bài 7-8 nhiệt động.ppt

HUI© 2006General Chemistry:Slide 1 of 48 HÓA ĐẠI CƯƠNG Chapter 6: NHI T NG HÓA H C Ệ ĐỘ Ọ HUI© 2006General Chemistry:Slide 2 of 48 Nhi t đ ng l c hóa h cệ ộ ự ọ 6.1 Đối tượng nghiên cứu của NDLH 6.1 Đối tượng nghiên cứu của NDLH 6.2 Các khái niệm cơ bản 6.2 Các khái niệm cơ bản 6.2 Nguyên lý 1 của nhiệt động học 6.2 Nguyên lý 1 của nhiệt động học 6.4 Định luật Hess 6.4 Định luật Hess 6.5 Nguyên lý thứ 2 của NĐLH và chiều quá 6.5 Nguyên lý thứ 2 của NĐLH và chiều quá trình HH trình HH 6.6 Bài tập 6.6 Bài tập HUI© 2006General Chemistry:Slide 3 of 48 6.1 i t ng nghiên c u c a N LHĐố ượ ứ ủ Đ i t ng nghiên c u c a nhi t ng l c h c và nhi t ng l c h c hoá h c là:Đố ượ ứ ủ ệ độ ự ọ ệ độ ự ọ ọ i t ng nghiên c u c a nhi t ng l c h c và nhi t ng l c h c hoá h c là:Đố ượ ứ ủ ệ độ ự ọ ệ độ ự ọ ọ • Nhi t ng l c h c là khoa h c nghiên c u các quy lu t v s bi n hóa t d ng ệ độ ự ọ ọ ứ ậ ề ự ế ừ ạ Nhi t ng l c h c là khoa h c nghiên c u các quy lu t v s bi n hóa t d ng ệ độ ự ọ ọ ứ ậ ề ự ế ừ ạ n ng l ng này sang d ng n ng l ng khác và thi t l p các nh lu t c a s ă ượ ạ ă ượ ế ậ đị ậ ủ ự n ng l ng này sang d ng n ng l ng khác và thi t l p các nh lu t c a s ă ượ ạ ă ượ ế ậ đị ậ ủ ự bi n i ó. C s c a nhi t ng l c h c là là 2 nguyên lý nhi t ng l c h cế đổ đ ơ ở ủ ệ độ ự ọ ệ độ ự ọ bi n i ó. C s c a nhi t ng l c h c là là 2 nguyên lý nhi t ng l c h cế đổ đ ơ ở ủ ệ độ ự ọ ệ độ ự ọ • Nhi t ng l c h c hóa h c là khoa h c nghiên c u các quy lu t v s bi n i ệ độ ự ọ ọ ọ ứ ậ ề ự ế đổ Nhi t ng l c h c hóa h c là khoa h c nghiên c u các quy lu t v s bi n i ệ độ ự ọ ọ ọ ứ ậ ề ự ế đổ qua l i gi a hóa n ng và các d ng n ng l ng khác trong các quá trình hóa h c.ạ ữ ă ạ ă ượ ọ qua l i gi a hóa n ng và các d ng n ng l ng khác trong các quá trình hóa h c.ạ ữ ă ạ ă ượ ọ HUI© 2006General Chemistry:Slide 4 of 48 6 .2 6 .2 Khaùi niệm cơ bản sử dụng trong nhiệt động lực học và nhiệt hoá học 6.2.1. Hệ (nhiệt động ): là một vật thể hay nhóm vật thể được nghiên cứu và tách biệt với môi trường xung quanh Hoặc phát biểu cách khác: Hệ là tập hợp các vật thể xác định trong không gian nào đó và phần còn lại xung quanh gọi là môi trường 1. Hệ cô lập: là hệ không trao đổi chất và E với môi trường bên ngoài HUI© 2006General Chemistry:Slide 5 of 48 2. Hệ kín (hệ đóng) 2. Hệ kín (hệ đóng) Hệ kín là hệ chỉ có thể trao đổi E với MT ngoài. H kínệ ChấtChất Chất Chất Nhiệt Nhiệt HUI© 2006General Chemistry:Slide 6 of 48 3. Hệ đọan nhiệt 3. Hệ đọan nhiệt Hệ đoạn nhiệt là hệ không trao đổi chất và nhiệt nhưng có thể trao đổi công với MT ngoài. V 2 V 1 HUI© 2006General Chemistry:Slide 7 of 48 4. H đ ng th và h d th , pha, h