Bài giảng Nhiệt động hóa học Bài 4: Tổng hợp kiến thức trọng tâm

NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC

THERMOCHEMISTRY

I.KHÁI NIỆM

1.Nhiệt động hóa học

- Nghiên cứu sự chuyển hóa giữa hóa năng và các

dạng năng lượng khác.

- Hiệu ứng nhiệt của quá trình hóa học.

- Điều kiện bền cuả hệ hóa học.

2.Hệ nhiệt động

Là tập hợp một hay nhiều chất ở điều kiện xác định p, t0, nồng độ.

Hệ + Môi trường xung quanh = Vũ trụ

 Hệ là tập hợp các vật thể xác định trong

không gian nào đó và phần còn lại xung quanh

Phân loại hệ :

gọi là môi trường : VŨ TRỤ

HỆ HỞ

HỆ CÔ LẬP Hệ cô lập không trao đổi chất và E với MT ngoài

HỆ KÍN Hệ kín chỉ có thể trao đổi E với MT ngoài

Hệ dị thể Hệ đồng thể

Hệ đoạn nhiệt: DQ = 0

Hệ đẳng nhiệt: DT = 0

Hệ đẳng áp : DP = 0

Hệ đẳng tích : DV = 0

3.Trạng thái

t0,

Thông số trạng thái

- Một hệ có thể tồn tại ở những trạng thái khác nhau.

Trạng thái cân bằng: là trạng thái tương ứng với hệ cân bằng khi các thông số trạng thái giống nhau ở mọi điểm của hệ và không thay đổi theo thời gian.

năng lượng ….

Hàm trạng thái

 Hàm trạng thái : biến thiên giá trị của hàm chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và cuối của hệ

 Là hàm của các thông số trạng thái  Hàm trạng thái phụ thuộc vào trạng thái của hệ  Các thông số trạng thái có thể là hàm trạng thái nhưng

cũng có thể là biến số trạng thái

DF = F(cuối) – F (đầu)

Trong quá trình biến đổi trạng thái, biến thiên của hàm trạng thái chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và cuối chứ không phụ thuộc vào đường đi.

A B

Trạng thái chuẩn

 Chất phải tinh khiết và ở trạng thái liên hợp bền

 Nếu là chất rắn phải ở dạng đa hình bền.

 Nếu là chất khí thì phải là khí lý tưởng.

 Nếu là chất ở trong dung dịch thì C = 1 mol/lít.

 Áp suất chuẩn là 101,325 kPa (tương ứng 1 atm)

 Nhiệt độ chuẩn có thể là nhiệt độ bất kỳ, thường là

25oC = 298oK

4.Quá trình

P1 P2

Quá trình T1 T2

C1 C2 hệ hóa học hệ hóa học

F2 = F(P2,T2,C2,V2)

V1 F1 = F(P1,T1,C1,V1) Một số quá trình hay gặp:

- Đẳng áp: P = const - DP=0

- Đẳng tích: V = const - DV=0

- Đẳng nhiệt: T = const - DT= 0

QUÁ TRÌNH - là con đường mà hệ chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác có sự biến đổi ít nhất một thông số trạng thái

QUÁ TRÌNH THUẬN NGHỊCH

Là qt có thể tiến hành theo hai chiều ngược nhau, các trạng thái trung gian giống nhau, không gây nên biến đổi gì trong hệ cũng như môi trường.

QUÁ TRÌNH BẤT THUẬN NGHỊCH –

Là các qt không thoả mãn các điều kiện trên.

Quá trình có ma sát đều là qt bất thuận nghịch

Các qt tự xảy ra trong tự nhiên đều là qt bất thuận nghịch.

6.Năng lượng

Năng lượng là thước đo sự chuyển động của vật chất

Năng lượng = Ngoại năng + Nội năng (U)

P.dV



(động năng, thế năng)

Thực hiện qt

Trao đổi với Môi trường

Hệ hóa học

Nhiệt Q = m c (ts-tđ)

NỘI NĂNG (U) U = Etịnh tiến +Equay+Edao động+Ehút,đẩy + Enhân

Lượng nhiệt trao đổi mà môi trường nhận tính bằng :

Q = m c (ts-tđ)

- c là nhiệt dung riêng : lượng nhiệt cần cung cấp để 1 gam chất tăng lên 1 độ (cal/g.độ hay J/g.độ)

