CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ 1 CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC VÀ NHIỆT HÓA HỌC ppsx

Nhiệm vụ của nhiệt hoá học Nghiên cứu để TÍNH TOÁN ĐỊNH LƯỢNG HIỆU ỨNG NHIỆT của các quá trình Cơ sở lý thuyết của nhiệt hóa học nguyên lý I của nhiệt động lực học các định luật có liên

Chương I NGUYÊN LÝ MỘT CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC VÀ NHIỆT HÓA HỌC

I Các khái niệm và định nghĩa

II Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực họcIII Định luật Hess

IV Nhiệt dung

V Aûnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu ứng nhiệt

của phản ứng – Định luật Kirchhoff

GIỚI THIỆU

Nhiệt hóa học là khoa học nghiên cứu

HIỆU ỨNG NHIỆT của các quá trình hoá học

Nhiệm vụ của nhiệt hoá học

Nghiên cứu để TÍNH TOÁN ĐỊNH LƯỢNG

HIỆU ỨNG NHIỆT của các quá trình

Cơ sở lý thuyết của nhiệt hóa học

nguyên lý I của nhiệt động lực học

các định luật có liên quan (định luật Hess,

định luật Kirchhoff)

I CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA

HỆ: là phần vật chất vĩ mô được giới hạn đểnghiên cứu

MÔI TRƯỜNG: là phần thế giới xung quanh hệ

Môi trường và hệ

có thể tương

tác hoặc không

tương tác với nhau

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 là HỆ CÂN BẰNG

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

PHÂN LOẠI HỆ

Khi thay đổi (dù là rất nhỏ) một thông số, thì hệ sẽ

chuyển sang trạng thái khác

là tập hợp tất cả các thông số vĩ mô đặc trưngcho mỗi hệ

THÔNG SỐ TRẠNG THÁI:

là những đại lượng hóa lý vĩ mô đặc trưng chomỗi trạng thái của hệ

Ví dụ: T

pVmC

Cpρ

nhiệt độáp suấtthể tíchkhối lượngnồng độ

nhiệt dungkhối lượng riêng …

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: V = ∑V i ; m = ∑m i

2 loại thông số trạng thái:

là những đại lượng đặc trưng cho mỗi trạng tháicủa hệ, thường được biểu diễn hay tính toán

thông qua các thông số trạng thái

Ví dụ: Nội năng U = U(T, V, ni …)

Entropy S = S (T, p, ni …)

HÀM TRẠNG THÁI:

Khi thay đổi một thông số, thì hệ sẽ chuyển sang trạng thái khác, nghĩa là hệ đã thực hiện

một quá trình

là con đường mà hệ chuyển từ trạng thái này

sang trạng thái khác

PHA:

là tập hợp tất cả những phần đồng thể của hệ

có cùng tính chất hóa, lý ở mọi điểm

QUÁ TRÌNH:

NỘI NĂNG (U):

là tập hợp tất cả các dạng năng lượng tiềmtàng trong hệ

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

ΔU (biểu hiện ra bên ngoài)

U = f (V, T)

U là hàm trạng thái

là hai hình thức truyền năng lượng của hệ

là nhiệt mà hệ sinh (hay nhận) trong quá trìnhchuyển từ pha này sang pha khác

Ví dụ:

λnóng chảy = −λ đông đặc

λhóa hơi = −λ ngưng tụ

λthăng hoa = −λ ngưng kết

II NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT CỦA

NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC

Ý nghĩa: Nguyên lý bảo toàn năng lượng

“Trong một quá trình bất kỳ, biến thiên nộinăng ΔU của hệ bằng nhiệt lượng Q mà hệ nhậntrừ đi công A hệ sinh”

Δ U = Q – A (1.1)

(chỉ phụ thuộc vào trạng thái của hệ,

không phụ thuộc vào đường đi)

Khi áp dụng cho quá trình

VÔ CÙNG NHỎ: dU = δ Q − δ A (1.2)

Trong đó:

“d” biểu diễn cho vi phân toàn phần (tương ứng chohàm trạng thái)

“δ” biểu diễn cho biến thiên nhỏ của các đại lượng

U là một hàm trạng thái

Công cơ học :

Nhiệt hệ nhận trong quá trình đẳng tích bằng biến

thiên của nội năng U (hàm trạng thái)

a/ Quá trình đẳng tích (V = const hay dV = 0)

Nhiệt hệ nhận trong quá trình đẳng áp bằng biến

thiên của hàm enthalpy H

b/ Quá trình đẳng áp (p = const hay dp = 0)

H gọi là hàm enthalpy.

U, p và V là các hàm và thông số trạng thái,

nên H cũng là hàm trạng thái

ΔH = ΔU + Δ (pV)

Ý nghĩa của enthalpy H: là tập hợp các dạng nănglượng của hệ và bao gồm cả năng lượng để giữ ở điều

kiện đẳng áp

Xét hệ ngưng tụ:

(các chất ở trạng thái lỏng hay rắn): ΔH = ΔU

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

Nội năng của khí lý tưởng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ

III ĐỊNH LUẬT HESS

1 Định luật

“Trong một quá trình đẳng áp hay đẳng tích, nhiệt phản ứng chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầuvà trạng thái cuối mà không phụ thuộc vào cáctrạng thái trung gian (hay nói cách khác: khôngphụ thuộc vào quá trình)”

Định luật Hess mở rộng cho nguyên lý 1, được rút ratừ (1.3): Q v = ΔU và (1.4 ): Q p = ΔH

Ý nghĩa ĐL Hess: Năng lượng là thuộc tính của hệ, sự

biến đổi năng lượng chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu vàcuối, không phụ thuộc vào đường đi

Chú ý điều kiện: quá trình đẳng áp hay đẳng tích

(Để tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học)

b/ Nhiệt phản ứng bằng tổng nhiệt sinh của sảnphẩm (cuối) trừ đi tổng nhiệt sinh của các chấttham gia phản ứng (đầu)

(1.9)

ΔH pư = ∑ ΔH( )S cuối − ∑ ΔH( )S đầu

c/ Nhiệt phản ứng bằng tổng nhiệt cháy của chấttham gia phản ứng (đầu) trừ đi tổng nhiệt cháy củacác sản phẩm (cuối)

(1.10)

ΔH pư = ∑ ΔH( )ch đầu − ∑ ΔH( )ch cuối

2 HỆ QUẢ CỦA ĐỊNH LUẬT HESS

a/ ΔHthuận = –ΔHnghịch (1.8)

IV NHIỆT DUNG

1 Định nghĩa:

Nhiệt dung (C) là nhiệt lượng cần thiết cần cung cấp để nâng nhiệt độ của vật lên một độ (1 oC hay 1K) nhưng trong quá trình đó không xảy ra quá trình chuyển pha và quá trình phản ứng hóa học.

Đơn vị: cal.K –1 hay J K –1

Nhiệt dung riêng , đơn vị: cal.g–1 K –1 hay J.g –1 K–1

Nhiệt dung mol, đơn vị: cal.mol –1 K –1 hay

J.mol –1 K –1

Nhiệt dung thực:

Q là nhiệt lượng cần để nâng nhiệt độ của vật từ

T1 đến T2 (không có sự biến đổi chất và biến đổi

pha).

Q C

Nhiệt dung phụ thuộc vào nhiệt độ :

a i là các hệ số thực

nghiệm, được tra

trong Sổ tay hóa lý

Nhiệt dung đẳng áp:

Nhiệt dung đẳng tích:

Trong khoảng nhiệt độ hẹp:

Tính hiệu ứng nhiệt Q của 1 QUÁ TRÌNH

THAY ĐỔI NHIỆT ĐỘ TỪ T1 ĐẾN T2

(không phải quá trình chuyển pha hay quá trìnhhóa học):

V ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA PHẢN ỨNG –

Biểu thức tích phân của định luật Kirchhoff :

ΔHo là hằng số tích phân, về ý nghĩa có thể xem là

hiệu ứng nhiệt của phản ứng ở 0 K

Đây là biểu thức vi phân của định luật Kirchhoff

Bài tập: 1, 2, 3, 4, 6, 7, 9, 10, 11

trang 28 – 30