Bài giảng hóa lý 1

BÀI GIẢNG HÓA LÝ 1

Page 1

CHƯƠNG 1
NGUYÊN LÝ I NHIỆT ĐỘNG HỌC
1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.1. Hệ
H là mt phn vĩ mô có gii hn xác đnh đang đc kho sát v phơng din
trao đi năng lng và vt cht. Phn th gii xung quanh h là môi trng ngoài đi
vi h. Có ba loi h:
H h (h m): Là h có th trao đi c năng lng ln vt cht vi môi trng
ngoài.
H kín (h đóng): Là h ch trao đi vi môi trng ngoài năng lng nhng
không trao đi vt cht.
H cô lp: Là h không trao đi c năng lng ln vt cht vi môi trng
ngoài.
1.2. Trạng thái
Trạng thái là một từ nói lên đặc điểm của hệ đang được khảo sát. Một hệ có
trạng thái xác định khi những biến số xác định những đại lượng của hệ được biết
một cách chính xác như nhiệt độ, thể tích, áp suất, khối lượng riêng các đại lượng
này được gọi là biến số trạng thái của hệ. Trạng thái của hệ sẽ thay đổi nếu ít nhất có
một trong những biến số trạng thái thay đổi.
1.3. Biến đổi quá trình
Mt h nhit đng hc bin đi (hay thc hin mt quá trình) khi trng thái
ca h thay đi. Trng thái ca h thay đi nu ít nht có mt bin s trng thái ca
h thay đi. Bin đi đc xác đnh nu bit rõ trng thái đu và trng thái cui.
Ðng bin đi ch đc xác đnh khi bit đc trng thái đu, trng thái cui và tt
c nhng trng thái trung gian mà h đã tri qua.
Ngi ta chia ra các loi bin đi:
BÀI GIẢNG HĨA LÝ 1

Page 2

Bin đi h (m): Là bin đi đem h t trng thái đu đn trng thái cui khác
nhau.
Bin đi kín (đóng): Là bin đi đem h t trng thái đu đn trng thái cui
ging nhau. Trng hp này, h đã thc hin mt chu trình bin đi kín(chu trình)
Bin đi thun nghch: Là bin đi mà các trng thái trung gian ca h tri qua
đc xem nh do các q trình cân bng. Mt cách đơn gin đ xác đnh tính cht
thun nghch ca mt bin đi là kho sát xem bin đi ngc li có th xy ra đc
hay khơng khi ch thay đi rt ít điu kin thc nghim. Nu bin đi ngc xy ra
đc thì đó là bin đi thun nghch, nu bin đi ngc khơng xy ra đc thì đó là
bin đi bt thun nghch (hay bin đi t nhiên).
Bin đi đng tích: Là bin đi đc thc hin trong điu kin th tích ca h
khơng thay đi.
Bin đi đng áp: Là bin đi đc thc hin trong điu kin áp sut khơng đi.
Bin đi đng nhit: Là bin đi đc thc hin trong điu kin nhit đ khơng
đi.
Bin đi đon nhit: Là bin đi đc thc hin trong điu kin khơng có s
trao đi nhit lng gia h vi mơi trng ngồi.
1.4. Hàm trạng thái
Là những đại lượng dặc trưng cho mỗi trạng thái của hệ và thường được biểu diễn
dưới dạng một hàm số của các thông số trạng thái.
1.5. Nhiệt và cơng
Đây là hai hình thức truyền năng lượng của hệ. Công ký hiệu là A và nhiệt ký hiệu
là Q.
Quy ước dấu Công A Nhiệt Q
Hệ sinh > 0 < 0
BÀI GIẢNG HĨA LÝ 1

Page 3

Hệ nhận < 0 > 0
2. NGUN LÝ THỨ NHẤT CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC
2.1. Ngun lý thứ nhất nhiệt động học và nội năng U
Nội dung:Ttrong một quá trình bất kỳ biến thiên nội năng ∆U của hệ bằng nhiệt mà
hệ nhận trừ đi công mà hệ sinh.
∆U = Q - A
2.2. p dụng nguyên lý thứ nhất cho một số quá trình
a. Qúa trình đẳng tích: V= hằng số, dV=0.
Do qúa trình là đẳng tích nên cơng t
hể tích khơng thực hiện được.
Do đó: Q
V
= ΔU.
Vậy: Nhiệt mà hệ nhận được trong q trình đẳng tích bằng với biến thiên nội năng của hệ.
b. Qúa trình đẳng áp: p = hằng số, dp=0.
Cơng thực hiện trong trường hợp này là:
A
p
= p.(V
2
-V
1
).
Do đó nhiệt của q trình: Q
p
= ΔH.
Vậy: Nhiệt hệ nhận được trong q trình đẳng áp bằng biến thiên enthalpy của hệ.
c. Qúa trình đẳng áp của khí lý tưởng: p = hằng số, dp=0.

Theo phương trình trạng thái của khí lý tưởng với n mol khí như sau:
pV=nRT.
Trong đó R là hằng số khí lý tưởng. Do đó cơng dẫn nở đẳng áp có thể tính theo phương
trình sau:
A
p
= nRΔT.
BI GING HểA Lí 1

Page 4

U
p
= Q
p
nRT.
d. Qỳa trỡnh dón n ng nhit ca khớ lý tng
p dng tớnh cht ca nh lut Joule: ni nng ca khớ lý tng ch ph thuc vo
nhit , t ú cú th suy ra: Bin thiờn ni nng ng nhit ca quỏ trỡnh l bng khụng
U
T
= 0.
Vy: Q
T
= A
T
= nRTlnp2/p1=nRT.lnv2/v1.
3. NH LUT HESS
3.1. Ni dung nh lut
Trong quỏ trỡnh ng ỏp hay ng tớch, nhit phn ng ch ph thuc vo trng thỏi

u v trng thỏi cui m khụng ph thuc vo trng thỏi trung gian ca quỏ trỡnh.
Q
V
= U v Q
p
= H
i vi cỏc quỏ trỡnh ca khớ lý tng: H=U + RTn.
3.2. Caực heọ quaỷ cuỷa ủũnh luaọt Hess
p dng nh lut Hess cú th xỏc nh hiu ng nhit ca cỏc quỏ trỡnh thụng qua
hiu ng nhit ca ỏc quỏ trỡnh khỏc cú liờn quan hoc thụng qua nhit sinh, nhit
chỏyca cỏc cht trong quỏ trỡnh.
- Nhit phn ng nghch bng nhng trỏi du vi nhit ca phn ng thun:
H
nghch
= - H
thun.
- Nhit phn ng tng bng nhit sinh ca cỏc cht to thnh tr i nhit sinh ca cỏc
cht tham gia quỏ trỡnh:
H
phn ng
=H
s
c
- H
s
d

- Nhit phn ng bng tng nhit chỏy ca cỏc cht tham gia quỏ trỡnh tr i tng nhit
chỏy ca cỏc cht to thnh:
H

phn ng
=H
c
d
- H
c
c

BÀI GIẢNG HĨA LÝ 1

Page 5

4. NHIỆT DUNG
4.1. Đònh nghóa các loại nhiệt dung
Nhiệt dung riêng của một chất bất kỳ là một đại lượng vật lý có giá trị bằng nhiệt
lượng cần cung cấp cho một đơn vị khối lượng chất đó để làm tăng nhiệt độ thêm 1
o
.
Nhiệt dung riêng phân tử của một chất bất kỳ là một đại lượng vật lý có giá trị bằng
nhiệt lượng cần cung cấp cho một kmol chất ấy để làm tăng nhiều độ lên 1 độ.
Ký hiệu nhiệt dung riêng là c, Cal/g.K
Nhiệt dung riêng phân tử là C, Cal/mol.K
Ðối với chất khí ta cần phân biệt xem ta làm nóng chất khí trong điều kiện nào: đẳng
tích hay đẳng áp. Do đó ta có nhiệt dung riêng đẳng tích và nhiệt dung riêng đẳng áp.
Nhiệt dung đẳng áp: C
p

Nhiệt dung đẳng tích: C
v

C
p
+ C
v
= R
5. Đònh luật Kirchhoff
Biểu thức toán học của đònh luật Kirchhoff:
BÀI GIẢNG HĨA LÝ 1

Page 6


CHƯƠNG II
NGUYÊN LÝ II CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC
I. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN:
1. Quá trình tự xảy ra và không tự xảy ra.
2. Trạng thái cân bằng.
3. Quá trình thuận nghòch và bất thuận nghòch.
II. NGUN LÝ THỨ HAI CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC:
1 ENTROPY
1.1 Định nghĩa entropy
Khi xét quá trình thuận nghòch, đẳng nhiệt thì tỷ số Q/T của quá trình không đổi, nó
chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và cuối mà không phụ thuọc vào đường đi. Nó mang tính
chất như một hàm trạng thái, hàm này được gọi là Entropy và ký hiệu là S.
∆S = Q
TN
/T (Cal/mol.K hay J/mol.K)
1.2 Các tính chất của entropy.
Theo định nghĩa, thì entropy có những tính chất sau:
a, Entropy là đại lượng đặc trưng cho thuộc tính hỗn loạn của hệ, tương tự như

nội năng entropy có tính cộng.
b, Entropy là một hàm của xác suất nhiệt động W
S = f(W)
c, Sự tăng entropy luôn kèm theo quá trình nào đó dẫn đến một trạng thái có xác
suất lớn hơn, có nhiều khả năng thực hiện hơn.
1.3 Dùng Entropy để xét chiều trong hệ cô lập.
Trong các hệ cô lập, quá trình xảy ra là đoạn nhiệt hay δQ = 0, vậy:
BÀI GIẢNG HĨA LÝ 1

Page 7

- Nếu dS > 0 quá trình tự xảy ra
- Nếu d
2
S < 0 hay dS = 0 quá trình đạt cân bằng.
1.4. Biến thiên Entropy của một số quá trình thuận nghòch.
- Quá trình đẳng áp hoặc đẳng tích:
( p=const, V =const)
- Quá trình đẳng nhiệt:
(T=const)
- Các quá trình chuyển pha:
( là các quá trình thuận nghòch đẳng nhiệt đẳng áp)
1.5. Tiên đề Planck về Entropy tuyệt đối.
∆S
o
298
= ∑∆S
o
298c
- ∑∆S

o
298d

III. HÀM ĐẶC TRƯNG.
1. Định nghĩa hàm đặc trưng.
Hàm đặc trưng là một hàm trạng thái mà thơng qua đó các đạo hàm các cấp của nó
có thể xác định mọi thơng số vĩ mơ của hệ.
2. Hàm entropy.
Mơ tả tốn học như sau: dS = δQ
tn
/T
3. Hàm nội năng U.
Hàm Anthalpy H.
Còn gọi là hàm nhiệt, mơ tả tốn học như sau: H = U + PV. Với thứ ngun là cal hay J.
4. Thế nhiệt động đẳng nhiệt, đẳng áp.
Còn gọi là hàm năng lượng Gibbs, được mơ tả như sau:
BI GING HểA Lí 1

Page 8

G = H TS. Vi th nguyờn l cal hoc J.
5. Th ng nhit, ng tớch.
Cũn gi l th ng tớch hay l hm nng lng Helmholtz, ck mụ t bi biu thc:
F = U TS. Vi th nguyờn l cal hoc J.
* T mi hm c trng v vi phõn riờng phn ca hm theo cỏc bin s tng ng cú th
xỏc nh c nhng thuc tớnh nhit ng ca h.
IV. Caực phửụng trỡnh nhieọt ủoọng cụ baỷn.
Cỏc phng trỡnh nhit ng c bn l cỏc mụ t toỏn hc ca ni dung nguyờn lý 1
v nguyờn lý 2 ca nhit ng lc hc.
1. Kt hp hai nguyờn lý 1 v 2.

dU TdS PdV A
2. T nh ngha ca hm H.
H = U + PV, ly vi phõn v thay hm dU vo ta cú:
dH TdS + VdP - A
3. T hm th ng nhit, ng ỏp.
G = H TS, ly vi phõn v thay hm dH vo ta cú:
dG SdT+ VdP - A
4. T hm th ng nhit, ng tớch.
F = U TS, ly vi phõn v thay hm dU vo ta cú:
dF - SdT PdV - A
* Cỏc h thc trờn l nhng h thc nhit ng c bn rt quan trng trong nhit ng
hc, c dựng xột chiu v gii hn ca quỏ trỡnh trong cỏc iu kin tng ng.
Trong cỏc h thc trờn thỡ du bt ng thc tng ng vi quỏ trỡnh bt thun nghch,
BÀI GIẢNG HÓA LÝ 1

Page 9

còn dấu đẳng thức tương ứng với quá trình thuận nghịch và lức này công A sẽ đạt giá trị
cực đại A
max
.
V. DÙNG HÀM ĐẶC TRƯNG ĐỂ XÉT CHIỀU CHO QUÁ TRÌNH.
Tiêu chuẩn xét chiều trong hệ đẳng nhiệt, đẳng áp.
Xuất phát từ hàm nhiệt đợng cơ bản dG ≤ SdT+ VdP - δA’
Trong điều kiện đẳng nhiệt, đẳng áp: dT = 0 và dP = 0 thay vào ta có: dG ≤ - δA’
. Do công có ích là dương nên dG ≤ 0
* Nếu quá trình xảy ra trong hệ thuận nghịch thì công cực đại bằng độ giảm thế đẳng áp
δG = - δA
max

* Nếu quá trình xảy ra trong hệ là bất thuận nghịch thì thế đẳng áp của hệ giảm dG ≤ 0.Và
khi quá trình đạt cân bằng thì thế đẳng áp của hệ sẽ đạt cực tiểu G
min
nên dG = 0.
1. Tiêu chuẩn xét chiều trong hệ đẳng nhiệt, đẳng tích.
Xuất phát từ hàm nhiệt đợng cơ bản: dF ≤ - SdT – PdV - δA’.
Trong điều kiện đẳng nhiệt, đẳng tích: dT = 0 và dV = 0 thay vào ta có: dF ≤ - δA’ ≤ 0
. Do công có ích là dương nên dF ≤ 0.
* Nếu quá trình xảy ra trong hệ thuận nghịch thì công cực đại bằng độ giảm thế đẳng tích.
* Nếu quá trình xảy ra trong hệ là bất thuận nghịch thì thế đẳng áp của hệ giảm dF < 0
Và khi quá trình đạt cân bằng thì thế đẳng áp của hệ sẽ đạt cực tiểu F
min
nên dF = 0.
VI. TÍNH THẾ ĐẲNG ÁP.
Các thế nhiệt động lag hàm số phụ thuộc vào nhiệt độ nên nếu biết được các hàm này
ta có thể chủ động thay đổi nhiệt độ và chọn các điều kiện thích hợp cho quá trình xảy ra
theo chiều mong muốn.
1. Phương trình Gibbs-Helmholtz.
BÀI GIẢNG HÓA LÝ 1

Page 10

Ta có: dG = - SdT + VdP và ∆G = ∆H - T∆S. Thay vào thu được phương trình dạng tích
phân như sau:

2 1
2 1 2 1
1 1
.( ).
T T

G G
H
T T T T
∆ ∆
= − ∆ −

Ở đây xét trong một khoảng nhiệt độ tương đối hẹp nên ∆H xem như là không thay
đổi.
Hoàn toàn tương tự như trên, áp dụng cho hàm F ta có kết quả:

2 1
2 1 2 1
1 1
.( ).
T T
F F
U
T T T T
∆ ∆
= − ∆ −

2. Phương trình Chomkin-Svartsman.
Nếu lấy tích phân của hàm Gibbs-Helmholtz theo cận nhiệt độ từ 298 đến T, ta có:

 
 
 
 
∫ ∫
∆G

∆G
T T
dT
298
T
= - ∆H + ∆C dT
p
298
2
T 298
T
298 298
, nếu áp
dụng
i
a T
i
∆ = ∆
∑
C
p
, thu được phương trình sau:
298 298
G H T S T a M
i i
T
∆ = ∆ − ∆ − Σ∆
, trong đó M
i
chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ T và chỉ

số i nên luôn được tính sẵn ở trong các bảng tra hoá lý. Như vậy nếu dùng phương trình
này để tính toán sẽ nhanh hơn và có độ chính xác tương đối.
3. Thế đẳng áp rút gọn.
Để tính toán biến thiên thế đẳng áp của quá trình, trong một số trường hợp người ta
còn sử dụng hàm số thế đẳng áp rút gọn, nó được định nghĩa như sau:
0 0
0
G H
T
g
T
−
= −
hoặc
298
298
0 0
G H
T
g
T
−
= −
, trong đó g là một hàm ít phụ thuộc vào nhiệt
độ nên thường tính sẵn và có trong các bảng tra hoá lý. Biểu thức trên còn được chuyển về
dạng dễ sử dụng hơn như sau:
BÀI GIẢNG HÓA LÝ 1

Page 11

0 0
0 0
298
298
G H
T
G H T
T
T
 
 
 
 
 
−
∆ = ∆ − ∆ −
. Dùng sổ tay hoá lý có thể tra ra các giá trị
0
298
H∆ và giá trị hàm số g hoặc g
298
của các chất ở những nhiệt độ khác nhau, từ đó tính
được
0
T
G
∆ .
VII. ĐẠI LƯỢNG MOL RIÊNG PHẦN VÀ THẾ HOÁ HỌC.
Trong các phần trên, chúng ta đã xét những hệ có khối lượng và thành phần không
đổi, trong đó đã đưa ra các hệ thức mô tả toán học ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất đến

các đại lượng khác của hệ như: V, S, U, H, G…Nhưng nếu xét hệ một cach stổng quát các
hệ có thành phần thay đổi thì các đại lượng dung độ trên (ký hiệu là X) của hệ là hàm số
của nhiệt độ, áp suất và số mol n
i
của các cấu tử có mặt trong hệ.
( , , , )
1 2
X X T P n n
=
.
Ảnh hưởng của sự thay đổi số mol chất đến các hàm đặc trưng sẽ thể hiện ở công có
ích dA trong các phương trình nhiệt động cơ bản. Mọi loại công đều có thể biểu diễn
dưới dạng một đại lượng cường độ (ký hiệu là I) và một đại lượng dung độ (ký hiệu là
dY), vậy công dA có thể biểu diễn: dA= I.dY
1. Đại lượng mol riêng phần.
Xét hệ gồm nhiều cấu tử có số mol tương ứng là n
1
, n
2
, n
3
…thì một đại lượng
dung độ bất kỳ X đều có thể biểu diễn dưới dạng hàm số như sau:
( , , , )
1 2
X X T P n n
=
.
Lấy vi phân toàn phần của X ta có:
, ,

, ,
X X X
dX dT dP dn
i
T T n
p n T n
i
p T n
j
 
   
 
   
 
   
 
∂ ∂ ∂
= + +
∑
∂ ∂ ∂
. Ta ký hiệu X mol riêng phần
của cấu tử I là
i
X
và được định nghĩa bằng biểu thức:
BÀI GIẢNG HÓA LÝ 1

Page 12

, ,

j
i
i
T p n
X
X
n
 
∂
=
 
∂
 
.
Vậy đại lượng mol riêng phần là số đo ảnh hưởng của sự thay đổi số mol của một cấu tử
đến dung độ chung của hệ. Nếu thay đại lượng mol riêng phần vào phương trình vi
phân toàn phần của X, ta có:
, ,
i i
X dn
X X
dX dT dP
T T
p n T n
   
   
   
∂ ∂
= + +
∑

∂ ∂
. Như vậy ta còn thấy đại lượng mol riêng
phần còn là một đại lượng cường độ.
2. Tính chất của đại lượng mol riêng phần.
a. Tính chất 1.
Những phương trình viết cho thế đẳng áp mol đều có thể viết tương tự cho hoá
thế.
Với 1 mol khí lý tưởng, ta có phương trình:
0
ln
P
G G RT P
= +
nên tương tự ta
có:
0
( ) ln
i i i
T RT P
µ µ
= +
. Áp suất P
i
của cấu tử i trong hỗn hợp khí lý tưởng,
0
( )
i
T
µ

được gọi là thế hoá chuẩn của cấu tử i, nó bằng thế hoá của cấu tử i khi P
i
= 1 atm
và là một đại lượng phụ thuộc vào nhiệt độ.
b. Tính chất 2.
Trong điều kiện đẳng nhiệt, đẳng áp, thế đẳng áp của hệ bằngthế hoá của các
câú tử tạo thành hệ.
G n
i i
µ
=
∑

Với hệ 1 cấu tử thì:
G n
µ
=
hay
G
n
µ
=
, nghĩa là hoá thế của cấu tử trùng với
thế đẳng áp mol của hệ 1 cấu tử. Như vậy tiêu chuẩn xét chiều có thể được viết:
Trong hệ đẳng nhiệt, đẳng áp
BÀI GIẢNG HÓA LÝ 1

Page 13

Nếu

(
)
(
)
n m
i i j j
dau
cuoi
µ µ
>
∑ ∑

Phản ứng theo chiều thuận
Nếu
(
)
(
)
n m
i i j j
dau
cuoi
µ µ
<
∑ ∑

Phản ứng theo chiều nghịch
Nếu
(
)

(
)
n m
i i j j
dau
cuoi
µ µ
=
∑ ∑

Phản ứng đạt cân bằng

Biểu thức này càng làm rõ hơn ý nghĩa của hoá thế, nghĩa là: chất sẽ chuyển
từ trạng thái có tổng thế hoá cao sang trạng thái có tổng hoá thế thấp hơn.

BÀI GIẢNG HĨA LÝ 1

Page 14

CHƯƠNG III
CÂN BẰNG HÓA HỌC
I.Hằng số cân bằng
• Hệ đẳng nhiệt, đẳng áp, quá trình tự xảy ra → G giảm
• Khi hệ đạt trạng thái cân bằng ( G = G
min
), thành phần hoá học phản ứng liên
hệ với nhau theo hằng số cân bằng K
cb

2 CO + O

2
= 2 CO
2

P
2
CO
2
K
P
=
cb
OCO
CO
PP
P










2
2
2
2

K
C
=
cb
OCO
CO
PP
P










2
2
2
2


Phản ứng: aA + bB = cC + dD
∆G
T
= d.µ
D
+ C.µ

C
- a.µ
A
- b.µ
B

Mặt khác µ
i
= µ
i
(T) + RTLn P
i
nên:
∆G
T
= ∆G
o
T
+ RTLn 
p
(phương trình đẳng nhiệt Van’t Hoff)
∆G
o
T
= d.µ
D
+ C.µ
C
- a.µ
A

- b.µ
B



P
=
cb
b
B
a
A
c
C
d
D
PP
PP









Khi phản ứng đạt cân bằng : ∆G
T
= 0 tương đương ∆G

o
T
= -RTLn 
p


K
P
= (
P
)
cb
=
cb
b
B
a
A
c
C
d
D
PP
PP










Phương trình Van’t Hoff:
BÀI GIẢNG HĨA LÝ 1

Page 15

∆G
o
T
= -RTLn K
p

∆G
T
= -RTLn K
p
+ RTLn π
P


Phương trình Van’t Hoff:
∆G
T
= RTLn π
P
/K
P
Xét chiều của phản ứng:

∆G
T
> 0 Phản ứng nghòch tự xảy ra
∆G
T
< 0 Phản ứng thuận tự xảy ra
∆G
T
= 0 Phản ứng đạt cân bằng
Các dạng hằng số cân bằng

K
P
= K
C
(RT)
∆
n
= K
x
P
∆
n
= K
n










∑
∆
n
P
i
n
cb

C: Nồng độ mol/l
x: phần mol x
i
=
∑
n
n
i
i

∆n = c + d - a - b
P: áp suất tổng
K
P
: hằng số ở mỗi nhiệt độ
K
C
: phụ thuộc nhiệt độ

K
x
: phụ thuộc nhiệt độ và áp suất
K
n
: phụ thuộc nhiệt đô, áp suất, tổng số mol khí ở cân bằng.
Nếu : ∆n = 0 → K
P
= K
C
= K
n
= K
x
Nhận xét :
BÀI GIẢNG HĨA LÝ 1

Page 16

 Tỷ lệ thành phần hổn hợp đầu ảnh hưởng đến chiều phản ứng
 Phản ứng hoàn toàn: HSCB rất lớn hoặc tách một chất khỏi hổn hợp sản phẩm
II. CÂN BẰNG TRONG HỆ ĐỒNG THỂ
• Hệ dung dòch lý tưởng
µ
i
= µ
i
(T) + RTLn x
i

∆G
T
= ∆G
o
T
+ RTLn π
x


∆G
o
T
= -RTLn K
x

K
n
= K
x

(
)
n
cb
i
n
∆
∑
= K
C

V
-
∆
n

x
i
=
∑
i
i
n
n
, C
i
=
V
n
i

∆n = 0 → K
P
= K
C
= K
n
= K
x
• Hệ khí lý tưởng
µ

i
= µ
i
(T,P) + RTLn x
i

∆G
T
= ∆G
o
T,P
+ RTLn π
i


∆G
o
T,p
= -RTLn K
x
III. CÂN BẰNG TRONG HỆ DỊ THỂ
Pha khí : µ
i
= µ
i
o
+ RTLn P
i

Pha lỏng và rắn µ

i
= µ
i
o
+ RTLn x
i

Nếu pha lỏng và pha rắn không hòa tan vào nhau tạo thành dung dòch thì không có
HSCB ( phần mol của chúng trong mỗi pha bằng 1)
IV. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HSCB
1. Nhiệt độ:
Phương trình đẳng nhiệt Van’t Hoff
∆G
o
T
= -RTLn K
p

BÀI GIẢNG HĨA LÝ 1

Page 17

Thực tế áp suất ít ảnh hưởng ∆H, K
P

BÀI GIẢNG HÓA LÝ 1

Page 18

CHÖÔNG IV

LÝ THUYẾT CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH CÂN BẰNG PHA
I. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN.
Trong nghiên cứu về pha cần thống nhất một số khái niệm dùng trong việc khảo sát
cân bằng pha như sau:
1. Pha. f
2.Hp phn: r
2. S cu t.
Ký hiệu là k.
Vậy
k r
≤
.
Có thể áp dụng quy tắc sau: k= r – q.
Trong đó q là số các phương trình quan hệ về nồng độ của các cấu tử tại điểm cân
bằng.
3. Đ t do.
Ký hiệu là c.
Hệ có c = 0 gọi là hệ vô biến.
Hệ có c = 1 gọi là hệ nhất biến.
Hệ có c = 2 gọi là hệ nhị biến.
II. ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG PHA.
1. Điều kiện về nhiệt độ.
Ở cân bằng, nhiệt độ của tất cả các pha phải bằng nhau.
T
α
= T
β
= T
γ
= …= T

f

2. Điều kiện về cơ học.
BÀI GIẢNG HÓA LÝ 1

Page 19

Áp suất tác động lên tất cả các pha phải bằng nhau.
P
α

= P
β
= P
γ
= … = P
f


3. Điều kiện về hoá học.
Tại điểm cân bằng, hoá thế của các cấu tử phải bằng nhau.
III. QUI TẮC PHA GIBBS.
Với n thông số bên ngoài tác động và hệ, thì: c = k –f + n.
Nếu cả T và P là hằng số thì c = k - f
Còn nếu T là hằng số hoặc P là hằng số thì c = k – f + 1.
Qui tắc pha Gibbs là một trong những định luật tổng quát nhất áp dụng cho mọi cân
bằng pha, nó cho phép định tính mối quan hệ của những thông số nhiệt động trong các
quan hệ cân bằng dị thể và từ đó tìn ra các mối quan hệ định lượng giữa các thông số
này.
IV. GIN Đ PHA VÀ CÁC QUI TC PHA.

Giản đồ pha còn gọi là biểu đồ trạng thái là đồ thị mô tả sự phụ thuộc giữa các thông
số trạng thái của hệ nằm trong cân bằng pha. Về nguyên tắc muốn mô tả đầy đủ hệ thì
phải dùng đồ thị có ( c+1) trục toạ độ. Trong thực tế người ta sẽ cố định một thông số
hoặc bỏ qua các thông số ít ảnh hưởng để có thể sử dụng đồ thị 2 chiều hoặc 3 chiều.
Một giản đồ pha bao gồm các đường, các mặt và các vùng. Các đường dùng mô tả
sự phụ thuộc giữa hai thông số, các mặt trong không gian ba chiều mô tả sự phụ thuộc
của ba thông số nhiệt động và các vùng trên giản đồ pha mô tả những hệ có số lượng và
dạng các pha xác định nằm cân bằng với nhau.
Giản đồ pha là công cụ đắc lực để nghiên cứu định tính cũng như định lượng các quá
trình chuyển pha, từ đó tính toán các thiết bị trong dây chuyền cộng nghệ hoá học.
1. Cách biểu diễn các thông số nhiệt động trên giản đồ pha.
BÀI GIẢNG HÓA LÝ 1

Page 20

a. Đối với các thông số nhiệt độ, thể tích hay áp suất.
Đối với các thông số này ta dùng phương pháp biểu diễn thông thường trên trục số.
Trong một số trường hợp, khi giá trị của thông số thay đổi trong một khoảng khá rộng
thì có thể biểu diễn chúng dưới dạng nghịch đảo hay logarit của nó.
b. Biểu diễn thành phần của hệ 2 cấu tử.
Thành phần của các cấu tử trên giản đồ pha thường dùng là phần mol x
i
hay phần
trăm khối lượng y
i
. Trong hệ hai cấu tử, dùng một đoạn thẳng được chia thành 100%
như sau:

Trên trục toạ độ chỉ cần biểu diễn cho một cấu tử vì thành phần của cấu tử còn lại
được xác định theo công thức: x

A
+ x
B
= 1 hay y
1
+ y
2
= 100%
Khi điểm biểu diễn của hệ càng gần cấu tử nào thì hàm lượng của cấu tử đó càng
lớn.
c. Biểu diễn thành phần của hệ 3 cấu tử.
Thành phần của hệ 3 cấu tử thường được biểu diễn bằng một tam giác đều như sau:

Với cách biểu diễn như trên, ta có:
BÀI GIẢNG HÓA LÝ 1

Page 21

- Ba đỉnh của tam giác là ba điểm hệ của các cấu tử nguyên chất A, B và C.
- Ba cạnh của tam giác biểu diễn ba hệ hai cấu tử tương ứng là AB, AC và BC.
- Miền trong của tác giác là vùng của hệ 3 cấu tử. Thành phần của mỗi cấu tử được
xác định bằng tỷ lệ của đoạn thẳng vuông góc hạ từ điểm biểu diễn xuống cạnh tương
ứng của tam giác với đường cao.
Ta cũng có qui luật x
A
+ x
B
+ x
C
= 1 hay y

A
+ y
B
+ y
C
= 100%.
% ,% %
h
h
h
C
A B
A B và C
h h h
= = =
.
Cũng có thể xác định thành phần của hệ bằng cách chiếu điểm hệ song song với cạnh
đối của đingt biểu diễn cấu tử lên cạnh biểu diễn thành phần của cấu tử.
Với cách biểu diễn như trên, ta có nhận xét:
- Những điểm nằm trên cùng một đường thẳng song song với cạnh của tam giác thì
tất cả điểm ấy đều có cùgn thành phần của cấu tử đối diện với cạnh đó.
- Những điểm nằm trên đường thẳng đi qua một đỉnh của tan giác thì biểu diễn
những hệ có cùng tỷ lệ thành phần của 2 cấu tử ứng với hai đỉnh kia.
- Khi tăng lượng tương đối của một cấu tử thì điểm hệ chung sẽ di chuyển về gần
với cấu tử đó trên đường thẳng đi qua đỉnh đó.
* Tuỳ theo mục đích nghiên cứu mà có thể ghép các trục toạ độ lại với nhau sẽ được
các giản đồ biểu diễn khác nhau.
(vẽ hình page 120 bằng vision)
2. Các qui tắc của giản đồ pha.
Ngoài qui tắc pha Gibbs đã được trình bày ở phần trên thì trong giản đồ pha người ta

có thể sử dụng một số qui tắc chung khác để nghiên cứu định tính cũng như định lượng
các quá trình chuyển pha. Sau đây là mộtvaì nguyên tắc cơ bản nhất:
a. Qui tắc liên tục.
BÀI GIẢNG HÓA LÝ 1

Page 22

Qui tắc này được phát biểu như sau: các đường hoặc các mặt trên giản đồ pha biểu
diễn sự phụ thuộc giaũ các thông số nhiệt động của hệ sẽ liên tục nếu trong hệ không
xảy ra sự biến đổi chất, sự thay đổi số pha hoặc dạng các pha.
Như vậy ta có thể suy ra, nếu trong hệ có sự thay đổi về pha hay sự thay đổi về dạng
pha thì trên các đường hay các mặt sẽ xuất hiện các điểm gãy, làm cho đồ thị không còn
liên tục.

Hình: giản đồ nhiệt độ - thời gian của chất nguyên chất.
b. Qui tắc đường thẳng liên hợp.
Qui tắc được phát biểu như sau: trong điều kiện đẳng nhiệt và đẳng áp nếu hệ
phân chia thành hai hệ con ( hay được sinh ra từ hai hệ con) thì điểm biểu diễn
của ba hệ này phải nằm trên cùng một đường thẳng, đường thẳng này gọi là
đường thẳng liên hợp.

c. Qui tắc đòn bẩy.
Nếu có ba điểm hệ liên hợp H
1
, H
2
và H thì lượng tương đối của chúng được tính
theo qui tắc đòn bẩy như sau:
BÀI GIẢNG HÓA LÝ 1

Page 23


Vậy ta có:
Lượng hệ M.
MH
= Lượng hệ N.
NH

d. Qui tắc khối tâm.
Đây là trường hợp mở rộng của qui tắc đòn bẩy, được phát biểu như sau: nếu một
hệ gồm n hệ con thì điểm biểu diễn của nó phải nằm ở khối tâm vật lý của đa giác có
đỉnh là các điểm biểu diễn của n hệ con.
Ví dụ: Hệ H gồm ba hệ con là H
1
, H
2
và H
3
vậy H phải nằm ở khối tâm vật lý của tam
giác H
1
H
2
H
3
.
Ta có: g = g
1
+ g

2
+ g
3
.
Đầu tiên ta xác định điểm K như sau:
Hệ K = hệ H
1
+ hệ H
2
và
1 2
2 1
g H K
g H K
=
.
Tiếp theo ta xác định điểm H thẻo thoả theo điều kiện sau:
Hệ H = hệ K + hệ H
3
và
3
1 2
3 3
H H
g g
g
K
g g HK
+
= = .

BÀI GIẢNG HĨA LÝ 1

Page 24

CHƯƠNG
5
DUNG DỊCH VÀ CÂN BẰNG DUNG DỊCH – HƠI

I. Đại cương về dung dòch
1. Đònh nghóa: Dung dòch là một hệ đồng thể (một pha) của hai hay nhiều chất
mà thành phần của chúng có thể thay đổi trong một giới hạn xác đònh.
2. Cách biểu diễn thành phần của dung dòch
- Nồng độ phần trăm khối lượng (%) là phần khối lượng của cấu tử quy ra phần trăm.
100(%)
g gg
g
C
n21
i
i%,
×
+++
=

- Nồng độ mol/ lit là số mol của cấu tử có trong 1 lit dung dòch.
(mol/l)
V
n
C

M
= M
- Nồng độ đương lượng gam (đlg/l) là số đương lượng gam của cấu tử có trong một lít
dung dòch.

(dlg/l)
V
n'
C
N
=
N
- Nồng độ molan (m) là số phân tử gam chất tan trong 1000 gam dung môi.

1000(m)
m
n
C
dd
m
×=

- Nồng độ phân mol là tỷ số giữa số mol của cấu tử đang xét và tổng số mol của dung
dòch.

∑
=
i
i
i

n
n
x
Ví dụ: Ở 15
o
C, dung dịch H
2
SO
4
20% có tỷ trọng bằng 1,145 g/cm
3
. Tính C
M
, C
N
,
Cm
,
và nồng độ phân mol của dung dịch.
Bài giải:
BÀI GIẢNG HĨA LÝ 1

Page 25

M
M
Cd
C
M
34,2

98
20.145,1.10% 10
===
C
N
= 2xC
M
= 4,68(N)
kgmolC
m
/55,2
)20100(98
1000.20
=
−
=

( ) ( )
956,0044,01
044,0
18/8098/20
98/20
2
42
=−=
=
+
=
OH
SOH

x
x

3. Phân loại dung dòch
 Dung dòch lý tưởng: là dung dòch mà các cấu tử của nó có tính chất lý, hóa học vô
cùng giống nhau.
- Lực tương tác của các phân tử cùng loại và giữa các phân tử khác loại là như nhau:
f
A-A
= f
A-B
= f
B-B
.
- Khi các cấu tử hòa tan vào nhau để tạo thành dung dòch, không kèm theo một hiệu
ứng:
∆
U = 0;
∆
H = 0,
∆
V = 0…
- Quá trình tạo thành dung dòch là quá trình tự xảy ra nên
∆
G < 0,
∆
S > 0

Ví dụ: dung dòch (hecxan – izo hecxan) hoặc dung dòch (hecxan – pentan)

 Dung dòch vô cùng loãng: là dung dòch mà thành phần của chất tan là vô cùng bé
so với thành phần của dung môi. Như vậy tính chất của các cấu tử tuân theo các
đònh luật lý tưởng của Henry, Raoul.
 Dung dòch thực:
- Là dung dòch không lý tưởng.
- Lực tương tác giữa các phân tử cùng loại và giữa các phân tử khác loại khác nhau.
- Khi tạo thành dung dòch kèm theo các hiệu ứng:
∆
U
≠
0,
∆
H
≠
0…
II. Sự hòa tan của khí trong chất lỏng
1. nh ưởng của áp suất đến độ tan của các khí trong chất lỏng
Định luật Henry: Ở nhiệt độ không đổi, độ hòa tan của một khí trong một chất lỏng
tỷ lệ thuận với áp suất phần của khí trên pha lỏng.