BÀI GIẢNG HÓA LÝ 1
Page 1
CHƯƠNG 1
NGUYÊN LÝ I NHIỆT ĐỘNG HỌC
1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.1. Hệ
H là mt phn vĩ mô có gii hn xác đnh đang đc kho sát v phơng din
trao đi năng lng và vt cht. Phn th gii xung quanh h là môi trng ngoài đi
vi h. Có ba loi h:
H h (h m): Là h có th trao đi c năng lng ln vt cht vi môi trng
ngoài.
H kín (h đóng): Là h ch trao đi vi môi trng ngoài năng lng nhng
không trao đi vt cht.
H cô lp: Là h không trao đi c năng lng ln vt cht vi môi trng
ngoài.
1.2. Trạng thái
Trạng thái là một từ nói lên đặc điểm của hệ đang được khảo sát. Một hệ có
trạng thái xác định khi những biến số xác định những đại lượng của hệ được biết
một cách chính xác như nhiệt độ, thể tích, áp suất, khối lượng riêng... các đại lượng
này được gọi là biến số trạng thái của hệ. Trạng thái của hệ sẽ thay đổi nếu ít nhất có
một trong những biến số trạng thái thay đổi.
1.3. Biến đổi quá trình
Mt h nhit đng hc bin đi (hay thc hin mt quá trình) khi trng thái
ca h thay đi. Trng thái ca h thay đi nu ít nht có mt bin s trng thái ca
h thay đi. Bin đi đc xác đnh nu bit rõ trng thái đu và trng thái cui.
Ðng bin đi ch đc xác đnh khi bit đc trng thái đu, trng thái cui và tt
c nhng trng thái trung gian mà h đã tri qua.
Ngi ta chia ra các loi bin đi:
BÀI GIẢNG HÓA LÝ 1
Page 2
Bin đi h (m): Là bin đi đem h t trng thái đu đn trng thái cui khác
nhau.
Bin đi kín (đóng): Là bin đi đem h t trng thái đu đn trng thái cui
ging nhau. Trng hp này, h đã thc hin mt chu trình bin đi kín(chu trình)
Bin đi thun nghch: Là bin đi mà các trng thái trung gian ca h tri qua
đc xem nh do các quá trình cân bng. Mt cách đơn gin đ xác đnh tính cht
thun nghch ca mt bin đi là kho sát xem bin đi ngc li có th xy ra đc
hay không khi ch thay đi rt ít điu kin thc nghim. Nu bin đi ngc xy ra
đc thì đó là bin đi thun nghch, nu bin đi ngc không xy ra đc thì đó là
bin đi bt thun nghch (hay bin đi t nhiên).
Bin đi đng tích: Là bin đi đc thc hin trong điu kin th tích ca h
không thay đi.
Bin đi đng áp: Là bin đi đc thc hin trong điu kin áp sut không đi.
Bin đi đng nhit: Là bin đi đc thc hin trong điu kin nhit đ không
đi.
Bin đi đon nhit: Là bin đi đc thc hin trong điu kin không có s
trao đi nhit lng gia h vi môi trng ngoài.
1.4. Hàm trạng thái
Laø nhöõng ñaïi löôïng daëc tröng cho moãi traïng thaùi cuûa heä vaø thöôøng ñöôïc bieåu dieãn
döôùi daïng moät haøm soá cuûa caùc thoâng soá traïng thaùi.
1.5. Nhiệt và công
Ñaây laø hai hình thöùc truyeàn naêng löôïng cuûa heä. Coâng kyù hieäu laø A vaø nhieät kyù hieäu
laø Q.
Quy öôùc daáu Coâng A Nhieät Q
Heä sinh > 0 < 0
BÀI GIẢNG HÓA LÝ 1
Page 3
Heä nhaän < 0 > 0
2. NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC
2.1. Nguyên lý thứ nhất nhiệt động học và nội năng U
Noäi dung:Ttrong moät quaù trình baát kyø bieán thieân noäi naêng ∆U cuûa heä baèng nhieät maø
heä nhaän tröø ñi coâng maø heä sinh.
∆U = Q - A
2.2. Aùp duïng nguyeân lyù thöù nhaát cho moät soá quaù trình
a. Qúa trình đẳng tích: V= hằng số, dV=0.
Do qúa trình là đẳng tích nên công t
hể tích không thực hiện được.
Do đó: Q
V
= ΔU.
Vậy: Nhiệt mà hệ nhận được trong quá trình đẳng tích bằng với biến thiên nội năng của hệ.
b. Qúa trình đẳng áp: p = hằng số, dp=0.
Công thực hiện trong trường hợp này là:
A
p
= p.(V
2
-V
1
).
Do đó nhiệt của quá trình: Q
p
= ΔH.
Vậy: Nhiệt hệ nhận được trong quá trình đẳng áp bằng biến thiên enthalpy của hệ.
c. Qúa trình đẳng áp của khí lý tưởng: p = hằng số, dp=0.
Theo phương trình trạng thái của khí lý tưởng với n mol khí như sau:
pV=nRT.
Trong đó R là hằng số khí lý tưởng. Do đó công dẫn nở đẳng áp có thể tính theo phương
trình sau:
A
p
= nRΔT.
BÀI GIẢNG HÓA LÝ 1
Page 4
ΔU
p
= Q
p
– nRΔT.
d. Qúa trình dãn nở đẳng nhiệt của khí lý tưởng
Áp dụng tính chất của định luật Joule: nội năng của khí lý tưởng chỉ phụ thuộc vào
nhiệt độ, từ đó có thể suy ra: Biến thiên nội năng đẳng nhiệt của quá trình là bằng không
ΔU
T
= 0.
Vậy: Q
T
= A
T
= nRTlnp2/p1=nRT.lnv2/v1.
3. ĐỊNH LUẬT HESS
3.1. Nội dung định luật
Trong quá trình đẳng áp hay đẳng tích, nhiệt phản ứng chỉ phụ thuộc vào trạng thái
đầu và trạng thái cuối mà không phụ thuộc vào trạng thái trung gian của quá trình.
Q
V
= ΔU và Q
p
= ΔH
Đối với các quá trình của khí lý tưởng: ΔH=ΔU + RTΔn.
3.2. Caùc heä quaû cuûa ñònh luaät Hess
Ấp dụng định luật Hess có thể xác định hiệu ứng nhiệt của các quá trình thông qua
hiệu ứng nhiệt của ác quá trình khác có liên quan hoặc thông qua nhiệt sinh, nhiệt
cháy…của các chất trong quá trình.
- Nhiệt phản ứng nghịch bằng nhưng trái dấu với nhiệt của phản ứng thuận:
ΔH
nghịch
= - ΔH
thuận.
- Nhiệt phản ứng tổng bằng nhiệt sinh của các chất tạo thành trừ đi nhiệt sinh của các
chất tham gia quá trình:
ΔH
phản ứng
=∑∆H
sc
- ∑ ∆H
sd
- Nhiệt phản ứng bằng tổng nhiệt cháy của các chất tham gia quá trình trừ đi tổng nhiệt
cháy của các chất tạo thành:
ΔH
phản ứng
=∑∆H
cd
- ∑ ∆H
cc
BÀI GIẢNG HÓA LÝ 1
Page 5
4. NHIỆT DUNG
4.1. Ñònh nghóa caùc loaïi nhieät dung
Nhiệt dung riêng của một chất bất kỳ là một đại lượng vật lý có giá trị bằng nhiệt
lượng cần cung cấp cho một đơn vị khối lượng chất đó để làm tăng nhiệt độ thêm 1
o
.
Nhiệt dung riêng phân tử của một chất bất kỳ là một đại lượng vật lý có giá trị bằng
nhiệt lượng cần cung cấp cho một kmol chất ấy để làm tăng nhiều độ lên 1 độ.
Ký hiệu nhiệt dung riêng là c, Cal/g.K
Nhiệt dung riêng phân tử là C, Cal/mol.K
Ðối với chất khí ta cần phân biệt xem ta làm nóng chất khí trong điều kiện nào: đẳng
tích hay đẳng áp. Do đó ta có nhiệt dung riêng đẳng tích và nhiệt dung riêng đẳng áp.
Nhieät dung ñaúng aùp: C
p
Nhieät dung ñaúng tích: C
v
C
p
+ C
v
= R
5. Ñònh luaät Kirchhoff
Bieåu thöùc toaùn hoïc cuûa ñònh luaät Kirchhoff: