BÀI GIẢNG hóa học đại CƯƠNG

Chương XI DUNG Nguyễn Minh Kha HƯỚNG DIỄN RA PHẢN ỨNG HÓA HỌC NHIỆT HÓA HỌC CHƯƠNG VI: I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN: Khái niệm nhiệt động học, nhiệt động hóa học, nhiệt hóa học nhiệt phản ứng: Vật chất không ngừng chuyển động, trình chuyển động kèm theo biến đổi lượng Để nghiên cứu trình chuyển động vật chất cần nghiên cứu qui luật biến đổi dạng lượng với .c om a Nhiệt động học (Thermodynamics): môn học nghiên cứu chuyển hóa tương hỗ tất dạng lượng với nhau, đặc biệt qui luật có liên quan tới biến đổi nhiệt thành dạng lượng khác ng Cơ sở lý thuyết Nhiệt động học nguyên lý I, II III Trong quan trọng nguyên lý I II co b Nhiệt động hóa học (Chemical thermodynamics): nhánh nhiệt động học nghiên cứu qui luật chuyển hóa tương hỗ hóa dạng lượng khác trình hóa học th an c Nhiệt hóa học (Thermo chemistry): mơn học chun nghiên cứu chuyển hóa hóa nhiệt năng, nghĩa chuyển lượng phản ứng hóa học thành nhiệt ng d Nhiệt phản ứng (hay gọi hiệu ứng nhiệt phản ứng): lượng nhiệt kèm theo phản ứng dạng thu vào hay phát Người ta phân biệt: du o  Hiệu ứng nhiệt trình đẳng áp ( P = const): ký hiệu ΔH  Hiệu ứng nhiệt q trình đẳng tích ( V= const): ký hiệu ΔU cu u Quy ước dấu: * q trình phát nhiệt có ΔH, ΔU < * q trình thu nhiệt có ΔH, ΔU > (Δ = trạng thái cuối – trạng thái đầu ) Khái niệm hệ, trạng thái, trình: a Hệ (nhiệt động): lượng xác định hay nhiều cấu tử điều kiện nhiệt độ, áp suất nồng độ xác định Phần lại bao quanh hệ gọi môi trường Các loại hệ:  Hệ hở: hệ trao đổi chất lượng với mơi trường ngồi  Hệ kín: hệ không trao đổi chất mà trao đổi lượng với môi trường 62 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương XI DUNG Nguyễn Minh Kha HƯỚNG DIỄN RA PHẢN ỨNG HÓA HỌC  Hệ cô lập: hệ không trao đổi chất lượng với mơi trường ngồi  Hệ đồng thể: tất cấu tử hệ pha khơng có bề mặt phân chia cấu tử Hệ đồng thể có tính chất hóa, lý giống điểm hệ  Hệ dị thể: cấu tử hệ khác pha có bề mặt phân chia cấu tử ( chất trạng thái rắn, lỏng, khí khác pha, thí dụ hỗn hợp dầu hỏa nước ) b Trạng thái (nhiệt động) hệ thông số trạng thái, hàm trạng thái: c om  Trạng thái hệ xác định tập hợp đại lượng đặc trưng cho tính chất hố lý hệ nhiệt độ, áp suất, thể tích, thành phần, lượng…Các đại lượng nói thơng số trạng thái Trạng thái hệ biến đổi có thông số trạng thái biến đổi ng  Thông số trạng thái chia làm hai loại: an co *Thông số dung độ: tỷ lệ với lượng chất hệ như: số mol n, khối lượng m, thể tích V, lượng E, … Các thơng số dung độ có tính cộng (có nghĩa cộng đại lượng chất thành phần đại lượng hỗn hợp ) th *Thông số cường độ: không tỷ lệ với lượng chất hệ như: nhiệt độ T, tỷ khối d, nồng độ C, khối lượng riêng ρ, thể tích mol … Các thơng số cường độ khơng có tính cộng u du o ng  Hàm trạng thái hàm biểu diễn mối quan hệ thơng số trạng thái Hàm trạng thái có giá trị phụ thuộc vào thông số trạng thái hệ không phụ thuộc vào cách biến đổi hệ (nghĩa không phụ thuộc vào đường q trình) Nhiệt độ T, áp suất P, thể tích V, nội U, enthalpy H, entropy S, đẳng áp G … hàm trạng thái cu *Lưu ý: “Thông số trạng thái” khác với “thông số trình” Thơng số q trình thơng số phụ thuộc vào đường q trình (như nhiệt Q,cơng A…)  Để tiện so sánh, đối chiếu, lập liệu,các đại lượng nhiệt động quy ước điều kiện chuẩn nhiệt hoá sau: o Chất phải tinh khiết trạng thái tập hợp bền p T chuẩn o Chất rắn phải trạng thái đa hình bền điều kiện p T chuẩn o Chất khí phải khí lý tưởng (ở p chuẩn) o Chất dung dịch nồng độ phải mol/l o Áp suất chuẩn atm (101,325kPa ) 63 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương XI DUNG Nguyễn Minh Kha HƯỚNG DIỄN RA PHẢN ỨNG HÓA HỌC o Nhiệt độ chuẩn bất kỳ, nhiên thường lấy 298,15oK (25°C)  Trạng thái cân bằng: trạng thái có giá trị thơng số trạng thái điểm hệ phải khơng thay đổi theo thời gian c Q trình (nhiệt động): hệ chuyển từ trạng thái sang trạng thái khác người ta nói hệ thực trình o Quá trình đẳng áp: p = const o Q trình đẳng tích: V = const c om o Quá trình đẳng nhiệt: T = const o Q trình đoạn nhiệt: Q = const Hệ khơng trao đổi nhiệt song trao đổi cơng với mơi trường xung quanh co II NGUYÊN LÝ I VÀ HIỆU ỨNG NHIỆT: ng o Chu trình:là trình biến đổi hệ qua số giai đoạn đưa hệ đến trạng thái cuối trùng với trạng thái đầu th a Nguyên lý I nhiệt động học: an Nguyên lý I nhiệt động học hiệu ứng nhiệt: du o ng  Nguyên lý I nhiệt động học cách phát biểu khác định luật bảo toàn lượng: “ Khơng có dạng lượng tự sinh tự đi, chúng chuyển từ chuyển thành dạng lượng khác với lượng phải bảo toàn ” cu u  Phát biểu nguyên lý I: Khi cung cấp cho hệ lượng nhiệt Q lượng nhiệt dùng làm tăng nội U hệ giúp hệ thực cơng A chống lại lực bên ngồi tác động lên hệ  Biểu thức toán học: A = ∫ PdV Với: Q = ΔU + A  Công A công hệ thực chuyển từ trạng thái sang trạng thái để lực bên tác động lên hệ như: áp trường, từ trường, sức căng bề mặt… trình chống lại suất, điện  Quy ước dấu: 64 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương XI DUNG Nguyễn Minh Kha HƯỚNG DIỄN RA PHẢN ỨNG HĨA HỌC Hệ nhận cơng: A < ; Hệ sinh cơng: A > Q trình đẳng tích (V=0) Công dãn nở A = QV = U Quá trình đẳng áp Cơng dãn nở A = P.V Qp = U + P.V b Nội U: c om  Nội U hệ lượng sẵn có, tìm ẩn bên hệ, bao gồm: lượng chuyển động tịnh tiến, chuyển động quay, chuyển động dao động nguyên tử, phân tử, hạt nhân, e hệ; lượng tương tác hút đẩy phân tử, nguyên tử, hạt nhân, e, lượng bên hạt nhân Nói tóm lại, U lượng toàn phần hệ trừ động toàn hệ ng  Nội U hàm trạng thái, thông số dung độ, đo đơn vị lượng (J/mol; cal/mol) U phụ thuộc vào chất, lượng chất, T, P, V, thành phần hệ th an co  Người ta xác định xác tuyệt đối giá trị nội hệ trạng thái (vì khơng thể đưa hệ nhiệt độ tuyệt đối), dựa vào lượng phát hay thu vào hệ người ta suy cách xác độ biến thiên nội U hệ hệ chuyển trạng thái: U = U2 – U1 = Qv ng c Enthalpy H: du o  Đối với trình đẳng áp ta có: cu u Qp = U +PV = (U2 – U1) + P(V2 – V1) = (U2 + PV2) – (U1 + PV1) = H2 – H1 = H Với: H = U + PV H gọi enthalpy hàm trạng thái hệ H bao gồm nội U khả sinh công tiềm ẩn A hệ Vậy H lượng dự trữ toàn phần hệ Đơn vị đo H: kJ/mol hay kcal/mol Hiệu ứng nhiệt q trình hóa học phương trình nhiệt hóa: a.Hiệu ứng nhiệt: Vậy: Hiệu ứng nhiệt q trình đẳng tích U Hiệu ứng nhiệt trình đẳng áp H Với: H = U +PV * Hiệu ứng nhiệt tiêu chuẩn kí hiệu H0298 ; H0 không ý đến T 65 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương XI DUNG Nguyễn Minh Kha HƯỚNG DIỄN RA PHẢN ỨNG HÓA HỌC * Quan hệ ΔH ΔU:  Trong phản ứng có chất lỏng chất rắn tham gia phản ứng xảy trạng thái dung dịch V có giá trị khơng đáng kể Do q trình thực áp suất thấp (áp suất khí quyển) PV ≈ nên H ≈ U  Trong phản ứng có tham gia pha khí, giả sử khí lý tưởng, ta có: PV = nRT Suy ra: PV =n.RT H = U +n.RT Khi n = => H =U c om Nên: (Điều kiện đẳng nhiệt, đẳng áp ) Với: { n = ∑n khí (SẢN PHẨM) -∑n khí (CHẤT ĐẦU) } R= 1,987cal/mol0K = 8,314 J/mol0K ng b Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn: th : C(graphit) + O2(k) → CO2(k) ; H0298 = -393,51 kJ H0298 tt CO2(k) = -393,51 kJ.mol-1 => ng TD an co  Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn chất (H0298 tt hay H0298 f )là hiệu ứng nhiệt phản ứng tạo thành mol chất từ đơn chất bền vững điều kiện tiêu chuẩn (25°C,1atm) du o  Quy ước: Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn đơn chất bền (ví dụ: Cl2 khí, Br2 lỏng, I2 rắn, C graphit, S tà phương,P đỏ )  Nhiệt tạo thành chất có giá trị âm bền cu u c Nhiệt đốt cháy tiêu chuẩn:  Nhiệt đốt cháy tiêu chuẩn chất (H0298 đc hay H0298 b ) hiệu ứng nhiệt phản ứng đốt cháy mol chất oxy vừa đủ để tạo thành chất bền vững điều kiện tiêu chuẩn (250C, atm )  Đối với chất hữu cơ, nhiệt đốt cháy hiệu ứng nhiệt phản ứng đốt cháy mol chất hữu oxy vừa đủ tạo thành khí CO2, nước lỏng số sản phẩm khác ( N2, X2, HX ) TD: C2H6 (k) + 3,5 O2 (k) → CO2 (k) + 3H2O (l), H0298 = -1558,39 kJ  H0298 đc C2H6 (k) = -1558,39 kJ.mol-1 66 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương XI DUNG Nguyễn Minh Kha HƯỚNG DIỄN RA PHẢN ỨNG HĨA HỌC  Như có số phản ứng vừa đốt cháy chất vừa sinh chất kia, nên: TD: H0298 đc C(graphit) = H0298 tt CO2(k) ; H0298 đc H2(k) = H0298 tt H2O(l) * Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn nhiệt đốt cháy tiêu chuẩn đại lượng tra bảng d Phương trình nhiệt hóa chiều diễn q trình hố học:  Phương trình nhiệt hóa phương trình phản ứng hóa học thơng thường có ghi kèm hiệu ứng nhiệt trạng thái tập hợp, dạng thù hình chất TD: Cho: (1) c om  Có thể xử lý phương trình nhiệt hóa phương trình đại số (cộng, trừ, nhân với hệ số, đổi chiều H chịu cách xử lý) H0298 (1) C(graphit) + O2(k) →CO2(k), H0298 (x)= ? 2CO(k) + O2(k) →2CO2(k), co Tính: (3) ng C(graphit) +1/2 O2(k) →CO(k), H0298 (2) (2) Nhận xét: [(1) – (2)]2 = (3) => H0298 (x) = 2[H0298 (1) - H0298 (2)] th an * Dự đoán chiều hướng diễn phản ứng hóa học: điều kiện nhiệt độ thấp, phản ứng phát nhiệt (H < 0) phản ứng có khả xảy tự phát ng TD: du o Zn(r) + 2HCl(dd) → ZnCl2(dd) + H2(k), ½ H2(k) + ½ Cl2(k) → HCl(k) , H0298 = -92,8kJ H0298 = +131,3 kJ u C(graphit) + H2O(k) → CO(k) + H2(k), H0298 = -152.6kJ cu Chú ý: Hiệu ứng nhiệt phản ứng tỷ lệ với lượng chất phản ứng TD: H2(k) + Cl2(k) → HCl(k) H0298 = - 185,6kJ Các định luật nhiệt hóa hệ a Định luật Lavoisier – La Place: Hiệu ứng nhiệt phản ứng nghịch hiệu ứng nhiệt phản ứng thuận trái dấu Ví dụ: ½ H2(k) + ½ I2(k) → HI (k) H0298 = +26,48 kJ HI (k) → ½ H2(k) + ½ I2(k) H0298 = -26,48 kJ b Định luật Hess(1840) chu trình Born -Haber: 67 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương XI DUNG Nguyễn Minh Kha HƯỚNG DIỄN RA PHẢN ỨNG HĨA HỌC Hiệu ứng nhiệt phản ứng hóa học phụ thuộc vào chất trạng thái chất đầu cuối không phụ thuộc vào đường q trình, nghĩa khơng phụ thuộc vào số lượng đặc điểm giai đoạn trung gian Nói cách khác: có nhiều cách biến đổi hệ từ trạng thái đầu sang trạng cuối tổng hiệu ứng nhiệt cách phải c Các hệ quả:  Hệ 1: Hiệu ứng nhiệt phản ứng tổng nhiệt tạo thành sản phẩm trừ tổng nhiệt tạo thành chất đầu .c om H0298 PƯ = ∑ H0298 tt (SẢN PHẨM) - ∑ H0298 tt (CHẤT ĐẦU)  Hệ 2: Hiệu ứng nhiệt phản ứng tổng nhiệt đốt cháy chất đầu trừ tổng nhiệt đốt cháy sản phẩm phản ứng ng H0298 PƯ = ∑ H0298 đc (CHẤT ĐẦU) - ∑ H0298 đc (SẢN PHẨM) co  Hệ 3: Hiệu ứng nhiệt phản ứng tổng lượng liên kết chất đầu trừ tổng lượng liên kết sản phẩm an H0298 PƯ = ∑Elk (CHẤT ĐẦU) - ∑Elk (SẢN PHẨM) th 2CH4(k) → C2H2(k) + 3H2(k) ; H0298 x = ? TD: ng * H0298 x = H0298 tt C2H2(k) - 2H0298 tt CH4(k) du o * H0298 x = 2H0298 đc CH4(k) - H0298 đc C2H2(k) - 3H0298 đc H2(k) * H0298 x = 2H0298 đc CH4(k) - H0298 đc C2H2(k) - 3H0298 tt H2O(l) cu u * H0298 x = 8EC─H – EC≡C – 2EC─H – 3EH─H * Áp dụng định luật Hess hệ quả: TD1: Cho: (1) C(graphit) + O2(k) → CO2(k) , H0298(1)= -393,5 kJ (2) CO(k) + ½O2(k) → CO2(k) , H0298(2)= -283,0 kJ Tính H0298 tt CO(k) ? Giải: Lấy (1) – (2) ta được:  H0298 tt CO(k) C(graphit) + ½ O2(k) → CO(k) = -393,5 -(- 283,0) = -110,5 kJ/mol TD2: Phản ứng phân hủy đá vôi CaCO3 : CaCO3 (r ) → CaO(r) + CO2(k) 68 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương XI DUNG Nguyễn Minh Kha HƯỚNG DIỄN RA PHẢN ỨNG HÓA HỌC H0298 tt (kJ/mol) -1206.9 -635.5 -393.5 => H0298 = (-635.5 - 393.5) - (-1206.9) = + 177.9 kJ TD3: Tính lượng liên kết O─H phân tử H2O, biết: 2H(k) + O(k) → H2O(k), H0 = -924.2 kJ => Ephân ly H2O= 924.2 kJ/mol Theo cấu trúc phân tử H2O có liên kết O─H, nên lượng liên kết là: EO─H = ½ Ephân ly H2O= ½(924.2) = 462,1 kJ .c om Sự phụ thuộc hiệu ứng nhiệt vào nhiệt độ - Nhiệt dung: a) Nhiệt dung: ng  Nhiệt dung chất nhiệt lượng cần cung cấp để nâng nhiệt độ chất lên thêm 10C dQ p th Cp  an co  Nhiệt dung riêng – nhiệt dung mol nhiệt dung tương ứng với gam hay mol chất Nếu xét hệ điều kiện đẳng áp đẳng tích, ta có nhiệt dung mol đẳng áp (Cp) nhiệt dung mol đẳng tích (Cv) Đơn vị đo: J/mol.K cal/mol.K ng dT du o Qp = H Cp  CV  dQV dT QV = U dH dT CV  dU dT cu u  Đối với khí lý tưởng: Cp – CV = R b) Sự phụ thuộc hiệu ứng nhiệt vào nhiệt độ: thể phương trình Kirchhoff: T2 H  H1   C p dT T1 Nếu khoảng nhiệt độ thay đổi khơng lớn coi Cp khơng phụ thuộc vào nhiệt độ, lúc phương trình có dạng: H2 = H1 + Cp (T2-T1) Với: Cp = ∑Cp(sản phẩm) - ∑Cp(chất đầu) TD: Tính H0398 phản ứng: CO(k) + ½O2(k) → CO2(k),biết H0298 = -283,0 kJ nhiệt dung mol đẳng áp chất CO, O2 CO2 Cp= 6,97; 7,05; 8,96 cal/moloK 69 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương XI DUNG Nguyễn Minh Kha HƯỚNG DIỄN RA PHẢN ỨNG HÓA HỌC Giải: => Cp = 8,96 – 6,97 – ½.7,05 = -1,535 cal/K = - 6,42 J/K H0398= H0298 +Cp (398 – 298) = -283,0 – 0,642 = - 283,642 kJ Nhận xét: Khi nhiệt độ tăng, ΔH phản ứng tăng khơng đáng kể Do đó, khoảng nhiệt độ thay đổi không lớn lắm, cách gần đúng, xem ΔH phản ứng khơng phụ thuộc vào nhiệt độ: H0T ≈ H0298 THẾ ĐẲNG ÁP ĐẲNG NHIỆT VÀ CHIỀU DIỄN RA CỦA CÁC Q TRÌNH HỐ HỌC c om CHƯƠNG VII: ng I Quá trình thuận nghịch bất thuận nghịch: an co Quá trình thuận nghịch: q trình diễn đồng thời theo hai chiều ngược điều kiện, diễn theo chiều nghịch hệ môi trường trở trạng thái ban đầu mà khơng có biến đổi nhỏ th TD : • Q trình dao động lắc khơng có ma sát ng • Các q trình chuyển pha chất trình thuận nghịch đẳng nhiệt đẳng áp: ( nóng chảy, đơng đặc); ( bay hơi, ngưng tụ); (hòa tan , kết tinh)… du o Quá trình bất thuận nghịch: trình khơng hội đủ điều kiện trên, có nghĩa diễn theo chiều nghịch hệ mơi trường bị biến đổi, thí dụ hệ cung cấp công nhiệt từ môi trường u TD : • Q trình dao động lắc có ma sát cu • Q trình pha lỗng axit H2SO4 đặc … Trong tự nhiên hầu hết trình tự xảy trình bất thuận nghịch, thí dụ nước chảy, gió, khuếch tán khí, truyền nhiệt… II Nguyên