Nhiệt phản ứng là một khỏi niệm nằm trong khuụn khổ của khoa học về nhiệt húa học. Nhiệt húa học là khoa học nghiờn cứu hiệu ứng nhiệt của cỏc phản ứng húa học. Nhiệm vụ của nhiệt húa học là xỏc định nhiệt dung của cỏc hệ húa-lý, đo và tớnh nhiệt của cỏc quỏ trỡnh húa học, thiết lập sự phụ thuộc của nhiệt cỏc quỏ trỡnh húa học vào nhiệt độ và thành phần c ủa hệ. Dưới đõy, xin nờu những nột cơ bản nhất liờn quan tới nhiệt phản ứng:
Xột một hệ kớn trong đú xảy ra phản ứng:
aA + bB = cC + dD
Nhiệt phản ứng của phản ứng này là nhiệt lượng trao đổi với mụi trường (lượng nhiệt thoỏt ra hay thu vào) khi a mol chất A phản ứng với b mol chất B tạo thành c mol chất C và d mol chất D ở nhiệt độ T = const.
Nếu phản ứng được thực hiện ở ỏp suất p = const, thỡ nhiệt phản ứng được gọi là nhiệt phản ứng đẳng ỏp Qp=ΔH.
Nếu phảnứng được thực hiện ở thể tớch V = const, thỡ nhiệt phản ứng được gọi là nhiệt phản ứng đẳng tớch Qv=ΔU.
Quan hệ giữa ΔH vàΔU được biểu diễn bằng cụng thức: ΔH =ΔU +Δn RT
Trong đú Δn bằng số mol khớ ở vế 2 của phương trỡnh phản ứng trừ đi số mol khớở vế 1 (cỏc khớ đều được coi là khớ lý tưởng). R = 8,314 J/mol/K.
Phản ứng nhường nhiệt lượng cho mụi trường được gọi là phản ứng tỏa nhiệt, khi đú ΔH = Qp < 0 hoặc ΔU = Qv< 0. Ngược lại, phản ứng nhận nhiệt lượng của mụi trường là phản ứng thu nhiệt, nghĩa là ΔH = Qp> 0, hoặc ΔU = Qv> 0.
Để cú thể tớnh toỏn được nhiệt phản ứng người ta cần chỉ rừ điều kiện phản ứng xảy ra như: lượng cỏc chất tham gia và sản phẩm tạo thành theo tỷ lệ hợp thức; trạng thỏi vật lý của cỏc chất; nhiệt sinh (nhiệt tạo thành). Hơn thế nữa, để cú thể so sỏnh nhiệt của cỏc phản ứng cần thực hiện tớnh toỏn trờn cơ sở số liệu thực nghiệm thu được trong điều kiện chuẩn (trạng thỏi chuẩn). Trạng thỏi chuẩn của một chất nguyờn chất là trạng thỏi lý học dưới ỏp suất 101,325 kPa (1atm.) và nhiệt độ khảo sỏt nú bền nhất (thường là 298K). Dưới đõy xin nờu khỏi niệm về nhiệt sinh (nhiệt tạo thành) và nhiệt sinh chuẩn.
Nhiệt sinh (hay nhiệt tạo thành) của một chất là nhiệt phản ứng (lượng nhiệt thoỏt ra hay thu vào) khi tạo thành 1 mol của chất đú từ cỏc đơn chất bền vững ở điều kiện đú.
Nếu nhiệt sinh được đo dưới ỏp suất 101,325 kPa (1atm.) và nhiệt độ T=298K khụng đổi, thỡ nhiệt sinh đú được gọi là nhiệt sinh chuẩn (hay entanpi tạo thành chuẩn) và được ký hiệu là: ΔH0298. Vớ dụ, ΔH0298 (CO2) = 393,51 kJ/mol là nhiệt phản ứng chuẩn của phản ứng:
Cgraphit + O2 khớ = CO2 khớ ở 250C khi P(O2) = P(CO2) = 1atm. Nhiệt sinh chuẩn của một đơn chất bền cú giỏ trị bằng 0. Nguyờn tắc tớnh toỏn hiệu ứng nhiệt của phản ứng được mụ tả dưới đõy:
Hiệu ứng nhiệt của một phản ứng bằng tổng nhiệt sinh của cỏc chất cuối trừ đi tổng nhiệt sinh của cỏc chất đầu.
ΔH =∑ ΔHSản phẩm phản ứng - ∑ ΔHChất tham giaphản ứng
Hiệu ứng nhiệt của một phản ứng thường được tớnh trong điều kiện chuẩn trờn cơ sở nhiệt sinh chuẩn được xỏc định trước trong cỏc tài liệu tra cứu.
Để cú thể tớnh toỏn được cõn bằng nhiệt của một phản ứng hoặc một quỏ trỡnh người ta cũn dựng một khỏi niệm húa lý khỏc là nhiệt dung mol.
Nhiệt dung mol C của một chất là nhiệt lượng cần thiết để nõng nhiệt độ của 1 mol chất đú lờn 1K và trong quỏ trỡnh này khụng cú sự biến đổi trạng thỏi (sự
chuyển pha như núng chảy, sụi, vv). Để nõng nhiệt độ 1 mol một chất nào đú từ T1 lờn T2cần một nhiệt lượng Q thỡ nhiệt dung trung bỡnh của chất đú trong khoảng từ T1đến T2là: T Q T T Q C 1 2
KhiΔT→0 ta cú nhiệt dung mol thực:
dT Q
C δ
Đơn vị của C thường dựng là J/K.mol. Chi tiết hơn người ta cũnđưa ra khỏi niệm nhiệt dung mol đẳng ỏp Cpvà nhiệt dung mol đẳng tớch Cv.
Nhiệt dung mol đẳng ỏp Cp là nhiệt dung của phản ứng xảy ra ở điều kiện P = const: dT C dH T H Cp ( )p p dT C H T T p 2 1
Nhiệt dung mol đẳng tớch Cv là nhiệt dung của phản ứng xảy ra ở điều kiện V = const : dT C dU T U Cv ( )v v dT Cv U T T 2 1 Cpvà Cvđều là hàm của nhiệt độ: C = f(T).
Hiệu ứng nhiệt của phản ứng phụ thuộc vào nhiệt độ theo định luật Kirchhoff. Cú thể xỏc định hiệu ứng nhiệt ở nhiệt độ T (ΔHT) trờn cơ sở hiệu ứng nhiệt ở điều kiện chuẩn theo cụng thức sau:
dT C H H T p T 298 0 298 0 , Ở đõy Cop Cp0 sp Cp0 tg . Cp0 là nhiệt dung mol đẳng ỏp ở điều kiện chuẩn (1 atm) .
Trong khoảng hẹp của nhiệt độ cú thể coi o p
C =const và 0
T
H cú thể được tớnh như sau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
298 0 298 0 T C H HT po .
Chỳng ta sử dụng những khỏi niệm trờn vào viờc tớnh toỏn nhiệt phản ứng của phản ứng xảy ra khi magie tỏc dụng với axit clohydric (HCl) để phục vụ cho cỏc mục đớch tiếp theo.