Bài giảng hóa đại cương (Phần 3)

Chia sẻ: Kata_10 Kata_10 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

86
lượt xem 19
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'bài giảng hóa đại cương (phần 3)', khoa học tự nhiên, hoá học phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng hóa đại cương (Phần 3)

25 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Ví duï: Laøm nhieät ñoä soâi , nhieät ñoä noùng chaûy chaát taêng cao. Lieän keát Hydro coù theå hình thaønh noäi phaân töû (nhieàu chöùc). - Baûn chaát lieân keát Hydro: Laø lieân keát coù tính chaát ion. Coù tính cho, nhaän. ( H  nhaän caëp electron). Thöù töï giaûm daàn lieân keát Hydro: F, N, O…caùc halogen khaùc. Chöông V NHIEÄT HOÙA HOÏC VAØ HIEÄU ÖÙNG NHIEÄT CUÛA CAÙC QUAÙ TRÌNH HOÙA HOÏC 1. Khaùi nieäm veà nhieät ñoäng hoùa hoïc vaø nhieät hoùa hoïc: - Nhieät ñoäng hoïc laø söï nghieân cöùu veà söï chuyeån bieán töông hoå giöõa caùc daïng naêng löôïng khaùc nhau vaø noù döïa treân cô sôû hai nguyeân lyù sau: Nguyeân lyù 1: (Töông töï ñònh luaät baûo toaøn naêng löôïng) Naêng löôïng khoâng töï nhieân sinh ra hay maát ñi maø noù chæ chuyeån töø daïng naøy sang daïng khaùc. Nguyeân lyù 2: Nhieät chæ chuyeån töø nôi coù nhieät ñoä cao hôn ñeán nôi coù nhieät ñoä thaáp. - Aùp duïng vaøo nhieät ñoäng hoùa hoïc: + Nhieät ñoäng hoùa hoïc nghieän cöùu caùc quy luaät veà söï chuyeån bieán töông hoå giöõa hoùa naêng vaø caùc daïng naêng löôïng khaùc, veà hieäu öùng nhieät cuûa quaù trình hoùa hoïc, veà ñieàu kieän beàn vöõng cuûa caùc heä vaø caùc quy luaät thay ñoåi cuûa caùc quaù trình hoùa hoïc. + Nhieät hoùa hoïc chæ nghieân cöùu veà hieäu öùng nhieät, laø löôïng nhieät phaùt ra hay thu vaøo trong caùc quaù trình hoùa hoïc. Hieäu öùng nhieät kyù hieäu Q, ñôn vò cal(J)/mol 1cal = 4.18J. 2. Moät soá khaùi nieäm. - Heä: Laø moät vaät hay moät nhoùm vaät theå ñöôïc nhaên caùch vôùi moâi tröôøng xung quanh baèng beà maët töôûng töôïng hay beà maët vaät lyù. - Heä coâ laäp laø heä khoâng trao ñoåi nhieät, naêng löôïng, chaát vôùi moâi tröôøng xung quanh. - Heä kín (ñoùng): Khoâng trao ñoåi chaát maø coù khaû naêng trao ñoåi naêng löôïng vôùi moâi tröôøng beân ngoaøi. - Heä hôû (môû): Coù khaû naêng trao ñoåi chaát, nhieät, naêng löôïng vôùi moâi tröôøng beân ngoaøi. - Heä caân baèng: Laø heä coù caùc thoâng soá traïng thaùi xaùc ñònh ôû moät ñieàu kieän naøo ñoù. - Heä ñoàng theå: Laø heä chæ coù moät pha (khoâng coù söï phaân chia pha), hoaëc khoâng coù beà maët phaân chia. - Heä dò theå: coù hai pha trôû leân hoaëc coù beà maët phaân chia. 3. Thoâng soá vaø haøm soá traïng thaùi: Thoâng soá traïng thaùi laø caùc döõ kieän: t 0 , p, m, v, nhieät dung C… - - Phöông trình traïng thaùi: Duøng bieåu dieãn töông quan taäp hôïp traïng thaùi cuûa heä ôû moät ñieàu kieän xaùc ñònh. Ví duï: pv = nRT - Caùc haøm soá traïng thaùi chæ phuï thuoäc quaù trình ñaàu vaø cuoái, khoâng phuï thuoäc ñöôøng ñi.
