Bài giảng hóa đại cương (Phần 3) pptx

25
Ví dụ: Làm nhiệt độ sôi , nhiệt độ nóng chảy chất tăng cao.
Liện kết Hydro có thể hình thành nội phân tử (nhiều chức).
- Bản chất liên kết Hydro:
Là liên kết có tính chất ion.
Có tính cho, nhận. (

H
nhận cặp electron).
Thứ tự giảm dần liên kết Hydro: F, N, O…các halogen khác.

Chương V
NHIỆT HÓA HỌC VÀ HIỆU ỨNG NHIỆT
CỦA CÁC QUÁ TRÌNH HÓA HỌC
1. Khái niệm về nhiệt động hóa học và nhiệt hóa học:
- Nhiệt động học là sự nghiên cứu về sự chuyển biến tương hổ giữa các dạng năng
lượng khác nhau và nó dựa trên cơ sở hai nguyên lý sau:
Nguyên lý 1: (Tương tự đònh luật bảo toàn năng lượng)
Năng lượng không tự nhiên sinh ra hay mất đi mà nó chỉ chuyển từ dạng này sang dạng
khác.
Nguyên lý 2: Nhiệt chỉ chuyển từ nơi có nhiệt độ cao hơn đến nơi có nhiệt độ thấp.
- p dụng vào nhiệt động hóa học:
+ Nhiệt động hóa học nghiện cứu các quy luật về sự chuyển biến tương hổ giữa hóa năng
và các dạng năng lượng khác, về hiệu ứng nhiệt của quá trình hóa học, về điều kiện bền
vững của các hệ và các quy luật thay đổi của các quá trình hóa học.
+ Nhiệt hóa học chỉ nghiên cứu về hiệu ứng nhiệt, là lượng nhiệt phát ra hay thu vào
trong các quá trình hóa học.
Hiệu ứng nhiệt ký hiệu Q, đơn vò cal(J)/mol 1cal = 4.18J.
2. Một số khái niệm.
- Hệ: Là một vật hay một nhóm vật thể được nhăn cách với môi trường xung quanh
bằng bề mặt tưởng tượng hay bề mặt vật lý.

- Hệ cô lập là hệ không trao đổi nhiệt, năng lượng, chất với môi trường xung quanh.
- Hệ kín (đóng): Không trao đổi chất mà có khả năng trao đổi năng lượng với môi
trường bên ngoài.
- Hệ hở (mở): Có khả năng trao đổi chất, nhiệt, năng lượng với môi trường bên ngoài.
- Hệ cân bằng: Là hệ có các thông số trạng thái xác đònh ở một điều kiện nào đó.
- Hệ đồng thể: Là hệ chỉ có một pha (không có sự phân chia pha), hoặc không có bề
mặt phân chia.
- Hệ dò thể: có hai pha trở lên hoặc có bề mặt phân chia.
3. Thông số và hàm số trạng thái:
- Thông số trạng thái là các dữ kiện:
,t
0
p, m, v, nhiệt dung C…
- Phương trình trạng thái: Dùng biểu diễn tương quan tập hợp trạng thái của hệ ở một
điều kiện xác đònh.
Ví dụ: pv = nRT
- Các hàm số trạng thái chỉ phụ thuộc quá trình đầu và cuối, không phụ thuộc đường đi.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
26
- Các hàm trạng thái: Nội năng (U), Enthalpy (H), Entropy (S), thế đẳng nhiệt, đẳng áp
Các quá trình:
Khi hệ chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác: thực hiện một quá trình.
- Quá trình T ‟ N: Xảy ra theo hai chiều ngược nhau và tương đối chậm, quá trình đạt
đến cân bằng động.
- Quá trình bất TN: Là quá trình chỉ xảy ra theo một chiều.
- Quá trình đẳng tích (V = const)
- Quá trình đẳng áp: (p = const)
- Quá trình đẳng nhiệt (
0
t

= const)
Công: A. Quy ước: Quá trình nhận công A < 0, sinh công A > 0.
'AAA
t


t
A
: công thể tích (giãn nở, cơ học)
A’: công hữu ích.
2
1
p
p
lnnRTnRTVpA
t


A’; công điện trường, từ trường, hóa học…
4. U, H và

H (hiệu ứng nhiệt)
- Nội năng U là năng lượng có sẵn, ẩn bên trong hệ, gồm năng lượng chuyển động tònh
tiến, quay, dao động… của nguyên tử, phân tử.
Năng lượng hệ = U + động năng hệ
 
đ
E
+ thế năng hệ
 

t
E

Ta có: Q =
AU 


Tức là khi cung cấp cho hệ một nhiệt lượng Q thì nhiệt năng này dùng để tăng nội
năng của hệ và thực hiện công A chống lại các lực bên ngoài tác động lên hệ.
12
UUU 

nRTUVpUAUQ 

+


V
QUUQ  0

+ Đẳng áp (P = const)
P
Q

 
121212
PVPVUUVVPUQ
P


Đặt H = U + PV
H gọi là entanpy.
HHHQ
P

12


Hiệu ứng nhiệt đẳng tích là sự biến đổi nội năng
U

Hiệu ứng nhiệt đẳng áp là sự biến đổi entapy
H

Với hệ chất khí
nRTUH 

- Phản ứng tự xảy ra khi
 0H
phát nhiệt
- Phản ứng không tự xảy ra khi
 0H
thu nhiệt
Ví dụ:
     
kOHkOkH
222
2
1


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
27

2
1
2
1
11
851








 mol/kcal.H








 RTnRTHU
2
1

8.51
kcal/mol
       
kHkCOkOHrC
22


431.H 
kcal/mol
T.R Un 14311111 

Phương trình nhiệt hóa học:
Là phương trình phản ứng hóa học có ghi kèm trạng thái pha của tác chất, sản phẩm.
Hiệu ứng nhiệt tỷ lệ thuận với lượng chất tham gia phản ứng.
Ví dụ:
   
OHkOkH
222
22 
thì

 
61038512 H 
kcal/mol
5. Một số đònh nghóa:
5.1. Nhiệt tạo thành:
Là hiệu ứng nhiệt của phản ứngtạo thành một mol chất từ các đơn chất ở trạng thái tự
do bền vững.
Ví dụ:
     

kHClkHkCl 
22
2
1
2
1


0622.H 
kcal

     
kNHkHkN
322
23 


22H
kcal

11
3
 NHH
tt
kcal/mol
- Nhiệt tạo thành của các đơn chất bền ở điều kiện tiêu chuẩn bằng 0.
5.2. Nhiệt đốt cháy:
Là hiệu ứng nhiệt của phản ứng đốt cháy bằng oxy 1 mol chất hữu cơ để tạo thành
2
CO

, nước lỏng và một số sản phẩm khác.
Ví dụ:
   
OHCOkOkHC
22262
32
2
7

(l)

82.372
298
0
H
kcal chính là nhiệt đốt cháy của
62
HC
.
Tham khảo bảng “Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn” và “Nhiệt đốt cháy tiêu chuẩn”(9, 10)
5.3. Nhiệt chuyển trạng thái:
Là hiệu ứng nhiệt chuyển 1 mol chất từ trạng thái này sang trạng thái khác.
Ví dụ:
   
kIrI
22


92.14
298

0
H
kcal

   
kOHlOH
22


52.10
298
0
H
kcal

   
lAlBrrAlBr
33


712
298
0
.H 
kcal

   
ttOBvđhOB
3232


404
298
0
.H 
kcal
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
28

Hiệu ứng nhiệt thăng hoa và bay hơi có giá trò khoảng
10010 
kcal, còn hiệu ứng
nhiệt nóng chảy, nhiệt chuyển đa hình…từ
51
kcal.
- Nhiệt hòa tan:

Ví dụ:
     
OddnH.OHOddmH.NalOHnmrNaOH
222




2010
298
0
.H 
kcal

     
OddnH.OSOddmH.NalOHnmrOSNa
2
2
3222322
2





46
298
0
.H 
kcal
6. Đònh luật Hess: (Đònh luật cơ bản của nhiệt hóa học)
“Hiệu ứng nhiệt của quá trình hóa học chỉ phụ thuộc vào bảng chất và trạng thái của
các chất đầu và sản phẩm cuối chứ không phụ thuộc vào đường đi của quá trình, nghóa là
không phụ thuộc vào số và đặc điểm của các giai đoạn trung gian.”


Ta có : H = H
1
+ H
2
= H
3
+ H

4
+ H
5


Hệ quả: Đònh luật Lavoisier và Laplace:
“Lượng nhiệt hấp thu khi một chất phân hủy thành các nguyên tố bằng lượng nhiệt
phát ra khi tạo thành hợp chất đó từ các nguyên tố.”
 
1
HABBA 

 
2
HBAAB 


21
HH 

Các ứng dụng tính toán:
1. Tính hiệu ứng nhiệt dựa vào nhiệt tạo thành:
- Hiệu ứng nhiệt của phản ứng bằng tổng nhiệt tạo thành của các sản phẩm phản ứng
trừ tổng nhiệt tạo thành của các chất ban đầu.
(Nhiệt tạo thành của đơn chất bằng 0).
Ví dụ: mAB + nCD = pAC + qBD

1
H

2
H

3
H

4
H
(nhiệt tạo thành)
 
0
2
0
1
0
4
0
3
0
HnHmHqHppưH 

2. Tính hiệu ứng nhiệt dựa vào nhiệt đốt cháy:
- Hiệu ứng nhiệt của phản ứng bằng tổng nhiệt đốt cháy của các chất đầu trừ tổng
nhiệt đốt cháy của các sản phẩm.
Ví dụ: mA + nB = pC + qD

0
1
H

0
2
H

0
3
H

0
4
H
(nhiệt đốt cháy)
 
0
4
0
3
0
2
0
1
0
HqHpHnHmpưH 

3. Ứng dụng đònh luật Hess-chu trình Born-Haber:
B
C
A
Sản phẩm phản ứng
Chất phản ứng

H
1

H
2

H
5

H
3

H
4

H
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
29
Ví dụ: Dùng chu trình Born-haber để tính mạng tinh thể NaCl, năng lượng mạng cho một
mol.
Na
+
(k) + Cl
-
(k)

NaCl(r)
0
0


NaCl
H

Biết: Nhiệt thăng hoa của Na, nhiệt phân ly của Cl, năng lượng ion hóa của Na, ái lực
của Cl và nhiệt tạo thành của NaCl.
Chu trình:




Theo đònh luật Hess:
NaCl
ClNathNa
tt
HEIDClHH
0
2
0
2
2
1










2
2
00
2
1
ClNathNa
ttNaCl
EIDClHHH

Ví dụ: Tính năng lượng liên kết HCl:
HClH
lk
0



   
HClkClkH 

0
0
 HClH
lk


Theo đònh luật Hess:









22
00
0
2
0
2
1
2
1
2
1
2
1
2
DClDHHHClH
HClHDClDH
ttlk
lk
H
tt

4. Sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu ứng nhiệt – Đònh luật Kiêcsôp.
Đònh nghóa nhiệt dung (C): Là nhiệt lượng cần thiết để nâng nhiệt độ của một mol chất
lên
K
0

1

Đơn vò: cal/mol (J)
T
Q
C


Khi V = const

nhiệt dung phân tử đẳng tích
V
C

T
U
C
V



Khi p = const

nhiệt dung phân tử đẳng áp
T
H
C
P









2
1
T
T
CpdTH



2
1
T
T
V
dTCU

Đònh lý Kirchoff:
1/2D
H2
1/2DCl
2

2
1
H

2
(k) +
2
1
Cl
2
(k)
HCl(k) ÄH
0
tthanh

H(k) + Cl(k)

0
tt
H


0
lk
H
HCl
cuối
I
Na

E
Cl

 ÄH

0
tt

Na(r) +
2
1
Cl
2

Na(k)+ Cl(k)
NaCl (r)
Na
+
+ Cl
-

ÄH
0
NaCl
ÄH
th
Na

2
1
DCl
2

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
30



2
1
12
T
T
p
dTCHH

:H
2

Hiệu ứng nhiệt ở nhiệt độ
2
T

1
H
: Hiệu ứng nhiệt ở nhiệt độ
1
T

p
C
=
P
C
sau phản ứng -
P

C
trước phản ứng
Có nhân với hệ số tỉ lượng.
Ví dụ:
 
PBPAPDPCP
bCaCdCcCC
dDcCbBaA



Thực tế áp dụng trong khoảng nhiệt độ nhỏ, ta có:
 
298
298
0
 TCHH
PT

Ví dụ: Xác đònh hiệu ứng nhiệt của phản ứng:
     
kCOkOkCO
22
2
1


Ở
K
0

398
biết
298
0
H
của phản ứng là -67.64 kcal/mol. Và nhiệt dung đẳng áp của CO là
6.97;
2
O
là 7.05;
2
CO
là 8.06 cal/mol độ.
Ta có:
435.2
2
05.7
97.696.8 
P
C
cal/mol độ
= -2.435
3
10


kcal/mol.độ
 
molkcalHH /8835.672435.064.67298398002435.0
298

0
398
0


























Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -