CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Nhiệt hóa học

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC NHIỆT HÓA HỌC GV: Đào Ngọc Duy Các trạng thái vật chất Lực liên kết phân tử lớn un p Rigid res su r able Solid Liquid Gas Fluid pr Lực liên kết phân tử nhỏ le b a ur s s e CÁC ĐỊNH NGHĨA &THÔNG SỐ CƠ BẢN Áp suất định luật Boyle P = r.g.h 1Pa = 1kg.m −1.s −2 Lực gây lượng 1atm = 1.01325 ×105 Pa không khí đơn vị diện tích bình chứa P.V = C (Boyle Law) CÁC ĐỊNH NGHĨA &THÔNG SỐ CƠ BẢN Khí lý tưởng (Ideal gas) Khí lý tưởng Khí thực - Các phân tử khí nhỏ - Có thể tích thực - Khí lý tưởng chuyển - Lực tương tác đáng kể động theo phương - Không có lực tương tác phân tử khí Ideal Gas Law P.V = n.R.T phân tử khí - Áp suất nhỏ khí lý tưởng thể tích Van der Waals equation P = n.R.T /(V − n.b) − a.( n / V ) 0.082058 L.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 = H T0 − 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 = −395,030 KJ 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 = −1,893 KJ 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(∆Hht)cuoi – S(∆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 ∆Hpu = S(∆Hdc)dau – S(∆Hdc)cuoi 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 , TN DS DS TN, DS2 DS = DS1 + DS2 + DS3 TN, BTN, DS Entropy chất rắn nguyên chất có cấu tạo tinh thể hoàn chỉnh lý tưởng 0°K Planck (1858 – 1947) 0 ∆S 298 = ∑ ( S 298 ) cuoi − ∑ ( S 298 ) 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 ∆S 298 − 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 µi = G i = ∂G ∂ni µi = µi0 (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 ... ứng nhiệt phản ứng hóa học = tổng sinh nhiệt hợp chất cuối trừ tổng sinh nhiệt hợp chất đầu DHpu = S(∆Hht)cuoi – S(∆Hht)dau PHƯƠNG TRÌNH NHIỆT HÓA HỌC Thiêu nhiệt hiệu ứng nhiệt phản ứng oxi hóa. .. 298 = −395,030 KJ 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... 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)