Bài giảng Hóa lý 1 - Chương 1: Nguyên lý một của nhiệt động học và nhiệt hóa học

Bài giảng Hóa lý 1 - Chương 1: Nguyên lý một của nhiệt động học và nhiệt hóa học cung cấp cho học viên những kiến thức về các khái niệm và định nghĩa, nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học, định luật Hess, nhiệt dung, ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu ứng nhiệt của phản ứng – Định luật Kirchhoff,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!

Ch ươ ng I  NGUYÊN LÝ M T C A NHI T  Ộ Ủ Ệ

Đ NG H C VÀ NHI T HÓA H C Ộ Ọ Ệ Ọ  

I.   Các khái ni m và đ nh nghĩa  ệ ị

II.  Nguyên lý th  nh t c a nhi t đ ng l c h c ứ ấ ủ ệ ộ ự ọIII. Đ nh lu t Hessị ậ

IV. Nhi t dungệ

V.   nh hẢ ưởng c a nhi t đ  đ n hi u  ng nhi t ủ ệ ộ ế ệ ứ ệ

c a ph n  ng – Đ nh lu t Kirchhoffủ ả ứ ị ậ

GI I THI U  Ớ Ệ

 Nhi t hóa h c là  khoa h c nghiên c u       ệ ọ ọ ứ

HI U  NG NHI T c a các quá trình hoá h c.Ệ Ứ Ệ ủ ọ

 Nhi m v  c a nhi t hoá h c ệ ụ ủ ệ ọ

     Nghiên c u đ  ứ ể TÍNH TOÁN Đ NH L Ị ƯỢ NG 

HI U  NG NHI TỆ Ứ Ệ  c a  các quá trìnhủ

 C  s  lý thuy t c a nhi t hóa h c ơ ở ế ủ ệ ọ

nguyên lý I c a nhi t đ ng l c h c ủ ệ ộ ự ọ

các đ nh lu t có liên quanị ậ  (đ nh lu t Hess,ị ậ

     đ nh lu t Kirchhoff).ị ậ

 H  NHI T Đ NG: Ệ Ệ Ộ   

   là h  đã   ệ ở tr ng thái cân b ngạ ằ  (là tr ng thái mà ạcác tính ch t c a h  không thay đ i theo th i ấ ủ ệ ổ ờ

gian khi môi trường không tác đ ng đ n h )ộ ế ệ

theo tương tác gi a h  và môi trữ ệ ường 

(tính ch t trao đ i ch t và năng lấ ổ ấ ượng)

   trao đ i ổ  c  ả ch t và năng lấ ượ  (công, ng

nhi t…) v i môi trệ ớ ường 

       không trao đ i ổ  ch t,ấ  nh ng có th  ư ể trao 

đ i ổ  năng lượ  v i môi trng ớ ường 

        không trao đ i ổ  c  ả ch t ấ và năng lượ  v i ng ớ

không trao đ i ổ  nhi tệ  v i ớ

môi trường 

 H  cô l p là h  ệ ậ ệ

đo n nhi tạ ệ  

H  ĐO N NHI T:Ệ Ạ Ệ

Khi thay đ i (dù là r t nh ) m t thông s , thì h  ổ ấ ỏ ộ ố ệ

s  chuy n sang tr ng thái khác. ẽ ể ạ

là t p h p t t c  các thông s  vĩ mô đ c tr ng ậ ợ ấ ả ố ặ ưcho m i h ỗ ệ

THÔNG S  TR NG THÁI: Ố Ạ

là nh ng đ i lữ ạ ượng hóa lý vĩ  mô đ c tr ng cho ặ ư

m i tr ng thái c a h  ỗ ạ ủ ệ

kh i lố ượng riêng … 

Thông s  Cố ƯỜNG Đ :Ộ   không ph  thu c vào ụ ộ

lượng ch t.ấ  

Ví d : T, p … ụ  không th  c ng l i v i nhauể ộ ạ ớ

Thông s  DUNG Đ :ố Ộ  ph  thu c vào lụ ộ ượng 

   là nh ng đ i lữ ạ ượng đ c tr ng cho m i tr ng thái ặ ư ỗ ạ

c a h , thủ ệ ường được bi u di n hay tính toán ể ễthông qua các thông s  tr ng thái. ố ạ

Ví d :ụ   N i năng U = U(T, V, nộ i …)

Entropy S = S (T, p, ni …) HÀM TR NG THÁI: Ạ

Khi thay đ i m t thông s , thì h  s  chuy n ổ ộ ố ệ ẽ ể

sang tr ng thái khác, nghĩa là h  đã th c hi n ạ ệ ự ệ

N I NĂNG (U): Ộ

    là t p h p  t t c  các d ng năng ậ ợ ấ ả ạ

lượng ti m tàng trong h  ề ệ

Không đo được U, ch  xác đ nh ỉ ị

được đ  bi n thiên ộ ế U (bi u ể

hi n ra bên ngoài) ệ

 a

U = f (V, T)

U là hàm tr ng thái ạ

Không đo được U, ch  xác ỉ

đ nh đị ược đ  bi n thiên ộ ế

U (bi u hi n ra bên ể ệ

ngoài) 

là hai hình th c truy n năng lứ ề ượng c a hủ ệ

CÔNG A     &  

NHI T Q Ệ    (HI U  NG NHI T) Ệ Ứ Ệ  

QUY  ƯỚC Cơng A Nhi t Qệ

Hệ sinh > 0 < 0Hệ

là nhi t mà h  sinh (hay nh n) trong quá trình ệ ệ ậchuy n t  pha này sang pha khác. ể ừ

II. NGUYÊN LÝ TH  NH T C A  Ứ Ấ Ủ

NHI T Đ NG L C H C Ệ Ộ Ự Ọ

Ý nghĩa: Nguyên lý b o toàn năng lả ượng 

“Trong  m t  quá  trình  b t  k ,  bi n  thiên  n i ộ ấ ỳ ế ộnăng  U c a h  b ng  nhi t lủ ệ ằ ệ ượng Q mà h  nh n ệ ậ

tr  đi công A h  sinh”ừ ệ

(ch  ph  thu c vào tr ng thái c a h , ỉ ụ ộ ạ ủ ệ

không ph  thu c vào đụ ộ ường đi)

U = Q 1  – A 1          = Q 2  – A 2          = Q 3  – A 3 1

U Q p dV

∆ = −

Xét trường h p ch  có ợ ỉ CÔNG C  H CƠ Ọ  (công th  tích, công giãn n ):ể ở

Nhi t h  nh n trong quá trình đ ng tích b ng bi n ệ ệ ậ ẳ ằ ế

thiên c a n i năng U (hàm tr ng thái)ủ ộ ạ

2 1

05/18/22 607010 ­ Ch ươ ng 1 22

Nhi t h  nh n trong quá trình đ ng áp b ng bi n ệ ệ ậ ẳ ằ ế

H g i là hàm enthalpy.ọ

 U, p và V là các hàm và thông s  tr ng thái, nên ố ạ

H cũng là hàm tr ng thái. ạ

H =  U +   (pV)  

Ý nghĩa c a enthalpy H:ủ  là t p h p các d ng năng ậ ợ ạ

lượng c a h  và bao g m c  năng lủ ệ ồ ả ượng đ  gi    ể ữ ở

đi u ki n đ ng áp. ề ệ ẳ

Xét h  ng ng t :ệ ư ụ  

(các ch t   tr ng thái l ng hay r n):         ấ ở ạ ỏ ắ H =  U 

Đ nh lu t Joule:ị ậ  (áp d ng cho khí lý tụ ưởng)

 N i năng c a khí lý tộ ủ ưởng ch  ph  thu c vào nhi t đ  ỉ ụ ộ ệ ộ

1 mol khí H2 giãn n  t  5L đ n 50L ở ừ ế

a) Xác đ nh nhi t c a quá trình x y ra   nhi t đ     ị ệ ủ ả ở ệ ộ

t = 25oC 

b) Xác đ nh ị U c a h  n u quá trình giãn n  đ ng ủ ệ ế ở ẳ

áp. Bi t r ng h  nh n nhi t trong quá trình này ế ằ ệ ậ ệ

lượng nhi t là 21270 cal. ệ

Ví d : ụ

III. Đ NH LU T HESS Ị Ậ

1. Đ nh lu t ị ậ

“Trong  m t  quá  trình ộ đ ng ápẳ  hay đ ng tíchẳ , nhi t ph n  ng ch  ph  thu c vào tr ng thái đ u ệ ả ứ ỉ ụ ộ ạ ầ

và  tr ng  thái  cu i  mà  không  ph   thu c  vào  các ạ ố ụ ộ

tr ng  thái  trung  gian  (hay  nói  cách  khác:    không ạ

ph  thu c vào quá trình)”ụ ộ

Đ nh lu t Hess m  r ng cho nguyên lý 1, đị ậ ở ộ ược rút ra 

Ý nghĩa ĐL Hess:  Năng lượng là thu c tính c a h , s  ộ ủ ệ ự

bi n đ i năng lế ổ ượng ch  ph  thu c vào tr ng thái đ u và ỉ ụ ộ ạ ầ

cu i, không ph  thu c vào đố ụ ộ ường đi. 

