ôn tập tốt nghiệp môn hóa lý i

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
HÓA LÝ
ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU
HÓA LÝ I
Giảng viên: Diệp Khanh
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
HÓA LÝ
2
Đơn vị của áp suất
Tên Ký hiệu Giá trị
Pascal 1 Pa 1 N.m
-2
, 1 kg.m
-1
.s
-2
Bar 1 bar 10
5
Pa
Atmosphere 1 atm 101,325 kPa
Torr 1 torr (101325/760) Pa = 133,32…. Pa
Milimet Thủy ngân 1 mmHg 133,322… Pa
Pound trên Inch vuông 1 psi 6,894757… kPa
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
HÓA LÝ
3
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
HÓA LÝ
4
Hằng số khí khí lý tưởng R
R Đơn vị

8,31447 J.mol
-1
.K
-1
8,20574.10
-2
dm
3
.atm.K
-1
.mol
-1
8,31447. 10
-2
dm
3
.bar.K
-1
.mol
-1
8,31447 m
3
.Pa.K
-1
.mol
-1
162,364 dm
3
.Torr.K
-1

.mol
-1
1,98721 Cal.K
-1
.mol
-1
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
HÓA LÝ
Tóm tắt: Các phương trình trạng thái khí
5

Định luật Boyle-Mariot (T=const)
-
P
1
V
1
= P
2
V
2
= …P
n
V
n
= k
1

Định luật Guy- Lussac-Charles (P = Const)
-

(V
1
/T
1
) = (V
2
/T
2
) = k
2

Định luật Avogadro (P = const, và T = const)
-
V
1
/V
2
= n
1
/n
2
-
ở áp suất P=1,013.10
5
N.m
-2
và nhiệt độ T= 273,15
o
K, cứ trong 22,414 L khí thì có 1 mol khí hoặc
6,023.10

23
phân tử.
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
HÓA LÝ
6

Phương trình trạng thái khí lý tưởng (pt Mendeleev – Clapeyron: PV = nRT

Định luật Dalton ( T=const)

P = P
A
+ P
B
+ P
C
+ …+ P
i

Định luật Amaga ( T = const)

V = V
A
+ V
B
+ V
C
+ …+ V
i


V
i
.P = P
i
V

Phương trình Van der Waals (áp dụng cho khí thực)


2
2
( ).( )
n a
P V nb nRT
V
+ − =
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
HÓA LÝ

Trường hợp áp suất ngoài không đổi
-
Giả sử khí dãn nỡ và đẩy khối M lên một khoảng h, pittong xem như có khối lượng rất nhỏ. Hệ thống là
pittong có mang khối lượng M
-
Công làm được là:
-
Ta có:
7
Hệ thức xác định công do dãn nỡ của khí:
Vậy nên

w=-Mgh=- . .
ngoai
Mg
P
A
Mg
A h
A
=
⇒
ài 2 1
w ( )
ngo
P V V= − −
= −w Mgh
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
HÓA LÝ
8
Áp suất ngoài thay đổi với thể tích của khí

Trong trường hợp này, ta chỉ có thể xem đoạn di chuyển nhỏ dh, áp suất xem như không đổi
trong đoạn di chuyển ấy.

Xem pittong di chuyển 01 đoạn dh, áp suất ngoài đè lên pittong là P
ngoài
và tạo áp lực f.

Công:
- . - . .
δ

= =
f
w f dh A dh
A
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
HÓA LÝ

Suy ra:

P
ngoài
là áp suất thay đổi theo V.

Vậy với một giản nở khí từ V
1
đến V
2
, công cung cấp là:
9
ài
w
δ
= −
ngo
P dV
2
1
ài
w
V

ngo
V
P dV= −
∫
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
HÓA LÝ
Trường hợp dãn nỡ thuận nghịch

Với trường hợp đó, áp suất ngoài có thể xem như bằng áp suất trong, P
ngoài
= P
khí
= P

Trường hợp dãn nỡ thuận nghịch và đẳng nhiệt của khí lý tưởng.
10
2 2
1 1
ngoài khí
w
V V
V V
P dV P dV= − = −
∫ ∫
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
HÓA LÝ
11
Chú ý: áp suất ngoài bằng áp suất khí trong biến đổi thuận nghịch, biến đổi đẳng áp (hệ thống ăn
thông với khí quyển).
khí

nRT
P
V
=
2
1
2 2
1 1
w ln 2,303 lg
V
V
V V
nRT
dV nRT nRT
V V V
= − = − = −
∫
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
HÓA LÝ
1. Tính công làm ra khi một mol nước bốc hơi ở 1 atm và 100
o
C.
2. Cho phản ứng sau:
Dự đoán dấu của công (w) và cho biết phản ứng này sinh công hay nhận công. Biết phản
ứng xảy ra tại T= const, và P = const. Xem các khí là khí lý tưởng.
12
→ +
4 3 (raén) 2 (khí) 2 (khí) 2 (khí)
2NH NO 2N 4H O + O
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

HÓA LÝ
Nguyên lý 1: Vài biến đổi thông thường.
13
-
Biến đổi thuận nghịch đẳng nhiệt (dT=0)
a. Khí lý tưởng:
2 2
1 1
2 1
1 2
w 0
ì: ( )
w ln ln
V V
V V
U q
V U U T
V P
dV
q PdV nRT nRT nRT
V V P
∆ = + =
=
⇒ = − = = = =
∫ ∫
2 1
1 2
w 2,303 log 2,303 log
0
Hay

V P
q nRT nRT
V P
U H
= − = =
∆ = ∆ =
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
HÓA LÝ
14

Khi nén khí V
2
< V
1
, suy ra:
-
w > 0: công được cung cấp vào hệ thống.
-
q < 0 : nhiệt được phóng thích ra.

Khi dãn khí V
2
> V
1
, suy ra:
-
w < 0: công được phóng thích ra.
-
q > 0 : nhiệt được cung cấp vào hệ thống.


Bài tập áp dụng: Tính trong sự dãn nở thuận nghịch của 02 mol khí có thể
xem như khí lý tưởng ở 0
o
C từ 2,24 lít đến 22,4 lít.
, , ,wU H q∆ ∆
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
HÓA LÝ
-
Biến đổi thuận nghịch đẳng nhiệt (dT=0)
b. Khí thật: với 01 mol khí Van der Waals:
15
Ta có:
2
,
( )( )
hay
a
P V b RT
V
+ − =
2
2
( )( )
n a
P V nb nRT
V
+ − =
2
1 2 1
w 2,303 log

V b a a
RT
V b V V
−
= − − +
−
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
HÓA LÝ
16

Tổng quát:
2
1
2,303 log
V b
q RT
V b
−
=
−
1 2
a a
U
V V
∆ = −
2 1 2 1
1 1 2 2a a
H RTb
V b V b V V
 

∆ = − − +
 ÷
− −
 
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
HÓA LÝ
Áp dụng vào hóa học
17
1. Nhiệt phản ứng đẳng tích và đẳng áp
a, Nhiệt phản ứng đẳng tích
b, Nhiệt phản ứng đẳng áp ΔH
P
và ΔU
P
c, Hệ thức liên hệ giữa
-
taùc chaát
saûn phaåm
= ∆ =
V
q U U U
-
taùc chaát
saûn phaåm
= ∆ =
P
q H H H
( )∆ = ∆ + ∆ =
P P
H U P V P const

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
HÓA LÝ
Định luật Hess
Germain Henri Hess
(1802 - 1850) Russian
18
KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM
HĨA LÝ

Các hệ quả:
19
∆ = −∆
∆ = ∆ − ∆
∆ = ∆ − ∆
∆ = −
∑ ∑
∑ ∑
∑ ∑
sinh , sinh ,
, ,
1.
2.
3.
4.
phản ứngthuận phản ứngnghòch
phản ứng nhiệt sản phẩm nhiệt tácchất
phản ứng nhiệtcháy tácchất nhiệtcháy sản phẩm
phản ứng đứt nối rápnối
H H
H H H

H H H
H E E
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
HÓA LÝ
Biến đổi nhiệt phản ứng với nhiệt độ.
20
Vậy
•
Xét phản ứng hóa học:
mA + nB  pC + qD
Đơn vị ∆Cpi: Cal.độ
-1
.
: Sản phẩm
: Tác chất
.
. .
i
i
i
Pi
i i
P
P
H mol H
H H
mol mol C
T T
υ
υ υ

∆ =
 
∂∆ ∂
 
= =
 ÷
 ÷
∂ ∂
 
 
∑
∑ ∑
Pi
P
H
C
T
∂∆
 
= ∆
 ÷
∂
 
0
i
υ
<
0
i
υ

>
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
HÓA LÝ
21
Nếu chọn khoảng (T
o
– T) nhỏ để ∆C
P
không đổi, ta có:
Và nếu chọn trạng thái chuẩn thức làm gốc,ta có:
Chú ý: Phương trình (**) khi hệ đi từ T
1
đến T
2
không xảy ra những quá trình chuyển pha. Để tính biến thiên entalpi của những
quá trình kèm theo chuyển pha ( nóng chảy, bay hơi) ta cần đưa vào pt những số hạng bổ sung.
Phương trình Kirchhoff
( )
( ) ( ) **
o
T
o P
T
H T H T C dT∆ −∆ = ∆
∫
2
( ) ( ) ( )
o P o
H T H T C T T∆ = ∆ + ∆ −
298 2

( 298)
o o
T K P
H H C T∆ = ∆ + ∆ −
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
HÓA LÝ
22
Nguyên lý II (Tiêu chuẩn để xét chiều của quá trình)

Tồn tại một hàm trạng thái gọi là Entropy (S).

Ở nhiệt độ T không đổi, trong sự biến đổi vô cùng nhỏ, hệ trao đổi với môi trường một nhiệt lượng δq
thì biến thiên Entropy của quá trình được xác định:

Nếu là biến đổi thuận nghịch:

Nếu là biến đổi bất thuận nghịch:
δ
=
tn
q
dS
T
δ
>
btn
q
dS
T
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

HÓA LÝ
23

Để xác định ∆S
btn
, trước hết hình dung một quá trình thuận nghịch có cùng trạng thái đầu và trạng thái cuối với quá
trình bất thuận nghịch, sau đó tính ∆S theo công thức:
(không xác định được trực tiếp ∆S
btn
)
Dấu “ > ”: quá trình bất thuận nghịch.
Dấu “ = ”: quá trình thuận nghịch.
2
2 1
1
δ
∆ = − ≥
∫
q
S S S
T
2
1
δ
∆ =
∫
q
S
T
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

HÓA LÝ
24

Nguyên lý II áp dụng trong hệ cô lập
-
Đối với hệ cô lập:
-
q
tn
= 0  ∆S = 0
-
q
btn
> 0  ∆S > 0
Như vậy đối với hệ cô lập:
-
Trong quá trình thuận nghịch (cân bằng), Entropy của hệ là không đổi.
-
Trong quá trình bất thuận nghịch nghĩa là tự xảy ra, Entropy của hệ tăng.
Trong hệ cô lập:
-
Nếu dS >0 ( S tăng)hệ tự diễn biến (diễn tiến).
-
Nếu dS=0, d
2
S<0 (S max) hệ ở trạng thái cân bằng.
KHOA HểA HC V CễNG NGH THC PHM
HểA Lí
Túm li
25

Vi bin i thun nghch
-
Nu h thng cụ lp
-
Nu h thng khụng cụ lp

Vi bin i bt thun nghch

Nu h thng cụ lp

Nu h thng khụng cụ lp
0S =
heọ thoỏng
( )
0
mtn
S S + =
moõi trửụứng ngoaứi
heọ thoỏng
0S >
heọ thoỏng
( )
0
mtn
S S + >
moõi trửụứng ngoaứi
heọ thoỏng