- m khối lượng của hệ m= mct + mdm

- tđ , ts nhiệt độ ban đầu và sau phản ứng

Nhiệt Q là thước đo sự chuyển động hỗn loạn của hệ

Nhiệt độ t0 : biểu hiện mức độ chuyển động hỗn loạn

t0  mức độ chuyển động hỗn loạn 

Công W = 

P.dV thước đo sự chuyển động có hướng của hệ (chủ yếu là công giãn nở chống lại áp suất)

Hiệu ứng nhiệt của một quá trình hóa học là lượng nhiệt hệ thu vào hay tỏa ra khi thực hiện quá trình

Đơn vị năng lượng

1 cal = 4,18 J

1 Kcal = 1000 cal

•Nhiệt (Q) là thước đo sự chuyển động nhiệt hỗn loạn của các tiểu phân.

 Công (W) là thước đo sự chuyển động có trật tự có hướng của các tiểu phân trong trường lực.

Quy ước về dấu của nhiệt và công

II.NGUYÊN LÝ I – HIỆU ỨNG NHIỆT

1. Nguyên lý I

Nội dung : Định luật bảo toàn năng lượng

P.dV

Q = W + DU

Q: lượng nhiệt cung cấp cho hệ W: công chống lại các lực bên ngoài W =  DU : sự biến đổi nội năng

U : năng lượng bên trong của hệ bao gồm động năng và thế năng của các tiểu phân trong hệ

U: tính chất, đại lượng xác định trạng thái của hệ

U: hàm trạng thái DU = U2 - U1

2. Aùp dụng nguyên lý I cho các quá trình

Quá trình đẳng tích: V =const  W =0

 QV = DU = U2 –U1

Quá trình đẳng áp: P =const  W = P (V2 – V1)

 QP = W+ DU = P(V2 – V1) + U2 –U1  QP = U2 + PV2 – (U1 + PV1) H là đại lượng năng lượng

Đặt entalpi H = U + PV

H : xác định trạng thái

QP = H2 - H1 = DH

H2 - H1 = DH

Đối với các chất khí: PDV = DnRT

 Qp = Qv + DnRT

V 2



PdV



nRT

ln.



nRT

ln.

 WQ T



nRT V

V 2 V 1

P 1 P 2

V 1

Quá trình đẳng nhiệt: T =const  DU=0

3. Hiệu ứng nhiệt

a.Khái niệm: là lượng nhiệt hệ thu vào hay tỏa ra khi thực hiện quá trình

P =const: hiệu ứng nhiệt =Qp = DH

V=const: hiệu ứng nhiệt = Qv

Các phản ứng thường xảy ra ở ở P =const

 hiệu ứng nhiệt = DH

Đơn vị DH : kJ/mol ; kcal/mol

Các dạng năng lượng

Hệ thống Hệ thống

P= hằng số, ΔU=Qp + P ΔV V= hằng số, ΔU=Qv

Entalpi là hàm trạng thái, thông số dung độ

Đa số các phản ứng hóa học thường được tiến hành ở áp suất không đổi nên hiệu ứng nhiệt của phản ứng được xác định bằng DH của phản ứng.

Entalpi là hàm trạng thái về không phụ thuộc vào quá trình

Nguyên lý 1 Nhiệt hóa học : Chuyển từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 theo nhiều đường biến đổi khác nhau nhưng chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối của hệ thống mà thôi

b.Hiệu ứng nhiệt tiêu chuẩn – Entalpi mol chuẩn thức:

Điều kiện chuẩn: - tính cho 1 mol chất

- ở p =1atm ; t =250C (2980K)

Ký hiệu : DH0 hoặc DH f0

298

Đơn vị : Kcal/mol hay KJ/mol

 Entalpi mol chuẩn thức là hiệu ứng nhiệt của phản ứng tạo thành 1 mol chất từ các đơn chất ở trạng thái tự do bền vững nhất.

 Quy ước : DHfo

o K(đơn chất) = 0

298

° (kJ/mol)

CO(g)

-111

-74.8

Ag+(aq)

106

CH4(g)

-394

Na+(aq)

-240

CO2(g)

C2H4(g)

-286

-85

-(aq)

-207

H2O(l)

C2H6(g)

NO3

-46

-201

-1260

NH3(g)

CH3OH(g)

C6H12O6(s)

95.4

-278

AgCl(s)

-127

N2H4(g)

C2H5OH(l)

HCl(g)

-92

-1131

C6H6(l)

Na2CO3(s)

Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn, DHf

Phản ứng phân hủy là phản ứng nghịch của p ứng tạo thành.

