BÀI TOÁN NHI T HÓA H C VÀ CÂN B NG HÓA H CỆ Ọ Ằ Ọ
A. ĐT V N ĐẶ Ấ Ề
I. L I M ĐU: Ờ Ở Ầ
Trong quá trình gi ng d y cho h c sinh nhi m v đt ra cho giáo viên là làm sao cóả ạ ọ ệ ụ ặ
th phát tri n t duy cho h c sinh, giúp h c sinh có th phát tri n t duy m t cách t t nh tể ể ư ọ ọ ể ể ư ộ ố ấ
đc bi t là trong b môn Hóa h c (môn h c nghiên c u và sáng t o). Vi c v n d ng cácặ ệ ộ ọ ọ ứ ạ ệ ậ ụ
ki n th c lý thuy t vào trong các bài t p là m t quá trình r t t t đ h c sinh có th phát tri nế ứ ế ậ ộ ấ ố ể ọ ể ể
t duy cho h c sinh.ư ọ
V y đ h c sinh có nh ng k năng nh th ngoài t h c, t sáng t o c a h c sinh thì giáoậ ể ọ ữ ỹ ư ế ự ọ ự ạ ủ ọ
viên cũng ph i cung c p cho h c sinh nh ng ki n th c cũng nh nh ng ph ng pháp các bàiả ấ ọ ữ ế ứ ư ữ ươ
t p phù h p v i m c đ yêu c u c a các k thi. Trong quá trình gi ng d y đc bi t là d yậ ợ ớ ứ ộ ầ ủ ỳ ả ạ ặ ệ ạ
đi t ng h c sinh gi i chu n b cho các k thi h c sinh gi i các c p, tôi th y r ng có m tố ượ ọ ỏ ẩ ị ỳ ọ ỏ ấ ấ ằ ộ
s chuyên đ r t m i và c n ph i đào sâu ki n th c h n thì hình nh h c sinh không có tàiố ề ấ ớ ầ ả ế ứ ơ ư ọ
li u và vi c t h c sinh nghiên c u hay t h th ng cho mình nh ng ki n th c nh v y làệ ệ ự ọ ứ ự ệ ố ữ ế ứ ư ậ
r t khó.Vì v y th c t yêu c u c n thi t ng i giáo viên s b sung các ki n th c thêm choấ ậ ự ế ầ ầ ế ườ ẽ ổ ế ứ
h c sinh cũng nh h th ng các ki n th c và h th ng các d ng bài t p cho h c sinh. V i ýọ ư ệ ố ế ứ ệ ố ạ ậ ọ ớ
đnh đó, trong sáng ki n kinh nghi m (SKKN) này tôi mu n đa ra h th ng v lý thuy tị ế ệ ố ư ệ ố ề ế
cũng nh m t s d ng bài t p thu c ch ng trình ôn thi h c sinh gi i các c p v bài toánư ộ ố ạ ậ ộ ươ ọ ỏ ấ ề
nhi t hóa h c- cân b ng hóa h c . Dĩ nhiên ph ng pháp này nó là s k t h p gi a lý thuy tệ ọ ằ ọ ươ ự ế ợ ữ ế
mà h c sinh ti p thu đc trong quá trình h c t p ph thông.ọ ế ượ ọ ậ ở ổ
II. TH C TR NG V N Đ NGHIÊN C U: Ự Ạ Ấ Ề Ứ
* Th c tr ng :ự ạ
Trong các k thi, đc bi t trong các k thi quan tr ng c a h c sinh ph thông đc bi tỳ ặ ệ ỳ ọ ủ ọ ổ ặ ệ
là trong các k thi h c sinh gi i c p t nh tr lên . V n đ đt ra là khi g p m t bài toán ỳ ọ ỏ ấ ỉ ở ấ ề ặ ặ ộ ở
d ng m i và h u nh không có nhi u trong ch ng trình c b n ( Bài toán nhi t đng và cânạ ớ ầ ư ề ươ ơ ả ệ ộ
b ng hóa h c) thì h c sinh s g p r t nhi u khó khăn và th ng không làm đc. ằ ọ ọ ẽ ặ ấ ề ườ ượ
Vì v y trong quá trình gi ng d y giáo viên ph i rèn luy n nghiên c u và gi ng d y thêm choậ ả ạ ả ệ ứ ả ạ
h c sinh nh ng ki n th c m i cũng nh ph ng pháp gi i các bài t p liên quan cho h c sinhọ ữ ế ứ ớ ư ươ ả ậ ọ
