Chuong 4 NHIET Hoa Hoc

7/31/2019 Chuong 4 NHIET Hoa Hoc

1/12

HA I CNG B - GV :Nguyn th Bch Tuyt

NHIT NG HA HCNhit ng ha hcl mn khoa hc nghin cu cc quy lut v s chuyn bintng h gia ha nng v cc dng nng lng khc trong qu trnh ha hc.Gi tr v sc mnh ca nhit ng ha hc l ch khng cn phi lm th nghim

thng rt tn tin v th gi - hon ton ch da vo nhit ng ha hc xc nhnhng hiu ng nng lng ca cc qu trnh ha hc m c th tnh ton tr licc vn sau y:

Hiu ng nhit ca cc phn ng ha hc. (chng: Nhit ha hc) D on mc t din ra ca cc qu trnh ha hc. ( chng: Mc v chiu hng din ra ca cc qu trnh ha hc) iu kin cn bng v cc yu t bn ngoi nh hng n cn bng.

Xc nh hiu sut phn ng. (chng: Cn bng ha hc)

CHNG IV : NHIT HA HCI.CC KHI NIM C BN

1. Mt s khi nim cn thit

a. H ha hc:l phn vt cht v m (gm mt s ln tiu phn )c gii hn nghin cu, phn cn li ca th gii xung quanh h c gi l mi trng.

V d : H (1 lt dd NaCl 1M v bnh cha) + Mi trng ( khng kh xung quanh)H c th tng tc vi bn ngoi qua nhng ranh gii ca n. Tng tc bao gmvic trao i nng lng (di dng nhit v cng ).Ngi ta phn bit: H h:l h c th trao i c cht v nng lng vi mi trng. H kn:l h khng c s trao i cht m ch c s trao i nng lng vi mi

trng v th tch ca n c th thay i H c lp:l h khng trao i c cht v nng lng vi mi trng. Th tch ca

n phi khng i, v mi bin thin th tch u gn lin vi vic sn ra cngchng p sut ngoi (tr trng hp p sut ngoi bng khng ).

H on nhit:l h khng trao i cht v nhit, song c th trao i cng vimi trng.

H ng th: l h m cc thuc tnh khng i hoc thay i u lin tc t imny qua im kia, hon ton khng c nhng b mt phn chia trong h. B mt phnchia l nhng b mt vt l m khi i qua n c s thay i t bin nhng thuc tnhv m no ca h. H ng nht:l h c thnh phn nh nhau v c cc thuc tnh nh nhau khp

mi im ca h.Nu h khng c nh th th h l khng ng nht.

1


2/12


H ng nht bt buc phi l ng th. Nhng h ng th khng tt yu l h ngnht.V d- kh quyn l mt h ng th, khng c b mt phn chia, nhng cc thuc tnhca n nh p sut , t khi v.v..thay i dn theo cao, nn n l h khng ngnht.

H d th: l h c nhng b mt phn chia.V d- h hp bi nc lng v nc l h d th. B mt phn chia nc lng v

nc l mt b mt vt l biu th s t on trong nhng thuc tnh ca nc :khi i qua n, t khi ca nc thay i t bin ( t khi ca nc lng xp x 1, tkhi nc xp x 0,9) Khi nim pha: Tp hp nhng phn ng th ging nhau ca mt h hp

thnh mt pha.. H ng th bao gi cng l h mt pha. H d th l h c t hai pha tr ln.

V d- hn hp cc cht kh lun lun l h ng thV d- h nc lng nc l h d th c hai pha

H cn bng: l h c nhit , p sut, thnh phn ging nhau mi im ca hv khng thay i theo thi gian.

b.Trng thi ca h v thng s trng thi, hm trng thi*Trng thi ca h c xc nh bng tp hp cc thng s trng thi biu dincc tnh cht l ho ca h nh : nhit , p sut , th tch, nng lng....Cc thng s trng thi lin h vi nhau bng cc phng trnh trng thi.

Cc thng s trng thi c chia lm hai loi:* Thng s dung : l nhng thng s t l vi lng cht nh: th tch, khi lng,

nng lng, v c tnh cht cng.*Thng s cng : l nhng thng s khng ph thuc vo lng cht nh: nhit

, p sut, nng , khi lng ringCc thng s ny khng c tnh cht cng

*Trng thi cn bng:Mt h trng thi cn bng nhit ng khi gi tr ca ccthng s trng thi mi im ca h phi nh nhau v khng thay i theo thigian.

Hm trng thi- l hm s ca cc thng s trng thi, c trng cho trng thica h.Cc thng s trng thi c th l mt hm trng thi nhng ng thi cng c th lbin s trng thi.Chng hn i vi kh l tng:

),( VTfV

nRTP == P : l hm trng thi ; T, V : l bin s trng thi.

2


3/12


),( PTfP

nRTV == V : l hm trng thi ; T,P : l bin s trng thi.

Trong nhit ng ha hc, sau nay ta thng ni n cc hm trng thi khc nh :ni nng U, entanpi H, entropi S, th ng nhit ng p G... c im ca hm trng thi :

Cc hm trng thi c gi tr ch ph thuc vo trng thi ca h. Trong qu trnh bin i trng thi bt k, th bin thin ca hm trng thi

ch ph thuc vo trng thi u v cui m khng ph thuc vo cch tinhnh bin i trng thi ngha l khng ph thuc cc trng thi trung gian( tc khng ph thuc vo ng i )

V d : Xt s bin i cao cho hai cch tin thnh khc nhau :

TRNG THI CHUN ( 0 ) p sut chun l 1 atm. Nhit c th chn nhit bt k, nhng thng ly 250C ( nhit chun). Cht phi trng thi tp hp bn nht hoc thng thng nht iukin cho. i vi cht lng v cht rn phi dng nguyn cht, bn nht hocthng gp nht 1 atm v nhit T cho.

V d : 1 atm, 250

C i vi cacbon th dng tinh th bn l graphit (than ch) chkhng phi l kim cng ; i vi lu hunh dng bn l t phng ch khng phin t. i vi cht kh, nhit T trng thi chun l trng thi gi nh ca kh nguyn

cht, bn nht hoc thng gp nht (v d oxy O2 , ch khng phi ozon O3 ) xemnh kh l tng c p sut ring phn P=1atm.

3

1

2

hA

hB

cao so vi mc nc bin

Khi thc hin qu trnh bin it A n B theo hai con ng 1v 2 th bin i cao so vimc nc bin vn nh nhau:h = hB - hA

h


4/12


Dung dch th nng 1 mol/l.

c. Qu trnh: l con ng m h chuyn t trng thi ny sang trng thi khc ( c s bini t nht 1 thng s trng thi)

*Qu trnh thun nghch: l qu trnh c th xy ra theo 2 chiu ngc nhau v tngi chm, sao cho mi thi im ngi ta c th bit c trng thi ca h. Qutrnh thun v qu trnh nghch cng theo mt con ng v do h khng gy ramt bin i no v mi trng xung quanh.

*Qu trnh bt thun nghch: l qu trnh khng tun theo cc iu kin trn.Tt c cc qu trnh t din ra trong t nhin u l bt thun nghch.

Qu trnh ng p: p = const

Qu trnh ng tch: V = const Qu trnh ng nhit: T = const

Qu trnh on nhit: Q = const. H khng trao i nhit song c th trao i cng vimi trng xung quanh.

d .Nhit v cngNhit (Q) l thc o s chuyn ng nhit hn lon ca cc tiu phn.Cng (A) l thc o ca s chuyn ng c trt t c hng ca cc tiu phn trongtrng lc.Nhit v cng l hai hnh thc trao i nng lng ca h vi mi trng.Nhit v cng ch xut hin trong qu trnh bin i trng thi ca h nn n l hm caqu trnh v ph thuc vo cch thc ca qu trnh bin i.

QUI C V DU CA NHIT V CNG ( theo nhit ng hc)CNG h sinh cng cng c du + ( A > 0 )

h nhn cng cng c du (A < 0)NHIT h thu nhit nhit c du dng (Q > 0)

h pht nhit nhit c du m (Q < 0)

4


5/12


CNG tng qutcng A m h thc hin ctrong qu trnhh chuynt trng thi1 sang trng thi 2 chng li cc lc bn ngoi tc dng ln h nh p sut, intrng, t trng, sc cng b mt ..Trong cc qu trnh ha hc, h ch trao i cng vi mi trng ngoi khi c s bin

thin th tch , l cng dn n ( cng c hc )Cng dn n bng tch ca lc tc dng F ca mi trng ngoi vi qung ng dchchuyn.Khi thc hin qu trnh ha hc iu kin ng p, cng dn n c xc nh nh sau:

i vi cc phn ng ha hc, trn thc t cng dn n ch cn xt khi c s thay i thtch ca cc cht kh tham gia phn ng. i vi phn ng trong mi trng lng hayi vi cht rn tham gia phn ng th s bin thin th tch qu nh nn cng dn nc coi nh bng khng.

iu kin phn ng ng p, ng nhit: Png = PkV kh c xem l kh l tng, nn ta c : Pk.V = nRT hay Pk.V= n.RTTrong n l bin thin s mol kh trong phn ng .n = tng s mol kh ca sn phm - tng s mol kh cht u.Cng dn n : A = Png.V =Pk.V= n.RTV d - Cho phn ng iu kin ng p ng nhit 273K :

H2O (k) + C (gr) = H2(k) + CO(k)Da vo phn ng ta c : n = 2-1=1 (mol)

Cng dn n cho phn ng trn l : A= (1).(8,314).(273) = 22,7.102 J > h sinh cngGhi ch : Cc n v nng lng chuyn i:

1cal = 4,1840 J = 0,0413 l.atm = 41,3 cm3.atm1J = 0,239 cal = 9,869 cm3.atm = 9,869 .10-3 l.atm1 l.atm = 101,33 J = 24,2 cal

NHIT - cc tnh ton nhit ng thng s dng nhit Kenvin (K)T(K) = t(0C) + 273,15

ng p

S

Pk

Png

5

VPSPFA ngng === .... Png


6/12


II.CC I LNG NHIT NG V HIU NG NHIT

1. Cc i lng nhit ngNi nng U:l nng lng sn c, n du bn trong h, bao gm:

Nng lng ca tt c cc dng chuyn ng tnh tin, chuyn ng quay,chuyn ng dao ng ca phn t, nguyn t, ht nhn, electron trong h.

Nng lng tng tc y ca phn t, nguyn t, ht nhn, electron. Nng lng bn trong ht nhn.Ni cch khc, ni nng l nng lng ton phn ca h tr ng nng v th nngton h.

n v o ni nng : kJ/mol ; kcal/mol 1 cal = 4,184J Ni nng h ni chung ph thuc vo bn cht, lng cht, nhit , p sut, th

tch v thnh phn. Nhng i vi h gm n mol kh l tng, ni nng ca kh ltng ch ph thuc vo nhit v p sut v th tch khng nh hng ln thnng ca ht.

Ngi ta khng th xc nh c tr tuyt i ca ni nng ngay c vi mth n gin nht (v khng th a h v nhit 0 tuyt i). Tuy nhin trongnhit ng hc ngi ta khng cn xt gi tr tuyt i ca ni nng m ch cn xcnh bin thin U ca ni nng trong qu trnh bin i trng thi.

Khi chuyn t trng thi c ni nng U1 sang trng thi c ni nng U2 da vonng lng pht ra hay thu vo ca mt h ngi ta c th suy ra mt cch chnhxc bin thin ni nng U ca h : U = U2 U1

Khi truyn mt nhit lng Q cho h, trong trng hp chung, lng nhit s dng lm tng ni nng ca h v thc hin mt cng A chng li

cc lc bn ngoi tc dng ln h . Q = U + A (l bo ton nng lng) Trong cc qu trnh ha hc cng A thng l cng dn n :

Cng dn n A = PV Q = U + PVNu qu trnh l ng tch: V = 0 (cng dn n A = 0) QV = U

Trong qu trnh ng tch, nu h khng thc hin mt cng no khc ngoi cngdn n th nhit lng QV cung cp cho h s lm thay i ni nng U ca h.

6


7/12


Tuy nhin cc phn ng ha hc thng c thc hin p sut khng i ca khquyn l 1 atm

Entanpi HTrong trng hp p sut khng i ta c:

Qp = U +PV m U = U2 U1V = V2 V1

Nn : Qp = (U2 U1) + P(V2 V1)= (U2 PV2) (U1 + PV1)

t : H = U + PV.H c gi l entanpi v cng l mt thng s trng thi ca h.H bao gm U v kh nng sinh cng tim n ca h.Vy H l d tr nng lng ton phn ca h.Vy: Qp = H2 H1 = H

Trong qu trnh ng p, nu h khng thc hin cng no khc ngoi cng dnn th nhit lng Qp cung cp cho h s lm thay i entanpi ca h

n v o ca entanpi : kJ/mol hay kcal/mol

2.Hiu ng nhit ca cc qu trnh ha hc v phng trnh nhit ha hca. Hiu ng nhit ca qu trnh ha hc

Hiu ng nhit: l lng nhit m h thu vo hay pht ra trong qu trnh ha hcdng thay i ni nng (ng tch) hoc entanpi (ng p) ca h

Cc phn ng ha hc xy ra trong iu kin ng tch, hiu ng ca nhit phnng ha hc chnh l thay i ni nng : Qv = Uv Thng thng cc phn ng ha hc xy ra trong iu kin ng p nn hiu

ng ca nhit phn ng ha hc chnh l thay i entanpi : Qp = Hp Quan h giaH v U trong qu trnh ng p: Qp = Hp =Up+P.V Trong cc phn ng ch c cht lng v cht rn tham gia: V0. Nunhng phn ng ny c thc hin p sut tng i b nh p sut kh

quyn th PV0 nn H U. Trong cc phn ng c cht phn ng hay sn phm l cht kh, H vU c th khc nhau

i vi kh l tng: PV = nRTNn : PV = n RTKhi n = 0 th H = U

7


8/12


Khi n 0 th H =U +nRT

Quan h gia hiu ng nhit ng tch v hiu ng nhit ng p:

Qv = UvQp =Hp =Up + P.V

Do Uv UpTa c: Qp Qv P.V n.RT

b.Phng trnh nhit ha hc Phng trnh nhit ha hc l phng trnh phn ng ha hc thng thng c

ghi km hiu ng nhit v trng thi tp hp ca cc cht tham gia phn ng vsn phm

Quy c: Phn ng thu nhit c H > 0

Phn ng ta nhit c

H < 0 D on chiu hng din ra ca phn ng ha hc (ng p): Trong iu kin

bnh thng (nhit thp), phn ng ta nhit (H < 0) l phn ng c kh txy ra

Hiu ng nhit tiu chun : 0TH

p sut chun : 1 atm

Nhit T , thng chn 298K (250C) K hiu 0298H

Cc cht phn ng v sn phm to thnh u cng nhit T v trng

thi chun (nu cht kh th Pk=1 atm, nu dung dch th C=1 mol/l)

V d: Zn(r) + 2HCl(dd) = ZnCl2(dd) + H2(k), 0298H = -152.6kJ/mol

C(gr) + H2O(k) = CO(k) + H2(k), 0298H = + 131,3 kJ/mol

Ch : Hiu ng nhit phn ng t l vi lng cht phn ng v sn phm:

H2(k) + Cl2(k) = HCl(k) 0298H = -92,8kJ/mol

H2(k) + Cl2(k) = 2 HCl(k) 0298H = - 185,6kJ/mol

c.Nhit to thnh v nhit t chy: Nhit to thnh: l hiu ng nhit ca phn ng to thnh 1 mol cht t cc n

cht ng vi trng thi t do bn nht trong nhng iu kin cho v p sut vnhit .

Khi iu kin cho l iu kin chun th ta c nhit to thnh tiu chun .

8


9/12


K hiu nhit to thnh tiu chun: 0 .298 ttH Cc n cht bn iu kin chun nh : Cl2(k) , H2(k) , O2(k) , N2(k) , Br2(lng) ,I2(rn) , Cgr) , S(t phng).

V d : iu kin chun, phn ng to thnh CO2(k) l :

C(gr) + O2 (k) = CO2 (k) ;0

.298 ttH = -393,51 kJ /mol

Nhit to thnh ca cc n cht bn iu kin tiu chun c quy c bng0

Nhit to thnh tiu chun ca ion H+ .nH2O trong dung dch nc c quyc bng khng.

Nhn xt :Phn ng phn hy l phn ng nghch ca phn ng to thnh.

Nhit t chy: l hiu ng nhit ca phn ng t chy 1 mol cht bng kh oxyto thnh cc oxyt cao bn iu kin phn ng .

i vi cc hp cht hu c l hiu ng nhit ca phn ng t chy bng oxy 1mol cht hu c to thnh kh CO2 , nc lng v mt s sn phm khc.

V d : CH4 (k) + 2O2(k) = CO2 (k) + 2H2O (l) Cn ch rng trong mt s trng hp, sn phm chy c th khng phi l

oxyt .Chn hn cc cht cha halogen chy c th to thnh halogen t do , hydro

halogenua Khi iu kin cho l iu kin chun th ta c nhit t chy tiu chun.

K hiu nhit t chy tiu chun : 0298cH

Nhit t chy tiu chun ca kh CO2 v nc lng c quy c bng khng.

d. S ph thuc ca hiu ng nhit vo nhit H thay i theo nhit khng nhiu lm. Nu nhit T khng cao qu , mt

cch gn ng c th xem H0T H0298 .

III. nh lut nhit Hess v h qu1.nh lut Hess:

Hiu ng nhit ca phn ng ha hc iu kin ng p hay ng tch ch phthuc vo bn cht v trng thi ca cc cht u v sn phm cui ch khng ph thucvo ng i ca qu trnh, ngha l khng ph thuc vo s lng v c im ca cccht giai on trung gian.

9


10/12


c th cng hay tr nhng phng trnh nhit ha nh nhng phng trnh i s.

A B

C D

2.Cc h qu: H qu 1(nh lut Lavoisier La Place): Hiu ng nhit ca phn ng

thun c ln bng hiu ng nhit ca phn ng nghch nhng ngc du.

Ht Ht + Hn = 0A B Ht = - Hn

Hn Nn : Htt = - Hph H qu 2 Chu trnh BORH HABER

Tnh nng lng mng tinh th ion ca NaCl iu lin chun, 298K.

NaCl (r) Na+(k) + Cl-(k)

Na(r) + 1/2Cl2(k) Na (k) + Cl (k)

Um= -( H0298 )ttNaCl + ( H0 298 )th Na + 1/2 ( H0298)plCl2+ I1Na + FCl

H qu 3- Hiu ng nhit ca phn ng bng tng nhit to thnh ca ccsn phm tr i tng nhit to thnh ca cc cht u.

aA + bB = cC + dD ; Hp

Hp= [cHtt (C) + dHtt (D)] [aHtt (A) + bHtt (B)]V d : Tnh hiu ng nhit ca phn ng sau:Al2O3(r) + 3SO3(k))= Al2(SO4)3(r), (4) 4H = ?Bit nhit to thnh t cc nguyn t ca cc cht sau y:2Al(r)+ 3/2O2(k) = Al2O3 (1) 0.16761 =H kJ/mol

S(r) + 3/2 O2(k) = SO3(k) (2) 2H = -396,1kJ/mol

10

H1

H2

H3

H4

Hiu ng nhit ca mt phn ng bng tng hiu ng nhit ca cc phn ng trung gian cng iu kin.

H1 = HB -HA = HB HD + HD - HC + HC -HA = H2 + H3 + H4

Um= ?????

-( H0298)tt NaCl( H0298)th Na

I1Na

1/2( H0298)pl

FCl

A C H2C D H3D B H4

A B H1

+


11/12


2Al(r) + 3S(r) + 6O2(k)= Al2(SO4)3(r), (3) 3H = -3442 kJ/molgii: ta c (4) = (3) [(1) 3x(2)] 4H = )3( 213 HHH +

H qu 4:Hiu ng nhit ca phn ng bng tng nhit t chy ca cc cht utr i tng t chy ca cc sn phm phn ng

aA + bB = cC + dD ; Hp

Hp= [aHc (A) + bHc (B)] [cHc (C) + dHc (D)]

H qu 5 Hiu ng nhit ca phn ng bng tng nng lng lin kt ca chtu tr i tng nng lng lin kt ca sn phm.

Hiu ng nhit ca phn ng bng tng nng lng lin kt b t (ca cht u)tr i tng nng lng lin kt rp (ca sn phm) .

Ch : phn ng vi cc cht tham gia l hp cht cng ha tr trng thi kh.

V d : Tnh hiu ng nhit tiu chun H0298 ca phn ng sau 298K :

C2H4 (k) + H2O (k) C2H5OH (k)

11

OH H

H

HH

H

+ C C

H OH

H

HH

HCC


12/12


H0298 = E(lin kt t) E(lin kt to thnh)= E(H-O + C=C) - E(H-C + C-O + C-C)

= (460 + 835) - ( 410 + 350 + 350 ) = -185 kJ/mol < 0

12

Documents

Chuong 4 NHIET Hoa Hoc