Hóa đại cương Chuong 6 nhiet hoa hoc

 Nghiên cứu nhiệt động hóa học là nghiên cứu các quy luật về sự chuyển biến giữa hóa năng và các dạng năng lượng khác..  Nhiệt động hóa học mô tả liên hệ giữa năng lượng hóa học của 1

Tính toán nhiệt hóa học

Là sự nghiên cứu về sự chuyển biến

tương hỗ giữa các đại lượng năng lượng

Nguyên lý 1 :

Năng lượng không tự nhiên sinh ra hay

mất đi mà nó chỉ chuyển từ dạng này sang

dạng khác

Nguyên lý 2:

Nhiệt chỉ chuyển từ nơi có nhiệt độ cao

sang nơi có nhiệt độ thấp

 Nghiên cứu nhiệt động hóa học là nghiên cứu

các quy luật về sự chuyển biến giữa hóa năng

và các dạng năng lượng khác

 Nhiệt động hóa học mô tả liên hệ giữa năng

lượng hóa học của 1 phản ứng đến tác chất và

sản phẩm

 Nghiên cứu nhiệt động hóa học là nghiên cứu

về lượng nhiệt thu vào hay phát ra của quá trình

hóa học

 Tóm lại, nhờ vào nhiệt động hóa học để

nghiên cứu các vấn đề của hóa học (cấu

tạo chất, tính chất) trong những quá trình

hóa học, từ đó có thể điều khiển các quá

trình hóa học theo ý muốn

 Hệ:

Là một vật thể hay nhóm vật thể được nghiên cứu

tách biệt với môi trường xung quanh bằng bề mặt

tưởng tượng hay bề mặt vật lý

CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

 Hệ kín:

Không có khả năng trao đổi chất, có khả năng trao

đổi nhiệt với môi trường xung quanh

 Hệ hở:

Có khả năng trao đổi chất , có khả năng trao đổi

nhiệt với môi trường xung quanh

 Hệ cân bằng:

Là hệ có nhiệt độ, áp suất, thành phần giống nhau ở

mọi điểm của hệ và không thay đổi theo thời gian

Hệ đồng thể:

Là hệ chỉ có một pha, hoặc không có sự

phân chia pha

Trạng thái của hệ và thông số trạng thái,

Có giá trị chỉ phụ thuộc vào các thông số

trạng thái của hệ chứ không phụ thuộc vào

Các hàm trạng thái: Nội năng U, enthapy H,

Entropy S, năng lượng tự do Gibbs G,…

Nhiệt q và công w không phải là hàm trạng

Quá trình thuận nghịch (TN): Xảy ra theo hai chiều

ngược nhau và khi diễn ra theo chiều nghịch, hệ & môi

trường sẽ chuyển về đúng trạng thái ban đầu

Quá trình bất thuận nghịch: là quá trình chỉ xảy ra

theo 1 chiều, không diễn ra theo chiều ngược lại

Quá trình đẳng áp: (Isobaric process, p=const)

Quá trình đẳng tích: (Isochoric process, V=const)

Quá trình đẳng nhiệt: Isothermal process, T=const)

Các quá trình

Nguyên lý I: “Không có một dạng năng lượng

nào tự sinh ra hoặc tự mất đi, chúng chỉ được

chuyển thành một dạng năng lượng khác với

lượng phải được bảo toàn ”

Cách phát biểu khác: Khi cung cấp cho hệ một

lượng nhiệt Q thì lượng nhiệt này dùng làm tăng

nội năng U của hệ và giúp hệ thực hiện một công

A chống lại các lực bên ngoài tác động lên hệ

Công A là công do hệ thực hiện trong quá trình

chuyển từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 để chống lại

các lực bên ngoài tác động lên hệ như: áp suất,

điện trường, từ trường, sức căng bề mặt…

Nếu hệ ngưng tụ, ∆V=0, A=0

2 ln

V nRT dV

V

nRT PdV

Tổng quát:

Năng lượng của hệ, E = U + Eđ + Et

 U là nội năng của hệ

Nội năng U của hệ là năng lượng sẵn có, tiềm ẩn

bên trong hệ

Hệ đứng yên, tương tác của hệ với m.trường

ngoài không đổi và nhỏ (Eđ =0, Et=0):

Nội năng U

Nội năng bao gồm:

 Năng lượng của chuyển động tịnh tiến, chuyển động

quay, chuyển động dao động của nguyên tử, phân

 U là hàm trạng thái

Đơn vị: J/mol hoặc cal/mol

 U phụ thuộc vào bản chất, lượng chất, T, P, V,

Ở điều kiện đẳng tích, nhiệt cung cấp cho hệ chỉ

dùng để tăng nội năng của hệ

Nội năng U & nhiệt đẳng tích

Ở điều kiện đẳng áp (p=const)

Hiệu ứng nhiệt ở điều kiện đẳng áp chính là sự

biến đổi enthalpy, gọi tắt là hiệu ứng nhiệt

Phản ứng tự xảy ra khi H<0phát nhiệt

Phản ứng không tự xảy ra khi H>0 thu nhiệt

Enthalpy H& nhiệt đẳng áp

Nhiệt dung

 Nhiệt dung của 1 chất là lượng nhiệt cần để

nâng chất đó lên 1oC

 Nhiệt dung đẳng áp: Cp, J/(mol độ)

 Nhiệt dung đẳng tích: Cv, J/(mol độ)

dQ

C p  p 

dT

dU dT

dQ

ĐỊNH LUẬT KIRCHOFF

H1: Hiệu ứng nhiệt ở nhiệt độ T1

H2: Hiệu ứng nhiệt ở nhiệt độ T2

T

T

pdT C H

H

PD PC

C

dD cC

bB aA

ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN HIỆU ỨNG NHIỆT

H2  1  p 2  1

 Trong các phản ứng chỉ có chất lỏng và chất rắn tham

gia hoặc phản ứng xảy ra ở trạng thái dung dịch thì

 V  0

Do đó, khi quá trình này được thực hiện ở áp suất thấp

(áp suất khí quyển) thì P  V ≈ 0 nên H ≈ U

 Trong các phản ứng có sự tham gia của pha khí, giả sử

 Là phương trình phản ứng hóa học có ghi kèm

trạng thái pha của tác chất, sản phẩm

Hiệu ứng nhiệt của một phản ứng tỷ lệ thuận

với lượng chất tham gia phản ứng

 Nhiệt chuyển trạng thái

 Nhiệt hoà tan

HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA QUÁ TRÌNH HÓA HỌC

Nhiệt tạo thành

Nhiệt tạo thành là hiệu ứng nhiệt của phản

ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn

chất ở trạng thái bền vững nhất ở đk đã cho

Ở điều kiện tiêu chuẩn (25°C,1atm) gọi là

Ví dụ5: Ở điều kiện tiêu chuẩn:

Nhiệt đốt cháy của một chất là hiệu ứng nhiệt

của phản ứng đốt cháy 1 mol chất đó bằng oxy

vừa đủ để tạo thành các chất bền vững nhất ở

điều kiện phản ứng

Đối với các chất hữu cơ, nhiệt đốt cháy là hiệu

ứng nhiệt của phản ứng đốt cháy 1 mol chất

hữu cơ bằng oxy vừa đủ tạo thành khí CO2,

nước (lỏng) và một số sản phẩm khác ( N2 , X2 ,

HX )

Ở đk tiêu chuẩn (250C, 1 atm): H0 hay

Nhiệt đốt cháy

2 6

 Là hiệu ứng nhiệt chuyển 1 mol chất từ trạng thái

này sang trạng thái khác

298 =2.71 kcal, nhiệt nóng chảy

Nhiệt chuyển trạng thái

 Là hiệu ứng nhiệt cần thiết để hòa tan 1 mol chất

thành dung dịch trong 1 thể tích dung môi rất lớn

 3 giai đoạn của quá trình hòa tan:

