Mối liên hệ giữa ΔG của phản ứng hóa học với các đại lượng nhiệt động khác 2.1.. Công thức tính ΔG cho phản ứng oxi hóa-khử xảy ra trong dung dịch nước 3.. Mối liên hệ giữa các đại lượng
Trang 1CHƯƠNG I MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ PHẢN ỨNG HÓA HỌC
NHIỆT ĐỘNG HỌC VÀ CHIỀU PHẢN ỨNG
1 Điều kiện xảy ra phản ứng hóa học
2 Mối liên hệ giữa ΔG của phản ứng hóa học với các đại lượng nhiệt động khác
2.1 Công thức tổng quát cho mọi phản ứng
2.2 Công thức tổng quát cho mọi phản ứng ở điều kiện chuẩn
2.3 Công thức tính ΔG cho phản ứng oxi hóa-khử xảy ra trong dung dịch nước
3 Mối liên hệ giữa các đại lượng nhiệt động của phản ứng hóa học với nhiệt độ
3.1 Công thức ΔG phụ thuộc vào nhiệt độ
3.2 Công thức hằng số cân bằng K phụ thuộc vào nhiệt độ
3.3 Sự phụ thuộc của entanpi phản ứng ΔH vào nhiệt độ
3.4 Sự phụ thuộc của entropy phản ứng ΔS vào nhiệt độ
4 Mối liên hệ giữa chiều của phản ứng hóa học với năng lượng liên kết
4.1 Sự liên hệ giữa ΔH của phản ứng với năng lượng liên kết
4.2 Sự liên hệ giữa ΔS của phản ứng vào năng lượng liên kết
5 Thuyết axit-bazo
Trang 2Điều kiện xảy ra phản ứng hóa học
Cgr + O2 (k) CO2 (k)
Nhiệt động hóa học: phản ứng hóa học xảy ra theo chiều giảm thế đẳng áp của quá trình
ΔG < 0
Số liệu tính ΔG của phản ứng hóa học có tương đối đầy đủ trong các Handbook có thể tính toán về mặt lý thuyết khả năng xảy ra của phản ứng.
Động hóa học: tốc độ phản ứng hóa học xảy ra phải đủ lớn
v >> 0
Tốc độ phản ứng hóa học = f(nhiệt độ, xúc tác, nồng độ, dung môi …) nên khó có thể dự đoán tốc độ của phản ứng (trừ một số phản ứng xảy ra nhanh ở nhiệt độ phòng như phản ứng giữa trugn hòa axit-bazo, phản ứng tạo kết tủa trong dung dịch chất điện ly …).
Do đó tốc độ của phản ứng hóa học phải xác định bằng thực nghiệm.
Năng lượng hoạt hóa càng nhỏ thì tốc độ phản ứng càng lớn, nhưng số liệu của năng lượng hoạt hóa của phản ứng công bố trong các Handbook có rất hạn chế.
700 o C
mol kJ
G298o = − 394 38 /
∆
Trang 3Mối liên hệ giữa ΔG của phản ứng hóa học với
các đại lượng nhiệt động khác
Công thức tổng quát cho mọi phản ứng
[ ] J G
G S
T H
G
tg
s
tg sp
s
sp ∑
=
∆
−
∆
=
K
RT
∆
K – hằng số cân bằng của phản ứng
Π – tính giống như K nhưng lấy ở điều kiện bắt đầu phản ứng
R – hằng số khí lý tưởng, R = 8.314 [J/molK]
ΔG – biến thiên thế đẳng áp của phản ứng [J]
ΔH – entanpi của phản ứng [J]
Trang 4Mối liên hệ giữa ΔG của phản ứng hóa học với
các đại lượng nhiệt động khác
[ ] J G
G S
T H
G
tg
s
tg sp
s sp
o o
∑
=
∆
−
∆
=
n N
n
n
i
i
n
n c
n
P K
RT K
∆
=
=
=
∑
1
) (
Ở điều kiện chuẩn: P = 1 atm, C = 1M
p
o RT K
∆
R = 0.082 latm/molK
P – áp suất chung hệ phản ứng khi cân bằng [atm]
Σni – tổng số mol khí có mặt trong phản ứng khi cân bằng
Δn – hiệu số mol khí của sản phẩm và
số mol khí của chất tham gia
Kp, Kc – chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ
Phản ứng thuận nghịch
N n
c
p K K K K
Trang 5Mối liên hệ giữa ΔG của phản ứng hóa học với
các đại lượng nhiệt động khác
K
RT nFE
∆
bKH ne
Công thức tính ΔG cho phản ứng oxi hóa-khử xảy ra trong dung dịch nước
p
o
∆
b
a o
KH OXH
KH OXH
KH
OXH nF
RT
] [
]
[ lg
/ / = ε + ε
n – số e trao đổi giữa chất OXH và chất KH trong phản ứng
F – hằng số Faraday, F ~ 96500 C/mol
E = εOXH – εKH, εOXH thế khử của cặp OXH-KH có dạng OXH tham gia phản ứng
ε thế khử của cặp OXH-KH có dạng KH tham gia phản ứng
Trang 6Mối liên hệ giữa ΔG của phản ứng hóa học với
các đại lượng nhiệt động khác
) ( 2
2 e Cu r
Công thức tính ΔG cho phản ứng oxi hóa-khử xảy ra trong dung dịch nước Phản ứng có chất rắn hoặc chất lỏng không tan trong nước
Phản ứng có chất khí
Phản ứng có tham gia của môi trường
+
= + +
2 /
2
059
0
2
2 Cu Cu o Cu Cu
ε
+
=
k
2
2 2
2 /
/
]
[ lg 2
059
0
H
o H H H
H +
+
= +
ε
O H
Mn H
e
] [
] ][
[ lg 5
059
0
2
8 4
/ / 2 4 2
+
−
+
+
−
Mn
H
MnO
o
Mn MnO
Mn
ε
Trang 7b
a o
KH OXH
KH OXH
KH
OXH nF
RT
] [
]
[ lg /
/ = ε +
ε
Ý nghĩa của Thế điện cực (thế khử) chuẩn
Thế khử chuẩn: trong môi trường acid pH = 0
Thế khử chuẩn: trong môi trường bazo pH = 14
1 Sức điện động của pin = thế của điện cực dương – thế của điện cực âm.
2 Kim loại có thế điện cực chuẩn < 0 có thể tan trong dung dịch acid loãng giải phóng hydro.
3 Kim loại có thế điện cực chuẩn bé đẩy được kim loại có thế điện cực chuẩn lớn hơn ra khỏi dung dịch muối của nó.
Trang 8Mối liên hệ giữa các đại lượng nhiệt động của
phản ứng hóa học với nhiệt độ
∫ ∆
−
=
∆
−
∆
⇔
∆
−
=
∆
∂
1
1 2
2 1
2 2
T T
T T
T P
dT T
H T
G T
G T
H T
G T
∫ ∆
−
=
⇔
∆
=
∂
1 1
2
2 2
1 ln
T
o T P
P
o T P
T
H R
K
K RT
H T
K
T
T o
+
∆
=
1 1 2
1
1
T
T tg
tg P sp
sp P T
T T
P T
T H C dT H C C dT H
∫ ∆
+
∆
=
1
1 2
T T
P T
T
C S
S
Phương trình R Kirchhoff
Phương trình Gibbs-Helholtz
Phương trình đẳng áp Van’t Hoff