CHƯƠNG 5 THẾ ĐẲNG áp

 Quá trình truyền nhiệt nhiệt năng  các dạng năng lượng khác không đạt hiệu suất 100%  một phần nhiệt không thể chuyển hóa được, chỉ dùng để truyền cho vật thể có nhiệt độ thấp hơn v

Trang 2

2

Trang 3

5.1 Quá trình thuận nghịch – Quá trình bất thuận nghịch

mà không có một biến đổi nhỏ nào

Ví dụ: Các quá trình chuyển pha (nóng chảy  đông đặc, bay hơi  ngưng tụ, hòa tan  kết tinh)

Xảy ra với tốc độ vô cùng chậm

Trang 4

5.1 Quá trình thuận nghịch – Quá trình bất thuận nghịch

Trang 5

5

Trang 6

Quá trình nóng chảy, bay hơi (DH >0) tự diễn ra theo

chiều hướng đi từ trạng thái có độ hỗn loạn thấp đến

trạng thái có độ hỗn loạn cao

6

DH chưa thể xem là đại lượng tiêu chuẩn để tiên đoán

chiều và giới hạn quá trình

H2O(l) H2O(k) H2O(r) H2O(l)

5.2.Nguyên lí II nhiệt động lực học - entropy

Nhắc lại: Theo nguyên lí I: Phản ứng phát nhiệt

(DH < 0) có khả năng xảy ra tự phát

 Tuy nhiên:

Trang 7

5.2.1.Khái niệm về entropy

Nguyên lí II: “Nhiệt chỉ có thể truyền từ vật thể

có nhiệt độ cao hơn sang vật thể có nhiệt độ thấp hơn “

 Dựa vào nguyên lý II, nghiên cứu sự liên hệ giữa lượng nhiệt hệ thu vào với công hệ thực hiện khi chuyển từ nhiệt độ cao đến nhiệt độ

thấp, người ta đưa ra khái niệm entropy (S)

 Quá trình truyền nhiệt là quá trình bất thuận nghịch

7

Trang 8

 Quá trình truyền nhiệt (nhiệt năng  các dạng năng

lượng khác) không đạt hiệu suất 100%  một phần

nhiệt không thể chuyển hóa được, chỉ dùng để truyền cho vật thể có nhiệt độ thấp hơn và làm cho vật thể này biến đổi entropy một lượng là ΔS, với:

T

Q

S 

D

Dấu “ = ” ứng với QT thuận nghịch

Dấu “ > ” ứng với QT bất thuận nghịch

8

Trang 9

Trang 10

5.2.2.Ý nghĩa vật lý của entropy

10

Xét hệ thống hai bình cầu được nối với nhau bằng một khóa K Một bình chứa khí trơ He là hệ khảo sát , bình kia là chân không

Trạng thái đầu: khóa K đóng, khí

->theo nguyên lý II có ΔS > 0 (tăng entropy)

Trang 11

-> entropy S là thước đo mức độ hỗn loạn vô trật tự của vật chất

Trang 12

Xét xác suất trạng thái nhiệt động của hệ

 Xác suất nhiệt động W: là số cách sắp xếp các phần tử trong hệ: W>>1

-> Xác suất nhiệt động W là thước đo độ hỗn loạn của hệ

12

Trang 13

Xét xác suất trạng thái nhiệt động của hệ:

Trạng thái cuối có xác suất trạng thái lớn hơn trạng thái

đầu

Quá trình bất thuận nghịch làm tăng xác suất trạng thái

(tăng entropy của hệ)

Tóm lại:

Quá trình bất thuận nghịch tự xảy ra luôn kèm

theo sự tăng entropy, tăng xác suất trạng thái,

tăng độ hỗn loạn

-> entropy S là thước đo xác suất trạng thái của

hệ

Trang 14

Sự biến đổi entropy của một số quá trình:

C(gr) + CO2(k) → 2CO (k) Dn=1>0 → DV >0 → DSpư >0 14

Trang 15

N2(k) + 3H2(k) → 2NH3(k)

Dn= -2<0 → DV<0 → DSpư <0

Các quá trình làm giảm độ hỗn loạn của

hệ có ΔS<0: đông đặc, ngưng tụ, kết tinh,

cô cạn dung dịch, phản ứng giảm số mol khí

Sự biến đổi entropy của một số quá trình:

Trang 16

5.2.3.Tính chất của entropy

Hệ càng phức tạp, phân tử càng phức tạp entropy càng lớn

Có tính dung độ, là hàm trạng thái giống như U, H

Đơn vị: J/mol.K hay cal/mol.K

entropy tiêu chuẩn (S0

298): đo ở các điều kiện chuẩn giống như (H0

Trang 17

Đối với cùng một chất: từ trạng thái

Trang 19

R W

Nhân biểu thức trên với N0

Trang 20

Nguyên lý III NĐH (Định luật Nernst):

“Entropy của các chất nguyên chất dưới dạng tinh thể hoàn hảo ở nhiệt độ không tuyệt đối = 0”

-> có thể xác định được entropy tuyệt đối của các chất ở bất kỳ nhiệt độ nào

20

5.2.4.Tính toán về entropy

Trang 21

 Tính độ biến đổi entropy ΔS trong các quá trình:

Trang 23

K J

ΔS0T ≈ ΔS0298

5.2.4.Tính toán về entropy

Trang 24

 Tính độ biến đổi entropy ΔS trong các quá trình

 Các quá trình dãn nở đẳng nhiệt thuận nghịch của khí

-> Quá trình xem như đối với khí lý tưởng:

Trang 25

S  pD

Nếu khoảng nhiệt độ không lớn lắm, có thể coi Cp

không phụ thuộc vào nhiệt độ

Ví dụ: Cho của nước là 69.89J/mol.K, nhiệt dung phân tử đẳng áp của nước là 75.24J/mol.K

Xác định entropy tuyệt đối của nước ở 0 0 C

0 298

S

K mol J

S S

S

K mol J

C S

S

/

3 63 59

6 89

69

) /

( 59

6 273

298 ln

0 298 273

0 298

0 273

0 298

0 298 273





 D

 Các quá trình đẳng tích

Trang 27

công của dòng điện trong pin điện hoá

công chống lại từ trường công của các phản ứng quang hoá

trừ công cơ học (công dãn nở)

Xét quá trình đẳng áp, đẳng nhiệt

Entanpi H và entropy S  chiều hướng của QT

5.3.Thế đẳng áp đẳng nhiệt và chiều diễn ra của phản ứng hóa học

Trang 28

1 2

2 2

'

' '

'

U U

TS H

A

TS PV

S T V

P U

A

A V

P U

S T

 D





 D

 D

 Đặt: G = H - TS

Phương trình cơ bản của nhiệt động hóa học:

DG = DH - TDS

G Ghay

G G

A    D   D

Công có ích sẽ là cực đại khi QT là thuận nghịch

A’ max = -∆G



G: Thế đẳng áp đẳng nhiệt (thế đẳng áp) Năng lượng tự do Gibbs

28

Trang 29

 Phương trình cơ bản của nhiệt động hóa học:

DG = DH - TDS

Quá trình là thuận nghịch: A’max = -∆G

Trong quá trình nhiệt động không phải toàn bộ lượng nhiệt cung cấp cho hệ (DH) được chuyển thành công có ích (∆G), mà còn một lượng không thể chuyển thành công được (T.DS)

 Thế đẳng áp tiêu chuẩn (đo ở đk chuẩn) D G2980

Đơn vị đo: kJ/mol hay kcal/mol

29 5.3.1.Thế đẳng áp đẳng nhiệt

Trang 30

5.3.2 Biến đổi thế đẳng áp và điều kiện diễn ra của các QT hóa học

Phản ứng xảy ra theo chiều thuận

Phản ứng xảy ra theo chiều nghịch

Điều kiện diễn ra của các quá trình hóa học

Trang 31

 Dự đoán chiều hướng diễn ra của các quá trình hóa học

Ở nhiệt độ và áp suất không đổi:

Trang 32

 Xác định độ thay đổi thế đẳng áp DG của các quá trình hóa học

Theo định luật Hess

D

nFE

G  D

Trang 33

Ví dụ:Tính

C(gr) + H2O (k) > CO(k) + H2(k)

(kJ/mol) 0 -241,82 -110,52 0 (J/mol.K) 5,74 118,72 197,56 130,57

0 298

Dự đoán chiều diễn ra của quá trình trong thực tế

Định dạng
Số trang	33
Dung lượng	1,22 MB