CHƯƠNG NHIỆT HÓA HỌC 4.1 Một số khái niệm Chương 4: Nhiệt hóa học 4.1 Một số khái niệm Nhiệt động học, nhiệt động hóa học, nhiệt hóa học Nhiệt phản ứng (hiệu ứng nhiệt PU) Hệ hóa học Trạng thái – Quá trình Các thông số trạng thái Các hàm nhiệt động Chương 4: Nhiệt hóa học 4.1.1.Nhiệt động học, nhiệt động hóa học, nhiệt hóa học Nhiệt động học (Thermodynamics) Nghiên cứu chuyển hóa tất dạng lượng, qui luật có liên quan tới biến đổi nhiệt thành dạng lượng khác Cơ sở lý thuyết: nguyên lý I, II III Nhiệt động hóa học (Chemical thermodynamics) Nghiên cứu chuyển hóa hóa dạng lượng khác trình hóa học Nhiệt hóa học (Thermo chemistry) Nghiên cứu chuyển hóa hóa nhiệt năng, nghĩa chuyển lượng phản ứng hóa học thành nhiệt Chương 4: Nhiệt hóa học 4.1.2 Hệ Là tập hợp vật thể xác định không gian đó, phần lại xung quanh môi trường Hệ hóa học: lượng chất định hay nhiều chất điều kiện nhiệt độ, áp suất nồng độ Môi trường Hệ hoá học khí H2 O2 4.1.2 Hệ Hệ Trao đổi Trao đổi vật chất lượng Hở Có Có Kín Không Có Cô lập Không Không (1) (2) (3) 4.Hệ đoạn nhiệt: không trao đổi chất nhiệt trao đổi công 5.Hệ đồng thể: Các cấu tử pha bề mặt phân chia cấu tử 6.Hệ dị thể: Các cấu tử khác pha có bề mặt phân chia cấu tử Chương 4: Nhiệt hóa học 4.1.3 Trạng thái (nhiệt động) - Thông số trạng thái – Hàm trạng thái Trạng thái hệ được xác định tập hợp thông số trạng thái nhiệt độ, áp suất, thể tích, thành phần VD: lít dd NaOH 2M, 250C sẽ biến đổi thông số trạng thái biến đổi Chương 4: Nhiệt hóa học 4.1.3 Trạng thái (nhiệt động) - Thông số trạng thái – Hàm trạng thái Thông số trạng thái Liên hệ với phương trình trạng thái Ví dụ: Khí lý tưởng PV = nRT; Dung dịch m = V.d Thông số dung dộ Tỷ lệ với lượng chất Có tính cộng VD: n,m,V,E… Thông số cường độ Không tỷ lệ với lượng chất Không có tính cộng VD: T,C,P… Chương 4: Nhiệt hóa học 4.1.3 Trạng thái (nhiệt động) - Thông số trạng thái – Hàm trạng thái Hàm trạng thái  Biểu diễn mối quan hệ thông số trạng thái  Có giá trị phụ thuộc vào thông số trạng thái không phụ thuộc vào cách biến đổi hệ  không phụ thuộc vào đường hệ Nhiệt độ T, áp suất P, thể tích V, nội U, enthalpy H, entropy S, đẳng áp G … Ví dụ: Khí lý tưởng PV = nRT → P = nRT/V Chương 4: Nhiệt hóa học 4.1.3 Trạng thái (nhiệt động) - Thông số trạng thái – Hàm trạng thái Trạng thái cân Các thông số trạng thái điểm hệ phải có giá trị không thay đổi theo thời gian Chương 4: Nhiệt hóa học 4.2.2.Hiệu ứng nhiệt trình Nhiệt đốt cháy là hiệu ứng nhiệt phản ứng đốt cháy mol chất khí oxy tạo thành oxit cao bền điều kiện phản ứng Đơn vị: kJ/mol hay kcal/mol Nhiệt đốt cháy tiêu chuẩn: DH0298 đc hay DH0298 b  điều kiện tiêu chuẩn (25°C,1atm) Chương 4: Nhiệt hóa học 4.2.2.Hiệu ứng nhiệt trình Nhiệt đốt cháy Đối với chất hữu cơ, nhiệt đốt cháy hiệu ứng nhiệt phản ứng đốt cháy mol chất hữu oxy vừa đủ tạo thành khí CO2, nước lỏng số sản phẩm khác (N2, X2 , HX ) Nhiệt đốt cháy tiêu chuẩn khí CO2 nước lỏng qui ước không Ví dụ C2H4(k) + 3O2(k) → 2CO2(k) + 2H2O(l) DH0298đc = – 1411 kJ/mol Chương 4: Nhiệt hóa học 4.2.2.Hiệu ứng nhiệt trình  Nhiệt hòa tan  Nhiệt chuyển pha Chương 4: Nhiệt hóa học 4.2.2.Hiệu ứng nhiệt trình Phương trình nhiệt hóa học Chiều diễn trình hóa học là phương trình phản ứng hóa học thông thường có ghi kèm hiệu ứng nhiệt trạng thái tập hợp, dạng thù hình chất Có thể xử lý phương trình nhiệt hóa học phương trình đại số (cộng, trừ, nhân với hệ số, đổi chiều ) Chương 4: Nhiệt hóa học 4.2.2.Hiệu ứng nhiệt trình Phương trình nhiệt hóa học Chiều diễn trình hóa học Hiệu ứng nhiệt phản ứng tỷ lệ với lượng chất phản ứng ½ H2(k) + ½ Cl2(k) → HCl(k) DH0298 = – 92,8kJ H2(k) + Cl2(k) → 2HCl(k) Chương 4: Nhiệt hóa học DH0298 = – 185,6kJ 4.2.2.Hiệu ứng nhiệt trình Phương trình nhiệt hóa học Chiều diễn trình hóa học Dự đoán chiều hướng diễn PU hóa học: Ở điều kiện nhiệt độ thấp, phản ứng phát nhiệt (DH < 0) phản ứng có khả xảy tự phát  Ví dụ: Zn(r) + 2HCl(dd) → ZnCl2(dd) + H2(k) ½ H2(k) + ½ Cl2(k) → HCl(k) C(graphit) + H2O(k) → CO(k) + H2(k) Chương 4: Nhiệt hóa học DH0298 = - 152.6kJ DH0298 = - 92,8kJ DH0298 = + 131,3 kJ 4.2.2.Hiệu ứng nhiệt trình Các định luật nhiệt hóa học hệ Định luật Lavoisier – La Place Lượng nhiệt hấp thụ chất phân hủy thành nguyên tố lương nhiệt phát tạo thành hợp chất từ nguyên tố  Hiệu ứng nhiệt phản ứng nghịch hiệu ứng nhiệt phản ứng thuận trái dấu ½ H2(k) + ½ I2(k) → HI (k) DH0298 = +26,48 kJ HI (k) → ½ H2(k) + ½ I2(k) DH0298 = -26,48 kJ Chương 4: Nhiệt hóa học 4.2.2.Hiệu ứng nhiệt trình Các định luật nhiệt hóa học hệ Định luật Hess (1840) Hiệu ứng nhiệt phản ứng hóa học phụ thuộc vào chất trạng thái chất đầu cuối không phụ thuộc vào đường trình, nghĩa không phụ thuộc vào số lượng đặc điểm giai đoạn trung gian Nói cách khác: có nhiều cách biến đổi hệ từ trạng thái đầu sang trạng cuối tổng hiệu ứng nhiệt cách phải Chương 4: Nhiệt hóa học 4.2.2.Hiệu ứng nhiệt trình Các định luật nhiệt hóa học hệ Định luật Hess (1840) A DH1 DH2 DH Chất phản ứng DH B DH4 Sản phẩm DH5 phản ứng C DH = DH1 + DH2 = DH3 + DH4 + DH5 Chương 4: Nhiệt hóa học 4.2.2.Hiệu ứng nhiệt trình Các định luật nhiệt hóa học hệ Định luật Hess (1840) DH1 A DH2 C B DH3 DH1 = DH2 + DH3 Chương 4: Nhiệt hóa học 4.2.2.Hiệu ứng nhiệt trình Các định luật nhiệt hóa học hệ Hệ 1: Hiệu ứng nhiệt phản ứng tổng nhiệt tạo thành sản phẩm trừ tổng nhiệt tạo thành chất đầu Hệ 2: Hiệu ứng nhiệt phản ứng tổng nhiệt đốt cháy chất đầu trừ tổng nhiệt đốt cháy sản phẩm phản ứng Chương 4: Nhiệt hóa học 4.2.2.Hiệu ứng nhiệt trình Các định luật nhiệt hóa học hệ Tính theo nhiệt tạo thành DH0298 PƯ = ∑DH0298 tt (SẢN PHẨM) - ∑DH0298 tt (CHẤT ĐẦU) Tính theo nhiệt đốt cháy DH0298 PƯ = ∑DH0298 đc (CHẤT ĐẦU) - ∑DH0298 đc (SẢN PHẨM) Chương 4: Nhiệt hóa học 4.2.2.Hiệu ứng nhiệt trình Xác định hiệu ứng nhiệt trình hóa học CH4(k) + 2O2 (k)  CO2 (k) (DH°298)tt[kJ/mol] -75 + 2H2O(l) -394 -284 DH°298pư = (– 394 + (– 284)) – (– 75 + 0) = – 891 (kJ) Hiệu ứng nhiệt PƯ đk chuẩn, 298K là: -891 kJ Nhiệt đốt cháy tiêu chuẩn CH4 (k) : -891kJ/mol  Tính hiệu ứng nhiệt theo nhiệt tạo thành aA + bB  cC + dD DH°pư DH° = [cDH°tt (C)+ dDH°tt (D)] – [aDH°tt (A)+ bDH°tt (B)] Chương 4: Nhiệt hóa học 4.2.2.Hiệu ứng nhiệt trình Xác định hiệu ứng nhiệt trình hóa học (1) C(gr) + ½ O2(k)  CO(k) DH0298 = ? (2) C(gr) + O2 (k)  CO2(k) DH0298đc = – 393.5kJ/mol (3 ) CO(k) + ½O2(k)  CO2(k) DH0298đc = – 283.0kJ/mol (2) - (3)  (1) (DH0298)pư = (DH0298)đcC – (DH0298)đcCO = – 110,5 kJ  Tính hiệu ứng nhiệt theo nhiệt đốt cháy DHpư = (DH°)cđ – (DH°)sp Chương 4: Nhiệt hóa học 4.2.2.Hiệu ứng nhiệt trình Xác định hiệu ứng nhiệt trình hóa học Ví dụ: NaCl(r) Na+(k) + Cl-(k) DH0m (hay Um) =? Um= ? NaCl (r) -(DH0298)tt NaCl Na+(k) + Cl-(k) I1Na Na(r) + 1/2Cl2(k) (DH0298)th Na 1/2(DH0298)pl Cl2 FCl Na(k) + Cl(k) Um= – (DH0298)tt NaCl + (DH0298)th Na +1/2 (DH0298)plCl2 + + I1 Na + FCl  Chu trình Born – Haber  xác định NL mạng tinh thể Chương 4: Nhiệt hóa học [...]... học 4. 2.2.Hiệu ứng nhiệt của quá trình 4 Các định luật nhiệt hóa học và các hệ quả Định luật Hess (1 840 ) A DH1 DH2 DH Chất phản ứng DH 3 B DH4 Sản phẩm DH5 phản ứng C DH = DH1 + DH2 = DH3 + DH4 + DH5 Chương 4: Nhiệt hóa học 4. 2.2.Hiệu ứng nhiệt của quá trình 4 Các định luật nhiệt hóa học và các hệ quả Định luật Hess (1 840 ) DH1 A DH2 C B DH3 DH1 = DH2 + DH3 Chương 4: Nhiệt hóa học ... hệ số, đổi chiều ) Chương 4: Nhiệt hóa học 4. 2.2.Hiệu ứng nhiệt của quá trình 3 Phương trình nhiệt hóa học Chiều diễn ra của các quá trình hóa học Hiệu ứng nhiệt của phản ứng tỷ lệ với lượng chất của phản ứng ½ H2(k) + ½ Cl2(k) → HCl(k) DH0298 = – 92,8kJ H2(k) + Cl2(k) → 2HCl(k) Chương 4: Nhiệt hóa học DH0298 = – 185,6kJ 4. 2.2.Hiệu ứng nhiệt của quá trình 3 Phương trình nhiệt hóa học Chiều diễn ra... học 4. 2.2.Hiệu ứng nhiệt của quá trình  Nhiệt hòa tan  Nhiệt chuyển pha Chương 4: Nhiệt hóa học 4. 2.2.Hiệu ứng nhiệt của quá trình 3 Phương trình nhiệt hóa học Chiều diễn ra của các quá trình hóa học là phương trình phản ứng hóa học thông thường có ghi kèm hiệu ứng nhiệt và trạng thái tập hợp, dạng thù hình của các chất Có thể xử lý các phương trình nhiệt hóa học như những phương trình đại số (cộng,... trình biến đổi trạng thái của hệ  hàm của quá trình, phụ thuộc cách tiến hành Chương 4: Nhiệt hóa học 4. 1.5 Năng lượng, nhiệt và công Quy ước về dấu của NHIỆT và CÔNG Chương 4: Nhiệt hóa học 4. 2 Nguyên lí I của NĐLH Hiệu ứng nhiệt của quá trình Chương 4: Nhiệt hóa học 4. 2.1 Nguyên lí I của nhiệt động lực học “Không có một dạng năng lượng nào tự sinh ra hoặc tự mất đi, chúng chỉ được chuyển từ hoặc chuyển... bằng 0 Nhiệt tạo thành của các chất có giá trị càng âm thì càng bền Chương 4: Nhiệt hóa học 4. 2.2.Hiệu ứng nhiệt của quá trình 2 Nhiệt đốt cháy là hiệu ứng nhiệt của phản ứng đốt cháy 1 mol chất bằng khí oxy tạo thành các oxit cao bền ở điều kiện phản ứng Đơn vị: kJ/mol hay kcal/mol Nhiệt đốt cháy tiêu chuẩn: DH0298 đc hay DH0298 b  điều kiện tiêu chuẩn (25°C,1atm) Chương 4: Nhiệt hóa học 4. 2.2.Hiệu... trình hóa học Dự đoán chiều hướng diễn ra của PU hóa học: Ở điều kiện nhiệt độ thấp, phản ứng phát nhiệt (DH < 0) là phản ứng có khả năng xảy ra tự phát  Ví dụ: Zn(r) + 2HCl(dd) → ZnCl2(dd) + H2(k) ½ H2(k) + ½ Cl2(k) → HCl(k) C(graphit) + H2O(k) → CO(k) + H2(k) Chương 4: Nhiệt hóa học DH0298 = - 152.6kJ DH0298 = - 92,8kJ DH0298 = + 131,3 kJ 4. 2.2.Hiệu ứng nhiệt của quá trình 4 Các định luật nhiệt hóa học. .. Lượng nhiệt được hấp thụ khi một chất phân hủy thành các nguyên tố bằng lương nhiệt phát ra khi tạo thành hợp chất đó từ các nguyên tố  Hiệu ứng nhiệt của phản ứng nghịch bằng hiệu ứng nhiệt của phản ứng thuận nhưng trái dấu ½ H2(k) + ½ I2(k) → HI (k) DH0298 = +26 ,48 kJ HI (k) → ½ H2(k) + ½ I2(k) DH0298 = -26 ,48 kJ Chương 4: Nhiệt hóa học 4. 2.2.Hiệu ứng nhiệt của quá trình 4 Các định luật nhiệt hóa học. .. Chương 4: Nhiệt hóa học 4. 2.2.Hiệu ứng nhiệt của quá trình  là lượng nhiệt tỏa ra hay thu vào trong các quá trình hóa học Quá trình đẳng tích: hiệu ứng nhiệt là Qv=DU Quá trình đẳng áp: hiệu ứng nhiệt là Qp=DH (DH = DU +PDV) Quy ước dấu: Tỏa nhiệt: ΔH 0 , ΔU > 0 Chương 4: Nhiệt hóa học 4. 2.2.Hiệu ứng nhiệt của quá trình Pư toả nhiệt Pư thu nhiệt C(graphit)+ O2(k) → CO2(k) DH0298=... đầu Chương 4: Nhiệt hóa học 4. 1.5 Năng lượng, nhiệt và công Năng lượng là thước đo sự chuyển động của các chất Nhiệt là thước đo Công là thước đo sự chuyển sự chuyển động động có trật tự có hướng của nhiệt hỗn loạn của các tiểu phân trong trường các tiểu phân lực Nhiệt và công chỉ xuất hiện trong quá trình biến đổi trạng thái của hệ  hàm của quá trình, phụ thuộc cách tiến hành Chương 4: Nhiệt hóa học. .. 131,3 kJ Chương 4: Nhiệt hóa học 4. 2.2.Hiệu ứng nhiệt của quá trình Quan hệ giữa ΔH và ΔU: DH = DU + P.DV Phản ứng chỉ có chất rắn, chất lỏng DV  0 nên DH  DU Phản ứng có chất khí PV = nRT (xem khí là khí lý tưởng)  P.DV = Dn.R.T  DH = DU + Dn.R.T Dn =  (số mol khí)sp - (số mol khí)cđ trong phương trình phản ứng (R = 1,987cal/mol.K = 8,3 14 J/mol.K) Chương 4: Nhiệt hóa học 4. 2.2.Hiệu ứng nhiệt của