Chú ý đi u ki n: ề ệ quá trình đ ng ápẳ  hay đ ng tíchẳ  . 

(Đ  tính hi u  ng nhi t c a ph n  ng hóa h c) ể ệ ứ ệ ủ ả ứ ọ

b/  Nhi t ph n  ng b ng t ng ệ ả ứ ằ ổ nhi t sinhệ  c a s n ủ ả

ph m  (cu i)    tr   đi  t ng  nhi t  sinh  c a  các  ch t ẩ ố ừ ổ ệ ủ ấtham gia ph n  ng (đ u).ả ứ ầ  

          (1.9) 

∆H p? = �∆H( )S cuoi�− �∆H( )S au ��

c/  Nhi t  ph n  ng  b ng  t ng ệ ả ứ ằ ổ nhi t  cháyệ  c a  ch t ủ ấtham gia ph n  ng (đ u) tr  đi t ng nhi t cháy c a ả ứ ầ ừ ổ ệ ủcác  s n  ph m  (cu i) ả ẩ ố     

∆ H p? = �∆ H( )S cuoi�− �∆ H( )S au ��

NHI T SINHỆ  c a m t ch t là nhi t ph n  ng t o ủ ộ ấ ệ ả ứ ạthành  1  mol  ch t  đó  t   các  đ n  ch t    d ng  b n ấ ừ ơ ấ ở ạ ề

v ng nh t c a ch t đó   đi u ki n kh o sát. ữ ấ ủ ấ ở ề ệ ả

Ký hi u         ,ví d    đi u ki n chu n       .ệ ∆ o ụ ở ề ệ ẩ

T

NHI T  CHÁYỆ  c a  m t  ch t  là  nhi t  ph n  ng ủ ộ ấ ệ ả ứcháy  1  mol  ch t  đó  v i  oxy  đ   t o  thành ấ ớ ể ạ các  oxyt cao  nh tấ  c a  các  nguyên  t   (t o  thành  ch t  đó)   ủ ố ạ ấ ở

đi u ki n kh o sát. ề ệ ả

Ký hi u      ,   đi u ki n chu nệ ở ề ệ ẩ

(thường cho nhi t cháy c a các ch t h u c ). ệ ủ ấ ữ ơ

Nhi t sinh ệ  c a đ n ch t (O ủ ơ ấ 2 , H 2 , Al …)  b ng  ằ 0 

Nhi t cháy ệ  c a các oxyt có s  oxy hóa l n nh t (CO ủ ố ớ ấ 2 , 

05/18/22 607010 ­ Ch ươ ng 1 34

IV. NHI T DUNG  Ệ

1. Đ nh nghĩa: ị

Nhi t dungệ  (C)  là nhi t l ệ ượ ng c n thi t c n cung c p  ầ ế ầ ấ

đ  nâng nhi t đ  c a v t lên m t đ  (1 ể ệ ộ ủ ậ ộ ộ oC hay 1K) nh ng  ư trong quá trình đó  không x y ra ả  quá trình chuy n pha và  ể quá trình ph n  ng hóa h c ả ứ ọ

          Đ n v :  ơ ị cal.K –1   hay J. K–1 

Nhi t dung riêng ệ , đ n vơ ị: cal.g–1.K–1  hay J.g–1.K–1 

Nhi t dung mol,ệ   đ n vơ ị: cal.mol–1.K–1  hay 

Nhi t dung th c:ệ ự  

Q là nhi t lệ ượng c n đ  nâng nhi t đ  c a v t t  ầ ể ệ ộ ủ ậ ừ

T1 đ n Tế 2 (không có s  bi n đ i ch t và bi n đ i  ự ế ổ ấ ế ổ

pha). 

Q C

dT

δ

=

N u nhi t dung tính trung bình trong kho ng ế ệ ảnhi t đ  Tệ ộ 1 ­ T2  thì được g i là ọ

Nhi t dung trung bìnhệ :       

2 1

Q Q C

T T

− ∆Τ

Nhi t dung ph  thu c vào nhi t đ   ệ ụ ộ ệ ộ :

CP = ao + a1T + a2T2 

CP = ao + a1T + a­2T­2 

T T

Đây là bi u th c vi phân ể ứ  c a đ nh lu t Kirchhoff ủ ị ậ

∆ HT = ∆ HT + T T ∆ C dTP

BÀI T P Ậ

1, 2, 3, 4, 6, 7, 9, 10, 11    trang 28 – 30