Hóa h_c 1-Chuong 6-nhi_t d_ng.rar

HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 1 of 48
HÓA ĐẠI CƯƠNG
Chapter 6: NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 2 of 48
Nhiệt động lực hóa học
6.1 Đối tượng nghiên cứu của NĐLH
6.2 Các khái niệm cơ bản
6.2 Nguyên lý 1 của nhiệt động học
6.4 Định luật Hess
6.5 Nguyên lý thứ 2 của NĐLH và chiều quá trình HH
6.6 Bài tập
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 3 of 48
6.1 Đối tượng nghiên cứu của NĐLH
Đối tượng nghiên cứu của nhiệt động lực học và nhiệt động lực học hoá học là:
Nhiệt động lực học là khoa học nghiên cứu các quy luật về sự biến hóa từ dạng năng lượng này sang dạng năng lượng khác và thiết lập các định luật của sự biến đổi đó. Cơ sở của nhiệt động lực học là là 2 nguyên lý nhiệt động lực học
Nhiệt động lực học hóa học là khoa học nghiên cứu các quy luật về sự biến đổi qua lại giữa hóa năng và các dạng năng lượng khác trong các quá trình hóa học.
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 4 of 48
6 .2 Khái ni?m co b?n s? d?ng trong nhi?t d?ng l?c h?c v� nhi?t hố h?c
6.2.1. 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
1. Hệ cô lập: là hệ không trao đổi chất và E với môi trường bên ngoài
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 5 of 48
2. Hệ kín (hệ đóng)
Hệ kín là hệ chỉ có thể trao đổi E với MT ngoài.
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 6 of 48
3. Hệ đọan nhiệt
Hệ đoạn nhiệt là hệ không trao đổi chất và nhiệt nhưng có thể trao đổi công với MT ngoài.
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 7 of 48
4. 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 hệ nhiều pha
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
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 8 of 48
6.2.2 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…
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 9 of 48
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)
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 10 of 48
6.2.3 Quá trình
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 xãy 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
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 11 of 48
6.2.4 Năng lượng
Năng lượng là đại lượng để đo thuộc tính vận động của vật chất. Nó là thước đo khả năng vận động của vật chất.
Đối với hệ cơ học thì năng lượng được đặc trưng cho khả năng sinh công của hệ
Công cơ học = lực x quảng đường đi
Nhiệt và công là hai hai hình thức trao đổi của hệ với môi trường
+ Dạng truyền nhiệt là dạng truyền năng lượng vô hướng, không có trật tự, được thực hiện qua sự chuyển động hỗn loạn
+ Dạng truyền công là dạng truyền năng lượng có hướng, được truyền từ hệ thực hiện công sang hệ nhận công
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 12 of 48
Các dạng năng lượng
Hệ thống
Hệ thống
V= hằng số, ΔU=Qv
P= hằng số, ΔU=Qp + P ΔV
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 13 of 48
Năng lượng, nhiệt và công
Công là thước đo sự chuyển động có trật tự, có hướng của các tiểu phân trong hệ. Hệ nhận công: A < 0. Hệ sinh công: A > 0.
A = Pngoài(V2 - V1)

HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 14 of 48
Các dạng năng lượng
Động năng: dạng E đặc trưng cho vật chuyển động Eđ=(mv2)/2
Thế năng: là E của hệ có do vị trí của nó trong trường lực Et= mgh
Điện năng: là E chuyển động của các tiểu phân tích điện
Nhiệt năng: năng lượng có liên quan đến sự chuyển động hỗn loạn của các tiểu phân
Hoá năng là năng lượng gắn liền với sự biến đổi chất
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 15 of 48
Năng lượng toàn phần của một hệ gồm
Động năng của toàn bộ hệ
Thế năng do vị trí của hệ trong trường lực ngoài
Tổng động năng và thế năng gọi là cơ năng
Nội năng U là năng lượng dự trữ bên trong hệ gồm động năng của các phân tử, lực hút đẩy của các tiểu phân mang điện, năng lượng của các liên kết hoá học, năng lượng hạt nhân
Như vậy E (hệ) = Eđ + Et + U
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 16 of 48
6.3 Nguyên lý 1 của nhi?t d?ng l?c học.
D?nh lu?t b?o toàn nang lu?ng
6.3.1 Nguyeân lyù Năng lượng không tự nhiên sinh ra hay tự biến mất mà nó chỉ có thể chuyển từ dạng này sang dạng khác theo tỉ lệ tương đương nghiêm ngặt

Ví duï: Hệ kín
Hấp thụ một năng lượng = Q
Một công A lực bên ngoài tác dụng vào hệ.
Trạng thái hệ: 1 sang trạng thái 2
Nội năng của hệ từ U1 sang U2
ΔU = Q + A

Trong ñoù: ΔU = U2 – U1 laø bieán thieân noäi naêng cuûa heä.
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 17 of 48
6.3.2 Các đại lượng nhiệt động: Nội năng, entanpi
và nhiệt dung
Nội năng U và nhiệt d?ng tích
Ví d?
Tức V1 = V2 ? A = 0 Do đó: Qv = ?UV
V?y s? tang hay gi?m n?i nang c?a h? d�ng b?ng nhi?t lu?ng h? thu v�o hay t?a ra.
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 18 of 48
2. Entanpi và Nhiệt đẳng áp
Tức Pngoài = Pkhí = P trong đó Ap = P(V2 - V1) va � QP = ?U +A
Do đó QP = (U2 - U1) + P (V2 - V1)= (U2 + PV2) - (U1 + PV1)
Đặt H = (U + PV) ? QP = H2 - H1 Hay QP = ?H
Trong đó: H là entanpi , hàm trạng thái.
?H = ??HSP - ??HTC
Vậy: Lượng nhiệt thu vào (hay tỏa ra) đúng bằng sự tăng (hay giảm) entanpi của hệ
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 19 of 48
Entanpi của phản ứng
Entanpi tỷ lệ với hệ số hợp thức pt
CH4(g) + 2O2(g)  CO2(g) + 2H2O(g) DH = -802 kJ
2CH4(g) + 4O2(g)  2CO2(g) + 4H2O(g) DH = -1604 kJ
Khi đổi chiều phản ứng thì dấu của entanpi đổi DH:
CO2(g) + 2H2O(g)  CH4(g) + 2O2(g) DH = +802 kJ

Entanpi phụ thuộc trạng thái
CH4(g) + 2 O2(g)  CO2(g) + 2 H2O(g) DH = -802 kJ
CH4(g) + 2 O2(g)  CO2(g) + 2 H2O(l) DH = -890 kJ
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 20 of 48
Quan hệ giữa Qp và Qv cuûa chaát khí
Do H= U + PV
?H = (?U + P?V) mà PV = nRT nên P?V = ?nRT
Đối với qt đẳng tích QV = ?U
Đối với qt đẳng áp Qp = ?H
Vậy QP = QV + ?nRT
Trong đó: ?n = ? nSP - ? nCĐ

Trong q�a trình ch?t khí ta cĩ:
?H = ?U + ?nRT
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 21 of 48
Qui ước dấu
Qui ước:
Q < 0 : Hệ tỏa nhiệt,
Q > 0 : Hệ thu nhiệt
A < 0 : Hệ nhận công, A > 0 : Hệ sinh công
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 22 of 48
3. Nhiệt dung vaø nhieät dung mol
a. Nhiệt dung: là nhiệt lượng cần thiết để nâng một lượng chất nào đó lên 1 độ
b. Nhi?t dung ri�ng : l� nhi?t lượng c?n thi?t d? n�ng 1g ch?t l�n 1 d?
c. Nhi?t dung mol: Nhi?t lu?ng c?n thi?t d? n�ng nhi?t d? c?a 1 mol ch?t l�n 1độ m� khơng cĩ s? bi?n d?i v? tr?ng th�i
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 23 of 48
Nhiệt dung
+ Trường hợp đẳng áp: C trở thành Cp
+ Trường hợp đẳng tích: C trở thành Cv
+ Với hệ không có chất khí Cp= Cv
+ Hệ khí lý tưởng (1mol): Cp= Cv +R
+ Ñoái vôùi heä coù 1mol vaø n mol thì nhieät dung rieâng trung bình laø:
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 24 of 48
4. Khí lý tưởng và nguyên lý 1
Đẳng tích: coâng Av= 0; nhieät Qv = ΔUv= nCv (T2-T1)
Đẳng áp Coâng Ap = -P(V2-V1) = - nR(T2-T1)
nhieät Qp= ΔHp= nCp(T2-T1)
Đẳng nhiệt:
Coâng AT do theå tích khí lyù töôûng tæ leä nghòch vôùi aùp suaát neân
AT=- nRTln (V2/V1)= nRTln (P1/P2)
Nhieät Vì noäi naêng phuï thuoäc vaøo nhieát ñoä neân
ΔUT= 0  QT= -AT= nRTln(V2/V1) = nRTln (P1/P2)
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 25 of 48
- DH = QP
Qhệ = -Qmt

Môi trường xung quanh là nước và trong nhiệt lượng kế
Qhệ = - (qnước + qnhiệt lương kế)

Bỏ qua Q nhiệt lương kế
Qhệ = - Qnước
Chệmhệ DT = - cnướcmnước DTnước
Đo nhiệt dung
P= hằng số
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 26 of 48
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 27 of 48
NH4NO3(r)  NH4+(aq) + NO3-(aq)
DTnước = 18.4oC – 23.0oC = -4.6oC
mnước = 60.0g
cnước = 4.184J/goC
mmẫu = 3.88g
qmẫu = -qnước
qmẫu = -cnướcmnước DTnước
qmẫu = -(4.184J/goC)(60.0g+3.88g)(-4.6oC)
qmẫu = 1229J
Tính DH bằng kJ/mol
soá mol NH4NO3 = 3.88g/80.032g/mol = 0.04848mol
ΔH = q mẫu/moles
ΔH = 1229J/0.04848mol
ΔH = 25.4 kJ/mol
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 28 of 48
Ví dụ
15.5g hợp kim được nung nóng tới 98.90 C và thả vào trong 25.0 g nước trong nhiệt lượng kế. Nhiệt độ tăng từ 22.50 C đến 25.7oC.
Tính nhiệt dung riêng của mẫu hợp kim
Cho (H2O (l) C= 4.18 Jg-1 oC-1 )
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 29 of 48
1. Hieäu öùng nhieät phaûn öùng: Nhiệt lượng toả ra hay thu vào của một phản ứng hóa học ñeå laøm thay ñoåi noäi naêng hay entanpi cuûa heä.
+Neáu nhieät duøng ñeå bieán ñoåi noäi naêng goiï laø hieäu öùng nhieät ñaúng tích coøn ñeå bieán ñoåi entanpi goïi laø hieäu öùng nhieät ñaúng aùp
6.3.3 Hiệu ứng nhiệt của các quá trình hoá học (Nhieät hoùa hoïc)
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 30 of 48
+ Đối với những quá trình xãy ra trong chất rắn và lỏng thì ?V thay đổi không đáng kể khi đó ?H = ?U
+ Với chất khí thì ?H = ?U + ?nRT
+ Ở P không đổi. Hiệu ứng nhiệt của phản ứng ở một nhiệt độ xác định bằng tổng entanpi của sản phẩm trừ đi tổng entanpi của chất đầu
?H = ??Hsp - ??Hcđ
Hiệu ứng nhiệt của phản ứng được tính bằng kj/mol hoặc kcal/mol
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 31 of 48
Bắt đầu
Kết thúc
Hiệu ứng nhiệt của một phản ứng hóa học phụ thuộc vào trạng thái của các chất phản ứng đầu và trạng thái của các sản phẩm cuối mà không phụ thuộc vào các giai đoan trung gian
+ Phương trình hóa học có ghi thêm nhiệt lượng tỏa ra hay thu vào và trạng thái của các chất gọi là phương trình nhiệt hóa học
C (r) + O2 (k) ? CO2 (k) , ?H= -395,50kJ
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 32 of 48
2. Hiệu ứng nhiệt tiêu chuẩn
Đại lượng này được tính đối với 1mol chất và ứng với điều kiện chuẩn của chất: là tất cả các chất tham gia vào phản ứng phải ở trạng thái bền, ở áp suất chuẩn 101,325 kPa (1atm)
Hiệu ứng nhiệt này gọi là hiệu ứng nhiệt chuẩn và ký hiệu ?H0298 hoặc ?H0 nếu không chú ý đến nhiệt độ
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 33 of 48
3. Nhi?t tạo thành , nhiệt phân hủy và nhiệt đốt cháy
a. Nhiệt tạo thành (sinh nhiệt) của một hợp chất là hiệu ứng nhiệt của phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất ứng với trạng thái tự do bền vững nhất trong những điều kiện đã cho về áp suất và nhiệt độ
Ví dụ: C (r) than chì + O2 (k) ? CO2(k)
?H0tt (CO2,k) = - 393,51 kJ/mol (?H0)
Nhiệt tạo thành chuẩn của đơn chất bằng 0: ?H0298 = 0.
b. Nhiệt phân hủy của một hợp chất là hiệu ứng nhiệt của phản ứng phân hủy 1 mol chất đó thành các đơn chất.
Ví dụ: H2O (l) ? H2 (k) + 1/2O2 (k)
?H0ph (H2O,l) = + 285,84 kJ/mol
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 34 of 48
Nhiệt tạo thành và phân hủy của một hợp chất bằng nhau về trị số nhưng trái dấu
Ñònh luaät Lavoisier-Laplace
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 35 of 48
c. Nhiệt đốt cháy (thiêu nhiệt)
- Nhiệt đốt cháy là hiệu ứng nhiệt của phản ứng đốt cháy 1 mol chất bằng oxy để tạo thành sản phẩm cháy ở áp suất không đổi.
Ví dụ: CH4 (k) + 2O2 (k) = CO2 (k) + H2O (l)
?H0đc (CH4,k) = - 212,7 kcal/mol
-Nếu nhiệt đố�t cháy được qui về điều kiện tiêu chuẩn được gọi là nhiệt đốt cháy tiêu chuẩn, ký hiệu ?H0đc 298
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 36 of 48
6.4 Định luật Hess và những hệ quả đl Hess
6.4.1 Nội dung Nếu có nhiều cách để chuyển các chất ban đầu như nhau thành những sản phẩm cuối cùng như nhau thì hiệu ứng nhiệt tổng cộng theo cách nào cũng giống nhau
Hay nói cách khác Hi?u ?ng nhi?t c?a m?t ph?n ?ng hĩa h?c chỉ ph? thu?c v�o bản chất và tr?ng th�i c?a c�c ch?t ph?n ?ng d?u v� c?a c�c s?n ph?m cu?i m� khơng ph? thu?c v�o c�ch thực hiện phản ứng
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 37 of 48
Ví dụ 1:
C than chì,r) + O2(khí) = CO2 (khí), ?H = -393,509 kJ
C (than chì,r) + � O2 = CO (khí), ?H1 = -110,525 kJ
CO (khí) + � O2 (khí) = CO2 (khí), ?H2 = - 282,984 kJ
?H = ?H1 + ?H2
Ví dụ 2
CH4(k) + 2O2(k) ? CO2(k) + 2H2O(k) ?H = -802 kJ
2H2O(k) ? 2H2O(l) ?H = -88 kJ
CH4(g) + 2O2(g) ? CO2(g) + 2H2O(l) ?H = -890 kJ
?H = ?H1 + ?H2
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 38 of 48
Entanpi là hàm trạng thái và
không phụ thuộc vào quá trình
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 39 of 48
6.4.2 Một số hệ quả
Hệ quả 1: Hiệu ứng nhiệt của một phản ứng bằng tổng nhiệt tạo thành (sinh nhi?t) của các sản phẩm trừ tổng nhiệt tạo thành của các tác chất
?H0298 = ??H0tt (sp) - ??H0tt(tc)
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 40 of 48
Ví du 1ï: Xác định nhiệt phản ứng cho phản ứng sau:
4NH3(k) + 5O2(k)  4NO(k) + 6H2O(k)
Sử dụng hệ phản ứng sau
N2(k) + O2(k)  2NO(k) H = 180.6 kJ
N2(k) + 3H2(k)  2NH3(k) H = -91.8 kJ
2H2(k) + O2(k)  2H2O(k) H = -483.7 kJ
Gợi ý: Ba phản ứng trên phải được tổ hợp toán học để thu được phản ứng mong muốn.
Và H …..
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 41 of 48
4NH3(g) + 5O2(g)  4NO(g) + 6H2O(g)
Sử dụng các phản ứng:
N2(g) + O2(g)  2NO(g) H1 = 180.6 kJ
N2(g) + 3H2(g)  2NH3(g) H2 = -91.8 kJ
2H2(g) + O2(g)  2H2O(g) H3 = -483.7 kJ
Giải:
NH3:
O2 :
NO:
H2O:
Đảo ngược và x 2
4NH3  2N2 + 6H2 H = +183.6 kJ

= 0
x 2
2N2 + 2O2  4NO H = 361.2 kJ
x 3
6H2 + 3O2  6H2O H = -1451.1 kJ
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 42 of 48
4NH3(g) + 5O2(g)  4NO(g) + 6H2O(g)
:
NH3:
O2 :
NO:
H2O:
Đảo ngược và x2
4NH3  2N2 + 6H2 H = +183.6 kJ

x2
2N2 + 2O2  4NO H = 361.2 kJ
x3
6H2 + 3O2  6H2O H = -1451.1 kJ
Loại bỏ phần tử theo hệ số và lấy tổng
4NH3
+ 5O2

4NO
+ 6H2O
H = -906.3 kJ
Phản ứng tỏa nhiệt hay thu nhiệt
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 43 of 48
Ví dụ 2 CaCO3 (r) ? CaO (r) + CO2 (k)
?H0298 = ? .Biết:
?H0tt -1206,9 - 635,6 -393,5 (kJ)
?H0298 = - 635,6 -393,5 + 1206,9 = +177,8 kJ



HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 44 of 48
Hệ quả 2
Hệ quả 2: Hiệu ứng nhiệt của một phản ứng bằng tổng nhi?t đốt cháy của các tác chất trừ tổng nhiệt đốt cháy của các sản phẩm
?H0298 = ??H0đc (tc) - ??H0đc(sp)

Ví dụ1: CH3COOH (l) + C2H5OH (l) ? CH3COOC2H5 (l)+ H2O (l)
?H0đc - 871,69 - 1366,91 - 2284,05 0
?H0 = - 871,69 - 1366,91 + 2284,05 = + 45,45 kJ


HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 45 of 48
Ví dụ 2 X�c d?nh nhi?t ph?n ?ng cho ph?n ?ng sau:

C2H4(k) + H2(k) ? C2H6(k), ?H ?

S? d?ng h? ph?n ?ng:

C2H4(k) + 3O2(k) ? 2CO2(k) + 2H2O(l) ?H1 = -1401 kJ

H2(k) + 1/2O2(k) ? H2O(l) ?H2 = -286 kJ
C2H6(k) + 7/2O2(k) ? 2CO2(k) + 3H2O(l) ?H3 = -1550 kJ
Ans: C2H4(g) + H2(g)  C2H6(g) H = -137 kJ
.H = H1 + H2 - H3 = -1401 - 286 + 1550 = - 137kJ
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 46 of 48
C2H4(k) + H2(k) + 7/2 O2
C2H6(k) + 7/2 O2
2CO2(k) + 3H2O(l)
H1
H2
-H3
H= (H1 + H2) - H3
Ví dụ 3: C2H4(k) + H2(k) C2H6(k) , H?
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 47 of 48
Hệ quả 3
Hệ quả 3: Hiệu ứng nhiệt của một phản ứng bằng tổng năng lượng liên kết có trong các chất ban đầu trừ tổng năng lượng liên kết có trong các sản phẩm.
?H0298 = ?Elk (tc) - ?Elk(sp)
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 48 of 48
C2H4 + H2  C2H6 : ΔH= ?
Cho E C=C = 595.7 kj/mol
EC-H= 418.4 kj/mol
EH-H= 432.0 kj/mol
EC-C = 343.4 kj/mol
C2H4 + H2
C2H6
H
H=EC=C + 4EC-H + EH-H –EC-C- 6EC-H
EC=C
4 EC-H
EH-H
-EC-C
-6 EC-H
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 49 of 48
1.Tìm hiệu ứng nhiệt của phản ứng:
Ví dụ: Xác định hiệu ứng nhiệt của quá trình.
C (than chì - rắn) ? C (kim cương - rắn) ?H = ?
Biết: C(than chì - rắn) + O2 (khí) ? CO2 (khí)
?H1 = -393,51kJ
C(kim cương - rắn) + O2 (khí) ? CO2 (khí)
? H2 = -395,41kJ
6.4.3 Một vài ứng dụng của định luật Hess
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 50 of 48
Theo định luật Hess ?H= ?H1- ?H2 =1,9 kj

HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 51 of 48
2 Xác định năng lượng liên kết hóa học
Ví dụ: Xác định E t/bình của các lk O - H trong ptử nước.
Biết E lk H-H = 435,9 kJ, EO=O = 498,7 kJ, khi đ?t 2 mol H2 tỏa ra 483,68 kJ.
Ta có pư:
2H2 (k) + O2 (khí) ? 2H2O (l) ?H0298 = - 483,68kJ
Theo hệ quả 3: ?H0298 = ?Elk (tc) - ? Elk (sp)
- 483,68 = 2 x 435,9 + 498,7 - 4Elk(O - H)
Elk(O - H) = �(2 x 435,9 + 498,7 + 483,68)=463,545 kJ
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 52 of 48
3.Tìm nhiệt tạo thành một chất
Ví dụ xác định nhiệt tạo thành axetylen
2C(grafit,r) + H2 (k) ? C2H2(k) ; ?H0 298= ?
Biết: C(grafit,r) + O2 (k) ? CO2(k) ; ?H0 298= -393,5 kJ
H2 (k) + O2 (k) ? H2O(l) ; ?H0 298=-285,8 kJ
C2H2(k) + 5/2O2 (k) ? CO2 (k) + H2 O(l)
?H0 298= -1299,4kJ
?H0 298=(-2 x 393,5 -285,8)-(-1299,4) = +226,6kJ
Kết quả nhiệt tạo thành của axetylen bằng
?H0tt (axetylen, khí) = + 226,6 kJ
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 53 of 48
6.5 Nguyeân lyù thöù 2 cuûa nhieät ñoäng hoïc vaø
chiều tự diễn biến của một quá trình hoùa hoïc
6.5.1 Nguyên lý thứ hai nhiệt động lực học:
Nhiệt không thể tự động truyền từ vật lạnh sang vật nóng hơn
Không có quá trình trong đó nhiệt lấy từ một vật được chuyển thành công mà không có sự đền bù
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 54 of 48
6.5.2 Entropi và tính chất của nó
Khái niệm
Entropi (S) là một đại lượng nhiệt động d? kh?o s�t s? trao d?i nhi?t c?a h? v?i mơi tru?ng trong qu� trình h? chuy?n t? tr?ng th�i nhi?t d? cao T1 sang nhiệt độ� thấp T2
+ Nếu quá trình trao đổi nhiệt thu?n ngh?ch
?S = Q tn/T
+ Nếu quá trình trao đổi nhiệt b?t thu?n ngh?ch.
?S > Q btn/T
Tóm lại ?S ? Q/T (j/mol, cal/mol)
Trong đĩ :
Qtn và Qbtn là nhiệt lượng trao đổi trong qúa trình thuận nghịch và bất thuận nghịch
T: l� nhi?t độ tuy?t đ?i t?i dđĩ x?y ra s? trao đ?i nhi?t
?S = S2-S1
S1,S2: entropi c?a h? ? c�c tr?ng th�i nhi?t d? T1 v� T2
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 55 of 48
2. Tính chất của entropi
+ Entropi S là đại lượng đặc trưng cho mức độ hỗn độn của phân tử trong hệ cần xét
S= kblnW = R/N ln W
Trong ñoù W xaùc suất nhiệt động
kb hằng số Boltzmal kb=1,3860066.10-23
+ Cuõng nhö caùc tính chaát khaùc cuûa heä nhö T,P, H, U, …entropi laø moät ñaïi löôïng xaùc ñònh traïng thaùi cuûa heä
+Sø laø ñaïi löôïng dung ñoä (khuyeách ñoä) giaù trò cuûa noù phuï thuoäc vaøo khoái löôïng
