Hóa lý 1 tính denta h phản ứng
phản ứng tỏa nhiệt, phản ứng thu nhiệt, nhiệt tạo thành, biến thiên enthalpy, ý nghĩa của dấu và giá trị biến thiên enthalpy chuẩnLý thuyết: Ý nghĩa và cách tính biến thiên Enthalpy phản ứng hóa học
Có hai phản ứng kèm theo sự trao đổi năng lượng dưới dạng nhiệt: - Phản ứng tỏa nhiệt: Biến thiên enthalpy của phản ứng có giá trị âm. Biến thiên enthalpy càng âm, phản ứng tỏa ra càng nhiều nhiệt. - Phản ứng thu nhiệt: Biến thiên enthalpy của phản ứng có giá trị dương. Biến thiên enthalpy càng dương, phản ứng thu vào càng nhiều nhiệt. - Các phản ứng tỏa nhiệt (\({\Delta _r}H_{298}^o\) < 0) thường diễn ra thuận lợi hơn các phản ứng thu nhiệt (\({\Delta _r}H_{298}^o\)>0) Ví dụ: Sau khi được đốt nóng, Na tự cháy trong oxygen cho đến hết do phản ứng này có \({\Delta _r}H_{298}^o\) rất âm. II. Cách tính biến thiên Enthalpy phản ứng Có 2 cách: 1. Tính biến thiên enthapy phản ứng theo enthalpy tạo thành Giả sử có phương trình tổng quát: aA + bB -> mM + nN - Biến thiên enthalpy của phản ứng được xác định bằng hiệu số giữa tổng nhiệt tạo thành các chất sản phẩm (sp) và tổng nhiệt tạo thành của các chất đầu (cđ) đặt : H = U + PV. H được gọi là entanpi và cũng là một thông số trạng thái của hệ. H bao gồm U và khả năng sinh công tiềm ẩn của hệ. Vậy H là dự trữ năng lượng toàn phần của hệ. Vậy: Qp \= H2 – H1 \= H → Trong quá trình đẳng áp, nếu hệ không thực hiện công nào khác ngoài công dãn nở thì nhiệt lượng Qp cung cấp cho hệ sẽ làm thay đổi entanpi của hệ
Mà: Qp \= H QV \= U Nên:
II. PHƯƠNG TRÌNH NHIỆT HÓA HỌC 1. Nhiệt của các quá trình hóa học
Đối với khí lý tưởng: PV = nRT Nên: P V = RT n Khi n = 0 thì H = U n 0 thì H U
Phản ứng tỏa nhiệt có H < 0
ượng chất: 1 mol
½ H2(k) + ½ Cl2(k) \= HCl(k) \= -92,8kJ/mol C(gr) + H2O(k) \= CO(k) + H2(k), \= + 131,3 kJ/mol
H2(k) + Cl2(k) \= 2 HCl(k) \= - 185,6kJ/mol
Ví dụ: - Quá trình thăng hoa: I2(r) = I2(k) 62,44 kJ - Quá trình bay hơi: H2O(ℓ) = H2O(k) 44,01 kJ - Quá trình nóng chảy: AlBr3(r) = AlBr3(ℓ) 11,33 kJ - Quá trình chuyển từ trạng thái vô định hình sang trạng thái tinh thể: B2O3(vđh) = B2O3(tt) 18,39 kJ - Quá trình chuyển biến đa hình của Carbon từ dạng grafit sang kim cương: C(gr) = C(kc) 1,895 kJ
Ví dụ: H2SO4(ℓ) + H2O(ℓ) = H2SO4.H2O(dd) -28,05 kJ/mol H2SO4(ℓ) + 100H2O(ℓ) = H2SO4.100H2O(dd) -73,32 kJ/mol H2SO4(ℓ) + 104H2O(ℓ) = H2SO4.104H2O(dd) -86,23 kJ/mol H2SO4(ℓ) + H2O(ℓ) = H2SO4.H2O(dd) -95,18 kJ/mol
2. Định luật nhiệt Hess và hệ quả
Hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học chỉ phụ thuộc vào bản chất và trạng thái của các chất đầu và sản phẩm cuối chứ không phụ thuộc vào đường đi của quá trình, nghĩa là không phụ thuộc vào số lượng và đặc điểm của các chất giai đoạn trung gian. → có thể cộng hay trừ những phương trình nhiệt hóa như những phương trình đại số.
Biết nhiệt tạo thành từ các nguyên tố của các chất sau đây: 2Al(r)+ 3/2O2(k) \= Al2O3 (1) kJ/mol S(r) + 3/2 O2(k) \= SO3(k) (2) \= -396,1kJ/mol 2Al(r) + 3S(r) + 6O2(k)\= Al2(SO4)3 (r), (3) \= -3442 kJ/mol Ta có thể tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng sau: Al2O3 (r) + 3SO3(k) )\= Al2(SO4)3 (r), (4) = ? giải: ta có (4) = (3) – [(1) – 3x(2)] → \= → Phát biểu: Hiệu ứng nhiệt của phản ứng bằng tổng nhiệt tạo thành của các sản phẩm trừ đi tổng nhiệt tạo thành của các chất đầu
3. Áp dụng định luật Hess
Biết hiệu ứng nhiệt của các phản ứng sau: C(gr) + O2(k) \= CO2(k) (1), = -393.5kJ/mol CO(k) + ½O2(k) \= CO2(k) (2), = -283.0kJ/mol Hãy tính nhiệt tạo thành của CO từ các nguyên tố Giải: lấy (1) – (2) ta được: C(gr) + ½ O2(k) \= CO(k) \= -393.5 + 283.0 = -110.5 kJ/mol
Phản ứng: CO(k ) + ½ O2(k) \= CO2(k) Với của các chất là: -110,52 -393,51 kJ/mol của các chất là: -107,61 -389,80 kJ/mol hiệu ứng nhiệt của phản ứng: = – 393,51 – (-110,52) = -283,01 kJ/mol hiệu ứng nhiệt của phản ứng: = – 389,80 – (-107,61) = 282,19 kJ/mol Nhận xét: Khi nhiệt độ tăng, H của phản ứng tăng không đáng kể. Do đó, nếu khoảng nhiệt độ thay đổi không lớn lắm, một cách gần đúng, có thể coi H của phản ứng không phụ thuộc vào nhiệt độ.
Ví dụ: Xác định năng lượng liên kết H – O trong phân tử H2O, biết: 2H(k) + O(k) \= H2O(k), H0 \= -924.2kJ Theo cấu trúc của phân tử thì trong H2O có 2 liên kết H – O, nên năng lượng liên kết H – O sẽ là:
Năng lượng mạng tinh thể ion là năng lượng tạo thành dạng tinh thể của hợp chất từ các ion ở trạng thái khí. Ví dụ: Xác định năng lượng mạng ion của tinh thể NaCl Na+(k) + Cl-(k) = NaCl(r), (1) Để xác định năng lượng mạng lưới người ta thường sử dụng chu trình Born – Haber: Na+(k) + Cl-(k) NaCl(r) Na(k) Cl(k) Na(r) + ½Cl2(k) Năng lượng thăng hoa Na: Na(r) = Na(k) \= 107,32 kJ (2) Năng lượng phân ly Cl2: ½ Cl2(k) = Cl(k) \= 121,68 kJ (3) Năng lượng ion hóa Na: Na(k) = Na+(k) + 1e \= 495,84 kJ (4) Ái lực electron của Cl: Cl(k) +1e = Cl-(k) \= -349 kJ (5) Nhiệt tạo thành NaCl: Na(r) + ½Cl2(k) = NaCl(r) \= -411,15 kJ (6) Theo định luật Hess: (1) = (6) – (2) – (3) – (4) – (5) \= – 411,15 – 107,32 – 121,68 – 495,84 + 349 = -786,99 kJ Vậy năng lượng mạng lưới ion của NaCl là 786,99kJ Chương V. CHIỀU CỦA CÁC QUÁ TRÌNH HÓA HỌC
Chương IV: quá trình tự diễn ra khi H < 0. Tuy nhiên trong thực tế có nhiều quá trình có H ≥ 0 nhưng vẫn tự diễn ra. VD
1. Entropi – Thước đo độ hỗn độn của một chất hay một hệ
N2O4 2NO2 n > 0 Để đặc trưng cho mức độ hỗn loạn của hệ người ta dùng 1 đại lượng gọi là entropi S mức độ hỗn loạn 2 mức độ hỗn loạn 1 S = S2 – S1 Rln Quá trình tự diễn ra: mức hỗn loạn 2 > mức hỗn loạn 1 thì S > 0 Vậy: Trong các hệ cô lập, quá trình tự diễn ra thì S >0
→ từ nguyên lý III ta có thể xác định được entropi tuyệt đối của các chất ở bất kỳ nhiệt độ nào.
E ntropi tiêu chuẩn:
2. Sự biến thiên entropi trong quá trình hóa học Chú ý: nhớ nhân hệ số tỷ lượng
C(gr) + CO2(k) \= 2CO(k) Biết: (J/mol.K) 5.74 213.68 197.54 (J/mol.K) 33.44 291.76 248.71
Đây là phản ứng làm tăng thể tích nên entropi tăng, S > O
II. BIẾN THIÊN NĂNG LƯỢNG TỰ DO GIBBS, THƯỚC ĐO CHIỀU HƯỚNG CỦA CÁC QUÁ TRÌNH HÓA HỌC. 1. Các yếu tố entanpi, entropi và chiều hướng diễn ra của các quá trình hóa học Có hai yếu tố tác động lên chiều hướng diễn ra các quá trình hóa học. Đó là yếu tố entanpi và entropi.
Có thể nhận xét rằng hai yếu tố này tác động đồng thời lên hệ, nhưng theo hai chiều ngược nhau.
Nói các khác, trong mỗi quá trình luôn luôn có sự cạnh tranh giữa hai yếu tố entanpi (giảm năng lượng) và entropi (tăng độ hỗn loạn). Như vậy chiều hướng diễn ra của quá trình hóa học sẽ được quyết định bởi yếu tố nào chiếm ưu thế hơn. Sự cạnh trang của hai yếu tố entanpi và entropi trong các quá trình hóa học xảy ra ở nhiệt độ và áp suất không đổi được thể hiện qua đại lượng thế đẳng áp – đẳng nhiệt G (còn gọi tắt là thế đẳng áp, entanpi tự do, năng lượng tự do Gibbs). G = H - TS - phương trình cơ bản của nhiệt động hóa học
2. Biết thiên năng lượng tự do và chiều diễn ra của một quá trình hóa học
3. Tác động của nhiệt độ lên chiều hướng diễn ra của các quá trình hóa học
STT Dấu Kết luận H S G 1 - + - Tự xảy ra ở mọi T 2 + - + Không tự xảy ra ở mọi T 3 - - +/- Tự xảy ra ở T thấp 4 + + +/- Tự xảy ra ở T cao 4. Biến thiên năng lượng tự do chuẩn của chất và của quá trình hóa học
Năng lượng tự do chuẩn của quá trình tạo thành của một chất ΔG0t là sự thay đổi năng lượng tự do trong quá trình hình thành một mol chất trong điều kiện chuẩn từ mỗi đơn chất, các đơn chất này cũng ở trong điều kiện chuẩn. |
