Bài giảng Hóa Lý 1 - Chương 1: Nguyên lý một của nhiệt động học và nhiệt hóa học - Ngo Thanh An

Nội dung text: Bài giảng Hóa Lý 1 - Chương 1: Nguyên lý một của nhiệt động học và nhiệt hóa học - Ngo Thanh An

1. GIỚI THIỆU Nhiệt hóa học là khoa học nghiên cứu HIỆU ỨNG NHIỆT của các quá trình hoá học. Nhiệm vụ của nhiệt hoá học Nghiên cứu để TÍNH TOÁN ĐỊNH LƯỢNG HIỆU ỨNG NHIỆT của các quá trình Cơ sở lý thuyết của nhiệt hóa học ⚫ nguyên lý I của nhiệt động lực học ⚫ các định luật có liên quan (định luật Hess, định luật Kirchhoff). 1/8/2023 607010 - Chương 1 2
2. HỆ VĨ MÔ: là hệ gồm một số rất lớn các tiểu phân (hạt) mà ta có thể áp dụng các quy luật xác suất và thống kê. HỆ NHIỆT ĐỘNG: là hệ đã ở trạng thái cân bằng (là trạng thái mà các tính chất của hệ không thay đổi theo thời gian khi môi trường không tác động đến hệ) → còn gọi là HỆ CÂN BẰNG 1/8/2023 607010 - Chương 1 4
3. ⚫ HỆ MỞ: trao đổi cả chất và năng lượng (công, nhiệt ) với môi trường ⚫ HỆ ĐÓNG: không trao đổi chất, nhưng có thể trao đổi năng lượng với môi trường ⚫ HỆ CÔ LẬP: không trao đổi cả chất và năng lượng với môi trường 1/8/2023 607010 - Chương 1 6
4. TRẠNG THÁI: là tập hợp tất cả các thông số vĩ mô đặc trưng cho mỗi hệ. Lưu ý: trạng thái khác với Trạng Thái Tập Hợp: RẮN, LỎNG, KHÍ Ví dụ: một hệ có 1 mol khí ở điều kiện 1 at, 0oC, có thể tích 22,4 L Khi thay đổi (dù là rất nhỏ) một thông số, thì hệ sẽ chuyển sang trạng thái khác. 1/8/2023 607010 - Chương 1 8
5. 2 loại thông số trạng thái: ⚫ Thông số CƯỜNG ĐỘ: không phụ thuộc vào lượng chất. Ví dụ: T, p → không thể cộng lại với nhau ⚫ Thông số DUNG ĐỘ: phụ thuộc vào lượng chất. Ví dụ: V, m → có thể cộng lại với nhau: V = Vi ; m = mi 1/8/2023 607010 - Chương 1 10
6. QUÁ TRÌNH: là con đường mà hệ chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác Khi thay đổi một thông số, thì hệ sẽ chuyển sang trạng thái khác, nghĩa là hệ đã thực hiện một quá trình. PHA: là tập hợp tất cả những phần đồng thể của hệ có cùng tính chất hóa, lý ở mọi điểm. 1/8/2023 607010 - Chương 1 12
7. U là hàm trạng thái U = f (V, T) a Không đo được U, chỉ xác định được độ biến thiên U (biểu hiện ra bên ngoài) 1/8/2023 607010 - Chương 1 14
8. THU NHIỆT TỎA NHIỆT HỆ ĐOẠN NHIỆT QUY ƯỚC Cơng A Nhiệt Q Hệ sinh > 0 0 HỆ ĐẲNG NHIỆT 1/8/2023 607010 - Chương 1 16
9. II. NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC “Trong một quá trình bất kỳ, biến thiên nội năng U của hệ bằng nhiệt lượng Q mà hệ nhận trừ đi công A hệ sinh” U = Q - A (1.1) ⚫ Ý nghĩa: Nguyên lý bảo toàn năng lượng
10. Xét trường hợp chỉ có CÔNG CƠ HỌC (công thể tích, công giãn nở): Công cơ học :  A= p. dV dU=− Q p. dV V U = Q − 2 p. dV V 1 1/8/2023 607010 - Chương 1 20
11. 1/8/2023 607010 - Chương 1 22
12. H = U + (pV) H gọi là hàm enthalpy. U, p và V là các hàm và thông số trạng thái, nên H cũng là hàm trạng thái. Ý nghĩa của enthalpy H: là tập hợp các dạng năng lượng của hệ và bao gồm cả năng lượng để giữ ở điều kiện đẳng áp. Xét hệ ngưng tụ: (các chất ở trạng thái lỏng hay rắn): H = U 1/8/2023 607010 - Chương 1 24
13. c/ Quá trình đẳng nhiệt giãn nở của khí lý tưởng (T=const hay dT = 0) Định luật Joule: (áp dụng cho khí lý tưởng) Nội năng của khí lý tưởng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ : U = f(T). UT = 0 (biến thiên nội năng đẳng nhiệt của 1 quá trình bằng không) VV22nRT V p Q= A = p. dV = dV = nRT ln21 = nRT ln TT VV 11 V V12 p 1/8/2023 607010 - Chương 1 26
14. III. ĐỊNH LUẬT HESS 1. Định luật “Trong một 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 các trạng thái trung gian (hay nói cách khác: không phụ thuộc vào quá trình)”
15. 2. HỆ QUẢ CỦA ĐỊNH LUẬT HESS (Để tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học) a/ Hthuận = – Hnghịch (1.8) b/ Nhiệt phản ứng bằng tổng nhiệt sinh của sản phẩm (cuối) trừ đi tổng nhiệt sinh của các chất tham gia phản ứng (đầu). (1.9) HHHpư = ()S cuối − ()S đầu c/ Nhiệt phản ứng bằng tổng nhiệt cháy của chất tham gia phản ứng (đầu) trừ đi tổng nhiệt cháy của các sản phẩm (cuối) (1.10) HHHpư = ()ch đầu − ()ch cuối 1/8/2023 607010 - Chương 1 30
16. NHIỆT SINH của một chất là nhiệt phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất ở dạng bền vững nhất của chất đó ở điều kiện khảo sát. o o Ký hiệu HT ,ví dụ ở điều kiện chuẩn H298. NHIỆT CHÁY của một chất là nhiệt phản ứng cháy 1 mol chất đó với oxy để tạo thành các oxyt cao nhất của các nguyên tố (tạo thành chất đó) ở điều kiện khảo sát. o o Ký hiệu HT() cháy , ở điều kiện chuẩn H298(cháy ) (thường cho nhiệt cháy của các chất hữu cơ). 1/8/2023 607010 - Chương 1 32
17. 1/8/2023 607010 - Chương 1 34
18. Ví dụ: Tính hiệu ứng nhiệt của các phản ứng sau: 2CO (k) + O2 (k) → 2CO2 (k) (1a) CO (k) + ½O2 (k) → CO2 (k) (1b) C2H4 (k) + H2O (l) → C2H5OH (l) (2) CO (k) O2 CO2 (k) C2H4 (k) H2O (l) C2H5OH (k) (l) o –26,416 0 –94,052 12,496 –68,317 –66,356 H298(sinh) (Kcal.mol-1) o – 0 0 –337,23 0 –326,66 H298(cháy ) (Kcal.mol-1) 1/8/2023 607010 - Chương 1 36
19. Nếu nhiệt dung tính trung bình trong khoảng nhiệt độ T1 - T2 thì được gọi là Nhiệt dung trung bình: QQ C == TT21−  Q là nhiệt lượng cần để nâng nhiệt độ của vật từ T1 đến T2 (không có sự biến đổi chất và biến đổi pha). Q Nhiệt dung thực: C = dT 1/8/2023 607010 - Chương 1 38
20. Nhiệt dung phụ thuộc vào điều kiện tiến hành quá trình, nên có 2 loại nhiệt dung: Nhiệt dung đẳng áp: QH  CP == dT pp  T Nhiệt dung đẳng tích: QU  Cv == dT vv  T Aùp dụng cho 1 mol khí lý tưởng thì có: CP – CV = R 1/8/2023 607010 - Chương 1 40
21. V. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA PHẢN ỨNG – ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF Xét phản ứng: aA + bB = dD Ta có: H = d . HDAB −( a . H + b . H )  HHHH DAB   =d − a + b dT PPPP  T  T  T = d . Cp,,, D−+( a . C p A b . C p B ) = Cp
22. T H = H +2 C dT TTP21 T 1 1/8/2023 607010 - Chương 1 44
23. Biểu thức gần đúng: Nếu CP = 0 : HT = const ➔ hiệu ứng nhiệt phản ứng không phụ thuộc vào nhiệt độ Nếu C = const: HHCTT = + ( − ) P TTP21 21  Aùp dụng định luật Kirchhoff cho quá trình chuyển pha: T = +2 C dT TTP21 T 1 1/8/2023 607010 - Chương 1 46
24. BÀI TẬP 1, 2, 3, 4, 6, 7, 9, 10, 11 trang 28 – 30 1/8/2023 607010 - Chương 1 48