CHƯƠNG 3: NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÁC Q
TRÌNH HĨA HỌC

TÀI LIỆU
NỘI DUNG
1. Một số khái niệm [1] – Chương 6: trang 226 – 78
Chương 7: trang 257 – 275
2. Nguyên lý I và
hiệu ứng nhiệt
Chương 8: trang 276 – 297
3. Nguyên lý II và
[2] – Chapter 6: page 182 – 214
entropy
Chapter 14: page 486 – 519
4. Thế đẳng áp và
Chapter 18: page 606 – 635
chiều xảy ra q
trình hóa học
5. Cân bằng hóa học
Chương 3



1


CHƯƠNG 3: NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÁC Q
TRÌNH HĨA HỌC

1. Một số khái niệm
Hệ (nhiệt động): Hệ là tập hợp các vật thể xác

định trong khơng gian nào đó và phần cịn lại xung
quanh là mơi trường.

Đối với hóa học, hệ là lượng
nhất định của một hay nhiều
chất ở điều kiện nhiệt độ, nồng
độ và áp suất nào đó.

Chương 3



2


CHƯƠNG 3: NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÁC Q
TRÌNH HĨA HỌC

Các loại hệ: hệ hở, hệ kín, hệ cơ lập, hệ đồng thể,
hệ dị thể, pha, hệ cân bằng.

Chương 3



3


CHƯƠNG 3: NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÁC Q
TRÌNH HĨA HỌC


Trạng thái (nhiệt động): Trạng thái của hệ được xác định
bằng tập hợp các thơng số biểu diễn các tính chất hóa lý của
hệ như nhiệt độ, áp suất, thành phần, năng lượng, thể tích …
những thơng số này gọi là thông số trạng thái (gồm thông số
dung độ và thông số cường độ).
Trạng thái cân bằng: là trạng thái tương ứng với hệ cân
bằng.

Quá trình (nhiệt động): là sự biến đổi trong hệ mà ở đó
có ít nhất 1 thơng số trạng thái bị thay đổi.
Q trình: đẳng áp, đẳng nhiệt, đẳng tích, thuận nghịch và
bất thuận nghịch.
Chương 3



4


CHƯƠNG 3: NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÁC Q
TRÌNH HĨA HỌC

2. Nguyên lý I và hiệu ứng nhiệt
2.1. Nguyên lý I, nội năng và công
a. Nội năng của hệ (U): là năng
lượng sẵn có bên trong hệ, bao gồm:
năng lượng chuyển động tịnh tiến,
chuyển động quay và dao động của
phân tử, lực hút (đẩy) giữa các phân

tử trong hệ…

Nội năng là thông số dung độ (tỷ lệ
với lượng chất)
Chương 3



5


CHƯƠNG 3: NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÁC Q
TRÌNH HĨA HỌC

Khi hệ chuyển từ trạng
thái 1 sang trạng thái 2, độ
biến đổi nội năng của hệ:

U = U2  U1
Nội năng là một hàm
trạng thái, nghĩa là giá trị
của nó không phụ thuộc
vào cách biến đổi hệ
(không phụ thuộc vào
đường đi của quá trình).
Chương 3



6



CHƯƠNG 3: NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÁC Q
TRÌNH HĨA HỌC

b. Công (w – work): Công là sự truyền năng
lượng vào hoặc ra khỏi hệ dưới dạng lực để chống lại
các lực từ bên ngoài tác dụng lên hệ khi hệ chuyển từ
trạng thái 1 sang trạng thái 2.
Lực bên ngoài tác dụng
lên hệ: áp suất, điện
trường, từ trường, sức
căng bề mặt…
Chương 3



7


CHƯƠNG 3: NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÁC Q
TRÌNH HĨA HỌC

Đối với q trình hóa học, cơng chủ yếu là cơng
giãn nở chống lại áp suất bên ngồi:
v2

w    PdV    PdV
2


1

v1

c. Nguyên lý I: Khi cung cấp cho hệ 1 lượng nhiệt
là Q thì lượng nhiệt này được dùng để tăng nội năng
U của hệ và để thực hiện 1 công w chống lại các lực
bên ngoài tác dụng lên hệ:
Q = U + (-w) hay U = Q + w
Chương 3



8


CHƯƠNG 3: NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÁC Q
TRÌNH HĨA HỌC

2.2. Các q trình đẳng tích, đẳng áp và nội năng,
entanpy, hiệu ứng nhiệt
Áp dụng nguyên lý I (U = Q + w), xét các q
trình đẳng tích, đẳng áp:
a. Q trình đẳng tích, nội năng và nhiệt đẳng tích
Q trình đẳng tích: V = const  dV = 0  w = 0
 Qv = U (Qv: nhiệt đẳng tích)
Q trình đẳng tích: lượng nhiệt mà hệ trao đổi
dùng để biến đổi nội năng của hệ.
Chương 3




9


CHƯƠNG 3: NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÁC Q
TRÌNH HĨA HỌC

b. Quá trình đẳng áp, entanpy và nhiệt đẳng áp
Quá trình đẳng áp: P = const  w = -P(V2 – V1) = -PV
U = Q + w

Qp = U + PV = (U2-U1) + P(V2-V1) = (U2+PV2) – (U1+PV1)

Đặt: (U + PV) = H  Qp = H2 – H1 = H

 H = U + PV Quá trình đẳng áp: nhiệt
Qp: nhiệt đẳng áp;
mà hệ trao đổi được dùng
để biến đổi entanpy.
H: entanpy;
H: biến đổi entanpy.
Chương 3



10


CHƯƠNG 3: NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÁC Q

TRÌNH HĨA HỌC

2.3. Hiệu ứng nhiệt của các q trình hóa học
a. Độ biến đổi nội năng, độ biến đổi entanpy và
hiệu ứng nhiệt
Lượng nhiệt mà hệ trao đổi (thu vào hay phát ra) trong
q trình hóa học được dùng để biến đổi (làm tăng hay giảm)
nội năng và entanpy của hệ.
Lượng nhiệt này chính là hiệu ứng nhiệt của các q
trình.
Vậy, hiệu ứng nhiệt được xác định bằng độ biến đổi nội
năng U (gọi là hiệu ứng nhiệt đẳng tích) và độ biến đổi
entanpy H (gọi là hiệu ứng nhiệt đẳng áp)
Chương 3



11


CHƯƠNG 3: NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÁC Q
TRÌNH HĨA HỌC

b. Hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học
Đối với q trình phản ứng hóa học thì lượng nhiệt trao
đổi đó là hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học được xác định
bằng H vì các phản ứng hóa học thường xảy ra ở áp suất
không đổi.
Liên hệ giữa H và U (H = U + PV):


•

Phản ứng chỉ có chất lỏng và rắn tham gia: H  U

• Phản ứng có chất khí tham gia: H = U + nRT
Khi n = 0  H = U;

Khi n  0  H  U.
Chương 3



12


CHƯƠNG 3: NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÁC Q
TRÌNH HĨA HỌC

Hiệu ứng nhiệt là một hàm trạng thái (đại lượng
dung độ), không phụ thuộc vào đường đi của phản
ứng.

Trong khoảng nhiệt độ khơng q lớn, có thể xem
hiệu ứng nhiệt không phụ thuộc vào nhiệt độ.
Hiệu ứng nhiệt tiêu chuẩn: là hiệu ứng nhiệt
được xác định ở 1 atm, 25 oC và đối với 1 mol chất.
Ký hiệu Ho298 hay Ho.

Chương 3




13


CHƯƠNG 3: NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÁC Q
TRÌNH HĨA HỌC

c. Nhiệt tạo thành và nhiệt đốt cháy:
Nhiệt tạo thành là hiệu ứng nhiệt của phản ứng
tạo thành 1 mol chất từ các đơn chất ở trạng thái tự
do bền vững nhất. (tra bảng)
Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn (ký hiệu Ho298) của
các đơn chất bền được quy ước bằng 0.
Nhiệt đốt cháy của một chất là hiệu ứng nhiệt của
phản ứng đốt cháy 1 mol chất đó bằng oxi tạo thành
các oxit cao và bền ở điều kiện phản ứng.
Chương 3



14


Chương 3



15



CHƯƠNG 3: NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÁC Q
TRÌNH HĨA HỌC

Nhiệt đốt cháy (chất hữu cơ) là hiệu ứng nhiệt của
phản ứng đốt cháy 1 mol chất hữu cơ bằng oxi để
tạo thành khí CO2, H2O lỏng và 1 số sản phẩm khác.

Nhiệt đốt cháy tiêu chuẩn ký hiệu: Ho298
d. Phương trình nhiệt hóa học

Là phương trình phản ứng hóa học có ghi kèm
theo hiệu ứng nhiệt.
Dấu – : phản ứng tỏa nhiệt (giảm entanpy)

Dấu + : phản ứng thu nhiệt (tăng entanpy)
Chương 3



16


CHƯƠNG 3: NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÁC Q
TRÌNH HĨA HỌC

Ví dụ:
As + 3/2Cl2  AsCl3 Ho298 = - 258,32 kJ/mol
C2H6 + 7/2O2  2CO2 + 3H2O Ho298 = - 1559,7 kJ/mol


C(gr)+H2O(k)  CO(k)+H2(k)

Ho298 = +31,4 kcal/mol

2Na(r) + 2H2O(l)  2NaOH(dd) + H2(k) Ho298 = - 368.6 kJ

Điều kiện xảy ra phản ứng dựa trên hiệu ứng
nhiệt:
Ở nhiệt độ thường, phản ứng tỏa nhiệt có khả
năng tự xảy ra, cịn phản ứng thu nhiệt thì khơng.
Chương 3



17


CHƯƠNG 3: NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÁC Q
TRÌNH HĨA HỌC

2.4. Phương pháp xác định hiệu ứng nhiệt
a. Định luật Hess:
Hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học chỉ phụ thuộc vào bản

chất và trạng thái của các chất đầu và sản phẩm cuối mà
không phụ thuộc vào đường đi của q trình, nghĩa là khơng
phụ thuộc vào số và đặc điểm của các giai đoạn trung gian.
A

H1


H2

H

X
H3

B
Chương 3

H4

Y

H = H1 + H2 = H3 + H4 + H5

H5

C


18


CHƯƠNG 3: NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÁC Q
TRÌNH HĨA HỌC

Hệ quả: (aA + bB  cC + dD)
Hệ quả I: Hiệu ứng nhiệt của phản ứng bằng

tổng nhiệt tạo thành của sản phẩm phản ứng trừ đi
tổng nhiệt tạo thành của các chất đầu.
H = Htt sp  Htt cđ
= [cHttC + dHttD]  [aHttA + bHttB]

Chương 3



19


CHƯƠNG 3: NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÁC Q
TRÌNH HĨA HỌC

Hệ quả: (aA + bB  cC + dD)
Hệ quả II: 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 phản ứng.
H = Hđc cđ  Hđc sp
= [aHđcA + bHđcB]  [cHđcC + dHđcD]

Chương 3



20


CHƯƠNG 3: NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÁC Q

TRÌNH HĨA HỌC

b. Tính hiệu ứng nhiệt phản ứng hóa học
Cơ sở để tính tốn là định luật Hess, hai hệ quả và
các đại lượng nhiệt tạo thành, nhiệt đốt cháy…
b.1. Tính hiệu ứng nhiệt ở điều kiện tiêu chuẩn:
Ví dụ 1: Xác định Ho298 của phản ứng:
C(gr) + ½ O2(k)  CO(k),

Ho1 = ?

(1)

Biết:
C(gr) + O2(k)  CO2(k),

Ho2 = -393,51 kJ/mol (2)

và CO(k) + ½O2(k)  CO2(k), Ho3 = -282,99 kJ/mol (3)
Chương 3



21


CHƯƠNG 3: NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÁC Q
TRÌNH HĨA HỌC

(2) = (1) + (3)  Ho2 = Ho1 + Ho3

 Ho1 = Ho2 - Ho3 = -393,51 – (-282,99) = -110,52 kJ/mol

Ví dụ 2: Xác định hiệu ứng nhiệt của phản ứng:

CaCO3(r)  CaO(r) + CO2(k), Ho298 = ?
Theo hệ quả I:
Ho298 = Ho298ttCaO + Ho298ttCO2 - Ho298ttCaCO3

= -635,1 + (-393,5) – (-1206,9) = 178,3 kJ/mol
Ví dụ 3: Xác định hiệu ứng nhiệt của phản ứng:
4NH3(k) + 5O2(k)  4NO(k) + 6H2O(k)

ĐS: -906 kJ
Chương 3



22


CHƯƠNG 3: NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÁC Q
TRÌNH HĨA HỌC

Ví dụ 4: Xác định hiệu ứng nhiệt của phản ứng:
CH3COOH(l) + C2H5OH(l) = CH3COOC2H5(l) + H2O(l)
Biết nhiệt đốt cháy CH3COOH (-874,58 kJ/mol); C2H5OH (1367,58 kJ/mol); CH3COOC2H5 (-2238,36 kJ/mol)
Theo hệ quả II:

Ho298 = (-874,58) + (-1367,58) – (-2238,36) = -3,8 kJ/mol


Chương 3



23


CHƯƠNG 3: NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÁC Q
TRÌNH HĨA HỌC

b.2. Tính hiệu ứng nhiệt ở điều kiện khác chuẩn:
• Tính gần đúng:
Khi nhiệt độ khác nhiệt độ tiêu chuẩn khơng nhiều, có thể

sử dụng các giá trị hiệu ứng nhiệt ở điều kiện tiêu chuẩn để
tính tốn (xem như nhiệt độ khơng ảnh hưởng).
• Tính chính xác:

Dựa vào phương trình Kirchhoff:
T2

H 2  H1   C p dT = H1 + C p (T2 - T1 )
T1

C p =  (C p )sp   (C p )cñ
Chương 3



24



CHƯƠNG 3: NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÁC Q
TRÌNH HĨA HỌC

Ví dụ: Tính H398 của phản ứng:
CO(k) + 1/2O2(k)  CO2(k)
Cp (cal/mol.độ)

6,97

7,0

Ho298(kcal/mol) -26,42

8,88

-94,10

• Tính gần đúng:
H398 = H0298 = -94,10  (-26,42)

= -67,68 kcal/mol
• Tính chính xác:
H398 = H0298 + [(8,88  6,977,0/2)(398298)].103
= -67,84 kcal/mol
Chương 3




25