6.1 Đối tượng nghiên cứu của NDLH6.2 Các khái niệm cơ bản6.2 Nguyên lý 1 của nhiệt động học6.4 Định luật Hess6.5 Nguyên lý thứ 2 của NĐLH và chiều quá trình HH6.6 Bài tập Đối tượng nghiên cứu của nhiệt động lực học và nhiệt động lực học hoá học là:Nhiệt động lực học là khoa học nghiên cứu các quy luật về sự biến hóa từ dạng năng lượng này sang dạng năng lượng khác và thiết lập các định luật của sự biến đổi đó. Cơ sở của nhiệt động lực học là là 2 nguyên lý nhiệt động lực họcNhiệt động lực học hóa học là khoa học nghiên cứu các quy luật về sự biến đổi qua lại giữa hóa năng và các dạng năng lượng khác trong các quá trình hóa học.
HÓA ĐẠI CƯƠNG Chapter 6: NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC Slide of 48 General Chemistry: HUI© 2006 Nhiệt động lực hóa học 6.1 Đối tượng nghiên cứu NDLH 6.2 Các khái niệm 6.2 Nguyên lý nhiệt động học 6.4 Định luật Hess 6.5 Nguyên lý thứ NĐLH chiều trình HH 6.6 Bài tập Slide of 48 General Chemistry: HUI© 2006 6.1 Đối tượng nghiên cứu NĐLH Đối tượng nghiên cứu nhiệt động lực học nhiệt động lực học hố học là: • • Nhiệt động lực học khoa học nghiên cứu quy luật biến hóa từ dạng lượng sang dạng lượng khác thiết lập định luật biến đổi Cơ sở nhiệt động lực học là nguyên lý nhiệt động lực học Nhiệt động lực học hóa học khoa học nghiên cứu quy luật biến đổi qua lại hóa dạng lượng khác q trình hóa học Slide of 48 General Chemistry: HUI© 2006 Khái niệm sử dụng nhiệt động lực học nhiệt hoá học 6.2.1 Hệ (nhiệt động ): vật thể hay nhóm vật thể nghiên cứu tách biệt với môi trường xung quanh Hoặc phát biểu cách khác: Hệ tập hợp vật thể xác định không gian phần lại xung quanh gọi môi trường Hệ cô lập: hệ không trao đổi chất E với mơi trường bên ngồi Slide of 48 General Chemistry: HUI© 2006 Hệ kín (hệ đóng) Chất Chất Chất Chất Nhiệt Nhiệt Hệ kín ín hệ trao đổi E với MT ng Slide of 48 General Chemistry: HUI© 2006 Hệ đọan nhiệt V2 V1 Hệ đoạn nhiệt hệ không trao đổi chất nhiệt trao đổi công với MT Slide of 48 General Chemistry: HUI© 2006 Hệ đồng thể hệ dị thể, pha, hệ cân • • • • Hệ đồng thể hệ có tính chất lý hoá học giống điểm hệ nghĩa khơng có phân chia hệ thành phần có tính chất hố lý khác Hệ dị thể hệ có bề mặt phân chia thành phần có tính chất hố lý khác Pha phần đồng thể hệ, có thành phần, cấu tạo tính chất định Hệ đồng thể hệ pha, hệ dị thể hệ nhiều pha Hệ cân hệ có nhiệt độ, áp suất, thành phần giống điểm hệ không thay đổi theo thời gian Slide of 48 General Chemistry: HUI© 2006 6.2.2 Trạng thái hệ thơng số ( tham số) trạng thái, hàm trạng thái • • Trạng thái hệ tồn tính chất lý, hố hệ Thơng số trạng thái: Trạng thái hệ xác định thông số (tham số) nhiệt động là: nhiệt độ T, áp suất P, thể tích V, nồng độ C… • Phương trình trạng thái mô tả tương quan thông số trạng thái • Có loại thơng số trạng thái + Thông số cường độ: Không phụ thuộc vào lượng chất : nhiệt độ, tỉ khối, áp