2017 chương 4 nhiet động hóa học

Khai sinh của nhiệt động học là nghiên cứu về các quá trình liênquan đến chuyển hóa năng lượng nhiệt Năng lượng nhiệt biến đổi thành công trong động cơ 5 Nhiệt hóa học sử dụng các nguyên

Quy luật của sự chuyển hóa năng lượng ?

Nhiệt động học nghiên cứu về các qui luật chuyển hóa năng lượng

lượng

Khai sinh của nhiệt động học là nghiên cứu về các quá trình liên

quan đến chuyển hóa năng lượng nhiệt

Năng lượng nhiệt biến đổi thành công trong động cơ

5

Nhiệt hóa học sử dụng các nguyên lí của NĐH để nghiên cứu các

quá trình hóa học liên quan đến sự chuyển hóa năng lượng nhiệt

Phản ứng phân hủy thủy ngân oxit là quá trình thu nhiệt

Trao đổi năng lượng trong các quá trình hóa học liên quan đến năng

lượng đầu và cuối của hệ:

Một số khái niệm cơ bản

Hệ và môi trường

Phản ứng hóa học đang thực hiện trong ống nghiệm; cốc hay trong

bình chứa là một hệ Trong thực tế không tồn tại hệ cô lập

Thông số trạng thái

Các tính chất của hệ có thể đo được: nhiệt độ, áp suất, thể tích,

khối lượng,

Thông số dung độ:

Có tính cộng như khối lượng, năng lượng,

Thông số cường độ:

Không có tính cộng như nhiệt độ, áp suất,…

9

Trạng thái của hệ

Trạng thái cân bằng

Khi giá trị của các thông số trạng thái không thay đổi theo thời gian

Trạng thái của nước được xác định qua thông số T và p

Trong bình kín nước lỏng và hơi nước nằm cân bằng với nhau

Sự biến đổi trạng thái của hệ khi thay đổi một hay nhiều thông số

Quá trình thuận nghịch

Quá trình biến đổi thuận và nghịch đi qua các trạng thái như nhau

và không gây ra biến đổi nào trong hệ và môi trường

Hàm trạng thái

F(P,V,T, ) là hàm trạng thái nếu F chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và

cuối mà không phụ thuộc vào đường đi

Ví dụ thế năng E = mgh là một hàm trạng thái

Các dạng năng lượng hóa học là hàm trạng thái

ΔE = mgΔh

15

Qui ước về dấu

• Năng lượng giải phóng (phát nhiệt, toả nhiệt, bức xạ nhiệt, sinh

công cho bên ngoài) dấu âm (-).

• Năng lượng thu vào (hấp thụ nhiệt, thu nhiệt, nhận công từ bên

ngoài)dấu dương (+).

• Biến thiên: ΔX = X(sau) – X(trước)

(I)

10 J

(II)

15 J + 5 j

ΔE = E II – E I = 15 – 10 = 5 J > 0 hệ thu năng lượng

Công dãn nở

Trong quá trình hóa học thông thường kèm theo sự thay đổi thể tích

của hệ, lúc độ hệ trao đổi năng lượng dưới dạng công dãn nở

Là tổng các dạng năng lượng bên trong hệ:

+ Động năng (chuyển động tịnh tiến, quay, dao động) của các phân

tử, nguyên tử, electron, hạt nhân nguyên tử

+ Năng lượng tương tác

+ Đối với khí lý tưởng nội năng chỉ phụ thuộc nhiệt độ U = f(T)

“Trong hệ cô lập năng lượng được bảo toàn”

Sự chuyển hóa năng lượng trong sinh học

Nguyên lí I chính là định luật bảo toàn năng lượng

Nhiệt cung cấp làm tăng nội năng và thực hiện công cho môi trường

Nội năng của hệ giảm do sinh công và sinh nhiệt cho môi trường 31

Khí nén trong bình khi nút mở đột ngột sẽ xuất hiện khói trắng

Nguyên lí trên được dùng để hóa lỏng không khí

Đốt cháy cùng lượng H2 trong bình kín và bình hở, trường hợp nào

thu được nhiều nhiệt hơn ?

Q V

U < 0

Q P W

U < 0

H 2

O 2

Trong thực tế các quá trình hóa học thường xảy ra ở thể tích không

đổi hoặc áp suất không đổi

+ Nhiệt chuyển hoàn toàn thành nội năng

+ Nội năng chuyển hoàn toàn thành nhiệt

Q V

U > 0

+ Nhiệt chuyển hóa thành công và nội năng

+ Nội năng và công chuyển hóa thành nhiệt

Q P W

Áp dụng nguyên lí 1 vào nhiệt hóa học

Trạng thái chuẩn

Trạng thái bền vững nhất của chất đó ở áp suất P0= 1atm

Trạng thái chuẩn của cacbon là cacbon graphit C(gr)

Entanpi chuẩn của cacbon là giá trị entanpi của 1mol C(gr) ở áp

suất 1 atm và nhiệt độ T:

Entanpi chuẩn phản ứng là hiệu ứng nhiệt của phản ứng được

đo ở 1 atm và nhiệt độ T:

0T,C(gr)

H

0 T,p­

H



39

Hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học

ΔE phản ứng = E(trạng thái cuối) – E(trạng thái đầu)

Upư = (cUC + dUD) – (aUA + bUB)

Hpư = (cHC + dHD) – (aHA + bHB)

Nếu phản ứng được tiến hành đẳng tích:Q V = U pư

Nếu phản ứng được tiến hành đẳng áp:Q P = H pư

Áp dụng: ở 4000 C phản ứng N2(k) + 3H2(k) = 2NH3(k) có ∆H 0

673K = -109,0 kJ xác định nhiệt đẳng tích của phản ứng.

Áp dụng: ở 1273K phản ứng CaCO3(r) = CaO(r) + CO2(k) có ∆H 0

1273 = 176,0

kJ xác định nhiệt đẳng tích và nhiệt đẳng áp của phản ứng.

Cho biết rõ trạng thái các chất, năng lượng phản ứng

Phương trình nhiệt hóa học

Áp dụng: Lượng nhiệt tỏa ra khi đốt cháy 4,6 gam ancol etylic lỏng trong

không khí tạo ra nước dạng lỏng ở P = 1atm, T = 298K là 136,7 kJ Viết

phương trình nhiệt hóa học của phản ứng (tính theo mol)

CH COONa(dd)     CH COONa(r) ΔH = -22,9 kJ/mol

Túi chườm lạnh sử dụng NH NO

NH NO (r) + H O  NH NO (dd) ΔH = +25,65 kJ/mol

Hiệu ứng nhiệt của phản ứng được đo

bằng bom nhiệt lượng kế.

Nhiệt của phản ứng tỏa ra sẽ làm tăng

nhiệt độ của hệ:

Q V = C nlkT

Xác đinh hiệu ứng nhiệt bằng thực nghiệm

Bom nhiệt lượng kế

47

Áp dụng: Khi cho 32,69 gam Zn tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng dư

trong bom nhiệt lượng kết ở 25 0 C, lượng nhiệt thoát ra đo được là 71,48 kJ.

Tính:

a Nhiệt đẳng tích của phản ứng (ứng với 1 mol kẽm)

b Nhiệt của phản ứng nếu tiến hành trong áp suất khí quyển

Thực phẩm được đốt trong bom nhiệt

lượng kế để xác định năng lượng, và

được tính theo đơn vị Calories:

1 Calories = 1000 cal = 1 kcal

Lượng Calo người trưởng thành cần:

Xác đinh hiệu ứng nhiệt bằng định luật Hess

Định luật Hess

“Hiệu ứng nhiệt của phản ứng chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và

trạng thái cuối của các chất”

ΔH 1 = ΔH 2 + ΔH 3

51

không đo được bằng thực nghiệm, nhưng các phản ứng sau thì đo được:

C(gr) + O2(k) = CO2(k) ∆H1 = -94,0 kcal/mol

CO(k) + 1/2O2(k) = CO2(k) ∆H2= -67,6 kcal/mol

∆Hx = ∆H1 - ∆H2= -26,4 kcal/mol

Cóthể sự dụng định luật Hess dưới dạng đại số:

Nhiệt tạo thành (sinh nhiệt)

Hiệu ứng nhiệt của phản ứng tạo thành 1mol chất đó đi từ các đơn

Nhiệt đốt cháy (thiêu nhiệt)

Hiệu ứng nhiệt của phản ứng đốt cháy hoàn toàn 1mol chất đó tạo

các oxit có trạng thái oxi hóa cao nhất

Thiêu nhiệt chuẩn của CH4(k) là H0 của phản ứng:

Biết nhiệt tạo thành chuẩn ΔH 0

298 ,tt (kJ mol -1 ) của các chất:

B5H9(g) O2(g) B2O3(s) H2O (l)

∆H 0

pư = 5∆H(B2O3) + 9∆H(H2O) - 2∆H(B5H9) – 12 ∆H(O2)

Tính ΔH dựa vào thiêu nhiệt

Áp dụng: Tính nhiệt tạo thành chuẩn của ZnSO4(r) tại 25 0 C từ các phương

trình nhiệt hóa học sau:

2 = -1530 kJ

Hiệu ứng nhiệt của quá trình chuyển pha

QP = -40,7 kJ.mol-1 > 0:tỏa nhiệt

Vì sao trước khi trời chuyển mưa không khí trở nên nóng bức ?

Vì sao khi sử dụng, bình gas trở nên lạnh hơn ?

61

Nguyên lí hoạt động của Tủ lạnh (máy điều hòa) dựa trên nhiệt

chuyển pha Lỏng Hơi

QP = -46,7 kJ.mol-1 < 0:tỏa nhiệt

Vì sao khi để thực phẩm trong ngăn đá nên đậy kín ?

63

Sự thăng hoa của nước đá khô

Sự thăng hoa của iot

Áp dụng: Một trong các cơ chế làm mát của cơ thể là quá trình

bốc hơi nước của mồ hôi Vào một ngày trời rất nóng, chúng ta

có thể mất tới 1,5 lít mồ hôi Giả định mồ hơi là nước tinh khiết.

Tính nhiệt lượng đã bị hấp thụ ứng với sự bốc hơi trên Biết

nhiệt bay hơi của nước ở 37 0 C  Hhóahơi= 43,46 kJ/mol.

65

1.Nhiệt tạo thành chuẩn của nước lỏng là -285.8kJ mol -1

a Viết phương trình nhiệt hóa học của phản ứng Nhiệt được hấp thụ hay tỏa ra?

b Nhiệt đốt cháy của khí hydrogen tính cho một mol là bao nhiêu.

2.Sử dụng các nhiệt phản ứng sau để tính nhiệt tạo thành NO

4NH3+ 5O2→ 4NO + 6H2O ΔH 0

298K = -1170 kJ 4NH3+ 3O2→ 2N2+ 6H2O ΔH 0

298K = -1530 kJ

khí lý tưởng và bỏ qua thể tích nước lỏng Nhiệt bay hơi của nước ở 20 o C bằng 2451,824 J/g.

nhiệt độ này bằng 539 Cal/g Tính W, Q và ΔU của quá trình.

5.Nhiệt tạo thành của nước lỏng và của CO2bằng -285,8 và -393,5 kJ/mol ở 25 o C, 1 atm Cũng ở

điều kiện này, nhiệt đốt cháy của CH4bằng -890,3 kJ/mol Tính nhiệt hình thành của CH4.