Bài giảng Hóa đại cương: Chương 7 - TS. Phan Nguyễn Quỳnh Anh

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:35

Thêm vào BST

Báo xấu

2
lượt xem 0
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương 7 "Thể đẳng áp chiều của các quá trình hóa học" này đề cập đến sự biến đổi năng lượng trong các quá trình hóa học xảy ra ở điều kiện đẳng áp (áp suất không đổi). Nội dung bao gồm: khái niệm enthalpy (H) và biến thiên enthalpy (ΔH), mối liên hệ giữa enthalpy và công, vai trò của enthalpy trong tiên đoán chiều và mức độ xảy ra của phản ứng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Hóa đại cương: Chương 7 - TS. Phan Nguyễn Quỳnh Anh

CHƯƠNG 7 THỂ ĐẲNG ÁP CHIỀU CỦA CÁC QUÁ TRÌNH HÓA HỌC TS. Phan Nguyễn Quỳnh Anh pnqanh@hcmut.edu.vn
QUÁ TRÌNH THUẬN NGHỊCH Là quá trình có thể diễn ra đồng thời theo hai chiều ngược nhau trong cùng một điều kiện, và khi diễn ra theo chiều nghịch thì hệ cũng như môi trường sẽ trở về đúng trạng thái ban đầu mà không có một biến đổi nhỏ nào. Ví dụ: Quá trình dao động của con lắc không có ma sát. Các quá trình chuyển pha của các chất là các quá trình thuận nghịch đẳng nhiệt đẳng áp: (nóng chảy, đông đặc); (bay hơi, ngưng tụ); (hòa tan , kết tinh)…
QUÁ TRÌNH BẤT THUẬN NGHỊCH Là quá trình không hội đủ các điều kiện trên, có nghĩa là có thể diễn ra theo chiều nghịch nhưng hệ và môi trường đã bị biến đổi, thí dụ hệ đã được cung cấp công hoặc nhiệt từ môi trường. Ví dụ: Quá trình dao động của con lắc có ma sát. Quá trình pha loãng axit H2SO4 đặc …
NGUYÊN LÝ II NHIỆT ĐỘNG HỌC “Nhiệt chỉ có thể truyền từ vật thể có nhiệt độ cao hơn sang vật thể có nhiệt độ thấp hơn”. Quá trình truyền nhiệt là quá trình bất thuận nghịch. Quá trình truyền nhiệt (chuyển nhiệt năng thành các dạng năng lượng khác) không bao giờ đạt hiệu suất chuyển hóa 100% mà luôn có một phần nhiệt không thể chuyển hóa được, phần nhiệt này chỉ được dùng để truyền cho vật thể có nhiệt độ thấp hơn và làm cho vật thể này biến đổi entropy một lượng là ΔS.
Q S  T dQ Dấu “ = ” ứng với quá trình thuận nghịch: S   T dQ Dấu “ > ” ứng với quá trình bất thuận nghịch: S   T Hệ là cô lập: Q = 0 => ΔS ≥ 0 . Nghĩa là đối với hệ cô lập, quá trình thuận nghịch không làm biến đổi entropy (ΔS = 0), còn quá trình bất thuận nghịch tự xảy ra làm tăng entropy (ΔS > 0).
HỆ CÔ LẬP : ∆S  0 mở khóa Tự phát Qt bất thuận nghịch ∆S > 0 ∆H=0 Smax S Cân bằng: S = Smax , S = 0 Qt thuận nghịch Không tự phát
ENTROPY (S) Entropy là thước đo độ hỗn độn của hệ. Entropy là hàm trạng thái: S = f(W) W: Xác suất trạng thái nhiệt động của hệ Entropy là thông số dung độ nên có tính cộng.
ENTROPY LÀ TIÊU CHUẨN XÉT CHIỀU TRONG HỆ CÔ LẬP Trong hệ cô lập: S  0. S > 0 (S): quá trình (bất thuận nghịch) tự phát. Chiều diễn biến: Từ trật tự  hỗn độn. Từ không đồng nhất  đồng nhất Từ W nhỏ  W lớn. Từ entropy nhỏ  entropy lớn. Quá trình bất thuận nghịch tự xảy ra luôn kèm theo sự tăng entropy, tăng xác suất trạng thái, tăng độ hỗn loạn.
Quá trình nóng chảy và bay hơi có H >0 đều tự phát theo chiều hướng tăng entropy. Hbh> 0 Hnc> 0 300C 300C H2O(ℓ) = H2O(k), Sbh>0 H2O(r) = H2O(ℓ), Snc >0 H chưa thể xem là đại lượng tiêu chuẩn để tiên đoán chiều và giới hạn quá trình hóa học.
