BÀI GIẢNG NHIỆT DỘNG HÓA HỌC ĐH Y DƯỢC TP HCM

NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC MỤC TIÊU - Nghiên cứu quy luật biến chuyển tương hỗ hóa dạng lượng khác trình hóa học - Nghiên cứu điều kiện tự diễn biến (phản ứng hóa học) điều kiện bền vững (trạng thái cân bằng) hệ hóa học MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN • Hệ thống phần vũ trụ mà ta quan tâm tới • Mơi trường phần lại vũ trụ MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN  Hệ hóa học lượng đònh hay nhiều chất điều kiện nhiệt độ, áp suất nồng độ đònh(trong nghiên cứu nhiệt động học gọi hệ thống - system)  Hệ mở hệ trao đổi vật chất lượng với mơi trường  Hệ kín hệ trao đổi lượng với mơi trường  Hệ cô lập hệ trao đổi lượng vật chất với môi trường bên MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN  Hệ đồng thể hệ có tính chất hóa học vật lý giống toàn thể tích hệ  Hệ dò thể hệ có bề mặt phân chia phần hệ thành phần có tính chất hóa học vật lý khác  Pha phần đồng thể hệ dò thể có thành phần , cấu tạo , tính chất đònh phân chia với phần khác bề mặt phân chia MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN  Nhiệt dung (C) chất lượng nhiệt cần dùng để nâng nhiệt độ lượng xác đònh chất lên độ  Nhiệt dung riêng lượng nhiệt cần dung để nâng gam chất lên độ  Nhiệt dung phân tử lượng nhiệt cần dùng để nâng mol chất lên độ  Nhiệt dung đẳng áp nhiệt dung trình nâng nhiệt điều kiện đẳng áp, ký hiệu CP  Nhiệt dung đẳng tích nhiệt dung trình nâng nhiệt điều kiện đẳng tích, Ký hiệu CV Đối với khí lý tưởng, xét cho mol khí thì: Cp=5R/2 ; Cv =3R/2; với R=8,3145 J/mol độ  Ví dụ : Nhiệt dung riêng đẳng áp nước khoảng 14,50C – 15,50C cal / g.độ , nhiệt dung phân tử đẳng áp nước khoảng nhiệt độ 18,015 cal/mol độ NĂNG LƯNG • Là thước đo độ vận động vật chất ng với hình thái vận động khác vật chất có hình thái lượng khác năng, động năng, nội • Hai dạng thể lượng NHIỆT, CÔNG • Lưu ý: giá trò lượng tuyệt đối mà có lượng ứng với hệ quy chiếu chuẩn Đơn vò đo lượng Theo SI Joule (J): E k  mv  2 kg 1 m/s 2 2  kg m / s 1J Đôi dùng đơn vò calorie: cal = 4.184 J Đơn vò Calory dinh dưỡng (Cal) (nutritional Calorie): Cal = 1000 cal = kcal NHIỆT • Nhiệt (q) thước đo chuyển động hỗn loạn ( chuyển động nhiệt) tiểu phân tạo nên chất hay hệ CÔNG • Công (w) thước đo chuyển động có trật tự có hướng tiểu phân theo hướng trường lực • CÔNG (W) = tích lực (F)tác dụng lên vật làm vật di chuyển quãng đường d w=Fd NỘI NĂNG • Nội (U) (Internal Energy) hệ lượng có sẵn , ẩn dấu bên hệ , bao gồm lượng chuyển động tònh tiến , chuyển động quay phân