CHƯƠNG 2: CHIỀU VÀ GIỚI HẠN CỦA QUÁ TRÌNH HÓA HỌC

- Biểu thức toán học của nguyên lí II: Trong một hệ nhiệt động cô lập, chỉ có những quá trình kể cả phản ứng hóa học nói riêng xảy ra với sự tăng entropi mới tự diễn biến... Nguyên lí

CHƯƠNG 2: CHIỀU VÀ GIỚI HẠN

CỦA QUÁ TRÌNH HÓA HỌC

Quá trình

tự diễn biến

Giữa thế kỉ XIX, Bertlo và Tomxen đã đưa ra nguyên lí: Bất kì một quá trình hóa học nào xảy ra cũng kèm theo

sự giải phóng năng lượng

2.1 Nguyên lí II nhiệt động học

2.1.1 Entropi

- Xét 2 khí N2 và O2:

- Quá trình tự diễn biến, NL của hệ không đổi: ∆H = 0

- Ở trạng thái A có mức độ hỗn loạn nhỏ hơn ở trạng thái B

- Xác suất nhiệt động của hệ mới tạo thành là: W = W1.W2

Entropi là hàm logarit xác suất nhiệt động của hệ

Là số đo mức độ hỗn loạn của hệ

Boltzman (1870)

2.1 Nguyên lí II nhiệt động học

2.1.2 Nội dung nguyên lí II nhiệt động học

→ Sự biến đổi entropi:

2.1 Nguyên lí II nhiệt động học

2.1.2 Nội dung nguyên lí II nhiệt động học

- Entropi là một hàm trạng thái

- Biểu thức toán học của nguyên lí II:

Trong một hệ nhiệt động cô lập, chỉ có

những quá trình (kể cả phản ứng hóa

học nói riêng) xảy ra với sự tăng

entropi mới tự diễn biến

Rudolf Clausius

dS ≥ δQ

T hay ∆S ≥ 12 δQT

2.1 Nguyên lí II nhiệt động học

* Tính chất của entropi:

- Ở cùng trạng thái vật lí, hệ càng phức tạp (phân tử càng phức tạp) thì entropi càng lớn

Ví dụ: S298(NO)0 < S298(NO0 2)

2.1 Nguyên lí II nhiệt động học

* Tính chất của entropi:

- S = f(T): entropi tăng khi nhiệt độ tăng

2.1 Nguyên lí II nhiệt động học

2.1.3 Một số phương pháp tính sự biến đổi của entropi

- Quá trình giãn nở thuận nghịch, đẳng nhiệt khí lí tưởng:

2.1 Nguyên lí II nhiệt động học

2.1.3 Một số phương pháp tính sự biến đổi của entropi

- Sự biến đổi entropi của một chất nguyên chất theo nhiệt độ:

Ví dụ: Tính S của quá trình đun nóng 2 mol nước lỏng từ

00C lên 250C.Cho biết Cp= 75,24J/mol.K

2.2 Nguyên lí III nhiệt động học

2.2.1 Phát biểu nguyên lí III nhiệt động học

Khi nhiệt độ giảm → chuyển động của các nguyên tử,

phân tử giảm → entropi giảm

Giới hạn của entropi ???

Ở nhiệt độ nào???

Nguyên lí III của nhiệt động học:

Entropi của chất nguyên chất dưới dạng tinh thể hoàn hảo ở nhiệt độ không tuyệt đối bằng không.

Walther Nernst (1907)

2.2 Nguyên lí III nhiệt động học

2.2.1 Phát biểu nguyên lí III nhiệt động học

2.2 Nguyên lí III nhiệt động học

2.2.2 Entropi chuẩn

- Entropi chuẩn: S2980

- Đơn vị: J/mol.K hay cal/mol.K

2.2 Nguyên lí III nhiệt động học

2.2.3 Sự biến đổi entropi trong các phản ứng hóa học

* Lưu ý: Entropi thường tăng trong các trường hợp sau:

- Phản ứng mà một phân tử chất phân hủy tạo ra nhiều phân tử nhỏ hơn

- Phản ứng mà có số mol chất khí tạo thành tăng

- Quá trình mà có sự chuyển từ chất rắn sang chất lỏng hoặc chất khí

Ví dụ: 2N2O(k) → 2N2(k) + O2(k)

N2O4(k) 2NO2(k)

H2O(r) → H2O(l) → H2O(k)

2.2 Nguyên lí III nhiệt động học

2.2.3 Sự biến đổi entropi trong các phản ứng hóa học

Cho phản ứng tổng quát (P = const):

2.3 Thế nhiệt động, tiêu chuẩn tự diễn biến và giới hạn của quá trình hóa học

2.3.1 Thế nhiệt động

Chiều hướng của quá trình chịu tác động bởi 2 yếu tố:

- ∆H < 0: Quá trình dễ xảy ra

- ∆S > 0: Quá trình dễ xảy ra

Yếu tố mạnh hơn sẽ quyết định chiều phản ứng.

2.3 Thế nhiệt động, tiêu chuẩn tự diễn biến và giới hạn của quá trình hóa học

2.3 Thế nhiệt động, tiêu chuẩn tự diễn biến và giới

hạn của quá trình hóa học

2.3.2 Thế đẳng áp chuẩn tạo thành của một chất

Thế đẳng áp chuẩn tạo thành của một chất là biến thiên thế đẳng áp của phản ứng tạo thành một mol chất đó từ đơn chất bền ở điều kiện chuẩn

Kí hiệu là ∆G298,s0

Ví dụ: 1

2 N2(k) + 3

2 H2(k) → NH3(k) , ∆G298(pứ)0 = ∆G298,s(NH0 3)

2.3 Thế nhiệt động, tiêu chuẩn tự diễn biến và giới

hạn của quá trình hóa học

2.3.2 Thế đẳng áp chuẩn tạo thành của một chất

Thế đẳng áp chuẩn tạo thành của các đơn chất bền bằng 0

Xét phương trình tổng quát: aA + bB → cC + dD

Entapi tự do là một hàm trạng thái, nên:

Ở điều kiện chuẩn:

∆G = (c∆GC + d∆GD) – (a∆GA + b∆GB)

.∆G298,pứ0 = ∆ G298 chất sản phẩm0 − ∆G298 chất tham gia0

2.3 Thế nhiệt động, tiêu chuẩn tự diễn biến và giới

hạn của quá trình hóa học

2.3.3 Bài toán khảo sát chiều tự diễn biến của phản

a) Ở 298K, phản ứng có tự xảy ra hay không?

b) Ở nhiệt độ nào phản ứng không tự xảy ra?

Ví dụ 1: CH4(k) + H2O(k) CO(k) + 3H2(k)

∆H298,s0 (kJ/mol) -74,8 -241,8 -110,5

S2980 (J/mol.K) 186,2 188,7 197,6 130,7