Tập bài giảng hóa học đại cương 2 (tài liệu dùng cho hệ cử nhân hóa học)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

Đăng Thị Thu Huyền (chủ biên) – Nguyễn Thị Thu Lan
– Nguyễn Văn Quang – Lê Cao Khải

TẬP BÀI GIẢNG

HÓA HỌC ĐẠI CƯƠNG 2

HÀ NỘI – NĂM 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

Đăng Thị Thu Huyền (chủ biên) – Nguyễn Thị Thu Lan
– Nguyễn Văn Quang – Lê Cao Khải

HÓA HỌC ĐẠI CƯƠNG 2
(Tài liệu dùng cho hệ cử nhân Hóa học)

HÀ NỘI – NĂM 2017


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC ..........................................................2
Mục tiêu: ......................................................................................................................2

1.1. Một số khái niệm cơ bản của nhiệt động học .......................................................2
1.1.1. Hệ và sự phân loại hệ ....................................................................................2
1.1.1.1. Khái niệm ...............................................................................................2
1.1.1.2. Phân loại .................................................................................................2
1.1.2. Trạng thái của một hệ. Thông số trạng thái ...................................................3
1.1.3. Quá trình nhiệt động ......................................................................................3
1.1.3.1. Khái niệm ...............................................................................................3
1.1.3.2. Một số quá trình nhiệt động....................................................................3
1.1.4. Hàm số trạng thái của hệ ...............................................................................4
1.1.5. Năng lượng – Nội năng .................................................................................4
1.1.5.1. Năng lượng .............................................................................................4
1.1.5.2. Nội năng .................................................................................................4
1.1.6. Công và nhiệt .................................................................................................4
1.1.6.1.Công.........................................................................................................4
1.1.6.2. Nhiệt và nhiệt dung ................................................................................5
1.1.7. Phương trình trạng thái ..................................................................................7
1.2. Nguyên lí I của nhiệt động học.............................................................................7
1.2.1. Nội dung ........................................................................................................7
1.2.2. Các biểu thức định lượng ..............................................................................7
1.2.2.1.Một số trường hợp đặc biệt .....................................................................8
1.2.2.2.Vận dụng nguyên lí I cho khí lí tưởng.....................................................8
1.2.3. Hàm Entanpi. Nhiệt hóa học .......................................................................10

i


1.2.3.1. Hàm Entanpi .........................................................................................10
1.2.3.2. Nhiệt hóa học ........................................................................................10
1.2.3.3. Phương trình nhiệt hóa học ..................................................................11
1.2.3.4. Định luật Hess ......................................................................................11

1.2.3.5. Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học dựa vào sinh nhiệt ............12
1.2.3.6.Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học dựa vào thiêu nhiệt............12
1.2.3.7. Sự phụ thuộc của hiệu ứng nhiệt phản ứng vào nhiệt độ .....................13
1.2.3.8. Nhiệt chuyển pha ..................................................................................14
1.2.3.9. Nhiệt phân li .........................................................................................15
1.2.3.10. Năng lượng liên kết. Quan hệ giữa năng lượng liên kết với nhiệt phản
ứng .....................................................................................................................15
1.2.3.11. Năng lượng mạng lưới tinh thể ion ....................................................16
1.2.3.12. Nhiệt hòa tan và nhiệt sonvat hóa.......................................................17
1.3. Nguyên lí II của nhiệt động học .........................................................................18
1.3.1. Nội dung của nguyên lí II ............................................................................18
1.3.1.1. Khái niệm entropi .................................................................................18
1.3.1.2. Nội dung ...............................................................................................19
1.3.2. Các biểu thức định lượng ............................................................................19
1.3.3. Áp dụng nguyên lí II để tính biến thiên entropi của một số quá trình ........20
1.3.3.1. Quá trình đẳng nhiệt .............................................................................20
1.3.3.2. Quá trình đẳng áp .................................................................................20
1.3.3.3. Quá trình đẳng tích ...............................................................................20
1.3.3.4. Quá trình đoạn nhiệt .............................................................................20
1.3.4. Nguyên lí thứ ba của nhiệt động học và hệ quả ..........................................21
1.3.4.1. Nội dung của nguyên lí thứ ba .............................................................21
1.3.4.2. Entropi tuyệt đối của một chất..............................................................21
1.3.4.3. Biến thiên entropi của một phản ứng hóa học ......................................22

ii


1.4. Chiều hướng diễn biến của phản ứng hóa học ...................................................23
1.4.1. Ảnh hưởng của các yếu tố entanpi và entropi tới chiều diễn biến của các quá
trình ........................................................................................................................23

1.4.2. Thế đẳng áp – đẳng nhiệt và chiều hướng diễn biến của quá trình .............23
1.4.3. Biến thiên entanpi tự do trong các phản ứng hóa học .................................25
1.4.3.1. Entanpi tự do sinh tiêu chuẩn của các chất...........................................25
1.4.3.2. Biến thiên entanpi tự do chuẩn của phản ứng ......................................25
1.4.3.3. Chu trình nhiệt động học ......................................................................25
1.4.4. Biểu thức vi phân của entanpi tự do ............................................................25
1.4.5. Sự phụ thuộc của entanpi tự do và biến thiên entanpi tự do vào nhiệt độ...26
1.4.5.1. Sự phụ thuộc của entanpi tự do vào nhiệt độ .......................................26
1.4.5.2. Sự phụ thuộc của biến thiên entanpi tự do vào nhiệt độ ......................26
1.4.6. Sự phụ thuộc của entanpi tự do và biến thiên entanpi tự do vào áp suất ....27
1.4.6.1. Sự phụ thuộc của entanpi tự do vào áp suất .........................................27
1.4.6.2. Sự phụ thuộc của biến thiên entanpi tự do vào áp suất ........................27
1.4.7. Sự phụ thuộc entanpi tự do vào thành phần các chất trong hệ. Khái niệm hóa
thế ..........................................................................................................................28
1.4.7.1. Đại lượng mol .......................................................................................28
1.4.7.2. Đại lượng mol riêng phần .....................................................................28
1.4.7.3. Entanpi tự do mol, entanpi tự do mol riêng phần .................................29
1.4.7.4. Biến thiên entanpi tự do khi nhiệt độ, áp suất và thành phần của hệ thay
đổi ......................................................................................................................29
1.4.7.5. Các hệ thức về hóa thế ..........................................................................30
Câu hỏi chương 1 .......................................................................................................30
Bài tập chương 1 ........................................................................................................32
CHƯƠNG 2: CÂN BẰNG HÓA HỌC .........................................................................36
Mục tiêu: ....................................................................................................................36

iii


2.1. Các khái niệm cơ bản .........................................................................................36
2.1.1.Khái niệm về phản ứng thuận nghịch và phản ứng không thuận nghịch .....36

2.1.2.Trạng thái cân bằng của phản ứng thuận nghịch ..........................................37
2.1.3. Cân bằng hoá học ........................................................................................37
2.2. Hằng số cân bằng ................................................................................................37
2.2.1. Nhiệt động học và định luật cân bằng .........................................................37
2.2.2. Biểu thức của hằng số cân bằng trong các trường hợp khác nhau ..............38
2.2.2.1. Đối với phản ứng thuận, phản ứng nghịch ...........................................38
2.2.2.2. Cách thiết lập các hằng số cân bằng: ....................................................38
2.2.2.3. Một số phương pháp xác định hằng số cân bằng .................................41
2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học. Nguyên lí Le Chatelier ..............43
2.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ ..............................................................................43
2.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ ..............................................................................44
2.3.3. Ảnh hưởng của áp suất ................................................................................45
2.3.4. Nguyên lí chuyển dịch cân bằng Le Chatelier ............................................46
Câu hỏi chương 2 .......................................................................................................46
Bài tập chương 2 ........................................................................................................47
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ CỦA ĐỘNG HÓA HỌC ........................................................... 50
Mục tiêu: ....................................................................................................................50
3.1. Một số khái niệm chung .....................................................................................50
3.1.1. Phản ứng đồng thể và phản ứng dị thể ........................................................50
3.1.1.1. Phản ứng đồng thể ................................................................................50
3.1.1.2. Phản ứng dị thể .....................................................................................50
3.1.2. Tốc độ phản ứng ..........................................................................................50
3.1.2.1. Khái niệm tốc độ phản ứng ..................................................................50
3.1.2.2. Biểu thức của tốc độ phản ứng .............................................................50
3.1.2.3. Đơn vị của tốc độ phản ứng..................................................................51
iv


3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng .......................................................51
3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ ..............................................................................51

3.2.1.1. Ảnh hưởng của nồng độ .......................................................................51
3.2.1.2. Định luật tác dụng khối lượng ..............................................................52
3.2.1.3. Một số chú ý .........................................................................................52
3.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ ..............................................................................54
3.2.2.1. Quy tắc Van’t Hoff ...............................................................................54
3.2.2.2. Phương trình S. Arrhenius ....................................................................54
3.2.3. Ảnh hưởng của xúc tác ................................................................................55
3.2.3.1. Khái niệm xúc tác .................................................................................55
3.2.3.2. Tác dụng xúc tác ...................................................................................55
3.2.3.3. Phân loại chất xúc tác ...........................................................................56
3.2.3.4. Các đặc điểm của chất xúc tác ..............................................................56
3.2.3.5. Chất kích thích, chất độc đối với xúc tác. Sự lão hóa xúc tác ..............57
3.2.3.6. Tự xúc tác .............................................................................................58
3.2.3.7. Chất xúc tác trong một số vấn đề thực tế .............................................58
3.2.4. Các yếu tố khác ...........................................................................................59
3.3. Phương trình động học của phản ứng .................................................................59
3.3.1. Phản ứng bậc không ....................................................................................59
3.3.2. Phản ứng bậc nhất........................................................................................60
3.3.3. Phản ứng bậc hai..........................................................................................60
3.3.3.1.Trường hợp phản ứng có một chất phản ứng ........................................61
3.3.3.2. Trường hợp phản ứng có hai chất phản ứng.........................................61
3.3.4. Phản ứng bậc n ............................................................................................62
3.3.5. Các phản ứng phức tạp ................................................................................63
3.3.5.1. Phản ứng dị thể .....................................................................................63
3.3.5.2. Phản ứng thuận nghịch .........................................................................63
v


3.3.5.3. Phản ứng song song ..............................................................................63
3.3.5.4. Phản ứng nối tiếp ..................................................................................63

3.3.5.5. Phản ứng dây chuyền............................................................................64
3.3.5.6. Phản ứng quang hóa học.......................................................................64
Câu hỏi chương 3 .......................................................................................................65
Bài tập chương 3 ........................................................................................................65
CHƯƠNG 4: DUNG DỊCH ..........................................................................................69
Mục tiêu: ....................................................................................................................69
4.1. Một số khái niệm cơ bản về dung dịch ...............................................................69
4.1.1. Chất tan, dung môi, dung dịch.....................................................................69
4.1.2. Dung dịch chưa bão hòa, bão hòa ...............................................................70
4.1.3. Độ tan và các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan.................................................70
4.1.4. Nồng độ và các phương pháp biểu diễn nồng độ ........................................71
4.1.4.1. Nồng độ phần trăm về khối lượng (C%) ..............................................71
4.1.4.2. Nồng độ mol/lit (CM) ............................................................................71
4.1.4.3. Nồng độ đương lượng (CN) ..................................................................72
4.1.4.4. Nồng độ mol khối hay nồng độ molan (Cm) .........................................72
4.1.4.5. Nồng độ phần mol ................................................................................72
4.2. Tính chất của dung dịch loãng chứa chất tan không điện li, không bay hơi ......72
4.2.1. Áp suất hơi bão hòa của dung dịch..............................................................72
4.2.2. Nhiệt độ sôi và nhiệt độ đông đặc của dung dịch ........................................73
4.2.2.1. Nhiệt độ sôi của dung dịch ...................................................................73
4.2.2.2. Nhiệt độ kết tinh của dung dịch ............................................................74
4.2.3. Áp suất thẩm thấu của dung dịch ................................................................75
4.2.3.1. Màng bán thấm, sự thẩm thấu ..............................................................75
4.2.3.2. Áp suất thẩm thấu .................................................................................75
4.3. Tính chất của dung dịch chất điện li ...................................................................76
vi


4.3.1. Sự điện li ......................................................................................................76
4.3.1.1. Dung môi phân cực...............................................................................76

4.3.1.2. Thuyết điện li Arrhenius .......................................................................77
4.3.1.3. Sự điện li của nước ...............................................................................77
4.3.2. Độ điện li. Hằng số điện li ...........................................................................77
4.3.2.1. Chất điện li mạnh, chất điện li yếu và độ điện li ..................................77
4.3.2.3. Mối liên hệ giữa độ điện li α và hằng số điện li axit – bazơ ................78
4.3.3. Khái niệm Axit – bazơ.................................................................................78
4.3.3.1. Thuyết axit – bazơ của Arrhenius.........................................................79
4.3.3.2. Thuyết axit – bazơ của Bronsted. Thuyết proton .................................79
4.3.4. Tích số ion của nước. pH của dung dịch .....................................................81
4.3.4.1. Tích số ion của nước.............................................................................81
4.3.4.2. Chỉ số hiđro pH ....................................................................................82
4.3.4.3. Hằng số điện li của axit và của bazơ trong môi trường H2O................82
4.3.4.4. Cách tính pH trong một số trường hợp .................................................83
4.3.5. Hỗn hợp đệm ...............................................................................................84
4.3.5.1. Định nghĩa ............................................................................................84
4.3.5.2. Tác dụng ...............................................................................................85
4.3.5.3. pH của dung dịch đệm ..........................................................................85
4.3.5.3. Ứng dụng ..............................................................................................86
4.3.6. Sự thủy phân của muối ................................................................................86
4.3.7. Xác định pH bằng thực nghiệm ...................................................................87
4.3.8. Chuẩn độ ......................................................................................................87
4.4. Dung dịch của chất điện li ít tan .........................................................................88
4.4.1. Cân bằng trong dung dịch chất điện li ít tan................................................88
4.4.2. Tích số tan ...................................................................................................88
4.4.3. Hiệu ứng ion chung .....................................................................................89
vii


4.5. Sự tạo phức trong dung dịch...............................................................................89
4.5.1. Cân bằng tạo phức trong dung dịch .............................................................89

4.5.2. Hằng số bền của phức ..................................................................................89
Câu hỏi chương 4 .......................................................................................................90
Bài tập chương 4 ........................................................................................................91
CHƯƠNG 5: PHẢN ỨNG OXI HÓA KHỬ. .............................................................. 93
HÓA HỌC VÀ DÒNG ĐIỆN .......................................................................................93
Mục tiêu: ....................................................................................................................93
5.1. Một số khái niệm cơ bản ....................................................................................93
5.1.1. Chất oxi hóa, chất khử .................................................................................93
5.1.2. Quá trình oxi hóa, quá trình khử .................................................................93
5.1.3. Số oxi hóa ....................................................................................................93
5.1.4. Phản ứng oxi hóa - khử................................................................................94
5.1.5. Cách cân bằng phản ứng oxi hóa - khử .......................................................94
5.1.5.1. Phương pháp thăng bằng electron ........................................................94
5.1.5.2. Phương pháp thăng bằng ion – electron ...............................................94
5.2. Cặp oxi hóa khử. Thế oxi hóa khử. Chiều của phản ứng oxi hóa khử ...............95
5.2.1. Cặp oxi hóa – khử ........................................................................................95
5.2.2. Thế oxi hóa – khử. Phương trình Nernst .....................................................96
5.2.3. Chiều của phản ứng oxi hóa – khử ..............................................................97
5.3. Các loại điện cực và pin .....................................................................................97
5.3.1. Các loại điện cực .........................................................................................97
5.3.1.1. Điện cực loại 1 ......................................................................................97
5.3.1.2. Điện cực loại 2 ......................................................................................97
5.3.1.3. Điện cực khí..........................................................................................98
5.3.1.4. Điện cực oxi hóa – khử.........................................................................98
5.3.1.5. Điện cực Quinhyđro .............................................................................98
viii


5.3.2. Cấu tạo và hoạt động của pin ......................................................................98
5.3.2.1. Pin .........................................................................................................98

5.3.2.2. Phân loại pin. Cấu tạo và hoạt động .....................................................99
5.3.3. Suất điện động của pin ..............................................................................100
5.3.3.1.Suất điện động của pin và chiều diễn biến của phản ứng oxi hóa – khử
.........................................................................................................................100
5.3.3.2.Thế điện cực và thế điện cực chuẩn ....................................................101
5.3.3.3. Bảng thế điện cực chuẩn.....................................................................101
5.3.3.4. Sự phụ thuộc của suất điện động của pin vào nồng độ ......................102
5.3.3.5. Suất điện động của pin nồng độ .........................................................102
5.3.3.6. Sự phụ thuộc suất điện động của pin vào nhiệt độ .............................103
5.3.3.7. Hằng số cân bằng K của phản ứng oxi hóa – khử ..............................103
5.3.4. Một số pin và ăcquy thông dụng ...............................................................104
5.3.4.1. Nguyên tắc chung để chế tạo pin và ăcquy ........................................104
5.3.4.2. Một số pin thông dụng ........................................................................104
5.3.4.3. Một số Ăcquy thông dụng ..................................................................104
5.4. Sự điện phân .....................................................................................................104
5.4.1. Sự điện phân ..............................................................................................104
5.4.1.1. Khái niệm sự điện phân ......................................................................104
5.4.1.2. Các bộ phận của bình điện phân .........................................................105
5.4.1.3. Thứ tự phản ứng của các ion trên điện cực ........................................105
5.4.1.4. So sánh về mặt phản ứng hóa học giữa bình điện phân với pin .........105
5.4.1.5. Thế phân hủy, quá thế ........................................................................106
5.4.1.6. Cách trình bày sự điện phân ...............................................................106
5.4.2. Định luật Faraday ......................................................................................106
5.4.3. Ứng dụng của điện phân ............................................................................106
5.4.3.1. Sản xuất hóa chất ................................................................................106

ix


5.4.3.2. Tinh chế kim loại ................................................................................107

5.4.3.3. Đúc các đồ vật bằng kim loại .............................................................107
5.4.3.4. Mạ điện ...............................................................................................107
5.4.3.5. Tách và phân tích định tính, định lượng hỗn hợp các kim loại ..........107
5.5. Hiện tượng ăn mòn ...........................................................................................107
5.5.1. Ăn mòn kim loại ........................................................................................107
5.5.1.1. Ăn mòn hóa học..................................................................................107
5.5.1.2. Ăn mòn điện hóa ................................................................................107
5.5.2. Tốc độ ăn mòn ...........................................................................................108
5.5.3. Phương pháp chống ăn mòn ......................................................................108
5.5.3.1. Cách li kim loại với môi trường ngoài ...............................................108
5.5.3.2. Sử dụng chất ức chế ăn mòn ...............................................................108
5.5.3.3. Phương pháp thụ động hóa hay phương pháp anot ............................108
5.5.3.4. Phương pháp catot ..............................................................................108
Câu hỏi chương 5 .....................................................................................................108
Bài tập chương 5 ......................................................................................................109
PHỤ LỤC ....................................................................................................................112
BẢNG 1: CÁC DỮ LIỆU NHIỆT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ CHẤT Ở TRẠNG THÁI
CHUẨN TẠI 298,15K ............................................................................................112
BẢNG 2: THẾ OXI HOÁ - KHỬ CHUẨN Eo (V) ................................................115
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................116

x


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Kí hiệu

Chữ được viết tắt

A

Công

a

Hoạt độ

C

Nhiệt dung

Cp

Nhiệt dung đẳng áp

Cv

Nhiệt dung đẳng tích

E

Năng lượng liên kết

Ea

Năng lượng hoạt động hoá

Eml

Năng lượng mạng lưới

G

Entanpi tự do

H

Entanpi

ΔH

Hiệu ứng nhiệt

k

Hằng số tốc độ phản ứng

K

Hắng số cân bằng

Ka

Hằng số axit

Kb

Hằng số bazơ

P

Áp suất

Q

Nhiệt

R

Hằng số khí

S

Entropi

T

Nhiệt độ

Ts

Tích số tan

t1/2

Thời gian bán phản ứng

U

Nội năng

V

Thể tích

v

Tốc độ phản ứng

xi


LỜI NÓI ĐẦU
Để có thêm tài liệu phục vụ cho việc giảng dạy và học tập học phần Hóa học đại
cương 2, chúng tôi biên soạn tập bài giảng “Hóa học đại cương 2” theo quan điểm cơ
bản, cập nhật, ngắn gọn. Nội dung tập bài giảng phù hợp với chương trình đào tạo của
trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2.
Trong mỗi chương ngoài việc hệ thống một cách đầy đủ, logic các kiến thức đều
có các ví dụ áp dụng, các câu hỏi sinh viên cần chuẩn bị trước khi tới lớp và bài tập sinh
viên làm sau khi đã học lý thuyết.
Dù đã có nhiều cố gắng, nhưng cũng không tránh được những thiếu sót, rất mong
nhận được các ý kiến đóng góp của các bạn đồng nghiệp và các bạn sinh viên để tập bài
giảng được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn!
Nhóm tác giả

1


CHƯƠNG 1: CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC

Lý thuyết: 04 tiết
Bài tập + Thảo luận: 08 tiết

Mục tiêu: Sinh viên cần nắm được:
Nêu được các khái niệm và định nghĩa cơ bản của nhiệt động học.
Hiểu được nội dung nguyên lí I, II (biểu thức định lượng và các cách phát biểu).
Áp dụng được nguyên lí I, II để xác định các đại lượng nhiệt động. Phát biểu
được định luật Hess, định luật Kirchoff, …
Phân tích được ảnh hưởng của yếu tố entanpi và entropi lên chiều hướng diễn
biến của phản ứng hóa học.
Biết được cách dự đoán chiều hướng diễn biến của phản ứng.