cân b ngệ ồ ể ệ ị ể ệ ằ • H ng th là h có các tính ch t lý hoá h c gi ng nhau m i i m c a h ngh a là không ệ đồ ể ệ ấ ọ ố ở ọ đ ể ủ ệ ĩ H ng th là h có các tính ch t lý hoá h c gi ng nhau m i i m c a h ngh a là không ệ đồ ể ệ ấ ọ ố ở ọ đ ể ủ ệ ĩ có s phân chia h thành nh ng ph n có tính ch t hoá lý khác nhauự ệ ữ ầ ấ có s phân chia h thành nh ng ph n có tính ch t hoá lý khác nhauự ệ ữ ầ ấ • H d th là h có b m t phân chia thành nh ng ph n có tính ch t hoá lý khác nhauệ ị ể ệ ề ặ ữ ầ ấ H d th là h có b m t phân chia thành nh ng ph n có tính ch t hoá lý khác nhauệ ị ể ệ ề ặ ữ ầ ấ • Pha là ph n ng th c a h , có thành ph n, c u t o và tính ch t nh t nh. H ng th là ầ đồ ể ủ ệ ầ ấ ạ ấ ấ đị ệ đồ ể Pha là ph n ng th c a h , có thành ph n, c u t o và tính ch t nh t nh. H ng th là ầ đồ ể ủ ệ ầ ấ ạ ấ ấ đị ệ đồ ể h 1 pha, h d th là h nhi u phaệ ệ ị ể ệ ề h 1 pha, h d th là h nhi u phaệ ệ ị ể ệ ề • H cân b ng là h có nhi t , áp su t, thành ph n gi ng nhau m i i m c a h và không ệ ằ ệ ệ độ ấ ầ ố ở ọ đ ể ủ ệ H cân b ng là h có nhi t , áp su t, thành ph n gi ng nhau m i i m c a h và không ệ ằ ệ ệ độ ấ ầ ố ở ọ đ ể ủ ệ thay i theo th i gianđổ ờ thay i theo th i gianđổ ờ HUI© 2006General Chemistry:Slide 8 of 48 6.2.2 Tr ng thái c a h và thông s ( tham s ) ạ ủ ệ ố ố tr ng thái, hàm tr ng tháiạ ạ • Tr ng tháiạ Tr ng tháiạ c a h là toàn b các tính ch t lý, hoá c a h . ủ ệ ộ ấ ủ ệ c a h là toàn b các tính ch t lý, hoá c a h . ủ ệ ộ ấ ủ ệ • Thông s tr ng tháiố ạ Thông s tr ng tháiố ạ : Tr ng thái c a h c xác nh b ng các thông s (tham s ) nhi t ạ ủ ệ đượ đị ằ ố ố ệ : Tr ng thái c a h c xác nh b ng các thông s (tham s ) nhi t ạ ủ ệ đượ đị ằ ố ố ệ ng là: nhi t T, áp su t P, th tích V, n ng C…độ ệ độ ấ ể ồ độ ng là: nhi t T, áp su t P, th tích V, n ng C…độ ệ độ ấ ể ồ độ • Ph ng trình tr ng thái ươ ạ Ph ng trình tr ng thái ươ ạ mô t t ng quan gi a các thông s tr ng tháiả ươ ữ ố ạ mô t t ng quan gi a các thông s tr ng tháiả ươ ữ ố ạ • Có 2 lo i thông s tr ng tháiạ ố ạ Có 2 lo i thông s tr ng tháiạ ố ạ + + Thông s c ng ố ườ độ Thông s c ng ố ườ độ : Không ph thu c vào l ng ch t : nh nhi t , t kh i, áp su t…ụ ộ ượ ấ ư ệ độ ỉ ố ấ : Không ph thu c vào l ng ch t : nh nhi t , t kh i, áp su t…ụ ộ ượ ấ ư ệ độ ỉ ố ấ + Thông s khuy ch (dung ):ố ế độ độ + Thông s khuy ch (dung ):ố ế độ độ là nh ng thông s ph thu c vào l ng ch t kh i l ng, ữ ố ụ ộ ượ ấ ố ượ là nh ng thông s ph thu c vào l ng ch t kh i l ng, ữ ố ụ ộ ượ ấ ố ượ s mol, th tích…ố ể s mol, th tích…ố ể HUI© 2006General Chemistry:Slide 9 of 48 • Tr ng thái cân b ng:ạ ằ Tr ng thái cân b ng:ạ ằ là là tr ng thái t ng ng v i h cân b ng ( Khi các thông s tr ng thái ạ ươ ứ ớ ệ ằ ố ạ là là tr ng thái t ng ng v i h cân b ng ( Khi các thông s tr ng thái ạ ươ ứ ớ ệ ằ ố ạ gi ng nhau m i i m và không i theo th i gianố ở ọ đ ể đổ ờ gi ng nhau m i i m và không i theo th i gianố ở ọ đ ể đổ ờ • Hàm tr ng tháiạ Hàm tr ng tháiạ : i l ng nhi t ng c g i là hàm tr ng thái n u bi n thiên c a i đạ ượ ệ độ đượ ọ ạ ế ế ủ đạ : i l ng nhi t ng c g i là hàm tr ng thái n u bi n thiên c a i đạ ượ ệ độ đượ ọ ạ ế ế ủ đạ l ng ó ch ph thu c và tr ng thái u và tr ng thái cu i c a h , không ph thu c vào cách ượ đ ỉ ụ ộ ạ đầ ạ ố ủ ệ ụ ộ l ng ó ch ph thu c và tr ng thái u và tr ng thái cu i c a h , không ph thu c vào cách ượ đ ỉ ụ ộ ạ đầ ạ ố ủ ệ ụ ộ ti n hànhế ti n hànhế Nói cách khác Nói cách khác Hàm tr ng tháiạ Hàm tr ng tháiạ là i l ng nhi t ng có giá tr ch ph thu c vào các thông s đạ ượ ệ độ ị ỉ ụ ộ ố là i l ng nhi t ng có giá tr ch ph thu c vào các thông s đạ ượ ệ độ ị ỉ ụ ộ ố tr ng thái c a h mà không ph thu c vào cách bi n i c a h , hay nói cách khác không ph ạ ủ ệ ụ ộ ế đổ ủ ệ ụ tr ng thái c a h mà không ph thu c vào cách bi n i c a h , hay nói cách khác không ph ạ ủ ệ ụ ộ ế đổ ủ ệ ụ thu c vào con ng i c a h .ộ đườ đ ủ ệ thu c vào con ng i c a h .ộ đườ đ ủ ệ (Nhi t T, áp su t P, Th tích V, N i n ng U, entanpi H, entropi S, th ng áp G…là nh ng ệ độ ấ ể ộ ă ế đẳ ữ (Nhi t T, áp su t P, Th tích V, N i n ng U, entanpi H, entropi S, th ng áp G…là nh ng ệ độ ấ ể ộ ă ế đẳ ữ hàm tr ng thái)ạ hàm tr ng thái)ạ HUI© 2006General Chemistry:Slide 10 of 48 6.2.3 Quá trình • Quá trình Quá trình là s bi n i xãy ra trong h g n li n v i s thay i ít nh t 1 thông s tr ng ự ế đổ ở ệ ắ ề ớ ự đổ ấ ố ạ là s bi n i xãy ra trong h g n li n v i s thay i ít nh t 1 thông s tr ng ự ế đổ ở ệ ắ ề ớ ự đổ ấ ố ạ thái thái • Quá trình xãy ra áp su t không i (P= h ng s ) g i là quá trình ở ấ đổ ằ ố ọ Quá trình xãy ra áp su t không i (P= h ng s ) g i là quá trình ở ấ đổ ằ ố ọ ng ápđẳ ng ápđẳ , th tích không ở ể , th tích không ở ể i g i là quá trình đổ ọ i g i là quá trình đổ ọ ng tíchđẳ ng tíchđẳ và nhi t không i g i là quá trình ở ệ độ đổ ọ và nhi t không i g i là quá trình ở ệ độ đổ ọ ng nhi t…đẳ ệ ng nhi t…đẳ ệ • Quá trình thu n ngh chậ ị Quá trình thu n ngh chậ ị : là quá trình bi n i t tr ng thái này qua tr ng thái khác ( t 1ế đổ ừ ạ ạ ừ : là quá trình bi n i t tr ng thái này qua tr ng thái khác ( t 1ế đổ ừ ạ ạ ừ 2) → 2) → c g i là thu n ngh ch n u nh có th bi n i theo chi u ng c l i ( t 2đượ ọ ậ ị ế ư ể ế đổ ề ượ ạ ừ c g i là thu n ngh ch n u nh có th bi n i theo chi u ng c l i ( t 2đượ ọ ậ ị ế ư ể ế đổ ề ượ ạ ừ 1)→ 1)→ i qua đ i qua đ úng m i tr ng thái trung gian nh chi u thu n sao cho khi h tr v tr ng