Bài Giảng Nhiệt Động Hóa Học và Dầu Khí - chuong2 doc

Nhi t và công Nhi t Công CaCO 3 CaO CO2 Heat Heat Melting Ice.

Trang 1

Nguyên lý 1 c a N H

ΔU= Bi n đ i n i n ng h (luôn b o toàn)

Q=Nhi t (Heat)

A=Công (work)

H

1) N u h th c hi n m t quá trình kín

1 2

3 4

ng c nhi t nh n nhi t l ng Q đ th c hi n 1 quá trình kín và sinh công A

Suy ra: Q = A

∫ Q = ∫ A

M t đ ng c ho t đ ng tu n hoàn sinh ra công mà không ph i nh n nhi t là đ ng c vĩnh c u lo i I thì có th kh ng đ nh : « Không có đ ng c vĩnh c u lo i I »

2) N u h th c hi n m t quá trình m

Suy ra: Q = A + ΔU

ΔU = U2– U1

H cô l p thì Q = 0 và A = 0, ö ΔU = 0 hay hay U = const Nh v y có th phát bi u :

« Trong 1 h cô l p n i n ng luôn đ c b o toàn »

ΔUUniverse= ΔUsystem+ ΔUSurrounding= 0

ΔUsystem= -ΔUSurrounding

Bi n thiênΔU không ph thu c vào đ ng đi c a quá trình

U là hàm tr ng thái

• Khí lý t ng

i v i KLT, gi a các phân t không có l c t ng tác thì n i n ng ch là

hàm c a nhi t đ , không ph thu c vào th tích, áp su t

Nhi t và công

Nhi t

Công

CaCO 3 CaO

CO2

Heat Heat Melting Ice

Trang 2

Nhi t

S trao đ i nhi t gi a hai v t có nhi t đ khác

nhau

Nguyên lý không:

TA=TB, TB=TC→TA=TC

Công giãn n

Pext

System

dV

1 2

P

Pext

V1 V2 Th tích

∫

=

dV P A

dV P dA

ext ext

dx F

dA = ext

V P

A = extΔ

nh ngh a V t lý

Nhi t đ ng h c

H sinh công A > 0

P sys >>P ext ; (ΔV=+)

P sys >P ext ; (ΔV=+)

P sys ≈P ext ; (ΔV≈+)

P sys <P ext ; (ΔV=-)

Pext

System

Psys A = P ext Δ V

Công giãn n

ng áp (P = const)

ng nhi t (T= const)

∫

=

2

1

V

V PdV A

PdV dA

V P

A = Δ

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

=

≈

= 2 1

2

1

2 ln

V V

V

V nRT dV V

nRT PdV

A

Nguyên lý 1 N H cho m t s quá trình

• ng nhi t (Isothermal)

• ng áp (Isobaric)

• ng tích (Isochoric)

• o n nhi t (Adiabatic) (Q=0)

• Giãn n t do (Free Expansion)

∫

−

=

−

=

Quá trình đ i v i KLT

• Isothermal

• Isobaric

• Isochoric

• Adiabatic (Q=0)

• Free Expansion

∫

−

= Δ

V

dV nRT Q U

V P Q

Δ

0 +

=

Δ U Q

∫

−

=

0 0

;

=

∫

−

=

−

=

(Pext= 0)

Trang 3

• Quá trình đ ng tích

• Quá trình đ ng áp

Nhi t đ ng tích, nhi t đ ng áp

∫

−

=

−

=

Δ U Q A Q PdV

Q

Δ

V

T

U T

Q

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂

=

Δ

= Δ U = QV = CVΔ T

V P Q

U = − Δ Δ

P

Q V P

U + Δ =

Δ

T

Q

P= Δ

• ng nhi t (Isothermal) T = const

P

V P

T V

T

V const

• ng áp (Isobaric) P = const

P

V P

T V

T

V = ΔnRT

• ng tích (Isochoric) V = const

P

V P

T V

T

P = ΔnRT

• ng nhi t (1) & o n nhi t (2)

γ

V

const

V

const

V

P 1

P 2

V 2

1 2

N ng l ng, công, nhi t J, N m, kg m2s-2

Trang 4

Nhi t dung

h lên 1 °.

ng tích

ng áp

V V

dT

Q

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

P P

dT

Q

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

Nhi t đ

) , ( T P U

U =

N i n ng c a h t ng khi t ng nhi t đ ,

th cho bi t s bi n đ i h khi đ t nóng trong đi u ki n đ ng tích

Nhi t dung

+ Q = QV = ΔU

+ Q = QP = ΔH

T C Q C

Q

Enthalpy H = U + PV

dT PV d T

U T

∂

=

∂

Ta có

dT PV d C

Xét cho 1 mol KLT PV = RT

R C

V

C ≅

M i quan h C P và C V

dT

dT R C dT RT d C

H th c Maye

M i quan h C P và C V

) / ( 082 , 0 )

( 273

) / ( 4 , 22 ) (

1

K mol l atm K

mol l atm

T

PV

R = 0,082 x 24,2 (cal) = 1,987 (cal/mol.K) ~ 2 (cal/mol.K)

Thuy t đ ng h c ch t khí : n i n ng U = iRT/2

) / ( 2

dT

dU

C

V

=

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

=

i : s b c t do, là bi n s c n đ xác đ nh v trí c a phân t trong không gian

KLT : Nhi t dung không ph thu c nhi t đ

Khí th c: Tuân theo PT Van der Waals

Cp= a + bT + cT2 + …

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛ +

=

R

2 1

T

a R C

CP V

R C

CP− V=

Cvc a chuy n đ ng t nh ti n

Cvc a chuy n đ ng quay

Cvrung

CV

Nhi t đ (K)

Trang 5

S ph thu c c a nhi t dung vào nhi t đ

ng

Cacbon

Fe

L ng

CP

Nhi t đ (K)

Feα

Enthalpy (H)

• i l ng H = U + PV đ c g i là entanpi, đó

là hàm tr ng thái c a h

VdP PdV dU

PdV dU

dH = +

p

Q

H = Δ

P

P P

T

H T

Q

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂

= Δ

=

Entanpi (H)

nh lu t HESS

Hi u ng nhi t c a ph n ng ch ph thu c vào

tr ng thái đ u và cu i c a ph n ng mà không

ph thu c vào đ ng đi hay cách ti n hành c a

ph n ng »

Tr ng thái tiêu chu n 298 K

0 298 0

Δ

Hi u ng nhi t tiêu chu n

Tính gián ti p H N c a ph n ng

Entanpi (H)

H N c a ph n ng

ΔH (A B)= - ΔH (B A)

A B

¬ Sinh nhi t c a m t ch t ΔH sn

¬ Thiêu nhi t c a m t ch t ΔH tn

Entanpi (H)

Tính H N c a ph n ng

Các ch t đ u ΔHx Các ch t cu i

Các oxit cao nh t − ∑ΔHtn, cu i

∑ΔHtn, đ u

Các đ n ch t

b n v ng

ΔHx= Hsn,cu i- Hsn, đ u= Htn, đ u- Htn,cu i

Trang 6

S ph thu c c a nhi t đ - ΔH

• T i P = const

p p

T

H

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂

=

∫

+

1 ) ( )

TCpdT T

H T H

“ L Kirchhoff”

Nhi t đ

S n ph m

) (1

0

T H

r

Δ

T1

) ( 2

0

T H

r

Δ

T2

nh lu t Kirchhoff

∫ +

1 ) ( )

T CpdT T

H T H

Ch t Ph n ng

Mô ph ng n i dung đ nh lu t Kirchhoff

Khi t ng nhi t đ , entanpi c a s n

ph m và c a ch t ph n ng đ u

t ng, nh ng theo m c đ khác nhau.Thùy theo t ng tr ng h p c

th thì entanpi ph thu c vào nhi t dung c a ch t.

∫ Δ + Δ

=

1

0 1

0 2

T r p r

rH T H T C dT

∑

=

Δ

ung phan chat

0 , pham

san

0 , 0

m p m

p p

Bi n thiên tiêu chu n Entanpi c a ph n ng hóa h c

∫ +

1

) ( )

T CpdT T

H T

H

∑CP

Nhi t đ

ΔH

Nhi t đ

∫ Δ + Δ

1

0 1 0 2 0

) ( )

r

ung phan chat 0 , pham

san 0 , 0

m p m

p p

∑

san 0

nC

0

0=

Δ Cp

TR NG H P 1

SUY RA

) ( )

( 0 1 2

0

T H T

r = Δ Δ

S PH THU C C A NHI T DUNG VÀΔH VÀO NHI T

∑CP

Nhi t đ

ΔH

Nhi t đ

∫ Δ +

Δ

1

0 1

0

2

0( ) ( ) T

r

san 0 , 0

m p m p p

const nC và const

nC p m= ∑ p m=

∑

san

0 ,

const

Cp=

TR NG H P 2

SUY RA H T H0T1 CpT

2

0( ) = Δ ( ) + Δ Δ

a)

0

0>

Δ Cp

∑CP

Nhi t đ

ΔH

Nhi t đ

∫ Δ + Δ

1

0 1 0 2

0( ) ( ) T

r

san 0 , 0

m p m p p

const nC và const

nC p m= ∑ p m=

∑

san 0 ,

const

Cp=

TR NG H P 2

SUY RA H T H0T1 CpT

2

0( ) = Δ ( ) + Δ Δ

b)

0

0<

Δ Cp

Trang 7

∑CP

Nhi t đ

∫ Δ + Δ

1

0 1

0

2

0( ) ( ) T

r

san 0 , 0

m p m p p

const

nC

và const

nC

m

p

m

p

≠

∑

ung

phan

chat

0

,

pham

san

0

,

const

Cp≠

TR NG H P 3

SUY RA

0

0<

Δ Cp

0

0>

Δ Cp

ΔH

Nhi t đ

∑CP

Nhi t đ

∫ Δ + Δ

1

0 1 0 2

0( ) ( ) T

r

san 0 , 0

m p m p p

const nC

và const nC

m p

≠

∑

∑ ung phan chat 0 , pham san 0 ,

const

Cp≠

TR NG H P 3

SUY RA

0

0>

Δ Cp

0

0<

Δ Cp

ΔH

Nhi t đ

Δ‡H Reactants Activated complex

Activation

ΔfH Elements Compound

Formation

ΔcH Compound (s,l,g) + O2(g) CO2(g) + H2O (l,g)

Combustion

ΔrH Reactants Products

Reaction

ΔionH

X (g) X+(g) + e-(g)

Ionization

ΔatH Species (s,l,g) atoms (g)

Atomization

ΔhydH

X±(g) X±(aq)

Hydration

ΔsolH Solute Solution

Solution

ΔsubH

s g

Sublimation

ΔvapH

l g

Vaporization

ΔfusH

s l

Fusion

ΔtrsH Phase α Phase β

Transition

Symbol*

Process

Transition

* IUPAC recommendations In common usage, the transition subscript is often attached toΔH, as in ΔHtrs

Estimate its value at 100 °C given the following values of the molar heat capacities at constant pressure:

H 2 O (g) : 33.58 JK -1 mol -1

H 2 (g) : 28.84 JK -1 mol -1

O 2 (g) : 29.37 JK -1 mol -1 Assume that the heat capacities are independent of temperature

) ) 2 1

2g O g H O g

H + →

∑

= Δ

reactants 0 , products

0 , 0

m p m p p

⎭

⎫

⎩

−

=

2 1 ) , ( ) ,

, 2 0 , 2 0 ,

r

1 1

94 9 ) 37 29 ( 2 1 84 28 58

⎭

⎫

⎩

⎧ +

−

{( 9.94 ) ( 9.94 )}

kJmol 82 241 ) 373

T T H

kJmol 82 241 ) 373

1 6

− kJmol

+ Δ

=

1

0 1

0 2 0

) ( )

r

Định dạng
Số trang	7
Dung lượng	702,81 KB