1.1. Một số khái niệm cơ bản của nhiệt động học
1.1.1. Hệ và sự phân loại hệ
1.1.1.1. Khái niệm
Hệ là đối tượng cần nghiên cứu các tính chất nhiệt động học. Hệ là một vật hoặc
một nhóm vật được coi là cách biệt với thế giới xung quanh.
Hệ nhiệt động (hệ vĩ mô), được gọi tắt là hệ, là phần của vũ trụ gồm một số rất
lớn tiểu phân cấu tạo (nguyên tử, phân tử hay ion) đang được nghiên cứu và được phân
cách với phần còn lại của vũ trụ - môi trường ngoài - bằng một ranh giới thực hay ảo.
Nhiệt động lực học hóa học chỉ nghiên cứu những hệ vĩ mô.
1.1.1.2. Phân loại
*Cách 1: Dựa vào khả năng trao đổi chất và năng lượng với môi trường xung quanh.
- Hệ mở (hở): là hệ có thể trao đổi với môi trường ngoài cả chất lẫn năng lượng.
Ví dụ: Khi đun nước thì nhiệt được truyền từ bên ngoài vào hệ, còn hệ mất chất ra bên
ngoài dưới dạng hơi nước.
- Hệ kín (đóng): là hệ chỉ trao đổi năng lượng với môi trường ngoài. Ví dụ: Khi
cho natri hidroxit (NaOH) tác dụng với axit sunfuric (H2SO4) trong một bình kín:
2NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + 2H2O
hệ không mất chất, nhưng hệ đã cung cấp năng lượng cho môi trường ngoài vì phản ứng

tỏa nhiệt.
- Hệ cô lập: là hệ không trao đổi cả chất lẫn năng lượng với môi trường ngoài.
Ví dụ: Một bình cách nhiệt (Dewar) chứa các chất phản ứng được đậy kín và bao phủ
bằng một lớp cách nhiệt thật dày để cho chất và năng lượng không được trao đổi với
môi trường ngoài.
*Cách 2: Dựa vào tính đồng nhất hoặc số lượng pha cấu thành nên hệ đó.
- Hệ đồng thể: là hệ có thuộc tính không thay đổi hoặc thay đổi đều liên tục từ
điểm này sang điểm khác và trong hệ không có bề mặt phân chia (Bề mặt phân chia là
bề mặt qua đó thuộc tính của hệ thay đổi). Ví dụ: dung dịch nước đường, không khí, ….
2


Đặc điểm của hệ đồng thể: được cấu tạo bởi một pha duy nhất (pha đơn hoặc pha
hỗn hợp); có tính chất giống nhau tại các điểm khác nhau của hệ; không có sự phân chia
thành các khu vực khác nhau với những tính chất khác nhau.
- Hệ dị thể: là hệ có bề mặt phân chia, là hệ được tạo thành bởi nhiều pha khác
nhau.
Khái niệm pha (hay tướng): Tập hợp những phần đồng thể của hệ có cùng tính
chất hoá, lý giới hạn với những phần khác bằng những bề mặt phân chia. Ví dụ: Dung
dịch trong suốt: 1 pha, hệ đồng thể; Nước lỏng + nước đá: 2 pha, hệ dị thể; Dung dịch
bão hoà + NaCl rắn + nước đá rắn: 3 pha, hệ dị thể.
* Khái niệm hệ đồng nhất: Là hệ có thành phần như nhau (đồng nhất hóa học)
và thuộc tính như nhau (đồng nhất vật lý) ở khắp mọi phần của hệ hoặc biến đổi đều.
Ví dụ: dung dịch axit HCl 20%.
Hệ không đồng nhất: Trường hợp ngược lại của hệ đồng nhất.
1.1.2. Trạng thái của một hệ. Thông số trạng thái
Trạng thái của một hệ nhiệt động được xác định bởi một tập hợp các trị số của
các đại lượng vĩ mô có thể đo được như thể tích, nhiệt độ, áp suất, khối lượng…Các đại
lượng gọi là các thông số trạng thái hay các thông số nhiệt động.
Thông số trạng thái được chia làm hai loại:

+ Các thông số cường độ như: Nhiệt độ, áp suất, chiết suất, tỉ khối, độ
nhớt,… không phụ thuộc vào lượng chất của hệ.
+ Các thông số khuếch độ như: Thể tích, khối lượng, … tỉ lệ với lượng
chất của hệ.
Trạng thái của hệ mà ở đó các thông số cường độ tại mọi chỗ của hệ đồng đều
và có giá trị xác định được gọi là trạng thái cân bằng.
Thông số quá trình: Là đại lượng nhiệt động đặc trưng cho quá trình. Ví dụ như
nhiệt Q, công A.
Khi hệ chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác người ta nói hệ thực hiện
1 quá trình.
1.1.3. Quá trình nhiệt động
1.1.3.1. Khái niệm
Là quá trình xảy ra trong hệ vĩ mô liên quan ít nhất tới sự biến thiên một tham
số.
Quá trình đóng (hay chu trình): Là quá trình hệ ở trạng thái đầu chịu một loạt
biến đổi lại trở về trạng thái đầu.
1.1.3.2. Một số quá trình nhiệt động
Quá trình đẳng nhiệt (T = const): Xảy ra ở nhiệt độ không đổi.
Quá trỉnh đẳng áp (P = const): Xảy ra ở áp suất không đổi.
Quá trình đẳng tích (V = const): Xảy ra ở thể tích không đổi.
Quá trình đoạn nhiệt: Là quá trình xảy ra khi không có sự trao đổi nhiệt giữa hệ
và môi trường ngoài.
Quá trình vi phân: Là quá trình trong đó các biến số chỉ chịu sự biến đổi vô cùng
nhỏ:
P  P + dP
Kí hiệu: Hàm trạng thái: dP, dV, dT, dU, dH, dF, dG…
3


Hàm quá trình: δA, δQ

Quá trình thuận nghịch: Là quá trình nếu sau quá trình thuận hệ có khả năng trở
về trạng thái đầu theo đúng con đường nó đi qua mà không để lại biến đổi nào cho môi
trường (hoặc là quá trình xảy ra theo hai chiều ngược nhau và tương đối chậm sao cho
ở mỗi thời điểm người ta biết được trạng thái của hệ).
Quá trình bất thuận nghịch (quá trình một chiều) là quá trình không tuân theo
các điều kiện trên chỉ xảy ra theo một chiều nhất định.
1.1.4. Hàm số trạng thái của hệ
Một đại lượng nhiệt động được gọi là hàm số trạng thái của hệ nếu biến thiên đại
lượng đó chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối mà không phụ thuộc vào
cách tiến hành quá trình. Tất cả các tham số trạng thái đều là hàm số trạng thái.
1.1.5. Năng lượng – Nội năng
1.1.5.1. Năng lượng
Năng lượng là “thước đo” sự vận động của vật chất trong mọi biến đổi của nó.
Gồm:
+ Động năng ứng với sự chuyển động cơ học của toàn bộ hệ trong không gian:
mv 2
Eđ =
2

+ Thế năng được xác định bởi vị trí của hệ trong trọng trường: Et = mgh
+ Nội năng U: Tổng năng lượng các tiểu phân tạo nên hệ.
Vậy, E = Eđ + Et + U
Nhận xét: Trong nhiệt động học khảo sát hệ không chuyển động và tác dụng của
trường ngoài là không đổi, tức chỉ xét nội năng.
Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng: Năng lượng không tự sinh ra và
không tự mất đi, nó chỉ biến đổi từ dạng này sang dạng khác.
1.1.5.2. Nội năng
Định nghĩa: Là năng lượng “dự trữ” của hệ.
Gồm:
+ Động năng của chuyển động tịnh tiến và quay của các phân tử, nguyên tử, hạt

nhân và electron.
+ Thế năng tương tác (hút và đẩy) của các phân tử, nguyên tử, hạt nhân và
electron.
+ Năng lượng dao động của các nguyên tử, nhóm nguyên tử trong phân tử, năng
lượng electron của các nguyên tử trong phân tử, năng lượng của hạt nhân.
Nội năng của 1 hệ là tổng năng lượng tương tác giữa các phân tử, năng lượng
tương tác bên trong mỗi phân tử và năng lượng chuyển động hỗn loạn của các phân tử.
Có 2 cách làm biến đổi nội năng: Thực hiện công và truyền nhiệt.
1.1.6. Công và nhiệt
1.1.6.1.Công
Là một đại lượng đặc trưng cho mức độ trao đổi năng lượng thông qua chuyển
động có hướng của hệ; Là hình thái truyền năng lượng liên quan đến sự chuyển dời của
những hệ vĩ mô do tác dụng của một lực nào đó: A = F.dx
(*)
4


Ví dụ:
- Khi nâng một vật có khối lượng m lên độ cao h so với mặt đất, ta tác dụng vào
vật một công A = m.g.h (g là gia tốc trọng lực). Kết quả là năng lượng (thế năng) của
hệ tăng một lượng là: ΔE = m.g.h.
- Nếu ta làm cho một vật tự do có khối lượng m chuyển động theo phương x với
một gia tốc cố định a, trong suốt quãng đường (x2 – x1) thì công tác dụng lên vật là:
A = m.a. (x2 – x1).
- Công giãn nở: là công thực hiện kèm theo sự thay đổi thể tích của hệ:
Agiãn nở = P.ΔV
Công do hệ thực hiện cho bên ngoài được xác định bằng phương trình:
δA = - Pe. dV
(1.1)
Với Pe là áp suất ngoài, dV là biến thiên thể tích.

Đối với những biến đổi vô cùng chậm, có thể xem Pe = P với P là áp suất của hệ, do đó
2

công giãn nở thể tích sẽ là: δA = - P.dV và công giãn nở toàn phần: A =   P.dV (1.2)
1

+ Quá trình đẳng tích dV = 0 → Av = 0
(1.3)
+ Quá trình đẳng áp P = const → Ap = - P.(V2 – V1) = - P.ΔV (1.4)
Đối với hệ đồng thể của khí lí tưởng, sự biến thiên thể tích ở 2 trạng thái (1) và (2) là
do sự biến thiên số mol ở 2 trạng thái đó nên: Ap = - Δn.R.T
+ Quá trình đẳng nhiệt (T = const) đối với 1 mol khí lí tưởng:
2

2

V
dV
 RTln 2
V
V1
1

AT =   P.dV = RT 
1

(1.5)

Ở T = const, thể tích của khí lí tưởng tỉ lệ với áp suất
AT = RTln

V2
P
 RTln 1
V1
P2

(1.6)

Nhận xét:
+ Công A là sự truyền năng lượng vĩ mô có tính định hướng.
+ Nhiệt Q là sự truyền năng lượng vi mô không định hướng.
Quy ước dấu “ích kỉ”: (tại sao lại gọi là “ích kỉ”)
+ A > 0: Hệ nhận công.
+ A < 0: Hệ sinh công.
+ Q > 0: Hệ nhận nhiệt.
+ Q < 0: Hệ toả nhiệt.
Chú ý:
+ Công và nhiệt là các hàm quá trình, phụ thuộc vào cách tiến hành quá trình.
+ Công và nhiệt có thứ nguyên giống năng lượng (A, Q ): J, calo, erg, eV, atm.l.
Mối quan hệ giữa các đơn vị năng lượng trên?
1.1.6.2. Nhiệt và nhiệt dung
*Nhiệt: Là năng lượng được xác định do sự chuyển dời hỗn loạn của các tiểu phân trong
hệ. Bản chất nhiệt là hình thái truyền năng lượng chứ không phải là năng lượng. Nhiệt
là một dạng năng lượng xuất hiện trong quá trình truyền động năng phân tử 1 vật nóng
sang 1 vật lạnh. Vì nhiệt xuất hiện trong quá trình biến đổi trạng thái nên cũng như
công, nhiệt là một đại lượng đặc trưng cho quá trình.
5

Trong quá trình đẳng áp, nhiệt trao đổi được gọi là nhiệt đẳng áp Qp.
Trong quá trình đẳng tích, nhiệt trao đổi được gọi là nhiệt đẳng tích Qv.
*Nhiệt dung: là lượng nhiệt một vật hoặc một khối chất thu vào hay tỏa ra để tăng hoặc
giảm 1K hoặc 1oC. Nếu C là nhiệt lượng cần cung cấp cho 1 mol chất để đưa nhiệt độ
của 1 mol chất đó tăng thêm 1 độ (K) thì C (J/mol.K) được gọi là nhiệt dung mol. Nếu
C là nhiệt lượng cần cung cấp cho 1 gam chất để đưa nhiệt độ của 1 gam chất đó tăng
thêm 1 độ (K) thì C (J/g.K) được gọi là nhiệt dung riêng. Tùy theo quá trình là đẳng áp
hay đẳng tích, nhiệt dung mol được kí hiệu là Cp hay Cv (đơn vị là J/mol.K). Cp hay Cv
có thể được định nghĩa bằng biểu thức toán học:
+ Trường hợp nhiệt dung mol không biến thiên theo nhiệt độ.
Cp =

Qp
ΔT

và

Cv =

Qv
ΔT

(1.7)

Trong đó: Qp, Qv là nhiệt lượng trao đổi đẳng áp hay đẳng tích đối với 1 mol chất;
ΔT = T2 – T1 là biến thiên nhiệt độ.
+ Trường hợp nhiệt dung mol biến thiên theo nhiệt độ.
Cp =

δQ p

dT

và

Cv =

δQ v
dT

(1.8)

Trong đó δQp, δQv là nhiệt lượng trao đổi vi phân và dT là biến thiên vi phân của nhiệt
độ T.
Nói chung, nhiệt dung mol phụ thuộc rất ít vào áp suất nên thường không đổi tại
các áp suất khác nhau.
- Nhiệt dung mol của các chất khí lí tưởng:
Theo hệ thức Mayer: Cp – Cv = R (8,314 J/mol.K)
(1.9)
+ Đối với khí đơn nguyên tử (He, Ne, Ar,…) chỉ có chuyển động tịnh tiến.
Cv =

C
3
5
R; Cp = R và γ = p  1, 66
2
2
Cv

+ Đối với khí lưỡng phân tử (H2, N2,…) ở khoảng nhiệt độ từ 100K→ ≈ 1000K (chỉ

có chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay):
Cv =

C
7
5
R, Cp = R suy ra γ = p = 1,40
2
2
Cv

+ Đối với các chất khí đa nguyên tử (CO2, NH3, CH4,…) nhiệt dung mol phụ thuộc
vào nhiệt độ và sự phụ thuộc này đối với các chất khí khác nhau thì khác nhau (các giá
trị của γ thường nhỏ hơn 1,3).
- Đối với chất lỏng và chất rắn, nhiệt dung mol phụ thuộc rất ít vào nhiệt độ.
Sự phụ thuộc của nhiệt dung vào nhiệt độ thường được biểu thị dưới dạng đa thức:
C = a + bT + cT2 + …
Ví dụ: đối với hơi nước: Cp = 36,8 – 7,9.10-3T + 9,2.10-6.T2
Nhiệt dung trao đổi và biến thiên nhiệt độ: Nếu có trao đổi nhiệt giữa hai hệ hay hai
vật thể thì theo nguyên lí bảo toàn năng lượng, nhiệt lượng giải phóng từ vật nóng bằng
nhiệt lượng mà vật lạnh hấp thụ.
+ Trong trường hợp nhiệt dung mol được coi là không đổi thì Qp và Qv với n mol
được tính theo hệ thức:
6


Qp = n.Cp.(T2 – T1) = n.Cp.ΔT ; Qv = n.Cv .(T2 – T1) = n.Cv.ΔT
(1.10)
+ Trong trường hợp cần chú ý đến sự biến thiên nhiệt dung mol theo nhiệt độ.
Ví dụ: Cp = a + bT + cT2 hay Cv = a + bT + cT2

T2

Thì

T2

b
2

c
3

Qp = n.  Cp .dT = n.  (a + bT + cT 2 ).dT = n(aT + T 2 + T3 )
T1

T1

T2

T2

b
2

c
3

Qv = n.  Cv .dT = n.  (a + bT + cT 2 ).dT = n(aT + T 2 + T3 )
T1

T1

T2
T1

T2
T1

(1.11)

1.1.7. Phương trình trạng thái
Là phương trình liên hệ các tham số trạng thái. Đối với hệ đơn giản ở trạng thái
cân bằng, phương trình trạng thái có dạng: f(P, V, T) = 0.
Phương trình trạng thái của một số hệ khí:
+ Đối với khí lý tưởng nguyên chất là phương trình Clapeyron – Mendeleev:
P.V = n.R.T
(1.12)
n: số mol khí;
R: hằng số khí, R = 1,987 cal/mol.K = 0,082 atm.lit/mol.K = 8,314
J/mol.K; (các giá trị của hằng số R được xác định như thế nào?)
P: áp suất (atm);
V: thể tích (lit);
T: nhiệt độ (K).
+ Đối với khí thực, phương trình đơn giản nhất là phương trình Van der Waals:
(P +

a
)(V  b) = nRT
V2

(1.13)

Trong đó: a, b là những hằng số phụ thuộc vào bản chất của khí;
a
gọi là áp suất nội gây ra do tương tác giữa các phân tử khí thực.
V2

1.2. Nguyên lí I của nhiệt động học
1.2.1. Nội dung
Đối với mọi hệ nhiệt động đều tồn tại một hàm trạng thái, được gọi là nội năng
U, mà trong quá trình biến đổi hệ từ trạng thái (1) sang trạng thái (2), biến thiên nội
năng ΔU bằng tổng nhiệt Q và công A hệ trao đổi với môi trường ngoài.
1.2.2. Các biểu thức định lượng
Quá trình vĩ mô: ΔU = Q + A
(1.14)
Quá trình vi phân: dU = δQ + δA
(1.15)
Từ (1.13) → Q = ΔU – A hay “Khi hệ nhận nhiệt Q để thực hiện công A và gây
ra biến thiên nội năng U”.
Công A gồm 2 phần: Công giãn nở thể tích P.ΔV và công có ích A’ (công hóa
học): A = P.ΔV + A’ (Tất cả công khác công giãn nở thể tích mà hệ trao đổi với môi
trường ngoài như công chống lại các lực điện, lực từ, … thì được gọi là công có ích).
Trong nhiệt động lực học, người ta thường chỉ xét những hệ không chịu tác dụng
của điện trường, từ trường,…, khi đó công A chỉ là công giãn nở và biểu thức vi phân
của nguyên lí I có dạng: dU = δQ + δA = δQ - Pngoài.dV
7


1.2.2.1.Một số trường hợp đặc biệt
a. Biến đổi đoạn nhiệt: Q = 0 → ΔU = A

Đặc biệt với chu trình: ΔU = A = 0 hay “Một hệ biến đổi theo chu trình không
trao đổi nhiệt với bên ngoài không thể sinh công”.
b. Biến đổi đẳng tích: ΔV = 0. Nếu A chỉ là công giãn nở thì δA = - Pngoài.dV = 0



và ta có: dU = δQ → ΔU =

δQ = Qv

V=const

Như vậy: Qv bằng độ biến thiên của 1 hàm trạng thái (ΔU) và không phụ thuộc
vào cách thức biến đổi.
Chú ý: Qv không phải là hàm trạng thái nhưng có thể giữ vai trò của hàm trạng
thái trong điều kiện này.
c. Giãn nở vào chân không
Quá trình giãn nở của khí vào chân không diễn ra rất nhanh nên có thể coi là
đoạn nhiệt Q = 0. Mặt khác, A = 0. Do đó: ΔU = 0
Vậy khi giãn nở vào chân không, nội năng của hệ không thay đổi.
d. Hệ thực hiện chu trình
Khi hệ thực hiện chu trình ΔU = U2 – U1 = 0. Do đó Q + A = 0. Như vậy, khi hệ
nhận nhiệt thì nó sẽ sinh công và trở thành động cơ nhiệt.
e. Hệ cô lập: Hệ không thể trao đổi năng lượng với môi trường ngoài A = 0 và Q = 0
→ ΔU = 0 hay nội năng của 1 hệ cô lập là không đổi.
f. Nội năng của 1 khí lí tưởng:Uklt
Người ta chứng minh được rằng nội năng của khí lí tưởng phụ thuộc vào nhiệt
độ: Uklt = U(T). Do đó trong 1 biến đổi đẳng nhiệt của khí lí tưởng, không kèm theo
phản ứng hóa học, biến đổi nội năng ΔU = 0.
1.2.2.2.Vận dụng nguyên lí I cho khí lí tưởng

