Chuyên đề: ‘lai hoá” trong liên kết hoá học và chuyên đề “ nhiệt hoá học”

Trong công tác bồi dưỡng học sinh giỏi của các trường THPT hiện nay thường gặp những hạn chế về kết quả. Điều đó xuất phát từ nhiều nguyên nhân nhưng nguyên nhân chủ yếu thường là do nội dung bồi dưỡng. Do vậy, sau khi chọn được học sinh có khả năng chúng ta cần lập kế hoạch cho học sinh và lập kế hoạch cho mình, tránh tình trạng thích đâu dạy đó, thiếu định hướng và thiếu tính liên thông trong hệ thống chương trình.

BÁO CÁO THAM LUẬN CHUYÊN ĐỀ: CHỌN LỰA VÀ SƯU TẦM TÀI LIÊU, NỘI DUNG GIẢNG DẠY BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI I LÍ DO CHỌN CHUYÊN ĐỀ Hiền tài ngun khí quốc gia Vì vậy, việc phát bồi dưỡng nhân tài cho đất nước nhiệm vụ quan trọng ngành giáo dục Ở bậc THPT vấn đề thực thông qua việc bồi dưỡng học sinh tham gia kì thi học sinh giỏi cấp Dể đạt kết cao cơng tác bồi dưỡng đòi hỏi nhiều yếu tố yếu tố quan trọng xây dựng chương trình bồi dưỡng thơng qua việc chọn lựa, sưu tầm tài liệu nội dung giảng dạy II TẦM QUAN TRỌNG CỦA CHUYÊN ĐỀ Trong công tác bồi dưỡng học sinh giỏi trường THPT thường gặp hạn chế kết Điều xuất phát từ nhiều nguyên nhân nguyên nhân chủ yếu thường nội dung bồi dưỡng Do vậy, sau chọn học sinh có khả cần lập kế hoạch cho học sinh lập kế hoạch cho mình, tránh tình trạng thích đâu dạy đó, thiếu định hướng thiếu tính liên thơng hệ thống chương trình III THỰC TRẠNG CỦA CHUYÊN ĐỀ Đa số nội dung thi học sinh giỏi có chương trình sách giáo khoa với thời lượng nội dung kiến thức đơn giản Để rút ngắn khoảng cách nội dung kiến thức học nội dung thi học sinh giỏi cần thiết phải trang bị cho giáo viên học sinh kiến thức nâng cao ngang tầm chương trình đại học đảm bảo mức độ hợp lý, phù hợp với trình độ học sinh phổ thơng Thực tế việc tìm tài liệu để bồi dưỡng học sinh giỏi khơng khó: qua sách nâng cao, tài liệu tham khảo, internet… Song chương trình bồi dưỡng chưa có sách hướng dẫn chi tiết, cụ thể buổi, tiết chương trình khố Vì đòi hỏi giáo viên giảng dạy phải tự tìm tòi, chọn lọc, xếp cho phù hợp với khă lĩnh hội học sinh qua năm IV NỘI DUNG Việc chọn lựa, sưu tầm tài liệu, nội dung giảng dạy tiến hành sau: + Nắm ma trận đề thi theo năm cho khối lớp + Xác định chuyên đề cụ thể mà thân giáo viên chọn bồi dưỡng cho học sinh + Tìm tài liệu sách báo, internet, giáo trình đại học…ứng với chuyên đề lựa chọn.Trong đề thi học sinh giỏi đặc biệt học sinh giỏi quốc gia phần kiến thức nặng theo phần hoá học lập thể,cơ chế phản ứng, hợp chất dị vòng Đây kiến thức khó khơng học sinh mà giáo viên giảng dạy phần gặp nhiều lúng túng Do học sinh thường khơng có điểm phần Vì cần có đầu tư cho mảng kiến thức + Sắp xếp kiến thức theo mức độ từ đến nâng cao + Sau chuyên đề cần có đến tập điển hình để nắm vững kiến thức lí thuyết sau cho thêm số tập nâng cao để học sinh vận dụng thành thạo Một số tập khơng có quy luật chung cần cho học sinh làm nhiều trước tập có quy luật chung + Trong buổi học cần có kiến thức cần truyền đạt, tập vận dụng tập luyện thêm nhà + Giáo viên sưu tầm đề thi cấp tỉnh nhà tỉnh khác thông qua công nghệ thông tin nhằm giúp em tiếp xúc làm quen với dạng đề Sau đây, xin trình bày số nội dung cốt lõi giảng dạy vấn đề ‘lai hoá” liên kết hoá học chuyên đề “ nhiệt hoá học” sau: A LAI HOÁ THUYẾT LAI HÓA 1.1 Nội dung Ví dụ: Xét phân tử CH4 Nguyên tử C trạng thái kích thích có e độc thân 1s22s12p3 e độc thân tạo liên kết cộng hố trị C-H có 3AO p C xen phủ với AO s H tạo thành góc hố trị HCH 90 Liên kết C- H thứ tư tạo thành xen phủ AO hố trị s-s khơng có hướng xác định khơng gian Điều dẫn đến độ bền liên kết khác với độ bền ba liên kết lại Tuy nhiên thực nghiệm chứng tỏ rằng, độ bền liên kết C-H góc liên kết HCH 109028’ Để giải thích khó khăn người ta đưa thuyết lai hoá Nội dung: Thuyết lai hóa cho obital nguyên tử (gọi tắt AO) khác nguyên tử gần lượng tổ hợp tuyến tính với để tạo AO nguyên tử tương đương Các obtal gọi obital lai hóa Như vậy: lai hóa orbital nguyên tử tổ hợp “ trộn lẫn” số orbital nguyên tử để obital lai hóa giống định hướng khác rong không gian 1.2 Đặc điểm orbital lai hóa + Các AO lai hóa có hình dạng kích thước hồn tồn giống nhau, khác định hướng không gian + Có obital tham gia tổ hợp, tạo nên nhiêu obital lai hóa 1.3 Hình dạng orbital lai hóa 1.4 Điều kiện Các obital tham gia lai hóa phải có lượng gần (Các AO phân lớp khác lớp) * Lưu ý: + Chỉ xét lai hoá nguyên tử trung tâm + Sự xen phủ AO lai hố tạo liên kết đơn MỘT SỚ KIỂU LAI HÓA 2.1 Lai hóa sp - Sự hình thành: Lai hóa sp tổ hợp AOs 1AOp tạo 2AO lai hóa sp - Định hướng khơng gian AO lai hóa: 2AO lai hóa nằm thẳng hàng hướng hai phía, đối xứng 2.2 Lai hóa sp2 - Sự hình thành: Lai hóa sp2 tổ hợp 1AOs 2AOp tạo 3AO lai hóa sp2 - Định hướng khơng gian AO lai hóa: 3AO lai hóa định hướng từ tâm đến đỉnh tam giác 2.3 Lai hóa sp3 - Sự hình thành: Lai hóa sp3 tổ hợp 1AOs 3AOp tạo 4AO lai hóa sp3 - Định hướng khơng gian AO lai hóa: 4AO lai hóa định hướng từ tâm đến đỉnh tứ diện 2.4 Lai hóa sp3d - Sự hình thành: Lai hóa sp3d tổ hợp AOs, 3AOp 1AOd tạo 5AO lai hóa sp3d - Định hướng khơng gian AO lai hóa: AO lai hóa định hướng từ tâm đến đỉnh phân tử tháp đôi đáy tam giác 2.5 Lai hóa sp3d2 - Sự hình thành: Lai hóa sp3d2 tổ hợp AOs, 3AOp 2AOd tạo 6AO lai hóa sp3d2 - Định hướng khơng gian AO lai hóa: 6AO lai hóa định hướng từ tâm đến đỉnh phân tử tháp đôi đáy vuông (bát diện) THUYẾT SỨC ĐẨY GIỮA CÁC CẶP ELECTRON HỐ TRỊ (THÚT VSEPR) VÀ DẠNG HÌNH HỌC CỦA PHÂN TỬ 3.1 Khái quát thuyết sức đẩy VSEPR Công thức nguyên (AXm) chất cho ta biết số ngun tử mà có Biết cơng thức cần thiết chưa đủ để xác định cấu trúc phân tử số electrron hóa trị tổng cộng đóng vai trò định Thuyết VSEPR cho phép ta xác định gần cấu hình khơng gian phân tử chất mà không chứa nguyên tố chuyển tiếp Thuyết giúp tiên đoán cách xác góc hố trị phân tử có cặp electron khơng phân chia phân tử có liên kết bội Luận điểm chính: + Các cặp electron hố trị ngun tử ln ln đẩy đó, cặp electron liên kết khơng liên kết, có electron dộc thân lớp cùng, cư trú cách thống kê khoảng cách xác định so với hạt nhân Các electron tương ứng đẩy định vị vị trí làm cực tiểu hố lực đẩy electron Từ đó, người ta hình dung phân tử chất có cơng thức chung: AXnEm Trong đó, A: kí hiệu ngun tử trung tâm (đây nguyên tử có độ âm diện nhỏ trừ H) X: kí hiệu nguyên tử bao quanh nguyên tử trung tâm (nguyên tử biên) n: Số liên kết đơn nguyên tử trung tâm nguyên tử biên E: Kí hiệu cặp electron khơng phân chia hay không tham gia liên kết m: Là số cặp electron không phân chia hay không tham gia liên kết Tổng (m+n) định cấu trúc hình học phân tử chất 3.2 Dạng hình học phân tử m+n n 0 1 2 3 Cơng thức cấu Dạng hình học trúc AX2E0 AX3E0 AX2E1 AX4E0 AX3E1 AX2E2 AX5E0 AX4E1 AX3E2 AX2E3 AX6E0 AX5E1 AX4E2 phân tử Thẳng Tam giác Gấp khúc Tứ diện Tháp đáy tam giác Gấp khúc Tháp đôi phương Tứ diện không Dạng chữ T Thẳng Bát diện Tháp đáy vng Vng Các ví dụ BeH2, BeCl2, CO2 BH3, AlCl3 SO2 CH4, NH4+ NH3 F2 O PCl5, AsF5 TeCl4 BrF3 XeF2 SF6 BrF5 XeF4 CÁCH XÁC ĐỊNH NHANH KIỂU LAI HÓA Để biết lai hóa theo kiểu nào, cần tiến hành bước sau: - Xác định nguyên tử trung tâm (thường nguyên tử có độ âm điện bé trừ H) Khi xác định lai hoá, xét lai hoá nguyên tử trung tâm - Viết công thức cấu tạo phân tử (cấu hình Lewis) - Xác định nguyên tử trung tâm có liên kết xich ma (б) với nguyên tử biên (gọi X) cặp electron không tham gia liên kết (gọi E) - Số AO lai hoá tổng số liên kết xich ma (б) số cặp eletron không tham gia liên kết Ví dụ: Xét phân tử NH3 + Nguyên tử trung tâm N Cấu hình electron N trạng thái bản: 1s22s22p3 + Công thức cấu tạo: H H N H + Số AO lai hoá => Kiểu lai hoá N lai hố sp3 Dạng hình học phân tử : tháp tam giác Mặc dù lai hoá N lai hoá sp nhiên AO lai hố N có AO lai hố chứa electron độc thân xen phủ với AO 1s nguyên tử H tạo thành liên kết σ lại 1AO lai hố chứa 1cặp electron khơng tham gia liên kết Cặp eletron không tham gia liên kết chiếm khoảng không gian lớn (do tương tác đẩy cặp e) so với cặp electron liên kết góc liên kết HNH ≈ 107 0, nhỏ góc tứ diện Phân tử khơng có cấu trúc tứ diện mà có cấu trúc tháp tam giác VẬN DỤNG Bài Cho phân tử NF3 Trên sở thuyết lai hoá cho biết cấu trúc hình học phân tử Tính định hướng liên kết cộng hố trị t có giải thích dạng hình học phân tử khơng ? sao? Hướng dẫn Theo thuyết lai hố : N NF3 có lai hố sp3 có AO chứa cặp electron độc thân AO chứa cặp electron khơng tham gia liên kết (thuộc dạng AX3E1) Do đó, phân tử NF3 có dạng hình tháp tam giác góc FNF gần góc tứ diện Theo thuyết cộng hố trị t: N: 1s 22s22p3 có 3e hoá trị phân lớp 2p Các AO 2p nằm thẳng góc với hướng xen phủ lớn với AO hoá trị nguyên tử F Do đó, Góc liên kết FNF khoảng 900 Thực nghiệm xác nhận góc FNF gần 1020, nghĩa gần với góc tứ diện Vậy thuyết lai hố dự đốn góc FNF gần sát với thực tế Bài Hãy xác định dạng hình học phân tử sau: SO2, SO3, BeCl2, PH3, CHCl3 Hướng dẫn: S SO2 có lai hố sp2, phân tử có cấu trúc góc S SO3 có lai hố sp2, phân tử có cấu trúc tam giác Be BeCl2 có lai hố sp, phân tử có cấu trúc thẳng P PH3 có lai hố sp3, phân tử có cấu trúc tháp tam giác C CHCl3 có lai hố sp3, phân tử có hình tứ diện khơng ngun tử liên kết với C giống Bài a Tại phân tử H2O NH3 góc liên kết HOH HNH lại nhỏ góc tứ diện (109028’) b So sánh góc liên kết HOH HSH? Giải thích? Hướng dẫn: a Vì ngun tử trung tâm có đơi e liên kết khơng liên kết Mây e đôi e không liên kết chiếm khoảng không gian lớn mây e đôi e liên kết b Khi độ âm điện nguyên tử trung tâm giảm cặp electron liên kết bị đẩy nhiều phía nguyên tử biên nên chúng cần khoảng không gian nhỏ xung quanh nguyên tử trung tâm, góc liên kết giảm Trong trường hợp này, S có độ   âm điện nhỏ O nên góc HSH < HOH Bài (HSG QG 2012) Phân tử NH3 có dạng hình chóp tam giác (ngun tử N đỉnh hình chóp) Ion NH +4 có dạng hình tứ diện (nguyên tử N nằm tâm tứ diện đều) Dựa vào xen phủ obitan, mơ tả hình thành liên kết phân tử NH3 ion NH +4 Hướng dẫn: Trong phân tử NH3 ion NH +4 , N có lai hóa sp3: sp3 2s 2p Trong NH3 obitan lai hóa sp3 có cặp electron khơng liên kết, obitan lai hóa sp3 khác với electron độc thân xen phủ với obitan s nguyên tử H có electron, tạo liên kết σ bền vững Trong NH +4 , liên kết σ NH3, obitan lai hóa sp3 với đôi electron xen phủ với AO 1s H+ khơng có electron, tạo liên kết σ thứ H N H H N H NH3 H H + H NH Bài (HSG QG 2009) Sử dụng mơ hình đẩy cặp electron hóa trị (mơ hình VSEPR), dự đốn dạng hình học ion phân tử sau: BeH2, BCl3, NF3, SiF62-, NO2+, I3- Hướng dẫn giải: BeH2: dạng AX2E0 Phân tử có dạng thẳng: H−Be−H BCl3: dạng AX3E0, có “siêu cặp” liên kết đơi B=Cl Phân tử có dạng tam giác đều, phẳng NF3: dạng AX3E1 Phân tử có dạng hình chóp đáy tam giác với N nằm đỉnh chóp Góc FNF nhỏ 109o29’ lực đẩy mạnh cặp electron khơng liên kết SiF62-: dạng AX6E0 Ion có dạng bát diện NO2+: dạng AX2E0, có “siêu cặp” ứng với liên kết đôi N=O ([O=N=O] +) Ion có dạng đường thẳng I3-: dạng AX2E3, lai hố I dsp3, liên kết I−I ưu tiên nằm dọc theo trục thẳng đứng, obitan lai hố nằm mặt phẳng xích đạo (vng góc với trục) dùng để chứa cặp electron khơng liên kết Ion có dạng đường thẳng BÀI (HSG QG 2003 - Bảng A): Nhơm clorua hồ tan vào số dung môi bay nhiệt độ khơng q cao tồn dạng dime (Al2Cl6) Ở nhiệt độ cao (700 C) dime bị phân li thành monome (AlCl3) Viết công thức cấu tạo Lewis phân tử dime monome; Cho biết kiểu lai hố ngun tử nhơm Hướng dẫn giải: * Viết công thức cấu tạo Lewis phân tử dime monome Nhơm có số phối trí đặc trưng Phù hợp với quy tắc bát tử, cấu tạo Lewis phân tử dime monome: Hướng dẫn giải: 1) Để giải thích câu ta dùng thuyết VSEPR thuyết lai hóa (hoặc kết hợp hai) a) N N O sp2 O O N O sp O sp2 O (1) (3): hình gấp khúc (2) : thẳng Góc liên kết giảm theo thứ tự sau: (2) – (1) – (3) (2) khơng có lực đẩy electron hóa trị N không tham gia liên kết, (1) có electron hóa trị N khơng liên kết dẩy làm góc ONO hẹp lại đơi chút Ở (3) góc liên kết giảm nhiều có electron không liên kết N đẩy b) b) N N H H sp3 H F F sp3 F Góc liên kết giảm theo chiều  HNH -  FNF độ âm điện F lớn H, điện tích lệch phía F nhiều hơn, lực đẩy B NHIỆT HỐ HỌC LÍ THUT 1.1 KHÍ LÍ TƯỞNG: * Khí lí tưởng chất khí mà khoảng cách phân tử khí xa nhau, bỏ qua tương tác chúng * Với khí lí tưởng áp dụng : - Phương trình trạng