2017 chương 4 nhiet động hóa học

10/25/2017 NHIỆT HĨA HỌC (THERMOCHEMISTRY) Sự chuyển hóa lượng xảy ? 10/25/2017 Quy luật chuyển hóa lượng ? Nhiệt động học nghiên cứu qui luật chuyển hóa lượng lượng 10/25/2017 Khai sinh nhiệt động học nghiên cứu trình liên quan đến chuyển hóa lượng nhiệt Năng lượng nhiệt biến đổi thành công động Nhiệt hóa học sử dụng ngun lí NĐH để nghiên cứu q trình hóa học liên quan đến chuyển hóa lượng nhiệt Phản ứng phân hủy thủy ngân oxit trình thu nhiệt 10/25/2017 Trao đổi lượng q trình hóa học liên quan đến lượng đầu cuối hệ: (II) 10 J (I) 15 J ΔE = J Một số khái niệm Hệ và mơi trường Phản ứng hóa học thực ống nghiệm; cốc hay bình chứa hệ Trong thực tế không tồn hệ cô lập Vũ trụ Hệ Mơi trường Hệ mở (a), hệ đóng (b) hệ cô lập (c) chemmvb@gmail.com 10/25/2017 Thông sớ trạng thái Các tính chất hệ đo được: nhiệt độ, áp suất, thể tích, khối lượng, Thơng sớ dung độ: Có tính cộng khối lượng, lượng, Thơng sớ cường độ: Khơng có tính cộng nhiệt độ, áp suất,… Trạng thái hệ Trạng thái nước xác định qua thông số T p Trạng thái cân Khi giá trị thông số trạng thái không thay đổi theo thời gian Trong bình kín nước lỏng nước nằm cân với 10 10/25/2017 Quá trình Sự biến đổi trạng thái hệ thay đổi hay nhiều thông số trạng thái Sự cháy CH4 q trình hóa học 11 Chu trình Q trình có trạng thái đầu cuối trùng 12 10/25/2017 Quá trình thuận nghịch Quá trình biến đổi thuận nghịch qua trạng thái không gây biến đổi hệ mơi trường + Q trình cân + Không sinh ma sát + Tốc độ trình vơ chậm + Khơng có thực 13 Chuyển động kim là hình ảnh gần QTCB 14 10/25/2017 Hàm trạng thái F(P,V,T, ) hàm trạng thái F chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu cuối mà không phụ thuộc vào đường Ví dụ E = mgh hàm trạng thái Các dạng lượng hóa học hàm trạng thái ΔE = mgΔh 15 Qui ước dấu • Năng lượng giải phóng (phát nhiệt, toả nhiệt, xạ nhiệt, sinh cơng cho bên ngồi) dấu âm (-) • Năng lượng thu vào (hấp thụ nhiệt, thu nhiệt, nhận cơng từ bên ngồi) dấu dương (+) • Biến thiên: ΔX = X(sau) – X(trước) (I) 10 J +5j (II) 15 J ΔE = EII – EI = 15 – 10 = J > hệ thu lượng 16 10/25/2017 Bản chất nhiệt động học Xây dựng nguyên lí (tiên đề) Mang tính thống kế (hệ vĩ mơ) Áp dụng q trình cân (Khơng có biến thời gian) 17 Nguyên lí A B cân nhiệt B C cân nhiệt Thì A C cân nhiệt 18 10/25/2017 Đo nhiêt độ 19 Các hình thức trao đổi lượng ? +5J? (I) 10 J (I) 15 J W W Q 20 10 10/25/2017 Áp dụng ngun lí vào nhiệt hóa học 37 Trạng thái chuẩn Trạng thái bền vững nhất chất áp suất P0 = 1atm Trạng thái chuẩn cacbon cacbon graphit C(gr) 38 19 10/25/2017 Entanpi chuẩn cacbon giá trị entanpi 1mol C(gr) áp suất atm nhiệt độ T: H 0T,C(gr) Entanpi chuẩn phản ứng hiệu ứng nhiệt phản ứng đo atm nhiệt độ T: H 0T,p­ 39 Hiệu ứng nhiệt phản ứng hóa học aA + bB  cC + dD ΔE phản ứng = E(trạng thái cuối) – E(trạng thái đầu) Upư = (cUC + dUD) – (aUA + bUB) Hpư = (cHC + dHD) – (aHA + bHB) Nếu phản ứng tiến hành đẳng tích: QV = Upư Nếu phản ứng tiến hành đẳng áp:QP = Hpư 40 20 10/25/2017 Mối quan hệ nhiệt đẳng áp và nhiệt đẳnh tích aA(k) + bB(k)  cC(k) + dD(k) QP = QV + PV  H = U + PV = U + P(VC + VD – VA – VB): QP = QV + PV Phản ứng chỉ có chất lỏng chất rắn: V  QP  Q V Phản ứng có chất khí: Vkhí >> Vlỏng, Vrắn: V  Vkhí QP = QV + nkhíRT 41 Áp dụng: 4000C phản ứng N2(k) + 3H2(k) = 2NH3(k) có ∆H0673K = -109,0 kJ xác định nhiệt đẳng tích phản ứng Áp dụng: 1273K phản ứng CaCO3(r) = CaO(r) + CO2(k) có ∆H01273 = 176,0 kJ xác định nhiệt đẳng tích nhiệt đẳng áp phản ứng 42 21 10/25/2017 Phương trình nhiệt hóa học Cho biết rõ trạng thái chất, lượng phản ứng 2Mg(rắn) + O2(khí)  2MgO(rắn) H 02000 K  1200 kJ 43 Áp dụng: Lượng nhiệt tỏa đốt cháy 4,6 gam ancol etylic lỏng không khí tạo nước dạng lỏng P = 1atm, T = 298K 136,7 kJ Viết phương trình nhiệt hóa học phản ứng (tính theo mol) 44 22 10/25/2017   CH 3COONa(r) ΔH = -22,9 kJ/mol CH 3COONa(dd)   580 C Phản ứng kết tinh natri axetac sử dụng túi sưởi 45   NH NO3 (dd) ΔH = +25,65 kJ/mol NH NO3 (r) + H 2O   Túi chườm lạnh sử dụng NH4NO3 46 23 10/25/2017 Xác đinh hiệu ứng nhiệt thực nghiệm Hiệu ứng nhiệt phản ứng đo bom nhiệt lượng kế Nhiệt phản ứng tỏa làm tăng nhiệt độ hệ: QV = CnlkT Bom nhiệt lượng kế 47 Áp dụng: Khi cho 32,69 gam Zn tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng dư bom nhiệt lượng kết 250C, lượng nhiệt đo 71,48 kJ Tính: a Nhiệt đẳng tích phản ứng (ứng với mol kẽm) b Nhiệt phản ứng tiến hành áp suất khí 48 24 10/25/2017 Năng lượng thực phẩm Thực phẩm đốt bom nhiệt lượng kế để xác định lượng, tính theo đơn vị Calories: Calories = 1000 cal = kcal Lượng Calo người trưởng thành cần: 2000-2500 Calo/ngày 49 2000 Calo trông nào ? 50 25 10/25/2017 Xác đinh hiệu ứng nhiệt định luật Hess Định luật Hess “Hiệu ứng nhiệt phản ứng chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu trạng thái cuối chất” ΔH1 = ΔH2 + ΔH3 51 Áp dụng: Phản ứng C(gr) + 1/3O2(k) = CO(k) hiệu ứng nhiệt (ΔHx) không đo thực nghiệm, phản ứng sau đo được: C(gr) + O2(k) CO(k) + 1/2O2(k) = CO2(k) ∆H1 = -94,0 kcal/mol = CO2(k) ∆H2 = -67,6 kcal/mol ∆Hx = ∆H1 - ∆H2 = -26,4 kcal/mol 52 26 10/25/2017 Có thể dụng định luật Hess dạng đại số: ∆H1 = ∆H2 + ∆H3 CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g) ΔH2 H2O(g) → H2O(l) ΔH3 CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) ΔH1 = ΔH2 + ΔH3 53 Nhiệt tạo thành (sinh nhiệt) Hiệu ứng nhiệt phản ứng tạo thành 1mol chất từ đơn chất bền vững nhất Nhiệt tạo thành chuẩn CuSO4(r) H0 phản ứng: Cu(r) + S(r) + O2(k)  CuSO4(r) H0298 = -769.9kJ.mol-1 H0298,ttCuSO4(r) = -769.9kJ.mol-1 Nhiệt tạo thành chuẩn đơn chất bền vững nhất không: H0298,ttO2(k) = 0; H0298,ttFe(r) = 0; H0298,ttC(gr) = 54 27 10/25/2017 Nhiệt đốt cháy (thiêu nhiệt) Hiệu ứng nhiệt phản ứng đốt cháy hồn tồn 1mol chất tạo oxit có trạng thái oxi hóa cao nhất Thiêu nhiệt chuẩn CH4(k) H0 phản ứng: CH4(r) + 2O2(k)  CO2(k) + 2H2O(l) H0298 = -890,3kJ.mol-1 H0298,cCH4(k) = -890,3kJ.mol-1 55 Tính ΔH dựa vào sinh nhiệt ∆H0pư = Σ(∆H0tt )sản phẩm - Σ(∆H0tt)chất đầu Áp dụng: Tính hiệu ứng nhiệt phản ứng sau: 2B5H9(g) + 12O2(g)  5B2O3(s) + 9H2O(l) Biết nhiệt tạo thành chuẩn ΔH0298,tt (kJ mol-1) chất: B5H9(g) O2(g) B2O3(s) H2O (l) +62.8 0.0 -1264.0 -285.8 ∆H0pư = 5∆H(B2O3) + 9∆H(H2O) - 2∆H(B5H9) – 12 ∆H(O2) 56 28 10/25/2017 Tính ΔH dựa vào thiêu nhiệt ∆H0pư = Σ(∆H0c)chất đầu - Σ(∆H0c)sản phẩm Áp dụng: Tính hiệu ứng nhiệt phản ứng: C2H2(k) + 2H2(k) = C2H6(k) Biết thiêu nhiệt chuẩn (ΔH0298,c) C2H2, H2 C2H6 lần lượt: -1299.63, -285.84 -1559.88 kJ/mol 57 Áp dụng: Tính nhiệt tạo thành chuẩn ZnSO4(r) 250C từ phương trình nhiệt hóa học sau: (1) Zn(r) + S(r) → ZnS(r) ΔH01 = -183.92 kJ (2) 2ZnS(s) + 3O2(g) → 2ZnO(s) + 2SO2(g) ΔH02 = -927.54 kJ (3) 2SO2(g) + O2(g) → 2SO3(g) ΔH03 = -196.04 kJ (4) ZnO(s) + SO3(g) → ZnSO4 (s) ΔH04 = -230.32 kJ Áp dụng: Sử dụng nhiệt phản ứng sau để tính nhiệt tạo thành NO 4NH3 + 5O2  4NO + 6H2O ΔH01 = -1170 kJ 4NH3 + 3O2  2N2 + 6H2O ΔH02 = -1530 kJ 58 29 10/25/2017 Hiệu ứng nhiệt trình chuyển pha Rắn  Lỏng; Rắn  Hơi; Lỏng  Hơi Áp suất cố định, chuyển pha xảy nhiêt độ nhiệt độ không đổi 59 Tan chảy H2O(r)  H2O(l) H0273 = 6025 J.mol-1 QP = 6025 J.mol-1 > 0: thu nhiệt H2O(l)  H2O(r) H0273 = -6025 J.mol-1 QP = -6025 J.mol-1 < 0: tỏa nhiệt 60 30 10/25/2017 Hóa H2O(l)  H2O(h) H0373 = 40,7 kJ.mol-1 QP = 40,7 kJ.mol-1 > 0: thu nhiệt H2O(h)  H2O(l) H0373 = -40,7 kJ.mol-1 QP = -40,7 kJ.mol-1 > 0: tỏa nhiệt Vì trước trời chuyển mưa khơng khí trở nên nóng ? Vì sử dụng, bình gas trở nên lạnh ? 61 Ngun lí hoạt động Tủ lạnh (máy điều hòa) dựa nhiệt chuyển pha Lỏng  Hơi 62 31 10/25/2017 Thăng hoa H2O(r)  H2O(k) H0T 0: thu nhiệt H2O(k)  H2O(r) H0T