Bài giảng Hóa lý - Hóa keo - Chương 1: Nguyên lý 1 của nhiệt động lực học

Nội dung text: Bài giảng Hóa lý - Hóa keo - Chương 1: Nguyên lý 1 của nhiệt động lực học

1. 2/13/2012 1. Các khái niệm và định nghĩa 1. Các khái niệm và định nghĩa Thoâng soá traïng thaùi: laø nhöõng ñaïi löôïng hoùa lyù Haøm traïng thaùi: laø nhöõng ñaïi löôïng ñaëc tröng vó moâ ñaëc tröng cho moãi traïng thaùi cuûa heä. cho moãi traïng thaùi cuûa heä, thöôøng ñöôïc bieåu Ví duï: nhieät ñoä T, aùp suaát p, theå tích V, khoái löôïng m, dieãn hay tính toaùn thoâng qua caùc thoâng soá noàng ñoä C, nhieät dung Cp, khoái löôïng rieâng traïng thaùi. . 2 loaïi thoâng soá traïng thaùi: Ví duï: Noäi naêng U = U(T, p, ni )  Thoâng soá cöôøng ñoä: khoâng phuï thuoäc vaøo löôïng chaát. Entropy S = S (T, p, ni ) Ví duï: T, p khoâng theå coäng laïi vôùi nhau  Thoâng soá dung ñoä: phuï thuoäc vaøo löôïng chaát. Ví duï: V, m coù theå coäng laïi vôùi nhau Ví duï: V = Vi ; m = mi 7 8 1. Các khái niệm và định nghĩa 1. Các khái niệm và định nghĩa Quaù trình: laø con ñöôøng maø heä chuyeån töø o Noäi naêng (U): laø taäp hôïp taát caû caùc daïng traïng thaùi naøy sang traïng thaùi khaùc naêng löôïng tieàm taøng trong heä. Khi thay ñoåi moät thoâng soá, thì heä seõ chuyeån sang traïng Khoâng ño ñöôïc U, chæ xaùc ñònh ñöôïc ñoä bieán thieân thaùi khaùc, nghóa laø heä ñaõ thöïc hieän moät quaù trình. U (bieåu hieän ra beân ngoaøi) Coâng (A) vaø nhieät (Q): laø hai hình thöùc Pha: taäp hôïp taát caû nhöõng phaàn ñoàng theå cuûa heä truyeàn naêng löôïng cuûa heä coù cuøng tính chaát hoùa, lyù ôû moïi ñieåm.  Hệ 1 pha: Hệ đồng thể QUY ÖÔÙC Coâng A Nhieät Q  Hệ 2 pha trở lên: Hệ dị thể Heä sinh döông (>0) aâm ( 0) 9 1. Các khái niệm và định nghĩa 2. Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học Nhieät chuyeån pha (): laø nhieät maø heä sinh Trong moät quaù trình baát kyø, (hay nhaän) trong quaù trình chuyeån töø pha naøy bieán thieân noäi naêng U cuûa heä sang pha khaùc. baèng nhieät löôïng Q maø heä nhaän tröø ñi coâng A heä sinh. noùng chaûy = •ñoâng ñaëc hoùa hôi = •ngöng tuï U = Q – A thaêng hoa = •ngöng keát YÙ nghóa: Nguyeân lyù baûo toaøn naêng löôïng (naêng löôïng khoâng maát ñi maø chuyeån töø traïng thaùi naøy sang traïng thaùi khaùc) 12 2
2. 2/13/2012 3. Định luật Hess 3. Định luật Hess Q4 Q5 Q3 Từ nguyên lý thứ nhất: Q 1 2 • Quá trình đẳng tích: Q = U Q1 Q2 V Germain Henri Hess • Quá trình đẳng áp: Qp = H (1802 - 1850) Q = Q1 + Q2 = Q3 + Q4 + Q5 Do U, H là hàm trạng thái nên giá trị không phụ Trong moät quaù trình ñaúng aùp hay ñaúng thuộc vào đường đi tích, nhieät phaûn öùng chæ phuï thuoäc vaøo traïng thaùi ñaàu vaø traïng thaùi cuoái maø khoâng ĐL Hess là hệ quả của nguyên lý thứ nhất phuï thuoäc vaøo caùc traïng thaùi trung gian. 19 20 3. Định luật Hess 3. Định luật Hess Quan hệ U và H Quan hệ U và H Heä khí lyù töôûng: PV = nRT  (PV) = (nRT)  H = U + (nRT) Heä ngöng tuï: (loûng hay raén) (PV) 0  H U Neáu ñaúng nhieät: H = U + RT n n laø bieán thieân soá mol khí trong quaù trình: n = n khí cuoái - n khí ñaàu 21 22 3. Định luật Hess 3. Định luật Hess Heä quaû: (tính hieäu öùng nhieät cuûa phaûn öùng hoùa hoïc) Ví duï: 0 Tính hieäu öùng nhieät ( H 298) cuûa caùc phaûn öùng sau: a/ H = – H thuaän nghòch 2CO (k) + O2 (k) 2CO2 (k) (1a) CO (k) + ½O2 (k) CO2 (k) (1b) b/ HHHpö  ()S cuoái ()S ñaàu C2H4 (k) + H2O (l) C2H5OH (l) (2) H(S) - Nhiệt sinh: Nhiệt phản ứng tạo thành 1mol chất đó từ các 0 0 đơn chất bền nhiệt động ở T, P xác định. Chất Nhiệt Sinh  H 298 Nhiệt cháy  H 298 (kcal/mol) (kcal/mol) c/ HHH pö ()ch ñaàu ()ch cuoái CO (k) -26,4 - CO2 (k) -94,1 - H(ch) - Nhiệt cháy: Nhiệt phản ứng cháy 1mol chất đó với O2 tạo các oxit hóa trị cao nhất ở T, P xác định. H2O (l) -68,3 - C2H4 (k) 12,5 -337,2 H(S) ; H(ch) (kcal/mol hoặc kJ/mol): (sổ tay hóa lý) (ở điều kiện :25oC, 1 atm) C2H5OH (l) -66,4 -326,7 23 24 4
3. 2/13/2012 5. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu ứng nhiệt 5. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu ứng nhiệt Phản ứng : aA + bB = dD • Định luật Kirchhoff (dạng tích phân) T Định luật Kirchhoff: (dạng vi phân) H H C dT T 0 P 0  H  U C và C T 2 T P T V P V H H C dT Hoặc: T 2 T1 P T1 Trong đó: H, U : hiệu ứng nhiệt của phản ứng đẳng áp, đẳng tích i Với : CP=  ai.T CP = dCP,D – aCP,A – bCP,B a CV = dCV,D – aCV,A – bCV,B H H  i (T i 1 T i 1) T 2 T1 i 1 2 1 31 32 5. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu ứng nhiệt Bài tập 1 • Các công thức gần đúng a. Trong khoảng nhiệt độ hẹp: • Bài 2,3,4,5,7,9,11 chương 1, sách “Nhiệt CP 0 H const đông̣ hóa hoc̣ ” b. Trong khoảng nhiệt độ tương đối hẹp: CP = const HT2= HT1+ CP (T2-T1) 33 34 6