thái: P.V = nRT (R = 8,314 J/mol.K = 0,082 l.atm/mol.K) - Trong bì nh có hỗn hợ p khíthì : P = Pi = P = N P = ni P i i ni ni RT V 1.2 HỆ VÀ MÔI TRƯỜNG: - Hệ mở: hệ trao đổi chất lượng với môi trường - Hệ kín: Hệ trao đổi lượng với môi trường - Hệ đoạn nhiệt: Hệ không trao đổi nhiệt với môi trường * Quy ước: Hệ nhận lượng môi trường  lượng mang dấu + Hệ nhường lượng cho môi trường  lượng mang dấu 1.3 BIẾN ĐỔI THUẬN NGHỊCH: Nếu hệ chuyển từ trạng thái cân sang trạng thái cân khác cách vô chậm qua liên tiếp trạng thái cân biến đổi gọi thuận nghịch Đây biến đổi lí tưởng khơng có thực tế 1.4 SỰ BIẾN ĐỔI BẤT THUẬN NGHỊCH: biến đổi tiến hành với vận tốc đáng kể Những phản ứng thực tế biến đổi bất thuận nghịch 1.5 HÀM TRẠNG THÁI: hàm mà giá trị phụ thuộc vào thơng số trạng thái hệ, không phụ thuộc vào biến đổi trước Ví dụ: P.V = hàm trạng thái 14 P1.V1 = n.RT1 ; P2.V2 = n.R.T2 1.6 CÔNG (W) VÀ NHIỆT (Q) - Là hình thức trao đổi lượng - W, Q hàm trạng thái giá trị chúng phụ thuộc vào cách biến đổi Ví dụ: Cơng giãn nở khí lí tưởng từ thể tích V đến V2 to = const xilanh kín nhờ pittơng tính cơng thức: W = - Pn dV (Pn : áp suất bên ngoài) * Nếu biến đổi BTN Pn = Pkq = const * Nếu biến đổi thuận nghịch: Giảm P n lượng vơ bé để thể tích khí tăng lượng vơ bé Khi Pn lúc thực tế = P bên xi lanh = Pk * Các trình thuận nghịch sinh công lớn hệ biến đổi từ trạng thái sang trạng thái Lượng công lượng công cần thiết đưa hệ trạng thái ban đầu cách thuận nghịch 1.7 NỘI NĂNG U: - U chất hay hệ gồm động phần tử tương tác phần tử hệ - U đại lượng dung độ hàm trạng thái - U n mol khí lí tưởng phụ thuộc vào nhiệt độ 1.8 NGUYÊN LÍ I CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC: (SỰ BIẾN ĐỔI NỘI NĂNG CỦA HỆ) U = U2 - U1 = W + Q * Nhiệt đẳng tích: Nếu hệ biến đổi V = const  dV =  U = QV  QV hàm trạng thái * Nhiệt đẳng áp: Nếu hệ biến đổi P = const thì:  U = U2 - U1 = QP - P V2 + P V1  QP = (U2 + P.V2) - (U1 + P V1) Đặt U + P.V = H = entanpi = hàm trạng thái 15  QP = H2 - H1 = H = biến thiên entanpi hệ * Nhiệt phản ứng: Xét hệ kín có phản ứng: aA + bB  cC + dD Nhiệt phản ứng phản ứng nhiệt lượng trao đổi với môi trường a mol A phản ứng với b mol B tạo c mol C d mol D T = const - Nếu phản ứng thực P = const nhiệt phản ứng gọi nhiệt phản ứng đẳng áp QP = H - Nếu phản ứng thực V = const nhiệt phản ứng gọi nhiệt phản ứng đẳng tích QV=U * Quan hệ QP QV QP = H = (U + PV)P = U + P V QP = QV + n RT  H = U + P V = U + n RT ( n =  n khí sp -  n khí pư ) Khi n =  QP = QV hay H = U U = QV = n CV T H = QP = n CP T * Nhiệt dung mol đẳng áp (C P) nhiệt lượng cần cung cấp để làm mol chất nóng thêm 1o điều kiện đẳng áp (mà q trình khơng có biến đổi trạng thái) T2 * Tương tự với CV: H = C P dT ; U = T1 T2 C T dT T1 CP, CV hàm nhiệt độ Với mol khí lí tưởng: CP = Mà U = H - P V H U ; CV = T T  CP = H U P.V = + = CV + R T T T Q, W: Không phải hàm trạng thái 16 QV =  U; QP =  H  QV, QP hàm trạng thái  phụ thuộc vào trạng thái đầu trạng thái cuối hệ mà không phụ thuộc vào q trình biến đổi thuận nghịch hay khơng thuận nghịch 1.9 ĐỊNH LUẬT HESS: H (U) trình phụ thuộc vào trạng thái đầu trạng thái cuối hệ mà không phụ thuộc vào đường Hpư = Hs (sản phẩm) - Hs (chất đầu) = Hc (chất đầu) - Hc (sản phẩm) 1.10 ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF: T H = H 298 + o T o C o P dT 298 Với CoP = CoP(sp) - CoP(tham gia) CoP nhiệt dung mol đẳng áp điều kiện chuẩn (1atm) - Trong khoảng hẹp nhiệt độ coi CoP = const Thì: H2 = H1 + CP.