slide môn Hóa đại cương chương 1 5 trường đại học mỏ địa chất

SLIDE BÀI GIẢNG MÔN HÓA ĐẠI CƯƠNG DÀNH CHO AE ,BAO GỒM TOÀN BỘ NHỮNG LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ MÔN HÓA ĐẠI CƯƠNG GIÚP CHO AE DỄ DÀNG HỌC TẬP, KIẾN THỨC CŨNG ĐC TÓM LƯỢC NHIỀU Ý CHÍNH GIÚP CHO KIẾN THỨC NGẮN HƠN ĐỄ HỌC

Trang 1

HÓA HỌC ĐẠI CƯƠNG P1

Trang 2

I Nguyên tử, phân tử, mol, hóa trị, số oxi hóa

II Định luật bảo toàn khối lượng

III Định luật thành phần không đổi

IV Định luật tỉ lệ bội

V Khí lí tưởng

VI Đương lượng

VII Nồng độ dung dịch

VIII Phản ứng oxi hóa – khử

CHƯƠNG 1: MỘT SỐ KHÁI NIỆM, ĐỊNH LUẬT CỦA HÓA HỌC

Trang 3

I Một số khái niệm cơ bản của nhiệt động học

CHƯƠNG 2: NHIỆT HÓA HỌC

a Khái niệm hệ nhiệt động

Trang 4

e Môi trường

f Hệ đồng nhất

g Hệ đồng thể

h Hệ dị thể

Trang 5

3 Trạng thái nhiệt động

a Khái niệm trạng thái nhiệt động

b Hàm trạng thái

Ví dụ: Nội năng U

c Trạng thái cân bằng nhiệt động

Trang 6

4 Quá trình

a Quá trình nhiệt động

b Quá trình tự diễn biến

c Quá trình không tự diễn biến

d Quá trình cân bằng

Trang 7

Trang 8

a Năng lƣợng

b Công: A

c Nhiệt: Q

Quy ƣớc:

Hệ sinh nhiệt: Q < 0; hệ nhận nhiệt: Q > 0

Hệ sinh công: A > 0; hệ nhận công A < 0

d Nội năng: U

* Đơn vị năng lƣợng: Cal (Kcal); J (KJ)

5 Năng lƣợng, nội năng, công và nhiệt

Trang 10

* Khi trong hệ xảy ra các quá trình biến đổi vô cùng nhỏ thì hiệu ứng năng lƣợng cũng biến đổi vô cùng nhỏ

Q = dU + A → dU = Q - A = Q – (A’ + pdV) (2)

* Đối với hệ cô lập:

Q = 0, A = 0 → dU = 0 → U = const

II Nguyên lý 1 của nhiệt động học trong hóa học

Trang 11

3 Entanpi

* Từ biểu thức (1) nếu công sinh ra duy nhất

trong hệ chỉ có công giãn nở thì:

Q = U + PV

- Khi p = const thì: Q p = U + PV

 Q p = U 2 – U 1 + P(V 2 – V 1 ) = (U 2 + PV 2 ) – (U 1 + PV 1 )

Trang 12

Đặt H = U + PV  Q P = H 2 – H 1 = H

→ H là entanpi của hệ và là hàm trạng thái

4 Nhiệt hóa học

Nhiệt kèm theo trong các quá trình hóa học

Dựa vào Nhiệt hóa học cho biết:

- Bản chất của những quá trình tự diễn biến

và không tự diễn biến

Trang 13

- Mối liên quan giữa nhiệt với độ bền của các

hệ và các chất hóa học

- Biết được khả năng, chiều hướng và giới

hạn các quá trình hóa học

- Cho phép dự đoán chiều hướng diễn biến

của những quá trình không thể trực tiếp khảo sát được.

Trang 14

- Nhiệt trong điều kiện đẳng tích và đẳng áp

+ Nhiệt đẳng tích: Khi V = const → Q V

Trang 15

Trang 16

Câu hỏi: Trong hai phản ứng trên, phản ứng nào thu nhiệt, phản ứng nào tỏa nhiệt, ý nghĩa của từng giá trị H đối với mỗi phản ứng?

Trang 17

Ở ĐKTC: P = 1atm, T = 298K, C = 1M

Khi đó hiệu ứng nhiệt gọi là hiệu ứng nhiệt tiêu chuẩn, kí hiệu: H o 298 (còn gọi là entanpi tiêu chuẩn).

Trang 18

6 Định luật Hess

Từ những chất ban đầu cho trước, có thể thu

được các chất cuối như nhau, bằng nhiều cách

khác nhau, nhưng tổng số hiệu ứng nhiệt theo bất

cứ cách nào cũng đều như nhau

Hay: Hiệu ứng nhiệt của một phản ứng chỉ phụ

thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối mà

không phụ thuộc vào cách thức tiến hành phản

Trang 19

- Điều kiện áp dụng định luật Hess :

+ Trong quá trình phản ứng chỉ có công duy nhất là công chống áp suất ngoài

+ Phản ứng phải xảy ra trong điều kiện: V = const hoặc P = const

 Định luật Hess là hệ quả của nguyên lý I nhiệt động học.

Trang 20

- Hiệu ứng nhiệt của một quá trình vòng (chu trình) bằng không.

Trang 21

Ứng dụng:

Áp dụng định luật Hess ta có thể tính đƣợc hiệu ứng nhiệt của phản ứng mà trên thực tế khó xác định bằng thực nghiệm

Trang 22

Bài tập áp dụng:

Cho các phản ứng sau:

C + O 2 = CO 2 ; H = -396 KJ/mol

CO + O 2 = CO 2 ; H = - 283 KJ/mol Hãy tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng sau:

C + O 2 = CO

Trang 23

- Giai đoạn 1: C + O 2 = CO; H 1

-Giai đoạn 2: CO + O 2 = CO 2 ; H 2

Trang 24

Trang 25

Theo định luật Hess ta có:

H = H 1 + H 2

 H 1 = H - H 2 = - 396 – (-283) = - 113 KJ/mol

• Nguyên tắc chung tính toán hiệu ứng nhiệt của phản ứng:

Có thể làm mọi phép tính đại số như đối với phương trình đại số thông thường

Trang 26

26

7 Hiệu ứng nhiệt của một số quá trình thường gặp

• Sinh nhiệt

Sinh nhiệt hay nhiệt tạo thành tiêu chuẩn của một hợp chất là hiệu ứng của phản ứng tạo thành một mol chất đó từ các đơn chất bền ở điều kiện tiêu chuẩn

- Kí hiệu: H 0 298,s hoặc H 0 298,tt

Đơn vị: Năng lượng/ mol

Trang 27

• Quy tắc tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng theo sinh nhiệt

“Hiệu ứng nhiệt của một phản ứng bằng tổng sinh nhiệt của các chất cuối trừ đi tổng sinh nhiệt của các chất đầu Mỗi trị số của sinh nhiệt được nhân lên một

số lần bằng hệ số tỉ lượng của các chất trong phương trình phản ứng đã cho”

Trang 28

Nghĩa là: H pư = H S(cuối) - H S(đầu)

VD: Phản ứng: aA + bB  cC + dD

Hpư = [cH S (C) + dH S (D)] – [aH S (A) + bH S (B)]

Trang 29

• Thiêu nhiệt

Thiêu nhiệt chuẩn hay nhiệt cháy chuẩn của các chất là hiệu ứng nhiệt của phản ứng đốt cháy 1 mol chất đó bằng oxi phân tử , để tạo thành các sản phẩm bền vững nhất ở điều kiện tiêu chuẩn

- Kí hiệu: H o

298,t hoặc H o

298,c

Trang 30

• Thiêu nhiệt

VD:

Phản ứng (1): C + O 2 = CO 2 ; H 0

298 (pư) = -396 KJ/mol Theo định nghĩa: H o

298,t (C) = H 0

298 (pư) = -396 KJ/mol

* Đơn vị: Năng lượng/ mol

Trang 31

• Quy tắc tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng theo thiêu nhiệt

“ Hiệu ứng nhiệt của phản ứng bằng tổng thiêu nhiệt của các chất đầu trừ đi tổng thiêu nhiệt của các chất cuối Mỗi trị số của thiêu nhiệt được nhân lên một số lần bằng các hệ số tỉ lượng trong phương trình phản ứng”

Trang 32

Nghĩa là: H pư =  H t (đầu) -  H t (cuối)

VD: Phản ứng: aA + bB = cC + dD

H pư = [aH t (A) + bH t (B)] – [cH t (C) + dH t (D)]

* Bài tập áp dụng:

Trang 33

Nghĩa là: H pư =  H t (đầu) -  H t (cuối)

VD: Phản ứng: aA + bB = cC + dD

H pư = [aH t (A) + bH t (B)] – [cH t (C) + dH t (D)]

* Bài tập áp dụng:

Trang 34

CHƯƠNG 3: ENTROPY VÀ THẾ ĐẲNG NHIỆT

Bình đặt ở điều kiện: P, T = const

 Các thông số trạng thái P, T, V = const

Trang 35

ĐẲNG ÁP

I Entropy

Để phân biệt trạng thái I với trạng thái II

 Thông số: Entropy - đặc trƣng cho mức độ hỗn loạn, đƣợc ký hiệu bằng chữ S

 Trạng thái 1 có độ hỗn loạn thấp: Entropy S I

 Trạng thái 2 có độ hỗn loạn cao hơn: Entropy S II

 Quá trình khuếch tán khí xảy ra theo chiều làm tăng Entropy của hệ

Trang 36

ĐẲNG ÁP

I Entropy

 S 2 > S 1 và S = S 2 - S 1 >0

hệ có khuynh hướng chuyển một cách tự nhiên

từ trạng thái có độ hỗn loạn thấp sang trạng thái

có độ hỗn loạn cao

Đơn vị của S: năng lƣợng/mol.K

VD: cal/mol.K, J/mol.K

Trang 37

S 0 298K mỗi chất được nhân lên một số lần bằng

hệ số tỉ lượng của các chất trong phương trình phản ứng

Trang 38

ĐẲNG ÁP

I Entropy

3 Biến thiên Entropy và lƣợng nhiệt mà hệ nhận

* Nội dung nguyên lí II:

Đối với mọi hệ nhiệt động đều tồn tại một đại lƣợng trạng thái gọi là Entropy S mà trong quá trình biến đổi:

dS  hay S  (2)

+ Dấu “ = ” ứng với quá trình thuận nghịch nhiệt động học

+ Dấu > ứng với quá trình không thuận nghịch nhiệt động học

T

Q

1 T Q

Trang 39

rắn lỏng, lỏng hơi, rắn hơi hay biến

đổi qua lại giữa các dạng thù hình

Trang 40

Trang 41

- Theo biểu thức của nguyên lí I: Q = dU + A

- Theo biểu thức của nguyên lí II: dS 

T Q



Trang 44

CHƯƠNG 4: CÂN BẰNG HÓA HỌC

- Nắm vững khái niệm thế hóa học và hằng

số cân bằng

- Có kỹ năng thiết lập và tính toán các hằng

số cân bằng theo áp suất và nồng độ

- Dự đoán chiều của phản ứng hóa học

MỤC ĐÍCH YÊU CẦU

Trang 45

45

- i =

- i gọi là thế hóa học của cấu tử I

- là thế đẳng áp riêng phần của cấu tử I

- Về mặt toán học, lấy vi phân toàn phần hàm G đƣợc:

j pm T i

G m

Trang 47

Thế hóa học của cấu tử i chính là biến thiên thế đẳng áp của hệ trong điều kiện T, P và khối lƣợng của các cấu tử khác còn lại trong hệ là không đổi khi ta thêm hoặc bớt đi một đơn vị khối lƣợng của cấu tử i vào một lƣợng vô cùng lớn của hệ

1 Khái niệm

Trang 48

- Nếu quá trình tự xảy ra: dG < 0 hay < 0

- Nếu hệ trạng thái cân bằng: dG = 0 hay = 0

 Quá trình không tự xảy ra (xảy ra theo chiều nghịch): dG > 0 hay > 0

2 Chiều hướng của phản ứng hóa học

j j

Trang 49

49

- Ví dụ:

Phản ứng: A → B

- Giả sử lượng ban đầu của A, B lần lượt là m A , m B

- Trong quá trình phản ứng A và B thay đổi một lượng tương ứng là dm A và dm B

- Quá trình phản ứng làm biến thiên thế đẳng áp một lượng là:

dG = G A - G B = = A dm A + B dm B

2 Chiều hướng của phản ứng hóa học

j j

i

dm





Trang 50

Vì dm B = - dm A nên:

dG = A dm A - B dm A = (A - B )dm A

- Quá trình xảy ra theo chiều thuận: dm A < 0

mà dG < 0 → A - B > 0 hay A > B

thế hóa học cao đến nơi có thế hóa học thấp hơn

Trang 51

II Cân bằng hóa học

1 Khái niệm

Theo quan điểm động học : trạng thái cân bằng

là trạng thái mà tốc độ của hai quá trình thuận

và nghịch là nhƣ nhau

Theo quan điểm nhiệt động học: trạng thái cân bằng là trạng thái mà mọi biến đổi vô cùng nhỏ đều là biến đổi thuận nghịch

Trang 52

→ K p gọi là hằng số cân bằng theo áp suất

 Biểu thức trên là nội dung của định luật tác dụng khối lƣợng

P

b B

a A

d D

c C

.

= const

Trang 53

2 Hằng số cân bằng

- Trong thực tế còn sử dụng các hằng số cân bằng: K C , K N và K n là các hằng số cân bằng biểu diễn qua nồng độ C i , nồng độ phần mol N i và số mol n i

Trang 54

C

b B

a A

d D

c C

.

N N

N

b B

a A

d D

c C

.

b B

a A

d D

c C

n n

.

Trang 55

1

Trang 56

- Hằng số cân bằng không có đơn vị

Trang 57

57

nhau thì hằng số cân bằng có giá trị khác nhau.

 Giá trị của K P ở (*) và (**) khác nhau

) ( )

2

3 2

2 2

P

2

3 2

1

2 2

3

H N

NH

P P

P

Trang 58

2 Hằng số cân bằng

b Phản ứng dị thể

Trong biểu thức của hằng số cân bằng thì thành phần của chất khí đƣợc biểu diễn qua áp suất P i , thành phần của chất lỏng đƣợc biểu diễn qua nồng độ C i còn thành phần của chất rắn không đổi, đƣợc gộp chung vào hằng số cân bằng

Trang 59

C

P C

Trang 60

Trang 61

III Phương trình đẳng nhiệt Vant’Hoff (Van - Hốp)

Trang 62

IV Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học

Và (G) T,P = O

P P

P

b B

a A

d D

c C

..

Trang 63

Trang 64

64

b Ảnh hưởng của nhiệt độ

Theo phương trình đẳng áp Van-Hôp:

2 P

P

RT

H T

(Phản ứng thu nhiệt) đồng biến

  Từ trái sang phải (chiều thuận):

Thu nhiệt

  Từ phải sang trái (chiều nghịch):

Tỏa nhiệt

H 0 < 0

(Phản ứng tỏa nhiệt) nghịch biến

  Từ phải sang trái (chiều nghịch):

Thu nhiệt

  Từ trái sang phải (chiều thuận):

Tỏa nhiệt

Trang 65

Với R = 8,314 j/mol.K ; 1,987 cal/mol.K

2 P

P

RT

H T

P

dT RT

H K

K

T T

0

1 1

T T

R H

Trang 66

d D c

C.

Trang 67

n P

P K N Chiều chuyển dịch

n > 0

(V > 0)

nghịch biến

  Từ phải sang tráii (chiều nghịch):

Trang 68

68

• Nguyên lý chuyển dịch cân bằng Lơsatơliê

- Nội dung: Một hệ đang ở trạng thái cân bằng, nếu ta thay đổi các điều kiện bên ngoài (nồng

độ, nhiệt độ, áp suất) thì cân bằng sẽ chuyển dịch về phía có tác dụng chống lại sự thay đổi

đó

- Ý nghĩa : Cho phép điều khiển và khống chế

các phản ứng theo ý mong muốn

Trang 69

Ví dụ 1:

Phản ứng : N 2 + 3H 2  2NH 3 ; H = -22 kcal

- Là phản ứng thuận nghịch, tỏa nhiệt, có số mol khí sản phẩm nhỏ hơn so với khí tham gia phản ứng (n < 0)

-Để phản ứng thuận xảy ra chiếm ưu thế (thu được NH 3 nhiều hơn) thì phải:

Trang 70

+ Tăng số mol (nồng độ hay áp suất riêng phần) của N 2 và H 2

+ Giảm số mol (nồng độ hay áp suất riêng phần) của NH 3 bằng cách đưa NH 3 ra khỏi môi trường phản ứng

+ Tăng áp suất chung của hệ

+ Giảm nhiệt độ của hệ

Trên thực tế để điều chế NH 3 người ta khống chế phản này ở nhiệt độ 450500 0C và áp suất là 200 atm

Trang 71

Ví dụ 2:

Phản ứng : N 2 O 4  2NO 2 ; H = +13,6 kcal

- Là phản ứng thuận nghịch, thu nhiệt, có số mol khí sản phẩm lớn hơn so với khí tham gia phản ứng (n > 0)

- Để phản ứng thuận xảy ra chiếm ưu thế (thu được NO 2 nhiều hơn) thì phải:

Trang 72

+ Tăng số mol (nồng độ hay áp suất riêng phần) của N 2 O 4

+ Giảm số mol (nồng độ hay áp suất riêng phần) của N 2 O 4 bằng cách đưa N 2 O 4 ra khỏi môi trường phản ứng

+ Giảm áp suất chung của hệ

+ Tăng nhiệt độ của hệ

Định dạng
Số trang	121
Dung lượng	1,45 MB