Bài giảng môn học Hóa đại cương: Chương 6 - Huỳnh Kỳ Phương Hạ

Chia sẻ: Thuongdanguyetan13 Thuongdanguyetan13 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:40

Thêm vào BST

Báo xấu

58
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Hóa đại cương - Chương 6: Nhiệt hóa học và hiệu ứng nhiệt của các quá trình hóa học" cung cấp cho người học các kiến thức: Khái niệm về nhiệt động hóa học và nhiệt hóa học, một số định nghĩa, định luật HESS,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng môn học Hóa đại cương: Chương 6 - Huỳnh Kỳ Phương Hạ

CHƯƠNG 6 NHIEÄT HOÙA HOÏC VAØ HIEÄU ÖÙNG NHIEÄT CUÛA CAÙC QUAÙ TRÌNH HOÙA HOÏC 1 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
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: • Nguyeân lyù 1: – 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. 2 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
• Aùp duïng vaøo nhieät ñoäng hoùa hoïc • Nhieät ñoäng hoùa hoïc (Chemical Thermodynamics) nghieân 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. 3 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
• Nhieät ñoäng hoùa hoïc moâ taû lieân heä giöõa naêng löôïng hoaù hoïc cuaû moät phaûn öùng ñeán taùc chaát vaø saûn phaåm (bieåu dieãn khaû naêng xaûy ra cuûa moät phaûn öùng). • Nhieät hoùa hoïc chæ nghieân cöùu veà hieäu öùng nhieät, laø löôïng nhieät phaùt ra hay thu vaøo trong caùc quaù trình hoùa hoïc. • Ñôn vò naêng löôïng theo heä SI laø joule, J. • Chuyeån ñoåi töø joule (J) sang calorie (cal): – 1 cal = 4.184 J. 4 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
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. 5 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
• 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. 6 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Thoâng soá vaø haøm soá traïng thaùi • Thoâng soá traïng thaùi laø caùc döõ kieän: p, m, v… • 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. – Caùc haøm traïng thaùi: Noäi naêng (U), Enthalpy (H), Entropy (S), naêng löôïng töï do Gibbs (G) (coù theå coi T, p cuõng laø haøm traïng thaùi) – Nhieät (q) vaø coâng (w) khoâng phaûi laø haøm traïng thaùi. 7 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
• Caùc quaù trình • • Khi heä chuyeån töø traïng thaùi naøy sang traïng thaùi khaùc, töùc laø heä thöïc hieän moät quaù trình. • Quaù trình thuaän nghòch (TN): 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, khoâng dieãn ra theo chieàu ngöôïc laïi. • Quaù trình ñaúng tích (Isochoric process, V = const) • Quaù trình ñaúng aùp (Isobaric process, p = const) • Quaù trình ñaúng nhieät (Isothermal process, T= const) 8 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Nhieät vaø coâng Nguyeân lyù moät cuûa nhieät ñoäng hoïc ñöôïc moâ taû: • E=q+A ÔÛ ñaây: – E = Naêng löôïng trao ñoåi. –q = Nhieät trao ñoåi. –A = Coâng thöïc hieän (Kyù hieäu w hay A). 9 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
A = At + A’ At: coâng theå tích (giaõn nôû, cô hoïc). At = p V = nRT = nRTln(p1/p2) • A’: coâng höõu ích (coâng ñieän tröôøng, töø tröôøng, hoùa hoïc…) Q = m.C. t – m: Khoái löôïng heä (vaät) nhaän nhieät, g. – C: nhieät dung rieâng (specific heat capacity), J/(g.0C), hay cal/(g.0C)- Laø nhieät löôïng caàn thieát ñeå naâng 1 g chaát leân 1 ñoä (K hay C). – t = t2 – t1 (söï thay ñoåi nhieät ñoä tröôùc vaø sau khi nhaän nhieät, 0C. 10 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
• Quy öôùc veà daáu vaø yù nghóa cuûa A, q. • q > 0: Nhieät chuyeån töø moâi tröôøng vaøo heä (heä nhaän nhieät) • q < 0: heä toûa nhieät. • A > 0 (hay w>0): Heä sinh coâng. • A < 0 (hay wV1, luùc ñoù A>0. 11 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Noäi naêng (U), enthalpy H vaø hieäu öùng nhieät H • 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, ion... • (Naêng löôïng heä) = U + ñoäng naêng heä (Eñ) + theá naêng heä (Et) • 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. 12 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
• Enthalpy H • Töø Q = U + A • Vôùi U = U2 – U1 A=p V Q = U + p V = (U2 – U1) + p(V2 – V1) • ÔÛ ñieàu kieän ñaúng tích (V = const, V=0) QV = U + p V = U – Hay ôû ñieàu kieän ñaúng tích, nhieät cung caáp cho heä chæ duøng ñeå taêng noäi naêng cuûa heä, QV goïi laø hieäu öùng nhieät ñaúng tích. 13 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
• ÔÛ ñieàu kieän ñaúng aùp (p = const) – QP = U + p V = (U2 – U1) + p(V2 – V1) (U2 + pV2) – (U1 + pV1) Ñaët H = U + pV, enthalpy, laø haøm soá traïng thaùi. QP = H2 – H1 = H Hieäu öùng nhieät ôû ñieàu kieän ñaúng aùp chính laø söï bieán ñoåi enthalpy, hay goïi taét laø Hieäu öùng nhieät. – 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 14 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
• MOÄT SOÁ VÍ DUÏ • VD1: ÔÛ 1 amt vaø 250C, coù phaûn öùng: H2(k) + 1/2O2(k) = H2O(k) • Xaùc ñònh U, bieát H = -58.1 kcal/mol? • H= U+p V U = H – nRT. • n = 1 – (1 + ½) = -1/2 • U = -58.1 + ½.1.987.(25+273) (kcal/mol) 15 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
• VD2: ÔÛ 1 amt vaø 250C, coù phaûn öùng: C(r) + H2O(k) = CO(k) + H2(k) • Xaùc ñònh U, bieát H = + 31.4 kcal/mol? • H= U+p V U = H – nRT. • n = 1 +1 – 1 = 1 • U = 31.4 -1.987.(25+273) (kcal/mol) 16 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
• 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 cuûa moät phaûn öùng tyû leä thuaän vôùi löôïng chaát tham gia phaûn öùng. • Ví duï: • CH4(k) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(g) H = -802 kJ 2CH4(g) + 4O2(g) 2CO2(g) + 4H2O(g) H = -1604 kJ 17 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Moät soá ñònh nghóa • Nhieät taïo thaønh • Laø hieäu öùng nhieät cuûa phaûn öùng taïo thaønh moät mol chaát töø caùc ñôn chaát ôû traïng thaùi töï do beàn vöõng (ôû ñieàu kieän chuaån goïi laø nhieät taïo thaønh tieâu chuaån). • Enthalpy tieâu chuaån, H0, laø enthalpy ño ôû 1 atm vaø 250C (298 K) (ñieàu kieän chuaån). • Nhieät taïo thaønh cuûa caùc ñôn chaát beàn ôû ñieàu kieän tieâu chuaån baèng 0. 18 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
• Ví duï: ÔÛ ñieàu kieän chuaån. 1 1 Cl 2 k H 2 k HCl k 2 2 • H0tt[HCl(k)] = -22.06 kcal/mol N 2 k 3H 2 k 2 NH 3 k • H0phaûn öùng[NH3(k)] = -22 kcal • H0tt[NH3(k)] = -11 kcal/mol • H0tt[N2(k), H2(k), Cl2(k)] = 0 19 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
• Nhieät taïo thaønh tieâu chuaån (298K) cuûa moät soá chaát 20 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt