Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu về nguyên lý i và ứng dụng của nguyên lý i
Tiu lun húa lý Giỏo viờn hng dn: TRN THI HềA MC LC Trang Li núi u A.NGUYấN Lí TH NHT NHIT NG LC HC.3 I Mt s khỏi nim.3 1.H ( h thng).3 Bin i ( Quỏ trỡnh) Hm trng thỏi II Nụi dung nguyờn lý I Cỏc cỏch phỏt biu nguyờn lý I Biu thc Mt s lng 3.1 Entanpi.8 3.2 Nhit dung.10 III.Cỏc h qu ca nguyờn lý I12 B.CC NG DNG CA NGUYấN Lí I 13 I Cụng v nhit i vi mt s quỏ trỡnh n gin(gi thit thun nghch nhit ng )i vi khớ lý tng 13 Quỏ trỡnh ng tớch 13 Quỏ trỡnh ng ỏp 13 Quỏ trỡnh ng nhit 14 Quỏ trỡnh oón nhit 14 II.p dng nguyờn lý I vo quỏ trỡnh húa hc Nhit húa hc 17 nh lut Hess17 Cỏc h qu ca nh lut Hess 17 Cỏc ng dng ca nh lut Hess 19 III S ph thuc hiu ng nhit vo nhit nh lut Kichhoff21 Nhit chuyn pha 21 nh lut Kichhoff.21 IV Mi liờn h gia nng lng liờn kt v nhit phn ng 25 C KT LUN26 D TI LIU THAM KHO 27 Li núi u Trang Tiu lun húa lý Giỏo viờn hng dn: TRN THI HềA Hoỏ hc l mụn khoa hc t nhiờn nghiờn cu s kt hp v phõn ly cỏc hp cht mc phõn t Nh nhng phn ng hoỏ hc m ngi ta cú th bin ngun nguyờn liu t nhiờn thnh nhng sm phm cú ớt cho i sng , ng thi khai thỏc ngun nng lng tớch lu cỏc cht dng hoỏ nng ( nng lng liờn kt hoỏ hc) Trong cỏc nghnh khoa hc trung gian, hoỏ lý l nghnh trung gian ln gia vt lý v hoỏ hc Nú nghiờn cu mi quan h gia cỏc hin tng hoỏ hc v vt lý bng cỏc phng phỏp hoỏ hc , vt lý cng nh phng phỏp riờng ca nú l hoỏ lý Hoỏ lý c Lomonoxov (1711-1765) a u tiờn nm 1752 nhng nú thc s c phỏt trin t th k XIX Nhim v ca hoỏ lý ú l nghiờn cu quy lut xy phn ng hoỏ hc trờn c s hiu bit v nng lng, cu trỳc v c ch phn ng Trong cỏc b phn nghiờn cu ca hoỏ lý thỡ nhit ng hoỏ hc nghiờn cu mt nng lng v entropi ca cỏc cht phn ng ,trờn c s ú suy xột v kh nng xy v gii hn ca phn ng Nú ch yu da vo hai nguyờn lý l nguyờn lý I v nguyờn lý II Hai nguyờn lý ny l s l s tng quỏt hoỏ kinh nghim qua nhiu th k ca loi ngi C hai u c tha nhn nh nhng tiờn khụng th chng minh bng lý thuyt nhng s ỳng n ca nú c xỏc nhn ch khụng mt h qu no c rỳt mt cỏch logic t nguyờn lý ú m mõu thun vi thc nghim.Trong ú nguyờn lý I biu th v mt nh lng ca nh lut ca nh lut bo ton v chuyn hoỏ nng lng h v mụ cú liờn quan n hin tng nhit T ú cú th nhn xột rng lý thuyt ca nhit hoỏ hc l h qu ca nguyờn lý I ca ng lc hc Do nguyờn lý I c xõy dng trờn c s thc nghim Vỡ iu kin thc nghim rt nhiu nờn vic la chn xõy dng v phỏt biu nguyờn lý I ca mi tỏc gi l khỏc Nhng tu chung li chỳng u tng ng Nu xut phỏt t lý cú mt s kim nghim trc tip v chớnh xỏc nht thỡ cú th trỡnh by nguyờn lý I di dng mt nh lut kinh nghim hon ton chc chn l nguyờn lý tng ng Nhng cho dự cỏch phỏt biu nh th no vai trũ ca nguyờn lý I i vi nhit ng húa hc v húa lý l khụng th ph nhn Nhn thy tm quan trng ca nguyờn lý I i vi nhit hoỏ hc núi riờng v hoỏ lý núi chung tụi mnh dn tỡm hiu v nghiờn cu