TÍNH CHẤT CỦA ENTROPY  Entropi S là đại lượng có tính dung độ, là hàm trạng thái giống như U, H  Đơn vị: J/mol.K hay cal/mol.K.  Entropi tiêu chuẩn ( S0298) được đo ở các điều kiện chuẩn giống như (H0298).  Hệ càng phức tạp, entropi càng lớn {TD: SO(k) < SO2(k) < SO3(k)}  Đối với cùng một chất: đi từ trạng thái rắn→ lỏng→ khí : entropi tăng dần.  Nhiệt độ tăng, áp suất giảm làm tăng entropi và ngược lại.
ENTROPY TIÊU CHUẨN Ở 298K Chất Chất H2O(l) 69.9 NaCl(r) 72.3 H2O(k) 188.8 NaCl(aq) 115.5 I2(r) 116.7 Na2CO3(r) 136.0 I2(k) 260.6 CH4(k) 186.3 Na(r) 51.5 C2H6(k) 229.5 K(r) 64.7 C3H8(k) 269.9 Cs(r) 85.2 C4H10(k) 310.0
BIỂU THỨC ENTROPY TẠI 1 TRẠNG THÁI S1= f(W1) 2 S2= f(W2) 1 S = f(W) = f(W1.W2) S = S1 + S2 f(W1.W2) = f(W1) + f(W2)  f : hàm logarit HỆ THỨC BOLTZMANN 𝑅 𝑆 = 𝑘 ln 𝑊 = ln 𝑊 (Tính cho 1 tiểu phân) 𝑁0 k- hằng số Boltzmann S = n.R.lnW = 1.38 x 10-23 J/K W- xác suất nhiệt động (tính cho n mol chất)
NGUYÊN LÝ THỨ BA CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC Ở không độ tuyệt đối (0K) mọi chất nguyên chất (đơn chất hay hợp chất) ở dạng tinh thể hoàn hảo đều có entropy bằng không. W=1 → S0 = 0 ---> có thể xác định được entropy tuyệt đối của các chất ở nhiệt độ bất kỳ. 𝑇 𝑛.𝐶 𝑝 .𝑑𝑇 Ở 0K, S = ST – S0 = ‫׬‬0 𝑇 Ví dụ. ở 0K, phản ứng: C(gr)+O2(r) = CO2(r) có S0=0
ĐỘ BIẾN THIÊN ENTROPY TRONG CÁC QUÁ TRÌNH Các quá trình thuận nghịch: Tính trực tiếp từ NL II NĐH: Q S  (chú ý dấu) T 𝐐 𝐏 ∆𝐇 Đối với quá trình đẳng áp đẳng nhiệt: ∆𝐒 = = 𝐓 𝐓 Các quá trình bất thuận nghịch: ΔS = S2 –S1 Áp dụng: ΔST(PƯ) = ∑ST(SẢN PHẨM) - ∑ST(CHẤT ĐẦU) *Chú ý: nhân hệ số tỷ lượng
VÍ DỤ 1 Tính S 0 298 và S 0 1500 của phản ứng C(gr) + CO2(k) → 2CO(k) Biết: S 298(J/mol.K) 0 5.74 213.68 197.54 S 0 1500 (J/mol.K) 33.44 291.76 248.71 S 298  2  S 298 (CO )  [ S 298 (C )  S 298 (CO2 )] 0 0 0 0  2  197.54  [5.74  213.68]  175.66 J / K
VÍ DỤ 1 Tính S 0 298 và S 0 1500 của phản ứng C(gr) + CO2(k) → 2CO(k) Biết: S 298(J/mol.K) 0 5.74 213.68 197.54 S 0 1500 (J/mol.K) 33.44 291.76 248.71 S1500  2  S1500 (CO)  [S1500 (C )  S1500 (CO2 )]  2  248.71  [33.44  291.76]  172.22J / K  ΔS0T ≈ ΔS0298
VÍ DỤ 2 Tính ΔS của quá trình nóng chảy và đông đặc 1 mol nước ở 0oC và 1 atm, biết nhiệt nóng chảy của nước đá là H  6007 J / mol 0 nc H 0 6007( J / mol ) S nc  nc   22( J / mol.K ) T 273( K ) H 0  6007( J / mol ) S dd  dd   22( J / mol.K ) T 273( K )
VÍ DỤ 3 Các quá trình dãn nở đẳng nhiệt của 1 mol khí lý tưởng: W2 V2 P S  S 2  S1  R ln S  R ln  R ln 1 W1 V1 P2 Tính ΔS của quá trình dãn nở đẳng nhiệt 5 mol khí Ar ở 250C từ áp suất 10 atm đến 1 atm. Quá trình này được xem như đối với khí lý tưởng V2 P S  nR ln  nR ln 1  5  8,314  ln10  95,72J / K V1 P2
ĐỘ BIẾN THIÊN ENTROPY THEO NHIỆT ĐỘ Quá trình đẳng áp Q p  dH  C p dT T2 T2 T2 dQ dT S    Cp   C p d ln T T1 T T1 T T1 Nếu khoảng nhiệt độ không lớn lắm, có thể coi Cp không phụ thuộc vào nhiệt độ T2 S  C p ln T1
VÍ DỤ 4 0 Cho S 298 của nước là 69.89J/mol.K, nhiệt dung phân tử đẳng áp của nước là 75.24J/mol.K. Xác định entropi tuyệt đối của nước ở 00C 298 S 0 273 298 S 0 298 S 0 273  C p ln  6.59( J / mol.K ) 273 S 0 273 S 0 298  S 0 273 298  69.89  6.59  63.3J / mol.K