Hoá lý là một môn khoa học tổng hợp, liên ngành, nghiên cứu mối quan hệ tương hỗ giữa hai dạng biến đổi hóa học và vật lý vật chất, nghiên cứu mối quan hệ và sự phụ thuộc giữa các tính chất hóa – lý với thành phần hóa học, với cấu tạo của vật chất, trong đó bao gồm các nghiên cứu cơ chế, tốc độ của các quá trình hoá học và các yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến các quá trình đó. Sự hiểu biết về cấu trúc, năng lượng và cơ chế phản ứng để lý giải các quy luật diễn biến của một quá trình hóa học là nhiệm vụ hàng đầu của môn học Hoá Lý. Nói cách khác, nắm chắc các kiến thức Hoá lý sẽ giúp các nhà khoa học hiểu sâu sắc hơn về bản chất của quá trình hoá học. Muốn hiểu được điều này không thể không tinh thông lý thuyết cũng như việc giải các bài tập Hóa lý. Làm được như vậy không hoàn toàn đơn giản chút nào bởi vì từ lý thuyết đến bài tập là cả một chặn đường quanh co khúc khuỷu phải tốn không ít công sức mới vượt qua nổi?
BÀI GIẢNG HĨA LÝ I Bài giảng: Hóa lý Trang LỜI NÓI ĐẦU Hoá lý môn khoa học tổng hợp, liên ngành, nghiên cứu mối quan hệ tương hỗ hai dạng biến đổi hóa học vật lý vật chất, nghiên cứu mối quan hệ phụ thuộc tính chất hóa – lý với thành phần hóa học, với cấu tạo vật chất, bao gồm nghiên cứu chế, tốc độ trình hoá học yếu tố bên ảnh hưởng đến trình Sự hiểu biết cấu trúc, lượng chế phản ứng để lý giải quy luật diễn biến trình hóa học nhiệm vụ hàng đầu môn học Hoá Lý Nói cách khác, nắm kiến thức Hoá lý giúp nhà khoa học hiểu sâu sắc chất trình hoá học Muốn hiểu điều không tinh thông lý thuyết việc giải tập Hóa lý Làm không hoàn toàn đơn giản chút từ lý thuyết đến tập chặn đường quanh co khúc khuỷu phải tốn không công sức vượt qua nổi? Để dễ dàng cho sinh viên học tập, trình bày lý thuyết số dạng tập về: Chương Năng lượng trình hóa học Chương Chiều hướng diễn biến trình Chương Cân hóa học - Cân pha Chương Dung dòch Chương Điện cực pin điện Ngày nay, Hoá lý trở thành môn học chương trình giảng dạy cho sinh viên học chuyên ngành Hoá học liên quan đến Hoá học Bài giảng dùng cho sinh viên lớp Cao đẳng Công nghệ Hoá tham khảo để phục vụ cho việc học tốt Bài giảng: Hóa lý Trang PHỤ LỤC Để thuận tiện việc giải tập hoá lý, người ta phải dùng đại lượng liên quan đơn vò thống Đó hệ đơn vò SI Hệ đơn vò thông qua Đại hội cân đo quốc tế năm 1960 Dưới tóm lược số dẫn quan trọng có liên quan đến hệ đơn vò SI A- HỆ ĐƠN VỊ CƠ SỞ Gồm hệ đơn vò sở STT Tên đại lượng Đơn vò Ký hiệu Chiều dài met m Thời gian giây s Khối lượng kilogam kg Lượng chất mol mol Nhiệt độ kelvin K Cường độ dòng điện ampe A Cường độ ánh sáng canđela Cd B- MỘT SỐ ĐƠN VỊ SI DẪN XUẤT HAY DÙNG STT Tên đại lượng Lực Đơn vò Ký hiệu Theo đònh nghóa nuiton N kgms-2 Bài giảng: Hóa lý Trang STT Tên đại lượng Đơn vò Ký hiệu Theo đònh nghóa