HểA I CNG Chapter 6: NHIT NG HểA HC Slide of 48 General Chemistry: HUIâ 2006 Nhit ng lc húa hc 6.1 i tng nghiờn cu ca NDLH 6.2 Cỏc khỏi nim c bn 6.2 Nguyờn lý ca nhit ng hc 6.4 nh lut Hess 6.5 Nguyờn lý th ca NLH v chiu quỏ trỡnh HH 6.6 Bi Slide of 48 General Chemistry: HUIâ 2006 6.1 i tng nghiờn cu ca NLH i tng nghiờn cu ca nhit ng lc hc v nhit ng lc hc hoỏ hc l: Nhit ng lc hc l khoa hc nghiờn cu cỏc quy lut v s bin húa t dng nng lng ny sang dng nng lng khỏc v thit lp cỏc nh lut ca s bin i ú C s ca nhit ng lc hc l l nguyờn lý nhit ng lc hc Nhit ng lc hc húa hc l khoa hc nghiờn cu cỏc quy lut v s bin i qua li gia húa nng v cỏc dng nng lng khỏc cỏc quỏ trỡnh húa hc Slide of 48 General Chemistry: HUIâ 2006 Khaựi nim c bn s dng nhit ng lc hc v nhit hoỏ hc 6.2.1 H (nhit ng ): l mt vt th hay nhúm vt th c nghiờn cu v tỏch bit vi mụi trng xung quanh Hoc phỏt biu cỏch khỏc: H l hp cỏc vt th xỏc nh khụng gian no ú v phn cũn li xung quanh gi l mụi trng H cụ lp: l h khụng trao i cht v E vi mụi trng bờn ngoi Slide of 48 General Chemistry: HUIâ 2006 H kớn (h úng) Cht Cht Cht Cht Nhit Nhit H kớn H kớn l h ch cú th trao i E vi MT ngoi Slide of 48 General Chemistry: HUIâ 2006 H an nhit V2 V1 H on nhit l h khụng trao i cht v nhit nhng cú th trao i cụng vi MT ngoi Slide of 48 General Chemistry: HUIâ 2006 H ng th v h d th, pha, h cõn bng H ng th l h cú cỏc tớnh cht lý hoỏ hc ging mi im ca h ngha l khụng cú s phõn chia h thnh nhng phn cú tớnh cht hoỏ lý khỏc H d th l h cú b mt phõn chia thnh nhng phn cú tớnh cht hoỏ lý khỏc Pha l phn ng th ca h, cú thnh phn, cu to v tớnh cht nht nh H ng th l h pha, h d th l h nhiu pha H cõn bng l h cú nhit , ỏp sut, thnh phn ging mi im ca h v khụng thay i theo thi gian Slide of 48 General Chemistry: HUIâ 2006 6.2.2 Trng thỏi ca h v thụng s ( tham s) trng thỏi, hm trng thỏi Trng thỏi ca h l ton b cỏc tớnh cht lý, hoỏ ca h Thụng s trng thỏi: Trng thỏi ca h c xỏc nh bng cỏc thụng s (tham s) nhit ng l: nhit T, ỏp sut P, th tớch V, nng C Phng trỡnh trng thỏi mụ t tng quan gia cỏc thụng s trng thỏi Cú loi thụng s trng thỏi + Thụng s cng : Khụng ph thuc vo lng cht : nh nhit , t khi, ỏp sut + Thụng s khuych (dung ): l nhng thụng s ph thuc vo lng cht lng, s mol, th tớch Slide of 48 General Chemistry: HUIâ 2006 Trng thỏi cõn bng: l l trng thỏi tng ng vi h cõn bng ( Khi cỏc thụng s trng thỏi ging mi im v khụng i theo thi gian) Hm trng thỏi: i lng nhit ng c gi l hm trng thỏi nu bin thiờn ca i lng ú ch ph thuc v trng thỏi u v trng thỏi cui ca h, khụng ph thuc vo cỏch tin hnh Núi cỏch khỏc Hm trng thỏi l i lng nhit ng cú giỏ tr ch ph thuc vo cỏc thụng s trng thỏi ca h m khụng ph thuc vo cỏch bin i ca h, hay núi cỏch khỏc khụng ph thuc vo ng i ca h (Nhit T, ỏp sut P, Th tớch V, Ni nng U, entanpi H, entropi S, th ng ỏp Gl nhng hm trng thỏi) Slide of 48 General Chemistry: HUIâ 2006 6.2.3 Quỏ trỡnh Quỏ trỡnh l s bin i xóy h gn lin vi s thay i ớt nht thụng s trng thỏi Quỏ trỡnh xóy ỏp sut khụng i (P= hng s) gi l quỏ trỡnh ng ỏp, th tớch khụng i gi l quỏ trỡnh ng tớch v nhit khụng i gi l quỏ trỡnh ng nhit Quỏ trỡnh thun nghch: l quỏ trỡnh bin i t trng thỏi ny qua trng thỏi khỏc ( t 12) c gi l thun nghch nu nh cú th bin i theo chiu ngc li ( t 21) i qua ỳng mi trng thỏi trung gian nh chiu thun cho h tr v trng thỏi ban u thỡ khụng cũn tn ti mt bin i no chớnh h cng nh mụi trng Quỏ trỡnh khụng thun nghch l quỏ trỡnh m sau ú h v mụi trng khụng th quay tr li trng thỏi ban u Slide 10 of 48 General Chemistry: HUIâ 2006 6.5.3 Nguyờn lý ca nhit ng hcEntropi tuyt i v entropi tiờu chun Nguyờn lý: nhit khụng tuyt i (0K) mi n cht cng nh hp cht dng tinh th hn ho u c entropi bng (S0 =0 ) hay gi nh lut Nernst Entropi tuyt i: Entropi c xc nh nhit no ú trờn c s i t nhit tuyt i DS= ST S0 T vic tớnh DS ta tớnh c ST Entropi tiờu chun: l giỏ tr entropi tuyt i ca cht iu kin tiu chun: nhit 250C (298,15K), ỏp sut 1atm v ký hiu S0298 i vi cht khớ ú l khớ lý tng , cũn dung dch l dd cú nng mol/lit Slide 60 of 48 General Chemistry: HUIâ 2006 6.5.4 Bin thiờn S ca phn ng húa DS = S S (snphm) - S S (cht tham gia) DSo = S So (snphm) - S So (cht tham gia) Vớ d; H2(k) + O2(k) H2O(loỷng) DSo = So (H2O) - [2 So (H2) + So (O2)] DSo = mol (69.9 J/Kmol) - [2 mol (130.7 J/Kmol) + mol (205.3 J/Kmol)] DSo = -326.9 J/K S Slide gim 61 of vỡ 48 ? General Chemistry: HUIâ 2006 6.5.5 Biu thc thng nht ca nguyờn lý Theo nguyờn lý 1: Q = DU + A Theo nguyờn lý cho quỏ trỡnh ng nhit : S Q/T hay Q T S Kt hp biu thc trờn T S U+A + i vi quỏ trỡnh thun nghch T S = U + ATN + i vi quỏ trỡnh khụng thun nghch T S > U + AKTN Slide 62 of 48 General Chemistry: HUIâ 2006 6.5.6 Th nhit ng v chiu hng din bin ca cỏc quỏ trỡnh hoỏ hc Khỏi nim v th nhit ng ng tớch, ng ỏp a) Quan h ca entanpi v entropi + H phn ỏnh khuynh hng hp ca cỏc tiu phõn DS phn ỏnh khuynh hng ngc li, lm cho h phõn tỏn cú s phõn b hn lon + Khuynh hng hp lm cho entanpi gim (DH 0) Slide 63 of 48 General Chemistry: HUIâ 2006 b.Th nhit ng v phng trỡnh c bn ca nhit ng hc b1) Th ng tớch T nguyờn lý I v II ta cú mt i lng mi + Nu quỏ trỡnh xóy T v V khụng i ta cú F = U TS F gi l th ng nhit ng tớch (gi tt l th ng tớch) hoc hm nng lng t Helmholtz (gi tt l hm Helmholtz) + i vi h kớn, iu kin ng nhit ng tớch, quỏ trỡnh t din bin kốm theo s gim th ng tớch (DF Quỏ trỡnh khụng t xy DG < Quỏ trỡnh t xy DG = h t trng thỏi cõn bng Slide 67 of 48 General Chemistry: HUIâ 2006 b Bin thiờn th ng ỏp DG v chiu din cỏc quỏ trỡnh húa hc DG = DH TDS DG = DH - DTS DH DS -DTS + - + + tt c T - + - + + - - Tt c T - T cao + T thp -Slide 68 of 48 - + + T cao - T thp General Chemistry: HUIâ 2006 c Bin thiờn th ng ỏp tiờu chun DG0 phn ng húa hc Nng lng t to thnh n cht DGtto = kJ/mol i vi hp cht DGtt = DHtt - TDStt Vớ duù Br2(l) Br2(k) DH = 30.91 kJ/mol, DS = 93.2 J/mol.K DG = 30.91 kJ/mol - (298K)(93.2 J/mol.K) = 3.13 kJ/mol Slide 69 of 48 General Chemistry: HUIâ 2006 Bin thiờn th ng ỏp phn ng húa hc Phn ng húa hc DGopử = S DGott (sp) - S DGott (củ) C2H4(k) + H2O(l) C2H5OH(l) Tớnh DGr cho cỏc giỏ tr sau DGtt(C2H5OH(l)) = -175 kJ/mol DGtt(C2H4(g)) = 68 kJ/mol DGtt(H2O (l)) = -237 kJ/mol Slide 70 of 48 General Chemistry: HUIâ 2006 S ph thuc G v DG vo T v P Ph thuc vo T DG2/T2- DG1/T1= DH (1/T2-1/T1) Vớ d; i vi quỏ trỡnh chy lng ca nc ỏ DH =6007 j/mol 273,15 K thỡ DG0= tớnh DG0 T=272.15 K S ph thuc vo ỏp sut: Gp= Go + nRTlnP Gp= Go + nRTlnP Vớ d: CaCO3 CaO + CO2 G298o = 129kj/mol Tớnh G nhit khụng i P = atm Slide 71 of 48 General Chemistry: HUIâ 2006 6.5.8 i lng mol riờng phn v húa th i lng mol riờng phn V= naVa + nbVb Th tớch mol riờng phn ca mt cu t l bin thiờn th tớch ca hn hp cho thờm mol cu t ú vo hn hp iu kin cỏc thụng s khỏc (T, P thnh phn ca cu t khỏc) khụng i Húa th; i= Gi : gi l húa th Slide 72 of 48 General Chemistry: HUIâ 2006 HểA TH Húa th ca mt hp cht i hn hp l bin thiờn entanpi t ca hn hp thờm mol cht i vo hn hp iu kin cỏc thụng s khỏc khỏc khụng i (T, P v thnh phn mol cũn li) = o + RTlnP Cu t th i i= io + RTlnPi Slide 73 of 48 General Chemistry: HUIâ 2006 BI TP CHNG Slide 74 of 48 General Chemistry: HUIâ 2006 [...]... ước: Toả nhiệt Thu nhiệt Q < 0 : Hệ tỏa nhiệt, Q > 0 : Hệ thu nhiệt A < 0 : Hệ nhận cơng, A > 0 : Hệ sinh cơng Slide 21 of 48 General Chemistry: HUI© 2006 3 Nhiệt dung và nhiệt dung mol • a Nhiệt dung: là nhiệt lượng cần thiết để nâng một lượng chất nào đó lên 1 độ b Nhiệt dung riêng : là nhiệt lượng cần thiết để nâng nhiệt độ 1g chất lên 1 độ c Nhiệt dung mol: Nhiệt lượng cần thiết để nâng nhiệt độ... trong nhiệt lượng kế Nhiệt độ tăng từ 22.50 C đến 25.7oC • Tính nhiệt dung riêng của mẫu hợp kim Cho (H2O (l) C= 4.18 Jg-1 oC-1 ) Slide 28 of 48 General Chemistry: HUI© 2006 6.3.3 Hiệu ứng nhiệt của các q trình hố học (Nhiệt hóa học) 1 Hiệu ứng nhiệt phản ứng: Nhiệt lượng toả ra hay thu vo của một phản ứng hĩa học để làm thay đổi nội năng hay entanpi của hệ được gọi l hiệu ứng nhiệt phản ứng +Nếu nhiệt. .. đến nhiệt độ Slide 32 of 48 General Chemistry: HUI© 2006 3 Nhiệt tạo thành , nhiệt phân hủy và nhiệt đốt cháy a Nhiệt tạo thành (sinh nhiệt) của một hợp chất là hiệu ứng nhiệt của phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất ứng với trạng thái tự do bền vững nhất trong những điều kiện đã cho về áp suất và nhiệt độ Ví dụ: C (r) than chì + O2 (k) ¡ỉ CO2(k) DH0tt (CO2,k) = - 393,51 kJ/mol (H0f) Nhiệt. .. của chất đầu • H= Hsp Hcđ • Hiệu ứng nhiệt của phản ứng được tính bằng