giáo trình nguyên lý II nhiệt động học

III/ Giảng bài mới Các nội dung giảng Thời gian (phút) Phương pháp Hoạt động của ngừơi dạy Hoạt động của người học Phương tiện, đồ dùng dạy học 1/ Nguyên lý II của nhiệt động học Đó là nội dung nguyên lý II của nhiệt động học. Nguyên lý II còn có thể phát biểu: “Nhiệt không thể tự ý truyền từ vật lạnh sang vật nóng ” 2/ Áp dụng nguyên lý II vào hóa học 2.1/ Entropy (S): Là thứơc đo mức độ hỗn nloạn của trạng thái của hệ. Biểu thức toán học: ∆≥ ∫ 2 1 T T T dQ Dấu bằng áp dụng cho quá trình thuận nghịch. Dấu >: áp dụng cho quá trình thuận nghịch. Để đặt trưng cho trạng thái của hệ thuận lợi hơn, người ta dùng đại lượng entropy (S). S= klnW = W N R ln 3 10 Thuyết trình Thuyết trình Đặt vấn đề vào bài: Có nhiều biến đổi hóa lý mà nguyên lý I nhiệt động học không giải quyết được, do đó cần có một nguyên lý thứ hai để giải quyết các biến đổi này. Nguyên lý II dựa trên biến đổi Entropi để xác định chiều biến đổi xảy ra tự nhiên. Người học lắng nghe, chi lại kiến thức Chú ý lắng nghe, ghi lại kiến thức Máy chiếu, Bảng, phấn K: hằng số Boltman, k = 1,38. 10-33 R: hằng số khí N: số Avogadro W: Xác suất trạng thái của hệ Do chuyển động nhiệt các phân tử có khuynh hướng làm tăng Entropy của hệ. ∆S = S 2 – S 1 >0 ∆S: có thứ nguyên năng lượng/ mol. độ (Kcal/mol.độ, j/ mol.đô …) 2.2/ Dự đoán chiều hướng của phản ứng. Thực nghiệm cho thấy : chiều tự diễn biến hóa học được xác định bằng sự tác động tổng hợp của hai yếu tố: khuynh hướng chuyển hệ về trạng thái có mức năng lượng nhỏ nhất và khuynh hướng đạt đến trạng thái có xác suất lớn nhất. Một vài quá trình thu nhiệt vẫn có thể tự diễn biến. 2.3/ Trong phản ứng hóa học a. Trong phản ứng hóa học ∆S = ∑S sản phẩm - ∑S tác chất b. Trong quá trình giãn nở (nén) đẳng nhiệt (với khí lí tưởng): ∆S = nRln 1 V2 V = -nRln 1 2 P P 3 5 Thuyết trình Thuyết trình Cho một vài ví dụ thực tế Trong hệ cô lập phản ứng diễn ra kèm theo sự tăng entropy ∆S >0 Chú ý lắng nghe, ghi lại kiến thức Lắng nghe, ghi lại kiến thức c/ trong quá trình thay đổi nhiệt độ: Nếu trong khoảng nhiệt độ T 1 và T 2 mà C p = const thì: ∆S = Cpln 1 2 T T Nếu trong khoảng nhiệt độ T 1 và T 2 mà Cv = const thì: ∆S = C p ln 1 2 T T 3/ Chiều và giới hạn của quá trình hóa học a/ Năng lượng tự do Gibbs (G) Năng lượng tự do (thế đẳng nhiệt đẳng áp) Một số tính chất: - Thế đẳng nhiệt, đẳng áp là một hàm trạng thái, nghĩa là trị số của nó chỉ phụ thuộc vào trạng thái của hệ. - Trong một hệ, quá trình có thể tự xảy ra mà không cần tiêu tốn công ngoài kèm theo sự giảm thế năng đẳng áp của hệ. ∆G = G 2 – G 1 <0 - Nếu sau một quá trình biến đổi hệ đạt tới trạng thái ổn định ∆G = 0 b/ Tính ∆G của phản ứng hóa học ∆G p/ư = Σ∆G sp - Σ∆G tc Ví dụ: tính hiệu ứng nhiệt của phản 4 10 Thuyết trình Thuyết trình, Ví dụ 2: tính ∆H, ∆U, ∆S, ∆G của phản ứng: ZnO (r) + CO (k) = Zn (r) + CO 2(k) ở 298 o K Cho biết: Lắng nghe ghi lại kiến thức Suy nghĩ trả lờii câu hỏi ứng: C 2 H 4(k) + H 2(k) →C 2 H 6(k) ở 298 o K Biết C 2 H 4 (k) C 2 H 6 (k) ∆H(KJ/mol) 52,30 -84,68 c/ Biểu thức toàn học thế đẳng áp. Để quá trình tự xảy ra: ∆G < 0 Mặt khác, nếu dùng H và T.S để biểu thị khuynh hướng tư biến đổi của hệ, ta có: ∆H <0; và T. ∆S >0 Phối hợp hai điều kiện lại: ∆H – T. ∆S <0 Để đạt trạng thái cân bằng: ∆G = 0(*) ∆H = T. ∆S Hay ∆H – T. ∆S = 0 (*’) => Khi đó: G 2 – G 1 = (H 2 – H 1 ) – (TS 2 – TS 1 ) Hay G 2 – G 1 = (H 2 – TS 2 ) – (H 1 – TS 1 ) Vậy biểu thức toán học: Vậy tiêu chuẩn để quá trình tự xảy 7 phát vấn Thuyết trình ZnO(r) ∆H o 298(KJ/mol) -349 ∆S o 298(KJ/mol) 43,5 CO (k) Zn (r) CO 2(k) -110,5 0 -393,51 197,4 41,6 213,6 Lắng nghe ghi lại kiến thức ∆G = ∆H – T. ∆S G = H – T. S ra là: ∆G <0 Hay ∆H – T.∆S <0 d/ Dự đoán chiều hướng diễn ra của phản ứng Trong hệ đẳng nhiệt, đẳng áp quá trình sẽ tự diễn ra nếu thế đẳng áp giảm và hệ đạt trạng thái cân bằng khi thế đẳng áp không thay đổi Muốn cho quá trình tự xảy ra theo chiều thuận thì: ∆G <0 Hay ∆H - T∆S <0 4 Thuyết trình Lắng nghe ghi lại kiến thức . học Đó là nội dung nguyên lý II của nhiệt động học. Nguyên lý II còn có thể phát biểu: Nhiệt không thể tự ý truyền từ vật lạnh sang vật nóng ” 2/ Áp dụng nguyên lý II vào hóa học 2.1/ Entropy. III/ Giảng bài mới Các nội dung giảng Thời gian (phút) Phương pháp Hoạt động của ngừơi dạy Hoạt động của người học Phương tiện, đồ dùng dạy học 1/ Nguyên lý II của nhiệt động học Đó là. W N R ln 3 10 Thuyết trình Thuyết trình Đặt vấn đề vào bài: Có nhiều biến đổi hóa lý mà nguyên lý I nhiệt động học không giải quyết được, do đó cần có một nguyên lý thứ hai để giải quyết các biến đổi này. Nguyên