Giáo án điện tử hóa học: Nhiệt động họa trong hóa học ppsx

1 MỤC TIÊU MỤC TIÊU - Nghiên cứu các quy luật về sự biến chuyển tương hỗ của hóa năng và các dạng năng lượng khác trong các quá trình hóa học. - Nghiên cứu các điều kiện tự diễn biến (phản ứng hóa học) và các điều kiện bền vững (trạng thái cân bằng) của các hệ hóa học. NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC 2 MOÄT SOÁ KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN MOÄT SOÁ KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN • Hệ thống là 1 phần của vũ trụ mà ta quan tâm tới. • Môi trường là phần còn lại của vũ trụ. 3 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN  Hệ hóa học là lượng nhất đònh của một hay nhiều chất ở điều kiện nhiệt độ, áp suất và nồng độ nhất đònh(trong nghiên cứu nhiệt động học gọi là hệ thống - system)  Hệ mở là hệ trao đổi cả vật chất và năng lượng với mơi trường  Hệ kín là hệ chỉ trao đổi năng lượng với mơi trường  Hệ cô lập là hệ không có sự trao đổi n ng l ng ă ượ và v tậ chất với môi trường bên ngoài. 4 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN  Hệ đồng thể là hệ có các tính chất hóa học và vật lý giống nhau trong toàn bộ thể tích của hệ.  Hệ dò thể là hệ có bề mặt phân chia các phần của hệ thành những phần có tính chất hóa học và vật lý khác nhau.  Pha là phần đồng thể của hệ dò thể có thành phần , cấu tạo , tính chất nhất đònh và được phân chia với các phần khác bằng bề mặt phân chia nào đó. 5 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN  Nhiệt dung (C) của một chất là lượng nhiệt cần dùng để nâng nhiệt độ của một lượng xác đònh chất đó lên một độ.  Nhiệt dung riêng là lượng nhiệt cần dung để nâng một gam chất đó lên một độ.  Nhiệt dung phân tử là lượng nhiệt cần dùng để nâng một mol chất đó lên một độ.  Nhiệt dung đẳng áp là nhiệt dung của quá trình nâng nhiệt trong điều kiện đẳng áp, ký hiệu C P . 6  Nhiệt dung đẳng tích là nhiệt dung của quá trình nâng nhiệt trong điều kiện đẳng tích, Ký hiệu C V . Đối với khí lý tưởng, xét cho 1 mol khí thì: Cp=5R/2 ; Cv =3R/2; với R=8,3145 J/mol. độ  Ví dụ : Nhiệt dung riêng đẳng áp của nước trong khoảng 14,5 0 C – 15,5 0 C bằng 1 cal / g.độ , nhiệt dung phân tử đẳng áp của nước trong khoảng nhiệt độ này là 18,015 cal/mol. độ. 7 NĂNG LƯNG NĂNG LƯNG • Là thước đo độ vận động của vật chất. ng với những hình thái vận động khác nhau của vật chất chúng ta có những hình thái năng lượng khác nhau như thế năng, động năng, nội năng. • Hai dạng thể hiện của năng lượng đó là NHIỆT, và CÔNG • Lưu ý: không có giá trò năng lượng bằng 0 tuyệt đối mà chỉ có năng lượng bằng 0 ứng với một hệ quy chiếu chuẩn nào đó. 8 Đơn vò đo năng lượng Theo hê SI là Joule (J): Đôi khi dùng đơn vò calorie: 1 cal = 4.184 J Đơn vò Calory dinh dưỡng (Cal) (nutritional Calorie): 1 Cal = 1000 cal = 1 kcal ( )( ) J 1 s/m kg 1 m/s 1kg 2 22 2 2 1 2 2 1 = = == mvE k 9 NHIỆT NHIỆT • Nhiệt (q) là thước đo sự chuyển động hỗn loạn ( chuyển động nhiệt) của các tiểu phân tạo nên chất hay hệ. CÔNG CÔNG • Công (w) là thước đo sự chuyển động có trật tự và có hướng của các tiểu phân theo hướng của trường lực • CÔNG (W) = tích của lực (F)tác dụng lên vật làm vật di chuyển một quãng đường d w = F × d 10 NỘI NĂNG NỘI NĂNG • Nội năng (U) (Internal Energy) của hệ là năng lượng có sẵn , ẩn dấu bên trong hệ , bao gồm năng lượng chuyển động tònh tiến , chuyển động quay của các phân tử , chuyển động quay và chuyển động giao động của các nguyên tử và nhóm nguyên tử bên trong phân tử và tinh thể, chuyển động của electron trong nguyên tử , năng lượng bên trong hạt nhân. [...]... khi ∆n ≠ 0 thì ∆H ≠ ∆U 22 Enthalpy ∆H = Hcuối - Hđầu = qP 23 NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC Quá trình thu nhiệt và tỏa nhiệt Thu nhiệt: : hấp thu nhiệt từ môi trường Vd: quá trình bay hơi của chất lỏng Toả Nhiệt: tỏa nhiệt ra môi trường Vd: Hoà tan H2SO4 trong nước Phản ứng cháy cacbon 24 Entanpi của phản ứng hóa học CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g) ∆H = -802 kJ 2CH4(g) + 4O2(g) → 2CO2(g) + 4H2O(g)... LUẬT HESS Hệ quả 1: Nhiệt phân hủy của 1 hợp chất có giá trò tuyệt đối đúng bằng nhiệt hình thành của hợp chất đó nhưng ngược dấu Ví dụ: H2 (khí) + O2 (khí) = H2O (lỏng) có ∆H = -268 KJ Vây nhiệt hình thành của H2O là ∆H0f = - 268 KJ/mol Nhiệt phân hủy của H2O (lỏng) thành H2 (khí) + O2 (khí) là +268 KJ/mol 28 ∆H1 = ∆H2 + ∆H3 29 Phương trình nhiệt hóa học: • Một phương trình nhiệt hóa học phải bao gồm:...Năng lượng của hệ: bao gồm tổng của Động năng, Thế năng, và Nội năng của hệ Đối với các phản ứng hóa học, sự biến đổi động năng và thế năng của hệ là không đáng kể do đó ta chỉ quan tâm đến Nội năng 11 NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC  Nếu trong quá trình nào đó mà có một dạng năng lượng đã mất đi thì thay cho nó phải có một dạng năng... 17 ENTHALPY • Khi cung cấp cho hệ một lượng nhiệt q thì trong trường hợp tổng quát nhiệt năng này sẽ được dùng để làm tăng nội năng ( phần nội năng tăng thêm ký hiệu là ∆U) và để thực hiện công w chống lại các lực bên ngoài tác dụng vào hệ • Đònh luật thứ nhất của nhiệt động học có thể biểu diễn bằng biểu thức toán học sau q = ∆U - w = ( U2 – U1) – w • • Trong đó , công w đối với các quá trình (chủ... gồm:  Phương trình phản ứng hóa học  Trạng thái hóa chất ( rắn, lỏng, khí,…)  Điều kiện thí nghiệm ( nhiệt độ, áp suất,…)  Nhiệt lượng trao đổi trong phản ứng qp hay qv • Chú ý: Nhiệt lượng trao đổi trong phản ứng bao giờ cũng tương ứng với giả thiết là phản ứng xảy ra hoàn toàn không kèm theo phản ứng phụ • Ví dụ: ∆Ho298K=-110.5 kJ • C (r) + 1/ 2 O2 (k) → CO(k) • ( nhiệt phản ứng tỏa ra là 110.5... 2 (Đònh Luật Hess) Hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học bằng tổng nhiệt hình thành của các sản phẩm trừ đi tổng nhiệt hình thành của tác chất ∆Hopư = Σ n∆Hof sản phẩm - Σ m∆Hof tác chất 31 Enthalpy mol chuẩn thức ( sinh nhiệt mol, nhiệt tạo thành mol chuẩn-heat of formation) ∆ Hof  Enthalpy mol chuẩn thức của một hợp chất là hiệu ứng nhiệt của phản ứng tạo thành 1 phân tử gam (1 mol) chất đó từ các... được cung cấp nhiệt , U2 là nội năng của hệ sau khi đã được cung cấp nhiệt 18 ENTHALPY • Gọi H1 là enthalpy của trạng thái ban đầu của hệ , H2 là enthalpy của trạng thái cuối cùng của hệ thì chúng ta thu được công thức • qp = H2 – H1 = ∆H • Như vậy ∆H là hiệu ứng nhiệt của các quá trình hóa học trong điều kiện áp suất không đổi ( điều kiện đẳng áp) 19 ENTHALPY • Nếu trong quá trình hệ thu nhiệt của môi... 2H2O(g) ∆H = -802 kJ 2CH4(g) + 4O2(g) → 2CO2(g) + 4H2O(g) ∆H = -1604 kJ CO2(g) + 2H2O(g) → CH4(g) + 2O2(g) DH = +802 kJ H2O(g) → H2O(l) DH = -88 kJ 25 TÍNH TOÁN HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC ĐỊNH LUẬT HESS • “Hiệu ứng nhiệt của quá trình hóa học chỉ phụ thuộc vào bản chất và trạng thái của các chất đầu và sản phẩm cuối chứ không phụ thuộc vào đường đi của quá trình” 26 Ví dụ: Từ Cacbon và Oxy có... năng lượng)  Mối liên hệ giữa Nhiệt và Công – Năng lượng không tự sinh ra và không tự mất đi – Năng lượng của (hệ thống + môi trường) là một hằng số – Khi một hệ bò biến đổi (vật lý hay hóa học) , nội năng của hệ thay đổi tùy thuộc vào lượng nhiệt và công hệ trao đổi với môi trường : ∆U = q + w 12 Qui ước về dấu q: + khi hệ thu nhiệt từ môi trường ngoài, – khi hệ tỏa nhiệt ra môi trường ngoài w: +... NHIỆT TẠOTHÀNH (∆ H0f) Nhiệt tạo thành của các đơn chất bền = 0 34 Thiêu nhiệt mol chuẩn (nhiệt đốt cháy-heat of combustion) ∆ Hoc • Thiêu nhiệt mol chuẩn (nhiệt đốt cháy) là hiệu ứng nhiệt của phản ứng đốt cháy hoàn toàn 1 mol chất bằng oxygen ở điều kiện chuẩn + 6 H2O(k) • C6H12O6 (aq) + 6 O2 (k) → 6 CO2(k) • ∆Ho =-2816 kJ • Nhiệt đốt cháy của đường glucoz la:ø ∆Hoc =-2816 kJ.mol-1 35 C (r) + O2 (k) . bên trong hệ , bao gồm năng lượng chuyển động tònh tiến , chuyển động quay của các phân tử , chuyển động quay và chuyển động giao động của các nguyên tử và nhóm nguyên tử bên trong phân tử. ứng hóa học) và các điều kiện bền vững (trạng thái cân bằng) của các hệ hóa học. NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC 2 MOÄT SOÁ KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN MOÄT SOÁ KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN • Hệ thống là. độ.  Nhiệt dung phân tử là lượng nhiệt cần dùng để nâng một mol chất đó lên một độ.  Nhiệt dung đẳng áp là nhiệt dung của quá trình nâng nhiệt trong điều kiện đẳng áp, ký hiệu C P . 6  Nhiệt