v Nguyờn lý I v ng dng ca nguyờn lý I Do hn ch v trỡnh cng nh thi gian nờn chc chn khụng th trỏch sai sút Vỡ vy kớnh mong quý thy cụ giỏo v cỏc bn hc viờn úng gúp ý kin cho bn tiu lun c hon chnh hn Em xin chõn thnh cm n quý thy cụ v cỏc bn hc viờn A NGUYấN Lí TH NHT NHIT éNG HC Trang Tiu lun húa lý Giỏo viờn hng dn: TRN THI HềA Nhit ng hc l ngnh vt lý nghiờn cu dng nhit ca chuyn ng vt cht v nhng qui lut ca chuyn ng ú Nhit húa hc l mt phn ca nhit ng hc nhm mc ớch kho sỏt s trao i nng lng i kốm theo nhng bin i vt lý, húa hc ca vt cht Nhit húa hc giỳp tiờn oỏn mt s trng hp mt bin i cú th xy c hay khụng I MT S KHI NIM H (H thng) H l mt phn ca v tr cú gii hn xỏc nh ang c kho sỏt v phng din trao i nng lng v vt cht Phn cũn li ca v tr l mụi trng ngoi i vi h Thớ d: Mt hn hp gm hai húa cht ang cho phn ng mt ng hn kớn H l cỏc cht hin din ng, gii hn ca h l vỏch ng, phn v tr ngoi ng l mụi trng ngoi H cú th trao i nhit, cụng, vt cht vi mụi trng ngoi Thớ d: H gm kim loi km ang cho phn ng vi dung dch HCl mt becher: Zn + 2HCl ZnCl2 + H2 Khớ H2 thoỏt becher: h mt vt cht Phn ng ta nhit: h cung cp nhit cho mụi trng ngoi Cú ba loi h: - H h (h m): l h cú th trao i c nng lng ln vt cht vi mụi trng ngoi Thớ d: un sụi mt m nc, nhit c cung cp vo h, h mt vt cht mụi trng ngoi di dng hi nc - H kớn (h úng): l h ch trao i vi mụi trng ngoi nng lng nhng khụng trao i vt cht Trang Tiu lun húa lý Giỏo viờn hng dn: TRN THI HềA Thớ d: h gm cỏc húa cht ang cho phn ng mt ng thy tinh hn kớn H khụng mt vt cht nhng cú th nhn nhit vo (nu phn ng thu nhit) hoc cung cp nhit (nu phn ng ta nhit) - H cụ lp: l h khụng trao i c nng lng ln vt cht vi mụi trng ngoi Thớ d: mt bỡnh Dewar cha húa cht c y kớn v c bao ph bng mt lp cỏch nhit tht dy cho vt cht v nhit lng khụng th trao i vi mụi trng ngoi Trng thỏi Trng thỏi l mt t núi lờn c im ca h ang c kho sỏt Mt h cú trng thỏi xỏc nh nhng bin s xỏc nh nhng i lng ca h c bit mt cỏch chớnh xỏc nh nhit , th tớch, ỏp sut, lng riờng cỏc i lng ny c gi l bin s trng thỏi ca h Trng thỏi ca h s thay i nu ớt nht cú mt nhng bin s trng thỏi thay i Thớ d: 50cm3 nc 20oC, 1atm cho bit trng thỏi ca h nc ang xột Chỳ ý trng thỏi õy khỏc vi trng thỏi hp ca vt cht (pha, tng) l rn, lng, khớ Thớ d h nc trờn c un núng n 50 oC, cng ỏp sut 1atm thỡ h ny ó cú trng thỏi khỏc: th tớch nc ln hn 50cm mt ớt, nhit 50oC, ỏp sut 1atm Nhng c hai trng thỏi ca h nc trờn thỡ nc ca h u pha lng Bin i (Quỏ trỡnh) Mt h nhit ng hc bin i (hay thc hin mt quỏ trỡnh) trng thỏi ca h thay i Trng thỏi ca h thay i nu ớt nht cú mt bin s trng thỏi ca h thay i Bin i c xỏc nh nu bit rừ trng thỏi u v trng thỏi cui éng bin i ch c xỏc nh bit c trng thỏi u, trng thỏi cui v tt c nhng trng thỏi trung gian m h ó tri qua Trang Tiu lun húa lý Giỏo viờn hng dn: TRN THI HềA Ngi ta chia cỏc loi bin i: - Bin i h (m): l bin i em h t trng thỏi u n trng thỏi cui khỏc - Bin i kớn (úng): l bin i em h t trng thỏi u n trng thỏi cui ging Trng hp ny, h ó thc hin mt chu trỡnh bin i kớn Thớ d: 50cm3 nc 20oC, 1atm c un núng n 70oC, 1atm ri li c lm ngui v 20oC, 1atm - Bin i thun nghch: l bin i m cỏc trng thỏi trung gian ca h tri qua c xem nh cỏc quỏ trỡnh cõn bng Mt cỏch n gin xỏc nh tớnh cht thun nghch ca mt bin i l kho sỏt xem bin i ngc li cú th xy c hay khụng ch thay i rt ớt iu kin thc nghim Nu bin i ngc xy c thỡ ú l bin i thun nghch, nu bin i ngc khụng xy c thỡ ú l bin i bt thun nghch (hay bin i t nhiờn) Thớ d: s truyn nhit t ngun núng sang ngun lnh l mt bin i bt thun nghch hay t nhiờn vỡ bin i ngc li, tc s truyn nhit t ngun lnh sang ngun núng khụng th thc hin mt cỏch t nhiờn S ri t di tỏc dng ca trng trng cng l mt bin i t nhiờn hay bt thun nghch S ụng c ca nc oC, 1atm l mt bin i thun nghch vỡ bin i ngc li ng vi nc ỏ núng chy 0oC, 1atm cng cú th thc hin c - Bin i ng tớch: l bin i c thc hin iu kin th tớch ca h khụng thay i Thớ d: mt phn ng húa hc c thc hin ng hn kớn - Bin i ng ỏp: l bin i c thc hin iu kin ỏp sut khụng i Thớ d: phn ng c thc hin bỡnh cu n thụng vi khớ quyn bờn ngoi Trang Tiu lun húa lý Giỏo viờn hng dn: TRN THI HềA - Bin i ng nhit: l bin i c thc hin iu kin nhit khụng i Thớ d: phn ng c thc hin mt bỡnh cu nh c t bỡnh iu nhit(*) gi nhit xỏc nh - Bin i on nhit: l bin i c thc hin iu kin khụng cú s trao i nhit lng gia h vi mụi trng ngoi Thớ d: phn ng c thc hin bỡnh Dewar y kớn, c bao quanh bi cỏc lp cỏch nhit tht dy Hm s trng thỏi Mt i lng c gi l hm s trng thỏi ca h nu bin thiờn ca i lng ú ch ph thuc vo trng thỏi u v trng thỏi cui ca h m khụng ph thuc vo cỏch tin hnh quỏ trỡnh (nh thun nghch hay bt thun nghch) Núi chung, tt c cỏc bin s trng thỏi ca h nh nhit T, ỏp sut p, th tớch V u l nhng hm s trng thỏi ca h vỡ nhng bin s ú ch c trng cho trng thỏi ang xột ca h Khi h chuyn t trng thỏi u sang trng thỏi cui, bin thiờn ca nhng bin s trng thỏi ca h ch ph thuc vo nhng trng thỏi ú, khụng ph thuc vo cỏc trng thỏi trung gian m h tri qua Mt bin thiờn hu hn (tng i ln) ca mt bin s trng thỏi x quỏ trỡnh c ghi l : = x2-x1, ú x1, x2 l giỏ tr ca x trng thỏi u v trng thỏi cui Mt bin thiờn vụ cựng nh ca bin s trng thỏi x s c ghi l dx hoc x Cú nhng i lng khụng phi l hm s trng thỏi ca h trng hp tng quỏt nh nhit lng Q, cụng A Nhit lng Q v cụng A m h trao i vi mụi trng ngoi khụng nhng ph thuc vo trng thỏi u, trng thỏi cui ca h m cũn ph thuc vo cỏch tin hnh quỏ trỡnh Chỳng c trng cho quỏ trỡnh ch khụng phi l bin s trng thỏi ca h Chỳng ta qui c dựng ký hiu ch nhng lng vụ cựng nh ca nhng i lng no khụng phi l hm s Trang Tiu lun húa lý Giỏo viờn hng dn: TRN THI HềA trng thỏi ca h, thớ d: Q, A v dựng ký hiu d hoc cho nhng bin thiờn vụ cựng nh ca nhng bin s l hm s trng thỏi ca h, thớ d: dT, dp, dV, II NI DUNG NGUYấN Lí I Cỏc