NGUYÊN LÝ 1 CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC NHIỆT HÓA HỌC

Traïng thaùi: laø taäp hôïp taát caû caùc thoâng soá vó moâ ñaëc tröng cho moãi heä. Löu yù: traïng thaùi khaùc vôùi traïng thaùi taäp hôïp: Raén, loûng, khí Ví duï: moät heä coù 1 mol khí ôû ñieàu kieän 1 at, 0oC, coù theå tích 22,4Traïng thaùi: laø taäp hôïp taát caû caùc thoâng soá vó moâ ñaëc tröng cho moãi heä. Löu yù: traïng thaùi khaùc vôùi traïng thaùi taäp hôïp: Raén, loûng, khí Ví duï: moät heä coù 1 mol khí ôû ñieàu kieän 1 at, 0oC, coù theå tích 22,4Traïng thaùi: laø taäp hôïp taát caû caùc thoâng soá vó moâ ñaëc tröng cho moãi heä. Löu yù: traïng thaùi khaùc vôùi traïng thaùi taäp hôïp: Raén, loûng, khí Ví duï: moät heä coù 1 mol khí ôû ñieàu kieän 1 at, 0oC, coù theå tích 22,4Traïng thaùi: laø taäp hôïp taát caû caùc thoâng soá vó moâ ñaëc tröng cho moãi heä. Löu yù: traïng thaùi khaùc vôùi traïng thaùi taäp hôïp: Raén, loûng, khí Ví duï: moät heä coù 1 mol khí ôû ñieàu kieän 1 at, 0oC, coù theå tích 22,4

Chöông 2

NGUYÊN LÝ 1

CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC

& NHIỆT HÓA HỌC

Nội dung

1 Các khái niệm và định nghĩa

2 Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học

3 Định luật Hess

4 Nhiệt dung

5 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu ứng

nhiệt của phản ứng- ĐL Kirchhoff

1 Các khái niệm và định nghĩa

o Hệ: là phần vật

chất vĩ mô được

giới hạn để

nghiên cứu

o Hệ: là phần vật

chất vĩ mô được

giới hạn để

nghiên cứu

 Môi trường: là

phần thế giới

xung quanh hệ Môi

trường và hệ có

thể tương tác

hoặc không tương

tác với nhau

 Môi trường: là

phần thế giới

xung quanh hệ Môi

trường và hệ có

thể tương tác

hoặc không tương

tác với nhau

Mơi trường

Hệ

1 Các khái niệm và định nghĩa

 Hệ vĩ mô: là hệ gồm một số

rất lớn các tiểu phân (hạt) mà

ta có thể áp dụng các quy luật

xác suất và thống kê

 Hệ nhiệt động: là hệ đã ở

trạng thái cân bằng (là trạng thái mà các tính chất của hệ

không thay đổi theo thời gian khi

môi trường không tác động đến hệ)

 còn gọi là hệ cân bằng

nhưng có thể trao đổi năng

lượng

Hệ cô lập

không trao đổi

chất &ø năng

lượng

môi trường

hệ cô lập là hệ đoạn nhiệt

1 Các khái niệm và định nghĩa

Trạng thái: là tập hợp tất cả

các thông số vĩ mô đặc trưng

cho mỗi hệ

Lưu ý:

trạng thái khác với trạng thái tập hợp:

Rắn, lỏng, khí

Ví dụ: một hệ có 1 mol khí ở điều

kiện 1 at, 0 o C, có thể tích 22,4 lít

Khi thay đổi (dù là rất nhỏ) một

thông số, thì hệ sẽ chuyển sang trạng thái khác

1 Các khái niệm và định nghĩa

Thông số trạng thái: là những

đại lượng hóa lý vĩ mô đặc

trưng cho mỗi trạng thái của hệ

Ví dụ: nhiệt độ T , áp suất p , thể tích V ,

khối lượng m , nồng độ C , nhiệt dung

Cp , khối lượng riêng ρ …

2 loại thông số

trạng thái:

 Thông số cường độ: không phụ thuộc

vào lượng chất.

Ví dụ: T, p …  không thể cộng lại với

Hàm trạng thái: là những đại

lượng đặc trưng cho mỗi trạng

thái của hệ, thường được biểu diễn hay tính toán thông qua các thông số trạng thái

Ví dụ: Nội năng U = U(T,

p, ni …)

Entropy S = S (T, p, ni …)

1 Các khái niệm và định nghĩa

Khi thay đổi một thông số, thì hệ sẽ

chuyển sang trạng thái khác, nghĩa là hệ đã thực hiện một quá trình

 Quá trình: là con đường mà hệ

chuyển từ trạng thái này sang

trạng thái khác

 Pha: tập hợp tất cả những phần

đồng thể của hệ có cùng tính

chất hóa, lý ở mọi điểm

 Hệ 1 pha: Hệ đồng thể

 Hệ 2 pha trở lên: Hệ dị thể

1 Các khái niệm và định nghĩa

o Nội năng (U): là tập hợp tất cả các

dạng năng lượng tiềm tàng trong hệ

 Công (A) và nhiệt (Q): là hai hình thức truyền năng lượng

của hệ

Không đo được U, chỉ xác định được

độ biến thiên ∆U (biểu hiện ra

bên ngoài)

Không đo được U, chỉ xác định được

độ biến thiên ∆U (biểu hiện ra

bên ngoài)

Hệ sinh dương (>0) âm (<0)

Hệ nhận âm (<0) dương (>0)

1 Các khái niệm và định nghĩa

 Nhiệt chuyển pha (λ): là nhiệt

mà hệ sinh (hay nhận) trong quá trình chuyển từ pha này sang pha khác.λnóng chảy = λđông đặc

1 Các khái niệm và định nghĩa

λhóa hơi = λngưng

tụ

λthăng hoa = λngưng

kết

(năng lượng không mất đi mà

chuyển từ trạng thái này sang

trạng thái khác)

Trong một quá trình

bất kỳ, biến thiên

nội năng ∆ U của hệ

bằng nhiệt lượng Q

mà hệ nhận trừ đi

công A hệ sinh.

Trong một quá trình

bất kỳ, biến thiên

nội năng ∆ U của hệ

bằng nhiệt lượng Q

mà hệ nhận trừ đi

công A hệ sinh. ∆ U = Q – A

(tương ứng cho các hàm trạng thái)

“ δ ” : biến thiên nhỏ của các

đại lượng (các hàm số của

quá trình, không phải là hàm

trạng thái: Q và A)

2 Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học

∆ = − ∫

⇒

Giả sử công hệ sinh chỉ là công thể tích:

2 Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học

dh

c Quá trình đẳng áp của Khí Lý Tưởng:

2 Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học

∆U = Q –

A

Định luật Joule: (áp dụng cho khí

lý tưởng)

Nội năng của khí lý tưởng chỉ

phụ thuộc vào nhiệt độ : U=f(T) ∆ UT =

nRT

dV V

3 Định luật Hess

Trong một quá trình đẳng áp

hay đẳng tích, nhiệt phản

ứng chỉ phụ thuộc vào trạng

thái đầu và trạng thái cuối mà không phụ thuộc vào các trạng thái trung gian.

Trong một quá trình đẳng áp

hay đẳng tích, nhiệt phản

ứng chỉ phụ thuộc vào trạng

thái đầu và trạng thái cuối mà không phụ thuộc vào các trạng thái trung gian.

Q = Q 1 + Q 2 = Q 3 + Q 4 + Q 5

• Quá trình đẳng tích: Q V =∆U

Từ nguyên lý thứ nhất:

• Quá trình đẳng áp: Q p =∆H

Do U, H là hàm trạng thái nên giá trị không phụ

thuộc vào đường đi

ĐL Hess là hệ quả của nguyên lý thứ nhất

ĐL Hess là hệ quả của nguyên lý thứ nhất

3 Định luật Hess

Hệ ngưng tụ: (lỏng hay rắn)

∆ (PV) ≈ 0  ∆ H ≈ ∆ U

3 Định luật Hess

3 Định luật Hess

 ∆H =∆U + ∆(nRT)

Nếu đẳng nhiệt: ∆H = ∆U + RT∆n

Hệ khí lý tưởng: PV = nRT  ∆ (PV)

= ∆ (nRT)

∆n là biến thiên số mol khí trong

quá trình:

∆n = Σn khí cuối - Σn khí đầu

∆H (ch) - Nhiệt cháy: Nhiệt phản ứng cháy 1mol chất đó với O2 tạo

các oxit hóa trị cao nhất ở T, P xác định.

∆H (ch) - Nhiệt cháy: Nhiệt phản ứng cháy 1mol chất đó với O2 tạo

các oxit hóa trị cao nhất ở T, P xác định.

∆H (S) ; ∆H (ch) (kcal/mol hoặc kJ/mol): (sổ tay hóa lý)

(ở điều kiện :25 o C, 1 atm)

3 Định luật Hess

b/

Ví dụ:

Tính hiệu ứng nhiệt ( ∆H 0

298 ) của các phản ứng sau:

2CO (k) + O 2 (k)  2CO 2 (k) (1a)

CO (k) + ½O 2 (k)  CO 2 (k) (1b)

C 2 H 4 (k) + H 2 O (l)  C 2 H 5 OH (l) (2)

Tính hiệu ứng nhiệt ( ∆H 0

298 ) của các phản ứng sau:

2CO (k) + O 2 (k)  2CO 2 (k) (1a)

CO (k) + ½O 2 (k)  CO 2 (k) (1b)

C 2 H 4 (k) + H 2 O (l)  C 2 H 5 OH (l) (2)

• Nhiệt hòa tan

– Nhiệt hòa tan tích phân: nhiệt hòa tan 1mol chất tan

trong một lượng xác định dung môi.

– Nhiệt hòa tan vô cùng loãng: giới hạn của nhiệt hòa

tan tích phân khi lượng dung môi nhiều vô cùng.

– Nhiệt hòa tan vi phân: nhiệt hòa tan 1mol chất vào

một lượng vô cùng lớn dung dịch có nồng độ xác

định

3 Định luật Hess

Chất tan Dung dịch C 1 Dung dịch C 2

∆H pha loãng

∆ Hpha loãng= ∆ Hh.tan(2) - ∆ Hh.tan(1)

3 Định luật Hess

Năng lượng cần thiết để làm đứt mối liên kết A-B (EA-B)

Nhiệt dung riêng : Nhiệt dung tính trên một đơn vị khối

lượng (cal/g/K hoặc J/g/K)

Ví dụ: nhiệt dung riêng của nước lỏng: C= 1 cal/g/K

4 Nhiệt dung

Là nhiệt lượng cần thiết cung cấp cho một vật để nâng nhiệt độ của nó lên một độ.

Nhiệt dung mol : Nhiệt dung tính trên một mol chất

(cal/mol/K hoặc J/mol/K)

Ví dụ: nhiệt dung mol của nước lỏng: C= 18 cal/g/K

5 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu ứng nhiệt

P P

C T

C T

∫ ∆ +

T

T

P T

H

)

( 1

1 1

1 2 1

+

∆ Σ +

H

5 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu ứng nhiệt

Bài tập 1

• Bài 2,3,4,5,7,9,11 chương 1, sách “Nhiệt động hóa học”

• Hệ đoạn nhiệt: nhiệt cháy dùng để

nâng nhiệt độ của sp lên T o C.

(