CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ 1 CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC VÀ NHIỆT HÓA HỌC ppsx

Chương I
NGUYÊN LÝ MỘT CỦA NHIỆT
ĐỘNG HỌC VÀ NHIỆT HÓA HỌC
I. Các khái niệm và đònh nghóa
II. Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học
III. Đònh luật Hess
IV. Nhiệt dung
V. nh hưởng của nhiệt độ đến hiệu ứng nhiệt
của phản ứng – Đònh luật Kirchhoff
GIỚI THIỆU
 Nhiệt hóa học là khoa học nghiên cứu
HIỆU ỨNG NHIỆT của các quá trình hoá học.
 Nhiệm vụ của nhiệt hoá học
Nghiên cứu để TÍNH TOÁN ĐỊNH LƯNG
HIỆU ỨNG NHIỆT của các quá trình
 Cơ sở lý thuyết của nhiệt hóa học
 nguyên lý I của nhiệt động lực học
 các đònh luật có liên quan (đònh luật Hess,
đònh luật Kirchhoff).
I. CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA
 HỆ: là phần vật chất vó mô được giới hạn để
nghiên cứu
 MÔI TRƯỜNG: là phần thế giới xung quanh hệ.
Môi trường và hệ
có thể tương
tác hoặc không
tương tác với nhau.
 HỆ NHIỆT ĐỘNG:
là hệ đã ở trạng thái cân bằng (là trạng thái
mà các tính chất của hệ không thay đổi theo
thời gian khi môi trường không tác động đến

hệ)
 còn gọi là HỆ CÂN BẰNG
 HỆ VĨ MÔ:
là hệ gồm một số rất lớn các tiểu phân (hạt) mà
ta có thể áp dụng các quy luật xác suất và
thống kê.
PHÂN LOẠI HỆ
 HỆ MỞ
 HỆ ĐÓNG
 HỆ CÔ LẬP
 HỆ ĐOẠN NHIỆT
theo tương tác giữa hệ và môi trường
(tính chất trao đổi chất và năng lượng)
TRẠNG THÁI:
Lưu ý: trạng thái khác với Trạng Thái Tập Hợp:
RẮN, LỎNG, KHÍ
Ví dụ:
mộthệcó1 mol khíởđiềukiện1 at, 0
o
C,
có thể tích 22,4 L
Khi thay đổi (dù là rất nhỏ) một thông số, thì hệ sẽ
chuyển sang trạng thái khác.
là tập hợp tất cả các thông số vó mô đặc trưng
cho mỗi hệ.
THÔNG SỐ TRẠNG THÁI:
là những đại lượng hóa lý vó mô đặc trưng cho
mỗi trạng thái của hệ.
Ví dụ:
T

p
V
m
C
C
p
ρ
nhiệt độ
áp suất
thể tích
khối lượng
nồng độ
nhiệt dung
khối lượng riêng …
 Thông số CƯỜNG ĐỘ: không phụ thuộc vào
lượng chất.
Ví dụ: T, p …
 không thể cộng lại với nhau
 Thông số DUNG ĐỘ: phụ thuộc vào lượng chất.
Ví dụ: V, m …
 có thể cộng lại với nhau: V =
∑
V
i
; m =
∑
m
i
2 loại thông số trạng thái:
là những đại lượng đặc trưng cho mỗi trạng thái

của hệ, thường được biểu diễn hay tính toán
thông qua các thông số trạng thái.
Ví dụ:
Nội năng U = U(T, V, n
i
…)
Entropy S = S (T, p, n
i
…)
HÀM TRẠNG THÁI:
Khi thay đổi một thông số, thì hệ sẽ chuyển
sang trạng thái khác, nghóa là hệ đã thực hiện
một quá trình.
là con đường mà hệ chuyển từ trạng thái này
sang trạng thái khác
PHA:
là tập hợp tất cả những phần đồng thể của hệ
có cùng tính chất hóa, lý ở mọi điểm.
QUÁ TRÌNH:
NỘI NĂNG (U):
là tập hợp tất cả các dạng năng lượng tiềm
tàng trong hệ.
Không đo được U, chỉ xác đònh được độ biến thiên
ΔU (biểu hiện ra bên ngoài)
U = f (V, T)
U là hàm trạng thái
là hai hình thức truyền năng lượng của hệ
CÔNG A &
NHIỆT Q (HIỆU ỨNG NHIỆT)
QUY ƯỚC

Cơng A NhiệtQ
Hệ sinh
> 0 < 0
Hệ nhận
< 0 > 0
là nhiệt mà hệ sinh (hay nhận) trong quá trình
chuyển từ pha này sang pha khác.
Ví dụ:
λ
nóng chảy
= −λ
đông đặc
λ
hóa hơi
= −λ
ngưng tụ
λ
thăng hoa
= −λ
ngưng kết
NHIỆT CHUYỂN PHA (
λ
):
II. NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT CỦA
NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC
 Ý nghóa: Nguyên lý bảo toàn năng lượng
“Trong một quá trình bất kỳ, biến thiên nội
năng ΔU của hệ bằng nhiệt lượng Q mà hệ nhận
trừ đi công A hệ sinh”
Δ

U = Q – A (1.1)
(chỉ phụ thuộc vào trạng thái của hệ,
không phụ thuộc vào đường đi)
Δ
U = Q
1
–A
1
= Q
2
–A
2
= Q
3
–A
3
1
2
Q
1
A
1
Q
2
A
2
A
3
Q
3

Khi áp dụng cho quá trình
VÔ CÙNG NHỎ:
(1.2)
dU Q A
δ
δ
=
−
Trong đó:
“d” biểu diễn cho vi phân toàn phần (tương ứng cho
hàm trạng thái)
“δ” biểu diễn cho biến thiên nhỏ của các đại lượng
U là một hàm trạng thái
Côngcơhọc:
.
A
pdV
δ
=
⇒
.dU Q p dV
δ
=−
2
1
.
V
V
UQ pdVΔ=−
∫

⇒
Xét trường hợp chỉ có CÔNG CƠ HỌC
(công thể tích, công giãn nở):
Nhiệt hệ nhận trong quá trình đẳng tích bằng biến
thiên của nội năng U (hàm trạng thái)
a/ Quá trình đẳng tích (V = const hay dV = 0)
2
1
0.0

V
v
V
V
dV A p dV
QU
=
→= =
⇒=Δ
∫
1. ÁP DỤNG NGUYÊN LÝ I CHO MỘT SỐ
QUÁ TRÌNH
(1.3)
Nhiệt hệ nhận trong quá trình đẳng áp bằng biến
thiên của hàm enthalpy H.
b/ Quá trình đẳng áp (p = const hay dp = 0)
()
2
1
2

p
1
p
Q = U + A = U + p V = U + (pV)
= (U + pV) = H




V
p
V
P
ApdVpVVpV
QH
==−=Δ⇒
⇒ Δ Δ ΔΔΔ
Δ
Δ
⇒
=Δ
∫
(1.4)
H gọi là hàm enthalpy.
U, p và V là các hàm và thông số trạng thái,
nên H cũng là hàm trạng thái.
ΔH = ΔU + Δ (pV)
Ý nghóa của enthalpy H: là tập hợp các dạng năng
lượng của hệ và bao gồm cả năng lượng để giữ ở điều
kiện đẳng áp.

Xét hệ ngưng tụ:
(các chất ở trạng thái lỏng hay rắn): ΔH = ΔU
A
p
= p
Δ
V =
Δ
(pV) =
Δ
(nRT) = nR
Δ
T
⇒
R là hằng số khí lý tưởng, R = 1,987 cal/mol.K
= 8,314 J/mol.K
= 0,082 l.atm/mol.K
Δ
U
p
= Q
p
–nR
Δ
T
Khí lý tưởng tuân theo phương trình trạng thái
pV = nRT :
hay
Δ
U

p
=
Δ
H – nR
Δ
T (1.5)
Xét quá trình đẳng áp của khí lý tưởng
Đònh luật Joule: (áp dụng cho khí lý tưởng)
Nội năng của khí lý tưởng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ
: U = f(T).
T
U0⇒Δ =
(biến thiên nội năng đẳng nhiệt của 1 quá trình bằng không)
22
11
21
12
.lnln
VV
TT
VV
nRT V p
QA pdV dVnRT nRT
VVp
== = = =
∫∫
c/ Quá trình đẳng nhiệt giãn nở của khí lý tưởng
(T=const hay
dT = 0)
III. ĐỊNH LUẬT HESS

1. Đònh luật
“Trong một 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 các
trạng thái trung gian (hay nói cách khác: không
phụ thuộc vào quá trình)”
Đònh luật Hess mở rộng cho nguyên lý 1, được rút ra
từ (1.3): Q
v
= ΔU và (1.4 ): Q
p
= ΔH
Q = Q
1
+ Q
2
= Q
3
+ Q
4
+ Q
5
1
2
Q3
Q4
Q
Q
5
Q1

Q2
Ý nghóa ĐL Hess: Năng lượng là thuộc tính của hệ, sự
biến đổi năng lượng chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và
cuối, không phụ thuộc vào đường đi.
Chú ý điều kiện: quá trình đẳng áp hay đẳng tích .
(Để tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học)
b/ Nhiệt phản ứng bằng tổng nhiệt sinh của sản
phẩm (cuối) trừ đi tổng nhiệt sinh của các chất
tham gia phản ứng (đầu).
(1.9)
Δ=Δ −Δ
∑
∑
()
()
pư
S cuối
Sđầu
HH H
c/ Nhiệt phản ứng bằng tổng nhiệt cháy của chất
tham gia phản ứng (đầu) trừ đi tổng nhiệt cháy của
các sản phẩm (cuối)
(1.10)
Δ=Δ −Δ
∑
∑
()
()
pư
ch cuối

ch đầu
HH H
2. HỆ QUẢ CỦA ĐỊNH LUẬT HESS
a/ ΔH
thuận
= –ΔH
nghòch
(1.8)
IV. NHIỆT DUNG
1. Đònh nghóa:
Nhiệt dung (C) là nhiệt lượng cần thiết cần cung cấp
để nâng nhiệt độ của vật lên một độ (1
o
C hay 1K) nhưng
trong quá trình đó không xảy ra quá trình chuyển pha và
quá trình phản ứng hóa học.
Đơn vò: cal.K
–1
hay J. K
–1
Nhiệt dung riêng, đơn vò: cal.g
–1
.K
–1
hay J.g
–1
.K
–1
Nhiệt dung mol, đơn vò: cal.mol
–1

.K
–1
hay
J.mol
–1
.K
–1