Áp dụng các định luật của nhiệt động lực học cho các phản ứng hóa học

Áp dụng các định luật của nhiệt động lực học cho các phản ứng hóa học Áp dụng các định luật của nhiệt động lực học cho các phản ứng hóa học Áp dụng các định luật của nhiệt động lực học cho các phản ứng hóa học Áp dụng các định luật của nhiệt động lực học cho các phản ứng hóa học Áp dụng các định luật của nhiệt động lực học cho các phản ứng hóa học Áp dụng các định luật của nhiệt động lực học cho các phản ứng hóa học Áp dụng các định luật của nhiệt động lực học cho các phản ứng hóa học Áp dụng các định luật của nhiệt động lực học cho các phản ứng hóa học Áp dụng các định luật của nhiệt động lực học cho các phản ứng hóa học Áp dụng các định luật của nhiệt động lực học cho các phản ứng hóa học Áp dụng các định luật của nhiệt động lực học cho các phản ứng hóa học Áp dụng các định luật của nhiệt động lực học cho các phản ứng hóa học

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC NGUYỄN HOÀNG PHƯƠNG ÁP DỤNG CÁC ĐỊNH LUẬT CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CHO CÁC PHẢN ỨNG HÓA HỌC KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH SƯ PHẠM VẬT LÍ Hà Nội - 2018 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC ÁP DỤNG CÁC ĐỊNH LUẬT CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CHO CÁC PHẢN ỨNG HÓA HỌC KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH SƯ PHẠM VẬT LÍ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Tuấn Tú Sinh viên thực khóa luận: Nguyễn Hồng Phương Hà Nội - 2018 LỜI CẢM ƠN Để hồn thành khóa luận em nhận giúp đỡ tận tình từ nhiều phía, em xin cảm ơn người giúp đỡ em suốt q trình hồn thành khóa luận Trước hết em xin cảm ơn PGS.TS Lê Tuấn Tú, người trực tiếp hướng dẫn em tận tình để hồn thành khóa luận Cảm ơn thầy Bộ mơn Vật lý Nhiệt độ thấp, khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Trường Đại học Giáo dục tạo điều kiện để em hồn thành khóa luận Với điều kiện thời gian kinh nghiệm cịn hạn chế sinh viên, khóa luận khơng thể tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận bảo, đóng góp ý kiến thầy để có điều kiện bổ sung, nâng cao kiến thức, phục vụ tốt công tác thực tế sau Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 22 tháng 05 năm 2018 Sinh viên Nguyễn Hồng Phương DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Q trình chuyển từ trạng thái A tới B hệ nhiệt động 11 Hình 2.1: Minh họa thí nghiệm điện phân nước 27 Hình 2.2: Năng lượng trình điện phân mol nước 27 Hình 2.3: Nguyên lý hoạt động pin nhiên liệu hydro 28 Hình 2.4: Năng lượng pin nhiên liệu chì-axit điều kiện lý tưởng 29 MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC 1.1 Các khái niệm nhiệt động lực học 1.1.1 Hệ nhiệt động thông số nhiệt động 1.1.2 Nội hệ, công nhiệt 1.1.2.1 Nội 1.1.2.2 Công nhiệt 1.1.3 1.2 1.3 1.4 Phương trình trạng thái khí lí tưởng Nguyên lý thứ I nhiệt động lực học 1.2.1 Phát biểu nguyên lí thứ I nhiệt động lực học 1.2.2 Nhiệt dung, liên hệ nhiệt dung Nguyên lí thứ II nhiệt động lực học 1.3.1 Phát biểu nguyên lí II nhiệt động lực học 1.3.2 Q trình thuận nghịch khơng thuận nghịch 10 1.3.3 Entropy 11 Các phương pháp nhiệt động lực học 14 1.4.1 Phương pháp chu trình 14 1.4.2 Phương pháp nhiệt động 14 1.4.2.1 Hàm nội (U) 15 1.4.2.2 Hàm lượng tự (F) 16 1.4.2.3 Hàm nhiệt động Gibbs (G) 17 1.4.2.4 Hàm entanpi (H) 18 1.4.2.5 Hàm nhiệt động suy rộng 19 1.4.2.6 Các tính chất hàm nhiệt động 20 1.4.2.7 Hàm nhiệt động hệ nhiệt động có số hạt thay đổi 21 CHƯƠNG II: NĂNG LƯỢNG TỰ DO TRONG CÁC PHẢN ỨNG HÓA HỌC 25 2.1 Năng lượng tự cơng có ích phản ứng hóa học 25 2.2 Điện phân, pin nhiên liệu pin 26 2.3 Các giá trị nhiệt động 29 2.4 Một số toán áp dụng 31 KẾT LUẬN 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 MỞ ĐẦU Ngay từ thuở sơ khai, người phát phản ứng hóa học sử dụng sống hàng ngày Mối quan hệ hóa học nhiệt động lực học bắt đầu công trình nghiên cứu nhà khoa học Josiah Willard Gibbs Các cơng trình giải thường Rumford vào năm 1880 Trong chương trình Vật lí Hóa học phổ thông, ta đề cập đến tượng đại lượng xét phương trình phản ứng hóa học Theo Gibbs nghiên cứu, chất hóa học có chứa lượng tự do, xảy phản ứng hóa học có biến đổi lượng Vì vậy, nhìn nhà nghiên cứu nhiệt động lực học nói riêng nhà Vật lí nói chung, đại lượng nhiệt động lực học có giá trị phản ứng hóa học? Với mong muốn làm sáng tỏ điều này, em thực đề tài khóa luận: “Áp dụng định luật nhiệt động lực học cho phản ứng hóa học” Khoá luận bố cục theo chương: Chương I: Tổng quan nhiệt động lực học Chương II: Năng lượng tự phản ứng hóa học CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC 1.1 Các khái niệm nhiệt động lực học 1.1.1 Hệ nhiệt động thông số nhiệt động Mọi đối tượng vật chất, vật gồm số lượng lớn hạt gọi hệ vĩ mơ Kích thước hệ vĩ mơ ln ln lớn nhiều so với kích thước phân tử nguyên tử Tất đại lượng vật lí đặc trưng cho trạng thái vĩ mô hệ gọi thông số vĩ mô Người ta chia thông số vĩ mô làm hai loại: thông số ngoại thông số nội Các đại lượng xác định vị trí vật ngồi khơng tham gia vào hệ ta gọi thông số ngoại (i = 1, 2, …) Ví dụ, thể tích hệ thơng số ngoại nó, thể tích xác định phân bố vật ngồi Do thơng số ngoại hàm tọa độ vật bên ngồi hệ Cịn đại lượng xác định chuyển động phân bố không gian hạt hệ gọi thông số nội bi (i = 1, , …) ví dụ tỉ trọng vật (hay nồng độ dung dịch) phụ thuộc phân bố hạt Bởi phân bố khơng gian hạt (tức phân tử nguyên tử) hệ phụ thuộc vào vị trí vật ngồi, thông số nội xác định phân bố, chuyển động hạt trị số thông số ngoại Tập hợp thông số vĩ mô độc lập xác định trạng thái hệ, đại lượng hoàn toàn xác định trạng thái hệ (tức tập hợp thông số độc lập) gọi hàm trạng thái Trạng thái gọi dừng thông số hệ không biến đổi với thời gian Nếu bên hệ tất thơng số khơng đổi với thời gian, mà cịn khơng có dịng dừng tác dụng nguồn ngồi khác, trạng thái hệ gọi trạng thái cân (trạng thái cân nhiệt động) Nhiệt động lực học chủ yếu khảo sát tính chất hệ vật lí nằm trạng thái cân bằng, thuật ngữ “hệ nhiệt động” thường dùng để hệ vĩ mô nằm trạng thái cân Một cách tương tự, thông số nhiệt động thông số đặc trưng cho hệ nằm trạng thái cân nhiệt động Các thông số nhiệt động không phụ thuộc vào khối lượng số hạt hệ gọi thơng số cường tính (ví dụ như: áp suất, nhiệt độ, ), cịn thơng số tỉ lệ với khối lượng số hạt hệ gọi thơng số cộng tính (hoặc thơng số quảng tính) (ví dụ: thể tích, lượng, entropy) [1-4] 1.1.2 Nội hệ, công nhiệt 1.1.2.1 Nội Mọi hệ nhiệt động bao gồm số lượng lớn hạt, chúng chuyển động tương tác lẫn Tổng lượng hạt lượng hệ Năng lượng toàn phần hệ tách làm nội ngoại Ngoại hệ bao gồm lượng chuyển động toàn hệ hệ trường lực Tồn phần cịn lại lượng hệ gọi nội Trong nhiệt động lực học không khảo sát chuyển động toàn hệ độ biến thiên hệ chuyển động đó, lượng hệ nhiệt động lực học nội hệ Nội hệ bao gồm lượng tất dạng chuyển động tương tác hạt cấu thành hệ: lượng chuyển động tịnh tiến, quay dao động nguyên tử phân tử lớp chứa đầy electron, lượng nội hạt nhân lượng khác Nội U thông số nội, có cân phụ thuộc vào thông số ngoại vào nhiệt độ T [1]: U = U (a1, a2, …an , T) (1.1) 1.1.2.2 Công nhiệt Khi hệ nhiệt động tương tác với mơi trường xung quanh có xảy q trình trao đổi lượng Khi có hai cách khác để truyền lượng từ hệ tới vật bên ngồi: cách có làm thay đổi thơng số ngoại cách không Lượng lượng truyền theo cách thứ gọi công W, lượng lượng truyền theo cách thứ hai gọi nhiệt lượng Q Như vậy, nói “cơng nhiệt lượng truyền q trình đó” khơng thể nói “cơng nhiệt lượng trạng thái” Thông thường người ta quy ước: công W dương hệ sinh công lên vật bên ngồi, cịn nhiệt lượng Q dương hệ nhận nhiệt từ bên [1-4] 1.1.3 Phương trình trạng thái khí lí tưởng Trạng thái nhiệt động tổ hợp tính chất hệ nhiệt độ, áp suất, thể tích Các thơng số đặc trưng (p, V, T) xác định trạng thái chất khí Xét chất khí biến đổi từ trạng thái (1) sang trạng thái (2) Xác định phương trình trạng thái chất khí lý tưởng ba đại lượng p, V, T thay đổi Định luật Boyle – Marriott: T = const; pV = const Định luật Charles: V = const; p  const T Gọi (p1, V1, T1) (p2, V2, T2) đặc trưng cho trạng thái nhiệt động (1) (2) Cho chất khí biến đổi từ trạng thái (1) sang trạng thái (2) thông qua trạng thái trung gian theo hai giai đoạn Chất khí biến đổi theo q trình: (2’) (1) (2) Đẳng nhiệt (p1, V1, T1) Đẳng tích Trung gian ( p2 ' ,V2, T1) (p2, V2, T2) CHƯƠNG II: NĂNG LƯỢNG TỰ DO TRONG CÁC PHẢN ỨNG HÓA HỌC 2.1 Năng lượng tự cơng có ích phản ứng hóa học Trong q trình đẳng nhiệt, thay đổi lượng tự F là: F  U  TS  Q  W  TS (2.1) Trong Q nhiệt lượng thu vào W cơng thực Nếu khơng có entropy tạo trình Q TS , nghĩa thay đổi lượng tự F cơng mà hệ thực Cịn có entropy tạo TS lớn Q, F nhỏ W Nói chung là: F  W với T số (2.2) Nếu môi trường áp suất không đổi không