Giáo án điện tử hóa học: Nhiệt động họa trong hóa học ppsx

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 ă ượ
và v tậ 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 C
P
.
6

Nhiệt dung đẳng tích là nhiệt dung của quá
trình nâng nhiệt trong điều kiện đẳng tích, Ký
hiệu C
V
. 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
Khi một hệ bò biến đổi (vật lý hay hóa học), nội
năng của hệ thay đổi tùy thuộc vào lượng nhiệt và
năng của hệ thay đổi tùy thuộc vào lượng nhiệt và
công hệ trao đổi với môi trường :
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:
•
q
v
= ∆ U = U
2
– U

1

•
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 = ( U
2
– U
1
) – w
•

Trong đó , công w đối với các quá trình (chủ yếu là
công chống áp suất bên ngoài) , U
1
là nội năng của
hệ trước khi được cung cấp nhiệt , U
2
là nội năng
của hệ sau khi đã được cung cấp nhiệt
19
ENTHALPY
ENTHALPY
•
Gọi H
1
là enthalpy của trạng thái ban đầu
của hệ , H
2
là enthalpy của trạng thái cuối
cùng của hệ thì chúng ta thu được công
thức
•
q
p
= H
2
– H
1
= ∆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 + O
2
= CO
2
∆H = -396 kJ  phản ứng tỏa
nhiệt
•
2 HCl = H
2
+ Cl
2
∆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