Hóa lý 1 nhiệt hóa học p1

 Tùy thuộc vào bản chất, hệ được phân chia thành: Hệ mở hệ hở: có trao đổi chất và năng lượng A, Q với MT Hệ đóng hệ kín: không trao đổi chất, có trao đổi năng lượng với MT Hệ cô

HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF FOOD INDUSTRY

FACULTY OF CHEMICAL ENGINEERING

Nguyễn Học Thắng Khoa Công nghệ Kĩ thuật Hóa học Đại học Công nghiệp Thực phẩm Tp HCM

Điện thoại: (+84) 0906692166 Email: thangnh@cntp.edu.vn

GIỚI THIỆU

 Khái niệm hệ: hệ gồm một hay nhiều vật thể, mỗi vật thể gồm

một hay nhiều tiểu phân

 Tùy thuộc vào bản chất, hệ được phân chia thành:

Hệ mở (hệ hở): có trao đổi chất và năng lượng (A, Q) với MT

Hệ đóng (hệ kín): không trao đổi chất, có trao đổi năng lượng với MT

Hệ cô lập: không trao đổi chất và năng lượng (A, Q), không tương tác với MT

Hệ đoạn nhiệt: không trao đổi chất và nhiệt (A, Q) với MT, có thể trao đổi công, hệ cô lập luôn đoạn nhiệt

Hệ đồng thể: không có bề mặt phân chia pha, tính chất của hệ không đổi

ở bất cứ vị trí nào của hệ

Hệ dị thể: có bề mặt phân chia pha

Hệ nhiệt động (hệ cân bằng): các tính chất vĩ mô của hệ không thay đổi theo thời gian khi môi trường không tác động đến hệ

MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA

STT Các loại hệ Trao đổi với môi trường Tính chất khác

05 Hệ đồng thể không có bề mặt phân chia pha, tính chất của hệ

không đổi ở bất cứ vị trí nào của hệ

06 Hệ dị thể có bề mặt phân chia pha

 Trạng thái nhiệt động

Trạng thái cân bằng nhiệt động: là trạng thái mà các

tính chất đặc trưng của hệ không thay đổi theo thời gian; T – cân bằng nhiệt, P – cân bằng cơ, ni – cân bằng hóa

Quá trình nhiệt động: sự biến đổi trạng thái nhiệt

động của hệ (1 hay nhiều thông số) => 1 quá trình

Nếu sau biến đổi hệ trở về trạng thái đầu => quá trình

 Năng lượng

Thể hiện mức độ chuyển động của vật chất

Trong trọng trường: động năng, thế năng, và nội năng

Nội năng (U) là một hàm trạng thái hoàn toàn xác định tại mỗi

trạng thái, không phụ thuộc cách thức đạt đến trạng thái đó và

chỉ xác định được độ biến thiên:

∆U = U2 – U1

MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA

 Công và nhiệt: hai hình thức truyền năng lượng của hệ,

không phải là hàm trạng thái, phụ thuộc vào cách tiến hành quá

trình

- Nhiệt (Q): truyền năng lượng liên quan đến dao động nhiệt

hỗn loạn của tiểu phân

- Công (A): truyền năng lượng gắn liền với sự dao động theo

hướng xác định của tiểu phân

A và Q chỉ phụ thuộc vào cách tiến hành quá trình, qui ước dấu: Nhiệt Công

NGUYÊN LÝ I CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC

Khái niệm nội năng (U): tập hợp toàn bộ các dạng năng

lượng tiềm tàng trong hệ Gồm: Ue, Uz, U tịnh tiến, U quay,

Với các quá trình vô cùng nhỏ:

NGUYÊN LÝ I CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC

V

F = p

S

dr

NGUYÊN LÝ I CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC

Áp dụng nguyên lý I vào một số quá trình

 Quá trình đẳng tích (V = const): A = 0, QV = ∆U

 Quá trình đẳng áp (p = const): ∆U = Q – A => Q = ∆U + A

-> Qp = ∆U + Ap = ∆U + p∆V = ∆(U+pV) = ∆H

H = U + pV gọi là enthalpy, là hàm trạng thái

Với khí lý tưởng, p = const, T = const

-> ∆H = ∆U + ∆(pV) = ∆U + ∆ (nRT) = ∆U + RT∆n

Nhiệt nhận trong quá trình đẳng áp bằng biến thiên của hàm

trạng thái enthalpy

 Quá trình đẳng áp của khí lý tưởng:

pV = nRT

Ap = p∆V = ∆(pV) = ∆ (nRT) = nR∆T

Vậy: ∆Up = Qp - nR∆T

 Quá trình giãn nở đẳng nhiệt của khí lý tưởng

Theo định luật Joule: Ulý tưởng chỉ phụ thuộc T

NGUYÊN LÝ I CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC

Áp dụng nguyên lý I vào một số quá trình

NGUYÊN LÝ I CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC

Nhiệt tiêu chuẩn

 Trong quá trình đẳng áp hoặc đẳng tích, nhiệt phản ứng chỉ phụ

thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối mà không phụ thuộc vào trạng thái trung gian (không phụ thuộc vào đường đi của quá trình) -> hệ quả của nguyên lý I:

ĐỊNH LUẬT HESS

Nội dung định luật Hess

Ví dụ

ĐỊNH LUẬT HESS

Hệ quả của định luật Hess

 Nhiệt hòa tan – nhiệt pha loãng: qt hòa tan thường thu hay

tỏa nhiệt, phụ thuộc nồng độ dd tạo thành

- Nhiệt hòa tan toàn phần (nhiệt hòa tan tích phân) là nhiệt hòa tan một mol chất tan trong một lượng xđ dung môi (dd

 Đối với quá trình hòa tan từ chất A nguyên chất thành

 Năng lượng liên kết: 𝐸𝐴−𝐵𝑙𝑖ê𝑛 𝑘ế𝑡 là năng lượng cần thiết để

làm đứt liên kết A–B

Có thể áp dụng gần đúng để tính nhiệt phản ứng dựa trên tính toán các năng lượng liên kết ban đầu (Elk,đ) và các năng lượng liên kết cuối quá trình (Elk,c) theo sơ đồ:

 Nhiệt dung là nhiệt lượng cần thiết để nâng nhiệt độ của 1

vật lên 1 o C

 Nhiệt dung riêng (cal/g.độ; J/g.độ): là nhiệt lượng cần

thiết để nâng nhiệt độ của một đơn vị khối lượng lên 1 độ

 Nhiệt dung mol (cal/mol.K; J/mol.K): hay nhiệt dung

phân tử là nhiệt lượng cần thiết để nâng nhiệt độ của một mol chất lên 1 độ

 Nhiệt dung trung bình: 𝑪 = 𝑸

 Mối quan hệ giữa Cp và CV

Các loại nhiệt dung

} Hàm trạng thái và thông số trạng thái

 Do p ít ảnh hưởng đến C => xét ảnh hưởng của T đến C

 Tính toán nhiệt lượng cần cung cấp hay tính nhiệt độ cuối

của các qt pứ

Cp = a0 + a1T + a2T2 + a-2T-2 = Σai.Ti (i = 0, 1, 2, -2)

 Với a0, a1, a2, … là các hệ số thực nghiệm (tra sổ tay)

 Tại nhiệt chuyển pha, Cp không xác định

 Cp rắn thay đổi rõ hơn các trạng thái khác

 Chia qt biến đổi thành các qt đơn giản như sau:

∆U1, ∆H1 ∆U2, ∆H2

 QT 1: T = const (khí lý tưởng)=> ∆U1 = 0 cal

Và ∆H1 = ∆U1 + ∆p.V = ∆U1 + R.T.∆n = 0 cal

ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN HIỆU

ỨNG NHIỆT CỦA PHẢN ỨNG ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF

 Trong khoảng nhiệt độ nhỏ và ở một số phản ứng, giá

trị ∆Cp rất nhỏ (khoảng vài chục cal) thì có thể xem ∆Cp

≈ 0 và ∆HT = const, không phụ thuộc vào nhiệt độ

 Trong khoảng nhiệt độ tương đối hẹp, có thể xem ∆Cp ≈

const, do đó:

∆HT2 = ∆HT1 + ∆Cp(T2 - T1)

ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN HIỆU

ỨNG NHIỆT CỦA PHẢN ỨNG ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF

CÁC BÀI TẬP VÍ DỤ

 BÀI TẬP 1:

Tính biến thiên nội năng khi làm bay hơi 10g nước

ở 200C Chấp nhận hơi nước như khí lý tưởng và bỏ qua thể tích nước lỏng Nhiệt hóa hơi của nước ở

200C bằng 2451,824 J/g

 Nhiệt lượng cần cung cấp để làm hóa hơi 10g nước là:

Q = m.λ = 10 x 2451,824 = 24518,24 (J)

 Công sinh ra của quá trình hóa hơi là:

A = P.∆V = P(Vh - Vl) = PVh = nRT = mRT/M

= 10 x 8,314 x 293/18

= 1353,33 (J)

 Biến thiên nội năng là:

∆U = Q – A = 23165 (J) CÁC BÀI TẬP VÍ DỤ

 Cho 450g hơi nước ngưng tụ ở 1000C dưới áp suất không đổi 1 atm Nhiệt hóa hơi của nước ở nhiệt độ này bằng 539 cal/g

Tính A, Q và ΔU của quá trình?

CÁC BÀI TẬP VÍ DỤ

 Cho phản ứng xảy ra ở áp suất không đổi:

2H2 + CO = CH3OH (k) nhiệt tạo thành tiêu chuẩn ở 298K của CO và CH3OH (k)

bằng -110,5 và -201,2 kJ/mol Nhiệt dung mol đẳng áp của các chất là một hàm của nhiệt độ:

CÁC BÀI TẬP VÍ DỤ

BÀI TẬP

2.1->2.13