(T2 -T1) HoT = Ho298 + CoP (T - 298) 1.11 ENTROPI (S) - Trong biến đổi thuận nghịch vô nhỏ T = const hệ trao đổi với môi trường lượng nhiệt QTN biến thiên entropi trình là: dS = QTN T S hàm trạng thái (J/mol.K) - Nếu biến đổi bất thuận nghịch dS > QTN T - Vì hàm trạng thái nên chuyên từ trạng thái sang trạng thái biến thiên thuận nghịch hay bất thuận nghịch S2 - S1 = S = QTN T (STN = SBTN) 1.12 NGUYÊN LÍ II CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC: 17 Q T dS  - Trong hệ cô lập Q = nên: + dS = 0: hệ cô lập entropi hệ không đổi xảy trình thuận nghịch + dS > : hệ lập, q trình tự xảy (BTN) theo chiều tăng entropi hệ tăng đạt giá trị max hệ đạt trạng thái cân * Entropi thước đo độ hỗn độn hệ: Độ hỗn độn hệ hay chất lớn hệ hay chất gồm hạt dao động hạt mạnh (khi liên kết hạt yếu) VD: S H2O(r) < S H O (l) < S SH (k) < S O (k)< SO 2 H2O (h) (k)  S đại lượng dung độ 1.13 SỰ BIẾN THIÊN S TRONG QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI TRẠNG THÁI CỦA CHẤT: Khi chất nguyên chất nóng chảy sơi P = const thì: T = const  S = Q T = H T H = nhiệt biến thiên trạng thái = Ln/c Lh 1.14 S TRONG QUÁ TRÌNH GIÃN NỞ ĐẲNG NHIỆT KHÍ LÍ TƯỞNG: Xét n mol khí lí tưởng giãn nở thể tích từ V1  V2 to = const Vì nội khí lí tưởng phụ thuộc nhiệt độ nên biến đổi này: U = QTN + WTN = QBTN + WBTN = V  QTN = - WTN = nRT ln V1 T = const S = ( = -(- P V) =  nRT dV ) V V P QTN = nRln = n.R.ln V1 P2 T 18 1.15 SỰ BIẾN THIÊN ENTROPI CỦA CHẤT NGUYÊN CHẤT THEO NHIỆT ĐỘ - Quá trình P = const: Đun nóng chất nguyên chất từ T1  T2, khơng có chuyển pha: S = T2 QTN Với Q = QP = dH = n.CP.dT T T1 T2 dT S = n.C P T T T2 * Trong khoảng nhiệt độ hẹp, coi CP = const  S = n.CP.ln T T2 - Quá trình: V = const  S = n CV.ln T 1.16 ENTROPI TUYỆT ĐỚI * Ngun lí III nhiệt động học: - Entropi chất nguyên chất dạng tinh thể hoàn chỉnh 0(K) 0: S(T = 0) = * Xuất phát từ tiên đề ta tính entropi tuyệt đối chất nhiệt độ khác VD: Tính S chất nhiệt độ T đó, ta hình dung chất đun nóng từ 0(K)  T(K) xét P=const Nếu trình đun nóng có chuyển pha thì: S = ST - S(T = 0) = ST = Tnc  ST = n.C P ( r ) 01  S i i 1 T T S L L dT dT dT n nc  n.C P (l ) n S  n.C P ( h ) T Tnc Tnc T TS TS T Giá trị entropi xác định P = atm = const nhiệt độ T gọi giá trị entropi chuẩn, kí hiệu S0T, thường T = 298K  S0298 1.17 SỰ BIẾN THIÊN ENTROPI TRONG PHẢN ỨNG HOÁ HỌC: + Khi phản ứng thực P = const, T = const thì: + Nếu điều kiện chuẩn 250C thì: S = S(sp) - S(t/g) S0298= S0298(sp) - S0298(t/g) + Vì S chất khí >> chất rắn, lỏng nên số mol khí sản phẩm (sp) > số mol 19 khí tham gia S > ngược lại Còn trường hợp số mol khí vế phản ứng khơng có chất khí S có giá trị nhỏ 1.18 THẾ NHIỆT ĐỘNG Scô lập = S hệ + S mt ≥ a)Thế đẳng áp G: Xét hệ xảy biến đổi P, T khơng đổi q trình mơi trường nhận hệ nhiệt lượng Hmt hệ toả  Hmt = - H hệ = - H  S mt = - H T + Điều kiện tự diễn biến hệ:  S cô lập = S hệ - H >  H – T S < T + Hệ trạng thái cân H – T S = + Đặt G = H – TS  nhiệt độ, P khơng đổi q trình xảy theo chiều có G = H – T S < Và đạt tới trạng thái cân G = b) Thế đẳng tích: (Năng lượng Helmholtz) Nếu hệ biến đổi điều kiện T, V không đổi  nhiệt đẳng tích mà mơi trường nhận hệ Umt  Smt = - U mt T  điều kiện tự diến biến hệ trình đẳng nhiệt, đẳng tích F = U – T S < Và đạt trạng thái cân F = Trong : F = U – TS Vì H = U + PV  G = H – TS = U –TS + PV  G = F + PV + Đối với trình T,P = const  G = W’max + Đối với trình T, V = const  S = W’max 20 1.19 Ý NGHĨA VẬT LÍ CỦA G: G = H – TS = U + PV – TS  dG = dU + P.dV + V.dP – T.dS – SdT = (W + Q) + PdV + VdP – T.dS – SdT Vì W = W’ + (-PdV) Q ≤ T.dS  dG ≤ W’ + VdP – SdT Dấu “ =” ứng với q trình thuận nghịch cơng lớn dG = W’max + VdP – SdT * Đối với trình đẳng nhiệt, đẳng áp  dP = dT =  dGT,P = W’ max  G = W’ max * Đối với trình BTN: W’ giảm; Q tăng hoàn toàn BTN  W’ = 1.20 MỘT SỚ TÍNH CHẤT CỦA HÀM G: dG = V.dP – SdT ( coi W’ = 0) a) Sự phụ thuộc G vào T: o GT G298  1   H o    T 298  T 298  Nếu coi H không phụ thuộc vào nhiệt độ thì: o b) Sự phụ thuộc vào P: P2  G  Khi T = const   P  V  T P2  dG  V dP  GT  P   GT  P   V dP 1 P1 P1 - Với chất rắn, lỏng  coi V = const P biến thiên (trừ miền áp suất lớn) thì: GT  P2  GT  P1  V ( P2  P ) - Với chất khí lí tưởng  V = nRT P  GT  P2  GT  P1  nRT ln Nếu áp suất bình thường: P1 = Po = 1bar (1 atm) P2 P1 GT(P) = GoT + nRT.lnP (P tính bar (atm)) 1.21 TÍNH G CỦA MỘT SỚ Q TRÌNH: a) Giãn nén đẳng nhiệt khí lí tưởng 21 P2 V1 G = nRT.ln P = nRT.ln V b) G phản ứng hoá học: Gopư = GoS(sản phẩm) - GoS(tham gia) VẬN DỤNG Bài 1: Cho bit phn ng: C2H4(k) +H2O(h) số liÖu sau: C2H5OH(h) C2H5OH C2H4(k) G So, 298 (kJ / mol ) 168,6 68,12 o S 298 (kJ / mol ) 282,0 219,45 H2O(h) - 228,59 188,72 a) Hỏi điều kiện chuẩn phản ứng điều kiện nào? b) điều kiện chuẩn 25oC phản ứng theo chiều nào? o c) Tính H 298 phản ứng Phản ứng toả nhiệt hay thu nhiệt? Hướng dẫn giải: a) Điều kiện chuẩn: PC H (k ) = PH O ( h ) = PC H OH ( h ) = 1atm phản ứng thực to, P 2 không đổi b) Gop = Go S,298(C2H5OHh) -  GoS,298(C H 4k) - Go S,298(H2Oh) =168,6 - 68,12 +228,59 = - 8,13 (kJ) = = 959,71(K) 214,752 S Bài (đề HSG quốc gia 2014) Đối với phản ứng đề hidrro hoá etan: C2H6(k)  C2H4 (k) +H2 (k) (1) Có số liệu sau: G0900K = -22,39Kj.mol-1 giá trị entropy ghi bảng đây: CHẤT S0900k [J.mol-1.K-1] H2 163,0 C2H6 319,7 C2H4 291,7 a Tính KP phản ứng (1) 900K b Tính KP 600K phản ứng (1), giả thiết khoảng nhiệt độ từ 600K đến 900K H0 S0 không thay đổi 23 Hướng dẫn giải: a Áp dụng công thức : G0T = - RT.lnKp thay số vào ta Kp = 19,93 b G0900 = H0 - 900S0 S0 = 291,7 + 163-319,7 = 135 J.mol-1.K-1 =>H0 = 99,11 KJ/mol G0600 = H0 - 600S0 = - R.600.lnKp => kp= 0,0265 Bài 4: Cho phản ứng sau với kiện nhiệt động chất 250C CO + H2 ↔ CO + H2O ∆H0298 (KJ/ mol) -393,5 -110,5 -241,8 S0 (J/ mol) 131 197,9 213,6 188,7 a Hãy tính ∆H0298 , ∆S0298, ∆G0298 phản ứng nhận xét phản ứng có tự xảy theo chiều thuận 250C hay không? b Giả sử ∆H phản ứng khơng thay đổi theo nhiệt độ Hãy tính ∆G01273 phản ứng thuận nhận xét c Hãy xác định nhiệt độ (0C) để phản ứng thuận bắt đầu xảy (giả sử bỏ qua biến đổi ∆H0,∆S0 theo nhiệt độ) Hướng dẫn giải: a Ta có: ∆H0298 (pư) = [ ∆H0298 (CO) + ∆H0298 (H2O) - ∆H0298 (CO2)- ∆H0298 (H2)] = (-110,5 – 241,8- (-393,5) = 41,2 kJ/ mol ∆S0298 (pư) = [ ∆S0298(CO) + ∆S0298(H2O) - ∆S0298(CO2) -∆S0298(H2) ] = (197,9 + 188,7 – 213,6- 131) = 42 J/mol ∆G0298 (pư) = ∆H0298 (pư) – T ∆S0298 (pư) = 41200- 298 42 = 28684 J/mol Vì ∆G0298 (pư) > nên phản ứng không tự xảy theo chiều thuận b Áp dụng công thức : ∆G0T2/T2 = ∆G0T1/T1 + ∆H0 (1/T2- 1/ T1) 24 => ∆G01273 = 1273 ( 28684/ 298 +41200 (1/1273- 1/ 298) = - 12, 266 J/ mol Vì ∆G01273 < nên phản ứng tự xảy theo chiều thuận 1000C (kết luận chiều phản ứng câu a câu b) c Để phản ứng tự xảy theo chiều thuận thì: ∆G0T (pư) = ∆H0T – T ∆S0T < T > ∆H0T / ∆G0T = 41200/ 42 = 980,95 0K => t0C = 980,5 – 273 = 707,95 0C Bài 5: Tính Ho phản ứng tổng hợp mol adenine C5H5N5(r) từ mol HCN(k) o Cho biết H S ,CH ,k ) o o = - 74,8 (kJ/mol); H S , NH ,k = -46,1kJ/mol; H S ,adenin( r ) = 91,1 kJ/mol Và CH4(k) + NH3(k) HCN(k) + 3H2(k) Ho = 251,2 kJ.mol-1 Hướng dẫn giải: (a) : Cgr + 2H2(k)  CH4 (b) : N2(k) + H2(k)  NH3(k) 2 (c) : 5Cgr + H So,CH ,k ) = -74,8 (kJ/mol) H So, NH ,k = - 46,1kJ/mol 5 H2(k) + N2(k)  C5H5N5(r) 2 (d) : CH4(k) + NH3(k) HCN(k) + 3H2(k) H So,adenin ( r ) = 91,1 kJ.mol-1 Ho = 251,2 kJ.mol-1 Ta lấy: -5 (a) + [-5 (b)] + (c) + [-5.(d)] ta được: 5HCN(k)  C5H5N5(r) Ho(4) = 251,2 kJ/mol V GIẢI PHÁP THỰC HIỆN + Bồi dưỡng học sinh giỏi cơng việc khó khăn, đòi hỏi cố gắng người thầy trò Để đạt kết cao, có thầy đam mê thơi chưa đủ mà cần có nỗ lực không ngừng học sinh + Thường xuyên kiểm tra đánh giá việc lĩnh hội kiến thức thông qua kiểm tra định kì + Giáo viên hướng dẫn học sinh tài liệu, sách vở, phù hợp với trình độ em để tự rèn luyện thêm nhà Đồng thời cung cấp giới thiệu địa mạng để học sinh tự học, tự nghiên cứu, bổ sung kiến thức 25 VI TÀI LIỆU THAM KHẢO “ Hoá học đại cương” Đào Đình Thức “Hố học cấu tạo chất” PGS TS Trần Thành Huế “ Bài tập hoá học vô cơ” PGS.TS Lê Mậu Quyền http://hsgs.edu.vn , http://tailieu.vn http://www.onthi.com http://www.hoahoc.org http://hsgs.edu.vn 26 ... đề thi cấp tỉnh nhà tỉnh khác thông qua công nghệ thông tin nhằm giúp em tiếp xúc làm quen với dạng đề Sau đây, tơi xin trình bày số nội dung cốt lõi giảng dạy vấn đề ‘lai hoá liên kết hoá học. .. kết hoá học chuyên đề “ nhiệt hoá học sau: A LAI HOÁ THUYẾT LAI HÓA 1.1 Nội dung Ví dụ: Xét phân tử CH4 Nguyên tử C trạng thái kích thích có e độc thân 1s22s12p3 e độc thân tạo liên kết cộng... đề thi theo năm cho khối lớp + Xác định chuyên đề cụ thể mà thân giáo viên chọn bồi dưỡng cho học sinh + Tìm tài liệu sách báo, internet, giáo trình đại học ứng với chuyên đề lựa chọn .Trong đề