CHƯƠNG 4 NHIỆT hóa học

Nhiệt hóa học Thermo chemistry Nghiên cứu sự chuyển hóa giữa hóa năng và nhiệt năng, nghĩa là chuyển năng lượng của phản ứng hóa học thành nhiệt năng.. Nhiệt động học Thermodynamics

Trang 1

CHƯƠNG 4 NHIỆT HÓA HỌC

Trang 2

4.1 Một số khái niệm

Trang 4

4.1.1.Nhiệt động học, nhiệt động hóa học, nhiệt hóa học

Nhiệt động hóa học (Chemical thermodynamics)

Nghiên cứu sự chuyển hóa giữa hóa năng và các dạng

năng lượng khác trong các quá trình hóa học

Nhiệt hóa học (Thermo chemistry)

Nghiên cứu sự chuyển hóa giữa hóa năng và nhiệt năng,

nghĩa là chuyển năng lượng của phản ứng hóa học thành nhiệt năng

Nhiệt động học (Thermodynamics)

Nghiên cứu sự chuyển hóa giữa tất cả các dạng năng

lượng, những qui luật có liên quan tới các biến đổi nhiệt

năng thành các dạng năng lượng khác

Cơ sở lý thuyết: nguyên lý I, II và III

Trang 5

4.1.2 Hệ

Là tập hợp các vật thể xác định trong không gian nào đó, phần còn lại xung quanh là môi trường

Hệ hóa học: lượng chất nhất định của một hay

nhiều chất ở điều kiện nhiệt độ, áp suất và nồng

Trang 6

2 Kín Không Có

3 Cô lập Không Không

4.Hệ đoạn nhiệt: không trao đổi chất và nhiệt nhưng có thể trao đổi công

5.Hệ đồng thể: Các cấu tử cùng một pha hay là không có

bề mặt phân chia giữa các cấu tử

6.Hệ dị thể: Các cấu tử khác pha hay là có bề mặt phân chia giữa các cấu tử

Trang 7

4.1.3 Trạng thái (nhiệt động) - Thông số trạng thái –

Trang 9

Hàm trạng thái

 Biểu diễn mối quan hệ giữa các thông số trạng thái

 Có giá trị phụ thuộc vào các thông số trạng thái

không phụ thuộc vào cách biến đổi của hệ

 không phụ thuộc vào đường đi của hệ

Nhiệt độ T, áp suất P, thể tích V, nội năng U, enthalpy H, entropy S, thế đẳng áp G …

Ví dụ: Khí lý tưởng PV = nRT → P = nRT/V

Hàm trạng thái

Trang 10

Trạng thái cân bằng

Các thông số trạng thái ở mọi điểm của hệ phải

có giá trị như nhau và không thay đổi theo thời gian

Hàm trạng thái

Trang 11

Trạng thái chuẩn

Quy ước các chất ở các điều kiện chuẩn:

 Chất tinh khiết và ở trạng thái tập hợp bền dưới P và T chuẩn

 Rắn: trạng thái đa hình bền ở điều kiện P và T chuẩn

 Khí : khí lý tưởng (ở P chuẩn)

 Dung dịch: nồng độ 1 mol/l

 Áp suất:1 atm

 Nhiệt độ: bất kỳ, thường lấy là 298,15K (25°C)

Hàm trạng thái

Trang 12

4.1.4 Quá trình (nhiệt động)

Là sự biến đổi xảy ra trong hệ gắn liền với sự thay đổi của ít nhất là một thông số trạng thái

Khi một hệ chuyển từ trạng thái này sang trạng

thái khác tức là hệ thực hiện một quá trình

Trang 13

là quá trình biến đổi hệ qua một số giai đoạn đưa

hệ đến trạng thái cuối trùng với trạng thái đầu

4.1.4 Quá trình (nhiệt động)

Trang 14

4.1.5 Năng lượng, nhiệt và công

Năng lượng là thước đo sự chuyển động của các chất

Nhiệt là thước đo

Nhiệt và công chỉ xuất hiện trong quá trình biến đổi trạng thái của hệ

 hàm của quá trình, phụ thuộc cách tiến hành

Trang 15

Quy ước về dấu của NHIỆT và CÔNG

4.1.5 Năng lượng, nhiệt và công

Trang 16

Chương 4: Nhiệt hóa học

4.2 Nguyên lí I của NĐLH

Hiệu ứng nhiệt của quá trình

Trang 17

4.2.1 Nguyên lí I của nhiệt động lực học

hoặc tự mất đi, chúng chỉ được chuyển từ hoặc

chuyển thành một dạng năng lượng khác với

lượng phải được bảo toàn ”

 ĐL bảo toàn năng lượng

 Khi cung cấp cho hệ một lượng nhiệt Q thì

lượng nhiệt này dùng làm tăng nội năng U của

hệ và giúp hệ thực hiện một công A chống lại

các lực bên ngoài tác động lên hệ

Q = ΔU + A Với : ΔU: độ biến đổi nội năng U của hệ

A = ∫ PdV

Trang 18

Quá trình đẳng tích: ∆V=0  A=0  Qv=∆U

Quá trình đẳng áp: A=P.∆V  Qp= ∆U+P.∆V

Q = ΔU + A

Trang 19

Nội năng U

 Là năng lượng toàn phần sẵn có của hệ, trừ động năng

và thế năng

U = Etịnh tiến + Equay + Edao động + Ehút,đẩy + Enhân

 Là hàm trạng thái, là thông số dung độ

 Đơn vị: J/mol; cal/mol

 Không thể xác định chính xác tuyệt đối giá trị nội năng của hệ tại một trạng thái nhưng có thể suy ra một cách chính xác độ biến thiên nội năng DU của hệ khi hệ chuyển trạng thái :

DU = U2 – U1 = Qv

Trang 20

H là năng lượng dự trữ toàn phần của hệ

 Đơn vị: kJ/mol hay kcal/mol

Trang 21

 là lượng nhiệt tỏa ra hay thu vào trong các quá

Quy ước dấu: Tỏa nhiệt: ΔH <0 , ΔU < 0

4.2.2.Hiệu ứng nhiệt của quá trình

Trang 22

Pư toả nhiệt Pư thu nhiệt

Trang 23

Quan hệ giữa ΔH và ΔU:

DH = DU + P.DV Phản ứng chỉ có chất rắn, chất lỏng

DV  0 nên DH  DU

Phản ứng có chất khí

PV = nRT (xem khí là khí lý tưởng)

 P.DV = Dn.R.T  DH = DU + Dn.R.T

Dn =  (số mol khí)sp - (số mol khí)cđ

trong phương trình phản ứng (R = 1,987cal/mol.K = 8,314 J/mol.K)

Trang 24

VD: Tính hiệu ứng nhiệt đẳng tích ∆U của các pư sau ở 25 o C (1) Fe2O3(r) + 3CO(k) 2Fe(r) + 3CO2(k) ∆H 0

DH = DU + Dn.R.T

Quan hệ giữa ΔH và ΔU:

Trang 25

1 Nhiệt tạo thành

là hiệu ứng nhiệt của phản ứng tạo thành 1 mol

chất từ các đơn chất ứng với trạng thái tự do

bền nhất trong những điều kiện đã cho về áp suất và nhiệt độ

Đơn vị: kJ/mol hay kcal/mol

Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn:

DH0298 tt hay DH0298 f  điều kiện tiêu chuẩn (25°C,1atm)

Trang 27

2 Nhiệt đốt cháy

là hiệu ứng nhiệt của phản ứng đốt cháy

1 mol chất bằng khí oxy tạo thành các oxit cao bền ở điều kiện phản ứng

Đơn vị: kJ/mol hay kcal/mol

Nhiệt đốt cháy tiêu chuẩn:

DH0

298 đc hay DH0

298 b  điều kiện tiêu chuẩn (25°C,1atm)

Trang 28

2 Nhiệt đốt cháy

Đối với chất hữu cơ, nhiệt đốt cháy là hiệu ứng

nhiệt của phản ứng đốt cháy 1 mol chất hữu cơ bằng oxy vừa đủ tạo thành khí CO2, nước lỏng

và một số sản phẩm khác (N2, X2 , HX )

nước lỏng được qui ước bằng không

Trang 29

 Nhiệt hòa tan

 Nhiệt chuyển pha

Trang 30

3 Phương trình nhiệt hóa học

Chiều diễn ra của các quá trình hóa học

là phương trình phản ứng hóa học thông thường có ghi kèm hiệu ứng nhiệt và trạng thái tập hợp, dạng thù hình của các chất

Có thể xử lý các phương trình nhiệt hóa học

như những phương trình đại số (cộng, trừ, nhân với một hệ số, đổi chiều )

Trang 31

298 = – 185,6kJ

Trang 32

Dự đoán chiều hướng diễn ra của PU hóa học:

Ở điều kiện nhiệt độ thấp, phản ứng phát nhiệt

(DH < 0) là phản ứng có khả năng xảy ra tự phát

 Ví dụ:

Zn(r) + 2HCl(dd) → ZnCl2(dd) + H2(k) DH 0

298 = - 152.6kJ ½ H2(k) + ½ Cl2(k) → HCl(k) D H0298 = - 92,8kJ

C(graphit) + H2O(k) → CO(k) + H2(k) D H 0

298 = + 131,3 kJ

Trang 33

4 Các định luật nhiệt hóa học và các hệ quả

Định luật Lavoisier – La Place

Lượng nhiệt được hấp thụ khi một chất phân hủy thành các nguyên tố bằng lương nhiệt phát

ra khi tạo thành hợp chất đó từ các nguyên tố

 Hiệu ứng nhiệt của phản ứng nghịch bằng

hiệu ứng nhiệt của phản ứng thuận nhưng trái dấu

Trang 34

và đặc điểm của các giai đoạn trung gian

Nói cách khác: nếu có nhiều cách biến đổi hệ

từ trạng thái đầu sang trạng cuối thì tổng hiệu ứng nhiệt của mỗi cách phải bằng nhau

Trang 35

Định luật Hess (1840)

B C

A

Sản phẩm phản ứng

Chất phản ứng

Trang 36

Trang 37

Hệ quả 1: Hiệu ứng nhiệt của phản ứng bằng tổng nhiệt tạo thành của các sản phẩm trừ đi tổng nhiệt tạo thành của các chất đầu

bằng tổng nhiệt đốt cháy của các chất đầu trừ đi tổng nhiệt đốt cháy của các sản phẩm phản ứng

Trang 38

Tính theo nhiệt tạo thành

DH0

298 PƯ = ∑DH0

298 tt (SẢN PHẨM) - ∑DH0

298 tt (CHẤT ĐẦU)

Trang 39

5 Xác định hiệu ứng nhiệt của các quá trình hóa học

CH4(k) + 2O2 (k)  CO2 (k) + 2H2O(l)

(DH°298)tt[kJ/mol] -75 -394 -284

DH°298pư = (– 394 + 2 (– 284)) – (– 75 + 0) = – 891 (kJ)

Hiệu ứng nhiệt của PƯ ở đk chuẩn, 298K là: -891 kJ

Nhiệt đốt cháy tiêu chuẩn của CH4 (k) là : -891kJ/mol

 Tính hiệu ứng nhiệt theo nhiệt tạo thành

DH° = [ c DH°tt (C)+ d DH°tt (D)] – [ a DH°tt (A)+ b DH°tt (B)]

Trang 40

 Tính hiệu ứng nhiệt theo nhiệt đốt cháy

(1) C(gr) + ½ O2(k)  CO(k) DH0298 = ?

(2) C(gr) + O2 (k)  CO2(k) DH0298đc = – 393.5kJ/mol

(3 ) CO(k) + ½O2(k)  CO2(k) DH0298đc = – 283.0kJ/mol (2) - (3)  (1)

Trang 41

 Chu trình Born – Haber  xác định NL mạng tinh thể

5 Xác định hiệu ứng nhiệt của các quá trình hóa học

Định dạng
Số trang	41
Dung lượng	1,45 MB