Bài Giảng Nhiệt Động Hóa Học và Dầu Khí - chuong1 potx

1 NHIT NG HOÁ HC VÀ HÓA KEO I HC QUC GIA HÀ NI I HC KHOA HC T NHIÊN KHOA HOÁ HC ******* Nguyn Xuân Hoàn Giithiu chung Kimtra, đánh giá: theo hình thcTínch Mctiêuhcphn: Các nguyên lí ca nhit đng hc ng dng các nguyên lí đóvàocânbng hoá hc, cân bng pha và dung dch Các kin thc v h phân tán và mt s tính cht Thigian: 30 gi (S TC = 3 ) (Lý thuyt : 70% –Bài tp: 30% -Thc hành thí nghim: Thctp Hoá Lý) Ni dung chi tit hcphn Phn 1: Nhit đng hóa hc Phn 1: Nhit đng hóa hc Phn 2: Hóa hccht keo Phn 2: Hóa hccht keo Ü M đu Ü Nguyên lý 1 caNhit đng hc Ü Nguyên lý 2 caNhit đng hc Ü Cân bng hóa hc Ü Nguyên lý 3 caNhit đng hc Ü Cân bng pha Ü M đu Ü Tính cht các h keo Ü S bnvng tng đicah keo Ü Giithiumts h thng keo Tài liuthamkho môn hc 1. TrnVn Nhân, NguynThcSu, NguynVnTu. Hóa lí, tpI vàtp II, Nhà xutbnGiáodc, Hà Ni, 1998. 2. V Ngc Ban. Giáo trình Nhit đng hoá hc, NXB i hc Quc gia, 2004. 3. Nguyn ình Hu. Giáo trình Hoá lý, Tp I và Tp II, NXB GD, Hà Ni, 2000. 4. Atkins P. W. Physical Chemistry, Part 1, Sixth Ed. Oxford University Press, 1998. 5. Trn Vn Nhân, Hóa keo, Nhà XB HQG Hà ni 6. http://www HÓA LÝ ? S hiubit Khoa hc Hóa hc Hóa lý Nhân loiXãhi (khoa hc) Vtlý Sinhhc Hóa Phân tích Hóa Vô c, Hc V mô (Macroscopis) Nhit đng hc Phân t (Molecular) Hóa hc lng t Phng pháp Ph Nhit đng hcthng kê ng hc Bin điCân bng Cu trúc HÓA LÝ ? 2 NHIT NG HÓA HC? ¬ Nghiên cu mqh gia nhitvàcácdng nng (c, đin, hóa,…) và s bin đitrng thái cah ¬ Tìm ra quy lut xy ra cho h nghiên cu ¬ Nghiên cuvàchng minh s tnti các nguyên lý 1, 2 và 3 ca NH ¬ ng dng các nglý đó vào cân bng hóa hc, cân bng pha và dung dch NHIT NG HÓA HC? ¬ Hiu ng nhitcaphn ng ¬ Chu hng và giihn caphn ng hóa hc (nh hng các yu t bên ngoài: P, T, V,… lên chuyndch cân bng caphn ng) ¬ Nghiên cucânbng pha (các qt nóng chy, bay hi,…) ¬ Nghiên cu tính cht dung dch và các ng dng thctinca các quy lut ¬ Quan tâm đn trng thái đu và cuicaphn ng 2 m m V a bV RT p − − = Sadi Carnot NHIT NG HÓA HC Máy hi nc: S quay bánh và trcnh vào s giãn n ca hi ncvàlà mtquátrình liên tip. Trong thct, cn phi có s mi ban đu cho bánh và trcquay. 2 m m V a bV RT p − − = Sadi Carnot NHIT NG HÓA HC Le Chaterlier Gibbs François-Marie Raoult KHÁI NIM •H (System) • Môi trng (Surrounding) • Không gian (Universe) H Môi trng Các loi H (Types of Systems) • H m - Open System • H kín - Closed System • H cô lp - Isolated System M M   K K í í n n Cô l Cô l   p p 3 KHÁI NIM Ü Trng thái (State) Hàm trng thái Ü Quá trình (Process) HÀM TRNG THÁI – HÀM QUÁ TRÌNH ? KHÁI NIM Ü Cân bng (Equilibrium) •Cânbng tnh •Cânbng đng KHÁI NIM Ü Các loi cân bng • Cân bng nhit (Thermal equilibrium) • Cân bng c hc (Mechanical equilibrium) • Cân bng pha (Phase equilibrium) • Cân bng hóa hc (Chemical equilibrium) Hàm trng thái và Phng trình trng thái Trng thái ca1 h đcxác đnh bitphp các thông s nh T, P, V, C Các thông s trng thái  mi trng thái ch có 1 giá tr xác đnh và ch ph thucvàotrng thái : gilàhàmtrng thái ¦ T 1 , P 1 , V 1 , C 1 T 2 , P 2 , V 2 , C 2 •Khí lý tng • Phtrình KLT R = 0.0820578 L atm K-1 mol-1 = 8.31451 J K-1 mol-1 Phng trình trng thái ca khí lý tng V nRT p = Các ht ging nhau có kích thc vô cùng nh so vi th tích cakhi khí và không tng tác vi nhau • Khí thc • Phtrình trng thái 2 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − − = V n a nbV nRT p Phng trình trng thái ca khí thc a,b : hng s  trng thái áp sut cao và nhit đ thp, lc tng tác giacácht trong khí (các phân t hay nguyên t) có nh hng đáng k trong các tính cht cakhí 4 Phng trình trng thái ca khí thc Khí thc: CO 2 2 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − − = V n a nbV nRT p • C-D-E: p = constant khi V m gim: cht lng và khí nm trong cân bng (ti áp sut hi) • A: Khí, E: Lng •Ti đim ti hn(T c , p c , V c ) pha khí và pha lng nm trong cân bng • Pha lng không hình thành khi nhit đ ln hn nhit đ ti hn (T c ) •T >T c thì PV gn nh không đi nên khí coi nh lý tng. KHÁI NIM Quá trình và chu trình • Quá trình • Chu trình (Cycle) State A State B i j k l KHÁI NIM Quá trình (bin đi) • Quá trình đng nhit • Quá trình đng áp • Quá trình đng tích • Quá trình đon nhit • Quá trình thun nghch • Quá trình không thun nghch Các dng Quá trình State A State B KHÁI NIM • Quá trình thun nghch Dn h liên tip qua các trng thái cân bng c đim c bn ca quá trình thun nghch là sau khi quá trình thchinta cóth đa h tr li trng thái đu mà môi trng xung quanh không chu1 bin đinào (không nhn và không mt công) State A State B i j k l KHÁI NIM • Quá trình thun nghch: Giãn n thun nghch khí System P H 1 2 P ext P Gim P ext P>P ext Cân bng Cân bng mi H 2 1 P Tng P ext P<P ext P ext P ext S trao đi nng lng Nng lng: Công Nhit Nng l ng cah bao gm: đng nng chuyn đng tnh tin cah, th nng tng tác c ah trong trng trng và nng lng niti bên trong h gilàni nng. NH thng xét nhng h không chuyn đng và không chutác đng ca trng ngoài, khi đóE h = U (Ni nng) Hình th ctruyn nng lng có liên quan đn s chuyn đng đnh hng ca c h Hình thcchuyn nng lng t h này sang h khác ch liên quan đn s tng c ng đ chuyn đng ca các phân t trong h nhn nng lng 5 S trao đi nng lng Trong NH, quy c: Ü H nhn nhitQ > 0 Ü H phát nhitQ < 0 Ü H  sinh công A > 0 (*) Ü H nhncôngA < 0 CaCO 3 CaO CO 2 Heat Heat Melting Ice Công A NhitQ (*): P. Atkin - H sinh công A < 0 S trao đi nng lng – Nhit •S truyn nhit • Nguyên lý 0 ca NH: T A =T B , T B =T C →T A =T C Nhit dung • Nhit dung ca1 h là t s gia lng nhith trao đivi bi n thiên tng ng nhit đ cah, • Nhi t dung có ý nghĩa là lng nhitcn thit đ nâng h lên 1 Kenvin, • Nhi t dung ca1 h không có giá tr xác đnh vì Q là hàm quá trình nên C ph thuc vào cách tin hành ca quá trình d n nhitvàoh; có giá tr xác đnh khi ch rõ đi u kin dn nhi t vào h. Q  dT ; C = dT Qδ Công giãn n P ext System dV 1 2 P P ext Áp sut V 1 V 2 Th tích ∫ = = dVPA dVPdA ext ext dxFdA ext = VPA ext Δ = nh nghiã Vtlý Nhit đng hc H sinh công A > 0 H thng th nguyên Ü mét (m) - đn v chiu dài, Ü kilôgam (kg) - đn v khi lng, Ü giây (s) - đn v thi gian, Ü mole (mol) - đn v lng cht Ü đ Kelvin (K) - đn v nhit đ theo nhit đng hc, Ü ampe - đn v cng đ dòng đin, Ü canđêla (cd) - đn v đ sáng, 7 đn v c bn là: H thng th nguyên Lc : n v là Niutn (N). 1N = 1 kg.m.s −2 Áp sut : n v là N.m −2 hay pascal (Pa) Th tích : n v là m 3 Nng lng : n v là Jun (J) 1J = 1N.m = 1 kg.m 2 .s −2 1 cal = 4,18 jun = 0,0413 l .atm = 413 cm 3 .atm 1 atmôtphe k thut (kí hiu at) = 9,81.104 N.m −2 = 0,981 bar . cuvàchng minh s tnti các nguyên lý 1, 2 và 3 ca NH ¬ ng dng các nglý đó vào cân bng hóa hc, cân bng pha và dung dch NHIT NG HÓA HC? ¬ Hiu ng nhitcaphn ng ¬ Chu hng và. xác đnh và ch ph thucvàotrng thái : gilàhàmtrng thái ¦ T 1 , P 1 , V 1 , C 1 T 2 , P 2 , V 2 , C 2 Khí lý tng • Phtrình KLT R = 0.0820578 L atm K-1 mol-1 = 8.31451 J K-1 mol-1 Phng. trình trng thái ca khí thc Khí thc: CO 2 2 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − − = V n a nbV nRT p • C-D-E: p = constant khi V m gim: cht lng và khí nm trong cân bng (ti áp sut hi) • A: Khí, E: Lng •Ti