Ch ng IIươ : M đ u v nhi t đ ng h c và các ph n ng vôở ầ ề ệ ộ ọ ả ứ
c trong t ng h p ch t r nơ ổ ợ ấ ắ
I.Nhi t đ ng h cệ ộ ọ
1.Đ nh lu t 1 nhi t đ ng h c ( Đ nh lu t b o toàn năng l ng)ị ậ ệ ộ ọ ị ậ ả ượ
Law: Đ nh lu tị ậ
Principle: Nguyên lý
Vũ tr = H +Môi tr ng ụ ệ ườ
Năng l ng:ươ
∆E = ∆E h ệ+ ∆ Emôitr ng ườ =0
→ ∆Eh ệ= - ∆Emôitr ng ườ
M t d ng khác c a đ nh lu t 1 có d ng:ộ ạ ủ ị ậ ạ
∆E= Q − W
T ng tác Năng l ng gi a môi tr ng g m 2 d ng ươ ượ ữ ườ ồ ạ nhi tệ và công.
Q là Nhi t trao đ i h và môi tr ng: Q>0 thu nhi tệ ổ ệ ườ ệ
Q<0 t a nhi tỏ ệ
W là công : có 2 d ng quy cạ ướ
W>0 h sinh côngệ
W<0 h nh n côngệ ậ
* L u ý: m t s tài li u khác có quy c ng c l i.ư ộ ố ệ ướ ượ ạ
Công có nhi u lo i công: công đi n,công tr , công c h c.ề ạ ệ ụ ơ ọ
Xét tr ng h p ch có công c h c:ườ ợ ỉ ơ ọ
A=F.d = (F/d²) x d³ =PV
♦ ch t khí PV: công dãn n Ở ấ ở
ch t l ng : công dòngỞ ấ ỏ
♦Xét ph ng trình ch a khí dãn n P= const → ∆V>0 ,công khí dãn n W = P.∆V : hươ ứ ở ở ở ệ
sinh công W> 0
♦Khí nén P = const → ∆V< 0 ,công nén khí W = P.∆V : h nh nở ệ ậ
công W< 0
∆E = Q – P ∆V (*)
T ph ng trinh (*) tr ng h p V= constừ ươ ườ ợ
∆E = Qv n i năngộ
Tr ng h p P=const: ∆Qườ ợ p = (∆E + P∆V) = ∆H
P
khí
V1
V’c
V2
∆H : entanpi là nhi t t a ra hay thu vào P = const v i ch t khí líệ ỏ ở ớ ấ
t ng PV=nRT ưở
T =const P∆V =∆ nRTở
→ ∆H= ∆E + ∆nRT
∆n là đ bi n thiên s mol khíộ ế ố
VD : v i ph n ngớ ả ứ
N2 (k)+ 3H2(k) ↔ 2NH3(k)
∆n=2 – (1+3) = -2 Mol
• đi u ki n tr ng thái lý t ng (ký hi u ∆H°Ở ề ệ ạ ưở ệ f) là nhi t t o ra hay thuệ ạ
vào c a ph n ng t o ra 1 mol ch t này đk tr ng thái lý t ng.Theoủ ả ứ ạ ấ ở ạ ưở
quy t c ∆H° hình thành các đ n ch t b ng 0.ắ ơ ấ ằ
* Entanpy hình thành (sinh nhiêt)
đi u ki n tr ng thái tiêu chu n ∆H°Ở ề ệ ạ ẩ f là nhi t t a ra hay thu vào c a ph nệ ỏ ủ ả
ng t o ra 1 mol ch t này đi u ki n tr ng thái tiêu chu n.ứ ạ ấ ở ề ệ ạ ẩ
∆H°f ( đ n ch t b n) = 0ơ ấ ề VD: ∆H°f (O2) =0, ∆H°f (O3) ≠ 0
2. Đi u ki n tr ng thái tiêu chu nề ệ ạ ẩ
* V i ch t khí lý : P=1 atmớ ấ
* Dung d ch có C= 1 mol/lị
* Ch t r n: d ng thù hình b nấ ắ ạ ề
Nhi t đ th ng ch n là 25°cệ ộ ườ ọ
+) chú ý : Đi u ki n tiêu chu n v nhi t đ ,áp su t t=0°c và P = 1 atmề ệ ẩ ề ệ ộ ấ
Ví d :ụ
Cgr + O2(k) → CO2(k) ∆Hf
1 atm 1 atm
∆H°f = ∆H (CO2) − [∆H°f (Cgr)−∆H°f(O2)]
∆H°f = ∑ ∆Hf (s n ph mả ẩ ) −∑ ∆Hf (ph n ngả ứ )
Theo quy c :∆H°ướ f (Cgr); ∆H°f (O2) = 0
∆H°f = ∆H°f (CO2)
3.Đ nh lu t hess và chu trình born- halerị ậ
Đ nh lu t Hessị ậ : Entanpy c a ph n ng , quá trình ch ph thu c vào tr ng tháiủ ả ứ ỉ ụ ộ ạ
đ u và tr ng thái cu i mà không ph thu c vào các giai đo n ti n hành trungầ ạ ố ụ ộ ạ ế
gian.
