CHƯƠNG II. NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC

- Trình bày một số khái niệm có liên quan tới nhiệt động hoá học.
- Phát biểu nội dung, biểu thức của nguyên lý thứ nhất, biến thiên entanpi trong quá trình đẳng tích, đẳng áp.
- Trình bày được hiệu ứng nhiệt của phản ứng hoá học, định luật Hess, áp dụng cách tính Hiệu ứng nhiệt của phản ứng dựa vào nhiệt sinh, nhiệt cháy của một số phản ứng.
- Trình bày được nội dung cách phát biểu của nguyên lý thứ 2, khái niệm về entropi, khảo sát năng lượng tự do và tiêu chuẩn tự diễn biến của một quá trình, các phương pháp tính biến thiên năng lượng tự do của phản ứng;NỘI DUNG Mở đầu.
- Nhiệt động học nghiên cứu những quy luật chuyển hoá giữa các dạng nănglượng khác nhau.
- Cơ sở của nhiệt động học là hai nguyên lý rút ra từ kinh nghiệm sống của conngười.
- Các nguyên lý này không thể chứng minh bằng con đường toán học nhưng nhữnghệ quả rút ra từ nó không mâu thuẫn với thực tiễn.
- Nhiệt động hoá học sử dụng những kết quả nghiên cứu của nhiệt động học vàohoá học để tính toán thăng bằng về năng lượng và rút ra một số đại lượng làm tiêu chuẩnđể xét đoán chiều hướng của một quá trình hoá học.
- Hệ nhiệt động học: Tập hợp khối vật chất mà ta đang nghiên cứu về mặt nhiệt động học.
- Hệ cô lập: Hệ không trao đổi vật chất và năng lượng với môi trường - Hệ kín: Không trao đổi vật chất nhưng có thể trao đổi năng lượng với môitrường.
- Hàm số trạng thái: Các đại lượng xác định trạng thái của hệ, VD: nhiệt độ, áp suất, thể tích, nộinăng.
- Những đại lượng là hàm trạng thái có đặc điểm là biến thiên trong bất kỳ quá trình nàocũng chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và cuối mà không phụ thuộc vào cách thức diễnbiến của quá trình.
- Ví dụ biến thiên của thế năng của một vật ở hai trạng thái khác nhauchỉ phụ thuộc vào độ cao ở hai trạng thái mà không phụ thuộc vào con đường đưa vật từtrạng thái này sang trạng thái kia.
- Quá trình nhiệt động: Khi hệ chuyển từ một trạng thái này sang một trạng thái khác ta nói hệ thực hiệnmột quá trình - Quá trình đẳng tích: thể tích không đổi - Quá trình đẳng áp: áp suất không đổi.
- Quá trình đẳng nhiệt: nhiệt độ không đổi - Quá trình đoạn nhiệt: không trao đổi nhiệt với môi trường.
- Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động học 2.1.
- Năng lượng không tự sinh ra và không tự mất đi nó chỉ có thể chuyển từ mộtdạng này sang một dạng khác (định luật bảo toàn và biến hoá năng lượng Lômonoxop.
- Không thể có động cơ vĩnh cửu loại I (động cơ liên tục sinh công mà không cầntiêu tốn năng lượng hay chỉ cần một lượng ban đầu.
- Tồn tại một hàm trạng thái U gọi là nội năng mà biến thiên của nội năng khi hệchuyển từ một trạng thái này sang một trạng thái khác U bằng tổng đại số năng lượng đãtrao đổi với môi trường trong quá trình biến đổi này.
- Năng lượng của hệ cô lập luôn luôn được bảo toàn.
- Nội năng - Biểu thức của nguyên lý INăng lượng của một hệ gồm 3 phần.
- Nội năng Trong nhiệt động học người ta nghiên cứu những hệ không chuyển động và tácdụng của trường hấp dẫn là không đổi vì vậy chỉ chú ý đến nội năng: Nội năng.
- Năng lượng tiềm tàng bên trong một vật hay hệ bao gồm.
