.2 Nhiệt độ sơi dung dịch Một chất lỏng sôi áp suất bão hịa áp suất khí Ví dụ nước sơi 100oC nhiệt độ áp suất áp suất at Trong để đạt áp suất at, cần phải tăng nhiệt độ dung dịch 100oC Tóm lại: Một dung dịch sơi nhiệt độ cao nhiệt độ sôi dung môi Nồng độ dung dịch lớn nhiệt độ sơi cao Hiệu nhiệt độ sơi dung dịch dung môi gọi tăng điểm sôi dung dịch, kí hiệu ΔTS 4.3 Nhiệt độ đơng đặc dung dịch Một chất lỏng đông đặc nhiệt độ áp suất bão hịa pha lỏng áp suất bão hòa hòa pha rắn Trên hình đường biểu diễn biến đổi áp suất bão hòa pha rắn (đoạn OA) cắt đường áp suất dung dịch điểm tương ứng với nhiệt độ thấp 0oC Tóm lại: Một dung dịch đông đặc nhiệt độ thấp nhiệt độ đông đặc dung môi Nồng độ dung dịch lớn nhiệt độ đơng thấp Hiệu nhiệt độ đông dung môi dung dịch gọi độ hạ điểm đông dung dịch, kí hiệu ΔTd 4.4 Định luật Raun, 1886 (Raoult - Pháp) Độ tăng điểm sôi hay độ hạ điểm đông dung dịch tỉ lệ thuận với nồng độ molan dung dịch ΔTS = kS Cm ΔTd = kd Cm ks kd tương ứng gọi số nghiệm sôi số nghiệm đơng dung mơi Nó đại lượng đặc trưng dung môi định Dựa vào định luật Raun thực nghiệm xác định độ hạ điểm đông (phương pháp nghiệm đông) hay độ tăng điểm sôi (phương pháp nghiệm sôi) dung dịch, người ta tìm phân tử gam chất tan định Ví dụ: Hịa tan 10 gam chất A 100 gam nước Dung dịch nhận đơng đặc nhiệt độ -2,12oC Tính phân tử gam chất A Từ đó: MA = 92 gam Áp suất thẩm thấu, nhiệt độ sôi nhiệt độ đông dung dịch điện li Định luật Van Hốp Raun áp dụng cho dung dịch loãng (tương tác tiểu phân chất tan không đáng kể) chất không bay hơi, không điện li (số tiểu phân số phân tử chất tan) Đối với dung dịch chất điện li số tiểu phân dung dịch (gồm phân tử ion) lớn số tiểu phân dung dịch chất khơng điện li có nồng độ mol Trong tính chất như: áp suất thẩm thấu, độ tăng điểm sôi hay độ hạ điểm đông lại phụ thuộc vào nồng độ tiểu phân dung dịch Do đại lượng thực tế đo lớn so với tính tốn theo cơng thức Van Hốp Raun Để áp dụng cho dung dịch điện li, Van Hốp đưa thêm vào công thức hệ số bổ sung i gọi hệ số đẳng trương Khi đó: π = i RCT ΔTs = i ks m ΔTd = i kd m Như vậy, ý nghĩa i cho biết số tiểu phân chất tan lớn số phân tử lần Đối với dung dịch khơng điện li i = 0, cịn dung dịch điện li i > Ví dụ điều kiện lí tưởng dung dịch NaCl có i = 2, cịn dung dịch Na2SO4 có i = phân tử cho tối đa tiểu phân ion Để xác định i, người ta đo áp suất thẩm thấu độ tăng điểm sôi, độ hạ điểm đông dung dịch so sánh chúng với giá trị tính tốn theo cơng thức định luật Van Hốp Raun Câu hỏi tập: Định nghĩa nồng độ: phần trăm (%), mol (M), molan (m), đương lượng gam (N) Nêu qui tắc tính đương lượng gam chất phản ứng trao đổi, phản ứng oxi -hóa khử Phát biểu định luật đương lượng nêu ứng dụng định luật tính tốn phân tích thể tích Trình bày tượng thẩm thấu Phát biểu định luật Van Hốp áp suất thẩm thấu Áp suất dung dịch, nhiệt độ sôi nhiệt độ đông đặc dung dịch Định luật Raun phương pháp nghiệm sôi nghiệm lạnh Dung dịch nước chất A 0,184 gam 100 ml dung dịch có áp suất thẩm thấu 560 mmHg 30oC Tính khối lượng phân tử chất A Dung dịch nước chất B gam 250 ml dung dịch 12oC có áp suất 0,82at Tính khối lượng phân tử B Tính nhiệt độ sơi nhiệt độ đông đặc dung dịch gam glucoza 100 gam nước 10 Dung dịch glixerin 1,38 gam 100 gam nước đơng đặc -0,279oC Tính khối lượng phân tử glixerin 11 Nhiệt độ đông đặc dung dịch chứa 0,244 gam axit benzoic 20 gam benzen 5,232oC Xác định dạng tụ hợp phân tử benzen Biết benzen đơng đặc 5,478oC kd benzen 4,9 CHƯƠNG 6: DUNG DỊCH CÁC CHẤT ĐIỆN LI Một số khái niệm đại lượng dung dịch chất điện li 1.1 Thuyết điện li Arêniux - 1884 (Arrehnius - Thụy Điển) Những chất trạng thái hịa tan hay nóng chảy có khả dẫn điện gọi chất điện li Trong nước chất điện li phân li thành ion dương âm Tùy thuộc vào khả phân li chất điện li dung dịch, người ta phân chia chúng thành chất điện li yếu chất điện li mạnh * Chất điện li mạnh chất có khả phân li hồn tồn thành ion dung dịch, thường hợp chất có liên kết ion hay liên kết cộng phân cực mạnh Ví dụ: - Tất muối vơ hầu hết muối hữu như: KNO3 → K+ + NO3CH3COONa → Na+ + CH3COORNH3Cl → RNH3+ + Cl- Một số axit, bazơ vô mạnh như: H2SO4 → 2H+ + SO42NaOH → Na+ + OHNaOH → Na + OH * Chất điện li yếu chất phân li khơng hồn tồn dung dịch, thường chất có liên kết cộng phân cực yếu hay liên kết cho nhận Ví dụ: - Một số axit bazơ vô yếu như: HNO2 ↔ H+ + NO2- H2CO3 ↔ H+ + HCO3NH4OH ↔ NH4+ + OH- Hầu hết axit bazơ hữu như: - Các ion phức như: 1.2 Hằng số điện li Đối với chất điện li yếu, trình điện li chúng dung dịch thực chất trình thuận nghịch, nghĩa dung dịch có cân động phân tử ion phân li ra: Hằng số cân trình phân li chất điện li yếu: gọi số điện li, kí hiệu K K đại lượng đặc trưng cho chất điện li yếu, phụ thuộc vào chất chất điện li, nhiệt độ dung mơi, K lớn khả phân li nhiều Nếu AB axit yếu K gọi số điện li axit, kí hiệu Ka Ví dụ: Nếu AB bazơ yếu K gọi số điện li bazơ, kí hiệu Kb Ví dụ: Nếu AB ion phức K gọi số khơng bền, kí hiệu Kkb Ví dụ: b) Br2 + KI → KBr + I2 c) FeSO4 + CuSO4 → Cu + Fe2(SO4)3 d) I2 + KOH → KI + H2O2 e) KMnO4 + KNO2 + H2SO4 → MnSO4 + KNO3 + Cân phản ứng oxi - hóa khử sau đây: a) KMnO4 + H2C2O4 + H2SO4 → b) MnO2 + KI + H2SO4 → MnSO4 + I2 + c) H2S + HNO3 → S + NO2 + d) KMnO4 + H2O2 + H2SO4 → e) FeSO4 + H2O2 + H2SO4 → Công thức Nec điện cực? Cấu tạo công thức điện cực điện cực: calomen, thủy tinh, điện cực oxi - hóa khử sắt Thế nguyên tố Ganvanic? Cho ví dụ Sức điện động nguyên tố Ganvanic tính nào? Tính sức điện động nguyên tố sau 25o C Pb / Pb2+ 0,01 M // Cu2+ 0,01 M / Cu Cr / Cr3+ 0,05 M // Ni2+ 0,01M / Ni Nêu nguyên tắc việc xác định pH phương pháp điện hóa Trình bày cách xác định pH dung dịch cặp điện cực thủy tinh - calomen.ml Na2CO3 0,2M a) Hai thể tích dung dịch NaH2PO4 0,1M Na2HPO4 0,1M b) 50 ml NaOH 0,16M 220 ml CH3COOH 0,4M Sự thủy phân muối gì? pH dung dịch muối phụ thuộc vào yếu tố nào? Viết phương trình thủy phân rút gọn muối sau đây: C2H5NH3Cl; C6H5COONa; KNO2; C5H5NHCl; Na2C2O4; Na2SO4; (NH4)2SO4 Trong cốc chứa 100 ml dung dịch C6H5NH2 0,01M: a) Tính pH dung dịch b) Tính pH dung dịch cho thêm vào cốc 50 ml HCl 0,01M c) Tính pH dung dịch cho thêm vào cốc 100 ml HCl 0,01M 10 Cho ví dụ axit nhiều nấc phân li chúng Viết biểu thức số phân li nấc 11 Tích số tan gì? Hãy cho biết mối liên quan tích số tan độ tan (mol/lít) chất tan 12 Tính độ tan BaCO3, biét T 25oC 5,1 10-9 13 Độ tan Ag3PO4 18oC 1,6.10-5 M Tính T Ag3PO4 14 T SrSO4 3,6.10-7 Khi trộn hai thể tích hai dung dịch SrCl2 K2SO4 có nồng độ 0,002N kết tủa có xuất khơng? 15 Kết tủa PbI2 có tạo thành khơng trộn hai thể tích hai dung dịch Pb(NO3)2 KI a) Đều có nồng độ 0,01 M b) Đều có nồng độ 2.10-3 M 16 Tính xem có mol Ag2CrO4 tan lít dung dịch AgNO3 0,1M biết T BaSO4 1.10-10 Cho nhận xét kết luận CHƯƠNG 8: NHIỆT ĐỘNG HĨA HỌC Nhiệt động hóa học mơn học nghiên cứu lượng chuyển hóa lượng mà trước hết nhiệt mối tương quan chuyển hóa nhiệt với công dạng lượng khác Nhiệt động học dựa hai nguyên lý rút từ thực tiễn loài người Nguyên lý thứ nhiệt động học chất định luật bảo tồn lượng q trình chuyển nhiệt thành công dạng lượng khác Nguyên lý thứ hai nhiệt động học đề cập đến tính chất khác nhiệt dạng lượng khác chuyển hồn tồn thành nhiệt nhiệt khơng thểchuyển thành dạng lượng khác mà khơng có mát Vì phản ứng hóa học ln ln kèm theo biến đổi lượng (chủ yếu dạng nhiệt) việc nghiên cứu nhiệt động học có ý nghĩa định hóa học Nguyên lý thứ nhiệt động học - nhiệt hóa học 1.1 Nội dung nguyên lý Từ lâu người biết sử dụng nguồn lượng tự nhiên, biến chúng thành dạng thích hợp để phục vụ cho sống Từ máy thơ sơ cối xay chạy sức gió, cối giã gạo dùng sức nước, họ đến phát minh vĩ đại động nước, nhà máy thủy điện Nhưng trước nhiều người mơ ước chế tạo máy sản sinh công cách liên tục mà cần cung cấp cho lượng lượng ban đầu Mọi cố gắng để tạo máy đến thất bại Từ người rút kết luận: Không thể chế tạo động liên tục sinh công mà không cần cung cấp lượng lượng tương đương Động sau gọi động vĩnh cửu loại Kết luận cách phát biểu nguyên lý thứ nhiệt động học Định luật bảo tồn biến hóa lượng Lơmanôxốp phát biểu năm 1787 cách phát biểu khác nguyên lý này: "Năng lượng không tự sinh khơng tự đi, chuyển từ dạng sang dạng khác theo tỷ lệ tương đương nghiêm ngặt" Những thí nghiệm xác Jun (Joule) (1848 - 1873) biến lượng hay lượng điện tương đương thành nhiệt ln nhận nhiệt lượng 1.2 Nhiệt hóa học Một phần nhiệt động hóa học nghiên cứu q trình nhiệt phản ứng hóa học gọi nhiệt hóa học 1.2.1 Khái niệm dự trữ nhiệt hay entanpi: Về chất, tất biến đổi hóa học xảy kèm theo với tỏa hay hấp thụ lượng mà trước hết dạng nhiệt Sự tăng hay nhiệt xem kết biến đổi đại lượng gọi dự trữ nhiệt (hay entanpi) chất tham gia q trình Dự trữ nhiệt ký hiệu H Sự biến đổi dự trữ nhiệt (sự thay đổi entanpi) ΔH viết dạng: ΔH = H (sản phẩm cuối) - H (chất đầu) Trong trường hợp tất sản phẩm cuối chất đầu lấy trạng thái tiêu chuẩn (p = 1at, T = 298oK) biến thiên entanpi kí hiệu ΔHo gọi biến thiên entanpi tiêu chuẩn Ví dụ: phản ứng tạo H2O từ H2 oxi H2 + 1/2 O2 → H2O Có ΔHo = - 285,7 KJ/mol mol: phân tử gam ΔHo có giá trị âm, dự trữ nhiệt sản phẩm phản ứng nhỏ chất đầu Điều có nghĩa q trình có nhiệt Trong trường hợp chung, ta có: Nhiệt ΔH < Nhiệt hấp thụ vào ΔH > Những trình nhiệt tỏa (ΔH < 0) gọi exotecmic ngược lại q trình nhiệt hấp thụ vào (ΔH > 0) gọi endotecmic 1.2.2 Những định luật nhiệt hóa học: Định luật Lavoaziê - Laplax (Lavoisie - Laplas) (1780): Lượng nhiệt cần thiết để phân hủy hợp chất hóa học lượng nhiệt tạo thành chất Định luật cho phép viết phương trình nhiệt hóa học phản ứng theo chiềuthuận hay nghịch tùy ý, cần thay đổi dấu nhiệt phản ứng (ΔH) Ví dụ viết: 1/2 H2 + 1/2 I2 → HI ΔH = + 6,2 Kcalo hay: HI → 1/2 H2 + 1/2 I2 ΔH = - 6,2 Kcalo Định luật Getxow (Hess) (1840): Nhiệt phản ứng phụ thuộc vào chất trạng thái chất đầu cuối mà không phụ thuộc vào cách thức diễn biến phản ứng Ví dụ: Thực phản ứng đốt cacbon đường Kết đo nhiệt tỏa trình cho thấy: ΔH1 = - 94,05 Kcalo ΔH2 = - 26,42 Kcalo ΔH3 = - 67,63 Kcalo Như số liệu rõ: ΔH1 = ΔH2 + ΔH3 Như thí nghiệm chứng tỏ từ trạng thái đầu (cacbon oxi đến trạng thái cuối - cacbon dioxit) dù đường nhiệt q trình khơng đổi Định luật Getxơ định luật nhiệt hóa học, cho phép tính nhiệt nhiều phản ứng khơng thể trực tiếp Chẳng hạn ví dụ ta tính ba đại lượng ΔH1, ΔH2, ΔH3 biết hai đại lượng cịn lại Điều có ý nghĩa quan trọng nghiên cứu chuyển hóa lượng thức ăn thể Như biết thức ăn đưa vào thể chịu biến đổi qua hàng loạt phản ứng phức tạp khác Qua phản ứng lượng giải phóng để cung cấp cho thể Nhiệt phản ứng đo trực tiếp Tuy nhiên, dựa vào định luật Getxơ, ta tính giá trị lượng loại thức ăn Ví dụ Sacaroza vào thể qua nhiều phản ứng sản phẩm cuối làkhi cacbon dioxit nước Vì theo định luật Getxơ lượng nhiệt sacaroza bị oxi hóa thể phải lượng nhiệt chất tỏa đốt với oxi bên ngồi thể, mà lượng xác định phép đo nhiệt lượng Dựa vào định luật Getxow tính nhiệt phản ứng biết nhiệt sinh nhiệt cháy chất tham gia tạo thành phản ứng Tính nhiệt phản ứng dựa vào nhiệt sinh chất Nhiệt sinh chất nhiệt phản ứng tạo mol chất từ nguyên tố trạng thái bền vững Ví dụ: H2 (k) + 1/2 O2 (k) = H2O (1) ΔHo = - 68,3 Kcalo Nhiệt phản ứng ΔHo = - 68,3 Kcalo, nhiệt sinh nước Từ định nghĩa ta thấy nhiệt sinh tất nguyên tố trạng thái bền vững Nhiệt sinh nhiệt phản ứng phụ thuộc vào điều kiện phản ứng Vì thống tiện so sánh, chúng quy điều kiện tiêu chuẩn: áp suất 1at 298oK Nhiệt sinh tiêu chuẩn kí hiệu ΔHSo Dưới nhiệt sinh tiêu chuẩn số chất Dựa vào nhiệt sinh tiêu chuẩn chất, tính nhiệt phản ứng Ví dụ: Tính nhiệt phản ứng sau Al2O3(r) + 3SO3(r) → Al2(SO4)3(r) ΔHSo : - 399,09 - 273,45 - 820,98 Phản ứng diễn theo sơ đồ: Theo định luật Getxơ ta có: ΔH1 + ΔH2 = ΔH3 ΔH1 nhiệt phản ứng cần xác định ΔH2 tổng nhiệt sinh Al2O3 SO3 tức chất tham gia phản ứng ΔH3 nhiệt sinh Al2(SO4)3 tức sản phẩm phản ứng Từ ta có: ΔH1 = ΔH3 - ΔH2 ΔH1 = -820,98 - (273,45 - 399,09) = -138,54 Kcalo Như rút quy tắc sau: Nhiệt phản ứng tổng nhiệt sinh chất sản phẩm phản ứng trừ tổng nhiệt sinh chất tham gia phản ứng, nhiệt sinh chất nhân lên với hệ số tỷ lượng tương ứng Tính nhiệt phản ứng dựa vào nhiệt cháy chất Nhiệt cháy chất nhiệt phản ứng đốt cháy mol chất với oxi để tạo oxit cao Ví dụ: Phản ứng đốt cháy ancol etylic C2H5OH(l) + 3O2(k) → 2CO2(k) + 3H2O(l) Nhiệt phản ứng ΔHo = -327 Kcal nhiệt cháy ancol etylic Từ định nghĩa ta thấy nhiệt cháy oxit cao nguyên tố phải Nhiệt cháy chất khơng cháy với oxi coi Dưới nhiệt cháy tiêu chuẩn số chất Dựa vào nhiệt cháy chất tính nhiệt nhiều phản ứng hóa học Ví dụ: Tính nhiệt phản ứng 2CO(k) ΔHoC -267,63 + 4H2(k) → H2O(l) + C2H5OH(l) - 468,32 -326,66 Theo định luật Getxơ ta có: ΔH1 + ΔH2 = ΔH3 ΔH1 nhiệt phản ứng cần xác định ΔH2 tổng nhiệt cháy H2O C2H5OH tức chất sản phẩm phản ứng ΔH3 tổng nhiệt cháy CO H2 tức chất tham gia phản ứng Từ ta có: ΔH1 = ΔH3 - ΔH2 ΔH1 = -135,26 - 237,28 - (-326,7) = -81,88 Kcal Vậy ta rút quy tắc sau: Nhiệt phản ứng tổng nhiệt cháy chất tham gia phản ứng trừ tổng nhiệt cháy chất sản phẩm phản ứng nhiệt cháy chất nhân lên với hệ số tỉ lượng Nguyên lý thứ hai nhiệt động học - lượng tự 2.1 Nội dung nguyên lý Nguyên lý thứ nhiệt động học cho thấy tính chất bảo tồn lượng q trình biến đổi mà chưa cho biết khả biến đổi lượng từ dạng sang dạng khác giới hạn biến đổi Nguyên lý thứ hai nhiệt động học đề cập đến tính chất khác lượng: dạng lượng khác biến hồn tồn thành nhiệt nhiệt lại khơng thể biến hồn tồn thành dạng lượng khác Nguyên lý thứ hai rút từ kinh nghiệm thực tiễn người phát biểu theo nhiều cách khác có giá trị nhau: cách phát biểu là: "Khơng thể chế tạo động vĩnh cửu loại tức động biến hồn tồn nhiệt thành cơng" Cách phát biểu rút từ thất bại nhiều kỷ ý đồ tạo máy biến hoàn toàn nhiệt nhận thành cơng có ích Ngun lý thứ hai phát biểu theo cách khác sau: "Không thể có q trình mà kết biến nhiệt thành công", hay "nhiệt truyền từ vật lạnh sang vật nóng" Chúng ta xem xét làm việc máy nhiệt tức máy biến nhiệt thành cơng, ví dụ động nước tàu hỏa Nói chung, máy nhiệt bao gồm phận sinh công Bộ phận nhận lượng nhiệt q1 từ nguồn cung nhiệt có nhiệt độ T1 Nhưng theo nguyên lý thứ hai nhiệt động học có phần nhiệt lượng q1 biến thành cơng A cịn phần nhiệt lượng q2 khác phải mát cho nguồn thải nhiệt có nhiệt độ tương ứng T2 Như công phận sinh công sản là: A = q1 - q2 Để đặc trưng cho máy nhiệt, người ta dùng đại lượng gọi hệ số tác dụng có ích hay hiệu suất máy, ký hiệu η Đó tỷ số công A mà máy sinh nhiệt lượng q1 mà máy nhận được: Năm 1824, cơng trình "suy nghĩ động lực lừa", Cacnô chứng minh rằng: Biểu thức gọi biểu thức nguyên lý thứ hai Biểu thức nguyên lý thứ hai cho thấy muốn tăng hiệu suất máy nhiệt phải tăng nhiệt độ nguồn cung nhiệt T1 hạ nhiệt độ nguồn thải nhiệt T2 Tuy nhiên hạ nhiệt độ nguồn thải nhiệt đến độ không tuyệt đối tỷ số ln dương hiệu suất máy nhiệt η đạt đến 100% 2.2 Năng lượng tự Nguyên lý thứ hai nhiệt động học cho thấy dạng lượng (cơ năng, điện năng, hóa ) chuyển hồn tồn thành nhiệt, trái lại nhiệt khơng thể chuyển hồn tồn thành dạng lượng khác Điều dẫn tới kết luận phần lượng dự trữ hệ (dự trữ nhiệt) có khả chuyển thành dạng lượng khác, phần khác khơng có khả mà chuyển thành nhiệt Phần dự trữ nhiệt có khả chuyển thành cơng có ích hay lượng khác gọi lượng tự do, ký hiệu G, phần lại gọi lượng buộc, ký hiệu B Như theo định nghĩa ta có: H = G + B hay G = H – B Việc nghiên cứu sâu nhiệt động học cho thấy giá trị B xác định tích hai đại lượng T S Ở T nhiệt độ tuyệt đối (nhiệt độ K), S đại lượng gọi entropi Ứng với chất hay hệ có tồn giá trị entropi Giá trị tuyệt đối đại lượng không xác định được, nhiên chất hay hệ chuyển sang chất hay hệ khác biến thiên entropi (ΔS) đo tỷ số lượng nhiệt tỏa hay hấp thu vào nhiệt độ xảy q trình biến đổi Từ ta có: G = H - TS Khi chất hay hệ biến đổi từ trạng thái sang trạng thái khác, ta có: ΔG = ΔH - T ΔS Việc tính tốn biến thiên lượng tự có ý nghĩa to lớn nghiên cứu khả tự xảy phản ứng hóa học Năng lượng tự phản ứng hóa học Trước Bectơlo (Berthelot) nêu lên nguyên lý nói phản ứng hóa học tự xảy ΔH < nghĩa phản ứng phát nhiệt xảy Nhưng thực tế có nhiều phản ứng với ΔH > tự xảy Điều chứng tỏ khơng thể lấy nhiệt phản ứng làm tiêu chuẩn đánh giá khả xảy phản ứng Nhờ cơng trình nghiên cứu Hemhon, Gib (Helmholtz, Gibbo), người ta lấy biến thiên lượng tự làm tiêu chuẩn xem xét phản ứng tự xảy hay khơng Theo phản ứng xảy nếu: ΔG < tức phản ứng kèm theo giảm lượng tự Để minh họa cho điều nói trên, ta lấy ví dụ: Cho phản ứng: CaCO3(r) Biết ΔHoS (Kcal/mol) So (Cal/mol) → CaO(r) + CO2(k) -288,5 -151,9 -94,0 22,2 9,5 51,1 - Xác định chiều tự xảy phản ứng điều kiện chuẩn - Xác định nhiệt độ CaCO3 bắt đầu bị phân hủy Giải: ΔGop/tr = ΔHop/tr - T ΔSop/tr ΔHop/tr = -151,9 - 94,0 + 288,5 = 42,6 Kcal/mol ΔSop/tr = 51,1 + 9,5 - 22,2 = 38,4 Cal/mol ΔGop/tr = 42,6 10-3 - 298 38,4 = 33.156,8 Cal/mol > Vậy phản ứng thuận không tự xảy điều kiện chuẩn Phản ứng xảy nhiệt độ T khi: ΔGTp/tr = ΔHTp/tr - T ΔSTp/tr < tức T ΔSTp/tr > ΔHTp/tr Nếu bỏ qua ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu ứng nhiệt biến thiên entropi phản ứng tức coi: ΔH0p/tr ≈ ΔHTp/tr ΔS0p/tr ≈ ΔSTp/tr, ta có: Câu hỏi tập: Thế nội hệ? Nội phụ thuộc vào yếu tố nào? Nội dung biểu thức nguyên lí thứ nhiệt động học Hiệu ứng nhiệt phản ứng Phát biểu định luật Hess hiệu ứng nhiệt phản ứng.Tại nói định luật Hess hệ nguyên lí thứ nhiệt động học Định nghĩa nhiệt sinh, nhiệt cháy chất Cơng thức tính hiệu ứng nhiệt phản ứng dựa vào nhiệt sinh, nhiệt cháy Định nghĩa nhiệt nguyên tử hóa chất Năng lượng liên kết gì? Chúng có quan hệ với nào? Tính ΔHS0 Ca(OH)2 biết hiệu ứng nhiệt phản ứng: CaO + H2O → Ca(OH)2 ΔH = -15,26 Kcal/mol ΔHS0 CaO H2O tương ứng là: -151,8 -68,3 Kcal/mol Khi đốt cháy mol glucoza thấy thoát 673 Kcal Tính ΔHS0 glucoza biết ΔHS0 CO2 H2O tương ứng là: -94,1 -68,3 Kcal/mol Nội dung cách phát biểu nguyên lí thứ hai nhiệt động học Entropi gì? ý nghĩa hàm số Năng lượng tự gì? Dựa vào phản ứng tự diễn biến? 10 Tác động yếu tố entanpi entropi lên chiều hướng diễn biến phản ứng 11 Các phản ứng sau có xảy khơng điều kiện chuẩn? (khơng cần tính) a 3O2 → 2O3 ΔH > b C6H6(h) + 15/2 O2 (k) →6CO2 + 3H2O ΔH = -718,6 Kcal/mol c CaCO3(r) → CaO(r) + CO2 ΔH = 42,6 Kcal/mol d SO2(k) + 1/2O2 → SO3(k) ΔH = -23,7 Kcal/mol 12 Phản ứng sau đẩy xảy theo chiều điều kiện tiêu chuẩn: H2S (k) + 0,5 O2 → H2O(h) + S(r) Biết ΔHS0 -4,8 S0298 -57,8 49,1 49,0 45,1 Kcal/mol 7,6 cal/mol 13 Cho phản ứng: C2H4 + H2O(h) → C2H5OH(h) Biết ΔGS0 S0298 16,3 52,5 -54,6 45,1 -40,3 54,5 Kcal/mol cal/mol Hỏi: 25oC phản ứng diễn theo chiều nào? tỏa nhiệt hay thu nhiệt Kế hoạch giảng dạy học tập cụ thể Số buổi Nội dung giảng dạy Nội dung học tập sinh viên Số tiết - Giới thiệu tổng quan môn - Sinh viên giới thiệu học tài liệu tham khảo, hình - Giới thiệu hình thức đánh thức đánh giá môn học giá, phương pháp học tập - Giảng lý thuyết chương - Sinh viên học lý thuyết chương 1, - Giảng lý thuyết chương - Kiểm tra kiến thức học - Giảng lý thuyết chương - Giảng lý thuyết chương - Sinh viên đọc trước nội dung chương 3,4 Đọc tài liệu tham khảo nội dung học chương - Sinh viên học lý thuyết chương 3,4 - Kiểm tra kiến thức học - Giảng lý thuyết chương - Sinh viên đọc trước nội dung chương Đọc tài liệu tham khảo nội dung học chương 5 - Sinh viên học lý thuyết chương - Kiểm tra kiến thức học - Sinh viên đọc trước nội - Giảng lý thuyết chương dung chương Đọc tài liệu tham khảo nội dung (tt) học chương 5 - Sinh viên học lý thuyết chương (tt) - Kiểm tra kiến thức học - Giảng lý thuyết chương - Sinh viên đọc trước nội dung chương Đọc tài liệu tham khảo nội dung học chương - Sinh viên học lý thuyết chương - Kiểm tra kiến thức học - Giảng lý thuyết chương - Sinh viên đọc trước nội dung chương Đọc tài liệu tham khảo nội dung học chương - Sinh viên học lý thuyết chương Duyệt đơn vị Hậu giang ngày 9, tháng 08, năm 2013 Giảng viên biên soạn ( ký, ghi rõ họ tên) Võ Ngọc Hân