quan tâm đến công môi trường thực hiện, ta nên suy nghĩ lượng tự Gibbs thay F Đối với trình đẳng nhiệt hay đẳng áp nào, thay đổi lượng tự G là: G  U  TS  PV G  Q  W  TS  PV (2.3) Hiệu Q  TS âm khơng Trong W bao gồm công thực môi trường ( PV) công khác thực hệ: W   PV  Wkhác (2.4) Thay W vào phương trình (2.3) ta được: G  Wkhaùc với T, P số (2.5) Năng lượng tự đại lượng hữu ích, giá trị G phần lớn phản ứng hóa học q trình khác nhà khoa học đo lập bảng Có nhiều cách để xác định G , cách đơn giản tính độ biến thiên entanpi H cho phản ứng cách tính nhiệt thu vào phản ứng xảy áp suất không đổi 25 khơng có cơng khác thực Sau ta tính độ biến thiên entropy S từ trạng thái đầu đến trạng thái cuối hệ Cuối ta tính: G  H  TS (2.6) Giống U H, giá trị thực F G không rõ ràng tổng hợp tất lượng hệ, bao gồm lượng nghỉ (mc2 ) hạt Những thay đổi đại lượng không bị ảnh hưởng việc chọn hệ quy chiếu nên ta tránh khơng rõ ràng đại lượng [5,6] 2.2 Điện phân, pin nhiên liệu pin Ví dụ việc sử dụng G , xem xét phản ứng hóa học sau: H O  H  O2 (2.7) Đây phân tách nước lỏng thành khí hydro oxy Giả sử mol nước tham gia phản ứng, ta thu mol hydro nửa mol oxy Theo bảng tham chiếu tiêu chuẩn, độ biến thiên entanpi H cho phản ứng (ở nhiệt độ phịng áp suất khí quyển) 286 kJ Đây lượng nhiệt thoát bạn đốt mol hydro Hay nói cách khác, để tách hydro oxy nước, cần đặt lượng 286 kJ vào hệ Trong số 286 kJ, lượng nhỏ vào đẩy khí ngồi khơng khí PV  kJ 282 kJ cịn lại nằm hệ [5, 6] Đối với 286 kJ cần thiết để thực phương trình (2.7), ta phải cung cấp tồn cơng hay nhiệt lượng vào hệ? Để trả lời câu hỏi này, phải xác định thay đổi entropy hệ Các giá trị entropy biết ghi lại cho mol loại sau: SH O  70 J / K (2.8) 26 SH  131J / K SO  105J / K Hình 2.1: Minh họa thí nghiệm điện phân nước Để tách nước thành hydro oxy, ta cần chạy dịng điện qua Trong thí nghiệm này, điện cực sử dụng graphite Bong bóng khí hydro (quá nhỏ để nhìn thấy) hình thành điện cực âm (trái) bong bóng khí oxy hình thành điện cực dương (phải) P V  kJ Hình 2.2: Năng lượng trình điện phân mol nước Xét ví dụ hình 2.2, nhiệt lượng tối đa cung cấp cho hệ TS  (298K).(163 J / K)  49 kJ Năng lượng cần cung cấp cho hệ điện 237 kJ Đây thay đổi lượng tự Gibbs công tối thiểu để thực phản ứng Để thu gọn, ta tính tốn: G  H  TS (2.9)  286 kJ  (298K).(163 J / K) 27  237 kJ Chúng ta áp dụng G cho phản ứng ngược lại, kết hợp hydro oxy để tạo nước cách có kiểm sốt Về ngun tắc, ta thu 237 kJ điện cho mol hydro tiêu thụ Đây nguyên tắc hoạt động pin nhiên liệu, thiết bị thay động đốt tơ Trong q trình sản xuất lượng điện này, pin nhiên liệu thải 49 kJ nhiệt lượng môi trường Nhiệt thải 17 % số 286 kJ lượng nhiệt tạo đốt cháy hydro chạy động nhiệt Vì vậy, pin nhiên liệu hydro lý tưởng có hiệu suất 83%, tốt nhiều so với động nhiệt thực tế khác [6] Hình 2.3: Nguyên lý hoạt động pin nhiên liệu hydro Một phân tích tương tự cho ta biết lượng pin, giống pin nhiên liệu có nguồn cung cấp cố định, pin chì-axit quen thuộc sử dụng ắc-quy ô tô Loại pin hoạt động dựa phản ứng: Pb  PbO2  4H  2SO24  2PbSO4  2H2O (2.10) Biến thiên lượng tự G phản ứng -390 kJ/mol (áp suất tiêu chuẩn) Vì vậy, điện tạo đốt cháy mol kim loại chì 390 kJ Trong đó, biến thiên entanpi H phản ứng -312 kJ/mol Do lượng tỏa từ hóa chất cơng thực hiện, lượng tăng lên nhiệt hấp thụ từ mơi trường Do có lẫn số tạp chất nên entropy sản phẩm 28 lớn entropy chất phản ứng 78 kJ  260 J / K mol Khi sạc pin, 298 K phản ứng chạy ngược lại đưa hệ thống trở trạng thái ban đầu Sau đó, hệ tỏa 78 kJ nhiệt trở lại vào môi trường [6] Hình 2.4: Năng lượng pin nhiên liệu chì-axit điều kiện lý tưởng Ta tính tốn điện áp pin pin nhiên liệu biết có điện tử tạo cho phản ứng Đối với pin nhiên liệu chì-axit, phản ứng (2.10) diễn ba bước: Trong dung dịch: 2SO24  2H  2HSO24 Tại điện cực âm: Pb  HSO4  PbSO4  H  2e (2.11) Tại điện cực dương: PbO2  HSO4  3H  2e  PbSO4  2H2O Điện tạo điện tử là: 390 kJ  3,24.1019 J  2,02 eV 23 2.6,02.10 (2.12) Vậy pin nhiên liệu chì-axit có điện áp 2,02 V [6] 2.3 Các giá trị nhiệt động Nếu ta có entanpi lượng tự số chất điều kiện tiêu chuẩn cần phải biết giá trị điều kiện khác, ta cần xác định [6]: 29 dU  TdS  PdV  dN với  : hóa học (2.13) dN : số hạt Bắt đầu cách tìm cơng thức cho thay đổi entanpi, ta thay đổi entanpi H, nội U, áp suất P thể tích V số nguyên tố, định nghĩa H  U  PV cho biết: dH  dU  PdV  VdP (2.14) Hai số hạng cuối thay đổi tích PV dựa theo quy tắc tích đạo hàm Sử dụng giá trị nhiệt động (2.13) ta thu được: dH  TdS  VdP  dN (2.15) “Giá trị nhiệt động H” cho ta biết entanpi thay đổi ta thay đổi entropy, áp suất số hạt Lập luận tương tự áp dụng cho lượng tự F G, từ định nghĩa lượng tự Helmholtz (F  U  TS) , ta có: dF  dU  TdS  SdT (2.16) Tiếp tục sử dụng giá trị nhiệt động công thức (2.13), ta thu được: dF  SdT  PdV  dN (2.17) Kết “giá trị nhiệt động F” Từ đây, ta thu cơng thức cho dẫn xuất phần Ví dụ, giữ nguyên V N, ta thu giá trị:  F  S     T V,N (2.18) Tương tự, T với N V giữ cố định, ta thu được: 30  F   F  ,   P     V T,N  N T,V (2.19) Cuối cùng, ta tìm giá trị nhiệt động G: dG  SdT  VdP  dN (2.20) Và từ ta có cơng thức đạo hàm sau:  G   G  , V  , S     P T,N  T P,N  G     N T,P (2.21) Những cơng thức đặc biệt hữu ích để tính lượng tự Gibbs nhiệt độ áp suất không chuẩn [6] Trong tất công thức trên, ta ngầm giả định rằng, hệ chứa loại hạt Nếu hỗn hợp hạt, ta cần thay dN với   i dN i giá trị nhiệt động Trong công thức đạo hàm phần với N, tất N phải giữ lại,  trở thành công thức cho hỗn hợp hai loại hạt: N  G   G     1      N1 T,P,N2  N  T,P,N1 (2.22) 2.4 Một số toán áp dụng Bài toán 1: Xét pin nhiên liệu sử dụng khí mê-tan (khí tự nhiên) Phản ứng xảy là: CH  2O2  2H O  CO a) Xác định giá trị H G phản ứng cho mol khí mê-tan Giả thiết phản ứng diễn nhiệt độ phịng áp suất khí b) Tính nhiệt lượng tỏa cho mol khí mê-tan 31 c) Các bước phản ứng là: Tại điện cực âm: CH4  2H2O  CO2  8H  8e Tại điện cực dương: 2O2  8H  8e  4H2O Tính điện áp pin nhiên liệu Tóm tắt dầu bài: CH  2O2  2H O  CO HCH  74,81 kJ GCH  50,72 kJ HO  kJ GO  kJ H H O  241,82 kJ GH O  228,57 kJ HCO  393,51 kJ GCO  394,36 kJ 4 2 2 2 a) Tính H , G cho mol khí mê-tan? b) Tính Q cho mol khí mê-tan? c) Hãy tính hiệu điện pin nhiên liệu? Lời giải: a) Độ biến thiên entanpi phản ứng là: H  HCO  2HH O  HCH  2HO 2  393,51  2(241,82)  (74,81)  2(0)  802,34 kJ Độ biến thiên lượng tự Gibbs phản ứng là: G  GCO  2GH O  GCH  2GO 2  394,36  2(228,57)  (50,72)  2(0) 32  800, 78 kJ b) Theo cơng thức (2.6) ta có: G  H  TS  TS  H  G  Q  802,34  (800,78)  1,56 kJ Vậy nhiệt lượng tỏa cho mol khí mê-tan 1,56 kJ c) Vì có electron sau mol mê-tan phản ứng nên điện áp pin nhiên liệu bằng: G 800,78 kJ  8N A 8.6,02.1023  1,66.10 19 J  1,039 eV Vậy hiệu điện pin nhiên liệu xấp xỉ V Bài toán 2: Một bắp tay coi pin nhiên liệu tạo cơng từ trao đổi chất glucose [6]: C6 H12O6  6O2  6CO2  6H2O a) Xác định giá trị H G phản ứng cho mol glucose Giả thiết phản ứng diễn nhiệt độ phịng áp suất khí b) Tính cơng tối đa mà bắp thực cho mol glucose, giả sử trao đổi chất diễn điều kiện lý tưởng 33 c) Vẫn giả sử trao đổi chất diễn điều kiện lý tưởng, tính nhiệt lượng tỏa Tóm tắt đầu bài: C6 H12O6  6O2  6CO2  6H2O H C H 12O6  1268 kJ  910 kJ GC H 12O6 HO  kJ GO  kJ H H O  241,82 kJ GH O  228,57 kJ HCO  393,51 kJ GCO  394,36 kJ 2 2 2 a) Tính H , G cho mol glucose? b) Tính Wmax ? c) Tính Q ? Lời giải: a) Độ biến thiên entanpi phản ứng là: H  6HCO  6HH O  HC H 2 12O6  6HO  6(393,51)  6(285,83)  (1273)  6(0)  2803 kJ Độ biến thiên lượng tự Gibbs phản ứng là: G  6GCO  6GH O  GC H 2 12O6  6GO  6(394,36)  6(237,13)  (910)  6(0)  2878,94 kJ 34 b) Vì phản ứng xảy điều kiện lý tưởng nên hệ không trao đổi nhiệt lượng với mơi trường, ta có biến thiên lượng tự Gibbs công mà hệ thực hiện, nghĩa là: W= G  2878,94 kJ Vậy công tối đa mà bắp thực cho mol glucose 2878,94 kJ c) Theo cơng thức (2.6) ta có: G  H  TS  TS  H  G  Q  2803  2878,94  75,94 kJ Vậy nhiệt lượng tỏa trình trao đổi chất mol glucose 75,94 kJ Bài tốn 3: Tìm mối liên hệ giá trị nhiệt động G với ba đại lượng entropy (S), thể tích (V) hóa học (  ) Lời giải: Từ cơng thức (1.44), ta có: G  U  PV  TS Vi phân hai vế, ta được: dG  dU  VdP  PdV  SdT  TdS  TdS  PdV  dV  VdP  PdV  SdT  TdS 35 (vì dU  TdS  PdV   dV )  VdP  SdT  dV  SdT  VdP  dV  G   G   G  Như vậy:    S ,    V ,      T P,N  P T,N  N T,P  G   G   G   ,    , V  P T,N  N T,P  T P,N Suy ra: S    Bài tốn 4: Giả sử giọt nước có nhiệt độ 25 C áp suất khí a) Tính thay đổi lượng tự Gibbs tăng nhiệt độ lên 30 C b) Để cân với thay đổi lượng Gibbs, ta cần tăng áp suất lên bao nhiêu? Tóm tắt đầu bài: T1  25 oC  298 K (áp suất khí quyển) a) Tính G T2  30 oC  303 K (biết SH O  69,91 J / K ) b) Để cân với G , tính P (biết VH O  18,068 cm3 ) Lời giải: a) Ta có thay đổi nhiệt độ: T  T2  T1  303  298  K Trong trình tăng nhiệt độ, áp suất thể tích giọt nước khơng thay đổi nên : P  , V  Sự thay đổi lượng tự Gibbs là: G  SH O T  VP  V 36 Thay số, ta thu được: G  5(69,91)    349,55 J Vậy tăng nhiệt độ lên 30o C G  394,55 J b) Biểu thức thay đổi lượng Gibbs là: G  SH O T  VP  V Để cân với thay đổi lượng Gibbs hệ (G  0) ta cần tăng áp suất nước lên mà giữ nguyên thể tích (V  0) Như vậy, thay số vào biểu thức trên, ta có:  SH O T  V P   P   S T V 69,91.5 18, 068cm  1,934.10 J / m  1,934.10 Pa (vì Pa  J / m )  190,9 atm (vì atm  101325 Pa ) Vậy để cân với thay đổi lượng tự Gibbs, cần tăng áp suất nước thêm lượng 190,9 atm 37 KẾT LUẬN Trong q trình hồn thành khố luận em thu số kết sau:  Đã tìm hiểu khái niệm nhiệt động lực học, cụ thể: nội năng, công, nhiệt, nguyên lý thứ nguyên lý thứ hai nhiệt động lực học  Đã tìm hiểu khái niệm entropy, entanpi, lượng tự Helmholtz, lượng tự Gibbs, giá trị nhiệt động  Đã tìm hiểu phương pháp nghiên cứu nhiệt động lực học (phương pháp chu trình phương pháp nhiệt động) Từ đó, lựa chọn phương pháp nhiệt động để nghiên cứu vấn đề khoá luận  Đã nghiên cứu lượng tự do, nhiệt, công phản ứng điện phân, pin nhiên liệu pin  Ngồi ra, số tốn liên quan đến giá trị nhiệt động phản ứng hóa học tìm hiểu Các kiến thức thu trình thực đề tài giúp cho em hiểu sâu sắc môn Nhiệt động lực học hành trang quý báu để phục vụ cho công tác sau trường, đồng thời tài liệu tham khảo cho sinh viên muốn tìm hiểu nâng cao kiến thức Nhiệt động lực học 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vũ Thanh Khiết (2008), Nhiệt động học vật lý thống kê, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội [2] Nguyễn Huy Sinh (2006), Giáo trình nhiệt học, NXB Giáo dục Việt Nam [3] Nguyễn Huy Sinh (2012), Giáo trình nhiệt động học ứng dụng, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội [4] Nguyễn Huy Sinh (2016), Giáo trình nhiệt động học ứng dụng, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội [5] D Kondepudi, Ilya Prigogine (1998), Modern thermodynamics: from heat engine to dissipative structure, Jonh Wiley and sons [6] Daniel V.Schroeder (1999), Thermal Physics, Addison Wesley Longman 39 ...ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC ÁP DỤNG CÁC ĐỊNH LUẬT CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CHO CÁC PHẢN ỨNG HÓA HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH SƯ PHẠM VẬT LÍ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS... nhiệt động lực học cho phản ứng hóa học? ?? Khố luận bố cục theo chương: Chương I: Tổng quan nhiệt động lực học Chương II: Năng lượng tự phản ứng hóa học CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC... nhiệt động lực học nói riêng nhà Vật lí nói chung, đại lượng nhiệt động lực học có giá trị phản ứng hóa học? Với mong muốn làm sáng tỏ điều này, em thực đề tài khóa luận: ? ?Áp dụng định luật nhiệt