tử , chuyển động quay chuyển động giao động nguyên tử nhóm nguyên tử bên phân tử tinh thể, chuyển động electron nguyên tử , lượng bên hạt nhân 10 Giải • 4C +4 O2  4CO2 H’1 = -393,5*4 KJ • 6H2 +6 ½ O2  6H2O H’2 =-285,8*6 KJ • 4CO2 + 6H2O  2C2H6 + 7O2 • H‘3= +3119,6 KJ • 4C+6H2  2C2H6 H = -169,2 KJ • 2C + 3H2  C2H6 H = -169,2/2 = 84,6 KJ 87 Bài tham khảo • Một bóng bay chứa không khí tích 4,00x106 lít Cung cấp lượng nhiệt 1,3 x 108 J cho bóng cách đốt nóng thấy bóng tăng thể tích lên thành 4,5 x 106 lít Hãy tính thay đổi nội bóng biết trình giãn nở bóng chòu áp suất không đổi từ khí không khí 1,0 atm 88 Lời giải • Nội U tính theo phương trình: U= q + W • với q lượng nhiệt cung cấp vào hệ : q = 1,3 x 108 J • Công trường hợp công giãn nở hệ tác động lên môi trường nên: • W = - PV = - atm x (4,5x106 Lit – 4,0x106Lit)= -5,0x105 Lit atm • Đổi đơn vò : Lit atm = 101,3 J ta có • W = -5,0x105 Lit atm x 101.3 J/Lit atm = -5,1x107 J • Vây: U= q + W = 1,3 x 108 J + (-5,1x107 J) = 8x107 J • Như lượng nhiệt cung cấp vào hệ lớn lượng công hệ tác động lên môi trường nên nội hệ tăng lên 89 Bài tham khảo • Khi mol khí SO2 phản ứng hoàn toàn với mol khí O2 để tạo thành mol khí SO3 25 oC áp suất không đổi atm tỏa lượng nhiệt 198 kJ Hãy tính H U cho trình biến đổi 90 Lời giải Bài giải: Số mol khí trước phản ứng : Số mol khí sau phản ứng: n = nsau - ntrước = - mol SO2 + mol mol O2 = mol mol SO3 mol mol ntrước = mol nsau = mol Ở điều kiện đẳng áp H= q = -198 kJ (dấu – thể trình tỏa nhiệt) U = q + w J   RT   Với w = -PV= n     nRT   1mol  8,3145 298K   2,48kJ P Kmol     Vậy: U = q + w = -198 kJ + 2,48 kJ = -196 kJ Nhận xét U H khác có thay đổi thể tích hệ phản ứng xảy (công thực từ môi trường vào hệ) 91 Bài tham khảo Hãy tính H0 cho phản ứng đốt cháy NH3 sau: 4NH3 (k) + 7O2 (k) = NO2 (k) + H2O (l) Chất H0f (kJ/mol) NH3 (k) NO2(k) H2O (l) Al2O3 (r) Fe2O3 (r) CO2 (k) CH3OH (l) C8H18 (l) -46 34 -286 -167 -826 -349 -239 -269 92 Lời giải Chất H0f (kJ/mol) NH3 (k) NO2(k) H2O (l) Al2O3 (r) Fe2O3 (r) CO2 (k) CH3OH (l) C8H18 (l) -46 34 -286 -167 -826 -349 -239 -269 Bài giải: 4NH3 (k) 7O2 H0(a) H0(b) =0 2N2 (k) + H2 (k) O2 (k) H0(c) H0(d) 4NO2 (k) 6H2O (l) H0phản ứng = H0(a) + H0(b) +H0(c) +H0(d) = (-H0f (NH3)+ ) + + 4(H0f (NO2)) + 6(H0f (H2O)) = H0f (sản phẩm) - H0f (tác chất) H0phản ứng = 6(-286 kJ) + 4(34kJ) – 4(-46 kJ) = -1369 kJ 93 Bài tham khảo Cho số liệu sau: H2 (k) + ½ O2  H2O (l) H0 = -285,8 kJ N2O5 (k) + H2O (l)  2HNO3 (l) H0 = -76,6 kJ ½ N2 (k) + 3/2 O2 + ½ H2  HNO3 (l) H0 = -174,1 kJ Hãy tính H0 phản ứng: 2N2 (k) + 5O2 (k)  2N2O5 (k) H0 = 28,4 kJ 94 Bài tham khảo Quy trình Oswald dùng để điều chế HNO3 từ NH3 công nghiệp bao gồm bước sau: 4NH3 (k) + 5O2 (k)  NO (k) + 6H2O (k) 2NO (k) + O2 (k)  NO2 (k) 3NO2 (k) + H2O (l)  HNO3 (dd) + NO (k) a) Hãy tính H0 cho trình dựa vào giá trò H0f hợp chất (tra sổ tay hóa học) b) Viết phản ứng tổng quát trình điều chế Quá trình tổng quát toả nhiệt hay thu nhiệt? a H01 = -908kJ ; H02 = -112 kJ ; H03 = -140 kJ ; b tỏa nhiệt 95 Bài tham khảo Dự đoán dấu S phản ứng sau: a) CaCO3 (r)  CaO (r) + CO2 (k) b) 2SO2 (k) + O2 (k)  2SO2 (k) 96 Bài tham khảo Ở nhiệt độ trình sau tự diễn 1atm: Br2 (l) Br2 (k) Biết trình có 0 H = 31,0 kJ/mol S = 93,0 J/mol.độ 97 Bài 10 tham khảo Cho số liệu sau 25 oC, atm: C (kim cương) + O2 (k)  CO2 (k) G0 = -397 kJ C (than chì) + O2 (k)  CO2 (k) G0 = -394 kJ Hãy tính G0 trình C (kim cương)  C (than chì) Từ cho biết than chì hay kim cương dạng thù hình bền Cacbon? 98 Bài 11 tham khảo Phản ứng sau tự xảy điều kiện chuẩn 25oC, 1atm: a) 2CH3OH (l) + H2O (l)  C2H5OH (l) b) O2 (k) + H2(k)  H2O (l) c) CO (k) + 2H2 (k)  CH3OH (l) d) NO (k) + O3 (k)  NO2 (k) + O2 (k) 99 Bài 12 tham khảo Tính S0 ; H0; G0 cho phản ứng sau CaCO3 (r)  CaO (r) + CO2 (k) Phản ứng tự diễn nhiệt độ nào? 100 101 [...]... •Phương pháp nhiệt lượng kế • Nhiệt dung và nhiệt dung riêng •Calorimetry : phương pháp đo nhiệt của một quá trình Nhiệt lượng kế : dụng cụ dùng để đo nhiệt của quá trình Nhiệt dung :nhiệt cần thiết để tăng nhiệt độ của hệ lên 1 đo Nhiệt dung mol : nhiệt cần thiết để tăng nhiệt độ của 1 mol chất lên 1 độ Nhiệt dung riêng : nhiệt dung của 1 g chất • q = (nhiệt dung riêng) × (khối lượng) × Δ T • Nhiệt dung... KJ V y nhiệt hình thành của H2O là H0f = - 268 KJ/mol Nhiệt phân h y của H2O (lỏng) thành H2 (khí) + O2 (khí) là +268 KJ/mol 30 H1 = H2 + H3 31 Phương trình nhiệt hóa học: • Một phương trình nhiệt hóa học phải bao gồm: Phương trình phản ứng hóa học Trạng thái hóa chất ( rắn, lỏng, khí,…) Điều kiện thí nghiệm ( nhiệt độ, áp suất,…) Nhiệt lượng trao đổi trong phản ứng qp hay qv • Chú ý: Nhiệt. .. • Như v y :  = U + nRT • Từ đ y , khi n = 0 thì H = U , nhưng khi n  0 thì H  U 22 Enthalpy H = Hcuối - Hđầu = qP 23 NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC Quá trình thu nhiệt và tỏa nhiệt Thu nhiệt: : hấp thu nhiệt từ môi trường Vd: quá trình bay hơi của chất lỏng Toả Nhiệt: tỏa nhiệt ra môi trường Vd: Hoà tan H2SO4 trong nước Phản ứng ch y cacbon 24 Entanpi của phản ứng hóa học CH4(g)... Δ T • Nhiệt dung riêng > 0 Δ T: sự thay đổi nhiệt độ Lưu ý: Cần chú ý đến dấu của q • ΔT>0 q > 0; ΔT