đc bi t là nh ng ki n th c nâng cao nh m ph c v cho các k thi quan tr ng.ặ ệ ữ ế ứ ằ ụ ụ ỳ ọ
* K t qu , hi u qu :ế ả ệ ả
V i th c tr ng nêu trên v i nh ng h c sinh có k năng t t s suy lu n đ đa raớ ự ạ ớ ữ ọ ỹ ố ẽ ậ ể ư
nh ng cách gi i h p lý không không gi i đc. T đó ta th y vi c h c sinh t tìm hi u cácữ ả ợ ả ượ ừ ấ ệ ọ ự ể
1
BÀI TOÁN NHI T HÓA H C VÀ CÂN B NG HÓA H CỆ Ọ Ằ Ọ
ki n th c m i và tìm ra ph ng pháp gi i các bài t p c a h c sinh còn nhi u h n ch vàế ứ ớ ươ ả ậ ủ ọ ề ạ ế
ch a phù h p v i m c đ c a các k thi.ư ợ ớ ứ ộ ủ ỳ
Tr c tình hình đó c a h c sinh tôi th y c n thi t ph i hình thành cho h c sinh thóiướ ủ ọ ấ ầ ế ả ọ
quen khi g p các v n đ m i mà trong ch ng trình ph thông còn h n ch thì giáo viênặ ấ ề ớ ươ ổ ạ ế
ph i là ng i đa ra các tình hu ng nh m thúc đy kh năng t h c ki n th c m i và đa raả ườ ư ố ằ ấ ả ự ọ ế ứ ớ ư
các ph ng pháp phù h p. Do đó trong quá trình gi ng d y tôi có đa ra m t ph ng phápươ ợ ả ạ ư ộ ươ
gi i nhanh bài toán hóa h c : ả ọ Bài toán nhi t hóa h c – cân b ng hóa h cệ ọ ằ ọ .
Trong sáng ki n kinh nghi m này tôi mu n đa ra m t trong nh ng ph n ki n th cế ệ ố ư ộ ữ ầ ế ứ
và m t s bài t p c b n phù h p v i m t s k thi. N i dung đc thi t l p và đc sộ ố ậ ơ ả ợ ớ ộ ố ỳ ộ ượ ế ậ ượ ử
d ng có hi u qu , nó đc hình thành phát tri n và m r ng thông qua n i dung ki n th c,ụ ệ ả ượ ể ở ộ ộ ế ứ
s tích lũy thành nh ng ki n th c căn b n nh t cho h c sinh trong chuyên đ. ự ữ ế ứ ả ấ ọ ề
2
BÀI TOÁN NHI T HÓA H C VÀ CÂN B NG HÓA H CỆ Ọ Ằ Ọ
B. CÁC BI N PHÁP TH C HI N:Ệ Ự Ệ
- Giáo viên s ti n hành 2 ph n riêng cho h c sinh: ẽ ế ầ ọ
* PH N 1: H NG D N LÝ THUY T C B N CHO H C SINH:Ầ ƯỚ Ẫ Ế Ơ Ả Ọ
I. Ph n 1:ầ
Cung cáp lý thuy t cho h c sinh v nhi t ph n ng và cân b ng hóa h cế ọ ề ệ ả ứ ằ ọ
A. M t s khái ni m c s c a nhi t đng h cộ ố ệ ơ ở ủ ệ ộ ọ
I. H :ệ
1. Khái ni m:ệ
* Hệ là t p h p các đi t ng nghiên c u gi i h n trong m t khu v c không gian xác đnh.ậ ợ ố ượ ứ ớ ạ ộ ự ị
* H mệ ở là h có th trao đi c ch t và năng l ng v i môi tr ng ngoài.ệ ể ổ ả ấ ượ ớ ườ
* H kínệ là h ch có th trao đi năng l ng mà không trao đi ch t v i môi tr ng ngoài.ệ ỉ ể ổ ượ ổ ấ ớ ườ
* H cô l pệ ậ là h không trao đi c ch t và năng l ng v i môi tr ng ngoài.ệ ổ ả ấ ượ ớ ườ
* H đng th ệ ồ ể là h mà trong đó không có s phân chia thành các khu v c khác nhau v iệ ự ự ớ
nh ngữ
tính ch t khác nhau. H đng th c u t o b i m t pha duy nh t.ấ ệ ồ ể ấ ạ ở ộ ấ
* H d thệ ị ể là h đc t o thành b i nhi u pha khác nhau.ệ ượ ạ ở ề
2. Các đi l ng đc tr ng cho tính ch t c a h :ạ ượ ặ ư ấ ủ ệ
* Các đi l ng dung đ (khu ch đ)ạ ượ ộ ế ộ là các đi l ng ph thu c vào l ng ch t nhạ ượ ụ ộ ượ ấ ư
kh i l ng, th tích …Các đi l ng này có tính ch t c ng.ố ượ ể ạ ượ ấ ộ
* Các đi l ng c ng đạ ượ ườ ộ là các đi l ng không ph thu c vào l ng ch t nh nhi t đ,ạ ượ ụ ộ ượ ấ ư ệ ộ
áp su t, kh i l ng riêng…ấ ố ượ
B. Hi u ng nhi t c a ph n ngệ ứ ệ ủ ả ứ
I. Khái ni m: ệHi u ng nhi t c a m t ph n ng hoá h c là l ng nhi t to ra hay h p thệ ứ ệ ủ ộ ả ứ ọ ượ ệ ả ấ ụ
trong ph n ng đó.ả ứ
II. M t vài tên g i hi u ng nhi t:ộ ọ ệ ứ ệ
1. Nhi t t o thành (sinh nhi t), nhi t phân hu :ệ ạ ệ ệ ỷ
3
BÀI TOÁN NHI T HÓA H C VÀ CÂN B NG HÓA H CỆ Ọ Ằ Ọ
Nhi t t o thành tiêu chu nệ ạ ẩ Ho c a m t ch t là hi u ng nhi t c a ph n ng t oủ ộ ấ ệ ứ ệ ủ ả ứ ạ
thành m t mol ch t đó t các đn ch t tr ng thái b n v ng đi u ki n tiêu chu n. ộ ấ ừ ơ ấ ở ạ ề ữ ở ề ệ ẩ
* Chú ý: Nhi t t o thành tiêu chu n ệ ạ ẩ Ho c a đn ch t tr ng thái b n v ng đi u ki nủ ơ ấ ở ạ ề ữ ở ề ệ
tiêu chu n b ng không.ẩ ằ
Nhi t phân huệ ỷ c a m t ch t là hi u ng nhi t c a ph n ng phân hu m t mol ch tủ ộ ấ ệ ứ ệ ủ ả ứ ỷ ộ ấ
đó thành các đn ch t tr ng thái b n v ng đi u ki n tiêu chu n.ơ ấ ở ạ ề ữ ở ề ệ ẩ
Nh v y, nhi t t o thành và nhi t phân hu c a cùng m t ch t có giá tr b ng nhauư ậ ệ ạ ệ ỷ ủ ộ ấ ị ằ
nh ng trái d u.ư ấ
2. Nhi t cháy (thiêu nhi t) c a m t ch t:ệ ệ ủ ộ ấ là hi u ng nhi t c a ph n ng đt cháy m tệ ứ ệ ủ ả ứ ố ộ
mol ch t đó b ng Oấ ằ 2 đ t o thành các s n ph m d ng b n v ng nh t đi u ki n tiêuể ạ ả ẩ ở ạ ề ữ ấ ở ề ệ
chu n.ẩ
3. Nhi t hoà tan c a m t ch t: ệ ủ ộ ấ là hi u ng nhi t c a quá trình hoà tan m t mol ch t đó.ệ ứ ệ ủ ộ ấ
III. Đnh lu t Hessị ậ
“Hi u ng nhi t c a m t ph n ng hoá h c ch ph thu c vào tr ng thái đu c a cácệ ứ ệ ủ ộ ả ứ ọ ỉ ụ ộ ạ ầ ủ
ch t ph n ng và tr ng thái cu i c a s n ph m ph n ng, không ph thu c vào các giaiấ ả ứ ạ ố ủ ả ẩ ả ứ ụ ộ
đo n trung gian, nghĩa là không ph thu c vào con đng t tr ng thái đu t i tr ng tháiạ ụ ộ ườ ừ ạ ầ ớ ạ
cu i”.ố
IV. Ph ng pháp xác đnh hi u ng nhi t c a ph n ngươ ị ệ ứ ệ ủ ả ứ
1. Ph ng pháp th c nghi m:ươ ự ệ
Trong phòng thí nghi m hoá h c, ng i ta có th xác đnh hi u ng nhi t c a ph nệ ọ ườ ể ị ệ ứ ệ ủ ả
ng hoá h c b ng cách dùng m t d ng c g i là nhi t l ng k . Nhi t l ng k đc bứ ọ ằ ộ ụ ụ ọ ệ ượ ế ệ ượ ế ượ ố
trí sao cho không có s trao đi nhi t v i môi tr ng xung quanh. Nó g m m t thùng l nự ổ ệ ớ ườ ồ ộ ớ
đng n c, trong đó nhúng ng p m t bom nhi t l ng k , đây là n i th c hi n ph n ngự ướ ậ ộ ệ ượ ế ơ ự ệ ả ứ
hoá h c. Trong thùng còn đt m t nhi t k đ đo s thay đi nhi t đ c a n c và m t queọ ặ ộ ệ ế ể ự ổ ệ ộ ủ ướ ộ
khu y đ đ duy trì cân b ng nhi t trong c h .ấ ể ể ằ ệ ả ệ
Ph n ng đc th c hi n trong bom nhi t l ng k . Nhi t l ng gi i phóng raả ứ ượ ự ệ ệ ượ ế ệ ượ ả
(ph ng pháp này th ng dùng cho các ph n ng to nhi t) đc n c h p th và làm tăngươ ườ ả ứ ả ệ ượ ướ ấ ụ
nhi t đ c a nhi t l ng k t Tệ ộ ủ ệ ượ ế ừ 1 đn Tế2. Ta xác đnh đc nhi t l ng to ra Q nh sau:ị ượ ệ ượ ả ư
(1) (C: nhi t dung c a nhi t l ng k (J/K))ệ ủ ệ ượ ế
4
Q = C(T2 – T1)
BÀI TOÁN NHI T HÓA H C VÀ CÂN B NG HÓA H CỆ Ọ Ằ Ọ
T đó, xác đnh đc hi u ng nhi t c a ph n ng.ừ ị ượ ệ ứ ệ ủ ả ứ
2. Ph ng pháp xác đnh gián ti p.ươ ị ế
D a vào đnh lu t Hess, ta có th xác đnh gián ti p hi u ng nhi t c a các quá trìnhự ị ậ ể ị ế ệ ứ ệ ủ
đã cho b ng các cách sau:ằ
(1) D a vào chu trình nhi t hoá h c.ự ệ ọ
(2) C ng đi s các quá trình.ộ ạ ố
(3) D a vào sinh nhi t c a các ch t:ự ệ ủ ấ
Hi u ng nhi t c a ph n ng b ng t ng sinh nhi t c a các ch t s n ph m tr t ngệ ứ ệ ủ ả ứ ằ ổ ệ ủ ấ ả ẩ ừ ổ
sinh nhi t c a các ch t tham gia (có nhân v i h s t l ng t ng ng).ệ ủ ấ ớ ệ ố ỉ ượ ươ ứ
(4) D a vào thiêu nhi t c a các ch t:ự ệ ủ ấ
Hi u ng nhi t c a ph n ng b ng t ng thiêu nhi t c a các ch t tham gia tr t ngệ ứ ệ ủ ả ứ ằ ổ ệ ủ ấ ừ ổ
thiêu nhi t c a các ch t s n ph m (có nhân v i h s t l ng t ng ng).ệ ủ ấ ả ẩ ớ ệ ố ỉ ượ ươ ứ
(5) D a vào năng l ng phân ly liên k tự ượ ế
Hi u ng nhi t c a ph n ng b ng t ng năng l ng phân ly liên k t c a t t c cácệ ứ ệ ủ ả ứ ằ ổ ượ ế ủ ấ ả
liên k t trong các ch t tham gia tr t ng năng l ng phân ly liên k t c a t t c các liên k tế ấ ừ ổ ượ ế ủ ấ ả ế
trong các ch t s n ph m (có nhân v i h s t l ng t ng ng).ấ ả ẩ ớ ệ ố ỉ ượ ươ ứ
B. Nguyên lý I nhi t đng h cệ ộ ọ
I. N i dungộ
N i dung c a nguyên lý I nhi t đng h c là s b o toàn năng l ng: ộ ủ ệ ộ ọ ự ả ượ
“Năng l ng không th sinh ra cũng nh không th t bi n m t mà ch có th chuy n tượ ể ư ể ự ế ấ ỉ ể ể ừ
d ng này sang d ng khác”.ạ ạ
II. N i năng U và entanpi Hộ
* N i năng c a m t h là t ng năng l ng t n t i bên trong c a h , bao g m: năngộ ủ ộ ệ ổ ượ ồ ạ ủ ệ ồ
l ng h t nhân, năng l ng chuy n đng c a electron trong nguyên t , năng l ng liên k t,ượ ạ ượ ể ộ ủ ử ượ ế
năng l ng dao đng c a các nguyên t , năng l ng chuy n đng c a phân t …ượ ộ ủ ử ượ ể ộ ủ ử
* Ta không th xác đnh giá tr tuy t đi n i năng U c a h mà ch xác đnh đc sể ị ị ệ ố ộ ủ ệ ỉ ị ượ ự
bi n thiên n i năng khi h chuy n t tr ng thái này sang tr ng thái khác. Gi s tr ng tháiế ộ ệ ể ừ ạ ạ ả ử ở ạ
đu 1, h nh n m t nhi t l ng là Q, sinh ra m t công là W và chuy n thành tr ng thái 2 thìầ ệ ậ ộ ệ ượ ộ ể ạ
5