26 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com - Caùc haøm traïng thaùi: Noäi naêng (U), Enthalpy (H), Entropy (S), theá ñaúng nhieät, ñaúng aùp Caùc quaù trình: Khi heä chuyeån töø traïng thaùi naøy sang traïng thaùi khaùc: thöïc hieän moät quaù trình. - Quaù trình T ‟ N: Xaûy ra theo hai chieàu ngöôïc nhau vaø töông ñoái chaäm, quaù trình ñaït ñeán caân baèng ñoäng. - Quaù trình baát TN: Laø quaù trình chæ xaûy ra theo moät chieàu. - Quaù trình ñaúng tích (V = const) - Quaù trình ñaúng aùp: (p = const) - Quaù trình ñaúng nhieät ( t 0 = const) Coâng: A. Quy öôùc: Quaù trình nhaän coâng A < 0, sinh coâng A > 0. A  A t  A' A t : coâng theå tích (giaõn nôû, cô hoïc) A’: coâng höõu ích. p1 A t  pV  nRT  nRT ln p2 A’; coâng ñieän tröôøng, töø tröôøng, hoùa hoïc… 4. U, H vaø  H (hieäu öùng nhieät) - Noäi naêng U laø naêng löôïng coù saün, aån beân trong heä, goàm naêng löôïng chuyeån ñoäng tònh tieán, quay, dao ñoäng… cuûa nguyeân töû, phaân töû. Naêng löôïng heä = U + ñoäng naêng heä E ñ  + theá naêng heä E t  Ta coù: Q = U  A  Töùc laø khi cung caáp cho heä moät nhieät löôïng Q thì nhieät naêng naøy duøng ñeå taêng noäi naêng cuûa heä vaø thöïc hieän coâng A choáng laïi caùc löïc beân ngoaøi taùc ñoäng leân heä. U  U 2  U1 Q  U  A  U  pV  U  nRT +  Q  U  0  U  Q V + Ñaúng aùp (P = const)  Q P Q P  U  PV2  V1   U 2  U1  PV2  PV1 Ñaët H = U + PV H goïi laø entanpy.  Q P  H 2  H1  H  Hieäu öùng nhieät ñaúng tích laø söï bieán ñoåi noäi naêng U Hieäu öùng nhieät ñaúng aùp laø söï bieán ñoåi entapy H Vôùi heä chaát khí H  U  nRT - Phaûn öùng töï xaûy ra khi H  0  phaùt nhieät - Phaûn öùng khoâng töï xaûy ra khi H  0  thu nhieät Ví duï: H 2 k   O 2 k   H 2 Ok  1 2
27 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com H  51.8kcal / mol  1 1   1  1      2 2 1  kcal/mol  U  H  nRT  51.8   RT  2  C r   H 2 Ok   COk   H 2 k  H  31.4 kcal/mol n  1  1  1  1  U  31.4  1.R.T Phöông trình nhieät hoùa hoïc: Laø phöông trình phaûn öùng hoùa hoïc coù ghi keøm traïng thaùi pha cuûa taùc chaát, saûn phaåm. Hieäu öùng nhieät tyû leä thuaän vôùi löôïng chaát tham gia phaûn öùng. Ví duï: 2H 2 k   O 2 k   2H 2 O thì H  2 51.8  103.6 kcal/mol 5. Moät soá ñònh nghóa: 5.1. Nhieät taïo thaønh: Laø hieäu öùng nhieät cuûa phaûn öùngtaïo thaønh moät mol chaát töø caùc ñôn chaát ôû traïng thaùi töï do beàn vöõng. Ví duï: Cl 2 k   H 2 k   HClk  1 1 2 2 H  22.06 kcal N 2 k   3H 2 k   2NH3 k  kcal H  22 H tt NH3  11 kcal/mol - Nhieät taïo thaønh cuûa caùc ñôn chaát beàn ôû ñieàu kieän tieâu chuaån baèng 0. 