tài liệu Chương 1 NGUYÊN lý 1 của NHIỆT ĐỘNG lực học

tài liệu Chương 1 NGUYÊN lý 1 của NHIỆT ĐỘNG lực học tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớ...

Trang 1

Chương 1 NGUYÊN LÝ 1

CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC

2

Nội dung

1 Các kháiniệm và định nghĩa

2 Nguyên lýthứ nhất của nhiệt động lực học

3 Định luật Hess

4 Nhiệt dung

5 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu ứng nhiệt của phản ứng- ĐL Kirchhoff

3

oHệ: là phần vật chất vĩ mô

được giới hạn để nghiên

cứu

Môi trường: là phần thế

giới xung quanh hệ Môi

trường và hệ có thể tương

tác hoặc không tương tác

Hệ

4

Hệ vĩ mô: là hệ gồm một số rất lớn các tiểu

phân (hạt) mà ta có thể áp dụng các quy luật xác suất và thống kê

Hệ nhiệt động: là hệ đã ở trạng thái cân bằng(là trạng thái mà các tính chất của hệ không thay đổi theo thời gian khi môi trường không tác động đến hệ)

còn gọi làhệ cân bằng

Phân loại hệ (theo tương tác giữa hệ và môi trường):

Hệ mở

trao đổicả

chất và năng

lượng

Hệ đóng

không trao đổi

chất, nhưng có

thểtrao đổi

năng lượng

Hệ cô lập

không trao đổichất &ø năng lượng

Hệ đoạn nhiệt:không trao đổinhiệt với môi trường

hệ cô lập là hệ đoạn nhiệt

Trạng thái: là tập hợp tất cả các thông số vĩ

mô đặc trưng cho mỗi hệ

Lưu ý:

trạng thái khác với trạng thái tập hợp:Rắn, lỏng, khí

Ví dụ: một hệ có 1 mol khí ở điều kiện 1 at, 0o C, có thể tích 22,4 lít

Khi thay đổi (dù là rất nhỏ) một thông số, thì hệ sẽ chuyển sang trạng thái khác

Trang 2

Thông số trạng thái: là những đại lượng hóa lý

vĩ mô đặc trưng cho mỗi trạng thái của hệ

Ví dụ: nhiệt độ T , áp suất p , thể tích V , khối lượng m ,

nồng độ C , nhiệt dung Cp , khối lượng riêng  …

2 loại thông số trạng thái:

Thông số cường độ: không phụ thuộc vào lượng chất.

Ví dụ: T, p …  không thể cộng lại với nhau

Thông số dung độ: phụ thuộc vào lượng chất.

Ví dụ: V, m …  có thể cộng lại với nhau

Ví dụ: V =  i ; m = m i

8

Hàm trạng thái: là những đại lượng đặc trưng

cho mỗi trạng thái của hệ, thường được biểu diễn hay tính toán thông qua các thông số trạng thái

Ví dụ: Nội năng U = U(T, p, ni…) Entropy S = S (T, p, ni…)

9

Khi thay đổi một thông số, thì hệ sẽ chuyển sang trạng

thái khác, nghĩa là hệ đã thực hiện một quá trình

Quá trình: là con đường mà hệ chuyển từ

trạng thái này sang trạng thái khác

Pha: tập hợp tất cả những phần đồng thể của hệ

có cùng tính chất hóa, lý ở mọi điểm

Hệ 1 pha: Hệ đồng thể

Hệ 2 pha trở lên: Hệ dị thể

oNội năng (U): là tập hợp tất cả các dạng

năng lượng tiềm tàng trong hệ

Công (A) và nhiệt (Q): là hai hình thức

truyền năng lượng của hệ

Không đo được U, chỉ xác định được độ biến thiên

U (biểu hiện ra bên ngoài)

QUY ƯỚC Công A Nhiệt Q

Hệ sinh dương (>0) âm (<0)

Hệ nhận âm (<0) dương (>0)