suất… + Thông số khuyếch độ (dung độ): thông số phụ thuộc vào lượng chất khối lượng, số mol, thể tích… Slide of 48 General Chemistry: HUIâ 2006 Trạng thái cân bằng: là trạng thái tương ứng với hệ cân ( Khi thông số trạng thái giống điểm không đổi theo thời gian) Hàm trạng thái: đại lượng nhiệt động gọi hàm trạng thái biến thiên đại lượng phụ thuộc trạng thái đầu trạng thái cuối hệ, không phụ thuộc vào cách tiến hành Nói cách khác Hàm trạng thái đại lượng nhiệt động có giá trị phụ thuộc vào thông số trạng thái hệ mà không phụ thuộc vào cách biến đổi hệ, hay nói cách khác không phụ thuộc vào đường hệ (Nhiệt độ T, áp suất P, Thể tích V, Nội U, entanpi H, entropi S, đẳng áp G…là hàm trạng thái) Slide of 48 General Chemistry: HUIâ 2006 6.2.3 Quỏ trỡnh Quỏ trình biến đổi xãy hệ gắn liền với thay đổi thơng số trạng thái Quá trình xãy áp suất khơng đổi (P= số) gọi q trình đẳng áp, thể tích khơng đổi gọi q trình đẳng tích nhiệt độ khơng đổi gọi trình đẳng nhiệt… Quá trình thuận nghịch: trình biến đổi từ trạng thái qua trạng thái khác ( từ 1→2) gọi thuận nghịch biến đổi theo chiều ngược lại ( từ 2→1) qua trạng thái trung gian chiều thuận cho hệ trở trạng thái ban đầu khơng tồn biến đổi hệ mơi trường Q trình khơng thuận nghịch q trình mà sau hệ môi trường quay trở lại trạng thái ban đầu Slide 10 of 48 General Chemistry: HUI© 2006 • • họcø Entropi tuyệt đối entropi tiêu chuẩn Nguyên lý: Ở nhiệt độ không tuyệt đối (0K) đơn chất hợp chất dạng tinh thể hồn hảo có entropi (S0 =0 ) hay gọi định luật Nernst Entropi tuyệt đối: Entropi xác định nhiệt độ cở sở từ nhiệt độ tuyệt đối ∀ ∆ S= ST –S0 Từ việc tính ∆ S ta tính ST • Entropi tiêu chuẩn: giá trò entropi tuyệt đối chất điều kiện tiêu chuẩn: nhiệt độ 25 C (298,15K), áp suất 1atm ký hiệu S 298 Đối với chất khí khí lý tưởng , dung dòch dd có nồng độ mol/lit Slide 60 of 48 General Chemistry: HUI© 2006 6.5.4 Biến thiên S phản ứng hoùa ∆S = Σ S (sảnphẩm) - Σ S (chất tham gia) ∆So = Σ So (sảnphẩm) - Σ So (chất tham gia) Ví dụ; H2(k) + O2(k) → H2O(loûng) o o o o ∆ S = S (H2O) - [2 S (H2) + S (O2)] o ∆ S = mol (69.9 J/K•mol) - [2 mol (130.7 J/K•mol) + mol (205.3 J/K•mol)] o ∆ S = -326.9 J/K S giảm ? Slide 61 of 48 General Chemistry: HUI© 2006 6.5.5 Biểu thức thống nguyên lý • • • • • • • • °Theo nguyên lý 1: Q = ∆ U + A ° Theo nguyên lý cho trình đẳng nhiệt : ∆ S≥ Q/T hay Q ≤ T.∆ S °Kết hợp biểu thức T.∆ S ≥ ∆ U + A + Đối với trình thuận nghòch T∆ S = ∆ U + ATN + Đối với trình không thuận nghòch T∆ S > ∆ U + AKTN Slide 62 of 48 General Chemistry: HUI© 2006 6.5.6 Thế nhiệt động chiều hướng diễn biến q trình hố học Khái niệm nhiệt động đẳng tích, đẳng áp • a) Quan hệ entanpi entropi + ∆Η phản ánh khuynh hướng tập hợp tiểu phân + ∆ S phản ánh khuynh hướng ngược lại, làm cho hệ phân tán để có phân bố hỗn loạn + Khuynh hướng tậïp hợpï làm cho entanpi giảm (∆Η < ) khuynh hướng phân tán