5.2. Nhieät ñoát chaùy: Laø hieäu öùng nhieät cuûa phaûn öùng ñoát chaùy baèng oxy 1 mol chaát höõu cô ñeå taïo thaønh CO 2 , nöôùc loûng vaø moät soá saûn phaåm khaùc. Ví duï: C 2 H 6 k   O 2 k   2CO 2  3H 2 O (l) 7 2 H 298  372.82 kcal chính laø nhieät ñoát chaùy cuûa C 2 H 6 . 0 Tham khaûo baûng “Nhieät taïo thaønh tieâu chuaån” vaø “Nhieät ñoát chaùy tieâu chuaån”(9, 10) 5.3. Nhieät chuyeån traïng thaùi: Laø hieäu öùng nhieät chuyeån 1 mol chaát töø traïng thaùi naøy sang traïng thaùi khaùc. I 2 r   I 2 k  Ví duï: H 0 298  14.92 kcal H 2 Ol   H 2 Ok  H 0 298  10.52 kcal AlBr3 r   AlBr3 l  H 0 298  2.71 kcal B2 O3 vñh   B2 O3 tt  H 0 298  4.40 kcal
28 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com  Hieäu öùng nhieät thaêng hoa vaø bay hôi coù giaù trò khoaûng 10  100 kcal, coøn hieäu öùng nhieät noùng chaûy, nhieät chuyeån ña hình…töø 1  5 kcal. - Nhieät hoøa tan: Ví duï: NaOHr   m  nH 2 Ol   Na .mH 2 Odd  OH  .nH 2 Odd H 0 298  10.20 kcal Na2 S2 O3 r   m  nH 2 Ol   2Na .mH 2 Odd  S2 O3 .nH 2 Odd 2 kcal H 0 298  6.4 6. Ñònh luaät Hess: (Ñònh luaät cô baûn cuûa nhieät hoùa hoïc) “Hieäu öùng nhieät cuûa quaù trình hoùa hoïc chæ phuï thuoäc vaøo baûng chaát vaø traïng thaùi cuûa caùc chaát ñaàu vaø saûn phaåm cuoái chöù khoâng phuï thuoäc vaøo ñöôøng ñi cuûa quaù trình, nghóa laø khoâng phuï thuoäc vaøo soá vaø ñaëc ñieåm cuûa caùc giai ñoaïn trung gian.” A H1 H2 H Chaát phaûn öùng Saûn phaåm phaûn öùng H3 H5 H4 B C Ta coù : H = H1 + H2 = H3+ H4 + H5 Heä quaû: Ñònh luaät Lavoisier vaø Laplace: “Löôïng nhieät haáp thu khi moät chaát phaân huûy thaønh caùc nguyeân toá baèng löôïng nhieät phaùt ra khi taïo thaønh hôïp chaát ñoù töø caùc nguyeân toá.” A  B  ABH1  AB  A  BH 2  H1  H 2 Caùc öùng duïng tính toaùn: 1. Tính hieäu öùng nhieät döïa vaøo nhieät taïo thaønh: - Hieäu öùng nhieät cuûa phaûn öùng baèng toång nhieät taïo thaønh cuûa caùc saûn phaåm phaûn öùng tröø toång nhieät taïo thaønh cuûa caùc chaát ban ñaàu. (Nhieät taïo thaønh cuûa ñôn chaát baèng 0). Ví duï: mAB + nCD = pAC + qBD H1 H 2 H 3 H 4 (nhieät taïo thaønh)   H 0 pö  pH 3  qH 4  mH1  nH 2 0 0 0 0 2. Tính hieäu öùng nhieät döïa vaøo nhieät ñoát chaùy: - Hieäu öùng nhieät cuûa phaûn öùng baèng toång nhieät ñoát chaùy cuûa caùc chaát ñaàu tröø toång nhieät ñoát chaùy cuûa caùc saûn phaåm. Ví duï: mA + nB = pC + qD H 3 H 2 H 4 (nhieät ñoát chaùy) H1 0 0 0 0   H 0 pö  mH1  nH 2  pH 3  qH 4 0 0 0 0 3. ÖÙng duïng ñònh luaät Hess-chu trình Born-Haber:
29 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Ví duï: Duøng chu trình Born-haber ñeå tính maïng tinh theå NaCl, naêng löôïng maïng cho moät mol. Na+(k) + Cl-(k)  NaCl(r) H 0 NaCl  0 Bieát: Nhieät thaêng hoa cuûa Na, nhieät phaân ly cuûa Cl, naêng löôïng ion hoùa cuûa Na, aùi löïc cuûa Cl vaø nhieät taïo thaønh cuûa NaCl. ÄHth Na Chu trình: Na(k)+ Cl(k) 1 Na(r) + Cl2 2 1 INa ECl  ÄH0tt DCl2 2 ÄH0 NaCl Na+ + Cl- NaCl (r) cuoái Theo ñònh luaät Hess: 1 H 0 tt  H thNa  DCl 2  I Na  E Cl2  H 0 NaCl 2   1  H 0 NaCl  H 0 tt   H thNa  DCl 2  I Na  E Cl2    2 Ví duï: Tính naêng löôïng lieân keát HCl: H lk HCl 0 Hk   Clk   HCl H 0 lk HCl  0 H 0 tt ÄH0tthanh HCl(k) 1 1 H2(k) + Cl2 (k) 2 2 1/2DH2 1/2DCl2 H 0 HCl lk H(k) + Cl(k) Theo ñònh luaät Hess: 1 1 H 0 tt  D H 2  DCl 2  H 0 lk HCl 2 2 1  1  H 0 lk HCl  H 0 tt   DH 2  DCl 2  2  2 4. Söï aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán hieäu öùng nhieät – Ñònh luaät Kieâcsoâp. Ñònh nghóa nhieät dung (C): Laø nhieät löôïng caàn thieát ñeå naâng nhieät ñoä cuûa moät mol chaát leân 10 K Ñôn vò: cal/mol (J) Q C Khi V = const  nhieät dung phaân töû ñaúng tích C V T U CV  Khi p = const  nhieät dung phaân töû ñaúng aùp T H CP  T T2 T2  H   CpdT U   C V dT T1 T1 Ñònh lyù Kirchoff:
30 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com T2 H 2  H1   C p dT T1 H 2 : Hieäu öùng nhieät ôû nhieät ñoä T2 H1 : Hieäu öùng nhieät ôû nhieät ñoä T1 C p = C P sau phaûn öùng - C P tröôùc phaûn öùng Coù nhaân vôùi heä soá tæ löôïng. aA  bB  cC  dD Ví duï:  C P  cC PC  dC PD  aC PA  bC PB  Thöïc teá aùp duïng trong khoaûng nhieät ñoä nhoû, ta coù: H T  H 0 298  C P T  298 Ví duï: Xaùc ñònh hieäu öùng nhieät cuûa phaûn öùng: COk   O 2 k   CO 2 k  1 2 ÔÛ 398 K bieát H 0 2 98 cuûa phaûn öùng laø -67.64 kcal/mol. Vaø nhieät dung ñaúng aùp cuûa CO laø 0 6.97; O 2 laø 7.05; CO 2 laø 8.06 cal/mol ñoä. 7.05 Ta coù: C P  8.96  6.97   2.435 cal/mol ñoä 2 = -2.435  10 3 kcal/mol.ñoä  H 0 398  H 0 298  0.002435398  298  67.64  0.2435  67.8835kcal / mol