Bài giảng Hóa học đại cương (Phần 2) - Chương 1: Nhiệt động lực học của các quá trình hóa học

Bài giảng Hóa học đại cương (Phần 2) - Chương 1: Nhiệt động lực học của các quá trình hóa học cung cấp cho người học các kiến thức: Các khái niệm cơ bản, nguyên lý I của nhiệt động lực học và hiệu ứng nhiệt, nguyên lý II của nhiệt động lực học và chiều diễn ra của các quá trình hóa học, cân bằng hóa học. Mời các bạn cùng tham khảo.

HÓA ĐẠI CƯƠNG PHẦN I CẤU TẠO CHẤT PHẦN II CÁC QUY LUẬT DIỄN RA CỦA CÁC Q TRÌNH HĨA HỌC PHẦN II CÁC QUY LUẬT DIỄN RA CỦA CÁC Q TRÌNH HĨA HỌC CHƯƠNG I NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÁC Q TRÌNH HĨA HỌC CHƯƠNG II ĐỘNG HĨA HỌC CHƯƠNG III DUNG DỊCH CHƯƠNG IV ĐIỆN HÓA HỌC NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÁC Q TRÌNH HĨA HỌC CHƯƠNG I I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN II NGUYÊN LÝ I CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC VÀ HIỆU ỨNG NHIỆT III NGUYÊN LÝ II CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC VÀ CHIỀU DIỄN RA CỦA CÁC Q TRÌNH HĨA HỌC IV CÂN BẰNG HÓA HỌC I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Khái niệm nhiệt động lực học nhiệt động hóa học Một số khái niệm cần thiết Khái niệm nhiệt động lực học nhiệt động hóa học a Nhiệt động lực học b Nhiệt động hóa học  Xác định lượng liên kết  Dự đoán chiều hướng diễn trình hóa học  Hiệu suất phản ứng Một số khái niệm cần thiết a Hệ hóa học b Pha c Trạng thái trình d Các hàm nhiệt động a Hệ hóa học  Hệ + Môi trường xung quanh = Vũ trụ  Phân loại hệ: Hệ đoạn nhiệt:Q = Hệ đẳng nhiệt: T = Hệ đẳng áp : P = Hệ đẳng tích :V = Hệ dị thể Hệ động thể b Pha  Là tập hợp phần đồng thể hệ  Giống thành phần hóa học tính chất hóa lý  Được phân cách với pha khác bề mặt phân chia pha  Hệ pha: hệ đồng thể  Hệ nhiều pha: hệ dị thể c Trạng thái trình Trạng thái Q trình Các thơng số trạng thái d Tính biến đổi entropi q trình Qúa trình hóa học S T ( pu )   S T ( sp )   S T ( cd ) Quá trình vật lý Quá trình đẳng nhiệt • Quá trình chuyển pha đẳng nhiệt thuận nghịch S  • Q trình dãn nở đẳng nhiệt S  R ln Q trình khơng đẳng nhiệt • Q trình đẳng áp • Q trình đẳng tích T2 S  C p ln T1 S  CV ln T2 T1 V2 p   R ln V1 p1 Q T Ví dụ C(gr) + CO2(k) = 2CO(k) Tính: S 298 298 5.74 213.68 197.54 (J/mol.K) 1500 33.44 291.76 248.71 (J/mol.K) S S S 298  2 S 298 (CO )  [ S 298 (C )  S 298 ,  S 1500 (CO2 )]   197.54  [5.74  213.68]  175.66 J / K S1500   S1500 (CO )  [S1500 (C )  S1500 (CO2 )]   248.71  [33.44  291.76]  172.22 J / K • Qtrình chuyển pha đẳng nhiệt thuận nghịch T2 dQ S   T1 T Q  S  T T  const  6008 , 22 J Ví dụ: H O Q   H 2Olh ) (r ) T = 273.15K, p = 101.325kPa H nc0 6008,22( J / mol ) S    22( J / molK ) T 273,15( K ) • Q trình dãn nở đẳng nhiệt W2 S  S  S1  R ln W1 V2 p2  S  R ln   R ln V1 p1 • Ví dụ: Tính S trộn lẫn nA mol khí A với nB mol khí B điều kiện T, p = const • Giải: Tổng thể tích hai khí: V = VA + VB V V S  SA  SB  nARln  nBRln  nARlnxA nBRlnxB VA VB Vì: nA= xA n nB= xB.n, với n = nA + nB, nên: S = -nR(xAlnxA +xBlnxB ) •Q trình đẳng áp Q p  dH  C p dT T2 T2 T2 dQ dT S     Cp   C p d ln T T T T1 T1 T1 Ví dụ T2   S  C p ln T1 C p  f (T ) 298 S (H2O)  69,89J / molK Cp (H2O)  75,24J / molK S S 273 298  S  S  C p ln  6.59( J / mol.K ) 273 0  S 298  S 273 298  69.89  6.59  63.3 J / mol K 273  298 S 273 ( H 2O ) ? 298 273 Thế đẳng áp – đẳng nhiệt chiều diễn phản ứng hóa học a Tác động yếu tố entanpi entropi lên chiều hướng diễn trình hóa học b Thể đẳng áp – đẳng nhiệt Sự thay đổi đẳng áp điều kiện diễn q trình hóa học a Điều kiện diễn q trình hóa học b Tác dụng yếu tố entanpi entropi đến chiều hướng diễn q trình hố học c Xác định G q trình hóa học a Tác động yếu tố entanpi entropi lên chiều diễn qt HH Có ytố tác động lên chiều diễn qt: H, S • Trong đk bình thường qt tự diễn H < • Trong hệ lập, q trình tự diễn S > Chúng tđộng đồng thời lên hệ, ngược • H < 0: nguyên tử  phân tử  n  độ hỗn loạn  S < • S > hệ +E để phá vỡ lk  H >  Chiều hướng qt qđịnh yếu tố chiếm ưu b Thể đẳng áp – đẳng nhiệt • Nglý I: Q = U +A • Nglý II, T = const: Q S  T TS  U  PV  A A = pV + A’ ' ' '  A  U  PV  TS  U  PV2  TS   U1  PV1  TS1   H  TS   H  TS1  • Đặt: G = H – TS  G = H - TS '  A  G2  G1  G hay A '  G • q trình thuận nghịch: A’max = - G Thế đẳng áp tiêu chuẩn: Lượng chất: mol Áp suất: atm Các chất dạng định hình bền Đơn vị đo: kJ/mol Ký hiệu G 298 a Điều kiện diễn qt hóa học A’max = -G • Qt sinh A’ (A’ > 0) xảy qt tự xảy • Qt phải tiêu tốn A’ (A’ < 0) xảy qt không tự xảy  Chiều diễn q trình thuận nghịch: • G < 0: qt tự xảy ra; pư xảy theo chiều thuận • G > 0: qt khơng tự xảy ra; pư xảy theo chiều nghịch • G = 0: trình đạt trạng thái cân b Tdụng yếu tố entanpi entropi đến chiều hướng diễn qt hóa học Khi T, p = const phản ứng tự xảy khi: G  H  TS  G Khả phản ứng H S - + - Tự xảy T + - + Không tự xảy T - - +/- Tự xảy T thấp + + +/- Tự xảy T cao c Xác định G q trình hóa học • Theo định luật Hess: • Theo phương trình: GT GT(sp) GT(cd) G = H - T S • Theo số cân bằng: G  RT ln K p • Theo sức điện động nguyên tố Ganvanic: G  nFE Ví dụ CaCO3(r) = CaO(r) + 298tt -634.94 -392.92 S298 (J / mol.K) 92.63 39.71 213.31 G298 (kJ / mol ) -1129 -604 -394.38 H (kJ / mol) -1205.93 CO2(k) 0 ? G 298 , G1500 0 0 G298  [G298 (CaO)  G298 (CO2 )]  G298 (CaCO3 )  [-604  (-394.38)] - (-1129)  130.62kJ H 298  [ H 298 (CaO )  H 298 (CO2 )]  H 298 (CaCO3 )  [-634.94  (-392.92)] - (-1205.93)  178.07kJ  178070J S 298  [S 298 (CaO)  S 298 (CO2 )]  S 298 (CaCO3 )  [39.71  213.31] - 92.63  160.39J/K G 298  H 298  298S 298  178070  298 160.39  130273.78J G1500  H1500  1500S1500  H  178070 - 1500  160.39  - 62515 J  - 62.52kJ 298  1500S 298 ... II CÁC QUY LUẬT DIỄN RA CỦA CÁC QUÁ TRÌNH HĨA HỌC CHƯƠNG I NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÁC Q TRÌNH HĨA HỌC CHƯƠNG II ĐỘNG HĨA HỌC CHƯƠNG III DUNG DỊCH CHƯƠNG IV ĐIỆN HÓA HỌC NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÁC... BẰNG HÓA HỌC I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Khái niệm nhiệt động lực học nhiệt động hóa học Một số khái niệm cần thiết Khái niệm nhiệt động lực học nhiệt động hóa học a Nhiệt động lực học b Nhiệt động hóa. .. Hàm trình: phụ thuộc cách biến đổi hệ: A, Q II NGUYÊN LÝ I CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC VÀ HIỆU ỨNG NHIỆT Nguyên lý I nhiệt động lực học đại lượng nhiệt động Hiệu ứng nhiệt q trình hóa học phương trình