Ta có dU = δQ + δA = δQ – P.dV
a. Với điều kiện đẳng tích: dV = 0 → dU = δQv = n.Cv.dT
Qv = ΔU =

T2

 n.C .dT = n.C (T
v

v

2

 T1 )

(1.16)

T1

(Nếu Cv không đổi trong khoảng nhiệt độ từ T1 đến T2)
b. Với điều kiện đẳng áp: dU + PdV = δQp hay d(U + PV) = δQp
Đặt U + PV = H với H là hàm Entanpi
Vậy: dH = δQp = Cp.dT hay ΔH = Qp =

T2

 n.C .dT = n.Cp.(T2 – T1)
p

(1.17)

T1

(Nếu Cp không phụ thuộc nhiệt độ trong khoảng nhiệt độ từ T1 đến T2)
c. Với điều kiện đẳng nhiệt: U và H của khí lí tưởng chỉ phụ thuộc nhiệt độ,
không phụ thuộc vào thể tích cũng như áp suất, do đó: ΔUT = ΔHT = 0
(1.18)
d. Quan hệ giữa Qp và Qv của phản ứng hóa học diễn ra trong pha khí:
Qp = Qv + Δn.R.T
(1.19)
(Với Δn = số mol khí sản phẩm – số mol khí tham gia phản ứng)

8


Ví dụ 1: Tính biến thiên nội năng khi làm bay hơi 10 gam H2O ở 20oC ở áp suất không
đổi. Chấp nhận hơi nước như khí lý tưởng và bỏ qua thể tích nước lỏng. Nhiệt bay hơi
của nước ở 20oC = 2451,824 J/g.
Giải
o
Thể tích của 10 gam hơi nước ở 20 C, 1 atm là:
V=

nRT 10.0,082.293
= 13,35 (lít)
=
P
18.1

Công giãn nở hơi nước: Ap = -P.V  -P.Vh = -1.13,35.101,325 = -1352,689 (J)

Nhiệt cần cung cấp cho quá trình là: Q = 2451,824.10 = 24518,24 (J)
Biến thiên nội năng khi làm bay hơi 10 gam nước:
U = Q + A = 24518,24 + (-1352,689) = 23165,551(J)
Ví dụ 2: Trong bình kín chứa 100 gam N2 ở 0oC; 1 atm. Biết Cv = 5 cal/mol.K. Hãy
tính Q, U, A khi:
a. Giãn đẳng nhiệt tới thể tích 200 lít.
b. Tăng áp suất tới 1,5 atm khi V không đổi.
c. Giãn đẳng áp tới thể tích gấp đôi.
Giải
a. Giãn đẳng nhiệt tới thể tích 200 lít.
Quá trình đẳng nhiệt nên UT = 0 → Q + A = 0
mà

AT = -nRT.ln
AT = -

V2
V1

với V2 = 200 lít;

V1 =

100
.22,4 = 80 lít
28

100
100
.8,314.273.ln

= - 7427,59 (J)
80
28

QT = 7427,59 (J)
b. Tăng áp suất tới 1,5 atm khi V không đổi.
Quá trình đẳng tích nên AV = 0
U = Qv = n.CV.(T2 - T1)
Ở điều kiện đẳng tích
nên U = QV =

P1 P2
P .T 1,5.273
=  T2 = 2 1 =
=409,5K
T1 T2
P1
1

100
.5.4,18.(409,5 - 273) = 10188,75 (J)
28

c. Giãn đẳng áp tới thể tích gấp đôi
QP = H = n.CP.(T2 - T1)
Vì

V1 V2
V .T
nên T2 = 2 1 = 273.2 = 546K

=
V1
T1 T2

CP = CV + R = 5 + 2 = 7 (cal.K-1.mol-1)
nên QP =

100
. 7. 4,18. (546 - 273) = 28528,5 (J)
28

AP = - P.(V2 - V1) = - 1.(160-80).101,325 = -8106 (J)
= - nR(T2 - T1) = -

100
.8,314. (546 - 273) = - 8106,15 (J)
28

9


U = Q + A = 28528,5 - 8106,15 = 20422,35 (J)
1.2.3. Hàm Entanpi. Nhiệt hóa học
1.2.3.1. Hàm Entanpi
Ta có Q = ΔU + PΔV
Quá trình đẳng tích: V = const → Qv = ΔUv hay “Nhiệt của quá trình đẳng tích
bằng biến thiên nội năng của quá trình đó”.
Quá trình đẳng áp: P = const → δQ = dU + dPV = d(U + PV) = dH → δQp = dH
→ Qp = ∆H = ΔU + PΔV hay “Nhiệt của quá trình đẳng áp bằng biến thiên entanpi của
quá trình đó”. ΔH: là nhiệt kèm theo quá trình đó hay gọi là hiệu ứng nhiệt của quá

trình.
1.2.3.2. Nhiệt hóa học
Nhiệt hóa học nghiên cứu chủ yếu hiệu ứng nhiệt của các phản ứng hóa học hoặc
các quá trình vật lí →Nghiên cứu hiệu ứng nhiệt của các quá trình hóa học.
Khi hệ thực hiện công có ích (A’ ≠ 0):
Q = ΔU + PΔV + A’ → Q – A’ = ΔU + PΔV: Gọi là hiệu ứng nhiệt của
quá trình. Vậy, hiệu ứng nhiệt của quá trình bằng hiệu số của nhiệt (Q) trừ công có ích
(A’) mà hệ thực hiện trong quá trình đó.
- Xét với 1 số quá trình nhiệt động:
+ Quá trình đẳng tích: V = const →ΔV = 0→ (Q – A’)v = ΔUv. Vậy, đối với quá
trình đẳng tích, hiệu ứng nhiệt của quá trình bằng biến thiên nội năng của quá trình đó.
+ Quá trình đẳng áp: P = const → (Q – A’)p = ΔU + PΔV = ΔHp. Vậy, đối với
quá trình đẳng áp, hiệu ứng nhiệt của quá trình bằng biến thiên entanpi của quá trình
đó.
- Xét với phản ứng hóa học: Về nguyên tắc, năng lượng của phản ứng hóa học
được biến đổi thành công có ích A’ = Ahóa = Ađiện (Apin)
+ Phản ứng hóa học xảy ra 1 cách thuận nghịch nhiệt động. A’ = Ahóa = Amax
Quá trình đẳng tích: V = const → (Q - Ahóa)v = ΔUv → (Q - Amax) = ΔUv
Quá trình đẳng áp: P = const → (Q - Ahóa)p = ΔHp.
Kết luận: Hiệu ứng nhiệt của một phản ứng hóa học trong một quá trình bằng
nhiệt sinh ra trong quá trình đó trừ đi công mà quá trình đó thực hiện được.
Ví dụ: Ahóa = Ađiện = ε.F.E
Trong đó E: là sức điện động của pin;
F: là hằng số Farađay = 96500 C/mol;
ε: điện tích ion.
+ Phản ứng xảy ra không thuận nghịch nhiệt động. Trường hợp A’ = 0
Quá trình đẳng tích: Qv = ΔUv.
Quá trình đẳng áp: Qp = ΔHp.
Kết luận: Hiệu ứng nhiệt của phản ứng là nhiệt kèm theo phản ứng đó khi phản
ứng tiến hành không thuận nghịch nhiệt động sao cho công có ích không được thực

hiện. (A’ = 0)
*Chú ý:

10


+ Hầu hết các phản ứng hóa học được thực hiện không phải trong pin điện
nghĩa là Apin = 0. Do đó chỉ còn Qv = ΔUv ; Qp = ΔHp. Vậy nói nhiệt tức là hiệu ứng
nhiệt.
+ Thường các phản ứng xảy ra trong điều kiện áp suất khí quyển, tức đẳng áp
nên ΔHp được dùng rộng rãi hơn, viết gọn là ΔH.
+ Trong thực tế ta thường dùng QKTN để chỉ hiệu ứng nhiệt của một quá trình,
QTN để chỉ nhiệt của một quá trình.
+ Qui ước dấu của hiệu ứng nhiệt: Tỏa nhiệt: mang dấu (-); Thu nhiệt: mang
dấu (+).
1.2.3.3. Phương trình nhiệt hóa học
Phương trình phản ứng có kèm theo hiệu ứng nhiệt của phản ứng và trạng thái
tồn tại của các chất thì gọi là phương trình nhiệt hóa học.
Ví dụ: C(r) + O2(k) → CO2(k) ; ΔH = - 94052 cal/mol (ở 25oC, 1 atm)
1.2.3.4. Định luật Hess
Là phương pháp gián tiếp xác định hiệu ứng nhiệt của các phản ứng hóa học.
Nội dung: Hiệu ứng nhiệt của một phản ứng hóa học ở áp suất không đổi không
phụ thuộc vào các giai đoạn trung gian của phản ứng mà chỉ phụ thuộc vào trạng thái
đầu và cuối của phản ứng.
ΔH1
Chất phản ứng

Sản phẩm

ΔH2

ΔH3
Trạng thái đầu
H1 = ∑Hcđ

Trạng thái cuối
H2 = ∑Hsp
ΔH1 = ΔH2 = ΔH3 = ΔH = ∑Hsp - ∑Hcđ
(1.20)
Nhận xét: Trong lịch sử, định luật Hess được phát biểu trước nguyên lí I, thực tế
có thể suy ra dễ dàng định luật này từ nguyên lí I. Vì ΔHp = ΔU + P.ΔV; ΔHp là biến
thiên của hàm trạng thái nên chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và cuối chứ không phụ
thuộc vào cách tiến hành quá trình.
Hệ quả:
+ Nếu phản ứng thuận có hiệu ứng nhiệt ΔH thì phản ứng nghịch có hiệu
ứng nhiệt là –ΔH.
+ Hiệu ứng nhiệt của một quá trình vòng (chu trình) bằng không.
Ứng dụng của định luật Hess: dựa vào định luật Hess, người ta có thể xác định
ΔH của một quá trình đã cho bằng 2 cách sau:
+ Xác định ΔH của một quá trình khác có cùng trạng thái đầu và trạng thái
cuối. Quá trình thứ hai này thường là một quá trình nhiều giai đoạn, trong đó ΔH của
mỗi giai đoạn đều đã biết.
+ Thiết lập một quá trình vòng gồm nhiều giai đoạn trong đó một giai đoạn
là quá trình đang xét và ΔH của tất cả các giai đoạn còn lại đều đã biết.
Ví dụ 1: Xác định ∆H của phản ứng:

S(r) +
11

3

O2(k) → SO3(k)
2

(1) ∆H1 = ?


Biết:

S(r) + O2(k) → SO2(k)
SO2(k) +

(2) ∆H2 = - 1242,6 kJ/mol

1
O2 → SO3(k)
2

(3) ∆H3 = - 410,8 kJ/mol
Đáp số: -1653,4 kJ/mol

Ví dụ 2: Xác định ∆H của phản ứng: C(r) +
Biết:

C(r) + O2(k) → CO2(k)
CO(k) +

1
O2(k) → CO(k)
2

(1) ∆H1 = ?

(2) ∆H2 = - 399,1 kJ/mol

1
O2(k) → CO2(k)
2

(3) ∆H3 = - 282,8 kJ/mol

Đáp số: -116,3 kJ/mol
1.2.3.5. Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học dựa vào sinh nhiệt
Định nghĩa: Sinh nhiệt hay nhiệt hình thành của một hợp chất là hiệu ứng nhiệt
của phản ứng hình thành 1 mol hợp chất đó từ các đơn chất tương ứng ở trạng thái bền
vững nhất của nguyên tố tự do tạo nên hợp chất từ điều kiện đã cho về nhiệt độ và áp
suất.
Kí hiệu nhiệt hình thành chuẩn của 1 hợp chất là ΔHht; ở điều kiện chuẩn về nhiệt
động lực học (25oC hay 298K và 1 atm) thì kí hiệu: ΔH oht,298 .
Đơn vị: kJ/mol
Chú ý: ΔH oht,298 của đơn chất bền = 0
Ứng dụng: Tính hiệu ứng nhiệt ΔH của phản ứng hóa học. Hiệu ứng nhiệt của
một phản ứng hóa học bằng tổng sinh nhiệt của các sản phẩm trừ đi tổng sinh nhiệt của
các chất phản ứng.
Xét phản ứng: aA + bB → cC + dD
ΔH opu   H oht,sp  H oht,tg  c.H oht,C  d.H oht,D  a.H oht,A  b.H oht,B

(1.21)

Ví dụ: Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng: CaO(r) + CO2(k) → CaCO3(r)
Cho ΔH oht,298 (kJ/mol): - 636 - 394

- 1207
Đáp số: -177 kJ
Entanpi sinh nguyên tử: Khi một mol hợp chất khí được tạo ra từ các nguyên tử
thì độ biến thiên entanpi của quá trình này được gọi là entanpi sinh nguyên tử. Có thể
tính được đại lượng này và dùng entanpi sinh nguyên tử để tính năng lượng của các liên
kết hóa học.
Entanpi sinh của chất tan: Entanpi sinh của chất tan là hiệu ứng nhiệt của quá
trình hình thành một mol chất ở trạng thái tan từ các đơn chất ở vào trạng thái bền vững
nhất trong các điều kiện đã cho về nhiệt độ và áp suất.
Entanpi sinh của ion: Entanpi sinh của ion trong dung dịch nước là biến thiên
entanpi của phản ứng hình thành 1 mol ion bị hiđrat hóa từ các đơn chất.
1.2.3.6.Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học dựa vào thiêu nhiệt
Định nghĩa: Thiêu nhiệt hay nhiệt cháy là hiệu ứng nhiệt của phản ứng oxi hóa
một chất bằng oxi phân tử (O2) tới lúc thu được oxit cao nhất của nguyên tố tương ứng.

12