Bài giảng Hóa học đại cương: Chương 4 - ThS. Nguyễn Trương Xuân Minh

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:41

Thêm vào BST

Báo xấu

2
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Hóa học đại cương" Chương 4 - Nhiệt hóa học, được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Một số khái niệm; Nguyên lí I của nhiệt động lực học; Xác định hiệu ứng nhiệt của các quá trình hóa học; Các định luật nhiệt hóa học và các hệ quả;...Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Hóa học đại cương: Chương 4 - ThS. Nguyễn Trương Xuân Minh

CHƯƠNG 4 NHIỆT HÓA HỌC
4.1 Một số khái niệm Chương 4: Nhiệt hóa học
4.1. Một số khái niệm Nhiệt động học, nhiệt động hóa học, nhiệt hóa học Nhiệt phản ứng (hiệu ứng nhiệt của PU) Hệ hóa học Trạng thái – Quá trình Các thông số trạng thái Các hàm nhiệt động Chương 4: Nhiệt hóa học
4.1.1.Nhiệt động học, nhiệt động hóa học, nhiệt hóa học Nhiệt động học (Thermodynamics) Nghiên cứu sự chuyển hóa giữa tất cả các dạng năng lượng, những qui luật có liên quan tới các biến đổi nhiệt năng thành các dạng năng lượng khác. Cơ sở lý thuyết: nguyên lý I, II và III Nhiệt động hóa học (Chemical thermodynamics) Nghiên cứu sự chuyển hóa giữa hóa năng và các dạng năng lượng khác trong các quá trình hóa học. Nhiệt hóa học (Thermo chemistry) Nghiên cứu sự chuyển hóa giữa hóa năng và nhiệt năng, nghĩa là chuyển năng lượng của phản ứng hóa học thành nhiệt năng. Chương 4: Nhiệt hóa học
4.1.2. Hệ Là tập hợp các vật thể xác định trong không gian nào đó, phần còn lại xung quanh là môi trường. Hệ hóa học: lượng chất nhất định của một hay nhiều chất ở điều kiện nhiệt độ, áp suất và nồng độ nào đó. Môi trường Hệ hoá học khí H2 và O2
4.1.2. Hệ Hệ Trao đổi Trao đổi vật chất năng lượng 1. Hở Có Có 2. Kín Không Có 3. Cô lập Không Không (1) (2) (3) 4.Hệ đoạn nhiệt: không trao đổi chất và nhiệt nhưng có thể trao đổi công. 5.Hệ đồng thể: Các cấu tử cùng một pha hay là không có bề mặt phân chia giữa các cấu tử. 6.Hệ dị thể: Các cấu tử khác pha hay là có bề mặt phân chia giữa các cấu tử. Chương 4: Nhiệt hóa học
4.1.3. Trạng thái (nhiệt động) - Thông số trạng thái – Hàm trạng thái Trạng thái của hệ được xác định bằng tập hợp các thông số trạng thái như nhiệt độ, áp suất, thể tích, thành phần... VD: 1 lít dd NaOH 2M, 250C sẽ biến đổi khi ít nhất một thông số trạng thái biến đổi Chương 4: Nhiệt hóa học
4.1.3. Trạng thái (nhiệt động) - Thông số trạng thái – Hàm trạng thái Thông số trạng thái Liên hệ với nhau bằng phương trình trạng thái Ví dụ: Khí lý tưởng PV = nRT; Dung dịch m = V.d Thông số dung dộ Thông số cường độ Tỷ lệ với lượng chất Không tỷ lệ với lượng chất Có tính cộng Không có tính cộng VD: n,m,V,E…. VD: T,C,P…. Chương 4: Nhiệt hóa học
4.1.3. Trạng thái (nhiệt động) - Thông số trạng thái – Hàm trạng thái Hàm trạng thái  Biểu diễn mối quan hệ giữa các thông số trạng thái  Có giá trị phụ thuộc vào các thông số trạng thái không phụ thuộc vào cách biến đổi của hệ  không phụ thuộc vào đường đi của hệ Nhiệt độ T, áp suất P, thể tích V, nội năng U, enthalpy H, entropy S, thế đẳng áp G … Ví dụ: Khí lý tưởng PV = nRT → P = nRT/V Chương 4: Nhiệt hóa học
4.1.3. Trạng thái (nhiệt động) - Thông số trạng thái – Hàm trạng thái Trạng thái cân bằng Các thông số trạng thái ở mọi điểm của hệ phải có giá trị như nhau và không thay đổi theo thời gian Chương 4: Nhiệt hóa học
4.1.3. Trạng thái (nhiệt động) - Thông số trạng thái – Hàm trạng thái Trạng thái chuẩn Quy ước các chất ở các điều kiện chuẩn:  Chất tinh khiết và ở trạng thái tập hợp bền dưới P và T chuẩn  Rắn: trạng thái đa hình bền ở điều kiện P và T chuẩn  Khí : khí lý tưởng (ở P chuẩn)  Dung dịch: nồng độ 1 mol/l  Áp suất:1 atm  Nhiệt độ: bất kỳ, thường lấy là 298,15K (25°C) Chương 4: Nhiệt hóa học
4.1.4. Quá trình (nhiệt động) Là sự biến đổi xảy ra trong hệ gắn liền với sự thay đổi của ít nhất là một thông số trạng thái Khi một hệ chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác tức là hệ thực hiện một quá trình Chương 4: Nhiệt hóa học
4.1.4. Quá trình (nhiệt động)  Các quá trình Quá trình Đặc điểm Đẳng áp P=const Đẳng tích V=const Đẳng nhiệt T=const Đoạn nhiệt Q=const (không trao đổi nhiệt, có thể trao đổi công)  Chu trình là quá trình biến đổi hệ qua một số giai đoạn đưa hệ đến trạng thái cuối trùng với trạng thái đầu Chương 4: Nhiệt hóa học
4.1.5. Năng lượng, nhiệt và công Năng lượng là thước đo sự chuyển động của các chất Nhiệt là thước đo Công là thước đo sự chuyển sự chuyển động động có trật tự có hướng của nhiệt hỗn loạn của các tiểu phân trong trường các tiểu phân. lực. Nhiệt và công chỉ xuất hiện trong quá trình biến đổi trạng thái của hệ  hàm của quá trình, phụ thuộc cách tiến hành Chương 4: Nhiệt hóa học
4.1.5. Năng lượng, nhiệt và công Quy ước về dấu của NHIỆT và CÔNG Chương 4: Nhiệt hóa học
4.2 Nguyên lí I của NĐLH Hiệu ứng nhiệt của quá trình Chương 4: Nhiệt hóa học
4.2.1. Nguyên lí I của nhiệt động lực học “Không có một dạng năng lượng nào tự sinh ra hoặc tự mất đi, chúng chỉ được chuyển từ hoặc chuyển thành một dạng năng lượng khác với lượng phải được bảo toàn ”  ĐL bảo toàn năng lượng  Khi cung cấp cho hệ một lượng nhiệt Q thì lượng nhiệt này dùng làm tăng nội năng U của hệ và giúp hệ thực hiện một công A chống lại các lực bên ngoài tác động lên hệ Với : ΔU: độ biến đổi nội năng U của hệ Q = ΔU + A A = ∫ PdV Chương 4: Nhiệt hóa học
4.2.1. Nguyên lí I của nhiệt động lực học A = ∫ PdV Q = ΔU + A Công A do hệ thực hiện trong QT chuyển từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 để chống lại các lực bên ngoài tác động lên hệ như: áp suất, điện trường, từ trường, sức căng bề mặt… Quá trình đẳng tích: ∆V=0  A=0  Qv=∆U Quá trình đẳng áp: A=P.∆V  Qp= ∆U+P.∆V Chương 4: Nhiệt hóa học
4.2.1. Nguyên lí I của nhiệt động lực học Nội năng U  Là năng lượng toàn phần sẵn có của hệ, trừ động năng và thế năng U = Etịnh tiến + Equay + Edao động + Ehút,đẩy + Enhân  Là hàm trạng thái, là thông số dung độ  Đơn vị: J/mol; cal/mol  Không thể xác định chính xác tuyệt đối giá trị nội năng của hệ tại một trạng thái nhưng có thể suy ra một cách chính xác độ biến thiên nội năng DU của hệ khi hệ chuyển trạng thái : DU = U2 – U1 = Qv Chương 4: Nhiệt hóa học
4.2.1. Nguyên lí I của nhiệt động lực học Enthalpy H Quá trình đẳng áp: Qp= DU + P.DV = (U2 – U1) + P(V2 – V1) = (U2 + PV2) – (U1 + PV1) Đặt H = U + PV  Qp = H2 – H1 = DH H được gọi là enthalpy:  là hàm trạng thái của hệ  gồm nội năng U và khả năng sinh công tiềm ẩn A của hệ H là năng lượng dự trữ toàn phần của hệ  Đơn vị: kJ/mol hay kcal/mol Chương 4: Nhiệt hóa học