tăng entropi (∆ S> 0) Slide 63 of 48 General Chemistry: HUI© 2006 b.Thế nhiệt động phương trình nhiệt động học b1) Thế đẳng tích Từ nguyên lý I II ta có đại lượng + Nếu trình xãy T V không đổi ta có F = U – TS F gọi đẳng nhiệt đẳng tích (gọi tắt đẳng tích) hàm lượng tự Helmholtz (gọi tắt hàm Helmholtz) + Đối với hệ kín, điều kiện đẳng nhiệt đẳng tích, trình tự diễn biến kèm theo giảm đẳng tích (∆ F ⇒ Q trình khơng tự xảy ∆G < ⇒ Quá trình tự xảy ∆G = ⇒ hệ đạt trạng thái cân Slide 67 of 48 General Chemistry: HUI© 2006 b Biến thiên đẳng áp ∆G chiều diễn trình hóa học ∆G = ∆H – T∆S ∆G = ∆H - ∆TS ∆H ∆S -∆TS + - + + tất T - + - + + - - Tất T - T cao + T thấp - Slide 68 of 48 + + T cao - T thấp General Chemistry: HUI© 2006 c Biến thiên đẳng áp tiêu chuẩn ∆G0 phản ứng hóa học • Năng lượng tự tạo thành – Đơn chất ∆ Gtto = kJ/mol – Đối với hợp chất ∆Gtt° = ∆Htt° - T∆Stt° Ví dụ Br2(l) Br2(k) ∆H° = 30.91 kJ/mol, ∆S° = 93.2 J/mol.K ∆G° = kJ/mol - (298K)(9 J/mol.K) = 3.13 kJ/mol Slide 69 of 48 General Chemistry: HUI© 2006 Biến thiên đẳng áp phản ứng hóa học • Phản ứng hóa học ∆ Gopư = Σ ∆ Gott (sp) - Σ ∆ Gott (cñ) C2H4(k) + H2O(l) C2H5OH(l) • Tính ∆G°r cho giá trị sau ∆G°tt(C2H5OH(l)) = -175 kJ/mol ∆G°tt(C2H4(g)) = 68 kJ/mol ∆G°tt(H2O (l)) = -237 kJ/mol Slide 70 of 48 General Chemistry: HUI© 2006 Sự phụ thuộc G ∆G vào T P • Phụ thuộc vào T ∆G2/T2- ∆G1/T1= ∆H (1/T2-1/T1) – Ví dụ; Đối với q trình chảy lỏng nước đá ∆H =6007 j/mol 273,15 K ∆G0= tính ∆G0 T=272.15 K Sự phụ thuộc vào áp suất: o Gp= G + nRTlnP o ΔGp= Δ G + nRTlnP Ví dụ: CaCO3 o CaO + CO2 ΔG298 = 129kj/mol Tính ΔG nhiệt độ khơng đổi P = atm Slide 71 of 48 General Chemistry: HUI© 2006 6.5.8 Đại lượng mol riêng phần hóa • Đại lượng mol riêng phần V= naVa + nbVb Thể tích mol riêng phần cấu tử biến thiên thể tích hỗn hợp cho thêm mol cấu tử vào hỗn hợp điều kiện thông số khác (T, P thành phần cấu tử khác) khơng đổi Hóa thế; μi= Gi : gọi hóa Slide 72 of 48 General Chemistry: HUIâ 2006 HểA TH Húa th ca hợp chất i hỗn hợp biến thiên entanpi tự hỗn hợp thêm mol chất i vào hỗn hợp điều kiện thông số khác khác không đổi (T, P thành phần mol lại) μ= μo + RTlnP Cấu tử thứ i μi= μio + RTlnPi Slide 73 of 48 General Chemistry: HUI© 2006 BÀI TẬP CHƯƠNG Slide 74 of 48 General Chemistry: HUI© 2006 ... cứu nhiệt động lực học nhiệt động lực học hố học là: • • Nhiệt động lực học khoa học nghiên cứu quy luật biến hóa từ dạng lượng sang dạng lượng khác thiết lập định luật biến đổi Cơ sở nhiệt động. .. dấu Toả nhiệt Qui ước: Thu nhiệt Q < : Hệ tỏa nhiệt, Q > : Hệ thu nhiệt A < : Hệ nhận công, A > : Heä Slide 21 of 48 General Chemistry: HUI© 2006 Nhiệt dung nhiệt dung mol a Nhiệt dung: nhiệt lượng... cần thiết để nâng lượng chất lên độ b Nhiệt dung riêng : nhiệt lượng cần thiết để nâng nhiệt độ 1g chất lên độ c Nhiệt dung mol: Nhiệt lượng cần thiết để nâng nhiệt độ mol chất lên 1độ mà khơng