Chương 2 lth pư HVC(TC)

Hiệu ứng nhiệt của các quá trình hóa học 1 Hiệu ứng nhiệt của phản ứng - Định luật Hess Nhiệt lượng toả ra hay thu vào trong các quá trình hoá học gọi là hiệu ứng nhiệt của quá trìn

Chương II LÝ THUYẾT PHẢN

ỨNG TRONG HOÁ VÔ CƠ

(3/3)

I CHIỀU HƯỚNG DIỄN BIẾN VÀ TỐC ĐỘ

PHẢN ỨNG TRONG HÓA VÔ CƠ

II ỨNG DỤNG KHẢO SÁT MỘT SỐ QUÁ

TRÌNH TRONG HÓA VÔ CƠ

III TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG – CÂN BẰNG HÓA HỌC

2

1) Hiệu ứng nhiệt của các quá trình hóa học

2) Các yếu tố tác động lên chiều hướng diễn

biến của các quá trình hóa học

3

I CHIỀU HƯỚNG DIỄN BIẾN VÀ TỐC

ĐỘ PHẢN ỨNG TRONG HÓA VÔ CƠ

I Hiệu ứng nhiệt của các quá trình hóa học

1) Hiệu ứng nhiệt của phản ứng - Định luật

Hess

Nhiệt lượng toả ra hay thu vào trong các quá

trình hoá học gọi là hiệu ứng nhiệt của quá

trình (thường gọi tắt là nhiệt phản ứng)

QV = ∆U ; QP = ∆H

Định luật Hess : Trong trường hợp áp suất không

đổi (hoặc thể tích không đổi), Hiệu ứng nhiệt của

phản ứng hoá học QP (hoặc QV) chỉ phụ thuộc vào

bản chất và trạng thái của các chất đầu và các sản

phẩm của phản ứng mà không phụ thuộc vào cách

tiến hành phản ứng

Trạng thái chuẩn

- Đối với các chất khí coi như khí lý tưởng thì trạng thái chuẩn là trạng thái ở 250C và p = 1atm

- Đối vơi chất rắn và lỏng thì trạng thái chuẩn là chất

nguyên chất ở dạng bền nhất của chúng ở điều kiện

thường khi áp suất bằng 101,325kPa hay p = 1atm

• Đối với chất tan bao gồm chất điện li, không điện li

và các ion thì trạng thái chuẩn là trạng thái khi hoạt

độ của chúng bằng đơn vị dưới áp suất 1atm

• Nhiệt độ chuẩn là 2980K (chính xác là 298,15K) hay

250C

• Hiệu ứng nhiệt tiêu chuẩn ∆H0

298 , ∆U0298

5

Hệ quả của định luật Hess :

a) ∆H0Pƣ = j∆H0

S ,cuối - i∆H0

S, đầu

• Entanpi sinh (entanpi hình thành) của một chất là

hiệu ứng nhiệt của phản ứng tạo thành một mol chất

ấy từ các đơn chất ở trạng thái bền vững nhất trong những điều kiện đã cho về nhiệt độ và áp suát

b) ∆H 0

Pƣ = i∆H 0

ch ,đầu - j∆H 0

ch,cuối

• Entanpi cháy của một chất là hiệu ứng nhiệt của phản

ứng đốt cháy một mol chất tới các dạng oxi hoá

thich ứng của các nguyên tố

Chiều hướng diễn biến của quá trình

Ứng dụng của định luật Hess :

1) Tính các phương trình nhiệt hoá học

2) Tính nhiêt hidrát hoá hay nhiệt hoà tan

3) Tính nhiêt chuyển pha

4) Tính năng lượng liên kết

* Năng lượng của một liên kết định vị là năng lượng được

giải phóng khi liên kết hoá học được hình thành từ những nguyên tử cô lập

• Năng lượng mạng lưới tinh thể là năng lượng được giải

phóng khi một mol chất tinh thẻ được hình thành từ các ion

Ứng dụng của định luật Hess :

• Hiệu ứng nhiệt của quá trình hoà tan 1 mol LiF rắn vào

∞ mol nước là 0,76Kcalo Tính nhiệt hidrát hoá của các ion Li+ , biết nhiệt hidrát hoá của F- , - 119,02 Kcalo năng lượng mạng lưới tinh thể ion của LiF = -247,4 kcal

Giải LiF(r) Li+.aq + F - .aq

Ứng dụng của định luật Hess :

3) Tính nhiêt chuyển pha

Lưu huỳnh hình thoi ST và lưu huỳnh đơn tà SD là hai dạng thù hình của nguyên tố lưu huỳnh Xét xem:

Ứng dụng của định luật Hess :

3) Tính nhiêt chuyển pha

Ứng dụng của định luật Hess :

2 1

Tính năng lượng mạng lưới của tinh thể NaCl từ các

dữ kiện thực nghiệm sau đây:

Nhịêt năng hoá của Na(r): 20,64 kcal.mol-1

Năng lượng liên kết của Cl2: 58 kcal.mol-1

Ái lực với electron của clo: 83,17 kcal.mol-1

Năng lượng ion hoá của Na: 119,98 kcal.mol-1

Hiệu ứng nhiệt của phản ứng:

Na (r) + Cl2(k) = NaCl(r) là 98,23 kcal.mol-1

Ứng dụng của định luật Hess :

13

2 1

Viết chu trình Born – Haber cho NaCl :

U(NaCl) = (-98,23 – 20,64 – 119,98 – 29 + 83,17) kcal.mol-1

3 TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG

3.1 Định nghĩa tốc độ phản ứng hóa học

Tốc độ phản ứng hoá học được đo bằng độ biến thiên nồng độ của các chất phản ứng (hay sản phẩm phản ứng ) trong 1 đơn vị thời gian

(4-1)

• Ở đây, là tốc độ phản ứng trung bình,  C là biến thiên nồng

độ trong khoảng thời gian  t, t: thời gian phản ứng tính bằng s hoặc phút; C: nồng độ mol/l)

• Chú ý định nghĩa này chỉ đúng khi thể tích hệ phản

dC ndt

dC mdt

dC

V t   A   B  C  D

15

3 TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG

• Vận tốc phản ứng phụ thuộc bản chất, nồng độ (nếu chất khí là P) của chất phản ứng và có khi nồng độ

e k V

RT

e k V

1 R T T

e V

V

1

2 1

2

k

k V

2 R T T

e k

1

2 k e R T T k

1 1

T T

R E

RT

e k V

n t t

t

k

k k

k  10    24   10   RT

E a

Ae

19

3.3 ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG - Định luật tác

dụng khối lượng của Guldberg-Waage

• Định luật tác dụng khối lượng, do Gulberg và Waage

đưa ra vào các năm 1864 và 1867

“ Với các phản ứng đồng thể chỉ diễn ra theo 1 giai

đoạn, ở nhiệt độ không đổi tốc độ của phản ứng hoá học tỉ lệ với tích số nồng độ của các chất tham gia

phản ứng với các luỹ thừa tương ứng là các hệ số

phân tử trong quá trình phản ứng”

• Ví dụ: phản ứng:

Tốc độ được biểu diễn: V = k [A]m [B]n

qD pC

nB

3.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TỐC

3.2.Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng

3.2.1 Quy tắc Van't Hoff

3.2.2 Phương trình thực nghiệm Arrhenius

n t

t

t

k

k k

k  10       10  

4 2

RT

E a

Ae k





A RT

E

ln    lg k   2,303E a RT  lg A

qD pC

nB

21

1 2

1

2

ln

T T

T T

R

E K

T T

1 2

303 , 2

lg

1

2

T T

T T R

E K

T T

3.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TỐC

3.3.4 ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC ĐẾN TỐC ĐỘ

PHẢN ỨNG

3.3.4.a Một số khái niệm và đặc điểm của chất xúc tác

* Định nghĩa:- Xúc tác là sự làm thay đổi tốc độ của

các phản ứng hóa học được thực hiện bởi một số

chất mà ở cuối quá trình các chất này vẫn còn

nguyên vẹn Chất gây ra sự xúc tác gọi là chất xúc tác

3.3 ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC

ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG

3.3.4.b Một số khái niệm và đặc điểm của chất xúc tác

- Chất kích thích: Làm tăng hoạt tính xúc tác của chất xúc tác

VD SO2 + O2 = SO3 được xúc tác bằng V2O5 và nó tăng lên hàng

trăm lần khi thêm sunphat kim lọai kiềm

- Chất tăng hoạt: chất làm tăng tốc độ phản ứng nhưng lại bị tiêu thụ

3.3 ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG

3.3.4.c Một số khái niệm và đặc điểm của chất xúc tác

* Đặc điểm chung của các quá trình xúc tác

➣ Chất xúc tác không làm thay đổi những đặc trưng nhiệt

động của hệ phản ứng Cụ thể:

+ Nếu một phản ứng không thể xảy ra về mặt nhiệt động

học (G>0) thì việc dùng chất xúc tác cũng không

làm cho nó xảy ra được

+ Chất xúc tác không làm thay đổi cân bằng của phản ứng

mà chỉ làm cho cân bằng đạt được nhanh hơn, nói

cách khác là chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng thuận cũng như phản ứng nghịch với mức độ như

nhau, trong đó hằng số cân bằng của phản ứng không thay đổi

25

3.3 ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG

3.3.5 Một số khái niệm và đặc điểm của chất xúc tác

* Đặc điểm chung của các quá trình xúc tác

OH H

4 2

450 , 5

2

3

OH H

3.3 ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG

3.3.5 Cơ chế xúc tác đồng thể và dị thể

1) Cơ chế của quá trình xúc tác đồng thể

• Từ các đặc điểm chung của các quá trình xúc tác

người ta cho rằng vai trò của chất xúc tác là làm giảm năng lượng hoạt động hóa của phản ứng hóa học

• Ví dụ: E* = 170,71 KJ/mol Tính tốc độ

của phản ứng khi E* = 41,84 kJ/mol

HI I

H2  2  2

27

3.3 ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG

3.3.5 Cơ chế xúc tác đồng thể và dị thể

1) Cơ chế của quá trình xúc tác đồng thể

Giải: Gọi k1 là hằng số tốc độ của phản ứng khi không có xúc tác,

E E RT

E

RT E

e

e e

A

e A k

k [ ( )]/ ( )/

/ /

, 7 1

2

10 9 , 1



k k

4 CÂN BẰNG HÓA HỌC

• nA + mB +… pC + qD +…

• Vt = kt [A]n [B]m; Vt  theo thời gian t

• VN = kN [C]p [D]q; VN  theo thời gian t

• Trạng thái Vt = VN gọi là trạng thái cân bằng

29

HẰNG SỐ CÂN BẰNG HÓA HỌC

aA + bB +… cC + dD +…

b B

a A

d D

c C p

a a

a

a K

d D

c C p

P P

P

P K

.

.

n P

P b

a

d D

c C

x x

x

x

.

b B

a A

d D

c C a

a a

a

a K

.

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG HÓA HỌC –

H

K P

0 0

B A

D

C RT

G



2) Ảnh hưởng của nhiệt độ

3) Ảnh hưởng của áp suất

n x

K RT

G

31

K P

0 0

R

H K

K

II ỨNG DỤNG KHẢO SÁT MỘT SỐ

QUÁ TRÌNH TRONG HÓA VÔ CƠ

1 Hiệu ứng nhiệt của các phản ứng hoá học

2 Sự tạo thành các cation M + , M 2+ , M 3+

3 Tính kim loại và hoạt động hóa học của kim loại

4 Sự biến đổi độ tan của các dãy hợp chất

5 Các phản ứng không kèm theo sụ thay đổi số oxi hóa

6 Quá trình ion hóa các axit trong nước

7 Phản ứng điều chế kim loại

8 Vài nét về nhiệt động học của quá trình sống ATP, phương tiện dự trữ và cung cấp năng lượng cho cơ thể

33

II ỨNG DỤNG KHẢO SÁT MỘT SỐ QUÁ TRÌNH TRONG HÓA VÔ CƠ

1 Hiệu ứng nhiệt của các phản ứng hoá học

II ỨNG DỤNG KHẢO SÁT MỘT SỐ QUÁ TRÌNH TRONG HÓA VÔ CƠ

2 Sự tạo thành các cation M+, M2+, M3+

• Vai trò I quan trọng nhƣng không quyết định đối với việc hình thành hợp chất

• Việc tạo ra CaCl, CaCl2 và CaCl3 không tách từng nguyên tử

• Do vậy phải tính hiệu ứng nhiệt của các quá trình

35

3 Tính kim loại và khả năng hoạt động hoá

• Tính kim loại , phi kim gắn với nguyên tử tự do Hoạt động hoá học gắn với đơn chất , hợp chất

• Nói kim loại mạnh đẩy kim loại yếu ra khỏi

hợp chất của nó có nghĩa là ta thả Fe(r) vào

dung dịch CuSO4

• Fe(r) + CuSO4 (dd) = FeSO4 (dd) + Cu(r)

3 Tính kim loại và hoạt động hoá học

• Có quá trình: Fe(r) Fe 2+ aq  H 0

PƢ

•

•  H0nc

•  H0th Fe(l)  H0h

•  H0bh

•

• Fe(K) I Fe 2+ (K)

•  H 0 PƢ =  H 0 th + I -  H 0 h với  H 0 th =  H 0 nc +  H 0 bh

• Tổng quát : M(r) M + aq  H 0 PƢ

•  H0PƢ =  H0th + I -  H0h

• Fe đẩy Cu :  H0PƢ (Fe(r)  Fe2+.aq ) <  H0PƢ (Cu(r)  Cu2+.aq)

•  G0PƢ =  H0PƢ - T  S0PƢ

•  G0PƢ (Fe(r)  Fe2+.aq ) <  G0PƢ (Cu(r)  Cu 2+ aq) 39

II ỨNG DỤNG KHẢO SÁT MỘT SỐ QUÁ TRÌNH TRONG HÓA VÔ CƠ

4 Sự biến đổi độ tan của các dãy hợp chất

II ỨNG DỤNG KHẢO SÁT MỘT SỐ QUÁ TRÌNH TRONG HÓA VÔ CƠ

5 Các phản ứng không kèm theo sự thay đổi số oxi hóa

41

II ỨNG DỤNG KHẢO SÁT MỘT SỐ QUÁ TRÌNH TRONG HÓA VÔ CƠ

6 Quá trình ion hóa các axit trong nước

II ỨNG DỤNG KHẢO SÁT MỘT SỐ QUÁ TRÌNH TRONG HÓA VÔ CƠ

7 Phản ứng điều chế kim loại

a) Phương pháp điện phân

b) Phương pháp sử dụng các chất khử hoá học c) Phương pháp nhiệt phân hủy

43

8 VÀI NÉT VỀ NHIỆT ĐỘNG HỌC CỦA QUÁ

- Sự trao đổi chất gắn liền với sự trao đổi năng lượng,

đó là 2 mặt của 1 vấn đề nhằm đảm bảo cho mọi hoạt động sống của cơ thể

-Nguồn năng lượng duy nhất cho cơ thể người, động vật là năng lượng hóa học được giải phóng nhờ các phản ứng hóa học khi phân hủy các chất dinh dưỡng trong thức ăn

- Các chất dinh dưỡng chủ yếu là gluxit, lipit, protein

bị oxi hóa- khử trong cơ thểqua nhiều giai đoạn phức tạp, mỗi giai đoạn xúc tác bởi 1 men thích hợp, cuối cùng là CO2, H2O (NH3) và giải phóng năng lượng cho cơ thể

8 VÀI NÉT VỀ NHIỆT ĐỘNG HỌC CỦA QUÁ

1 Các loại liên kết phơtphat

G = H - TS

Quá trình sống xảy ra trong mơi trường sống khơng

đổi, mơi trường là dung dịch nên S0, do đĩ quá trình phản ứng phụ thuộc vào H; vì vậy nếu G< 0 người ta nĩi quá trình tỏa nhiệt và G>0 quá trình thu nhiệt

Quá trình thủy phân photphat hữu cơ nếu tỏa nhiệt

nhiều  liên kết đĩ dự trữ năng lượng và ngược lại là

liên kết nghèo năng lượng

- Liên kêt photphat giá năng lượng Gthủy phân << 0

- Liên kêt photphat nghèo năng lượng Gthủy phân < 0 ít

46

Các loại liên kết phôtphat

a Liên kêt photphat nghèo năng lượng

Nếu G = -1  -5 kcal/mol  liên kết

photphat nghèo năng lượng Thường các este photphat có Gthủy phân = -1  -5

kcal/mol nó được hình thành như sau:

R-OH + HO-PO3H2 → R-O- PO3H2 + H2O Hợp chất trên thường được kí hiệu R-O-P VD: OCH-CH(OH)-CH-O-PO3H2 + H2O →

có G = -2,2 kcal/mol

47

Các loại liên kết

phơtphat

b Liên kêt photphat giá năng lượng

Quá trình thủy phân cho G <

-7kcal/mol  nĩ là các hợp chất được

tạo thành theo kiểu sau:

RCOOH + HO-PO3H2 → RCOO~ PO3H2 + H2O

Hợp chất trên thường được kí hiệu:

R-COO~P

VD: Axit axetylphotphoric

CH3COO~P + H2O → G = -10,1 kcal/mol

giữa 2 phân tử H3PO4 và ROH

ROH + 2H3PO4 → R-O- PO2H-O ~ PO3H2 + H2O

➣ Adenozintriphotphat (ATP)

Trong ATP có chứa 1 liên kết este

photphat nghèo năng lƣợng và 2 liên

kết pyrophotphat giàu năng lƣợng

Adenozin-O- PO2H-O ~ PO2H-O ~ PO3H2

Các loại liên kết

phôtphat

ATP khi thủy phân có  G = -7,3

kcal/mol ; đó là năng lƣợng ở mức

trung gian nên nó có thể diễn ra theo

2 chiều tỏa nhiệt hoặc tích tụ năng

lƣợng cung cấp cho cơ thể

ATP + H2O  ADP + H3PO4 + Q

(-7,3 kcal/mol )

50

Các loại liên kết

phôtphat

Trong cơ thể (môi trường không axit lắm)

quá trình thủy phân được viết:

Adenozin-O- PO-O ~ PO-O ~ PO-O- + H2O