ÁP DỤNG CÁC NGUYÊN LÝ VÀO QUÁ TRÌNH PHẢN ỨNG HÓA HỌC (HÓA LÝ SLIDE CHƯƠNG 7)

HÓA LÝ 1

Chương 6 – Áp dụng các nguyên lý
vào q trình phản ứng hóa học
1


Nội dung
1.
2.
3.
4.
5.

Định luật Hess
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến H
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến G
Ảnh hưởng của áp suất đến G
Xét chiều và giới hạn của quá trình phản ứng hóa
học
6. Thế hóa học

2


1. Định luật Hess
Q4

Q5

Q3

Q

1
Germain Henri Hess
(1802 - 1850)

Q1

2
Q2

Q = Q1 + Q2 = Q3 + Q4
+ Q5
Trong một quá trình đẳng áp
hay đẳng tích, nhiệt quá trình
chỉ phụ thuộc vào trạng thái
đầu và trạng thái cuối mà
không phụ thuộc vào các trạng

3


1. Định luật Hess

Từ ngun lý thứ nhất:
• Q trình đẳng tích:

QV = U

• Q trình đẳng áp:

Qp = H

Do U, H là hàm trạng thái nên giá trị không phụ
thuộc vào đường đi
ĐL Hess là hệ quả của nguyên lý
thứ nhất
4


1. Định luật Hess

Quan hệ  U và  H của quá trình phản ứng
H= U + PV
H = U +  (PV)
Hệ ngưng tụ: (lỏng hay rắn)
 (PV)  0



H  U

5


1. Định luật Hess

Quan hệ  U và  H của q trình phản ứng
H = U +  (PV)
Hệ khí lý tưởng:

PV = nRT  (PV)
= (nRT)
 H =U + (nRT)
Nếu đẳng nhiệt:  H =  U + RT n

n là biến thiên số mol khí trong
quá trình:
n = n khí cuối - n khí đầu
6


1. Định luật Hess

Hệ quả của định luật Hess
a/ Hthuaän = –Hnghịch
b/ Nhiệt phản ứng bằng tổng nhiệt sinh
của sản phẩm (cuối) trừ đi tổng nhiệt
sinh của các chất tham gia phản ứng
(đầu).

H p�  �H(S)cuo�
H(S)�a�
i �
u

c/ Nhiệt phản ứng bằng tổng nhiệt cháy
của chất tham gia phản ứng (đầu) trừ đi
tổng nhiệt cháy của các sản phẩm
(cuối)

H p�  �H(ch)�a�
 �H(ch)cuo�
i
u


1. Định luật Hess
NHIỆT SINH của một chất là nhiệt phản
ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn
chất ở dạng bền vững nhất của chất đó
o
o
ở điềuH
kiện
khảo
sát.

H
T
298
Ký hiệu
,ví dụ ở điều kiện chuẩn
.
NHIỆT
CHÁY của một chất là nhiệt phản
ứng cháy 1 mol chất đó với oxy để tạo
thành các oxyt cao nhất của các nguyên
o
o
tố (tạo

thành
chất
đó)
ở
điều
kiện
khảo

H
HT (cha�
298(
cha�
y
)
y)
sát.
Ký hiệu
, ở điều kiện chuẩn
(thường cho nhiệt cháy của các chất hữu
cơ).


1. Định luật Hess

Các đơn chất bền vững nhất AH
+

o
T ( A)

A + O2  Các oxyt cao nhất
Ví dụ:

C + O2

HTo(cha�
yA)
+

 CO2

C + O2  CO
CO + O2  CO2
CxHyOzNt + O2  CO2 + H2O + NO2
Nhieät sinh của đơn chất (O2, H2, Al …) bằng
0
Nhiệt cháy của các oxyt có số oxy hóa
lớn nhất (CO2, SO3,…) bằng 0.


1. Định luật Hess
d/ Nhiệt phản ứng bằng tổng năng lượng
liên kết của chất tham gia phản ứng (đầu)
trừ đi tổng năng lượng liên kết của các sản
phẩm (cuối)

Hpư = El.kết(tác chất) - El.kết(sản phẩm)

Sổ tay: El.kết (kcal/mol, kJ/mol)

10


1. Định luật Hess

 H của quá trình phản ứng (T,P = const)
Ví dụ:

Tính hiệu ứng nhiệt ( H 00298
) của phản
298
ứng sau:
2CO (k) + O22 (k)  2CO22 (k)l.ket
Liên kết
E (kcal/mol)
C=O

168

O=O

117

11


2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu ứng nhiệt
Quá trình đẳng áp:
 H 
 Q 


 
 C P
 T  P  T  P

Định luật Kirchhoff

 H 

 C P
 T  P

T2

H T 2 H T 1  C P dT
T1

CP = dCP,D – aCP,A – bCP,B
12


2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu ứng nhiệt
Quá trình đẳng tích:
 U 
 Q 

 
 CV
 T V  T V

 U 

 CV
 T V

T2

U T 2 U T 1  CV dT
T1

13


2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu ứng nhiệt
Biểu thức gần đúng

Nếu CP = 0 :
HT = const
 hiệu ứng nhiệt phản ứng
không phụ thuộc vào nhiệt độ




Nếu CP = const:H T2  H T1  CP  T2  T1 


2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu ứng nhiệt
Cho phản ứng: N2 + 3 H2 = 2NH3
Hiệu ứng nhiệt của phản ứng ở

25oC: = –22,08 Kcal
Xác định hàm số mô tả sự phụ
thuộc vào nhiệt độ của nhiệt phản
ứng đẳng áp HT = f(T) và tính nhiệt
phản ứng đẳng áp ở 1000K.
Biết: CP (N2) = 6,65 + 10–3T (calmol–1K-1)
CP (H2) = 6,85 + 0,28.10–3T (calmol–1K-1)
CP (NH3) = 5,92 + 8,96.10–3T (calmol–1K-1)
15


3. Ảnh hưởng của áp suất đến hiệu ứng nhiệt

Tự đọc

16


4. Xét chiều phản ứng
Với quá trình thuận nghịch

dU= TdS – P.dV – A’max

-P

V

-S

T

H

F

dH = TdS + V.dP – A’max
dG = – SdT + V.dP – A’max
dF= – SdT – P.dV – A’max

U

G

17


4. Xét chiều phản ứng

Ý nghĩa hàm G
• Hàm G thật ra là một hàm số kết hợp giữa hàm enthalpy (H) và
hàm entropy (S).
• Hàm Gibbs này là một hàm trạng thái.
• Hàm G có đơn vị là năng lượng, nhưng nó khơng phải là năng
lượng (vì nó khơng mang thuộc tính của năng lượng, đó là khả
năng được bảo tồn).
• Biến thiên năng lượng Gibbs là cơng hữu ích cực đại mà một hệ
có thể thực hiện được đối với môi trường xung quanh trong điều
kiện đẳng nhiệt và đẳng áp.
• Đa số các q trình chuyển pha hoặc chuyển hóa hóa học thường
xảy ra ở điều kiện đẳng nhiệt, đẳng áp  Hàm Gibbs là hàm số

hữu dụng nhất trong số các hàm nhiệt động.
18


4. Xét chiều phản ứng

Ý nghĩa hàm G

19


4. Xét chiều phản ứng
• Với Q Trình Thuận Nghịch, sinh cơng thể tích:

– Nội năng:

dU= TdS – P.dV

– Enthalpy:

dH = TdS + V.dP

– Năng lượng Gibbs:

dG = – SdT + V.dP

– Năng lượng Helmholtz:

dF= – SdT – P.dV

20


4. Xét chiều phản ứng
Xét chiều quá trình đẳng nhiệt- đẳng áp

dG  –SdT + V.dP – A’
Đẳng nhiệt, đẳng áp: dT= 0 ; dP= 0

dG – A’

21


4. Xét chiều phản ứng
Xét chiều quá trình đẳng nhiệt- đẳng áp

dG – A’
• QT Bất Thuận Nghịch (tự xảy):

dG < – A’ < 0

G giảm

• Trạng thái cân bằng: G đạt cực tiểu

dG =0 và d2G <0
22

4. Xét chiều phản ứng
Xét chiều quá trình đẳng nhiệt- đẳng áp

∆GT,P (p.ư) = (i.∆G) (sản phẩm) - (i.∆G) (tác chất)

23


4. Xét chiều phản ứng
Xét chiều quá trình đẳng nhiệt- đẳng tích

dF  –SdT – P.dV – A’

Đẳng nhiệt, đẳng tích:
dT= 0 ; dV= 0

dF – A’
24


4. Xét chiều phản ứng
Xét chiều quá trình đẳng nhiệt- đẳng tích

dF – A’
• QT Bất Thuận Nghịch (tự xảy):

dF < – A’ < 0

F giảm

• Trạng thái cân bằng: F đạt cực tiểu

dF =0 và d2F <0
25