° (kJ/mol)

Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn, DHf



kcal

mol

H o

298

pö

C (gr) + O2 (k) CO2 (k) 1,94

 DHfo

298 tt CO2 = -94,1 kcal/mol

 Nhiệt đốt cháy (thiêu nhiệt) là hiệu ứng nhiệt của phản ứng đốt cháy bằng oxy 1 mol chất hữu cơ để tạo thành khí CO2, nước lỏng và 1 số sản phẩm khác.

- Là hiệu ứng nhiệt của phản ứng đốt cháy hoàn toàn 1mol chất bằng Oxy để tạo oxit cao nhất trong điều kiện xác định

Ký hiệu: DHf0

298(đc)

C (gr) + O2 (k) CO2 (k)

Ví dụ:

DHo  DH0

pư = - 94,1 kcal/ mol 298 298đc của C = -94,1 kcal/mol

298

VD :  DH0 H2 (k) + ½ O2 (k)  H2O (l) DHo pư = - 68,32 kcal/ mol 298đc của H2 = -68,32 kcal/mol

C (gr) + 1/2 O2 (k) CO (k)

VD:

DHopư = - 26, 42 kcal/ mol  DHo

298(đc) C

(do chưa tạo thành oxit cao nhất)

3. Phương trình nhiệt hóa học: -Là phương trình phản ứng hóa học có ghi rõ trạng thái chất - rắn, lỏng, khí, dung dịch… - kèm điều kiện phản ứng và hiệu ứng nhiệt DH.

298 =36,5 kcal

Ví dụ: Zn(r)+2HCl(d)= ZnCl2(d)+H2(k), DHo ½ H2(k) + ½ Cl2 (k) = HCl (k), DHo

298 =-92,31 kcal/mol

có khả năng tự xảy ra

DH < 0 : Phản ứng tỏa nhiệt DH > 0 : Phản ứng thu nhiệt K có khả năng tự xảy ra

4. Định luật Hess

Hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học chỉ phụ

thuộc vào bản chất và trạng thái của các chất đầu

và sản phẩm cuối chứ không phụ thuộc vào

đường đi của phản ứng

DH1

DH2

DH5

DH3

DH4

DH = DH1 + DH2 = DH3 + DH4 + DH5

Hệ quả I: Hiệu ứng nhiệt của phản ứng bằng tổng nhiệt tạo thành của các sản phẩm phản ứng trừ đi tổng nhiệt tạo thành của các chất đầu.

Hệ quả II: Hiệu ứng nhiệt của phản ứng bằng tổng nhiệt đốt cháy của các chất đầu trừ đi tổng nhiệt đốt cháy của các sản phẩm phản ứng.

Hệ quả





pö

Hn D i

o 298

ñaàu

o 298

(

)

cuoái

o 298

(

)







pö

Hn D i

o 298

ñc

cuoái

o 298

(

)

ñc

ñaàu

o 298

(

)



Hệ quả

Ví dụ : Đối với phản ứng tổng quát

aA + bB = cC + dD

= [cDHttC + dDHttD]  [aDHttA + bDHttB]

DH = ni DHtt sp  ni DHtt cđ DH = ni DHđc cđ ni DHđc sp

= [aDHđcA + bDHđcB]  [cDHđcC + dDHđcD]

Ví dụ : Xác định hiệu ứng nhiệt của phản ứng: DHo CaCO3(r) = CaO(r) + CO2(k) . -151,9 -288,5 -94,1

298(TT)kcal/mol



ΔΗ





o 298

o 298ttCaO

o 298ttCO

o 298ttCaCO









151,9

94,1

288,5

42,5

kcal

CH3COOH(l)+C2H5OH(l)=CH3COOC2H5(l)+H2O(l)

-326,7 -545,9 -208,2 0

Ví dụ : Xác định hiệu ứng nhiệt của phản ứng: DHo 298đc Kcal/mol

ΔΗ







o ΔH 298dcE



o ΔH 298  208,2

o 298dcA  326,7

o ΔH 298dcR  545,9 11,0

kcal

Bài tập 1. Tính hiệu ứng nhiệt của các phản ứng

2Al (r) + Fe2O3 (r)  Al2O3 (r) + 2Fe (r)

298,tt (kj/mol) 0

DH0 -824,2 -1669,8 0

CH4(k) + 2O2 (k)  CO2 (k) + 2H2O (l)

298,tt (kj/mol) -74,85

DH0 0 -393,5 -285,8

CH4(k) + 2O2 (k)  CO2 (k) + 2H2O (k)

298,tt (kj/mol) -74,85

DH0 0 -393,5 -241,8

Fe2O3 (r) + 3CO(k)  2Fe (r) + 3CO2 (k)

298,tt (kj/mol)

DH0 -824,2 -110,52 0 -393,5

Tính hiệu ứng nhiệt gián tiếp dựa theo định luật Hess

(1) A + B  C + E , DH1

(2) C + D  B , DH2

(1) + (2) A + D  E , DH3 = DH1+ DH2

A + B  C + E , DH1  C+ E A + B , DH2 = - DH1

A + B  C + E , DH1  ½ (A+B C+E) , DH2 = ½ DH1

VD: C (r) + O2(k)  CO2(k), DH1 = -393,5 kj/mol C (r)+ ½ O2(k) CO (k), DH2= -110,5 kj/mol

Xác định hiệu ứng nhiệt của phản ứng: CO(k) + ½ O2(k)  CO2(k)

5.TínhDH ở điều kiện khác chuẩn:

T 2

D

o Tpö

o 298

pö

D

pö

(

)

o T 2

o T 1

 D C

T 1

D

D

 )TT.( 2 1

)pö(P

o D H T 2

o H T 1

D

D



T.(

)298

o H Tpö

o H 298

pö

)pö(P

saûnphaåm

chaátñaàu



pöP (

)





Tính chính xác: Tính gần đúng:

Trong đó:

CP nhiệt dung mol đẳng áp: Đơn vị Cp : J/ (mol. Độ ); cal/(mol.độ); J.mol-1.K-1

VD: Tính DH398 của phản ứng

+ = CO2(k)

CO(k) 6,97 ½ O2(k) 7,0 8,88

26, 42 94,10

Cp (cal/mol.ñoä) DH0 298 (kcal/mol)

 Gần đúng:

298 =  94,10  (26,42)

=  67,68 kcal/mol

298 + DCp (398 -298)

= - 67,68 +[(8,88  6,977,02/2)(398298)]  103

DH398 = DHo  Chính xác: DH398 = DHo =  67,84 kcal/mol.

Bài tập. Tính hiệu ứng nhiệt phản ứng ở 1000C.

CH4(k) + 2O2 (k)  CO2 (k) + 2H2O (l)

298,tt (kj/mol) -74,85

DH0 0 -393,5 -285,8

35,31 29,36 37,11 75,29 Cp(j/mol.độ)

Fe2O3 (r) + 3CO(k)  2Fe (r) + 3CO2 (k)

298,tt (kj/mol)

DH0 -824,2 -110,52 0 -393,5

103,85 29,14 251 37,11 Cp(J/mol.độ)

DH1 = -1401 kJ

Ví dụ Xác định nhiệt phản ứng cho phản ứng sau: C2H4(k) + H2(k)  C2H6(k) Sử dụng hệ phản ứng: C2H4(k) + 3O2(k)  2CO2(k) + 2H2O(l) H2(k) + 1/2O2(k)  H2O(l) DH2 = -286 kJ C2H6(k) + 7/2O2(k)  2CO2(k) + 3H2O(l) DH3 = -1550 kJ

Ans: C2H4(g) + H2(g)  C2H6(g) DH = -137 kJ

C2H6(k) + 7/2 O2

C2H4(k) + H2(k) + 7/2 O2

DH1

-DH3 DH2

DH= (DH1 + DH2) - DH3

2CO2(k) + 3H2O(l)

Hệ quả 3

 Hiệu ứng nhiệt của một phản ứng bằng tổng năng lượng liên kết có trong các chất ban đầu trừ tổng năng lượng liên kết có trong các sản phẩm.

ΔH0

298 = ΣΔH0lk (tc) – ΣΔH0lk(sp)

C2H4 + H2  C2H6 : ΔH= ? Cho E C=C = 595.7 kj/mol EC-H= 418.4 kj/mol EH-H= 432.0 kj/mol EC-C = 343.4 kj/mol

DH C2H6

C2H4 + H2

-EC-C -6 EC-H

EC=C 4 EC-H EH-H DH=EC=C + 4EC-H + EH-H –EC-C- 6EC-H DH=EC=C + EH-H –EC-C- 2EC-H

298 = ?

H-H(k) + Cl-Cl(k) → 2 H-Cl(k)

DH0

ElkH2 ElkCl2

-2ElkHCl

2H(k) + 2Cl(k)

298 = [Elk(H2 )+Elk(Cl2)] – [2Elk(HCl)]

DH0

Các chất trong phản ứng ở trạng thái khí

Tính DH° (kJ) :

C2H4 (g) + H2O (g)  C2H5OH (g)

H OH

C C

OH H

C C

DH = D (Nối đứt) – D (Nối ráp) = (H-O + C=C) - (H-C + C-O + C-C) =

 Xác định năng lượng liên kết hóa học Ví dụ: Xác định E t/bình của các lk O – H trong ptử nước. Biết E lk H–H = 435,9 kJ, EO=O = 498,7 kJ, khi đốt 2 mol H2

298 = ΣΔH0lk (tc) – ΣΔH0lk(sp)

tỏa ra 483,68 kJ.

Ta có pư : 2H2 (k) + O2 (khí) → 2H2O (l) ΔH0298 = - 483,68kJ Theo hệ quả 3: ΔH0 - 483,68 = 2 x 435,9 + 498,7 - 4ΔH0lk(O – H) ΔH0lk(O – H) = ¼(2 x 435,9 + 498,7 + 483,68) = 463,545 kJ

II. NGUYÊN LÝ II – ENTROPI S

Đặt vấn đề  Nhiệt không thể tự động truyền từ vật lạnh sang vật

 Không có quá trình trong đó nhiệt lấy từ một vật được chuyển thành công mà không có sự đền bù

nóng hơn

Tự diễn biến

Không tự diễn biến

1. Khái niệm entropi Entropi S là đại lượng biểu thị độ hỗn độn (vô trật tự) của vật chất

k: hằng số Boltzmann

S = k lnW W: xác suất trạng thái của hệ

-là đại lượng xác định trạng thái của hệ

-Là hàm trạng thái: DS = S2 –S1

-S tăng theo nhiệt độ

-S tăng theo độ linh động của trạng thái tập hợp

Srắn < Slỏng < Skhí

Tính chaát cuûa Entropi

 Về bản chất entropi (S) là thước đo tính hỗn loạn của hệ, tính hỗn loạn của các tiểu phân trong hệ càng cao thì entropi của hệ càng cao.

Do đó °Hệ càng phức tạp thì entropi càng lớn Ví dụ DS0 của O = 160,95 j/mol DS0 của O2 = 205,03 j/mol DS0 của O3 = 238,82 j/mol

Tính chất của Entropi

°Đối với cùng một chất thì S tăng khi chuyển từ rắn sang

DS0nước đá = 41,31 j/mol DS0nước lỏng = 63,31j/mol DS0hơi nước = 185,6 j/mol °Nhiệt độ càng tăng thì  entropi càng cao °Áp suất tăng thì entropi của hệ giảm Vậy DS phụ thuộc vào T, P, V

lỏng và sang chất khí

Entropi

Tính hỗn loạn

Rắn Lỏng Khí

298 o K : là entropi của 1 mol

Entropi mol chuẩn thức So chất ở trạng thái chuẩn 1 atm, 250C

o

Đơn vị S0

K : J/ (mol. Độ ); cal/(mol.độ); J.mol-1.K-1

298

2. Nguyên lý II

Q: nhiệt lượng

S D

T: nhiệt độ tuyệt đối

Q T

Dấu “=“: quá trình thuận nghịch

Dấu “>” : quá trình bất thuận nghịch

Trong hệ cô lập Q = 0  DS ≥ 0

 Quá trình tự xảy ra khi DS >0

3. Tính độ biến đổi DS trong một số quá trình

a.Quá trình chuyển pha (T=const, P =const)

S D



cp T

Rắn  Lỏng

Lỏng  Hơi

Rắn  Hơi

nRT

V 2 V 1



lnnR

D S T

Q T T

V 2 V 1

P 1 P 2

b.Quá trình đẳng nhiệt (T =const)

R = 8,314 J/mol.K = 1,987 cal/mol.K

T 2

ln.