thái ban u đ ọ ạ ư ề ậ ệ ở ề ạ đầ úng m i tr ng thái trung gian nh chi u thu n sao cho khi h tr v tr ng thái ban u đ ọ ạ ư ề ậ ệ ở ề ạ đầ thì không còn t n t i m t bi n i nào trong chính h c ng nh môi tr ngồ ạ ộ ế đổ ệ ũ ư ườ thì không còn t n t i m t bi n i nào trong chính h c ng nh môi tr ngồ ạ ộ ế đổ ệ ũ ư ườ • Quá trình không thu n ngh chậ ị Quá trình không thu n ngh chậ ị là quá trình mà sau ó h và môi tr ng không th quay tr l i đ ệ ườ ể ở ạ là quá trình mà sau ó h và môi tr ng không th quay tr l i đ ệ ườ ể ở ạ tr ng thái ban uạ đầ tr ng thái ban uạ đầ [...]... dấu Qui ước: Toả nhiệt Thu nhiệt Q < 0 : Hệ tỏa nhiệt, Q > 0 : Hệ thu nhiệt A < 0 : Hệ nhận công, A > 0 : Hệ sinh công Slide 21 of 48 General Chemistry: HUI© 2006 3 Nhiệt dung và nhiệt dung mol a Nhiệt dung: là nhiệt lượng cần thiết để nâng một lượng chất nào đó lên 1 độ b Nhiệt dung riêng : là nhiệt cần thiết để nâng nhiệt độ 1g chất lên 1 độ K c Nhiệt dung mol: Nhiệt cần thiết để nâng nhiệt độ của 1... trong nhiệt lượng kế Nhiệt độ tăng từ 22.5’C o đến 25.7 C • Tính nhiệt dung riêng của mẫu hợp kim Cho (H2O (l) C= 4.18 Jg-1 oC-1 ) Slide 28 of 48 General Chemistry: HUI© 2006 6.3.3 Hiệu ứng nhiệt của các q trình hố học (Nhiệt hóa học) 1 Hiệu ứng nhiệt phản ứng: Nhiệt lượng toả ra hay thu vào của một phản ứng hóa học để làm thay đổi nội năng hay entanpi của hệ được gọi là hiệu ứng nhiệt phản ứng +Nếu nhiệt. .. đến nhiệt độ Slide 32 of 48 General Chemistry: HUI© 2006 3 Nhiệt tạo thành , nhiệt phân hủy và nhiệt đốt cháy a Nhiệt tạo thành (sinh nhiệt) của một hợp chất là hiệu ứng nhiệt của phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất ứng với trạng thái tự do bền vững nhất trong những điều kiện đã cho về áp suất và nhiệt độ Ví dụ: C (r) than chì + O2 (k) → CO2(k) ΔH0tt (CO2,k) = - 393,51 kJ/mol (ΔH0f) Nhiệt. .. nR(T2-T1) nhiệt Qp= ΔHp= nCp(T2-T1) • • • Đẳng nhiệt: Công AT do thể tích khí lý tưởng tỉ lệ nghòch với áp suất nên AT=- nRTln (V2/V1)= nRTln (P1/P2) Nhiệt Vì nội năng phụ thuộc vào nhiết độ nên ΔUT= 0  QT= -AT= nRTln(V2/V1) = nRTln (V1/V2) Slide 24 of 48 General Chemistry: HUI© 2006 Đo nhiệt dung P= hằng số ∆H = QP Qhệ = -Qmt - - Mơi trường xung quanh là nước và trong nhiệt lượng kế Qhệ = - (qnước + qnhiệt... năng của hệ Slide 16 of 48 General Chemistry: HUI© 2006 6.3.2 Các đại lượng nhiệt động: Nội năng, entanpi và nhiệt dung 1 Nội năng U và nhiệt đẳng tích Ví dụ Tức V1 = V2 ⇒ A = 0 Do đó: Qv = ∆UV Vậy sự tăng hay giảm nội năng của hệ đúng bằng nhiệt lượng hệ thu vào hay tỏa ra Slide 17 of 48 General Chemistry: HUI© 2006 2 Entanpi và Nhiệt đẳng áp Tức Pngoài = Pkhí = P trong đó Ap = P(V2 – V1) va ø Q = ΔU... 