BÀI GIẢNG HÓA LÝ 1

H O Á L Ý Physical Chemistry Trần Mai Phương tmphuong@yahoo.com tmphuong@hcmut.edu.vn http://www2.hcmut.edu.vn/~tmphuong CHƯƠNG NGUYÊN LÝ CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC VÀ NHIỆT HOÁ HỌC MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA Hệ Môi trường Hệ vó mô Hệ mở Hệ đóng Hệ cô lập Hệ đoạn nhiệt Hệ nhiệt động (cân bằng) Trạng thái Thông số trạng thái Hàm trạng thái; hàm trình Quá trình Pha ; Nhiệt chuyển pha Bề mặt phân chia pha; Nội (U) Công (A) nhiệt (Q) NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC dU = Q - A Hệ sinh Hệ nhận Công (A > 0) (A < 0) Nhiệt (Q < 0) (Q > 0) NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC U = Q - A Dạng tích phân nguyên lý thứ nhất: V2 ΔU = Q -  PdV V1 Nếu hệ sinh công thể tích (công dãn nở / công học): A = P dV  dU = Q - P dV U= q + w Áp dụng nguyên lý thứ cho số trình a) Quá trình đẳng tích V = const, dV =  V2 Av =  PdV  V1 ΔU = Q - A  Qv = ΔU Nhiệt hệ nhận trình đẳng tích biến thiên nội hệ Áp dụng nguyên lý thứ cho số trình b) Quá trình đẳng áp P = const, dP =  AP = V2  PdV  P(V2  V ) V1 QP = ΔU + AP = ΔU + PΔV = ΔU + Δ(PV) = Δ (U + PV) Enthalpy H = U + PV (hàm trạng thái, hàm nhiệt) QP = ΔH Nhiệt hệ nhận trình đẳng áp biến thiên enthalpy hệ Áp dụng nguyên lý thứ cho số trình c) Quá trình đẳng áp khí lý tưởng: Đối với n mol khí lý tưởng: PV = nRT  Ap = PΔV = Δ(PV) = Δ(nRT) = nR.ΔT  ΔUp = Qp - nR.ΔT Áp dụng nguyên lý thứ cho số trình d) Quá trình giãn nở đẳng nhiệt khí lý tưởng: Theo đònh luật Joule: nội khí lý tưởng phụ thuộc vào nhiệt độ (T không đổi U không đổi)  ΔUT =  Q T = AT = V2 V2 V1 V1  PdV   nRT V2 P1 dV  nRT ln  nRT ln V V1 P2 NHIỆT DUNG Nhiệt dung: nhiệt lượng cần thiết để nâng nhiệt độ vật lên độ (cal/độ; J/độ) (không có biến đổi chất hay chuyển pha) Nhiệt dung riêng: nhiệt lượng cần thiết để nâng nhiệt độ đơn vò khối lượng vật lên độ (cal/gam.K; J/gam.K) (không có biến đổi chất hay chuyển pha) Nhiệt dung trung bình khoảng nhiệt độ T1-T2 (không có biến đổi chất hay chuyển pha) Q Q C  T1  T2 T Nhiệt dung thực: Q C dT T2  Q = C (T2  T1 )  CdT T1 T2 CdT  C  (T2  T1 ) T  Q   H  - Nhiệt dung đẳng áp: Cp =      dT  p  dT  p  Q  U     - Nhiệt dung đẳng tích: CV =       dT  V  dT  V  Cp = CV + R Sự phụ thuộc nhiệt dung vào nhiệt độ: Trong vùng nhiệt độ trung bình, nhiệt dung phụ thuộc nhiệt độ theo công thức thực nghiệm: Cp = a0 + a1T + a2T2 + a-2T-2 NHIỆT HOÁ HỌC •Nhiệt phản ứng •Nhiệt sinh •Nhiệt cháy Germain Henri Hess (1802 - 1850) Đònh luật Hess Trong trình đẳng áp đẳng tích, nhiệt