BAI GIANG HOA LY 1 slide

Một số khái niệm và định nghĩa - Hệ nhiệt động: là một vật thể hay nhóm vật thể được nghiên cứu và tách biệt với môi trường xung quanh Hoặc phát biểu cách khác: Hệ là tập hợp các vậ

BÀI GIẢNG MÔN: HÓA LÝ 1

GV: TS NGUYỄN NGỌC DUY

NỘI DUNG (30 Tiết)

CHƯƠNG 1: NHIỆT HÓA HỌC

CHƯƠNG 2: CHIỀU VÀ GIỚI HẠN CỦA QUÁ TRÌNH

CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG HÓA HỌC

CHƯƠNG 4: LÝ THUYẾT CƠ BẢN CỦA CÂN BẰNG PHA

CHƯƠNG 5: CÂN BẰNG PHA TRONG HỆ MỘT CẤU

GIÁO TRÌNH VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO

3 Trần Văn Nhân, Hóa lý tâp 1, Nhà xuất bản Giáo Dục

4 Trần Văn Nhân, Hóa lý tâp 2, Nhà xuất bản Giáo Dục

HUI© 2006 General Chemistry: Slide 5 of 48

HUI© 2006 General Chemistry: Slide 6 of 48

1 Một số khái niệm và định nghĩa

- Hệ (nhiệt động): là một vật thể hay

nhóm vật thể được nghiên cứu và tách

biệt với môi trường xung quanh

Hoặc phát biểu cách khác: Hệ là tập

hợp các vật thể xác định trong

không gian nào đó và phần còn lại

xung quanh gọi là môi trường

- Hệ cô lập: là hệ không trao đổi chất

và E với môi trường bên ngoài

HUI© 2006 General Chemistry: Slide 8 of 48

 Hệ kín (hệ đĩng)

Hệ kín là hệ chỉ có thể trao đổi E với MT ngoài

Hệ kín

Chất Chất Chất Chất

Nhiệt Nhiệt

1 Một số khái niệm và định nghĩa (tt)

HUI© 2006 General Chemistry: Slide 9 of 48

 Hệ đồng thể và hệ dị thể, pha, hệ cân bằng

• Hệ đồng thể là hệ có các tính chất lý hoá học giống nhau

ở mọi điểm của hệ nghĩa là không có sự phân chia hệ thành những phần có tính chất hoá lý khác nhau

• Hệ dị thể là hệ có bề mặt phân chia thành những phần có tính chất hoá lý khác nhau

• Pha là phần đồng thể của hệ, có thành phần, cấu tạo và tính chất nhất định Hệ đồng thể là hệ 1 pha, hệ dị thể là

 Trạng thái của hệ và thông số (tham số) trạng thái,

hàm trạng thái

 Trạng thái của hệ là toàn bộ các tính chất lý, hoá của hệ

 Thông số trạng thái: Trạng thái của hệ được xác định

bằng các thông số (tham số) nhiệt động là: nhiệt độ T, áp suất P, thể tích V, nồng độ C…

 Phương trình trạng thái mô tả tương quan giữa các

thông số trạng thái

 Có 2 loại thông số trạng thái

+ Thông số cường độ: Không phụ thuộc vào lượng chất :

như nhiệt độ, tỉ khối, áp suất…

 + Thông số khuyếch độ (dung độ): là những thông số

phụ thuộc vào lượng chất khối lượng, số mol, thể tích…

1 Một số khái niệm và định nghĩa (tt)

 Trạng thái cân bằng: là là trạng thái tương ứng với hệ

cân bằng ( Khi các thông số trạng thái giống nhau ở mọi điểm và không đổi theo thời gian

 Hàm trạng thái: đại lượng nhiệt động được gọi là hàm

trạng thái nếu biến thiên của đại lượng đó chỉ phụ thuộc

và trạng thái đầu và trạng thái cuối của hệ, không phụ thuộc vào cách tiến hành

 Nói cách khác Hàm trạng thái là đại lượng nhiệt

động có giá trị chỉ phụ thuộc vào các thông số trạng thái của hệ mà không phụ thuộc vào cách biến đổi của hệ, hay nói cách khác không phụ thuộc vào con đường đi của hệ