 Phá vỡ liên kết trong chất tan (thu nhiệt) Ví dụ: phá vỡ

mạng tinh thể của muối khi hòa tan vào nước

 Phá vỡ liên kết giữa các phân tử dung môi (thu nhiệt), ví

dụ: phá vỡ liên kết hydro của nước

 Tạo thành liên kết giữa dung môi và chất tan trong dung

dịch (tỏa nhiệt)

Nhiệt hòa tan

Nhiệt hòa tan

Phụ thuôc độ lớn của các giai đoạn mà tổng cộng quá trình

hòa tan tỏa nhiệt (muối ăn trong nước) hay thu nhiệt (NH 4 Cl

Hiệu ứng nhiệt của quá trình hóa học:

 Phụ thuộc vào bản chất và trạng thái của các chất

đầu và sản phẩm cuối

 Không phụ thuộc vào đường đi của quá trình,

(không phụ thuộc vào số và đặc điểm của các giai

đoạn trung gian)

ĐỊNH LUẬT HESS

B C

A

Sản phẩm phản ứng

Ví dụ 9:

Xác định hiệu ứng nhiệt của pư:

C (gr) + ½O2(k) → CO (k),  H 0

298 (1)= ? Biết:

C(graphit) + O2(k) → CO2(k),  H 0

298 = -393,5 kJ (2) CO(k) + ½O2(k) → CO2(k),  H 0

298 = -283,0 kJ (3) Sol:

Sử dụng năng lượng liên kết, tính hiệu ứng nhiệt của phản

ứng sau ở 298K:

N2 (k) + 3H2(k)  2NH3 (k) Cho biết:

 H NN=945 kj/mol,  H HH=436 kj/mol,  H N-H=391 kj/mol

Ví dụ 11:

Giải:

Lượng nhiệt hấp thu khi một chất phân hủy

thành các nguyên tố bằng lượng nhiệt phát ra

khi tạo thành hợp chất đó từ các nguyên tố

Tính hiệu ứng nhiệt dựa vào nhiệt tạo thành:

Hiệu ứng nhiệt của phản ứng bằng tổng nhiệt

tạo thành của các sản phẩm trừ đi tổng nhiệt

tạo thành của các chất ban đầu

Xét phản ứng:

aA + bB = cC + dD  H1  H2  H3  H4 (nhiệt tạo thành)

Hpu = cH3 + dH4 – (aH1 + bH2)

Các bài toán hiệu ứng nhiệt

Tính hiệu ứng nhiệt dựa vào nhiệt đốt cháy:

Hiệu ứng nhiệt của phản ứng bằng tổng nhiệt

đốt cháy của các chất đầu trừ đi tổng nhiệt đốt

cháy của các sản phẩm

Xét phản ứng đốt cháy:

aA + bB = cC + dD  H  H  H  H (nhiệt đốt cháy)

Các bài toán hiệu ứng nhiệt

Cho biết hiệu ứng nhiệt đốt cháy của C(graphite) , H 2 (g),

CH 4 (g) lần lượt là: -393.5 kJ/mol, -285.8 kJ/mol, -890.3

Tính năng lượng mạng tinh thể:

Ví dụ 16: Dùng chu trình Born-Haber để tính

năng lượng mạng tinh thể 1 mol NaCl:

Na+ (k) + Cl-(k) NaCl (r)

Cho biết: Nhiệt thăng hoa của Na, nhiệt

phân ly của Cl2, năng lượng ion hóa của

Na(k), ái lực ion của Cl(k) và nhiệt tạo

1 1

2

1 2

1

0 0

0 0

plyCl plyH

tt lk

lk plyCl

plyH tt

H H

H HCl H

HCl H H

H H

tt(SiO2)= -910,94 kJ Giải:

 Ho

m= -1864,88kJ