CHƯƠNG 3: NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC Nội dung Các khái niệm Nguyên lý NĐLH hiệu ứng nhiệt trình HH Nguyên lý thứ NĐLH chiều trình HH Các khái niệm Đối tượng nghiên cứu  Nhiệt động lực học khoa học nghiên cứu quy luật biến hóa từ dạng lượng sang dạng lượng khác Cơ sở nhiệt động lực học nguyên lý nhiệt động lực học  Nhiệt động lực học hóa học khoa học nghiên cứu quy luật biến đổi qua lại hóa dạng lượng khác q trình hóa học  Hệ (nhiệt động ) phần (trong phạm vi hóa học) khảo sát phương diện trao đổi lượng vật chất Phần lại xung quanh mơi trường ngồi hệ  Hệ hở  Hệ kín  Hệ lập  Hệ đồng thể hệ có tính chất lý hố học giống điểm hệ nghĩa khơng có phân chia hệ thành phần có tính chất hố lý khác  Hệ dị thể hệ có bề mặt phân chia thành phần có tính chất hố lý khác  Hệ cân hệ có nhiệt độ, áp suất, thành phần giống điểm hệ không thay đổi theo thời gian  Trạng thái hệ tồn tính chất lý, hố hệ  Thơng số trạng thái: Trạng thái hệ xác định thông số nhiệt động là: nhiệt độ T, áp suất P, thể tích V, nồng độ C…  Hàm trạng thái đại lượng nhiệt động có giá trị phụ thuộc vào thông số trạng thái hệ mà không phụ thuộc vào cách biến đổi hệ  Quá trình biến đổi xảy hệ gắn liền với thay đổi thơng số trạng thái  Q trình xảy áp suất không đổi (P= số) gọi trình đẳng áp  thể tích khơng đổi gọi q trình đẳng tích  nhiệt độ khơng đổi gọi trình đẳng nhiệt…  Quá trình thuận nghịch  Q trình khơng thuận nghịch Nhiệt & Công  Nhiệt Nhiệt lượng Q cần dùng để đem m (g) hóa chất từ lên khoảng nhiệt độ từ T1 đến T2 Q = m C (T2 - T1 ) C: nhiệt dung riêng  Công Cơng thay đổi thể tích A = Pngồi ΔV (ΔV = V2 – V1 ) V1 V2 10 Entanpi phản ứng Entanpi tỷ lệ với hệ số hợp thức phương trình CH4(g) + 2O2(g)  CO2(g) + 2H2O(g) ∆H = -802 kJ 2CH4(g) + 4O2(g)  2CO2(g) + 4H2O(g) ∆H = -1604 kJ Khi đổi chiều phản ứng đổi dấu entanpi: CO2(g) + 2H2O(g)  CH4(g) + 2O2(g) ∆H = +802 kJ CH4(g) + O2(g)  CO2(g) + H2O(g) ∆H = -802 kJ Entanpi phụ thuộc trạng thái CH4(g) + O2(g)  CO2(g) + H2O(g) ∆H = -802 kJ CH4(g) + O2(g)  CO2(g) + H2O(l) ∆H = -890 kJ 19 Định luật Hess hệ A ΔH X Y ΔH3 ΔH5 A ΔH4 B Theo định luật Hess H  H1  H  H  H  H 20 Heä 1: Hiệu ứng nhiệt phản ứng tổng nhiệt tạo thành (sinh nhiệt) sản phẩm trừ tổng nhiệt tạo thành tác chất (có kể hệ số phản ứng tác chất) ΔH0298 = ΣΔH0tt (sản phẩm) – ΣΔH0tt(tác chất) Ví dụ: Cho phản ứng PCl3 (r )  Cl2 (k )  PCl5 (r ) H 298  131,2kJ Tính sinh nhiệt mol tiêu chuẩn PCl5 (r), biết sinh nhiệt mol tiêu chuẩn PCl3(r) -607,2 kJ/mol 21 Heä 2: Hiệu ứng nhiệt phản ứng tổng nhiệt đốt cháy tác chất trừ tổng nhiệt đốt cháy sản phẩm (có kể hệ số phản ứng tác chất) ΔH0298 = ΣΔH0ñc (tc) – ΣΔH0đc(sp) Ví dụ: CH3COOH (l) + C2H5OH (l) → CH3COOC2H5 (l)+ H2O (l) ΔH0ñc - 871,69 - 1366,91 - 2284,05 ΔH0298 = - 871,69 - 1366,91 + 2284,05 = + 45,45 kJ 22 Hệ 3: Hiệu ứng nhiệt phản ứng tổng lượng liên kết bị đứt trừ tổng lượng liên kết ráp (có kể hệ số phản ứng tác chất) ΔH0298 = ΣE(đứt) – ΣE(ráp) Ví dụ: Tính hiệu ứng nhiệt phản ứng: CH  CH (k )  H (k )  CH  CH (k ) H 298  EC  H  EC C  EH  H  EC  H  EC C 23 Ví dụ: Xác định nhiệt phản ứng cho phản ứng sau: 4NH3(k) + 5O2(k)  4NO(k) + 6H2O(k) Sử dụng hệ phản ứng sau N2(k) + O2(k)  2NO(k) H = 180.6 kJ N2(k) + 3H2(k)  2NH3(k) H = -91.8 kJ 2H2(k) + O2(k)  2H2O(k) H = -483.7 kJ 24 Nguyên lý NĐLH chiều trình HH 25 Tăng độ xáo trộn, độ trật tự Độ tăng entropi S ΔS > Rắn ΔS > Lỏng Khí 26 Entropi S  Entropi đại lượng đặc trưng cho trạng thái hệ  Nó biểu diễn độ tự do, xáo trộn, trật tự phân tử (nguyên tử) hệ xét Q S  T Q  Đối với hệ biến đổi thuận nghịch  S  T Q  Đối với hệ biến đổi không thuận nghịch  S  T 27 H O (l )  H O ( k ) S  Cl ( k )  2Cl ( k ) S  N ( k )  H ( k )  NH ( k ) S  CaCO ( r )  CaO ( r )  CO ( k ) S  28 Biến thiên Entropi phản ứng hóa học ∆So = Σ So (sản phẩm) - Σ So (tác chất) (có kể hệ số phản ứng tác chất) Ví dụ: Tính biến thiên Entropi tiêu chuẩn phản ứng: N ( k )  H ( k )  NH ( k ) S 298 ( J / mol.K ) 192 131 193 0 0 S 298  S 298 ( NH )  S 298 ( N )  3S 298 ( H )  199( J / K ) 29 Kết hợp nguyên lý & NĐHH : CHIỀU PHẢN ỨNG Phương trình NĐHH G  H  TS ΔG (kJ/mol): đẳng nhiệt, đẳng áp (Năng lượng tự Gibbs) ΔG < 0: phản ứng xảy tự nhiên ΔG > 0: phản ứng xảy chiều nghịch ΔG = 0: phản ứng đạt cân 30 Ở điều kiện tiêu chuẩn G 298  H 298  TS 298 Thế đẳng áp tạo thành tiêu chuẩn chất (tinh khiết) độ biến thiên đẳng áp phản ứng tạo thành mol chất từ đơn chất bền điều kiên tiêu chuẩn Kí hiệu ΔG0 tt298 Đối với đơn chất ΔG0 tt298 quy ước 31 Tính biến thiên đẳng áp phản ứng hóa học Gopư = S Gott (sp) - S Gott (tác chất)   C2H4(k) + H2O(l) C2H5OH(l) Tính ∆G°pư, cho giá trị sau ∆G°tt(C2H5OH(l)) = -175 kJ/mol ∆G°tt(C2H4(g)) = 68 kJ/mol ∆G°tt(H2O (l)) = -237 kJ/mol ΔG°pư = – 175 – 68 + 237 = –6 (kJ/mol) 32 Ví dụ: Tính biến thiên đẳng áp tiêu chuẩn phản ứng sau: Mg (r )  CO2 (k )  MgO(r )  C ( gr ) Htt 298 (kJ / mol) -393,5 G 298 213,6 S298 ( J / mol.K ) 32,5 -601,8 26,78 5,69  H 298  TS 298 H 298  2(601,8)  1(393,5)  810,1kJ S 298  2(26,78)  5,69  2(32,5)  213,6  219,35 J G 298  H 298  TS 298 3  810,1  298(219,35.10 )  744,7 kJ 33 ... lực học nguyên lý nhiệt động lực học  Nhiệt động lực học hóa học khoa học nghiên cứu quy luật biến đổi qua lại hóa dạng lượng khác q trình hóa học  Hệ (nhiệt động ) phần (trong phạm vi hóa học) ... ứng nhiệt q trình hố học (Nhiệt hóa học) a Nhiệt tạo thành (sinh nhiệt) hợp chất hiệu ứng nhiệt phản ứng tạo thành mol chất từ đơn chất ứng với trạng thái tự bền vững điều kiện cho áp suất nhiệt. .. nhiệt trình HH Nguyên lý thứ NĐLH chiều trình HH Các khái niệm Đối tượng nghiên cứu  Nhiệt động lực học khoa học nghiên cứu quy luật biến hóa từ dạng lượng sang dạng lượng khác Cơ sở nhiệt động