lý II nhiệt động học entropi S: Nguyên lý II nhiệt động học: “Nhiệt truyền từ vật thể có nhiệt độ cao sang vật thể có nhiệt độ thấp ” Quá trình truyền nhiệt trình bất thuận nghịch • Q trình truyền nhiệt (chuyển nhiệt thành dạng lượng khác) không đạt hiệu suất chuyển hóa 100% mà ln có phần nhiệt khơng thể chuyển hóa được, phần nhiệt dùng để truyền cho vật thể có nhiệt 70 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương XI DUNG Nguyễn Minh Kha HƯỚNG DIỄN RA PHẢN ỨNG HÓA HỌC độ thấp làm cho vật thể biến đổi entropy lượng ΔS, với: S  Q T Dấu “ = ” ứng với trình thuận nghịch: S   dQ T Dấu “ > ” ứng với trình bất thuận nghịch: S   dQ T • Nếu hệ cô lập: Q = => ΔS ≥ Nghĩa hệ lập, q trình thuận nghịch không làm biến đổi entropy (ΔS = 0), cịn q trình bất thuận nghịch tự xảy làm tăng entropy (ΔS > 0) Ý nghĩa vật lý entropi S: Xét hệ thống hai bình cầu nối với khóa K Một bình chứa khí trơ He hệ khảo sát , bình chân không .c om  ng  Trạng thái đầu: khóa K đóng, khí He bình co  Trạng thái cuối: khóa K mở, khí He khuếch tán hai bình th an  Nhận xét: hệ lập, q trình khuếch tán khí bất thuận nghịch đẳng nhiệt nên theo nguyên lý II có ΔS > ( tăng entropy) du o ng  Xét mức độ hỗn loạn tiểu phân hệ: trạng thái cuối hỗn loạn trạng thái đầu Quá trình bất thuận nghịch làm tăng độ hỗn loạn đồng nghĩa với tăng entropy hệ  Vậy ý nghĩa 1: entropy S thước đo mức độ hỗn loạn vô trật tự vật chất cu u  Mặt khác, xét xác suất trạng thái nhiệt động hệ (chính tổng số cách phân bố hạt vi mô trạng thái hệ tổng số trạng thái vi mô có trạng thái vĩ mơ) : trang thái cuối có xác suất trạng thái lớn trạng thái đầu Quá trình bất thuận nghịch làm tăng xác suất trạng thái đồng nghĩa với tăng entropy hệ  Vậy ý nghĩa 2: entropy S thước đo xác suất trạng thái hệ  Tóm lại: Q trình bất thuận nghịch tự xảy kèm theo tăng entropy, tăng xác suất trạng thái, tăng độ hỗn loạn  Nhận xét biến đổi entropy số trình: *Các trình làm tăng độ hỗn loạn hệ có ΔS > : nóng chảy, bay hơi, hịa tan chất rắn, pha lỗng dung dịch, phản ứng tăng số mol khí 71 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương XVI: Điện Hóa Học Nguyễn Minh Kha  Tính dẫn điện chúng giải thích di chuyeån định hướng ion tác dụng điện trường *Ưu điểm: giải thích tính chất bất thường dung dịch điện ly *Hạn chế: không kể đến tương tác chất tan dung moâi b Thuyết điện ly đại (Cablucop): c om Khi cho chất điện ly vào nước, phân tử nước hướng đầu lưỡng cực phía ion trái dấu bề mặt tinh thể chất tan hình thành mối tương tác tónh điện Cùng với chuyển động nhiệt nội tại, lực tương tác ion bề mặt tinh thể bị suy yếu làm cho ion tách rời vào dung dịch Đó tượng điện ly *Trong dd nước ion tự do, có ion bị hydrat hóa ng Hình 12.2 Sự điện ly co  Nếu phân tử chất tan có nhiều kiểu liên kết phân ly xảy ưu tiên theo thứ tự: liên kết ion trước, đến liên kết cộng hóa trị phân cực mạnh NaHSO4 ⇄ Na+ + HSO4- an Ví dụ: th HSO4- ⇄ H+ + SO42- ng Độ điện ly : tỉ lệ số phân tử điện ly (n) tổng số phân tử hòa tan dung dịch (n0), nồng độ điện ly nồng độ hịa tan du o Q trình điện ly mAn+ + nBm- AmBn cu u Quá trình phân tử hóa  n Cđl  n0 Cht 0≤≤1  Phân loại: o Chất điện ly mạnh:  = (HCl, HNO3, NaOH, KCl…) Thực tế dù chất điện ly mạnh  =1 nồng độ dung dịch thật loãng o Chất điện ly yếu:  < (HCN, H2CO3, CH3COOH, NH4OH…) o Chất không điện ly:  = (C6H12O6, glycerin…)  Các yếu tố ảnh hưởng đến độ điện ly: o Bản chất chất tan dung môi o Nồng độ dung dịch lớn độ điện ly giảm 87 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương XVI: Điện Hóa Học Nguyễn Minh Kha o Nhiệt độ tăng độ điện ly tăng  Quan hệ  hệ số Van’t Hoff i: Ban đầu Phân ly Cân AmBn ⇄ n0 n0 n0(1-)  => mAn+ nBm- + mn0 mn0 nn0 nn0 i 1 q 1 o q = m + n (tổng số ion phân tử điện ly) c om o  : độ điện ly biểu kiến  Quy ước dung dịch nước 0,1N  > 30% + Chất điện ly mạnh:  < 3% co + Chất điện ly yếu: ng + Chất điện ly trung bình: 3% <  < 30% III Cân dung dịch chất điện ly yếu số điện ly: AB ⇄ A+ + B- Ban đầu: an Xét chất điện ly yếu đơn bậc: Điện ly: C0  C0 C0 C0(1 - ) C0 C0 ng th C0 Cân bằng: K AB  C A C B  u du o Khi đạt cân số cân số điện ly: C AB  (C0 ) C0 (1   ) cu Đối với chất điện ly yếu ( K = C0α2  K C0 =>Khi pha lỗng (C0 giảm), độ điện ly  tăng Đối với chất điện ly yếu đa bậc: nấc điện ly có số điện ly, nấc điện ly sau yếu: H  HCO   TD: H2CO3 ⇄ H+ + HCO3- K1  _ H 2CO3  H  CO  HCO   >> K  2_  HCO3- ⇄ H+ + CO32*Chú ý: 88 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương XVI: Điện Hóa Học Nguyễn Minh Kha  Khi tính [H+] dung dịch H2CO3 tính [H+] nấc thứ  [H+] [HCO3-] K1 K2 IV Cân dung dịch chất điện ly mạnh hoạt độ Lý thuyết chất điện ly mạnh:  Trong dung dịch chất điện ly mạnh xuất lực tương tác ion, ion dd bao quanh ion trái dấu (bầu khí ion), xa ion dấu Như dd ion khơng hồn tồn tự .c om  Ngoài ra, dung dịch chất điện ly mạnh xảy liên hiệp ion (ví dụ NaCl2 , Na2Cl  …), pha loãng liên hiệp ion lại phân ly thành ion đơn giản  Do vậy, số ion dung dịch chất điện ly mạnh nhỏ số lượng tính theo lý thuyết Độ điện ly thực tế thể gọi độ điện ly biểu kiến Hoạt độ a: co ng  Trong dung dịch chất điện ly mạnh, người ta dùng khái niệm hoạt độ a thay cho khái niệm nồng độ C: a = f.C 0< f E    > E  E0  RT Ox1c Kh2d ln nF Kh1aOx2b     0  0       0   RT Ox1c Kh2d ln nF Kh1aOx2b RT Ox1c   RT Ox2b  ln ln      nF Kh1a   nF Kh2d   Phương trình Nernst:     RT [Ox] ln nF [ Kh] Khi thay giá trị:  T = 298K,  R = 8.314J/mol.K, 40 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương VI: Nhiệt hóa học Nguyễn Minh Kha  F = 96500C   0  => Phương trình Nernst: 0.059 [Ox] lg n [ Kh]  Áp dụng phương trình Nernst: Cu2+ + 2e = Cu  Điện cực kim loại: 0.059 [Cu  ] 0.059 0.059 lg   0  lgCu   lg Cu  [Cu ] 2  0.059 lg Cu    Đặt:    0  0.059 lgCu  =>  0   Fe3+ + e = Fe2+  Cặp oxy hóa khử:  0  c om    0  0.059 [ Fe 3 ] lg [ Fe  ] ng  Cặp oxy hóa khử có mơi trường tham gia: MnO4-+5e +8H+ = Mn2++ 4H2O    0.059 MnO4 H     lg [ Mn  ] 2H+ + 2e = H2 an  Điện cực hydrô: 0.059 [ H  ]2 0.059 lg   0  lgH   0.059 lg H  [H ]   th Đặt    0  0.059 lgH   0.00 V (Vì điện cực hydrơ tiêu chuẩn) ng    0  co =>   0.059 lgH    0,059 lgH   du o =>   0,059 pH => Nếu điện cực hydrơ tiêu chuẩn có [H+] = 1M => pH = => φ0 = 0.00V u *Quy ước dấu điện cực : cu Theo tiêu chuẩn châu Âu: Thế điện cực điện cực hiệu điện điện cực so với điện cực hydro tiêu chuẩn  điện cực điều kiện định có dấu xác định, phụ thuộc vào chất điện cực so với điện cực hydro tiêu chuẩn;  không phụ thuộc vào chiều viết q trình điện cực Ví dụ: Zn – 2e  Zn2+  Zn  0,763V / Zn Zn2+ + 2e  Zn  Zn 2 2 / Zn  0,763V Theo tiêu chuẩn châu Mỹ: Dấu  phải có ý nghĩa nhiệt động, nói lên khả xảy trình điện cực: dấu  phụ thuộc vào chiều viết trình điện cực Ví dụ: Zn – ne  Zn2+  Zn  0,763V (chiều oxy hóa: dấu +) / Zn 2 41 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương VI: Nhiệt hóa học Nguyễn Minh Kha Zn2+ + ne  Zn  Zn 2 / Zn  0,763V (chiều khử: dấu - ) V CHIỀU CỦA PHẢN ỨNG OXI HÓA – KHỬ: Xét cặp oxy hóa - khử với điện cực tương ứng: Ox1 + ne  Kh1 1 Ox2 + ne  Kh2 2 Chú ý: Giá trị  > dạng(Ox) cặp có tính oxy hóa mạnh Giá trị  < dạng (Kh) cặp có tính khử mạnh Phản ứng có trộn cặp với nhau: Phản ứng xảy theo chiều thuận G < G = -nFE = -nF(2 - 1) < 2 - 1 >0 ng 2 > 1 c om Kh1 + Ox2  Ox1 + Kh2 co *Quy tắc nhận biết chiều diễn phản ứng oxy hóa - khử: an Phản ứng oxy hóa khử xảy theo chiều dạng oxy hóa cặp điện cực lớn oxy hóa dạng khử cặp oxy hóa - khử điện cực nhỏ cu u du o ng th VI SỰ ĐIỆN PHÂN: (SGK) Hình 16.5 Điện phân dung dịch NaCl có khơng có ngăn 42 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... ĐIỆN HÓA HỌC an Chương XVI: th Điện hóa học nghiên cứu chuyển hóa hai dạng lượng: hóa điện Có chiều chuyển hóa: Pin điện hóa học Điện Điện phân du o ng Hóa Cơ sở chuyển hóa phản ứng oxy hóa khử... ứng xảy => phản ứng không xảy CÂN BẰNG HÓA HỌC CHƯƠNG VIII: I Cân hóa học: - c om Phản ứng thuận nghịch: Phản ứng chiều (phản ứng hoàn toàn): phản ứng hóa học xảy có chất tham gia phản ứng hết... khác phản ứng khơng có thời điểm kết thúc mà đạt đến trạng thái cân hóa học cu u Trạng thái cân hóa học a Định nghĩa: Cân hóa học trạng thái phản ứng thuận nghịch tốc độ phản ứng hai chiều hay