cỏch phỏt biu nguyờn lớ I Nguyờn lớ I ca nhit ng lc hc l mt tin khụng th chng minh bng lớ thuyt, nhng c rỳt t kinh nghim trc tip ca loi ngi Nguyờn lớ I ca nhit ng hc l mt dng ca nh lut bo ton v bin i nng lng Ngi ta cũn núi ni dung ca nguyờn lớ mt l s ỏp dng nh lut bo ton v bin húa nng lng vo cỏc h v mụ cú liờn quan n s trao i cụng v nhit vi mụi trng ngoi nh lut bo ton v bin húa nng lng c phỏt biu di cỏc dng tng ng sau õy: Năng lợng không tự nhiên sinh mà không tự mà chuyển từ dạng sang dạng khác theo tỷ lệ tơng đơng nghiêm ngặt Trong h cụ lp bt kỡ, nng lng chung luụn luụn c bo ton Ngoi cũn cú mt dng na ca nh lut bo ton v bin i nng lng gi l nguyờn lớ I thng c s dung nhit ng hc nh lut ny c xõy dng, trc ht da trờn c s ca mi liờn h gia nhit lng v cụng m h nghiờn cu hp th v thc hin Khụng th cú loi ng c vnh cu loi mt õy l mt cỏch phỏt biu tt ca nguyờn lớ I Biểu thức Quy ớc: Khi hệ nhiệt động thực chu trình trao đổi lợng với bên dới dạng nhiệt công: 1) Nếu nhận nhiệt (Q>0) sinh công (A0) sinh nhiệt (Q[...]... nghim l rt nhiu nờn vic la chn chỳng xõy dng nguyờn lý I l tựy ý Do ú cú rt nhiu cú rt nhiu cỏch phỏt biu khỏc nhau cho nguyờn lý I nhng tt c u tng ng , ly mt cỏch no ú khi im l cú th suy ra mi cỏch khỏc Cỏch phỏt biu ca nguyờn lý I cú v n gin nhng nhng ng dng ca nguyờn lý I l rt ln c bit trong nhit ng lc hc n i riờng l c nghnh húa hc n i chung. hiu r hn v nguyờn lý I v cỏc ng dng ca nú trong vt lý. .. Khi nhit tuyt i dn ti khụng thỡ nhit dung cng dn ti khụng Dbai ó chng minh c rng nhng nhit thp nhit dung t l vi ly tha bc 3 ca nhit tuyt i 3 12 T CV = 4 R ữ (I. 17) 5 c gi l nhit c trng ca mt cht v thng khong 1000 400 K i vi nhng cht m ch trong nhit cao nhit dung mi t ti 6 cal -1 mol-1 thỡ ln hn Vớ d kim cng =18600K - Cú th ỏnh giỏ gn ỳng nhit dung mol ca cỏc mui bng phộp cng nhit dung... trao i nhit nhit lng do vt ny ta ra bng nhit lng do vt kia thu vo U=0 Q1=-Q2 B NG DNG CA NGUYấN Lí I I CễNG V NHIT I VI MT S QU TRèNH N GIN ( GI THIT THUT NGHCH NHIT NG) I VI KH Lí TNG 1 Quỏ trỡnh ng tớch.(dV=0) Cụng : Khụng cú cụng gin n : A = PdV = 0 (I. 1) Nhit : Theo nguyờn lý I : Q = dU + PdV QV = dUV i vi n mol khớ lý tng ta cú 2 UV = dUV = nCV dT QV = UV = n CV dT (I. 2) 1 Nu CV ca khớ lý. .. A= (I. 15) -1 1 1 2 2 T (I. 15) ta d chng minh c :A= P1.V21- P2 V11- =nCV(T1-T2) -1 Vớ d :Cho 100 g nito nhit t=00C v P=1 at Tớnh nhit Q bin thiờn ni nng U ,cụng A trong nhng quỏ trỡnh sau õy c thc hin thun nghch nhit ng: a Thc hin ng tớch n ỏp sut 1,5 at b Gión ng ỏp ti th tớch gp i c Gin ng nhit ti V=200lớt d Gin on nhit ti V=200lớt Chp nhn khớ nito l lý tng v nhit dung ng ỏp ca nú cú giỏ tr... trong mui ú Vớ d nhit dung ca PbS nhit phũng l 12,3 cal. -1.mol-1 Cũn tng nhit dung ca chỡ v lu hunh l 6,3+5,5=11,8 III CC H QU CA NGUYấN Lí I H qu 1: - Khụng tn ti ng c vnh cu loi I Ta gi s h thc hin mt chu trỡnh kớn v tr li trng th i u tc l U1=U1 v cúU=0 Q-A=0 hay Q=A hay Q=-A iu ny cú ngha h nhn cụng thỡ ta nhit, h sinh cụng phi thu nhit Trang 12 Tiu lun húa lý Giỏo viờn hng dn: TRN THI HềA H... hc cn nhiu thi gian v cụng sc Trong tiu lun ny t i ó tng hp, phõn tớch qua cỏc ti liu v ó trỡnh by mt cỏch ngn gn cỏc cỏch phỏt biu v xõy dng nguyờn lý I, cng nh nhng ng dng n gin ca nú trong húa lý n i riờng v nghnh húa hc n i chung Vi cỏch xõy dng nh vy giỳp t i nm rừ hn v nguyờn lý I v cỏc ng dng ca nú cho ti c hon chnh hn t i rt mong cú s úng gúp ca quý thy cụ v cỏc bn hc viờn D.Ti liu tham kho... nhit sinh ca cỏc cht u H = H ( sp ) H (tg ) (II.3) Nu iu kin chun T=2980K ta cú: H 2980 K = H 2980 K ( sp ) H 2980 K (tg ) (II.3) T nh ngha ny suy ra: nhit sinh ca mt n cht bn vng iu kin Trang 17 Tiu lun húa lý Giỏo viờn hng dn: TRN THI HềA chun bng khụng: H (n cht )=0 H qu 3: Hiu ng nhit ca mt phn ng bng tng nhit chỏy ca cỏc cht u tr i tng nhit chỏy ca cỏc cht cui H = H ( tg ) H ( sp ) (II.4)... Tiu lun húa lý Giỏo viờn hng dn: TRN THI HềA lng gii phúng ra khi cho 1 nguyờn t C v 4 nguyờn t H kt hp vi nhau 1 4 T õy ta cú nng lng liờn kt ElkC-H= 1649,8 = 412, 45kJ C KT LUN Nh ó n i nguyờn lý I l mt tiờn c rỳt ra t thc nghim ca loi ngi ú l mt tiờn khụng th chng minh nhng tớnh ỳng n ca nú thỡ khụng th bn c i Tt c cỏc h qu c rỳt ra t nguyờn lý I u ó chng minh c tớnh ỳng n ca nú.Vỡ nhng d kin... 386,192 j.mol 1 +Nhit ca phn ng Na(r) + 1/2 Cl2(k) NaCl H 5 = 414, 216 j.mol 1 xỏc nh nng lng mng li tinh th NaCl ta dựng chu trỡnh nhit ng Born Haber: Theo nh lut Hess ta cú: Trang 20 Tiu lun húa lý Giỏo viờn hng dn: TRN THI HềA III S PH THUC HIU NG NHIT VO NHIT .NH LUT KIRCHHOFF 1.Nhit chuyn pha -Chuyn pha: bay hi ,núng chy, ụng c, thng hoa - H cf l nhit lng trao i vi m i trũng khi 1 mol cht chuyn... nguyờn lý I Tuy nhiờn xột v mt logic thỡ nh lut Hess l h qu ca nguyờn lý I nh lut cú th biu th qua 2 cụng thc sau: QV=- UV (II.1) QP= H P (II.2) H Vớ d: C(Rn) +O2 H1 CO2 H 2 CO+1/2O2 Theo nh lut Hess ta cú H = H1 + H 2 2 Cỏc h qu ca nh lut Hess H qu 1: Hiu ng nhit ca phn ng thun bng hiu ng nhit ca phn ng nghch nhng ngc du.: H t = H n H qu 2: Hiu ng nhit ca mt phn ng bng tng nhit sinh ca cỏc cht cui tr i ... TRN THI HềA Ngi ta chia cỏc loi bin i: - Bin i h (m): l bin i em h t trng th i u n trng th i cui khỏc - Bin i kớn (úng): l bin i em h t trng th i u n trng th i cui ging Trng hp ny, h ó thc hin mt... thay i Bin i c xỏc nh nu bit rừ trng th i u v trng th i cui éng bin i ch c xỏc nh bit c trng th i u, trng th i cui v tt c nhng trng th i trung gian m h ó tri qua Trang Tiu lun húa lý Giỏo viờn... c t bỡnh iu nhit(*) gi nhit xỏc nh - Bin i on nhit: l bin i c thc hin iu kin khụng cú s trao i nhit lng gia h vi m i trng ngoi Thớ d: phn ng c thc hin bỡnh Dewar y kớn, c bao quanh bi cỏc lp