phản ứng phụ thuộc vào trạng thái đầu trạng thái cuối mà không phụ thuộc vào trạng thái trung gian Chú ý H = U + PV  H = U + (PV) Hệ rắn, lỏng: (PV) nhỏ   H = U Hệ khí, đẳng nhiệt: (PV) = (nRT) = RTn  H = U + RTn n: biến thiên số mol khí phản ứng (quá trình) Hệ đònh luật Hess: a Hthuận = -Hnghòch b Hpư = HScuối - HSđầu c Hpư =Hchđầu - Hchcuối Nhiệt hòa tan - nhiệt pha loãng: Nhiệt hòa tan vi phân (nhiệt hòa tan riêng phần) Nhiệt hòa tan tích phân (nhiệt hòa tan toàn phần Nhiệt hòa tan vô loãng Nhiệt pha loãng Năng lượng liên kết: Hpư = Elkđầu - Elkcuối Ảnh hưởng nhiệt độ đến nhiệt phản ứng - Đònh luật Kirchhoff Biểu thức đònh luật: H ( ) P  CP hay T U ( )V  C v T Dạng tích phân: a) HT =  H0 + T  C p dT  H0 : số tích phân, HƯN 00K (ngoại suy) b) H T2  H T1 +  T2 T1 C p dT Ảnh hưởng nhiệt độ đến nhiệt phản ứng - Đònh luật Kirchhoff Do Cp =  (ai T ) i CP  (ai T i )  ai i 1 H T  H   T i 1 ai i 1 H T2  H T1   (T2  T1i 1 ) i 1  H T2  H T1  +  T2 T1 C p dT CP nhỏ (vài chục cal) CP =  H T  const   T0 hẹp CP = const  H T  H T  C P (T2  T1 ) [...]... (ngoại suy) b) H T2  H T1 +  T2 T1 C p dT Ảnh hưởng nhiệt độ đến nhiệt phản ứng - Đònh luật Kirchhoff Do Cp =  (ai T ) i CP  (ai T i )  ai i 1 H T  H 0   T i 1 ai i 1 H T2  H T1   (T2  T1i 1 ) i 1  H T2  H T1  +  T2 T1 C p dT CP rất nhỏ (vài chục cal) CP = 0  H T  const 1   T0 hẹp CP = const  H T  H T  C P (T2  T1 ) 2 1 ... vật lên một độ (cal/gam.K; J/gam.K) (không có sự biến đổi chất hay chuyển pha) Nhiệt dung trung bình trong khoảng nhiệt độ T1-T2 (không có sự biến đổi chất hay chuyển pha) Q Q C  T1  T2 T Nhiệt dung thực: Q C dT T2  Q = C (T2  T1 )  CdT T1 T2 1 CdT  C  (T2  T1 ) T 1  Q   H  - Nhiệt dung đẳng áp: Cp =      dT  p  dT  p  Q  U     - Nhiệt dung đẳng tích: CV =     ...Áp dụng nguyên lý thứ nhất cho một số quá trình d) Quá trình giãn nở đẳng nhiệt khí lý tưởng: Theo đònh luật Joule: nội năng khí lý tưởng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ (T không đổi thì U không đổi)  ΔUT = 0  Q T = AT = V2 V2 V1 V1  PdV   nRT V2 P1 dV  nRT ln  nRT ln V V1 P2 NHIỆT DUNG Nhiệt dung: nhiệt lượng cần thiết để nâng nhiệt độ của... + R Sự phụ thuộc của nhiệt dung vào nhiệt độ: Trong vùng nhiệt độ trung bình, nhiệt dung phụ thuộc nhiệt độ theo các công thức thực nghiệm: Cp = a0 + a1T + a2T2 + a-2T-2 NHIỆT HOÁ HỌC •Nhiệt phản ứng •Nhiệt sinh •Nhiệt cháy Germain Henri Hess (18 02 - 18 50) Đònh luật Hess Trong quá trình đẳng áp hoặc đẳng tích, nhiệt phản ứng chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối mà không phụ thuộc vào