NHIỆT ĐỘNG hóa học (hóa đại CƯƠNG) (chữ biến dạng do slide dùng font VNI times, tải về xem bình thường)

NHIỆT ĐỘNG HĨA HỌC CHEMICAL THERMODYNAMICS MỤC TIÊU CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC Nghiên cứu quy luật biến chuyển tương hỗ hóa dạng lượng khác trình hóa học Nghiên cứu điều kiện tự diễn biến (phản ứng hóa học) điều kiện bền vững (trạng thái cân bằng) hệ hóa học MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN • Systems and Surroundings (Hệ thống mơi trường) • System (Hệ thống): part of the universe we are interested in • Surroundings(mơi trường ): the rest of the universe MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN Hệ hóa học lượng định hay nhiều chất điều kiện nhiệt độ, áp suất nồng độ định(trong nghiên cứu nhiệt động học gọi heä thống - system) Hệ mở hệ trao đổi vật chất lượng với môi trường Hệ kín hệ trao đổi lượng với mơi trường Hệ cô lập hệ trao đổi lượng vật chất với môi trường bên MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN Hệ đồng thể hệ có tính chất hóa học vật lý giống toàn thể tích hệ Hệ dị thể hệ có bề mặt phân chia phần hệ thành phần có tính chất hóa học vật lý khác Pha phần đồng thể hệ dị thể có thành phần , cấu tạo , tính chất định phân chia với phần khác bề mặt phân chia MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN Nhiệt dung (C) chất lượng nhiệt cần dùng để nâng nhiệt độ lượng xác định chất lên độ Nhiệt dung riêng lượng nhiệt cần dung để nâng gam chất lên độ Nhiệt dung phân tử lượng nhiệt cần dùng để nâng mol chất lên độ Nhiệt dung đẳng áp nhiệt dung trình nâng nhiệt điều kiện đẳng áp, ký hiệu CP Nhiệt dung đẳng tích nhiệt dung trình nâng nhiệt điều kiện đẳng tích, Ký hiệu CV Đối với khí lý tưởng, xét cho mol khí thì: Cp=5R/2 ; Cv =3R/2; với R=8,3145 J/mol độ • Ví dụ : Nhiệt dung riêng đẳng áp nước khoảng 14,50C – 15,50C cal / g.độ , nhiệt dung phân tử đẳng áp nước khoảng nhiệt độ 18,015 cal/mol độ NĂNG LƯNG • Là thước đo độ vận động vật chất ng với hình thái vận động khác vật chất có hình thái lượng khác năng, động năng, nội • Hai dạng thể lượng NHIỆT, CÔNG • Lưu ý: giá trị lượng tuyệt đối mà có lượng ứng với hệ quy chiếu chuẩn Đơn vị đo lượng Theo SI Joule (J): E k 1 mv   kg m/s  2 2 1 kg m / s 1 J Đôi dùng đơn vị calorie: cal = 4.184 J Đơn vị Calory dinh dưỡng (Cal) (nutritional Calorie): Cal = 1000 cal = kcal NHIỆT • Nhiệt (q) thước đo chuyển động hỗn loạn ( chuyển động nhiệt) tiểu phân tạo nên chất hay hệ CÔNG • Công (w) thước đo chuyển động có trật tự có hướng tiểu phân theo hướng trường lực • CÔNG (W) = tích lực (F)tác dụng lên vật làm vật di chuyển quãng đường d w=Fd 