- Tổng năng lượng tương tác (thế năng) giữa chúng.
- Nội năng thường ký hiệu bằng chữ U là một hàm trạng thái có một giá trị của U vàbiến thiên U không phụ thuộc vào quá trình.
- Giá trị tuyệt đối của nội năng không xác định được nhưng biến thiên của nó khi hệchuyển trạng thái 1 có nội năng U 1 sang trạng thái 2 có nội năng U 2.
- U = U2 – U1 có thểxác định được qua lượng nhiệt Q và lượng công A mà hệ đã trao đổi (cho hoặc nhận)trong quá trình đó.
- U = Q + A (2.1) Đây là biểu thức nguyên lý I của động học.
- Lưu ý: Theo quy ước, nếu hệ nhận được năng lượng thì Q và A có giá trị dương.Ngược lại nếu hệ sinh năng lượng thì Q và A có giá trị âm.VD: Khi nói hệ phản ứng tạo ra một nhiệt lượng là 100 kcalo nghĩa là Q.
- 100 kcaloTrong biểu thức (2.1), công A thường bao gồm hai loại công.
- Khi đó biểu thức nguyên lý I có dạng: U = Q + A.
- V (2.2)Biểu thức nguyên lý I trong một số trường hợp: VD1: Hệ gồm phản ứng HC1 + Zn trong xilanh có pittong: tỏa ra nhiệt lượng Q vàthực hiện công dãn nở, không sinh công có ích U = Q - p.
- V, Q< 0 nên U < 0Điều này có nghĩa là lượng nhiệt tỏa ra và lượng công thực hiện do sự giảm của nội năngVD2: Hoạt động của một chiều pin U = A* (Q=0, Ad.n = 0, hệ sinh công có ích nào đó A.
- Hiệu suất của một máy nhiệt không bao giờ đạt dược 100% vì T 2 không bao giờđạt được giá trị nhiệt tuyệt đối.
- Vậy biểu thức (2.5) được gọi là biểu thức của nguyên lý II.
- Khái niệm về entropi Quá trình tự diễn biến Các quá trình diễn biến là quá trình tự nó có khả năng xảy ra mà không cần tácđộng từ bên ngoài.Ví dụ: Nhóm quá trình A - Nước chảy từ chỗ cao đến chỗ thấp - Khí quyển từ nơi có áp suất cao đến nơi có áp suất thấp - Nhiệt truyền từ vật nóng sang vật lạnh.
- Trong nhóm này hệ mất dần khả năng sinh công (giảm năng lượng) và chuyển dẫnđến trạng thái cân bằng.Nhóm quá trình B.
- Cục nước đá tự chảy thành nước - Sự khuếch tán vào nhau của hai khí khác nhau - Nhiều phản ứng phân huỷ chất cũng tự xảy ra (VD: N2O4  2NO2) Trong nhóm này hệ chuyển từ trạng thái sắp xếp có trật tự sang trạng tháikém trật tự hơn.
- Tất cả các quá trình tự diễn biến nói trên đều không thể tự xảy ra theo chiều ngượclại, chúng là những quá trình bất thuận nghịch.
- Về ý nghĩa vật lý entropi là thước đo mức độ hỗn độn của vật chất: ứng với trạngthái có trật tự sang trạng thái mất trật tự cũng có nghĩa là theo chiều tăng entropi (S >0) Đối với những quá trình có liên quan đến nhiệt Q S > T (2.6) Q lả nhiệt lượng mà hệ đã trao đổi trong quá trình hệ chuyển từ trạng thái 1 sangtrạng thái 2, còn T là nhiệt độ tại đó xảy ra sự trao đổi nhiệt.
- Dấu = đối với quá trình thuận nghịch, dấu > đối với quá trình bất thuận nghịch.
- 0, một quá trình thuận nghịch hay cân bằng S.
- 0 Như vậy biến thiên entropi là một tiêu chuẩn để xét đoán một quá trình có thể xảyra hay không trong hệ cô lập.
- Năng lượng tự do và tiêu chuẩn tự diễn biến của một quá trình - Từ hai nhóm quá trình tự diễn biến nói trên ta thấy có hai khuynh hướng.
- Hệ giải phóng năng lượng (H < 0) và đạt tới trạng thái bền vững hơn + Hệ từ trạng thái có trật tự chuyển đến trạng thái vô trật tự (S > 0) Như vậy cả hai yếu tố entanpi và entropi quyết định khuynh hướng tự diễn biếncủa một quá trỉnh nhất định.
- Để xét đoán 1 quá trình có thể tự xảy ra hay không cần phảiđánh giá đồng thời hai yếu tố nói trên.
- Nếu quá trinh nào đó H < 0 và S > 0: quá trình tự diễn biến - Nếu một quá trình không đồng thời thoả mãn hai tiêu chuẩn trên và khi đó tiêuchuẩn nào cho phép đánh giá chiều hướng tự diễn biến.
- Trong trường hợp này phải sửdụng một hàm trạng thái mới bao gồm cả hai yểu tố nói trên.
- Đó là thế đẳng áp, đẳngnhiệt hay năng lượng tự do, Kí hiệu G.
- G = H - TS Biến thiên năng lượng tự do khi hệ chuyển từ một trạng thái này sang một trạngthái khác được xác định bằng biểu thức: G = H - TS (2.7) Vì một hệ bất kỳ luôn có xu hướng giảm năng lượng và sinh công nên một quátrình tự diễn biến khi G < 0 .
- Khi G = 0 hệ đạt đến trạng thái cân bằng Từ biểu thức nguyên lý I: U = Q + A.
- V Từ nguyên lý II ta có: Q = T.
- G2- G1 = G = H - TS Từ biểu thức G = H - TS ta thấy năng lượng tự do là một phần năng lượng toànphần của hệ, phần đó trong biến đổi có thể sinh công, tồn tại dưới dạng nhiệt, làm tăng độhỗn loạn của hệ.
- Như vậy để xem xét một quá trình có thể tự xảy ra không ta phải xác định G 4.4.
- Các phương pháp tính biến thiên năng lượng tự do của phản ứng 4.4.1.
- Tính theo biến thiên entanpi và entropi G.
- Stg o o (2.9) Ví dụ 1: Cho phản ứng: CaC03 (r.
- CO2(k) Biết H°s kcal/mol S cal/mol - Xác định chiều tự xảy ra của phản ứng ở điều kiện chuẩn.
- cal/mol G°pư cal/mol G°pư > 0 Phản ứng thuận không tự xảy ra ở điều kiện chuẩn.
- Phản ứng này chỉ xảy ra ở nhiệt độ T khi: GTpư.
- ST Nếu bỏ qua ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu ứng nhiệt và biến thiên entropi củaphản ứng tức là coi H°pư  HTpư .
- Tính theo biến thiên năng lượng tự do sinh của các chất G°s Gopư = GoS(sp.
- GoS(tg)Ví dụ: Tính biến thiên năng lượng tự do của phản ứng.
- Thế nào là nội năng của hệ? Nội năng phụ thuộc vào yếu tố nào? 2.
- Nội dung, cách phát biểu, biểu thức của nguyên lý thứ I của nhiệt động học? 3.
- Nội dung, cách phát biểu, biểu thức của nguyên lý thứ II của nhiệt động học? 4.
- Hiệu ứng nhiệt của phản ứng? Phát biểu định luật Hess về hiệu ứng nhiệt củaphản ứng.
- Tại sao nói định luật Hess là hệ quả của nguyên lý thứ nhất? 5.
- Định nghĩa nhiệt sinh, nhiệt cháy của một chất? Công thức tính hiệu ứng nhiệtcủa phản ứng dựa vào nhiệt sinh, nhiệt cháy? 6.
- Tính H°s của Ca(OH)2 biết hiệu ứng nhiệt của phản ứng: CaO + H2O  Ca(OH)2 H.
- Phản ứng sau đây xảy ra theo chiều nào ở điều kiện chuẩn? H2S(k

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt