HÓA ĐẠI CƯƠNG A1 CHƯƠNG 3: NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC

- HÓA ĐẠI CƯƠNG A1 CHƯƠNG 3: NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC I.
- Hệ sinh công ( thực hiện công): A> 𝟎 b) Nội năng: ∆𝑈 = 𝑄 − 𝐴 - Quá trình vòng ( chu trình): ∆𝑈 = 0 - Quá trình mở: ∆𝑈 = 𝑈2 − 𝑈1 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡  Nội năng U là hàm trạng thái, biến đổi nội năng ∆U chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối của hệ, không phụ thuộc vào cách tiến hành quá trình - Hệ cô lập: ∆𝑈 = 𝑈2 − 𝑈1 = 0 ⇔ 𝑈2 = 𝑈1 : Nội năng của hệ cô lập luôn luôn được bảo toàn.
- PdV 1 Một số quá trình thường gặp.
- Quá trình đẳng tích: 𝑉 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 𝑛ê𝑛 𝐴 = 0 - Quá trình đẳng áp: P=const nên A= P.
- dV  nRT ln  nRT ln V1 V1 V V1 P2 - Quá trình đun nóng hay làm lạnh đẳng áp n mol khí lý tưởng: A=P∆V=∆nRT II.
- Ở điều kiện đẳng tích (V=const, ∆V=0): QV = ∆U + P∆V = ∆U → Ở điều kiện đẳng tích, nhiệt cung cấp cho hệ chỉ dùng để tăng nội năng của hệ.
- Qv là hiệu ứng nhiệt đẳng tích.
- Ở điều kiện đẳng áp (p=const) 1 HÓA ĐẠI CƯƠNG A1 Qp = U + PV = (U2-U1.
- Qp = H2- H1 = H H = U + P V Hiệu ứng nhiệt ở điều kiện đẳng áp chính là sự biến đổi enthalpy, hay gọi tắt là Hiệu ứng nhiệt.
- Biến thiên entanpi phản ứng bằng tổng entanpi sản phẩm trừ tổng entanpi tác chất (có lưu ý hệ số hợp thức của phương trình phản ứng).
- Nó đúng bằng hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học.
- Trong các phản ứng chỉ có chất lỏng và chất rắn tham gia hoặc phản ứng xảy ra ở trạng thái dung dịch thì ∆V có giá trị không đáng kể.
- Do đó, khi quá trình này được thực hiện ở áp suất thấp (áp suất khí quyển) thì P∆V ≈ 0 nên ∆H ≈ ∆U.
- Trong các phản ứng có sự tham gia của pha khí, giả sử khí lý tưởng: PV = nRT ∆ P∆V =∆n.RT (Điều kiện đẳng nhiệt , đẳng áp).
- Nên: ∆H = ∆U +∆n.RT Với: ∆n = ∑n khí (sản phẩm) -∑n khí (chất khí) Nếu n=0, nhiệt đẳng áp = nhiệt đẳng tích e) Hiệu ứng nhiệt: -Phản ứng tỏa nhiệt là phản ứng nhường năng lượng cho môi trường dưới dạng n hiệt (∆U < 0 hay ∆H < 0.
- Phản ứng thu nhiệt là phản ứng nhận năng lượng của môi trường dưới dạng nhiệt (∆U > 0 hay ∆H > 0).
- Nhiệt tạo thành ( sinh nhiệt.
- Nhiệt tạo thành: là hiệu ứng nhiệt của phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất ở trạng thái tự do bền vững.
- Ở điều kiện tiêu chuẩn (25°C,1atm) gọi là Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn.
- Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn của các đơn chất bền bằng 0.
- Nhiệt tạo thành của các chất có giá trị càng âm thì càng bền.
- Nhiệt đốt cháy.
- Nhiệt đốt cháy tiêu chuẩn của một chất (H0298 đc hay H0298 b ) là 2 HÓA ĐẠI CƯƠNG A1 hiệu ứng nhiệt của phản ứng đốt cháy 1 mol chất đó bằng oxy vừa đủ để tạo thành các chất bền vững nhất ở điều kiện tiêu chuẩn (250C, 1 atm.
- Đối với các chất hữu cơ, nhiệt đốt cháy là hiệu ứng nhiệt của phản ứng đốt cháy 1 mol chất hữu cơ bằng oxy vừa đủ tạo thành khí CO2, nước (lỏng) và một số sản phẩm khác ( N2 , X2, HX.
- Định luật Hess và hệ quả: a) Định luật: Hiệu ứng nhiệt của quá trình hóa học chỉ phụ thuộc vào bản chất và trạng thái của các chất tham gia phản ứng và sản phẩm cuối chứ không phụ thuộc vào đường đi của quá trình.
- Tính hiệu ứng nhiệt dựa vào Nhiệt tạo thành.
- Hiệu ứng nhiệt của phản ứng bằng tổng nhiệt tạo thành của các sản phẩm trừ đi tổng nhiệt tạo thành của các chất ban đầu.
- VD: Xét phản ứng: aA + bB = cC + dD H1 H2 H3 H4 (nhiệt tạo thành) Hpu = cH3 + dH4 – (aH1 + bH2) 2.
- Tính hiệu ứng nhiệt dựa vào Nhiệt đốt cháy.
- Hiệu ứng nhiệt của phản ứng bằng tổng nhiệt đốt cháy của các chất đầu trừ đi tổng nhiệt đốt cháy của các sản phẩm.
- VD: Xét phản ứng đốt cháy: aA + bB = cC + dD H1 H2 H3 H4 (nhiệt đốt cháy) Hpu = aH1 + bH2 –(cH3 + dH4) VI.
- Entropi  Nếu quá trình TN : S = QTN/T  Nếu quá trình bất TN: S > QBTN/T, (T là nhiệt độ tại đó có xảy ra sự trao đổi nhiệt) 3 HÓA ĐẠI CƯƠNG A1 Tổng quát.
- Entropy là hàm trạng thái: S = S2 – S1 = SC – SĐ  Đơn vị tính của S: j/(mol×độ), cal/(mol×độ.
- Nghĩa là đối với hệ cô lập.
- Quá trình thuận nghịch, ΔS = 0  Quá trình bất thuận nghịch: ΔS > 0.
- Trong hệ cô lập, quá trình tự xảy ra là quá trình kèm theo sự tăng entropy.
- Đối với cùng 1 chất, thì các trạng thái rắn, lỏng, khí, entropy của nó có giá trị khác nhau và tăng dần lên.
- Nhiệt độ và áp suất có ảnh hưởng lớn đến entropy: nhiệt độ tăng làm tăng entropy, áp suất tăng làm giảm entropy.
- T T * Xác định độ biến đổi entropy của các quá trình hóa học  Với phản ứng hóa học.
- Nếu Go càng âm thì KP càng lớn, tức là phản ứng xảy ra hoàn toàn, lúc cân bằng nồng độ sản phẩm càng lớn.
- Nếu Go càng lớn thì KP càng nhỏ, nồng độ sản phẩn càng ít.
- Từ hệ thức trên ta cũng thấy mối liên hệ giữa KP và nhiệt độ.
- Ở 2 nhiệt độ T1 và T2, ta có tương ứng K P1 K P2 và , với H o  1 1  ln K P1  ln K P2.
- R  T1 T2  11 HÓA ĐẠI CƯƠNG A1 K1 H o  1 1  ln.
- K2 R  T1 T2  Hay Với hệ thức này có thể tính KP ở bất kỳ nhiệt độ nào nếu biết hằng số K P1 K P2 KP ở một nhiệt độ khác.
- Và nếu biết và ở T1 và T2 ta có thể tính được Ho của phản ứng.
- Đối với phản ứng xảy ra trong dung dịch: 0 [C]c [D]d ΔG = ΔG + RTln a b [A] [B] Khi phản ứng đạt cân bằng ta cũng có: 𝛥𝐺 0 𝑙𝑛𝐾𝑐.
- RTln = -RTlnKc [A]a [B]b Hay: Lưu ý: công thức liên hệ giữa Go và hằng số Kc chỉ áp dụng khi n = 0 (không có sự biến thiên số mol khí) hoặc phản ứng xảy ra trong dung dịch.
- Dựa vào hằng số cân bằng để dự đoán chiều diễn tiến của phản ứng Chỉ số phản ứng (Q) aA + bB  cC + dD [C]c [D]d Đặt Q = [A]a [B]b [A], [B], [C], [D] là nồng độ các chất ở thời điểm bất kỳ.
- Đối với phản ứng trong pha khí có thể thay nồng độ bằng áp suất riêng phần.
- Có thể xem như chỉ số phản ứng Q là thước đo quá trình phản ứng.
- G = Go + RTlnQ = RTlnK + RTlnQ Hay Q G = RTln K cb 12 HÓA ĐẠI CƯƠNG A1 Các phản ứng thuận nghịch luôn có xu thế đạt trạng thái cân bằng, do đó.
- Khi Q < Kcb  Q/Kcb < 1  G < 0 phản ứng thuận chiếm ưu thế đến khi hệ đạt cân bằng.
- Khi Q > Kcb  Q/Kcb > 1  G > 0 phản ứng nghịch chiếm ưu thế đến khi hệ đạt cân bằng.
- Khi Q = Kcb  G = 0 hệ đạt trạng thái cân bằng.
- Sự chuyển dịch cân bằng Nguyên lý Le Chatelier: “Với một hệ đang ở trạng thái cân bằng, nếu ta thay đổi bất kỳ một yếu tố xác định điều kiện cân bằng (áp suất, nồng độ, nhiệt độ) thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều chống lại sự thay đổi đó”.
- Ảnh hưởng của nồng độ Khi thêm một lượng tác chất hoặc sản phẩm vào hệ cân bằng thì chỉ số phản ứng Q sẽ thay đổi và khác Kcb, hệ không còn cân bằng nữa.
- Nếu thêm sản phẩm vào hệ thì Q > K  ΔG > 0  phản ứng nghịch chiếm ưu thế và cân bằng chuyển dịch về phía tạo thành các tác chất cho đến khi hệ đạt đến trạng thái cân bằng trở lại.
- Và ngược lại khi thêm tác chất Q < K  ΔG < 0  phản ứng thuận chiếm ưu thế và cân bằng chuyển dịch về phía chiều thuận tạo thành các sản phẩm cho đến khi hệ đạt đến trạng thái cân bằng trở lại.
- Như vậy, “Khi thêm một lượng tác chất hoặc sản phẩm vào hệ cân bằng, cân bằng sẽ chuyển dịch theo hướng tiêu thụ bớt chất thêm đó”.
- Ảnh hưởng của áp suất Sự thay đổi áp suất không ảnh hưởng nhiều đối với nồng độ chất rắn và chất lỏng, nhưng rất có ý nghĩa đối với chất khí.
- 13 HÓA ĐẠI CƯƠNG A1 Xét phản ứng thuận nghịch của các chất khí: 2A(k.
- 3D(k) vt = kt [A]2[[B] vn = kn [C][[D]3 Nếu sau khi phản ứng đạt cân bằng, chúng ta tăng áp suất của hệ lên hai lần, bằng cách giảm thể tích của hệ xuống 2 lần thì cân bằng sẽ thay đổi như thế nào? Để trả lời câu hỏi đặt ra cần phải xét tốc độ phản ứng thuận và nghịch.
- Áp suất và nồng độ có mối liên hệ với nhau qua phương trình trạng thái khí lý tưởng : 𝑛 𝑛 PV = nRT hay 𝑃= 𝑅𝑇 và 𝐶 = 𝑉 𝑉 Ở một nhiệt độ xác định, nếu tăng áp suất của hệ lên hai lần bằng cách giảm thể tích của hệ 2 lần thì nồng độ các chất có trong hệ đều tăng 2 lần.
- 2[C].8[[D]3 = 16kn [C][[D]3 = 16vn Như vậy, khi tăng áp suất của hệ lên hai lần thì tốc độ phản ứng nghịch tăng lên gấp 2 lần phản ứng thuận.
- như vậy cân bằng dịch chuyển theo chiều nghịch là chiều có số phân tử khí ít hơn.
- Vậy khi tăng áp suất, cân bằng dịch chuyển về phía làm giảm số phân tử khí.
- Đối với hệ có sự khác nhau về số mol khí ở hai vế của phương trình hóa học.
- Khi tăng áp suất của hệ của hệ cân bằng, cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều giảm số phân tử khí và ngược lại.
- Đối với hệ không có sự khác nhau về số mol khí ở hai vế của phương trình hóa học thì việc tăng hay giảm áp suất không ảnh hưởng đến sự chuyển dịch cân bằng.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ Quan hệ giữa entanpi và hằng số cân bằng được biểu thị qua công thức: 14 HÓA ĐẠI CƯƠNG A1.
- Khi ∆H > 0 (phản ứng thu nhiệt – nhiệt được hấp thụ khi phản ứng xảy ra theo chiều thuận), khi nhiệt độ tăng, thì hằng số K tăng.
- Có nghĩa là cân bằng dịch chuyển theo chiều thuận (chiều hấp thụ nhiệt.
- Với ∆H < 0 (phản ứng toả nhiệt – nhiệt tỏa ra môi trường khi phản ứng xảy ra theo chiều thuận), khi nhiệt độ tăng thì K sẽ giảm.
- Có nghĩa là cân bằng dịch chuyển theo chiều nghịch (chiều hấp thụ nhiệt).
- Tóm lại: Khi nhiệt độ của một hệ cân bằng tăng, cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều hấp thu nhiệt.
- Khi nhiệt độ của hệ giảm, cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều tỏa nhiệt”.
- NHỮNG CÔNG THỨC CÓ TRONG BẢNG PHỤ LỤC ĐỀ THI (2) 6) Đối với phản ứng bậc 0 1 𝑘 = 𝑡 (𝐶𝑜 − 𝐶) 7) Đối với phản ứng bậc 1: 1 𝐶 𝑘 = (𝑙𝑛 𝑜) 𝑡 𝐶 8) Đối với phản ứng bậc 2 có nồng độ ban đầu các tác chất bằng nhau: 1 1 1 𝑘.
- 𝑙𝑛𝐴 𝑅𝑇 11) KP = KC (RT)n = KX (P)Δn BÀI TẬP MINH HỌA 0 Ví dụ 1: Ở 375 C, xét phản ứng thuận nghịch sau: -4 N (k.
- K p Nồng độ ban đầu của N (k) và H (k) lần lượt là =1, 3 mol/L.
- Xác định nồng độ các 2 2 chất ở trạng thái cân bằng ? Bài làm: 15 HÓA ĐẠI CƯƠNG A1 Ví dụ 2: Ở 472oC, hỗn hợp tại cân bằng của phản ứng dưới đây có 0.1207M H2, 0.0402M N2 và 0.0272M NH3.
- Tính hằng số cân bằng Kc và Kp