+ Sø laø haøm traïng thaùi, bieán thieân cuûa noù chæ phuï thuoäc vaøo traïng thaùi ñaàu vaø cuoái, khoâng phuï thuoäc vaøo caùc giai ñoaïn trung gian
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 56 of 48
Tính chaát cuûa Entropi
+ Về bản chất entropi (S) là thước đo tính hỗn loạn của hệ, tính hỗn loạn của các tiểu phân trong hệ càng cao thì entropi của hệ càng cao.
Do đó
�Hệ càng phức tạp thì entropi càng lớn
Ví dụ ?S0 của O = 160,95 j/mol
?S0 của O2 = 205,03 j/mol
?S0 của O3 = 238,82 j/mol
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 57 of 48
Tính chất của Entropi
�Đối với cùng một chất thì S tăng khi chuyển từ rắn sang lỏng và sang chất khí
?S0nước đá = 41,31 j/mol
?S0nước lỏng = 63,31j/mol
?S0hơi nước = 185,6 j/mol
�Nhiệt độ càng tăng thì
entropi càng cao
�Áp suất tăng thì entropi
của hệ giảm
Vậy ?S phụ thuộc vào
T, P, V
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 58 of 48
Tính chất của Entropi
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 59 of 48
3. Entropy và söï chuyển pha
S (khí) > S (lỏng)> S (rắn)
So (J/K•mol)
H2O(khí) 188.8
H2O(lỏng) 69.9
H2O (rắn) 47.9
ΔS = Q/T
H2O (l) ---> H2O(k)
ΔH = q = +40,700 J/mol
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 60 of 48
4.Biến thiên entropi của một số QT thuận nghịch
Đối với quá trình đẳng áp
ΔSp = n CplnT2/T1 ( Cp là không đổi)
Đối với quá trình đẳng tích
ΔSv = n CvlnT2/T1 ( Cv là không đổi)
Đối với quá trình đẳng nhieât
ΔST = QT/ T
Nếu Cp và Cv phụ thuộc vào nhiệt độ lúc đó phải tính sự phụ thuộc C vào nhiệt độ
Ví dụ; Tính ΔS của 1 mol nước khi đun nóng từ 273K đến 373K, Cp = 75,5 kj/mol
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 61 of 48
6.5.3 Nguyên lý 3 của nhiệt động học-
� Entropi tuyệt đối và entropi tiêu chuẩn
Nguyên lý: ? nhi?t d? không tuy?t d?i (0K) m?i don ch?t cung nhu h?p ch?t ? d?ng tinh th? hồn h?o d?u cĩ entropi bằng 0 (S0 =0 ) hay g?i d?nh lu?t Nernst
Entropi tuy?t d?i: Entropi du?c x�c d?nh ở nhiệt độ nào đó trên cở sở đi từ nhiệt độ 0 tuyệt đối
?S= ST -S0. Từ việc tính ?S ta tính được ST
Entropi tiêu chuẩn: là giá trị entropi tuyệt đối của chất ở di?u ki?n ti�u chu?n: nhiệt độ 250C (298,15K), áp suất 1atm và ký hiệu S0298. . Đối với chất khí đó là khí lý tưởng , còn dung dịch là dd có nồng độ 1 mol/lit
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 62 of 48
Ví dụ; 2 H2(k) + O2(k)  2 H2O(loûng)
DSo = 2 So (H2O) - [2 So (H2) + So (O2)]
DSo = 2 mol (69.9 J/K•mol) - [2 mol (130.7 J/K•mol) + 1 mol (205.3 J/K•mol)]
DSo = -326.9 J/K

S giảm vì ?
6.5.4 Biến thiên S cuûa phản ứng hoùa
DS = S S (sảnphẩm) - S S (chất tham gia)
DSo = S So (sảnphẩm) - S So (chất tham gia)

HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 63 of 48
6.5.5 Biểu thức thống nhất của 2 nguyên lý
�Theo nguyên lý 1: Q = ?U + A
� Theo nguyên lý 2 cho quá trình đẳng nhiệt :
?S? Q/T hay Q ? T.?S
�Kết hợp 2 biểu thức trên
T.?S ? ?U + A
+ Đối với quá trình thuận nghịch T?S = ?U + ATN
+ Đối với quá trình không thuận nghịch
T?S > ?U + AKTN

HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 64 of 48
6.5.6 Th? nhiệt động v� chi?u hu?ng di?n bi?n c?a c�c
qu� trình hố h?c
1. Khaùi nieäm veà theá nhieät ñoäng ñaúng tích, ñaúng aùp
a) Quan heä cuûa entanpi vaø entropi
+ H phaûn aùnh khuynh höôùng taäp hôïp cuûa caùc tieåu phaân
S phaûn aùnh khuynh höôùng ngöôïc laïi, laøm cho heä phaân taùn ñeå coù söï phaân boá hoãn loaïn
+ Khuynh höôùng taäïp hôïpï laøm cho entanpi giaûm (H <0) coøn khuynh höôùng phaân taùn laøn taêng entropi (S>0)
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 65 of 48
b.Thế nhiệt động và phương trình cơ bản của nhiệt động học
b1) Theá ñaúng tích
Töø nguyeân lyù I vaø II ta coù moät ñaïi löôïng môùi
+ Neáu quaù trình xaõy ra ôû T vaø V khoâng ñoåi ta coù
F = U – TS
F goïi laø theá ñaúng nhieät ñaúng tích (goïi taét laø theá ñaúng tích) hoaëc haøm naêng löôïng töï do Helmholtz (goïi taét laø haøm Helmholtz)
+ Ñoái vôùi heä kín, trong ñieàu kieän ñaúng nhieät ñaúng tích, quaù trình töï dieãn bieán keøm theo söï giaûm theá ñaúng tích (DF <0) cho ñeán khi theá ñaúng tích ñaït giaù trò cöïc tieåu
(DF = 0, Fmin)
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 66 of 48
b2) Theá ñaúng aùp
+ Nếu quá trình xãy ra ở T và P không đổi.
G = H - TS (1)
G gọi là thế d?ng nhi?t d?ng �p (gọi tắt là
thế đẳng áp) hay hàm nang lu?ng t? do
Gibbs ( gọi tắt là hàm Gip)
+ Đối với điều kiện đẳng nhiệt đẳng áp Từ (1) ta có
?G = G2-G1= (H2-H1)- T(S2-S1) =?H - T?S
hay ?G = ?H - T?S (2)
Phương trình (2) gọi là phương trình cơ bản của nhiệt động hóa học
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 67 of 48
b3) Thế đẳng áp tiêu chuẩn
Thế đẳng áp tiêu chuẩn là thế đẳng áp đo ở di?u ki?n ti�u chu?n
Ký hiệu DGo298 hay DGo
Lượng chất đúng 1 mol, Áp suất 1 atm, Các chất ở dạng bền vững
Đơn vị đo kJ/mol
Thế đẳng áp tạo thành tiêu chuẩn của một chất là độ biến đổi thế đẳng áp của phản ứng tạo thành 1mol chất đó từ các đơn chất ứng trạng thái tự do bền ở
1 atm và ở 250C. Ký hiệu DGo298 tt
Đối với đơn chất DGo298 tt được qui ước bằng 0
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 68 of 48
2. Độ biến đổi thế đẳng áp v� chi?u hu?ng di?n bi?n c?a c�c qu� trình hố h?c
Từ nguyên lý I và II người ta chứng minh được rằng
A`? -?G (A`là công có ích trong điều kiện đẳng nhiệt, đẳng áp). Công có ích cực đại khi quá trình thuận nghịch Am = - ?G
Vì vậy đối với qu� trình d?ng �p, d?ng nhi?t
?G > 0 ? Qu� trình khơng t? x?y ra.
?G < 0 ? Qu� trình t? x?y ra.
?G = 0 ? h? d?t tr?ng th�i c�n b?ng.
a.Điều kiện diễn ra của các quá trình hóa học
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 69 of 48
b. Biến thiên thế đẳng áp ?G và chiều diễn ra các quá trình hóa học
G = H – TS
H
S
-TS
G = H - TS
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
+ tất cả T
- Tất cả T
- T cao + T thấp
+ T cao - T thấp
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 70 of 48
c. Biến thiên thế đẳng áp tieâu chuaån G0 trong phản ứng hóa học
Năng lượng tự do tạo thành
Đơn chất Gtto = 0 kJ/mol
Đối với hợp chất
DGtt° = DHtt° - TDStt°
Ví duï Br2(l)  Br2(k)
DH° = 30.91 kJ/mol, DS° = 93.2 J/mol.K
DG° = 30.91 kJ/mol - (298K)(93.2 J/mol.K) = 3.13 kJ/mol
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 71 of 48
Biến thiên thế đẳng áp trong phản ứng hóa học
Phản ứng hóa học
Gopö = S Gott (sp) - S Gott (cñ)
C2H4(k) + H2O(l) C2H5OH(l)
Tính DG°r cho các giá trị sau
DG°tt(C2H5OH(l)) = -175 kJ/mol
DG°tt(C2H4(g)) = 68 kJ/mol
DG°tt(H2O (l)) = -237 kJ/mol
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 72 of 48
Sự phụ thuộc G và G vào T và P
Phụ thuộc vào T
G2/T2- G1/T1= H (1/T2-1/T1)
Ví dụ;
Đối với quá trình chảy lỏng của nước đá H =6007 j/mol
ở 273,15 K thì G0= 0 tính G0 ở T=272.15 K
Sự phụ thuộc vào áp suất:
Gp= Go + nRTlnP
ΔGp= Δ Go + nRTlnP
Ví dụ: CaCO3 CaO + CO2 ΔG298o = 129kj/mol
Tính ΔG khi nhiệt độ không đổi P = 2 atm
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 73 of 48
6.5.8 Đại lượng mol riêng phần và hóa thế
Đại lượng mol riêng phần
V= naVa + nbVb
Thể tích mol riêng phần của một cấu tử là biến thiên thể tích của hỗn hợp khi cho thêm 1 mol cấu tử đó vào hỗn hợp trong điều kiện các thông số khác (T, P thành phần của cấu tử khác) không đổi
Hóa thế;
μi= Gi : gọi là hóa thế
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 74 of 48
HÓA THẾ
Hóa thế của một hợp chất i trong hỗn hợp là biến thiên entanpi tự do của hỗn hợp khi thêm 1 mol chất i vào hỗn hợp trong điều kiện các thông số khác khác không đổi (T, P và thành phần mol còn lại)
μ= μo + RTlnP
Cấu tử thứ i
μi= μio + RTlnPi
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 75 of 48
BÀI TẬP CHƯƠNG 6