pátxcat Pa kg.m-1.s-2 (N/m2) p suất Năng lượng jun J kg.m2.s2 Công suất oát W kg.m2.s-1 (J/s) Điện tích culông C A.s Điện von V J/As (J/C) Tần số héc Hz s-1 C-MỘT SỐ ĐƠN VỊ KHÁC HAY SỬ DỤNG CẦN CHUYỂN VỀ HỆ SI STT Tên đại lượng Chiều dài Thể tích Đơn vò Ký hiệu Hệ số chuyển đổi SI micromet µm 10 m nanomet n.m 10 m angstrom A lit l -6 -9 -10 m -3 10 10 m celsius Nhiệt độ Thời gian p suất 0 C TK = C + 273,15 phút 60s h 3600s atmsphe atm 1,013.10 Pa bar bar 10 Pa ≈ 1atm torr torr 133,322 Pa (bách phân) 5 Bài giảng: Hóa lý STT Trang Tên đại lượng Đơn vò Ký hiệu Hệ số chuyển đổi SI milimet thuỷ ngân mm Hg 133,322 Pa ec erg 10 J calo cal 4,184 J oat.giờ W.h 3600 J electron-von eV Đơn vò tónh điện ues CGS 10 −19 C 2,9979 debey D 10 − 29 C 2,9979 dyn 10 N Năng lượng Điện tích Momen lưỡng cực (đơbai) Lực dyn -7 -19 1,602.10 J -5 D- CÁC HẰNG SỐ VẬT LÝ HAY DÙNG Hằng số STT Đơn vò khối lượng nguyên tử Ký hiệu u Giá trò theo SI -27 1,660.10 kg -1 -1 8,3145 J.mol K Hằng số khí R -1 8,3145 m Pa.mol -1 -1 0,082 latm.mol K -1 -1 1,987 cal.mol K Hằng số Avogadro NA 23 -1 6,02214.10 mol Bài giảng: Hóa lý STT Trang Hằng số Ký hiệu Giá trò theo SI Hằng số Faraday F = N A e Điện tích electron e Hằng số Boltzmann Hằng số Planck -1 96485,3 C.mol -19 1,602.10 C -23 k=R/N A -1 1,38066.10 J.K -34 h 6,62608.10 Js Khối lượng electron me 9,10939.10 kg Khối lượng proton mp 1,672623.10 kg 10 Khối lượng nơtron mn 1,672623.10 kg 11 Tốc độ ánh sáng C -31 -27 -27 E- TƯƠNG QUAN GIỮA MỘT SỐ ĐƠN VỊ NĂNG LƯNG J cal J 0,239 6,25.10 cal 4,184 2,62.10 eV cm -1 -19 1,6.10 11,96 eV -2 -1 2,99792458.10 ms cm -1 18 5,034.10 22 19 2,105.10 23 3,82.10 8,067.10 2,859 1,24.10 -3 Chương 1: Năng lượng q trình hóa học Trang Chương 1: NĂNG LƯNG CỦA CÁC QUÁ TRÌNH HÓA HỌC 1.1- Nguyên lý thứ nhiệt động học 1.1.1- Một số khái niệm đònh nghóa Cần đưa số khái niệm chung thống nhất, khái niệm thống giảng này: a) Hệ - Đònh nghóa: hệ phần vật chất vó mô giới hạn lại để nghiên cứu Phần giới xung quanh gọi môi trường - Phân loại: + Hệ mở: hệ trao đổi chất lượng (nhiệt công) với môi trường + Hệ đóng: hệ không trao đổi chất, song trao đổi nămg lượng với môi trường + Hệ cô lập: hệ khả trao đổi vật chất lượng với môi trường + Hệ đoạn nhiệt: hệ không trao đổi nhiệt với môi trường bên Hệ cô lập hệ đoạn nhiệt + Hệ nhiệt động (hệ cân bằng): hệ mà tính chất vó mô không thay đổi theo thời gian môi trường không tác động đến hệ Một hệ cô lập chưa trạng thái cân sơm muộn đạt tới trạng thái cân b) Trạng thái: Chương 1: Năng lượng q trình hóa học Trang - Đònh nghóa: trạng thái tập hợp tính chất vó mô hệ Sự thay đổi dù tính chất vó mô đưa hẹ chuyển từ trạng thái sang trạng thái khác - Phân loại: + Thông số trạng thái: đại lượng vật lý vó mô đặc trưng trạng thái hệ (T, P, V, m, C….) Thông số trạng thái chia làm loại Thông số cường độ: thông số không phụ thuộc vào lượng chất như: Nhiệt độ, áp suất, mật độ,… Thông số dung độ: thông số phụ thuộc vào lượng chất như: Thể tích, khối lượng, nội năng, … Với hệ khí lý tưởng thông số dung độ có tính cộng tính nghóa dung độ hệ tổng dung độ hợp phần: V hệ = ΣV i ; U hệ = ΣU i + Hàm trạng thái: đại lượng đặc trưng cho trạng thía hệ thường biểu diễn hàm số thông số trạng thái U = f (T, p, n i ….) S = f(T, p, n i … ) c) Qúa trình: đường chuyển từ trạng thái sang trạng thái khác Sự thay đổi dù thông số trạng thái làm thay đổi trạng thái hệ thực trình Nếu sau số biến đổi hệ trởû trạng thái ban đầu gọi trình kín (hay chu trình) d) Công nhiệt: hai hình thức truyền lượng hệ Trong nhiệt động học người ta qui đònh dấu sau: Công (A) Nhiệt (Q) Hệ sinh >0 [...]... bằng nhiệt các chất cu i (G, D, …) thì nhiệt phản ứng được g i là hiệu ứng nhiệt đẳng tích, ký hiệu là ∆U (Q V ) Đ i v i hoá học, ngư i ta quy ước: q > 0 : phản ứng tỏa nhiệt q < 0 : phản ứng thu nhiệt Còn đ i v i nhiệt động học thì ta qui ước ngược l i ♦ M i quan hệ giữa Q P và Q V : Như ta đã biết: H = U + P.V Nên: ∆H = ∆U + ∆(P.V) Hay: Q P = Q V + ∆(P.V) Đ i v i những hệ rắn và lỏng thì biến thiên... ứng thu nhiệt ở i u kiện nhiệt độ đầu và cu i không thay đ i Để xác đònh được hiệu ứng nhiệt có giá trò xác đònh thì ta ph i quy đònh những i u kiện tiến hành phản ứng như: P = const, V = const, hệ không thực hiện công nào ngo i công dãn nở đẳng áp và T đầu = T cu i Phản ứng hóa học xảy ra thường kèm theo hiện tượng thu hay phát nhiệt Giả sử phương trình nhiệt hóa học được biểu diễn như sau: aA +... 1.2- Nhiệt hóa học Nhiệt hóa học là ngành hóa học nghiên cứu về hiệu ứng nhiệt của các quá trình như: quá trình hòa tan, quá trình sonvat hóa … Cơ sở nghiên cứu nhiệt động học là sự vận dụng nguyên lý 1 của nhiệt động học vào hóa học thể hiện qua đònh luật Gecxơ và Kirchhoff 1.2.1- Đònh nghóa Hiệu ứng nhiệt là lượng nhiệt tỏa ra trong phản ứng phát nhiệt hay lượng nhiệt thu vào trong phản ứng thu nhiệt... 184,6 kJ Nghóa là biết được biến thiên năng lượng của hệ trong các quá trình đó chứ chưa biết được phản ứng xảy ra theo chiều nào? B i vì có những phản ứng tự xảy ra theo chiều tỏa nhiệt nhưng cũng có phản ứng l i xảy ra theo chiều thu nhiệt Nguyên lý 2 nhiệt động học giúp ta trả l i được câu h i đó: phản ứng xảy ra theo chiều (a) và rất hoàn toàn, nghóa là giúp ta xác đònh chiều hướng và i u kiện cân... d) Đ i v i quá trình dãn nở đẳng nhiệt của khí lý tưởng Ta xét quá trình dãn nở của khí lý tưởng trong i u kiện đẳng nhiệt: dT = 0 hay T = const Trong các giáo trình vật lý đ i cương, chúng ta đã biết rằng, n i năng của khí lý tưởng (1mol) bằng: U = i × R × T 2 Trong đó: i: Bậc tự do của phân tử khí R: Hằng số khí lý tưởng T: Nhiệt độ K Nghóa là, n i năng của khí lý tưởng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ... mà khi tiến hành theo chiều ngược l i, hệ không qua các trạng th i không gian như quá trình thuận, sau khi tiến hành theo chiều thuận và theo chiều ngược để đưa hệ về trạng th i ban đầu rhì m i trường xung quang và bản thân hệ bò biến đ i Thí dụ, một kh i khí đựng trong xilanh cách nhiệt v i m i trường bên ngo i (hình 1.2) Ta cho dãn khí vô cùng chậm từ thể tích V 1 đến V 2 để quá trình có thể coi là... chiều nhất đònh và cu i cùng đạt t i trạng th i cân bằng: nhiệt tự chuyển từ vật nóng sang vật lạnh và sẽ đạt đến trạng th i gi i hạn khi hai vật có nhiệt độ như nhau, nước tự chảy từ chỗ cao đến chỗ thấp và dừng l i chỗ thấp nhất, khí khuyếch tán từ miền áp suất cao đến miền có áp suất thấp… Nguyên lý thứ hai của nhiệt động học là nguyên lý phát biểu về chiều hướng và mức độ ( i u kiện cân bằng) của các... = Trang 17 (1-8) ∑ n j∆HSsp − ∑ ni∆HSthg b) Tính hiệu ứng nhiệt dựa vào thiêu nhiệt Thiêu nhiệt của một chất là hiệu ứng nhiệt của phản ứng cháy 1 mol chất đó v i Oxy để tạo thành oxit hóa trò cao nhất ở i u kiện nhiệt độ, áp suất nhất đònh Enthalpy của phản ứng cháy 1 mol chất đó cũng chính là thiêu nhiệt của chất đó Ví dụ 2: Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng este hóa sau ở 25oC: H+, to CH3COOH +... phản ứng (a) ta ph i: (a) = (3) - [3(2) + (1)] ( Suy ra: ∆H x = ∆H 3 - (3∆H 2 + ∆H 1 ) = -138,4 kcal mol ) Qui tắc tính hiệu ứng nhiệt dựa vào sinh nhiệt: Hiệu ứng nhiệt của phản ứng bằng tổng sinh nhiệt của các chất sản phẩm trừ i tổng sinh nhiệt các chất tham gia phản ứng Khi tính toán cần nhân sinh nhiệt của m i chất v i hệ số tỷ lệ tương ứng Chương 1: Năng lượng của các q trình hóa học ∆H pứ = Trang... 416 kJ mol B i 16: Xác đònh nhiệt hình thành chuẩn ở 250C đ i v i propan ở i u kiện đẳng áp và đẳng tích biết: ∆H Ct 3H8 = −2220; ∆H sH 2O = −286; ∆H sCO 2 = −393,5 kJ Đáp số: ∆H 0298 = −104,5 kJ mol mol , ∆U 0298 = −97 kJ mol B i 17: Ở 250C nhiệt thăng hoa của iot là 62,3 kJ/mol, ∆H 0ht (HI ) = 24,7 kJ Tính biến mol thiên entanpy ứng v i sự hình thành HI (K) từ iot và hro ở thể khí ở 250C Biết rằng ... liên quan đến Hoá học B i giảng dùng cho sinh viên lớp Cao đẳng Công nghệ Hoá tham khảo để phục vụ cho việc học tốt B i giảng: Hóa lý Trang PHỤ LỤC Để thuận tiện việc gi i tập hoá lý, ngư i. . .B i giảng: Hóa lý Trang L I N I ĐẦU Hoá lý môn khoa học tổng hợp, liên ngành, nghiên cứu m i quan hệ tương hỗ hai dạng biến đ i hóa học vật lý vật chất, nghiên cứu m i quan hệ phụ... diễn biến trình hóa học nhiệm vụ hàng đầu môn học Hoá Lý N i cách khác, nắm kiến thức Hoá lý giúp nhà khoa học hiểu sâu sắc chất trình hoá học Muốn hiểu i u không tinh thông lý thuyết việc giải