NHIỆT HÓA HỌC, GV NGUYỄN BẢO VIỆT

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC GV: Nguyễn Bảo Việt Các trạng thái vật chất Lực liên kết phân tử lớn Rigid Fluid Lực liên kết phân tử nhỏ CÁC ĐỊNH NGHĨA &THÔNG SỐ CƠ BẢN Áp suất định luật Boyle P = r.g.h Lực gây lượng 1Pa  1kg.m1.s 2 không khí đơn vị 1atm  1.01325 105 Pa diện tích bình chứa P.V = C (Boyle Law) CÁC ĐỊNH NGHĨA &THÔNG SỐ CƠ BẢN Khí lý tưởng (Ideal gas) Ideal Gas Law P.V = n.R.T Van der Waals equation P  n.R.T /(V  n.b)  a.(n2 / V ) 0.082058L.atm.mol 1.K 1 CÁC ĐỊNH NGHĨA &THÔNG SỐ CƠ BẢN CÁC ĐỊNH NGHĨA &THÔNG SỐ CƠ BẢN Hỗn hợp khí PA = nA.R.T/V Ptong = PA + PB + PC +… PA = (nA/Sn).Ptong CÁC ĐỊNH NGHĨA &THÔNG SỐ CƠ BẢN Hệ cô lập : hệ trao đổi chất lượng với bên Hệ đóng: hệ không trao đổi chất trao đổi lượng với bên Hệ mở : ràng buộc Hệ đồng thể (homogene) : Hệ di thể (hetoregene) : hệ có hệ bề mặt phân tồn bề mặt phân chia hệ chia Hệ đồng hệ có thành phần thuộc tính điểm hệ Pha tập hợp thành phần đồng thể giống hệ ENTANPI & NỘI NĂNG H = U + PV entanpi nội H  HT0  H 298 DU = Q + A Entanpi đơn chất bền áp Hệ cô lập : Q=0, A=0 nên DU = suất bar nhiệt độ 298K Chu trình đóng : DU = Chu trình mở : DU = const Đơn vị H,U kJ/mol PHƯƠNG TRÌNH NHIỆT HÓA HỌC C(than chì) (r) + O2 = CO2 H 298  393,137 KJ C(kim cương) (r) + O2 = CO2 H 298  395,030KJ Hiệu ứng nhiệt ghi phương trình nhiệt hóa học ứng với giả thiết phản ứng xảy hoàn toàn không xét phản ứng phụ kèm theo Hiệu ứng nhiệt phản ứng hóa học phụ thuộc vào trạng thái chất đầu chất cuối, hoàn toàn không phụ thuộc vào cách tiến hành phản ứng Hess (1802 – 1850) C(than chì) → C(kim cương) H 298  1,893KJ PHƯƠNG TRÌNH NHIỆT HÓA HỌC Sinh nhiệt hợp chất hiệu ứng nhiệt phản ứng hình thành mol hợp chất từ đơn chất ứng với trạng thái bền thường gặp nguyên tố tự hợp chất điều kiện cho áp suất nhiệt độ Ca(r) + C (t.c) + 3/2 O2(k) = CaCO3 (r) H 298 CaCO3 Hiệu ứng nhiệt phản ứng hóa học = tổng sinh nhiệt hợp chất cuối trừ tổng sinh nhiệt hợp chất đầu DHpu = S(D Hht)cuoi – S(D Hht)dau PHƯƠNG TRÌNH NHIỆT HÓA HỌC Thiêu nhiệt hiệu ứng nhiệt phản ứng oxi hóa mol chất (đơn chất hợp chất oxi phân tử đến thu oxit cao nguyên tố tương ứng DHpu = S(D Hdc)cuoi – S(D Hdc)dau Lưu ý : CO2, H2O số chất oxi hóa khác có thiêu nhiệt = chúng sản phẩm cuối trình đốt cháy PHƯƠNG TRÌNH NHIỆT HÓA HỌC Năng lượng liên kết EA-B nguyên tử A B hợp chất lượng cần thiết để làm đứt mối liên kết H pu  dau E  cuoi E l ket l ket Lưu ý : Năng lượng liên kết hợp chất tra sổ tay hóa học sổ tay hóa lí ẢNH HƯỞNG NHIỆT ĐỘ LÊN HIỆU ỨNG NHIỆT Định luật Kirchhoff H ( ) p  Cp T U ( ) v  Cv T T2 H T  H T   C p dT T1 Trong khoảng nhiệt độ hẹp : DCp ≈ ; DH ≈ const Trong khoảng nhiệt độ tương đối hẹp: DHT2 = DHT1 + DCp (T2 – T1) ENTROPY Trong trình thuận nghịch, đẳng nhiệt, đại lượng QTN/T không đổi tỉ số phụ thuộc trạng thái đầu trạng thái cuối trình mà không phụ thuộc vào đường Đại lượng gọi Entropy với đơn vị J/(mol.K) (Nguyên lí thứ nhiệt động lực học) DS = QTN/T dS ≥ dQ/T ENTROPY Hệ cô lập (đoạn nhiệt, dQ = 0) -Nếu dS > (S tăng) : Quá trình tự xảy -Nếu dS = d2S < : Quá trình đạt cân T2 -Quá trình đẳng áp , đẳng tích: -Quá trình đẳng nhiệt: dT S   C p T T1 DST = QT/T T2 S   Cv T1 dT T ENTROPY Lưu ý: tính Entropy trình bất thuận nghịch thông qua trình thuận nghịch BTN, DS DS = DS1 + DS2 + DS3 TN, DS2 Entropy chất rắn nguyên chất có cấu tạo tinh thể hoàn chỉnh lý tưởng 0°K Planck (1858 – 1947) 0 S298   (S298 )cuoi   (S298 ) dau NĂNG LƯỢNG TỰ DO GIBBS G = H – T.S DGT = DHT – T.DST DGpư = SDGcuối – SDSGđầu Ái lực hóa học không đo nhiệt phản ứng mà đo công hữu ích cực đại (-DG) mà trình sinh Hệ đẳng nhiệt, đẳng áp (dT=0, dP=0) -Nếu dG < (G giảm) : Quá trình tự xảy -Nếu dS = d2G > : Quá trình đạt cân NĂNG LƯỢNG TỰ DO GIBBS Ảnh hưởng áp suất đến đẳng áp G G  G P2 G P1 P2  n.R.T ln P1 (chỉ khí lý tưởng) Các phương trình nhiệt động phổ biến Phương trình Gibbs-Helmholtz : Phương trình Chomkin-Svartsman:  G H ( )p   T T T GT  H 298  T S298  T  ai M i ĐẠI LƯƠNG MOL RIÊNG PHẦN – HÓA THẾ Những phương trình viết cho đại lượng mol (hệ cấu tử) chuyển thành phương trình có dạng tương tự viết cho đại lượng mol riêng phần (hệ nhiều cấu tử) Ví dụ: Gi  H i  T S i Phương trình Gibbs-Duherm X   ni X i  n d X i i 0 (dT=0, dP =0) ĐẠI LƯƠNG MOL RIÊNG PHẦN – HÓA THẾ Hóa i  G i  G ni i  i0 (T )  RT ln Pi Thế hóa chuẩn Hệ đẳng nhiệt, đẳng áp (dT=0, dP=0) -Nếu S(ni.mi)đầu > S(mj.mj)cuối : Phản ứng theo chiều thuận -Nếu S(ni.mi)đầu < S(mj.mj)cuối : Phản ứng theo chiều nghịch -Nếu S(ni.mi)đầu = S(mj.mj)cuối : Phản ứng đạt cân [...]...PHƯƠNG TRÌNH NHIỆT HÓA HỌC Thiêu nhiệt là hiệu ứng nhiệt của phản ứng oxi hóa 1 mol chất (đơn chất hoặc hợp chất bằng oxi phân tử đến khi thu được các oxit cao của các nguyên tố tương ứng DHpu = S(D Hdc)cuoi – S(D Hdc)dau Lưu ý : CO2, H2O và một số chất oxi hóa khác có thiêu nhiệt = 0 vì chúng là sản phẩm cuối cùng của quá trình đốt cháy PHƯƠNG TRÌNH NHIỆT HÓA HỌC Năng lượng liên kết... các hợp chất có thể tra trong sổ tay hóa học hoặc sổ tay hóa lí ẢNH HƯỞNG NHIỆT ĐỘ LÊN HIỆU ỨNG NHIỆT Định luật Kirchhoff H ( ) p  Cp T U ( ) v  Cv T T2 H T 2  H T 1   C p dT T1 Trong những khoảng nhiệt độ hẹp : DCp ≈ 0 ; DH ≈ const Trong những khoảng nhiệt độ tương đối hẹp: DHT2 = DHT1 + DCp (T2 – T1) ENTROPY Trong quá trình thuận nghịch, đẳng nhiệt, đại lượng QTN/T không đổi và tỉ... RIÊNG PHẦN – HÓA THẾ Những phương trình viết cho các đại lượng mol (hệ 1 cấu tử) đều có thể chuyển thành những phương trình có dạng tương tự viết cho các đại lượng mol riêng phần (hệ nhiều cấu tử) Ví dụ: Gi  H i  T S i Phương trình Gibbs-Duherm X   ni X i  n d X i i 0 (dT=0, dP =0) ĐẠI LƯƠNG MOL RIÊNG PHẦN – HÓA THẾ Hóa thế i  G i  G ni i  i0 (T )  RT ln Pi Thế hóa chuẩn Hệ đẳng nhiệt, đẳng... – SDSGđầu Ái lực hóa học không đo bằng nhiệt phản ứng mà đo bằng công hữu ích cực đại (-DG) mà quá trình sinh ra Hệ đẳng nhiệt, đẳng áp (dT=0, dP=0) -Nếu dG < 0 (G giảm) : Quá trình tự xảy ra -Nếu dS = 0 và d2G > 0 : Quá trình đạt cân bằng NĂNG LƯỢNG TỰ DO GIBBS Ảnh hưởng của áp suất đến thế đẳng áp G G  G P2 G P1 P2  n.R.T ln P1 (chỉ đúng đối với khí lý tưởng) Các phương trình nhiệt động phổ biến... vào đường đi Đại lượng này được gọi là Entropy với đơn vị là J/(mol.K) (Nguyên lí thứ 2 của nhiệt động lực học) DS = QTN/T dS ≥ dQ/T ENTROPY Hệ cô lập (đoạn nhiệt, dQ = 0) -Nếu dS > 0 (S tăng) : Quá trình tự xảy ra -Nếu dS = 0 và d2S < 0 : Quá trình đạt cân bằng T2 -Quá trình đẳng áp , đẳng tích: -Quá trình đẳng nhiệt: dT S   C p T T1 DST = QT/T T2 S   Cv T1 dT T ENTROPY Lưu ý: có thể tính Entropy ... phản ứng hóa học = tổng sinh nhiệt hợp chất cuối trừ tổng sinh nhiệt hợp chất đầu DHpu = S(D Hht)cuoi – S(D Hht)dau PHƯƠNG TRÌNH NHIỆT HÓA HỌC Thiêu nhiệt hiệu ứng nhiệt phản ứng oxi hóa mol chất...  ni X i  n d X i i 0 (dT=0, dP =0) ĐẠI LƯƠNG MOL RIÊNG PHẦN – HÓA THẾ Hóa i  G i  G ni i  i0 (T )  RT ln Pi Thế hóa chuẩn Hệ đẳng nhiệt, đẳng áp (dT=0, dP=0) -Nếu S(ni.mi)đầu > S(mj.mj)cuối... kJ/mol PHƯƠNG TRÌNH NHIỆT HÓA HỌC C(than chì) (r) + O2 = CO2 H 298  393,137 KJ C(kim cương) (r) + O2 = CO2 H 298  395,030KJ Hiệu ứng nhiệt ghi phương trình nhiệt hóa học ứng với giả thiết