0 b Nhiệt phân hủy của một hợp chất là hiệu ứng nhiệt của phản ứng phân hủy 1 mol chất đó thành các đơn chất Ví dụ: H2O (l) → H2 (k) + 1/2O2 (k) ΔH0ph (H2O,l) = + 285,84 kJ/mol Slide 33 of 48 General Chemistry: HUI© 2006 Đònh luật Lavoisier-Laplace Nhiệt tạo thành và phân hủy của một hợp chất bằng nhau về trò số nhưng trái dấu Slide 34 of 48 General Chemistry: HUI© 2006 c Nhiệt đốt cháy (thiêu nhiệt) ... dùng để biến đổi nội năng goiï là hiệu ứng nhiệt đẳng tích còn để biến đổi entanpi gọi là hiệu ứng nhiệt đẳng áp Slide 29 of 48 General Chemistry: HUI© 2006 • • • • • + Đối với những quá trình xãy ra trong chất rắn và lỏng thì ∆ V thay đổi không đáng kể khi đó ∆ H = ∆ U + Với chất khí thì ∆ H = ∆ U + ∆ nRT + Ở P không đổi Hiệu ứng nhiệt của phản ứng ở một nhiệt độ xác đònh bằng tổng entanpi của sản... các chất gọi là phương trình nhiệt hóa học C (r) + O2 (k) → CO2 (k) , ∆H= -395,50kJ Slide 31 of 48 General Chemistry: HUI© 2006 2 Hiệu ứng nhiệt tiêu chuẩn • • Đại lượng này được tính đối với 1mol chất và ứng với điều kiện chuẩn của chất: là tất cả các chất tham gia vào phản ứng phải ở trạng thái bền, ở áp suất chuẩn 101,325 kPa (1atm) 0 0 Hiệu ứng nhiệt này gọi là hiệu ứng nhiệt chuẩn và ký hiệu ∆ H... General Chemistry: HUI© 2006 c Nhiệt đốt cháy (thiêu nhiệt) • • • • - Nhiệt đốt cháy là hiệu ứng nhiệt của phản ứng đốt cháy 1 mol chất bằng oxy để tạo thành sản phẩm cháy ở áp suất không đổi Ví dụ: CH4 (k) + 2O2 (k) = CO2 (k) + H2O (l) 0 ΔH đc (CH4,k) = - 212,7 kcal/mol -Nếu nhiệt đốùt cháy được qui về điều kiện tiêu chuẩn được gọi là nhiệt đốt cháy tiêu chuẩn, ký 0 hiệu ∆ H đc 298 Slide 35 of 48 General... General Chemistry: HUI© 2006 Nhiệt dung + Trường hợp đẳng áp: C trở thành Cp + Trường hợp đẳng tích: C trở thành Cv + Với hệ khơng có chất khí Cp= Cv + Hệ khí lý tưởng (1mol): Cp= Cv +R + Đối với hệ có 1mol và n mol thì nhiệt dung riêng trung bình là: Q Q C= = T2 − T1 ∆T nC.∆T = Q Slide 23 of 48 General Chemistry: HUI© 2006 4 Khí lý tưởng và ngun lý 1 • • Đẳng tích: công Av= 0; nhiệt Qv = ΔUv= nCv (T2-T1) . ngoài. H kínệ ChấtChất Chất Chất Nhiệt Nhiệt HUI© 2006General Chemistry:Slide 6 of 48 3. Hệ đọan nhiệt 3. Hệ đọan nhiệt Hệ đoạn nhiệt là hệ không trao đổi chất và nhiệt nhưng có thể trao đổi công. 2006General Chemistry:Slide 4 of 48 6 .2 6 .2 Khaùi niệm cơ bản sử dụng trong nhiệt động lực học và nhiệt hoá học 6.2.1. Hệ (nhiệt động ): là một vật thể hay nhóm vật thể được nghiên cứu và tách biệt. đại lượng nhiệt động: Nội năng, entanpi và nhiệt dung 1. Nội năng U và nhiệt đ ng tíchẳ Ví dụ Tức V 1 = V 2 ⇒ A = 0 Do đó: Qv = ∆U V Vậy sự tăng hay giảm nội năng của hệ đúng bằng nhiệt lượng