 (Nhiệt độ T, áp suất P, Thể tích V, Nội năng U, entanpi

H, entropi S, thế đẳng áp G…là những hàm trạng thái)

1 Một số khái niệm và định nghĩa (tt)

• Quá trình là sự biến đổi xãy ra ở trong hệ gắn liền với sự

thay đổi ít nhất 1 thông số trạng thái

• Quá trình xảy ra ở áp suất không đổi (P= hằng số) gọi là quá

trình đẳng áp, ở thể tích không đổi gọi là quá trình đẳng tích

và ở nhiệt độ không đổi gọi là quá trình đẳng nhiệt…

• Quá trình thuận nghịch: là quá trình biến đổi từ trạng thái

này qua trạng thái khác ( từ 1→2) được gọi là thuận nghịch nếu như có thể biến đổi theo chiều ngược lại ( từ 2→1) đi qua đúng mọi trạng thái trung gian như chiều thuận sao cho khi

hệ trở về trạng thái ban đầu thì không còn tồn tại một biến đổi nào trong chính hệ cũng như môi trường

• Quá trình không thuận nghịch là quá trình mà sau đó hệ và

môi trường không thể quay trở lại trạng thái ban đầu

1 Một số khái niệm và định nghĩa (tt)

 Năng Lượng

• Là thước đo độ vận động của vật chất Ưùng với những hình thái vận động khác nhau của vật

chất chúng ta có những hình thái năng lượng

khác nhau như thế năng , động năng , nội năng

• Hai dạng thể hiện của năng lượng đó là

NHIỆT , và CÔNG

• Lưu ý: không có giá trị năng lượng bằng 0

tuyệt đối mà chỉ có năng lượng bằng 0 ứng với một hệ quy chiếu chuẩn nào đó

1 Một số khái niệm và định nghĩa (tt)

 Đơn vị đo năng lượng

Theo hê SI là Joule (J):

Đôi khi dùng đơn vị calorie:

1 cal = 4.184 J

1000 cal = 1 kcal

J 1

s / m kg 1

m/s 1

kg 2

2 2

2 2

1

2 2

 Công

• Công (A) là thước đo sự chuyển động có trật tự và có hướng của các tiểu phân

theo hướng của trường lực

• CÔNG (A) = tích của lực (F) tác dụng

lên vật làm vật di chuyển một quãng

đường d

A = F  d

1 Một số khái niệm và định nghĩa (tt)

 Nội năng

• Nội năng (U) (Internal Energy) của hệ là năng lượng có sẵn, ẩn dấu bên trong hệ, bao gồm năng lượng chuyển động tịnh tiến, chuyển động quay của các phân tử, chuyển động quay và chuyển động giao động của các nguyên tử và nhóm nguyên tử bên trong phân tử và tinh thể, chuyển động của electron trong nguyên tử, năng lượng bên trong hạt nhân

1 Một số khái niệm và định nghĩa (tt)

Năng lượng của hệ: bao gồm tổng của

Động năng , Thế năng , và Nội năng của hệ

Đối với các phản ứng hóa học, sự biến đổi động năng và thế năng của hệ là không đáng kể do đó ta chỉ quan tâm đến Nội năng

1 Một số khái niệm và định nghĩa (tt)

Mối liên hệ giữa Nhiệt và Công

Khi một hệ bị biến đổi (vật lý hay hóa học),

nội năng của hệ thay đổi tùy thuộc vào lượng nhiệt và công hệ trao đổi với môi trường :

 U = Q - A

Hay độ tăng nội năng của hệ đúng bằng tổng

nhiệt lượng Q với công A mà hệ nhận được từ

môi trường ngoài

2 NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT CỦA NHIỆT

ĐỘNG HỌC

Q :

+ khi hệ thu nhiệt từ môi trường ngoài,

– khi hệ tỏa nhiệt ra môi trường ngoài

CÔNG GIÃN NỞ

Công A khi hệ chuyển từ trạng thái 1

sang trạng thái 2 sẽ là :

A = Pngoài V = Pngoài( V2 – V1)

Trong đó P là áp suất của hệ , V1 là thể tích của hệ ở trạng thái 1, V2 là thể tích của hệ ở trạng thái 2

Quá trình đẳng nhiệt (  T=0)

Quá trình đẳng nhiệt (  T=0) (tt)

- Trong điều kiện đẳng nhiệt, thể tích khí lí tưởng

tỷ lệ nghịch với áp suất

A = nRTlnV2/V1 = nRTlnP1/P2

- Vì nội năng của khí lí tưởng chỉ phụ thuộc vào

nhiệt độ nên ∆U = 0 QT = A = nRTlnV2/V1

= nRTlnP1/P2

Quá trình đẳng áp (  P=0)

• Trong trường hợp này: Pngoài = Phệ = P

• Và gọi H là Enthalpy Vậy enthalpy là một

hàm phức tạp gồm nội năng (U) của hệ cộng với tích của thể tích (V) của hệ và áp suất (P)

đặt trên hệ

ENTHALPY

• Gọi H1 là enthalpy của trạng thái ban đầu

của hệ , H2 là enthalpycủa trạng thái cuối

cùng của hệ thì chúng ta thu được công thức

• Qp = H2 – H1 = H = nCp(T2-T1)

• Như vậy  H là hiệu ứng nhiệt của các quá trình hóa học trong điều kiện áp suất không đổi ( điều kiện đẳng áp)

ENTHALPY

Nếu trong quá trình hệ thu nhiệt của môi trường

thì Enthalpy của hệ tăng lên tức là

• 2 HCl = H2 + Cl2  H = +184 kJ  phản ứng thu nhiệt

MỐI QUAN HỆ GIỮA ENTANPI VÀ NỘI NĂNG

Đối với những qúa trình chỉ có chất rắn và lỏng tham gia thì đại lượng  V có giá trị không đáng kể , do đó khi những quá trình này được thực

hiện ở áp suất thấp thì :

•  H   U

• Công thức trên cho thấy nhiệt truyền cho chất

rắn và lỏng chủ yếu chuyển thành nội năng mà không sinh công, tức là chủ yếu làm tăng nhiệt độ của hệ

MỐI QUAN HỆ GIỮA ENTANPI VÀ NỘI NĂNG

• Đối với những quá trình có chất phản ứng hay sản phẩm phản ứng ở thể khí thì  H và  U có thể

3 ĐỊNH LUẬT HESS

“ Hiệu ứng nhiệt của quá trình

hóa học chỉ phụ thuộc vào bản

chất và trạng thái của các chất

đầu và sản phẩm cuối chứ không phụ thuộc vào đường đi của quá trình ”

 H1 =  H2 +  H3

Enthalpy mol chuẩn thức ( sinh nhiệt mol, nhiệt tạo

thành mol chuẩn-heat of formation)  Ho

f

• Enthalpy mol chuẩn thức của một hợp chất là hiệu ứng nhiệt của phản ứng tạo thành 1 phân tử gam (1 mol) chất đó từ các đơn chất bền ở điều kiện tiêu chuẩn

• Lưu ý: người ta quy ước

 Enthalpy (H0

f) của các đơn chất bền ở điều kiện tiêu chuẩn có giá trị bằng 0

NHIỆT TẠO THÀNH MOL TIÊU CHUẨN

NHIỆT TẠO THÀNH (  H 0

ft )

Nhiệt tạo thành của các đơn chất bền = 0

Thiêu nhiệt mol chuẩn (nhiệt đốt cháy-heat of

• Lưu ý: Trong phản ứng cháy hoàn toàn của các hợp

chất hữu cơ, carbon tạo thành CO2 , Hydro tạo thành

H2O, Nitơ tạo thành N2

THIÊU NHIỆT MOL CHUẨN

• Xét phản ứng :

• C (r) + O2 (k)  CO2(k)  Ho

298 K =-393.5 kJ Vậy nhiệt đốt cháy của cacbon tại điều kiện

chuẩn và nhiệt độ 298 K là

kiện chuẩn và nhiệt độ 298 K là

(  Ho

c)298 K [CO(k)] = -283.5 kJ.mol-1

Tính toán Nhiệt phản ứng  Ho

pu bằng nhiệt tạo thành  Ho

f

Hệ quả 2 (Định Luật Hess)

Hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học

bằng tổng nhiệt hình thành của các sản phẩm trừ đi tổng nhiệt hình thành của

BÀI TẬP MINH HOẠ

Đề bài: Từ các giá trị entanpi tạo thành tiêu chuẩn sau:

Tính toán Nhiệt phản ứng  Ho

pu bằng nhiệt đốt cháy  Ho

đc

• Hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học

bằng tổng nhiệt đốt cháy của các tác chất trừ đi tổng nhiệt đốt cháy của sản phẩm

Tính toán nhiệt phản ứng  Ho

lượng liên kết

Hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học bằng tổng năng lượng liên kết cĩ trong các chất ban đầu trừ tổng năng lượng liên kết cĩ trong sản phẩm

4 NHIỆT DUNG VÀ NHIỆT DUNG MOL

a Nhiệt dung: là nhiệt lượng cần thiết để nâng một lượng chất nào đó lên 1 độ

b Nhiệt dung riêng: là nhiệt cần thiết để nâng nhiệt độ 1g chất lên 1 độ K Nĩ thường được đo bằng cal.gam-1 K-1 hay J.gam-1 K-1

c Nhiệt dung mol: Nhiệt cần thiết để nâng nhiệt độ của 1 mol chất lên 1 độ mà khơng

cĩ sự biến đổi về trạng thái

Q T

C n

T

Q T

T

Q C

4 NHIỆT DUNG VÀ NHIỆT DUNG MOL (tt)

5.1 Ảnh hưởng nhiệt độ đến nhiệt dung

- Nhiệt dung là một hàm phức tạp của nhiệt độ và áp suất,

song ảnh hưởng của áp suất là không đáng kể và thường bỏ qua Trong vùng nhiệt độ trung bỉnh nhiệt dung thường

được biểu diễn bằng các công thức thực nghiệm và được

biểu diễn dưới dạng các hàm chuỗi lũy thừa

Cp = ao + a1T + a2T2 Hay Cp = ao + a1T + a-2T-2

Trong ao, a1,, a2, a-2 là các hệ số thực nghiệm, tra trong sổ tay

lý hóa

5 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu ứng nhiệt

phản ứng – Định luật Kirchhoff

5 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu ứng nhiệt

phản ứng – Định luật Kirchhoff

5.3 Các công thức gần đúng

- Trong những khoảng nhiệt độ hẹp, đối với một số phản ứng

giá trị của ∆Cp rất nhỏ thì có thể xem ∆Cp ~ 0, ∆H ~ const và không phụ thuộc nhiệt độ

- Trong khoảng nhiệt độ tương đối hẹp có thể xem ∆Cp ~

const, từ đó

∆H T2 = ∆H T1 + ∆Cp (T2 – T1)

- Dùng sổ tay hóa lý có thể tính được ∆H0

298K và ∆Cp của các phản ứng từ đó sử dụng các phương trình Kirchhoff thiết lập hàm số ∆HT = f(T) và tính toán ∆H ở các nhiệt độ mong muốn

5 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu ứng nhiệt

phản ứng – Định luật Kirchhoff

NỘI DUNG QUAN TRỌNG

NỘI DUNG QUAN TRỌNG (tt)

NỘI DUNG QUAN TRỌNG (tt)