Bài giảng hóa đại cương chương 3 đh điện lực

Trường Đại Học Điện Lực
Khoa Đại Cương
Chương 3.
Nhiệt động hóa học
Trạng thái
Quá trình
II
II
III
Năng lượng
IV
Hệ, pha
I

Hệ + Môi trường xung quanh = Vũ trụ

Phân loại hệ:
Hệ dị thể Hệ động thể
Hệ đoạn nhiệt:∆Q = 0.
Hệ đẳng nhiệt: ∆T = 0.
Hệ đẳng áp : ∆P = 0.
Hệ đẳng tích :∆V = 0.
I. Hệ, pha
1. Hệ
HỆ HỞ
HỆ KÍN HỆ CÔ LẬP
2. Pha

Là tập hợp những phần đồng thể của hệ

Giống nhau về thành phần hóa học và tính chất hóa lý.


Được phân cách với các pha khác bởi bề mặt phân
chia pha.

Hệ 1 pha: hệ đồng thể

Hệ nhiều pha: hệ dị thể
II. Trạng thái

Trạng thái của hệ được xác định bằng tập hợp các
thông số biểu diễn các tính chất hóa lý của hệ.Ví dụ: nhiệt
độ, áp suất, thể tích, nồng độ…

Ví dụ : Khí lý tưởng PV = nRT →P = nRT/V
Dung dịch m = V.d

Trạng thái cân bằng: là trạng thái tương ứng với hệ
cân bằng khi các thông số trạng thái giống nhau ở mọi
điểm của hệ và không thay đổi theo thời gian.
1. Khái niệm và các thông số

Định nghĩa: là các đại lượng vật lý và nhiệt
động biểu diễn trạng thái của hệ

Phân loại:
•
Thông số khuyếch độ (dung độ) (có tính cộng): là các thông số phụ
thuộc vào lượng chất: V, m, năng lượng
•
Thông số cườ ng độ (đặc trưng cho hệ): là các thông số không phụ

thuộc vào lượng chất: T, p, d, C, thể tích riêng, thể tích mol …
Các thông số trạng thái

Chất phải tinh khiết và ở trạng thái liên hợp bền

Nếu là chất rắn phải ở dạng đa hình bền.

Nếu là chất khí thì phải là khí lý tưởng.

Nếu là chất ở trong dung dịch thì C = 1 mol/lít.

Áp suất chuẩn là 101,325 kPa (tương ứng 1 atm)

Nhiệt độ chuẩn có thể là nhiệt độ bất kỳ
Trạng thái chuẩn
2. Hàm trạng thái
Một đại lượng được gọi là hàm trạng thái của hệ
nếu biến thiên của đại lượng đó chỉ phụ thuộc vào
trạng thái đầu vào và trạng thái cuối cùng của hệ,
không phụ thuộc vào cách tiến hành
Ví dụ: Năng lượng là một hàm trạng thái
III. Quá trình
Quá trình nhiệt động là mọi biến đổi xảy ra trong
hệ có liên quan đến sự biến đổi dù chỉ một tham
số trạng thái.
Khi có sự biến đổi( dù chỉ là một tham số nhiệt
động) sẽ đưa hệ từ trạng thái này sang trạng thái
khác). Khi đó ta nói hệ thực hiện một quá trình
Quá trình xảy ra ở nhiệt độ không đổi: là quá trình
đẳng nhiệt ( T = const)

Quá trình xảy ra ở áp suất không đổi: là quá trình
đẳng áp ( p = const)
Quá trình xảy ra ở thể tích không đổi: là quá trình
đẳng tích ( V = const)

Quá trình bất thuận nghịch: Tất cả các quá trình tự
diễn ra trong tự nhiên đều là bất thuận nghịch.

Quá trình thuận nghịch

Quá trình tự diễn biến: là quá trình hệ tự động
biến đổi mà không cần sự can thiệp từ bên ngoài

Quá trình không tự diễn biến: là quá trình không
thực hiện được nếu như không có sự can thiệp từ
bên ngoài
IV. Năng lượng
Là thước đo vận động vận động của chất

Động năng: là dạng năng lượng đặc trưng cho
một vật đang chuyển động:
2
2
mv
E
đ
=

Thế năng: là dạng năng lượng mà hệ có do vị trí
của nó trong trường lực

mghE
t
=

Điện năng: là năng lượng chuyển động của các
tiểu phân tích điện ( electron, ion…)

Hóa năng: là năng lượng gắn liền với quá trình
biến đổi chất
Động năng
Thế năng
Điện năng
Hóa năng
Ngoại
năng
Nội năng
Năng
lượn
g
toàn
phần
Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng
Năng lượng vũ trụ là không đổi. Nếu một hệ nào đó
giảm năng lượng thì năng lượng môi trường quanh
nó phải tăng tương ứng. Khi một dạng năng lượng
nào đó chuyển thành dạng khác thì phải có một quan
hệ định lượng nghiêm ngặt
Năng lượng không tự nhiên sinh ra mà cũng không
tự nhiên mất đi, nó chỉ có thể chuyển hóa từ dạng
năng lượng này sang dạng năng lượng khác

Chuyển
năng lượng
thực hiện
dưới dạng
công.
Cách chuyển
năng lượng
Chuyển
năng lượng
thực hiện
dưới dạng
nhiệt
Phương trình nhiệt hóa học
II
III
Nội dung
I
Các đại lượng nhiệt động

Nội năng U

Entanpi H

Nhiệt dung C
I. Nội dung

Nội năng U

Nội năng: dự trữ năng lượng của chất
U = E toàn phần – (động năng + thế năng).


Đơn vị đo: J/mol, cal/mol

Không thể xác định được U:
∆
U = U
2
– U
1

Xác định
∆
U: Q =
∆
U + A =
∆
U + p
∆
V
Trong quá trình đẳng tích: ∆V = 0
Q
V
= ∆U

Entanpi H
Trong quá trình đẳng áp: p = const
∆U = U
2
– U
1

∆V = V
2
– V
1
Q
P
= (U
2
– U
1
) + p(V
2
–
V
1
)
= (U
2
+ pV
2
) – (U
1
+ pV
1
)
= H
2
– H
1
Q

P
= ∆H
H = U + PV - entanpi
- dự trữ E + khả năng sinh công
tiềm ẩn của hệ
- hàm trạng thái - Đơn vị đo: kJ/mol
Trong nhiệt động học và hóa
học phân tử, enthalpy (kí
hiệu thông dụng là ΔH) là một
hàm trạng thái diễn tả sự biến
thiên thế năng nhiệt động của
hệ, thường được dùng để
tính công có ích của một "hệ
nhiệt động kín" dưới một áp
suất không đổi.

Nhiệt dung C

Nhiệt dung: lượng nhiệt cần dùng để nâng nhiệt độ của chất
lên thêm 10
0

Nhiệt dung riêng - nhiệt dung của 1 mol chất

Đơn vị đo: J/mol.K
dT
dQ
C
p
p

=
dT
dQ
C
V
V
=
Q
p
= ∆H Q
V
= ∆U

Đối với các khí lý tưởng: C
p
– C
V
= R
dT
Hd
C
p
∆
=
dT
Ud
C
V
∆
=

Quá trình mở
Đối với quá trình mở khi hệ chỉ trao đổi năng lượng với bên
ngoài dưới dạng nhiệt và công, hiệu Q-A chỉ phụ thuộc vào
trạng thái đầu và trạng thái cuối của hệ, hoàn toàn không
phụ thuốc vào đường đi
1
2
a
b
c
Gọi U1 là nội năng của hệ ở trạng thái 1 và U2 là nội năng
của hệ ở trạng thái 2 thì độ biến thiên nội năng được tính
như sau:
12
UUU −=∆
Độ biến thiên nội năng bằng với phần năng lượng nhiệt Q
chuyển vào hệ trừ cho phần công mà hệ chuyển ra ngòai
môi trường
AQU −=∆
Nguyên lý thứ nhất
Trong một chu trình, nếu ta không cấp nhiệt cho hệ ( Q=0)
thì hệ không thể sản sinh ra công cho môi trường( A=0), có
nghĩa là không thể chế tạo động cơ vĩnh cửu lọai 1
Nếu hệ nhận nhiệt thì Q>0
Nếu hệ sinh công thì A>0
Đối với quá trình đóng ∆U =0
Đối với quá trình mở ∆U = const, chỉ phụ thuộc vào trạng
thái đầu và trạng thái cuối của hệ
Đối với hệ cô lập Q=0, A=0, ∆U=0, nội năng của hệ được
bảo toàn

Công và nhiệt trong một số quá trình thuận
nghịch nhiệt động đối với khí lý tưởng
Quá trình đẳng tích( dV=0)
)(
12
TTnCUQ
vvv
−=∆=
Công: không có công giãn nở δA = pdV =0
Quá trình đẳng áp ( p=const)
Công: δA = pdV = pΔV = nR∆T
Nhiệt
Nhiệt
)(
12
TTnCHQ
ppp
−=∆=
Quá trình đẳng nhiệt ( T=const)
Công
2
1
1
2
lnln
P
P
nRT
V
V

nRTA
T
==