10 Lời giải • Nội U tính theo phương trình: U= q + W • với q lượng nhiệt cung cấp vào hệ : q = 1,3 x 10 J • Công trường hợp công giãn nở hệ tác động lên môi trường nên: • W = - PV = - atm x (4,5x106 Lit – 4,0x106Lit)= -5,0x105 Lit atm • Đổi đơn vị : Lit atm = 101,3 J ta có • W = -5,0x105 Lit atm x 101.3 J/Lit atm = -5,1x10 J • Vây: U= q + W = 1,3 x 108 J + (-5,1x107 J) = 8x107 J • Như lượng nhiệt cung cấp vào hệ lớn lượng công hệ tác động lên môi trường nên nội hệ tăng lên 93 Bài • Khi lít dung dịch Ba(NO3)2 1M 25 0C trộn lẫn với lít dung dịch Na2SO4 1M 25oC nhiệt lượng kế ta thấy nhiệt lượng kế xuất chất kết tủa màu trắng BaSO4 đồng thời nhiệt độ nhiệt lượng kế tăng từ 250C lên tới 28,1oC Hãy tính biến đổi entalpi trình hình thành mol BaSO4 biết dung dịch có tỉ trọng l1 1g/ml có nhiệt dung riêng 4,18 J oC-1 g-1 Giả sử lượng nhiệt hấp thu nhiệt lượng kế không đáng kể 94 Lời giải Khi trộ n lẫ n hai dung dịch , phả n ứ ng xả y : 2+ 2Ba (dung dịch) +SO4 (dung dịch) =BaSO4 (rắn) Do nhiệ t độcủ a dung dịch tă ng lê n nê n đâ y làphả n ứ ng tỏ a nhiệ t; H códấ u â m Đâ y làbiế n đổ i đẳ ng p đósựbiế n đổ i entalpi làhiệ u ứ ng nhiệ t củ a phả n ứ ng: H =q màq =nhiệ t toảra bở i phả n ứ ng =nhiệ t hấ p thu bở i dung dịch =(nhiệ t dung riê ng củ a dung dịch)x(khố i lượng dung dịch)x(độtă ng tă ng nhiệ t độ ) nhiệ t hấ p thu bở i dung dòch=(4,14 J oC-1 g-1)x(2 x103 g)x(28,1 oC –25oC) =2,6 x104 J Như vậ y mol BaSO4 hình nh lượng nhiệ t tỏ a là2,6 x 104 J Vậ y: H =- 2,6 x104 J /mol =-26 kJ /mol 95 Bài • Khi mol khí SO2 phản ứng hoàn toàn với mol khí O2 để tạo thành mol khí SO3 25 oC áp suất không đổi atm tỏa lượng nhiệt 198 kJ Hãy tính H U cho trình biến đổi 96 Lời giải Bà i giả i: Sốmol khí trướ c phả n ứ ng : Sốmol khí sau phả n ứ ng: n =nsau - ntrước =- mol SO2 + O2 = mol mol mol mol SO3 mol mol ntrước =3 mol nsau =2 mol Ởđiề u kiệ n đẳ ng p H=q =-198 kJ (dấ u – thểhiệ n quátrình tỏ a nhiệ t) U =q +w J   RT   Vớ i w =-PV= n    nRT     1mol  8,3145  298K   2,48kJ P Kmol     Vaä y: U =q +w =-198 kJ +2,48 kJ =-196 kJ Nhậ n xé t U vàH c cósựthay đổ i vềthểtích củ a hệkhi phả n ứ ng xả y (cô ng thực hiệ n từmô i trườ ng ngoà i o hệ ) 97 Bài Hãy tính H0 cho phản ứng đốtcháy NH3 sau: 4NH3 (k) + 7O2 (k) =4 NO2 (k) +6 H2O (l) 98 Lời giải Chất H0f (kJ/mol) NH3 (k) NO2(k) H2O (l) Al2O3 (r) Fe2O3 (r) CO2 (k) CH3OH (l) C8H18 (l) -46 34 -286 -167 -826 -349 -239 -269 Bà i giả i: 4NH3 (k) 7O2 H0(a) H0(b) =0 2N2 (k) +6 H2 (k) O2 (k) H0(c) H0(d) 4NO2 (k) 6H2O (l) H0phaûn öùng =H0(a) +H0(b) +H0(c) +H0(d) =4 (-H0f (NH3)+) +0 +4(H0f (NO2)) +6(H0f (H2O)) =H0f (sản phẩm) - H0f (tác chất) H0phản ứng =6(-286 kJ ) +4(34kJ ) – 4(-46 kJ ) =-1369 kJ 99 Bài Cho cá c sốliệ u sau: H2 (k) +½ O2  H2O (l) H0 =-285,8 kJ N2O5 (k) +H2O (l)  2HNO3 (l) H0 =-76,6 kJ ½ N2 (k) +3/2 O2 +½ H2  HNO3 (l) H0 =-174,1 kJ Hã y tính H0 củ a phả n ứ ng: 2N2 (k) +5O2 (k)  2N2O5 (k) H0 =28,4 kJ 100 Bài Quy trình Oswald dù ng đểđiề u chếHNO3 từNH3 cô ng nghiệ p bao gồ m cá c bướ c sau: 4NH3 (k) +5O2 (k)  NO (k) +6H2O (k) 2NO (k) +O2 (k)  NO2 (k) 3NO2 (k) +H2O (l)  HNO3 (dd) +NO (k) a) Haõ y tính H0 cho mỗ i quátrình trê n dựa o giátrịH0f củ a cá c hợp chấ t (tra sổtay hó a học) b) Viế t phả n ứ ng tổ ng t củ a quátrình điề u chếtrê n Quá trình tổ ng t nà y toảnhiệ t hay thu nhiệ t? a H01 = -908kJ ; H02 = -112 kJ ; H03 = -140 kJ ; b tỏ a nhiệ t 101 Bài Xé t cá c quátrình biế n đổ i sau: a) H2O (k)  H2O (l) b) H2 (k) +Cl2 (k)  2HCl (k) c) 2H2 (k) +O2 (k)  2H2O (k) d) Xe (k) +F2 (k)  XeF2 (r) e) NiCl2.6H2O (r)  NiCl2 (r) +6H2O (k) f) CO2 (r)  CO2 (k) Ởđiề u kiệ n p suấ t khô ng đổ i, quátrình nà ocósựtá c độ ng cô ng từhệđế n mô i trườ ng ngoà i? Quátrình nà o nhậ n cô ng từmô i ttrườ ng ngoà i? Quátrình nà o khô ng cósựthực hiệ n cô ng? 102 Bài Dựđoá n dấ u củ a S0 củ a cá c phả n ứ ng sau: a) CaCO3 (r)  CaO (r) +CO2 (k) b) 2SO2 (k) +O2 (k)  2SO2 (k) 103 Bài Ởnhiệ t độnà o quátrình sau tựdiễ n ở1atm: Br2 (l)  Br2 (k) Biế t quátrình nà y có 0 H =31,0 kJ/mol vàS =93,0 J /mol.độ 104 Bài 10 Cho cá c sốliệ u sau ở25 oC, atm: C (kim cương) +O2 (k)  CO2 (k) G0 =-397 kJ C (than chì) +O2 (k)  CO2 (k) G0 =-394 kJ Hã y tính G0 củ a quátrình C (kim cương)  C (than chì) Từđócho biế t than chì hay kim cương làdạng thùhình bề n củ a Cacbon? 105 Bài 11 Phả n ứ ng nà o sau đâ y cóthểtựxả y ởđiề u kiệ n chuaå n 25oC, 1atm: a) 2CH3OH (l) +H2O (l)  C2H5OH (l) b) O2 (k) +H2(k)  H2O (l) c) CO (k) +2H2 (k)  CH3OH (l) d) NO (k) +O3 (k)  NO2 (k) +O2 (k) 106 Baøi 12 Tính S0 ; H0; G0 cho phả n ứ ng sau CaCO3 (r)  CaO (r) +CO2 (k) Phaû n ứ ng nà y sẽtựdiễ n ởnhiệ t độnà o? 107 ... CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC Nghiên cứu quy luật biến chuyển tương hỗ hóa dạng lượng khác trình hóa học Nghiên cứu điều kiện tự diễn biến (phản ứng hóa học) điều kiện bền vững (trạng thái cân bằng) hệ hóa. .. chuẩn nhiệt độ 37 Phương trình nhiệt hóa học: • Một phương trình nhiệt hóa học phải bao gồm:  Phương trình phản ứng hóa học  Trạng thái hóa chất ( rắn, lỏng, khí,…)  Điều kiện thí nghiệm ( nhiệt. .. bao gồm tổng Động năng, Thế năng, Nội hệ Đối với phản ứng hóa học, biến đổi động hệ không đáng kể ta quan tâm đến Nội 12 NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC • Nếu trình mà có dạng lượng thay