P 



T 2 T 1

dT T

c.DS phụ thuộc vào nhiệt độ (T thay đổi, P = const)

n: số mol chất

d.Tính DS của phản ứng



S D T

(

)

S spT (

)

S tcT (

)

Cho phản ứng : aA + bB  cC + dD









. Sd



. Sb

   . Sa

 . Sc



o 298

(

)

(

)

o 298

(

)

o 298

(

)

Ví dụ

0 D 298 , S

1500

C(gr) + CO2(k) = 2CO(k) Tính: 5.74

D 197.54 (J/mol.K)

213.68

33.44 291.76

248.71 (J/mol.K)

0 298S 0 1500S

D S

 2

( CO )

[



)( SCS



)]

( CO 2

0 298  74.5[

0 298 ]68.213

0 298

)( C

)]

D ( CO S 1500 2

D [ S 1500 ]76.291



44.33[

0 298  54.197  2 KJ / 66.175  D 2 ( CO ) S 1500  71.248 KJ /

D S 1500  2  22.172

298(j/mol.độ) 186,7

pu = 2.S0

298Cl2 + 2.S0

205,0 233 298H2O - 4.S0

NH4NO3(r) = N2O(k) + 2H2O(k)

219,74 188,7 298H2O - S0

298N2O+ 2.S0

pu = S0

C6H6(k) + 15/2 O2 (k) = 6CO2(k) + 3H2O(l)

298CO2 + 3.S0

298C6H6 - S0

pu = 6.S0

298O2

Dựa vào bảng entropi tiêu chuẩn của các chất tính của các phản ứng: 4HCl(k) + O2(k) = 2Cl2(k) + 2H2O(k) a. S0 188,7 298HCl - 2.S0 DS0 298O2 = 2x233 + 2x188,7 – 4x186,7 – 205 = - 108,4 J/oK b. S0 298(j/mol.độ) 151,08 DS0 298NH4NO3 = 219,74 + 2x188,7 – 151,08 = 446.06 J/oK c. S0 298(j/mol.độ) 269,2 205,0 213,63 69,91 298H2O - S0 DS0 = 6x213,63 + 3x69,91 – 269,2 –15/2x205 = - 315,19 J/oK

III.THẾ ĐẲNG ÁP – CHIỀU XẢY RA CỦA CÁC QUÁ TRÌNH HÓA HỌC

1.Thế đẳng áp (năng lượng tự do Gibbs)

Quá trình tự xảy ra: DH< 0 , DS > 0

 Đưa ra đại lượng năng lượng tự do Gibbs:

G = H – T.S DG = DH – T.DS

- là đại lượng xác định trạng thái của hệ

-Là hàm trạng thái DG = G2 – G1

-Phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ

-DG sử dụng để xét chiều của phản ứng

2.Thế đẳng áp tiêu chuẩn DGo

298 (DGo)

Là thế đẳng áp ở điều kiện chuẩn:

-T =298 K ;

-C = 1mol/l hoặc áp suất riêng phần P =1atm,

- các chất rắn, lỏng ở trạng thái bền, khí lí tưởng.

Đơn vị DGo: KJ/mol ; Kcal/mol

Thế đẳng áp tạo thành tiêu chuẩn DGo

298(tt)

Là DG của pư tạo thành 1 mol chất từ các đơn chất tự do bền vững ở áp suất 1 atm, nhiệt độ 298oK

DGo

298 đơn chất = 0





pö

Gn D i

o 298

ñaàu

o 298

(

)

cuoái

o 298

(

)



3.Tính DG của các phản ứng hóa học

Ví dụ : aA + bB = cC + dD ttC + dDGo DG = [cDGo

ttD]  [aDGo

ttA + bDGo

ttB]

DGo

T = DHo

T – T. DSo

T

Gần đúng sử dụng DHo

298 và DSo

298 để tính:

DGo

T = DHo

298 – T. DSo

298

Ví dụ: Tính DG ở 298 và 1000K của phản ứng

+

DHo

C(gr) + H2O(k) = CO(k) - 110,5

- 241,8

0 H2(k) 0

298tt (kj/mol)

So

5,7

188,7

197,9

130,6

DGo

0 - 228,6

- 137,3

0 298 (J/mol.ñoä) 298tt (kj/mol)

D



S.298

o 298

Tính DG ở 298K

D

D

DGo

298pu = 91,3 kJ/mol

o 298

OttH 2

D



1000

o 1000

o 298

Tính DG ở 1000K

DGo

1000pu = -2,8 kJ/mol

4.Dự đoán chiều của các phản ứng hóa học

DG < 0  phản ứng xảy ra theo chiều thuận DG > 0  phản ứng không xảy ra (xảy ra theo

chiều nghịch)

298 của phản ứng.

1. Cho phản ứng : NH3(k) + HCl(k) = NH4Cl(r). a.Tính DH0 298,,DG0 b. Tính DG0

298, DS0 298,tt của NH4CI(r).

c. Từ các kết quả thu được có thể rút ra những kết luận gì ?

DG = 0  phản ứng cân bằng

298,tt(kj/mol) 298(j/mol.độ) 298,tt(kj/mol)

DH0 S0 DG0 NH3 (k) -46,11 192,34 -16,48 HCl (k) NH4Cl(r) -92,31 186,8 -95,30 -314,43 94,60 ?

298,tt(kj/mol) 298(j/mol.oK)

pu = DHf0

298 NH4Cl - DHf0

298 NH3 - DHf0

298 HCl

DH0 S0 NH3 (k) -46,11 192,34 HCl (k) NH4Cl(r) -92,31 186,8 -314,43 94,60

pu = S0

298 NH4Cl - S0

298 NH3 - S0

298 HCl

DH0 = -314,43 + 46,11 + 92,31 = - 176,01 KJ

DS0 = 94,6 – 192,34 – 186,8 = - 284,54 J/oK

DGpu = DH - TDS = -176,01 + 298 x 284,54.10-3 = - 91,38 KJ < 0

298NH3 - DGo

298HCl

298NH4Cl - DGo 298NH4Cl = DGpu + DGo

298NH3 + DGo

298HCl

DGpu = DGo  DGo = -91,38 - 16,48 – 95,3 = - 203,16 KJ/mol

Bảng dự đoán chiều của các phản ứng hóa học

DH DS T DG Dự đoán

+ Phản ứng xảy ra - -

Phản ứng xảy ra ở T thấp - thấp - -

Phản ứng không xảy ra ở T cao + cao - -

Phản ứng không xảy ra (xảy ra -

+ + theo chiều nghịch)

+ + thấp + Phản ứng không xảy ra ở T thấp

+ + cao - Phản ứng xảy ra ở T cao

Lưu ý: T cao nghĩa là T phải khoảng 1000K

Lưu ý: Dựa vào DG0

298 để dự đoán chiều:

DG0

298

/////////////////////////////////

-10kcal + 10kcal

Xảy ra ở bất kì t, p

Không xảy ra ở bất kì t, p

Có thể xảy ra tùy theo t , p

-393,51 -241,82 188,72

130,57 213,63

298,tt (Kj/mol) 298,tt (J/mol.độ)

2.Cho phản ứng : H2 (k) + CO2(k) H2O (k)+ CO(k) DH0 -110,52 S0 197,56 a. Tính DH, DS, DG của phản ứng ở điều kiện chuẩn. Cho biết chiều

phản ứng xảy ra ở 250C?

b. Tính DG của phản ứng ở 7270C

C2H2 (k)+ 2 H2O (l) CH3COOH (l) +H2 (k) 226,9 207

286 70

0 130,7

3. Cho phản ứng DH0 -487,4 298,s (Kj/mol) S0 160 298,s (J/mol.độ) a.Tính DH, DS, DG của phản ứng ở điều kiện chuẩn b. Phản ứng thu nhiệt hay tỏa nhiệt? Phản ứng xảy ra theo chiều nào?

pu = DHf0

298 H20 + DHf0

298 CO - DHf0

298 H20 + S0

298 H2 - S0

298 CO2

pu = S0

DH0 S0 H2 (k) CO2(k) H2O (k) CO(k) 298,tt (Kj/mol) -393,51 -241,82 -110,52 298,tt (J/mol.độ) 130,57 213,63 188,72 197,56

DH0 298 CO2 = - 241,82 – 110,52 + 393,51 = 41,17 KJ DS0 298 CO - S0 = 188,72 + 197,56 – 130,57 – 213,63 = 43,08 J/oK

DG298pu = DH - TDS = 41,17 - 298 x 43,08.10-3 = 28,35 KJ > 0

DG1000pu = DH - TDS = 41,17 - 1000 x 43,08.10-3 = - 1,91 KJ < 0

C2H2(k) H2O(l) CH3COOH(l) H2(k)