kj/mol hoặc kcal/mol Slide 30 of 48 General Chemistry: HUI© 2006 Kết thúc Bắt đầu Hiệu ứng nhiệt của một phản ứng hóa học phụ thuộc vào trạng thái của các chất phản ứng đầu và trạng thái của các sản phẩm cuối mà khơng phụ thuộc vào các giai đoan trung gian + Phương trình hóa học có ghi thêm nhiệt lượng tỏa ra hay thu vào và trạng... lượng để đo thuộc tính vận động của vật chất Nó là thước đo khả năng vận động của vật chất • Đối với hệ cơ học thì năng lượng được đặc trưng cho khả năng sinh cơng của hệ Cơng cơ học = lực x quảng đường đi • Nhiệt và cơng là hai hai hình thức trao đổi của hệ với mơi trường + Dạng truyền nhiệt là dạng truyền năng lượng vơ hướng, khơng có trật tự, được thực hiện qua sự chuyển động hỗn loạn + Dạng truyền... nR(T2-T1) nhiệt Qp= Hp= nCp(T2-T1) Đẳng nhiệt: Cơng AT do thể tích khí lý tưởng tỉ lệ nghịch với áp suất nên • AT=- nRTln (V2/V1)= nRTln (P1/P2) • Nhiệt Vì nội năng phụ thuộc vào nhiết độ nên • UT= 0 QT= -AT= nRTln(V2/V1) = nRTln (V1/V2) Slide 24 of 48 General Chemistry: HUI© 2006 Đo nhiệt dung P= hằng số DH = QP Qhệ = -Qmt - - Mơi trường xung quanh là nước và trong nhiệt lượng kế Qhệ = - (qnước + qnhiệt... các chất gọi là phương trình nhiệt hóa học C (r) + O2 (k) CO2 (k) , DH= -395,50kJ Slide 31 of 48 General Chemistry: HUI© 2006 2 Hiệu ứng nhiệt tiêu chuẩn • Đại lượng này được tính đối với 1mol chất và ứng với điều kiện chuẩn của chất: là tất cả các chất tham gia vào phản ứng phải ở trạng thái bền, ở áp suất chuẩn 101,325 kPa (1atm) • Hiệu ứng nhiệt này gọi là hiệu ứng nhiệt chuẩn và ký hiệu DH0298... thiên nội năng củaHUI© hệ.2006 Slide 16 of 48 Chemistry: 6.3.2 Các đại lượng nhiệt động: Nội năng, entanpi và nhiệt dung Nội năng U và nhiệt đẳng tích Ví dụ Tức V1 = V2 A = 0 Do đó: Qv = DUV Vậy sự tăng hay giảm nội năng của hệ đúng bằng nhiệt lượng hệ thu vào hay tỏa ra Slide 17 of 48 General Chemistry: HUI© 2006 2 Entanpi và Nhiệt đẳng áp Tức Pngồi = Pkhí = P trong đó Ap = P(V2 – V1) va Q = U +A Do... tích điện • Nhiệt năng: năng lượng có liên quan đến sự chuyển động hỗn loạn của các tiểu phân • Hố năng là năng lượng gắn liền với sự biến đổi chất Slide 14 of 48 General Chemistry: HUI© 2006 Năng lượng tồn phần của một hệ gồm • Động năng của tồn bộ hệ • Thế năng do vị trí của hệ trong trường lực ngồi Tổng động năng và thế năng gọi là cơ năng • Nội năng U là năng lượng dự trữ bên trong hệ gồm động năng... Năng lượng, nhiệt và công • Công là thước đo sự chuyển động có trật tự, có hướng của các tiểu phân trong hệ Hệ nhận công: A < 0 Hệ sinh công: A > 0 • A = Pngoài(V2 – V1) Slide 13 of 48 General Chemistry: HUI© 2006 Các dạng năng lượng • Động năng: dạng E đặc trưng cho vật chuyển động Eđ=(mv2)/2 • Thế năng: là E của hệ có do vị trí của nó trong trường lực Et= mgh • Điện năng: là E chuyển động của các