Áp Dụng Nguyên Lý Thứ Nhất Của Nhiệt Động Vào Hoá Học

- Muốn xét một phản ứng hoá học có thực hiện được hay không cần biết:.
- Ở điều kiện nào thì phản ứng đó xảy ra và xảy ra đến mức độ nào?.
- Phản ứng xảy ra như thế nào? Nhanh hay chậm? Những yếu tố nào ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng?.
- Nhiệt động học là bộ phận của vật lý học, nghiên cứu các hiện tượng cơ và nhiệt, còn nhiệt động hoá học là bộ phận của nhiệt động học nghiên cứu những quan hệ năng lượng trong các quá trình hoá h ọc..
- Phương trình trạng thái của khí lý tưởng: nếu có n mol khí ở áp suất P, nhiệt độ T và chiếm thể tích V thì: PV = nRT = RT.
- Nếu P (atm), V(dm 3 =l) è R = 0,082 atm.l.K -1 .mol 1 - Nếu P (Pa=N/m 2.
- V(m 3 ) è R = 8,314 J.K -1 .mol -1.
- Hệ cô lập: là hệ không trao đổi chất và năng lượng với môi trường + Hệ mở: là hệ trao đổi chất và năng lượng với môi trường..
- Nguyễn Ngọc Thịnh, Đại học Bách khoa Hà Nội + Hệ kín là hệ chỉ trao đổi năng lượng với môi trường.
- 3.Quy ước về dấu trong quá trình trao đổi năng lượng.
- Năng lượng trao đổi giữa hệ và môi trường có thể là công , nhiệt, năng lượng điện.…...
- Hệ nhận năng lượng: dấu.
- Hệ nhường năng lượng dấu.
- 4.Trạng thái của hệ và các thông số trạng thái:.
- Trạng thái vĩ mô của một hệ được đặc trưng bằng những đại lượng xác định như: t 0 C, P, V, C...Các thông số này có thể đo được, gọi là các thông s ố trạng thái..
- ví dụ: giữa số mol khí n, nhiệt độ T và áp suất P của một hệ khí (giả sử là khí lý tưởng) có mối quan hệ chặt chẽ, được biểu diễn bằng phương trình trạng thái của khí lý tưởng PV=nRT..
- Có hai loại thông số trạng thái: dung độ và cường độ.
- Thông số trạng thái dung độ là những thông số trạng thái tỉ lệ với lượng chất, thí dụ thể tích, khối lượng..
- Thông số trạng thái cường độ không tỉ lệ với lượng chất, ví dụ nhiệt độ áp suất, nồng độ, độ nhớt..
- Trạng thái cân bằng của hệ.
- Là trạng thái tại đó các thông số trạng thái của hệ không đổi theo thời gian.
- VD phản ứng thuận nghịch CH 3 COOH + C 2 H 5 OH <=>.
- CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O đạt trạng thái cân bằng khi nồng độ của 4 chất không biến đổi.
- Biến đổi thuận nghịch và biến đổi bất thuận nghịch.
- Nếu hệ chuyển từ một trạng thái cân bằng này sang một trạng thái cân bằng khác vô cùng chậm qua liên tiếp các trạng thái cân bằng thì sự biến đổi được gọi là thuận nghịch.Đây là sự biến đổi lý tưởng không có trong thực tế..
- Khác với sự biến đổi thuận nghịch là sự biến đổi bất thuận nghịch.
- Đó là những biến đổi được tiến hành với vận tốc đáng kể.
- Những biến đổi xảy ra trong thực tế đều là bất thuận nghịch..
- 7.Hàm trạng thái.
- được gọi là hàm trạng thái nếu giá trị của nó chỉ phụ thuộc vào các thông số trạng thái của hệ mà không phụ thuộc vào cách biến đổi của hệ..
- ở trạng thái 1 được đặc trưng bằng P 1 V 1 =nRT 1 + ở trạng thái 1 được đặc trưng bằng P 2 V 2 =nRT 2.
- PV là một hàm trạng thái, nó không phụ thuộc vào cách biến đổi từ trạng thái 1 sang trạng thái 2..
- Nguyễn Ngọc Thịnh, Đại học Bách khoa Hà Nội 8.Công và nhiệt: Là hai hình thức trao đổi năng lượng..
- Công và nhiệt nói chung không phải là những hàm trạng thái vì giá trị của chúng phụ thuộc vào cách biến đổi..
- Năng lượng của hệ gồm 3 phần.
- Nội năng của hệ gồm:.
- Như thế nội năng (U) của hệ là một đại lượng dung độ, giá trị của nó chỉ phụ thuộc vào trạng thái vật lý mà không phụ thuộc vào cách chuyển chất tới trạng thái đó.
- Nó là một hàm trạng thái..
- Nguyễn Ngọc Thịnh, Đại học Bách khoa Hà Nội Nội năng của hệ phụ thuộc vào bản chất, lượng của nó, áp suất.
- Đối với khí lý tưởng nội năng của hệ chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ..
- Nguyên lý I của nhiệt động học về thực chất là định luật bảo toàn năng lượng:.
- Năng lượng của một hệ cô lập luôn luôn bảo toàn..
- a.Tồn tại một hàm trạng thái U gọi là nội năng.
- Sự biến đổi nội năng D U của hệ kín chuyển từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 bằng tổng đại số của tất cả các năng lượng trao đổi với môi trường trong quá trình biến đổi này (dù là biến đổi thuận nghịch hay bất thuận nghịch)..
- Đối với một biến đổi vô cùng nhỏ dU= d W + d Q.
- Đối với một biến đổi hữu hạn Q.
- Trạng thái đầu và cuối như nhau D U = ò dU = 0 -->.
- Qv là nhiệt đẳng tích, giá trị của nó chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và cuối của hệ..
- H được gọi là entapi, nó là hàm trạng thái vì U và PV đều là những hàm trạng thái..
- NHIỆT PHẢN ỨNG HOÁ HỌC..
- Nhiệt phản ứng.
- Là nhiệt lượng thoát ra hay thu vào khi phản ứng xảy ra theo đúng hệ số tỷ lượng, chất tham gia và sản phẩm ở cùng một nhiệt độ T..
- Để có thể so sánh nhiệt của các phản ứng cần chỉ rõ điều kiện phản ứng xảy ra:.
- Trạng thái vật lý của các chất.
- Với mục đích này người ta đưa ra khái niệm trạng thái chuẩn.
- Trạng thái chuẩn của một chất nguyên chất là trạng thái lý học dưới áp suất 101,325kPa(1atm) và nhiệt độ khảo sát nó bền nhất..
- ở 298K và dưới áp suất 101,325kPa, graphit là biến đổi thù hình bền nhất do đó trạng thái chuẩn ở 298K của cacbon là graphit..
- Nếu phản ứng được thực hiện ở P=const thì nhiệt phản ứng được gọi là nhiệt phản ứng đẳng áp Qp= D H.
- Nếu phản ứng được được thực hiện ở V=const thì nhiệt phản ứng được gọi là nhiệt phản ứng đẳng tích Qv= D U.
- Phản ứng tỏa nhiệt và phản ứng thu nhiệt.
- Phản ứng tỏa nhiệt: là phản ứng nhường nhiệt lượng cho môi trường.
- Ví dụ phản ứng tôi vôi…….
- Phản ứng thu nhiệt: là phản ứng nhận nhiệt lượng từ môi trường.
- Ví dụ phản ứng nung vôi...
- Trong đó: D n = số mol sản phẩm khí – số mol chất khí tham gia phản ứng..
- Ví dụ: C 6 H 6 (l.
- Là nhiệt của phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất bền ở điều kiện chuẩn (chất sản phẩm và chất phản ứng phải là các chất nguyên chất ở 1atm và giữ P, T=const, các số liệu nhiệt động chuẩn trong các tài liệu thường được xác định ở nhiệt độ T=298 K)..
- Kí hiệu D H T 0 , s (kJ.mol -1.
- Nó là nhiệt phản ứng của phản ứng sau ở 25 0 C khi p O 2 = p CO 2 = 1 atm.
- D (kJ.mol -1.
- Ví dụ: D H 298 0 , c ( CH kJ.mol -1 ứng với nhiệt của phản ứng sau ở 25 0 C và p=const khi P CH P O P CO 1 atm.
- 1.Phát biểu: Hiệu ứng nhiệt của một phản ứng chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối của các chất tham gia và các chất tạo thành chứ không phụ thuộc vào các giai đoạn trung gian, nếu không thực hiện công nào khác ngoài công giãn nở..
- Ví dụ:.
- Nguyễn Ngọc Thịnh, Đại học Bách khoa Hà Nội Hệ quả 1: Hiệu ứng nhiệt của phản ứng thuận bằng hiệu ứng nhiệt của phản ứng nghịch.
- Hệ quả 2: Hiệu ứng nhiệt của một phản ứng bằng tổng nhiệt sinh của các chất cuối trừ đi tổng nhiệt sinh của các chất đầu..
- Ví dụ: Tính D H 0 của phản ứng:.
- Cho biết D H 298 0 , s của các chất (kJ.mol -1 ) như sau:.
- =-136,98kJ.mol -1.
- Hệ quả 3: Hiệu ứng nhiệt của một phản ứng bằng tổng nhiệt cháy của các chất đầu trừ đi tổng nhiệt cháy của các chất cuối..
- Định luật Hess và các hệ quả của nó có một ứng dụng rất lớn trong Hoá học, nó cho phép tính hiệu ứng nhiệt của nhiều phản ứng trong thực tế không thể đo được..
- Ví dụ1: không thể đo được nhiệt của phản ứng Cgr + 1/2 O 2 (k) =CO(k) vì khi đốt cháy Cgr ngoài CO (k) ra còn tạo thành CO 2 (k) nhưng nhiệt của các phản ứng sau đây đo được:.
- CO 2 (k) D H J.mol -1 CO(k.
- CO 2 (k) D H J.mol -1 Để tính được nhiệt của phản ứng trên ta hình dung sơ đồ sau:.
- Trạng thái đầu (Cgr+O 2 ) và trạng thái cuối (CO 2 (k)) của cả hai cách biến đổi là như nhau, do đó theo định luật Hess:.
- x ð x=-110507,81J.mol -1.
- Ví dụ 2: Xác định năng lượng mạng luới tinh thể của NaCl(r) biết + Nhiệt nguyên tử hóa Na(r).
- mol - 1 + Năng lượng ion hóa Na(h).
- mol - 1 +Nhiệt của phản ứng.
- Để xác định năng lượng mạng lưới tinh thể NaCl ta dùng chu trình nhi ệt động Born – Haber:.
- D H 1 + 1 / 2 D H 2 + D H 3 + D H 4 ) ð x= -765.612J.mol -1.
- SỰ PHỤ THUỘC HIỆU ỨNG NHIỆT VÀO NHIỆT ĐỘ.ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF 1.
- Là nhiệt lượng cần thiết để nâng nhiệt độ của 1 mol chất lên 1K và trong suốt quá trình này không có sự biến đổi trạng thái(nóng chảy, sôi, biến đổi thù hình...).
- Nguyễn Ngọc Thịnh, Đại học Bách khoa Hà Nội - Đơn vị thường dùng của C là: J.K -1 mol -1.
- Xét phản ứng sau thực hiện bằng hai con đường:.
- 4.Mối quan hệ giữa năng lượng liên kết và nhiệt phản ứng.
- Có thể quy uớc năng lượng liên kết (Elk) tương ứng với năng lượng phá vỡ liên kết hoặc hình thành liên kết..
- ở đây ta qui ước E lk ứng với quá trình phá vỡ liên kết: năng lượng liên kết là năng lượng ứng với quá trình phá vỡ liên kết do đó năng lượng liên kết càng lớn thì liên kết càng bền..
- Một phản ứng hoá học bất kì về bản chất là phá vỡ liên kết cũ và hình thành các liên kết mới do đó D Hpø có thể được tính qua Elk của các liên kết hoá học..
- EH -H = +432kJ.mol -1 = D H 298 0.
- Ví dụ2: Xét phản ứng N 2 (k

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