chuong 1 nhiet dong hoc

1 CHƯƠNG I MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ PHẢN ỨNG HÓA HỌC NHIỆT ĐỘNG HỌC VÀ CHIỀU PHẢN ỨNG Department of Inorganic Chemistry - HUT 1. Điều kiện xảy ra phản ứng hóa học 2. Mối liên hệ giữa ΔG của phản ứng hóa học với các đại lượng nhiệt động khác 2.1. Công thức tổng quát cho mọi phản ứng 2.2. Công thức tổng quát cho mọi phản ứng ở điều kiện chuẩn 2.3. Công thức tính ΔG cho phản ứng oxi hóa-khử xảy ra trong dung dịch nước 3. Mối liên hệ giữa các đại lượng nhiệt động của phản ứng hóa học với nhiệt độ 3.1. Công thức ΔG phụ thuộc vào nhiệt độ 3.2. Công thức hằng số cân bằng K phụ thuộc vào nhiệt độ 3.3. Sự phụ thuộc của entanpi phản ứng ΔH vào nhiệt độ 3.4. Sự phụ thuộc của entropy phản ứng ΔS vào nhiệt độ 4. Mối liên hệ giữa chiều của phản ứng hóa học với năng lượng liên kết 4.1. Sự liên hệ giữa ΔH của phản ứng với năng lượng liên kết 4.2. Sự liên hệ giữa ΔS của phản ứng vào năng lượng liên kết 5. Thuyết axit-bazo 2 Điều kiện xảy ra phản ứng hóa học C gr + O 2 (k)  CO 2 (k) Nhiệt động hóa học: phản ứng hóa học xảy ra theo chiều giảm thế đẳng áp của quá trình ΔG < 0 Số liệu tính ΔG của phản ứng hóa học có tương đối đầy đủ trong các Handbook  có thể tính toán về mặt lý thuyết khả năng xảy ra của phản ứng. Động hóa học: tốc độ phản ứng hóa học xảy ra phải đủ lớn v >> 0 Tốc độ phản ứng hóa học = f(nhiệt độ, xúc tác, nồng độ, dung môi …) nên khó có thể dự đoán tốc độ của phản ứng (trừ một số phản ứng xảy ra nhanh ở nhiệt độ phòng như phản ứng giữa trugn hòa axit-bazo, phản ứng tạo kết tủa trong dung dịch chất điện ly …). Do đó tốc độ của phản ứng hóa học phải xác định bằng thực nghiệm. Năng lượng hoạt hóa càng nhỏ thì tốc độ phản ứng càng lớn, nhưng số liệu của năng lượng hoạt hóa của phản ứng công bố trong các Handbook có rất hạn chế. 700 o C molkJG o /38.394 298 −=∆ 3 Mối liên hệ giữa ΔG của phản ứng hóa học với các đại lượng nhiệt động khác Công thức tổng quát cho mọi phản ứng [ ] JGGSTHG tg stg sp ssp ∑∑ ∆−∆=∆−∆=∆ ,, K RTG π ln=∆ K – hằng số cân bằng của phản ứng Π – tính giống như K nhưng lấy ở điều kiện bắt đầu phản ứng R – hằng số khí lý tưởng, R = 8.314 [J/molK] ΔG – biến thiên thế đẳng áp của phản ứng [J] ΔH – entanpi của phản ứng [J] ΔS – biến thiên entropi của phản ứng [J/K] 4 Mối liên hệ giữa ΔG của phản ứng hóa học với các đại lượng nhiệt động khác [ ] JGGSTHG tg stg sp ssp ooo oo ∑∑ ∆−∆=∆−∆=∆ ,, n N n n i i n n cp PK n P KRTKK ∆ ∆ = ∆ =             == ∑ 1 )( Ở điều kiện chuẩn: P = 1 atm, C = 1M p o KRTG ln−=∆ R = 0.082 latm/molK P – áp suất chung hệ phản ứng khi cân bằng [atm] Σn i – tổng số mol khí có mặt trong phản ứng khi cân bằng Δn – hiệu số mol khí của sản phẩm và số mol khí của chất tham gia K p , K c – chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ Phản ứng thuận nghịch Nncp KKKKn ===⇔=∆ 0 5 Mối liên hệ giữa ΔG của phản ứng hóa học với các đại lượng nhiệt động khác K RTnFEG π ln=−=∆ bKHneaOXH =+ Công thức tính ΔG cho phản ứng oxi hóa-khử xảy ra trong dung dịch nước p oo KRTnFEG ln−=−=∆ b a o KHOXHKHOXH KH OXH nF RT ][ ][ lg // += εε n – số e trao đổi giữa chất OXH và chất KH trong phản ứng F – hằng số Faraday, F ~ 96500 C/mol E = ε OXH – ε KH , ε OXH thế khử của cặp OXH-KH có dạng OXH tham gia phản ứng ε KH thế khử của cặp OXH-KH có dạng KH tham gia phản ứng 6 Mối liên hệ giữa ΔG của phản ứng hóa học với các đại lượng nhiệt động khác )(2 2 rCueCu =+ + Công thức tính ΔG cho phản ứng oxi hóa-khử xảy ra trong dung dịch nước Phản ứng có chất rắn hoặc chất lỏng không tan trong nước Phản ứng có chất khí Phản ứng có tham gia của môi trường [ ] + += ++ 2 // lg 2 059.0 22 Cu o CuCuCuCu εε + =− HekH 22)( 2 2 22 2 // ][ lg 2 059.0 H o HHHH p H + += ++ εε OHMnHeMnO 2 2 4 485 +=++ ++− ][ ]][[ lg 5 059.0 2 8 4 // 2 4 2 4 + +− += +−+− Mn HMnO o MnMnOMnMnO εε 7 b a o KHOXHKHOXH KH OXH nF RT ][ ][ lg // += εε Ý nghĩa của Thế điện cực (thế khử) chuẩn Thế khử chuẩn: trong môi trường acid pH = 0 Thế khử chuẩn: trong môi trường bazo pH = 14 Thế khử chuẩn càng lớn thì chất oxi hóa sẽ càng mạnh và chất khử sẽ càng yếu 1. Sức điện động của pin = thế của điện cực dương – thế của điện cực âm. 2. Kim loại có thế điện cực chuẩn < 0 có thể tan trong dung dịch acid loãng giải phóng hydro. 3. Kim loại có thế điện cực chuẩn bé đẩy được kim loại có thế điện cực chuẩn lớn hơn ra khỏi dung dịch muối của nó. 8 Mối liên hệ giữa các đại lượng nhiệt động của phản ứng hóa học với nhiệt độ ∫ ∆ −= ∆ − ∆ ⇔ ∆ −=       ∆ ∂ ∂ 2 1 12 2 12 2 T T T TT P dT T H T G T G T H T G T ∫ ∆ −=⇔ ∆ =       ∂ ∂ 2 1 1 2 22 1 ln ln T T o T P P o T P P dT T H RK K RT H T K T T o ∫ ∑∑ ∫ −+∆=∆+∆=∆ 2 1 1 2 1 12 )( ,, T T tg tgP sp spPT T T PTT dTCCHdTCHH ∫ ∆ +∆=∆ 2 1 12 T T P TT dT T C SS Phương trình R. Kirchhoff Phương trình Gibbs-Helholtz Phương trình đẳng áp Van’t Hoff . độ ∫ ∆ −= ∆ − ∆ ⇔ ∆ −=       ∆ ∂ ∂ 2 1 12 2 12 2 T T T TT P dT T H T G T G T H T G T ∫ ∆ −=⇔ ∆ =       ∂ ∂ 2 1 1 2 22 1 ln ln T T o T P P o T P P dT T H RK K RT H T K T T o ∫ ∑∑ ∫ −+∆=∆+∆=∆ 2 1 1 2 1 12 )( ,, T T tg tgP sp spPT T T PTT dTCCHdTCHH ∫ ∆ +∆=∆ 2 1 12 T T P TT dT T C SS Phương. ] JGGSTHG tg stg sp ssp ooo oo ∑∑ ∆−∆=∆−∆=∆ ,, n N n n i i n n cp PK n P KRTKK ∆ ∆ = ∆ =             == ∑ 1 )( Ở điều kiện chuẩn: P = 1 atm, C = 1M p o KRTG ln−=∆ R = 0.082 latm/molK P – áp suất chung hệ phản ứng khi cân. trường acid pH = 0 Thế khử chuẩn: trong môi trường bazo pH = 14 Thế khử chuẩn càng lớn thì chất oxi hóa sẽ càng mạnh và chất khử sẽ càng yếu 1. Sức điện động của pin = thế của điện cực dương – thế