Hóa vô cơ chương 3

Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG Chương CHƯƠNG NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÁC QUÁ Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG Chương 3.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CẦN THIẾT •- HỆ (nhiệt động): Hệ tập hợp vật thể xác đònh không gian phần lại xung quanh môi trường •Đối với hóa học, hệ lượng đònh hay nhiều chất điều kiện nhiệt độ, nồng độ áp suất Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG Chương -TRẠNG THÁI (nhiệt động): Trạng thái hệ xác đònh tập hợp thông số biểu diễn tính chất lý hóa hệ thể tích, khối lượng, số mol, nhiệt độ, áp suất, thành phần, lượng … (thông số trạng thái: gồm Thông số dung độ; Thông số cường độ) Trạng thái cân bằng: trạng thái tương ứng với hệ cân Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG Chương 3.2 NGUYÊN LÝ I VÀ HIỆU ỨNG NHIỆT 3.2.1 Nguyên lý I nội năng, công, hiệu ứng nhiệt: a Nội dung nguyên lý 1: Khi cung cấp cho hệ lượng nhiệt Q lượng nhiệt dùng để tăng nội U hệ để thực công A chống lại lực bên tác dụng lên hệ : Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG Chương b Nội U: - Năng lượng toàn phần E hệ bao gồm động toàn hệ ( ), toàn hệ (Et), nội (U) hệ: E = + Et + U Nếu hệ không chuyển động ( = 0), tương tác môi trường hệ nhỏ không đổi (Et = 0) E = U Như vậy: - Nội hệ Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG Chương - Nội tính chất, đại lượng lượng xác đònh trạng thái hệ, thông số dung độ (tỉ lệ với lượng chất) - Độ biến đổi nội hệ chuyển từ trạng thái sang trạng thái 2: ∆U = U2 − U1 - Nội có giá trò không phụ thuộc vào cách biến đổi hệ (không Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG Chương c Công A: công chống lại lực bên hệ chuyển từ trạng thái sang trạng thái - Lực bên tác dụng lên hệ: áp suất, điện trường, từ trường, sức căng bề mặt … - Đối với trình hóa v2 học công A = A chủ Pdv =yếu p(v2 − v1)công =p∆v dãn v1 nở chống lại áp suất: ∫ Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG Chương 3.2.2 Các trình đẳng tích, đẳng áp nội năng, entanpi, hiệu ứng nhiệt: Áp dụng nguyên lý I xét trình đẳng tích, đẳng áp: a- Quá trình đẳng tích, nội năng, nhiệt đẳng tích: Vì V = const → dV = → A=0 → QV = ∆U (QV: nhiệt đẳng tích) Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG Chương b- Quá trình đẳng áp, entanpi, nhiệt đẳng áp: Vì P = const → A = P∆V = P (V2−V1) → QP = ∆U + P∆V =(U2+ PV2) − (U1+ PV1) Ñaët : U + PV = H → Q P = H2 − H = ∆H QP: nhiệt đẳng áp; H: entanpi; ∆H: độ biến đổi entanpi Vậy: Trong trình đẳng áp, nhiệt Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG Chương Entanpi tính chất, đại lượng lượng xác đònh trạng thái hệ, thông số dung độ, không phụ thuộc vào đường trình Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG Chương kt , kn: số tốc độ phản ứng thuận phản ứng nghòch; [ ] : nồng độ cân KC : số cân biểu diễn qua nồng ñoä c d C D B, aC,b A B PP KP = Các chất A, P P D chất khí ta có: P: áp suất riêng phần lúc cân chất A, B, C, D Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG Chương * Lưu ý: • Nếu tham gia vào phản ứng có chất khí, lỏng rắn viết biểu thức số cân ý đến chất khí Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG Chương Ví dụ : phản ứng aA(k)+ bB(l) d P cC(r) + dD (k): K P = Da PA • Mối liên hệ KC KP: = KC (R T)∆n với: = KP ∆n = (c + d) − (a + b) • Giá trò K phụ thuộc vào cách viết phản ứng: PSO PSO / / (k) ⇔ SO : SO2K Ví dụ (k) + O = → K = ( K ) (k) 21/ KP = P P P3 PSO PO2 PSO PO 2 SO2(k) +2 ½O2(k) ⇔ Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG Chương • K đơn vò -Ý nghóa số cân bằng: • K số với T =const, K phụ thuộc nhiệt độ, không phụ thuộc vào nồng độ áp suất • K cho biết mức độ xảy phản ứng đònh tính (nông, sâu) đònh lượng (hiệu suất) Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG Ví dụ : Cho phản ứng: Chương FeO(r) + CO(k) ⇔ Fe(r) + CO2(k) 1- Tính nồng độ CO, CO2 lúc cân 1000oC, biết số cân KC = 0,5 nồng độ ban đầu CO 0,06 mol/lit 2- Sau cân phản ứng thiết lập (ở điều kiện cho) thêm vào lượng CO:1 mol/lit Tính nồng độ CO, CO2 [CO2 ] K C = thiết= lập 0,5 lúc cân [CO] 3- Tính hiệu suất tổng cộng phản Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG Chương 1- Gọi x nồng độ CO2 lúc cân nồng độ chất lúc cân là: x 0,5 → −xx) = 0,mol/lit 02mol / lit C = [CO] ==(0,06 [CO2] = x mol/lit K Từ 0, 06 − x đây: Vậy:[CO] = 0,06 − 0,02 = 0,04 mol/l [CO2] = 0,02 mol/l 2- Vì nhiệt độ không thay đổi nên KC = 0,5 Gọi y nồng độ CO2 tăng thêm sau cho thêm CO vào hệ phản ứng nồng độ lúc cân bằng0,mới 02 + ược thiết lập là: K C = + y) mol/lit = 0,5 → vaø y = 0,35 mol / = lit (1 + [CO2]’ = (0,02 [CO]’ 1, 04 − y Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG Chương Vậy: [CO]’= 1,04 − 0,35 = 0,69 mol/l vaø [CO2]’ = 0,02 + 0,35 = 0,37 mol/l 0,37 %= x100% = 34,9% 3- Hiệu suất tổng H cộng: 1+ 0,06 3.5.3 Hằng số cân đẳng áp: o o o ∆ G = ∆Η − T ∆ S - Mối liên hệ giữaT K và298các đại lượng 298 o ∆ G nhiệt Tđộng: = −RT ln KP = −2,3 RT lg KP = −4,576 T lg KP• Ở điều kiện chuẩn: c d c d p p p • Ở điều kiện Cbất kỳ: o D C pD ∆GT = ∆GT + RT ln a b = − RT ln K P + RT ln a b p A pB p A pB Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG Chương p: áp suất riêng phần khí điều kiện Lưu ý: • Trong biểu thức ∆G: xác KP, áp dụng KC KC = KP (tức ∆n = 0) phản ứng diễn dung dòch Tuy nhiên áp dụng cách gần KC cho Cho phản 2NO (gr) N2O4(k) ⇔ o trường hợp khác ∆Η 298tt ứng: • Từ trên: biết 8019 chiều xảy phản (kcal/mol) 2309 ứng có S298thể biết mức độ diễn 57,46 72,73 Ví dụ : (cal/mol.độ) Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG Chương 1- Ở 25oC áp suất riêng phần khí atm phản ứng có xảy không? Nếu có hiệu suất bao nhiêu? 2- Xác đònh chiều xảy phản ứng điều kiện 25oC áp suất riêng phần khí NO2 N2O4 tương ứng là: a) 0,1 0,9 ; b) 0,72 vaø 0,28; c) 0,9 vaø 0,1 atm Giải : 1- Xác đònh chiều xảy phản ứng điều kiện chuẩn (điều kiện cho) Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG o ∆G298 = Chương (2309 −2× 8019) − 298 (72,73−2× 57,46) ∆Go298< 0= − 1300 cal/mol < Vì nên phản ứng xảy theo ∆Go298= −1,987x298ln K P = −1300 chiều thuận • Tính hiệu suất: 1300 → ln K P = = 2,1955→ K P = 8,98 1,987x298 Đặt x áp suất tăng thêm N2O4 áp suất riêng phần lúc cân PN 2O4của = (1+các x) atm = (1− 2x) atm khívà sẽPNO là: Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG Chương Từ đây: 1+ x KP = = 8,98 → 35,92 x − 36,92 x + 7,98 = (1 − x) → x1 = 0, 72; x2 = 0,31 PN 2O4 = 1+ 0,31= 1,31; PNO2 = (1− 2x0,31) = 0,38atm 2x 0,62 H% = x100= x100= 62% 1 2- Xác đònh chiều xảy phản ứng điều kiện ñaõ pN 2O4 cho: pN 2O4 a )∆G = − RT ln K P + RT ln = RT (ln − ln K P ) pNO2 pNO2 Baøi giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG Chương ∆G = 1,987× 298{ln[0,9/(0,1)2]−ln8,98} = 1365 cal > 0: Xảy theo chiều nghòch b) ∆G =1,987× 298 {ln [0,72/(0,28)2]−ln 8,98} = cal: Phản ứng đạt trạng thái cân c) ∆G = 1,987× 298 {ln[0,1/(0,9)2] −ln8,98} =−2538 cal < 0: Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG Chương 3.5.4 Sự chuyển dòch cân bằng: - Khái niệm: Là biến đổi trạng thái cân thay đổi điều kiện bên (nồng độ, nhiệt độ, áp suất) đònh trạng thái cân hệ - Nguyên nhân: Do tốc độ phản ứng thuận phản ứng nghòch biến đổi khác Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG Chương Nguyên lý chuyển dòch cân (Le Chatelier): Khi thay đổi điều kiện đònh vò trí cân bằng, vò trí cân hệ dòch chuyển phía làm giảm hiệu tác dụng * Áp dụng:  Ảnh hưởng nồng độ:  Ảnh hưởng nhiệt độ: Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG Chương - Ví dụ: Đối với phản öùng : N2(k) + 3H2(k) ⇔ NH3(k), ∆Η o298 = −110kcal/ mol Cân chuyển dòch: • Khi tăng nồng độ hro: theo chiều thuận • Khi tăng nhiệt độ hệ: theo chiều nghòch • Khi tăng áp suất hệ: theo ... 67,68 kcal/mol • Chính xác: ∆H398 = ∆H0298 + [(8,88 − 6,97−7,0/2) (39 8−298)] × 10 3 = − 67,84 kcal/mol Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG Chương 3. 3 NGUYÊN LÝ II VÀ ENTROPI (S) 3. 3.1 Khái niệm entropi: Khi... nội Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG Chương 3. 2 .3 Hiệu ứng nhiệt phản ứng hóa học: - Đối với trình phản ứng hóa học lượng nhiệt trao đổi hiệu ứng nhiệt phản ứng hóa học xác đònh ∆H phản ứng hóa học thường... giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG Chương - Ví dụ 3: Xác đònh hiệu ứng nhiệt phản ứng: CH3COOH(l) + C2H5OH(l) = CH3COOC2H5(l) + o H2O(l) ΔH o o o 298 = ΔΗ 298dcA+ ΔH 298dcR− ΔH 298dcE Theo hệ II: = −208,2− 32 6,7+