VD:
2Cgr + H2(k) → C2H2(k) ∆H°f=?
1 atm 1 atm
a.Cho ∆H (KJ/Mol)
La (k) → La(k) 402
La (k) → La 3+ (k) 538+1067+1850
I1 I2 I3
(Ph ng trình trên chính là:ươ
La(k) →La 1+ (k) I1
La1+ (k) → La2+(k) I2
La2+(k) → La3+(k) I3 )
F2(h) → 3F(k) 252
3 F2(k) + 3e → 3F−(k) -984
La3+(k) + 3F−(k) → LaF3 -4857
b.t ng t tính ∆Hươ ự of (LaF3),cho thêm v i La và Iớ4 = 48,9KJ/Mol và năng l ngượ
l i t o ra LaFướ ạ 4 là -69KJ/Mol
So sánh đ b n c a LaFộ ề ủ 3 và LaF4.
Gi iả
Ta có :
La3+(k) + 3F−(k) ∆H LaF3
↓ ↓
La(r) → La(k) F2(h) → F2(k)
↓ ↓
La(k) → La3+(k) + 3F2(k)→2F−(k)
∆H = 402+ 538 + 1067+ 1850+(3/2).252 −3.984 − 4857 =
4.Nguyên lý II nhi t đ ng h cệ ộ ọ
A.các quá trình t x y ra theo chi u gi m ự ả ề ả Năng l ngượ
VD:
* N c ch y t n i cao xu ng n i th pướ ả ừ ơ ố ơ ấ
* Nhi t chuy n t v t nóng h n sang v t l nh h nệ ề ừ ậ ơ ậ ạ ơ
* H+ +OH− → H2O ∆H <<0 t a nhi t m nh ỏ ệ ạ
T x y raự ả
∆Hph i ả= ∆Hf(H2O) − [∆Hf(HCl)+∆Hf(NaOH)] <0
Tuy nhiên có nhi u quá trình ph n ng thu nhi t (nhi t năng tăng) v n t x y raề ả ứ ệ ệ ẫ ự ả
VD: s bay h i n c nhi t đ caoự ơ ướ ở ệ ộ
A+B
E
Ea
∆Hp ư< 0,ti n trình ph n ế ả
ngứ
H2O(l) → H2O(k) ∆H>0
→ Y u t năng l ng không ph i là y u t duy nh t quy t đ nh chi u ph nế ố ượ ả ế ố ấ ế ị ề ả
ng quá trìnhứ
B.Entropy và Đ nh lu t II nhi t đ ng h cị ậ ệ ộ ọ
+ Entropy là đ đo v s m t tr t t .h s S càng l n thì h càng m tộ ề ự ấ ậ ự ệ ố ớ ệ ấ
tr t t : Sậ ự r n ắ< Sl ngỏ<<Skhí
+ Đ nh lu t II nhi t đ ng h c:Entropy c a vũ tr là tăng đ i v i quáị ậ ệ ộ ọ ủ ụ ố ớ
trình t x y ra.ự ả
∆S=0 đ i v i quá trình cân b ngố ớ ằ
V i quá trình t x y ra:ớ ự ả
∆Evũ tr ụ=∆Sh ệ+∆Smôi tr ngườ >0 (1)
H t a nhi t môi tr ng nh n ,entropy môi tr ng tăng hay ệ ỏ ệ ườ ậ ườ
∆Smt ~-∆Hhệ và t l ngh ch v i nhi t đ .ta cóỉ ệ ị ớ ệ ộ
∆Smt =
∆Svũ tr ụ=∆Sh ệ- (∆Hh ệ/T) >0
→ −T.∆Svũ tr ụ= ∆H − T.∆Sh ệ<0 (2)
∆G
Đ t G = H− T.Sặhàm Gibbs: Năng l ng t do gibbsượ ự
∆G = ∆H −T.∆S− S. ∆T
T = const thì: Ở∆G = ∆H − T. ∆S (3)
T (2) và (3) quá trình t x y ra ta có :ừ ở ự ả
∆G = ∆H − T. ∆S <0
Năng l ng bi n thiên t do c a h (ph n ng) v i ph n ng hóa h cượ ế ự ủ ệ ả ứ ớ ả ứ ọ
∆H = ∑ ∆Hf(sp’) − ∑ ∆Hf(ch t p )ấ ứ
∆Sp ứ= ∑ ∆S(sp’) − ∑ ∆S(ch t p )ấ ứ
C.Năng l ng t do gibbsượ ự
∆G = ∆H − T.∆S (1)
* (1) < 0 ph n ng t x y raả ứ ự ả
* (1) = 0 ph n ng cân b ngả ứ ằ
* (1) > 0 ph n ng t x y ra theo chi u ngh chả ứ ự ả ề ị
V i ph n ng : aA + bB ═ cC + dDớ ả ứ
∆G = (c. ∆Gof(C) +d. ∆Gof(D)) − (a. ∆Gof(A) +b. ∆Gof(B))
Năng l ng t do hình thành c a đ n ch t b n b ng 0ượ ự ủ ơ ấ ề ằ
Suy ra,có th áp d ng ph ng trình (1) v m i quan h T và ph n ng hóa h c đế ụ ươ ề ố ệ ả ứ ọ ể
xác đ nh nhi t đ đ ph n ng x y ra.ị ệ ộ ể ả ứ ả
Vd CaCO3 r CaOr + CO2 k ∆H = 177,1 kJ 25°c, ∆S =?ở
Cho SoCaO = 39,8 J/K, SoCO2 = 213,6J/K ,SoCaCO3 =92,9J/K
Gi i:ả ∆S= (SoCaO + SoCO2) − SoCaCO3
=39,8 + 213,6 − 92,9 = 160,5 (J/K)
∆G = 177,1 − 298.160,5.10-3 = 130 KJ >0
25°cở
Đi u ki n đ ph n ng t x y ra ề ệ ể ả ứ ự ả ∆G <0
177,1 − T.160,5.10-3 < 0
→ T > 1103 K
D.S chuy n phaự ể
nhi t đ x y ra s chuy n pha ( n c sôi,….) h tr ng thái cân b ng Ở ệ ộ ả ự ể ướ ệ ở ạ ằ
→ ∆ H − T. ∆S = 0
→ ∆S = ∆H/T
VD: V i quá trình chuy n pha t n c đá sang n c ớ ể ừ ướ ướ
H2O(r) → H2O(l) ∆H = nhi t đ nóng ch y = + 6010 J/Molệ ộ ả
T: nhi t đ nóng ch y = 273K( 0°c)ệ ộ ả ở
→ ∆S = 6010 : 273 = 22 → ∆S = 22 J/Mol.K
5. năng l ng t do và h ng s cân b ng ượ ự ằ ố ằ
A.H s cân b ngệ ố ằ
H u h t các ph n ng x y ra 2 chi u, ít nh t là 1 m c đ nào đó khi t cầ ế ả ứ ả ề ấ ở ứ ộ ố
đ ph n ng thu n b ng t c đ ph n ng ngh ch thì ph n ng là cân b ngộ ả ứ ậ ằ ố ộ ả ứ ị ả ứ ằ
đi u ki n cân b ng, n ng đ các ch t không thay đ i theo th i gian.Ở ề ệ ằ ồ ộ ấ ổ ờ
Xét ph n ng sau: aA + bB ả ứ cC + dD
cân b ng ta có :ở ằ
K = (1)
[ ] n ng đồ ộ
Ph ng trình (1) không áp d ng đ i v i ch t l ng ho c ch t r nươ ụ ố ớ ấ ỏ ặ ấ ắ
K = Kc theo n ng đ ồ ộ
C concentration
V i các ph n ng có ch t khí có th thay đ i n ng đ b ng áp su tớ ả ứ ấ ể ổ ồ ộ ằ ấ
ch ng h n :ẳ ạ
N2 (k) + 3H2 (k) 2 NH3 (k)
cân b ng : Kc = ở ằ
Kp =
Khí lý t ng :gi a các phân t ch t khí không có t ng tácưở ữ ử ấ ươ
PV = nRT –Ph ng trình khí lý t ngươ ưở
Đ nh lu t boyle: n,T = const ị ậ → V ~ (1/P)
Đinh lu t gay-lussac : n,P = const ậ→ V ~ T
Đ nh lu t avogadro : P,T = const → V ~ nị ậ
→ V ~ nT/P → V ~ (nRT)/P
* Khí th c : gi a các phân t khí có t ng tác v i nhau có ph ng trình khíự ữ ử ươ ớ ươ
th c.ph ng trình vanderwaalsự ươ
* M i quan h gi a Kc và Kp :ố ệ ữ
Xét khí là khí lý t ng ta có PV= nRTưở