Giáo án điện tử môn Hóa Học: Nhiệt động hóa học pptx

1
MỤC TIÊU
MỤC TIÊU
- Nghiên cứu các quy luật về sự biến chuyển tương hỗ của hóa năng và các dạng năng lượng khác
trong các quá trình hóa học.
- Nghiên cứu các điều kiện tự diễn biến
(phản ứng hóa học) và các điều kiện bền vững (trạng thái cân bằng) của các hệ hóa học.
NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC
NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC
2
MOÄT SOÁ KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN
MOÄT SOÁ KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN
•
Hệ thống là 1 phần của vũ trụ mà ta quan
tâm tới.
•
Môi trường là phần còn lại của vũ trụ.
3
MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Hệ hóa học là lượng nhất đònh của một hay nhiều chất ở điều kiện nhiệt độ, áp suất và nồng độ nhất
đònh(trong nghiên cứu nhiệt động học gọi là hệ thống - system)

Hệ mở là hệ trao đổi cả vật chất và năng lượng với mơi trường

Hệ kín là hệ chỉ trao đổi năng lượng với mơi trường

Hệ cô lập là hệ không có sự trao đổi n ng l ng và v tă ượ ậ chất với môi trường bên ngoài.
4
MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Hệ đồng thể là hệ có các tính chất hóa học và vật lý giống nhau trong toàn bộ thể tích của hệ.

Hệ dò thể là hệ có bề mặt phân chia các phần của hệ thành những phần có tính chất hóa học và vật
lý khác nhau.

Pha là phần đồng thể của hệ dò thể có thành phần , cấu tạo , tính chất nhất đònh và được phân chia
với các phần khác bằng bề mặt phân chia nào đó.
5
MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Nhiệt dung (C) của một chất là lượng nhiệt cần dùng để nâng nhiệt độ của một lượng xác đònh chất đó
lên một độ.

Nhiệt dung riêng là lượng nhiệt cần dung để nâng một gam chất đó lên một độ.

Nhiệt dung phân tử là lượng nhiệt cần dùng để nâng một mol chất đó lên một độ.

Nhiệt dung đẳng áp là nhiệt dung của quá trình nâng nhiệt trong điều kiện đẳng áp, ký hiệu CP .
6

Nhiệt dung đẳng tích là nhiệt dung của quá trình nâng nhiệt trong điều kiện đẳng tích, Ký hiệu CV.
Đối với khí lý tưởng, xét cho 1 mol khí thì: Cp=5R/2 ; Cv =3R/2; với R=8,3145 J/mol. độ

Ví dụ : Nhiệt dung riêng đẳng áp của nước trong khoảng 14,5
0
C – 15,5
0

C bằng 1 cal / g.độ ,
nhiệt dung phân tử đẳng áp của nước trong khoảng nhiệt độ này là 18,015 cal/mol. độ.
7
NĂNG LƯNG
NĂNG LƯNG
•
Là thước đo độ vận động của vật chất. ng 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 đó là NHIỆT, và CÔNG
•
Lưu ý: không có giá trò năng lượng bằng 0 tuyệt đối mà chỉ có năng lượng bằng 0 ứng với một hệ quy
chiếu chuẩn nào đó.
8
Đơn vò đo năng lượng
Theo hê SI là Joule (J):
Đôi khi dùng đơn vò calorie:
1 cal = 4.184 J
Đơn vò Calory dinh dưỡng (Cal) (nutritional
Calorie):
1 Cal = 1000 cal = 1 kcal
( )( )
J 1
s/m kg 1
m/s 1kg 2
22
2
2
1
2

2
1
=
=
== mvE
k
9
NHIỆT
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
•
Công (w) là thước đo sự chuyển động có trật
tự và có hướng của các tiểu phân theo hướng
của trường lực
•
CÔNG (W) = tích của lực (F)tác dụng lên vật
làm vật di chuyển một quãng đường d
w = F × d
10
NỘI NĂNG
NỘI NĂNG
•
Nội năng (U) (Internal Energy) của hệ là năng lượng có sẵn , ẩn dấu
bên trong hệ , bao gồm năng lượng chuyển động tònh tiến , chuyển
động quay của các phân tử , chuyển động quay và chuyển động giao
động của các nguyên tử và nhóm nguyên tử bên trong phân tử và tinh

thể, chuyển động của electron trong nguyên tử , năng lượng bên trong
hạt nhân.
11
Năng lượng của hệ: bao gồm
Năng lượng của hệ: bao gồm
tổng của
tổng của
Động năng
Động năng
,
,
Thế năng
Thế năng
,
,
và
và
Nội năng
Nội năng
của hệ.
của hệ.
Đối với các phản ứng hóa học, sự
Đối với các phản ứng hóa học, sự
biến đổi
biến đổi
động năng
động năng
và
và
thế năng

thế năng


của hệ là không đáng kể do đó ta
của hệ là không đáng kể do đó ta
chỉ quan tâm đến
chỉ quan tâm đến


Nội năng.
Nội năng.
12
NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC
NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC

Nếu trong quá trình nào đó mà có một dạng năng lượng đã mất đi thì thay cho nó phải có một
dạng năng lượng khác xuất hiện với lượng tương đương nghiêm ngặt.
•
(đònh luật bảo toàn năng lượng)

Mối liên hệ giữa Nhiệt và Công
Mối liên hệ giữa Nhiệt và Công
–
Năng lượng không tự sinh ra và không tự mất đi
–
Năng lượng của (hệ thống + môi trường) là một hằng số
–
Khi một hệ bò biến đổi (vật lý hay hóa học), nội năng của hệ thay đổi tùy thuộc vào
Khi một hệ bò biến đổi (vật lý hay hóa học), nội năng của hệ thay đổi tùy thuộc vào
lượng nhiệt và công hệ trao đổi với môi trường :

lượng nhiệt và công hệ trao đổi với môi trường :
∆
∆
U
U
=
=
q
q
+
+
w
w
13
q
q
:
:
+
+
khi hệ thu nhiệt từ môi trường ngoài,
khi hệ thu nhiệt từ môi trường ngoài,
–
–


khi hệ tỏa nhiệt ra môi trường ngoài
khi hệ tỏa nhiệt ra môi trường ngoài
w
w

:
:
+
+
khi hệ bò môi trường ngoài tác dụng lên
khi hệ bò môi trường ngoài tác dụng lên
công w,
công w,
–
–


khi hệ tác dụng công w lên môi trường
khi hệ tác dụng công w lên môi trường
ngoài.
ngoài.
Qui ước về dấu
Qui ước về dấu
14
15
Khi hệ giãn nở, nó thực hiện công.
Năng lượng của hệ giảm. Công âm.
(w = - P ΔV) < 0
Khi môi trường tác động lên hệ.
Năng lượng của hệ tăng. Công +.
(w = - P ΔV) > 0
Internal
Pressur
e
Δ V > 0

Δ V < 0
Công giãn nở
Công giãn nở
16
Quá trình đẳng tích (
Quá trình đẳng tích (
∆
∆
v=0)
v=0)
•
Trong trường hợp các quá trình diễn ra ở điều kiện thể tích không đổi (V = const) thì w = 0 , suy ra:
•
qv = ∆ U = U2 – U1
•
Toàn bộ nhiệt năng mà hệ thu vào trong quá trình đẳng tích dùng để làm tăng nội năng của hệ.
Quá trình đẳng áp (
Quá trình đẳng áp (
P=const)
P=const)
•
w= -P∆V do đó:
q
p
= ∆U + P∆V =( U
2
– U
1
) + P (V
2

– V
1
) = (U
2
+ PV
2
) – (U
1
+ PV
1
)
= H
2
– H
1

đặt : H = U + PV
•
Và gọi H là Enthalpy. Vậy enthalpy là một hàm phức
tạp gồm nội năng (U) của hệ cộng với tích của thể tích
(V) của hệ và áp suất (P) đặt trên hệ.
17
18
ENTHALPY
ENTHALPY
•
Khi cung cấp cho hệ một lượng nhiệt q thì trong trường hợp tổng quát nhiệt năng này sẽ được dùng để
làm tăng nội năng ( phần nội năng tăng thêm ký hiệu là ∆U) và để thực hiện công w chống lại các lực
bên ngoài tác dụng vào hệ.
•

Đònh luật thứ nhất của nhiệt động học có thể biểu diễn bằng biểu thức toán
học sau
•
q = ∆U - w = ( U2 – U1) – w
•
Trong đó , công w đối với các quá trình (chủ yếu là công chống áp suất bên ngoài) , U1 là nội năng
của hệ trước khi được cung cấp nhiệt , U2 là nội năng của hệ sau khi đã được cung cấp nhiệt
19
ENTHALPY
ENTHALPY
•
Gọi H1 là enthalpy của trạng thái ban đầu của hệ , H2 là enthalpy của trạng thái cuối
cùng của hệ thì chúng ta thu được công thức
•
qp = H2 – H1 = ∆H
•
Như vậy ∆H là hiệu ứng nhiệt của các quá trình hóa học trong điều kiện áp suất không
đổi ( điều kiện đẳng áp).
20
ENTHALPY
ENTHALPY
•
Nếu trong quá trình hệ thu nhiệt của môi trường thì Enthalpy của hệ tăng lên tức là
H2 > H1  ∆H = H2 – H1 > 0
•
Nếu trong quá trình hệ tỏa nhiệt ra mội trường thì Enthalpy của hệ giảm xuống tức là
H2 < H1  ∆H = H2 – H1 < 0
•
Ví dụ:

•
C + O2 = CO2 ∆H = -396 kJ  phản ứng tỏa nhiệt
•
2 HCl = H2 + Cl2 ∆H = +184 kJ  phản ứng thu nhiệt
21
MỐI QUAN HỆ GIỮA ENTANPI VÀ NỘI NĂNG.
MỐI QUAN HỆ GIỮA ENTANPI VÀ NỘI NĂNG.
•
Đối với những qúa trình chỉ có chất rắn và lỏng tham gia thì đại lượng ∆V có giá trò không đáng kể ,
do đó khi những quá trình này được thực hiện ở áp suất thấp thì :
•
∆H ≈ ∆U
•
Công thức trên cho thấy nhiệt truyền cho chất rắn và lỏng chủ yếu chuyển thành nội năng mà
không sinh công, tức là chủ yếu làm tăng nhiệt độ của hệ.
22
MỐI QUAN HỆ GIỮA ENTANPI VÀ NỘI NĂNG
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 ∆H và ∆U có thể khác
xa nhau.
•
Với chất khí :
•

P∆V = ∆nRT
•
Trong đó ∆n 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 :

∆Η = ∆U + ∆nRT
•
Từ đây , khi ∆n = 0 thì ∆H = ∆U , nhưng khi ∆n ≠ 0 thì ∆H ≠ ∆U.
23
∆H = H
cuoái
- H
ñaàu
= q
P
Enthalpy
Enthalpy
24
Quá trình thu nhiệt và tỏa nhiệt
Quá trình thu nhiệt và tỏa nhiệt
Thu nhiệt:: hấp thu nhiệt từ môi trường.
Vd: quá trình bay hơi của chất lỏng
Toả Nhiệt: tỏa nhiệt ra môi trường
Vd: Hoà tan H
2
SO
4
trong nước
Phản ứng cháy cacbon
NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC
NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC
25
CH

4
(g) + 2O
2
(g) CO
2
(g) + 2H
2
O(g) H = -802 kJ
2CH
4
(g) + 4O
2
(g) 2CO
2
(g) + 4H
2
O(g)
H = -1604 kJ
CO
2
(g) + 2H
2
O(g) CH
4
(g) + 2O
2
(g) DH = +802 kJ
H
2
O(g) H

2
O(l) DH = -88 kJ
Entanpi cuỷa phaỷn ửựng hoựa hoùc
Entanpi cuỷa phaỷn ửựng hoựa hoùc