Nhiệt chuyển pha (): là nhiệt mà hệ sinh

(hay nhận) trong quá trình chuyển từ pha này

sang pha khác

nóng chảy= - đông đặc

hóa hơi = - ngưng tụ

thăng hoa= - ngưng kết

Ý nghĩa:

Nguyên lý bảo toàn năng lượng

(năng lượng không mất đi mà chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác)

Trong một quá trình bất kỳ, biến thiên nội năng U của hệ bằng nhiệt lượng Q mà hệ nhận trừ đi công A hệ sinh

 U = Q – A

Trang 3

U là một hàm trạng thái:

 U = Q 1 – A 1 = Q 2 – A 2 = Q 3 – A 3

1

2

Q 1

A 1

Q 2

A 2

A 3

Q 3 Aùp dụng cho quá trình vô cùng nhỏ:

dUQA

Trong đó: “d”: vi phân toàn phần (tương ứng cho các hàm

trạng thái)

“  ” : biến thiên nhỏ của các đại lượng (các

hàm số của quá trình, không phải là hàm

trạng thái: Q và A)

14

 dU   Q  p dV .

2 1

.

V V

U Q p dV



Giả sử cơng hệ sinh chỉ là cơng thể tích:

dh

15

Nhiệt hệ nhận bằng biến thiên của nội năng U

dV = 0  2 = 0

1

V

v V

A  p dV

U = Q V

a Quá trình đẳng tích:

U = Q – A

16

Nhiệt hệ nhận bằng biến thiên củaenthalpy H

p = const  2  

V

p V

Q p = H

b Quá trình đẳng áp:

H = U+pV : Enthalpy (Hàm Nhiệt)

(là một hàm trạng thái)

U = Q p – A p = Q p – p V= Q p –(pV)

Q p = U + (pV) = ( U + pV ) = H

U = Q – A

A p = p V = (pV) = (nRT) = nRT

R là hằng số khí :

R = 1,987 cal/mol.K = 8,314 J/mol.K = 0,082 l.atm/mol.K

Phương trình trạng thái: pV = nRT

U p = H – nRT

c Quá trình đẳng áp của Khí Lý Tưởng:

U = Q – A

Định luật Joule: (áp dụng cho khí lý tưởng)

Nội năng của khí lý tưởng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ : U=f(T)

U T = 0

Q T = A T = 2 =

1

V

V p dV

1

V V

nRT dV V



d Quá trình đẳng nhiệt của Khí Lý Tưởng:

Q T = nRT ln (V 2 /V 1 ) = nRT ln (p 1 /p 2 )

Trang 4

Trong một quá trình đẳng áp hay đẳng

tích, nhiệt phản ứng chỉ phụ thuộc vào

trạng thái đầu và trạng thái cuối mà không

phụ thuộc vào các trạng thái trung gian

Q = Q 1 + Q 2 = Q 3 + Q 4 + Q 5

Q 3

Q 4 Q

Q 5

Germain Henri Hess

(1802 - 1850)

20

• Quá trình đẳng tích: Q V =U

Từ nguyên lý thứ nhất:

• Quá trình đẳng áp: Q p =H

Do U, H là hàm trạng thái nên giá trị khơng phụ thuộc vào đường đi

ĐL Hess là hệ quả của nguyên lý thứ nhất

21

Hệ ngưng tụ: (lỏng hay rắn)

Quan hệU vàH

22

Quan hệU vàH

 H =U + (nRT)

Nếu đẳng nhiệt: H = U + RTn

Hệ khí lý tưởng: PV = nRT   (PV) =  (nRT)

n là biến thiên số mol khí trong quá trình:

n = n khí cuối -n khí đầu

Hệ quả: (tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học)

a/  H thuận = –  H nghịch

H (S) - Nhiệt sinh: Nhiệt phản ứng tạo thành 1mol chất đĩ từ các

đơn chất bền nhiệt động ở T, P xác định.

H (ch)- Nhiệt cháy: Nhiệt phản ứng cháy 1mol chất đĩ với O2 tạo

các oxit hĩa trị cao nhất ở T, P xác định.

H (S) ; H (ch) (kcal/mol hoặc kJ/mol): (sổ tay hĩa lý)

(ở điều kiện :25 o C, 1 atm)

b/

Ví dụ:

Tính hiệu ứng nhiệt (H 0

298 ) của các phản ứng sau:

2CO (k) + O 2 (k) 2CO 2 (k) (1a)

CO (k) + ½O 2 (k) CO 2 (k) (1b)

C 2 H 4 (k) + H 2 O (l) C 2 H 5 OH (l) (2)

Chất Nhiệt SinhH 0

298

(kcal/mol)

Nhiệt cháyH 0

298

(kcal/mol)

Trang 5

• Nhiệt hòa tan

– Nhiệt hòa tan tích phân:nhiệt hòa tan 1mol chất tan

trong một lượng xác định dung môi.

– Nhiệt hòa tan vô cùng loãng: giới hạn của nhiệt hòa

tan tích phân khi lượng dung môi nhiều vô cùng.

– Nhiệt hòa tan vi phân: nhiệt hòa tan 1mol chất vào

một lượng vô cùng lớn dung dịch có nồng độ xác

định

26

• Nhiệt pha loãng:

Chất tan

H h.tan (1) H h.tan (2)

H pha loãng

 Hpha loãng=  Hh.tan(2) -  Hh.tan(1)

27

• Năng lượng liên kết

Năng lượng cần thiết để làm đứt mối liên kết A-B (E A-B )

Các nguyên

tử tự do

E l.kết (đầu)

H pư

 Hpư=  El.kết(đầu) -  El.kết(cuối)

E l.kết (cuối)

28

Nhiệt dung riêng : Nhiệt dung tính trên một đơn vị khối

lượng (cal/g/K hoặc J/g/K)

Ví dụ: nhiệt dung riêng của nước lỏng: C= 1 cal/g/K

4 Nhiệt dung

Lànhiệt lượng cần thiết cung cấp cho một vật

để nâng nhiệt độ của nó lên một độ

Nhiệt dung mol : Nhiệt dung tính trên một mol chất

(cal/mol/K hoặc J/mol/K)

Ví dụ: nhiệt dung mol của nước lỏng: C= 18 cal/g/K

4 Nhiệt dung

Đại lượng Ký hiệu Công thức tính

T Q T T Q





 2

1

dT Q



p

H dT Q











 

V

U dT Q











 

Lưu ý: Với 1mol khí lý tưởng: Cp = C v + R

• Ảnh hưởng của nhiệt độ:(công thức Debye)

4 Nhiệt dung

CP= a0+ a1.T + a2.T2

CP= a0+ a1.T + a-2.T-2

Hoặc: CP= a0+ a1.T + a2.T2 + a-2.T-2

(ai: từ sổ tay Hóa Lý)

Trang 6

5 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu ứng nhiệt

P P

C T

















V V

C T

















Phản ứng : aA + bB = dD

Trong đó:

 H,  U : hiệu ứng nhiệt của phản ứng đẳng áp, đẳng tích

 CP= dCP,D– aCP,A– bCP,B

 CV= dCV,D– aCV,A– bCV,B

Định luật Kirchhoff:(dạng vi phân)

và

32

• Định luật Kirchhoff (dạng tích phân)

Hoặc:

Với : CP= ai.Ti









0 0









1 1 2

T

T P T

H

) (

1

1 1 1 1

2













T

i

a H

H

33

• Các công thức gần đúng

a Trong khoảng nhiệt độ hẹp:

CP 0 Hconst

b Trong khoảng nhiệt độ tương đối hẹp:

CP = const HT2= HT1+CP (T2-T1)

34

Bài tập 1

• Bài2,3,4,5,7,9,11chương 1, sách “Nhiệt động hóa học”

Định dạng
Số trang	6
Dung lượng	701,2 KB