Chương 6: Nhiệt hóa học docx
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.22 MB, 42 trang )
1
NHIỆT HÓA HỌC
CHEMICAL THERMODYNAMICS
CHƯƠNG 6
2
NGUYÊN LÝ 1
3
1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN
• Systems and Surroundings (Hệ
thống và môi trường)
• System (Hệ): part of the universe
we are interested in.
• Surroundings(môi trường ): the rest
of the universe.
4
a. Hệ:
là lượng nhất định của một hay nhiều chất ở điều kiện
nhiệt độ, áp suất và nồng độ nhất định
- Hệ mở
- hệ kín
- hệ cô lập
- hệ đoạn nhiệt
- Hệ đồng thể, dị thể,
1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN
5
b. Trạng thái
tập hợp tất cả các tính chất vĩ mô của hệ
- Thông số trạng thái: T, P, V, m, C, d, Cp,…
- Thông số cường độ: T, P, C, d,
- Thông số dung độ: V, m, U,
- Hàm trạng thái
U = f(T,P,n,…)
1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN
6
c. Quá trình
Con đường mà hệ chuyển từ TT này sang TT khác
- Quá trình mở
- Quá trình kín (chu trình)
- Quá trình có V, P, T, q = const
- Hàm quá trình
d. Pha
tập hợp những phần đồng thể của hệ có cùng tính chất
lý hóa
1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN
7
2. NHIỆT VÀ CÔNG
Năng lượng là thước đo độ vận động của vật chất.
ứng 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 hóa học là:
NHIỆT (Q) và CÔNG (W)
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.
8
Nhiệt
Nhiệt (q) là thước đo sự chuyển động hỗn loạn (chuyển
động nhiệt) của các tiểu phân tạo nên chất hay hệ.
Công
Công (w) là thước đo sự chuyển động có trật tự và có
hướng của các tiểu phân theo hướng của trường lực
Nội năng (U)
Nội năng (U) là năng lượng có sẵn, ẩn dấu bên trong hệ
9
Quy ước về dấu
Theo qui ước về dấu của nhiệt động học:
• Nếu hệ tỏa nhiệt thì nhiệt có trị số âm, q < 0.
• Nếu hệ thu nhiệt thì nhiệt có trị số dương, q > 0.
• Nếu hệ nhận công thì công có trị số âm, W < 0.
• Nếu hệ sinh công thì công có trị số dương, W > 0.
10
3. NGUYÊN LÝ I – NHIỆT ĐỘNG HỌC
BIỂU THỨC TOÁN HỌC
Nếu q
i
và w
i
là nhiệt và công trao đổi giữa hệ với môi
trường ngoài theo đường quá trình i thì q
i
và w
i
riêng rẽ
thay đổi theo đường quá trình nhưng tổng số q
i
+ w
i
luôn
luôn là một hằng số không tùy thuộc đường quá trình mà
chỉ tùy thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối của hệ
mà thôi
U = Q+A
D
Do quy ýớc về dấu nên biểu thức nguyên lý 1 được viết lại
như sau:
U = Q- A
D
11
NHIỆT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ QUÁ TRÌNH
a. Quá trình đẳng tích
V= hằng số, dV=0
Q
V
= ΔU
b. Quá trình đẳng áp
P = hằng số, dP=0
Q
p
= ΔH
Nếu hệ là khí lý tưởng thì
pV=nRT
W
p
= nRΔT
ΔU
p
= Q
p
– nRΔT
12
c. Quá trình giản nở đẳng nhiệt KLT
Định luật Joule: nội năng của khí lý tưởng chỉ
phụ thuộc vào nhiệt độ
ΔU
T
= 0
NHIỆT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ QUÁ TRÌNH
13
4. ĐỊNH LUẬT HESS
Nội dung định luật Hess
Trong 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 trạng thái trung gian
của quá trình
Q
V
= ΔU và Q
p
= ΔH
Đối với các quá trình của khí lý tưởng:
ΔH = ΔU + RTΔn.
H = U + PV ( enthalpy) – hàm trạng thái
14
4. ĐỊNH LUẬT HESS
Hệ quả định luật Hess
ΔH
nghịch
= - ΔH
thuận
ΔH
phản ứng
= ΔH
s
sp
ΔH
s
tc
ΔH
phản ứng
= ΔH
c
tc
ΔH
c
sp
ΔH
s
: nhiệt sinh, nhiệt tạo thành
ΔH
c
: nhiệt cháy, thiêu nhiệt
15
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 DH và DU có thể khác xa nhau.
Với chất khí:
PDV = DnRT
Trong đó Dn là hiệu số phân tử gam của các sản phẩm khí
với số phân tử gam của các chất khí tham gia phản ứng.
Như vậy:
DH = DU + DnRT
Khi Dn = 0 thì DH = DU , nhưng khi Dn ¹ 0 thì DH ¹ DU
16
5. NHIỆT DUNG (C)
Nhiệt dung: Nhiệt dung riêng của một chất bất kỳ
là nhiệt lượng cần cung cấp cho một đơn vị khối
lượng chất đó để làm tăng nhiệt độ thêm 1
o
- Nhiệt dung riêng
Q
c
dT
d
=
- Nhiệt dung đẳng tích
- Nhiệt dung đẳng áp
Q
p
c
p
dT
d
=
Q
v
c
v
dT
d
=
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến nhiệt dung
Cp = a
o
+ a
1
.T + a
2
.T
2
+
17
6. NHIỆT CHUYỂN PHA (λ
cp
)
• Nhiệt chuyển pha là nhiệt lượng cần thiết cần cung cấp cho
một đơn vị khối lượng chất thực hiện quá trình chuyển pha
• Quá trình chuyển pha các chất nguyên chất là đẳng nhiệt
- Nhiệt hóa hơi và nhiệt ngưng tụ:
λ
hh
= - λ
nt
- Nhiệt nóng chảy và nhiệt đông đặt:
λ
nc
= - λ
đđ
- Nhiệt thăng hoa
λ
th
= λ
nc
+ λ
hh
18
7. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu ứng
nhiệt phản ứng
Định luật Kirchhoff
∆H
T
= ∆H
o
+ ∫∆C
p
dT
Công thức gần đúng (trong khoảng nhiệt độ hẹp)
∆H
T2
= ∆H
1
+ ∆C
p
(T
2
– T
1
)
19
NGUYÊN LÝ 2
20
1. Sự biến đổi tự nhiên
• Là một biến đổi xảy ra được một cách tự nhiên mà không cần tác động của
yếu tố bên ngoài.
• Một biến đổi tự nhiên không nhất thiết phải xảy ra nhanh.
• Chiều của biến đổi tự nhiên có thể phụ thuộc vào nhiệt độ.
• Xét về mặt năng lượng các quá trình hóa học có xu hướng tự diễn ra khi có
sự giảm enthalpy.
21
Các quá trình thuận nghịch
Trong một quá trình thuận nghịch hệ
thống thay đổi theo cách hệ thống và
môi trường xung quanh có thể trở lại
trạng thái ban đầu bởi quá trình thuận
nghịch
Sự thay đổi là rất nhỏ ở quá trình thuận
nghịch
22
Quá trình bất thuận nghịch
• Quá trình bất thuận nghịch không thể thực hiện quá trình ngược lại
khi hệ thống thay đổi
• Tất cả các quá trình tự phát đều là bất thuận nghịch
• Tất cả các quá trình xảy ra thực tế là bất thuận nghịch
23
2. Entropy
Entropi (S) là thước đo độ hỗn loạn của trạng thái của hệ thống.
Các biến đổi xảy ra tự nhiên thì đi kèm với sự tăng entropy
Entropy là một hàm trạng thái
Cho 1 hệ thống: DS = S
cuối
- S
đầu
Nếu DS > 0 hệ thống mất trật tự hơn
DS < 0 hệ thống trật tự hơn
24
Tính chất của entropi
Mỗi chất có giá trị entropi riêng của mình , phân tử càng phức tạp thì
entropi càng lớn.
Entropi của mọi chất ở 0K đều bằng 0 vì chúng chỉ còn một trạng
thái sắp xếp duy nhất (W=1).
Entropi của các chất tăng theo sự tăng của nhiệt độ.
Entropi là một hàm trạng thái do đó sự tăng entropi của một quá
trình tính theo công thức:
DS
o
r
= SnS
sản phẩm
- SnS
tác chất
25
Entropy tiêu chuẩn
Là giá trị Entropy của 1 mol chất đo ở điều kiện điều kiện
tiêu chuẩn có áp suất 1 atm (760 mm Hg), và nhiệt độ
bằng 25
o
C (298.15K)
Đơn vị tính của S
0
298
là cal/mol.K hoặc J/mol.K
0
298
