CHUYÊN ĐỀ NHIỆT ĐỘNG LỰC HÓA HỌC Ho02 2


CHUYÊN ĐỀ NHIỆT ĐỘNG LỰC HÓA HỌC
Tên chuyên đề:

XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP NHIỆT ĐỘNG LỰC
HỌC ĐỂ BỒI DƯỠNG VÀ RÈN LUYỆN KHẢ NĂNG
TỰ HỌC CHO HỌC SINH GIỎI ĐỈNH CAO

1


MỤC LỤC
Trang
Phần 1: MỞ ĐẦU .....................................................................................................2
Phần 2: NỘI DUNG....................................................................................................4
Chương I: Tổng quan về nhiệt động lực hóa học .........................................................4
Chương II: Hệ thống bài tập nhiệt động lực hóa học được dùng để rèn luyện các kĩ năng
cho học sinh ......................................................................................................22
Chương III: Một số bài tập có trong các đề thi olympic quốc gia, quốc tế ..............55
Chương IV: Thực nghiệm sư phạm ..........................................................................76
Phần III: KẾT LUẬN..............................................................................................79
Tài liệu tham khảo......................................................................................................80

2


Phần 1: MỞ ĐẦU
I . Lý do chọn đề tài.
Trong quá trình dạy học và bồi dưỡng học sinh giỏi các mơn học nói chung và mơn
hóa học nói riêng, trang bị kiến thức cho học sinh giống như việc người thầy trao cho các
em “chiếc chìa khóa” để các em có thể khám phá những chân trời tri thức mới mẻ. Tuy

nhiên, học sinh sử dụng “chiếc chìa khóa” đó đề khám phá kho tàng kiến thức đồ sộ của
nhân loại và biến nó thành kiến thức của riêng bản thân mình, để từ nền tảng đó các em
có những sáng tạo, những phát minh ... phục vụ đời sống, xã hội, nhân loại như thế nào
lại là vấn đề khác, mỗi học sinh với “chiếc chìa khóa” mà thầy cô đã trao cho cộng với
năng lực của bản thân sẽ gặt hái được những thành công khác nhau. Làm thế nào để học
sinh của mình phát huy được tốt nhất năng lực của bản thân? Đó ln là trăn trở của bất
kì giáo viên nào đã và đang làm nhiệm vụ dạy học và bồi dưỡng học sinh giỏi, đặc biệt là
học sinh giỏi đỉnh cao.
Có nhiều cách để chúng ta giúp học trị của mình phát huy tối đa năng lực của
mình ví dụ như dạy các em biết ước mơ, có hồi bão, sống có mục đích, sống có nghị lực,
vượt khó, chăm chỉ, kiên trì, thắng không kiêu, bại không nản, tinh thần tự học, tự đọc tốt
... thầy cô luôn là người biết lắng nghe, thấu hiểu, truyền cảm hứng tạo sự say mê, luôn là
chỗ dựa tin cậy về mặt tinh thần cho học trị của mình.
Tùy vào tính cách của từng học trị, người thầy có thể áp dụng cách này hay cách
khác, tuy nhiên muốn học trò chủ động nắm bắt được kiến thức của mơn học, ngồi việc
truyền đạt kiến thức cho học sinh, giáo viên phải rèn luyện khả năng tự đọc, tự học cho
các em. Đây là một trong những yếu tố quan trọng nhất để đưa các em đên đỉnh vinh
quang.
Trong các đề thi học sinh giỏi mơn hóa từ cấp tỉnh cho đến cấp quốc gia hay cao
nhất là cấp quốc tế, thì các bài tập liên quan đến Nhiệt động lực hóa học là một phần
cứng trong cấu trúc của đề thi...
Trong quá trình học tập và rèn luyện để trở thành học sinh giỏi mơn hóa, việc học
sinh nắm chắc kiến thức về Nhiệt động lực hóa học là vơ cùng quan trọng, nhưng với
thời lượng dạy và học trong các giờ học chính khóa khơng thể đủ để giáo viên truyền tải
hết lượng kiến thức về Nhiệt động lực hóa học, thêm vào đó bài tập về phần này rất đa
dạng và phong phú đòi hỏi người học phải nắm được kiến thức lý thuyết rất chắc chắn,
biết áp dụng vào từng dạng bài tập cụ thể. Với nhiệm vụ dạy học của mình tơi thấy việc
xây dựng hệ thống bài tập về nhiệt động lực hóa học để rèn luyện khả năng tự học, tự đọc
của học sinh là vô cùng quan trọng.

3


II. Mục đích nghiên cứu
* Cung cấp cho học kiến thức cơ bản, kiến thức nâng cao trọng tâm về nhiệt động
lực hóa học.
* Rèn luyện cho học sinh khả năng tự nghiên cứu và sáng tạo trên cơ sở hệ thống
bài tập về nhiệt động lực hóa học .
* Phân loại, sắp xếp và đánh giá các bài tập trọng tâm về nhiệt động lực hóa học có
trong các đề thi học sinh giỏi tỉnh, học sinh giỏi quốc gia, khu vực và quốc tế.
III. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
*Cơ sở lý thuyết về nhiệt động lực hóa học.
* Hệ thống các bài tập nâng cao dành cho học sinh giỏi tỉnh, học sinh giỏi quốc
gia, khu vực và quốc tế.
IV. Nhiệm vụ nghiên cứu.
* Nghiên cứu và ứng dụng lý thuyết về nhiệt động lực hóa học.
* Soạn, phân tích và giải các bài tập thi học sinh giỏi, học sinh giỏi quốc gia, học
sinh giỏi khu vực và học sinh giỏi quốc tế.
* Thực nghiệm đánh giá việc giảng dạy về liên kết hóa học trong việc giải các bài
tập về nhiệt động lực hóa học.
V. Phương pháp nghiên cứu
1.Nghiên cứu lý thuyết : Nghiên cứu sách giáo khoa, các tài liệu thuộc hóa học đại
cương vô cơ, các đề thi học sinh giỏi tỉnh, các đề thi học sinh giỏi quốc gia, các đề thi học
sinh giỏi khu vực và quốc tế với cơ sở lý thuyết về nhiệt động lực hóa học làm chủ đạo.
2. Tổng kết kinh nghiệm giải quyết các bài tập nhiệt động lực hóa học.
3. Trao đổi, học hỏi kiến thức và kinh nghiệm từ đồng nghiệp.
4. Trò chuyện và khơi gợi niềm đam mê học mơn hóa của các em học sinh trong
quá trình học tập.
5. Rèn luyện tinh thần tự học, tự đọc cho các em học sinh.
VI. Giả thuyết khoa học.

Nếu học sinh nắm vững lý thuyết về nhiệt động lực hóa học và giải tốt các bài tập
về nhiệt động lực hóa học thì các em sẽ có một nền tảng kiến thức vững chắc để khám
phá và trau dồi những kiến thức mới, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình học tập và rèn
luyện để có thể chinh phục những đỉnh cao về tri thức.

4


Phần 2: NỘI DUNG
Chương I: TỔNG QUAN VỀ NHIỆT ĐỘNG LỰC HÓA HỌC
I. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN :
1. Khái niệm về nhiệt động học , nhiệt động hóa học , nhiệt hóa học và nhiệt phản
ứng:
Vật chất khơng ngừng chuyển động , mọi quá trình chuyển động đều đi kèm theo sự
biến đổi năng lượng. Để nghiên cứu quá trình chuyển động của vật chất cần nghiên cứu
các qui luật biến đổi giữa các dạng năng lượng với nhau.
a. Nhiệt động học (Thermodynamics): là môn học nghiên cứu sự chuyển hóa tương hỗ
giữa tất cả các dạng năng lượng với nhau, đặc biệt là những qui luật có liên quan tới các
biến đổi nhiệt năng thành các dạng năng lượng khác.
Cơ sở lý thuyết của Nhiệt động học là 3 nguyên lý I, II và III. Trong đó quan
trọng nhất là nguyên lý I và II.
b. Nhiệt động hóa học (Chemical thermodynamics): là một nhánh của nhiệt động học
nghiên cứu các qui luật về sự chuyển hóa tương hỗ giữa hóa năng và các dạng năng
lượng khác trong các q trình hóa học.
c. Nhiệt hóa học (Thermo chemistry): là mơn học chun nghiên cứu sự chuyển hóa
giữa hóa năng và nhiệt năng, nghĩa là chuyển năng lượng của phản ứng hóa học thành
nhiệt năng.
d. Nhiệt phản ứng (hay cịn gọi hiệu ứng nhiệt của phản ứng): là lượng nhiệt đi kèm
theo một phản ứng dưới dạng thu vào hay phát ra . Người ta phân biệt :
 Hiệu ứng nhiệt trong quá trình đẳng áp ( P = const): ký hiệu ΔH .

 Hiệu ứng nhiệt trong quá trình đẳng tích ( V= const): ký hiệu ΔU.
Quy ước về dấu : * q trình phát nhiệt có ΔH , ΔU < 0 .
* q trình thu nhiệt có ΔH , ΔU > 0 .
(Δ = trạng thái cuối – trạng thái đầu )
2. Khái niệm về hệ , trạng thái , quá trình :
a. Hệ (nhiệt động): là lượng xác định của một hay nhiều cấu tử ở điều kiện nhiệt độ, áp
suất và nồng độ xác định. Phần cịn lại bao quanh hệ được gọi là mơi trường.
Các loại hệ:
5


 Hệ hở: hệ có thể trao đổi chất và năng lượng với mơi trường ngồi.
 Hệ kín: hệ khơng trao đổi chất mà chỉ trao đổi năng lượng với môi trường.
 Hệ cô lập: là hệ không trao đổi cả chất và năng lượng với mơi trường ngồi.
 Hệ đồng thể : tất cả các cấu tử trong hệ cùng một pha hay là khơng có bề mặt phân
chia giữa các cấu tử . Hệ đồng thể có các tính chất hóa, lý giống nhau ở mọi điểm
trong hệ.
 Hệ dị thể: các cấu tử trong hệ khác pha hay là có bề mặt phân chia giữa các cấu tử
( các chất cùng một trạng thái rắn , lỏng , khí vẫn có thể khác pha , thí dụ hỗn hợp
dầu hỏa và nước ).
b. Trạng thái (nhiệt động) của hệ và thông số trạng thái, hàm trạng thái:
 Trạng thái của hệ được xác định bằng tập hợp các đại lượng đặc trưng cho các tính
chất hố lý của hệ như nhiệt độ, áp suất, thể tích, thành phần, năng lượng…Các đại lượng
nói trên là các thơng số trạng thái. Trạng thái của hệ sẽ biến đổi khi có ít nhất một thơng
số trạng thái biến đổi.
 Thơng số trạng thái được chia làm hai loại:
*Thông số dung độ: tỷ lệ với lượng chất của hệ như: số mol n, khối lượng m,
thể tích V , năng lượng E, … Các thơng số dung độ có tính cộng (có nghĩa là cộng đại
lượng này của các chất thành phần thì bằng đại lượng này của hỗn hợp )

*Thơng số cường độ: không tỷ lệ với lượng chất của hệ như: nhiệt độ T, tỷ khối
d, nồng độ C, khối lượng riêng ρ, thể tích mol … Các thơng số cường độ khơng có tính
cộng.
 Hàm trạng thái là hàm biểu diễn mối quan hệ giữa các thông số trạng thái. Hàm
trạng thái có giá trị chỉ phụ thuộc vào các thông số trạng thái của hệ chứ không phụ
thuộc vào cách biến đổi của hệ (nghĩa là không phụ thuộc vào đường đi của quá
trình). Nhiệt độ T, áp suất P, thể tích V, nội năng U, enthalpy H, entropy S, thế
đẳng áp G … là những hàm trạng thái .
*Lưu ý: “Thông số trạng thái” khác với “thơng số q trình”. Thơng số q trình là các
thơng số phụ thuộc vào đường đi của quá trình (như nhiệt Q ,công A…)
* Để tiện so sánh, đối chiếu, lập dữ liệu ,các đại lượng nhiệt động được quy ước ở
điều kiện chuẩn của nhiệt hoá như sau:
o Chất phải tinh khiết và ở trạng thái tập hợp bền dưới p và T chuẩn.
6


o Chất rắn phải ở trạng thái đa hình bền ở điều kiện p và T chuẩn.
o Chất khí phải là khí lý tưởng (ở p chuẩn).
o Chất trong dung dịch thì nồng độ phải là 1 mol/l.
o Áp suất chuẩn là 1 atm (101,325kPa )
o Nhiệt độ chuẩn có thể là bất kỳ, tuy nhiên thường lấy là 298,15oK (25°C)

Trạng thái cân bằng: là trạng thái có giá trị của các thông số trạng
thái ở mọi điểm của hệ phải như nhau và không thay đổi theo thời gian.
c. Quá trình (nhiệt động): khi một hệ chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác
người ta nói hệ thực hiện một quá trình
o Quá trình đẳng áp: p = const
o Q trình đẳng tích: V = const
o Q trình đẳng nhiệt: T = const
o Quá trình đoạn nhiệt : Q = const. Hệ khơng trao đổi nhiệt song có thể trao

đổi cơng với mơi trường xung quanh.
o Chu trình :là quá trình biến đổi hệ qua một số giai đoạn đưa hệ đến trạng
thái cuối trùng với trạng thái đầu.
II. NGUYÊN LÝ I VÀ HIỆU ỨNG NHIỆT:
1. Nguyên lý I nhiệt động học và hiệu ứng nhiệt:
a. Nguyên lý I nhiệt động học:
 Nguyên lý I nhiệt động học chính là một cách phát biểu khác của định luật bảo
toàn năng lượng: “ Khơng có một dạng năng lượng nào tự sinh ra hoặc tự mất đi,
chúng chỉ được chuyển từ hoặc chuyển thành một dạng năng lượng khác với lượng
phải được bảo toàn ”
 Phát biểu nguyên lý I: 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 cơng A chống lại các lực
bên ngồi
tác động lên hệ.
 Biểu thức toán học:
A = ∫ PdV

Q = ΔU + A

Với :
7


 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…
 Quy ước về dấu:

Hệ nhận công : A < 0
Quá trình
(V=0)

đẳng

 ;

Hệ sinh cơng : A > 0

tích Cơng dãn nở A = 0

Q trình đẳng áp

Cơng dãn nở A = P.V

QV = U
Qp = U + P.V

b. Nội năng U:
 Nội năng U của hệ là năng lượng sẵn có, tìm ẩn bên trong hệ, bao gồm: năng lượng
của chuyển động tịnh tiến, chuyển động quay, chuyển động dao động của nguyên
tử, phân tử, hạt nhân, e trong hệ; năng lượng tương tác hút
đẩy của các phân tử, nguyên tử, hạt nhân, e, năng lượng
bên trong hạt nhân. Nói tóm lại, U là năng lượng toàn phần
của hệ trừ động năng và thế năng của toàn hệ.
 Nội năng U là hàm trạng thái, là thông số dung độ, được đo bằng đơn vị năng
lượng (J/mol; cal/mol). U phụ thuộc vào bản chất, lượng chất, T, p, V, thành phần của hệ.
 Người ta khơng thể xác định được chính xác tuyệt đối giá trị nội năng của hệ tại
một trạng thái (vì khơng thể đưa hệ về nhiệt độ 0 tuyệt đối), nhưng dựa vào năng lượng

phát ra hay thu vào của hệ người ta có thể suy ra một cách chính xác độ biến thiên nội
năng U của hệ khi hệ chuyển trạng thái :
U = U2 – U1 = Qv
c. Enthalpy H:
 Đối với quá trình đẳng áp ta có:
Qp = U +PV

=

(U2 – U1) + P(V2 – V1)

=

(U2 + PV2) – (U1 + PV1)

=

H2 – H1 = H

Với: H = U + PV. H được gọi là enthalpy và cũng là một hàm trạng thái của hệ.
H bao gồm nội năng U và khả năng sinh công tiềm ẩn A của hệ. Vậy H là năng lượng dự
trữ toàn phần của hệ. Đơn vị đo của H: kJ/mol hay kcal/mol.
2. Hiệu ứng nhiệt của các q trình hóa học và phương trình nhiệt hóa:
8


a.Hiệu ứng nhiệt:
Vậy: Hiệu ứng nhiệt của quá trình đẳng tích là U.
Hiệu ứng nhiệt của q trình đẳng áp là H.

Với:

H = U +PV

* Hiệu ứng nhiệt tiêu chuẩn kí hiệu H0298 ; hoặc H0 nếu khơng chú ý đến T.
* Quan hệ giữa ΔH và ΔU :

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 có giá trị khơng đáng kể. 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 khí lý tưởng, ta có:
PV = nRT

Suy ra :

PV =n.RT

(Điều kiện đẳng nhiệt , đẳng áp )

Nên:

H = U +n.RT

Khi n = 0

=> H =U

Với: { n = ∑n khí (SẢN PHẨM) -∑n khí (CHẤT ĐẦU) }

R= 1,987cal/mol0K = 8,314 J/mol0K
b. Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn:
 Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn của một chất (H0298 tt )là hiệu ứng nhiệt của phản ứng
tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất bền vững nhất ở điều kiện tiêu chuẩn
(25°C,1atm).
TD

: C(graphit) + O2(k) → CO2(k) ; H0298 = -393,51 kJ.
H0298 tt CO2(k) = -393,51 kJ.mol-1

=>

 Quy ước: Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn của các đơn chất bền (ví dụ: Cl2 khí, Br2 lỏng,
I2 rắn, C graphit, S tà phương ,P đỏ...) bằng 0.
 Nhiệt tạo thành của các chất thường trong khoảng 40 – 400 Kj/mol. Đại lượng này
thông thường nhận những giá trị âm (quá trình phát nhiệt).
c. Nhiệt đốt cháy tiêu chuẩn:
 Nhiệt đốt cháy tiêu chuẩn của một chất (H0298 đc) 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
tiêu chuẩn.

9


 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 CO 2, nước lỏng và một số sản phẩm khác
( N2 , X2 , HX...)
TD: C2H6 (k) + 3,5 O2 (k) → 2 CO2 (k) + 3H2O (l) , H0298 = -1558,39 kJ.


H0298 đc C2H6 (k) = -1558,39 kJ.mol-1

 Như vậy có một số phản ứng vừa là đốt cháy chất này cũng vừa là sinh ra chất kia,
nên :
TD:

H0298 đc C(graphit) = H0298 tt CO2(k) ; H0298 đc H2(k) = H0298 tt H2O(l)

* Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn và nhiệt đốt cháy tiêu chuẩn là các đại lượng tra bảng.
d. Phương trình nhiệt hóa và chiều diễn ra của các q trình hố học:

 Phương trình nhiệt hóa là phương trình phản ứng hóa học thơng thường có ghi
kèm hiệu ứng nhiệt và trạng thái tập hợp, dạng thù hình của các chất.
 Có thể xử lý các phương trình nhiệt hóa như những phương trình đại số (cộng,
trừ, nhân với một hệ số, đổi chiều ...thì H cũng chịu cùng cách xử lý)
TD: Cho: (1)
(2)
Tính: (3)

C(graphit) + O2(k) →CO2(k) ,

H0298 (1)

C(graphit) +1/2 O2(k) →CO(k) , H0298 (2)
2CO(k) + O2(k) →2CO2(k) ,

H0298 (x)= ?

Nhận xét: [(1) – (2)]2 = (3) => H0298 (x) = 2[H0298 (1) - H0298 (2)]

* Dự đốn chiều hướng diễn ra của phản ứng hóa học: ở điều kiện nhiệt độ thấp,
phản ứng phát nhiệt (H < 0) là phản ứng có khả năng xảy ra tự phát.
TD:
Zn(r) + 2HCl(dd) → ZnCl2(dd) + H2(k),
½ H2(k) + ½ Cl2(k) → HCl(k)

,

H0298 = -152.6kJ
H0298 = -92,8kJ

C(graphit) + H2O(k) → CO(k) + H2(k), H0298 = +131,3 kJ
Chú ý: Hiệu ứng nhiệt của phản ứng tỷ lệ với lượng chất của phản ứng
TD:

H2(k) + Cl2(k) → 2 HCl(k)

H0298 = - 185,6kJ

3. Các định luật nhiệt hóa và hệ quả
a. Định luật Lavoisier – La Place:
10


Hiệu ứng nhiệt của phản ứng nghịch bằng hiệu ứng nhiệt của phản ứng thuận
nhưng trái dấu.
Ví dụ:

½ H2(k) + ½ I2(k) → HI (k)

H0298 = +26,48 kJ

HI (k) → ½ H2(k) + ½ I2(k)

H0298 = -26,48 kJ

b. Định luật Hess(1840) và chu trình Born -Haber:
Hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học chỉ phụ thuộc vào bản chất và trạng thái của
các chất đầu và cuối chứ không phụ thuộc vào đường đi của q trình, nghĩa là khơng
phụ thuộc vào số lượng và đặc điểm của các giai đoạn trung gian.
Nói cách khác: nếu có nhiều cách biến đổi hệ từ trạng thái đầu sang trạng cuối thì
tổng hiệu ứng nhiệt của mỗi cách phải bằng nhau.
c. Các hệ quả:

 Hệ quả 1: Hiệu ứng nhiệt của phản ứng bằng tổng nhiệt tạo thành của các sản
phẩm trừ đi tổng nhiệt tạo thành của các chất đầu.
H0298 PƯ = ∑ H0298 tt (SẢN PHẨM) - ∑ H0298 tt (CHẤT ĐẦU)

 Hệ quả 2: 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.
H0298 PƯ = ∑ H0298 đc (CHẤT ĐẦU) - ∑ H0298 đc (SẢN PHẨM)
 Hệ quả 3: Hiệu ứng nhiệt của phản ứng bằng tổng năng lượng liên kết trong các
chất đầu trừ tổng năng lượng liên kết trong các sản phẩm.
H0298 PƯ = ∑Elk (CHẤT ĐẦU) - ∑Elk (SẢN PHẨM)
TD:

2CH4(k) → C2H2(k) + 3H2(k) ; H0298 x = ?
* H0298 x = H0298 tt C2H2(k) - 2H0298 tt CH4(k)
* H0298 x = 2H0298 đc CH4(k) - H0298 đc C2H2(k) - 3H0298 đc H2(k)
* H0298 x = 2H0298 đc CH4(k) - H0298 đc C2H2(k) - 3H0298 tt H2O(l)

* H0298 x = 8EC─H – EC≡C – 2EC─H – 3EH─H

* Áp dụng định luật Hess và hệ quả:
TD1: Cho : C(graphit) + O2(k) → CO2(k)
CO(k) + ½O2(k) → CO2(k)

(1),

H0298(1)= -393,5 kJ

(2),

H0298(2)= -283,0 kJ

Tính H0298 tt CO(k) ?
11


Giải:

Lấy (1) – (2) ta được:

C(graphit) + ½ O2(k) → CO(k) =>H0298 tt CO(k)
TD2: Phản ứng phân hủy đá vôi CaCO3
H0298 tt (kJ/mol)

= -393,5 -(- 283,0) = -110,5 kJ/mol

:

CaCO3(r)

→ CaO(r)

-1206.9

-635.5

+

CO2(k)
-393.5

=> H0298 = (-635.5 - 393.5) - (-1206.9) = + 177.9 kJ.
TD3: Tính năng lượng liên kết O─H trong phân tử H2O, biết:
2H(k) + O(k) → H2O(k), H0 = -924.2 kJ => Ephân ly H2O= 924.2 kJ/mol
Theo cấu trúc phân tử thì trong H2O có 2 liên kết O─H, nên năng lượng liên kết sẽ là:
EO─H = ½ Ephân ly H2O= ½(924.2) = 462,1 kJ.
4. Sự phụ thuộc của hiệu ứng nhiệt vào nhiệt độ - Nhiệt dung:
a) Nhiệt dung:
 Nhiệt dung của một chất là nhiệt lượng cần cung cấp để nâng nhiệt độ của chất đó
lên thêm 10C.
 Nhiệt dung riêng – nhiệt dung mol là nhiệt dung tương ứng 1 gam hay 1 mol chất.

Nếu xét hệ ở điều kiện đẳng áp hoặc đẳng tích, ta có nhiệt dung mol đẳng áp (C p) hoặc
nhiệt dung mol đẳng tích (Cv). Đơn vị đo: J/mol.K hoặc cal/mol.K

Qp = H

QV = U

 Đối với các khí lý tưởng: Cp – CV = R.
b) Sự phụ thuộc của hiệu ứng nhiệt vào nhiệt độ: được thể hiện bằng phương trình
Kirchhoff:
Nếu khoảng nhiệt độ thay đổi khơng lớn lắm có thể coi C p khơng phụ thuộc vào
nhiệt độ , lúc đó phương trình có dạng:
H2 = H1 + Cp (T2-T1)
12


Với:

Cp = ∑Cp(sản phẩm) - ∑Cp(chất đầu)

TD: Tính H0398 của phản ứng : CO(k) + ½O2(k) → CO2(k) ,biết H0298 = -283,0 kJ và
nhiệt dung mol đẳng áp của các chất CO, O2 và CO2 lần lượt là Cp= 6,97; 7,05; và 8,96
cal/moloK.
Giải:
=>

Cp = 8,96 – 6,97 – ½.7,05 = -1,535 cal/K = - 6,42 J/K
H0398= H0298 +Cp (398 – 298)
= -283,0 – 0,642 = - 283,642 kJ

Nhận xét: Khi nhiệt độ tăng, ΔH của phản ứng tăng không đáng kể. Do đó, nếu khoảng
nhiệt độ thay đổi khơng lớn lắm, một cách gần đúng, có thể xem ΔH của phản ứng không
phụ thuộc vào nhiệt độ : H0T ≈ H0298 .
III. NGUN LÍ II NHIỆT ĐỘNG LỰC HĨA HỌC
1. Khái niệm Entropi (S)
Xem hệ gồm các phân tử của một chất khí đang ở nhiệt độ thấp, nếu ta đốt nóng hệ, tức là

cung cấp một lượng nhiệt Q vào, các phân tử khí sẽ gia tăng chuyển động, có sự xáo trộn
hay mất trật tự nhiều trong hệ so với trước khi cung cấp Q, nhiệt lượng q càng nhiều thì
sự xáo trộn càng lớn, tức sự biến thiên xáo trộn tỉ lệ với nhiệt lượng q được cung cấp vào
hệ.
Cùng một nhiệt lượng Q nếu cung cấp cho hệ ở nhiệt độ cao thì sự biến thiên xáo trộn sẽ
ít hơn so với lúc hệ đang ở nhiệt độ thấp.
Như vậy, biến thiên xáo trộn tỉ lệ nghịch với Q.
Người ta dùng một hàm số trạng thái để đo mức độ xáo trộn hay độ tự do của hệ đó là
hàm số entropi S mà trong một biến đổi nhỏ được cho bởi:
- Nếu sự biến đổi thuận nghịch vô cùng nhỏ ở T = const hệ trao đổi với mơi trường một
lượng nhiệt QTN thì sự biến thiên entropi trong quá trình này là:

dS =

S là hàm trạng thái (J/mol.K)
- Nếu sự biến đổi là bất thuận nghịch thì: dS >
13


- Vì là hàm trạng thái nên khi chuyên từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 bằng biến thiên
thuận nghịch hay bất thuận nghịch thì: S2 - S1 = S =
(STN = SBTN)
2.Nguyên lí II của nhiệt động học:
* Phát biểu nguyên lí II
Mỗi hệ được xác định một đại lượng gọi là entropi S mà biến đổi dS trong một biến đổi
nhỏ là
dS 
- Trong hệ cô lập Q = 0. nên:
+ dS = 0: trong hệ cô lập entropi của hệ không đổi nếu xảy ra quá trình thuận
nghịch.

+ dS > 0 : trong hệ cơ lập, quá trình tự xảy ra (BTN) theo chiều tăng entropi của hệ
và tăng cho tới khi đạt giá trị max thì hệ sẽ đạt trạng thái cân bằng.
* Entropi là thước đo độ hỗn độn của hệ:
Độ hỗn độn của 1 hệ hay 1 chất càng lớn khi hệ hay chất đó gồm những hạt và sự
dao động của các hạt càng mạnh (khi liên kết giữa các hạt càng yếu).

 S là 1 đại lượng dung độ.
3. Sự biến thiên S của chất trong một số quá trình
a) Sự biến thiên S trong quá trình biến đổi trạng thái của chất:
Khi chất ngun chất nóng chảy hoặc sơi ở P = const thì:
T = const  S =

=

H = nhiệt biến thiên trạng thái = Ln/c hoặc Lh
b) Sự biến thiên trong q trình giãn nở đẳng nhiệt khí lí tưởng:
14


Xét n mol khí lí tưởng giãn nở thể tích từ V 1  V2 ở to = const. Vì nội năng của khí lí
tưởng chỉ phụ thuộc nhiệt độ nên trong sự biến đổi này:
U = QTN + WTN = QBTN + WBTN = 0
 QTN = - WTN = nRT. ln
T = const  S =

( = -(- P. V) =

= nRln

).

= n.R.ln

c) Sự biến thiên entropi của chất nguyên chất theo nhiệt độ.
- Quá trình P = const: Đun nóng 1 chất nguyên chất từ T1  T2, khơng có sự chuyển pha:
S =
Với Q = QP = dH = n.CP.dT
S =
* Trong khoảng nhiệt độ hẹp, coi CP = const
 S = n.CP.ln
- Quá trình: V = const
 S = n .CV.ln
IV.NGUYÊN LÍ III NHIỆT ĐỘNG HỌC
1. Nguyên lí III của nhiệt động học- entropi tuyệt đối
Entropi của chất nguyên chất dưới dạng tinh thể hoàn chỉnh ở 0(K) bằng 0
S(T = 0) = 0
Tinh thể hồn hảo là tinh thể trong đó các phân tử chỉ có cách sắp xếp duy nhất ở
00K. Nhiểu hóa chất có tinh thể khơng hồn hảo ở 00K như CO, H2, H2O, N2O...
Ngun lí III nhiệt động hóa học gipus tính entropi của một hóa chất ở một nhiệt độ xác
định.
15


2. Cách tính entropi tuyệt đối
a) Entropi tuyệt đối của các chất ở các nhiệt độ khác nhau.
VD: Tính S của 1 chất ở nhiệt độ T nào đó, ta hình dung chất đó được đun nóng từ 0(K)
 T(K) xét ở P=const. Nếu trong q trình đun nóng có sự chuyển pha thì:
S = ST - S(T = 0) = ST =
 ST =
Giá trị entropi được xác định ở P = 1 atm = const và ở nhiệt độ T nào đó được

gọi là giá trị entropi chuẩn, kí hiệu là S0T, thường T = 298K  S0298
b) Sự biến thiên entropi trong phản ứng hoá học:
+ Khi phản ứng thực hiện ở P = const, T = const thì:
+ Nếu ở điều kiện chuẩn và 250C thì:

S = S(sp) - S(t/g)

S0298= S0298(sp) - S0298(t/g)

+ Vì S của chất khí >> chất rắn, lỏng nên nếu số mol khí sản phẩm (sp) > số mol
khí tham gia thì S > 0 và ngược lại. Còn trong trường hợp số mol khí ở 2 vế
bằng nhau hoặc phản ứng khơng có chất khí thì S có giá trị nhỏ.
V. THẾ NHIỆT ĐỘNG -THẾ HÓA HỌC. ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG VÀ DIỄN
BIẾN CỦA Q TRÌNH
1. Thế nhiệt động
Trong hóa học thường gặp hệ cô lập, mà thường gặp hệ đẳng nhiệt - đẳng áp
hoặc đẳng nhiệt – đẳng tích. Để có thể dùng tiêu chẩn entropi để xét các q
trình, ta gộp hệ nghiên cứu với môi trường thành hệ cô lập
Scô lập = S hệ + S mt
- S hệ: Sự biến thiên entropi của hệ
- S mt: Sự biến thiên entropi của môi trường
Scô lập = S hệ + S mt > 0 : Hệ tự diễn biến
Scô lập = S hệ + S mt = 0 : Hệ ở trạng thái cân bằng
16


Để thuận tiện người ta dùng hàm trạng thái khác thay cho tổng S hệ + S mt. Hàm trạng
thái đó được goi là thế nhiệt động.
a)Thế đẳng áp G:
Xét hệ xảy ra sự biến đổi ở P, T đều khơng đổi trong q trình này mơi trường nhận của

hệ một nhiệt lượng Hmt do hệ toả ra  Hmt = - H hệ = - H
 S mt = + Điều kiện tự diễn biến của hệ:
 S cô lập = S hệ -

> 0  H – T. S < 0

+ Hệ ở trạng thái cân bằng khi H – T. S = 0
+ Đặt G = H – TS  ở nhiệt độ, P khơng đổi thì q trình xảy ra theo chiều có
G = H – T. S < 0
Và đạt tới trạng thái cân bằng khi G = 0.
b) Thế đẳng tích F: (Năng lượng Helmholtz)
Nếu hệ biến đổi ở điều kiện T, V không đổi  nhiệt đẳng tích mà mơi trường nhận của
các hệ là Umt

 Smt = -

 điều kiện tự diến biến của hệ trong q trình đẳng nhiệt, đẳng tích là
F = U – T. S < 0
Và đạt trạng thái cân bằng khi F = 0
Trong đó : F = U – TS
Vì H = U + PV  G = H – TS = U –TS + PV
 G = F + PV
2.Ý nghĩa vật lí của G, F
a) Ý nghĩa vật lí của G
G = H – TS = U + PV –TS => dG = dU + PdV + VdP –TdS –SdT
dG = δW + δQ + PdV + VdP –TdS –SdT
Giả sử hệ còn thực hiện cơng hữu ích δW’ thì : δW = - PdV + δW’
=> dG = - PdV + δW’ + δQ + PdV –TdS –SdT

17

=> dG = δW’ + δQ –TdS –SdT
hay dG

δW’ + δQ + TdS –SdT + VdP -TdS

=> dG

δW’ - SdT + VdP

Dấu bằng ứng với quá trình thuận nghịch và công lớn nhất:
dG = δW’max - SdT + VdP
Đối với quá trình đẳng nhiệt đẳng áp dT=0; dP=0
Nên:

dG = δW’max hay ∆G = W’max

Vậy: ∆G biểu thị cơng hữu ích của quá trình thuận nghịch đẳng nhiệt đẳng áp.
b) Ý nghĩa vật lí của F
F = U – TS
Biến đổi tương tự như đối với hàm G ta được
dF

δW’ - SdT - PdV

dG = δW’max - SdT - PdV
Đối với q trình đẳng nhiệt đẳng tích dT=0; dV =0
Nên: dF = δW’max hay ∆F = W’max
Vậy: ∆F biểu thị công hữu ích của q trình thuận nghịch đẳng nhiệt đẳng áp.

Vì phản ứng tự xảy ra theo chiều ∆G hoặc ∆F <0 nên có thể nói rằng: Chỉ những phản
ứng mà sự biến thiên ∆G hoặc ∆F thực hiện một cơng có ích mới có thể tự xảy ra.
(∆G được dùng nhiều hơn ∆F vì phản ứng thường xảy ra ở áp suất không đổi )
3.Thế đẳng áp chuẩn tạo thành của một chất. Các yếu tố ảnh hưởng đến thế đẳng áp
∆G.
a) Thế đẳng áp chuẩn tạo thành của một chất
* Định nghĩa: Là sự biến thiên thế đẳng áp của phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các
đơn chất bền với điều kiện là các chất tham gia phản ứng phải là các chất nguyên chất ở
1 atm, và giữ P, T không đổi,
-Thường T = 2980K và Thế đẳng áp chuẩn tạo thành của một chất được kí hiệu là ∆G0298,s
- Thế đẳng áp chuẩn tạo thành của một đơn chất bằng 0
* Cách tính ∆G0298 của phản ứng từ ∆G0298,s và từ H0298 – T. S0298
18


- ∆G là hàm trạng thái nên ∆G (pư thuận) = ∆G(pư nghịch)
- Trong phản ứng hóa học ∆Gpư =
- Ngồi ra ∆G cịn được tính theo ∆G0298 = H0298 – T. S0298
Hay ở một nhiệt độ bất kì ∆G0T= H0T – T. S0T
Chú ý: ∆G là đại lượng dung độ nên giá trị của ∆G ứng với phản ứng có hệ số nhất định
b) Các yếu tố ảnh hưởng đến ∆G
* Yếu tố nhiệt độ
Trong điều kiện áp suất không đổi ∆G phụ thuộc vào nhiệt độ theo hàm:
∆G0T = f(T)
Hay:

Thông thường T1= 2980K
*Yếu tố áp suất

Trong điều kiện nhiệt độ không thay đổi ∆G phụ thuộc vào áp suất theo hàm:

=>
- Đối với chất rắn và chất lỏng có thể coi V= const khi áp suất biến đổi (trừ miền
áp suất lớn) nên:
- Đối với chất khí, nếu được coi là khí lí tưởng thì khi xét 1 mol khí ta có:
=>
-Nếu ở điều kiện chuẩn (P1 = 1 atm), thì
* Sự phụ thuộc của ∆G vào sự biến đổi thành phần của hệ - thế hóa μi
+ Sự phụ thuộc của ∆G vào sự biến đổi thành phần của hệ
Xét hệ gồm i chất 1, 2, 3 …i với số mol tương ứng là n 1, n2, …ni. Thế nhiệt động không
những phụ thuộc vào T, P mà còn phụ thuộc vào n1, n2, …ni:
G = G(P,T,n1,n2, …ni)
Bằng biến đổi tốn học có:
19


Ta có:
Vậy:
Nghĩa là μidni là một dạng cơng hữu ích được gọi là cơng hóa, trong đó μ i được gọi là đại
lượng cường độ còn dni là đại lượng dung độ.
μi được gọi là hóa thế của chất i, nó là thế đẳng áp mol riêng phần của chất i trong
hỗn hợp
μi là độ tăng khả năng sinh công hữu ích của hệ khi thêm một lượng vơ cùng nhỏ i
vào hệ trong điều kiện T, P và số mol của các chất khác là không đổi μ i được tính cho 1
mol chất.
+ Vài tính chất qua trọng của hóa thế:
-Nếu hệ chỉ gồm một chất thì hóa thế chính là thế đẳng áp của một mol chất được xác
định bằng:

- Đối với 1mol chất khí:
(P có đơn vị là atm)

Trong đó μT – thế hóa chuẩn của 1 mol khí lí tưởng ở nhiệt độ T (P=1 atm).
- Nếu hệ là một hỗn hợp khí lí tưởng có áp suất tổng cộng thì áp suất riêng phần của
khí I trong hỗn hợp là Pi và Pi = NiP

Trong đó
- Tiêu chuẩn tự diễn biến và giới hạn của q trình hóa học và chuyển pha ở P, T
khơng đổi là:
- Đối với q trình hóa học: aA + bB -> cC

+ dD

Thì:
20