Giáo án Đại cương về lí thuyết của các quá trình hoá học

đại cương về lÝ thuyết của các

quá trình hoá học I- Nhiệt động lực học hoá học I.1. Nguyên lÝ I- Nhiệt hoá học 1.1- Nguyên lÝ I ( Định luật bảo toàn năng lượng ) Năng lượng không tự nhiên sinh ra, không tự nhiên mất đi mà chỉ biến đổi từ dạng này sang dạng khác. Biểu thức: U = Q – A ( 1 )  U hàm nội năng; U là biến thiên nội năng của hệ trong một quá trình biến đổi  U là hàm trạng thái ( chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối không phụ 

thuộc vào cách thực hiện phản ứng) Q là nhiệt kèm theo quá trình trên A là công kèm theo quá tình trên mà hệ trải qua

- Quá trình xảy ra đẳng áp: P = const A = P. V ( A thường là công giãn nở )  ( 1 )  U = Q – P. V    Q = U + P. V = ( U2 + P.V2) - (U1 + P. V1 ) (2)   Đặt H = U + P.V H được gọi là hàm entapi ( hiệu ứng nhiệt đẳng áp ). U là hàm trạng thái. Do đó H là hàm trạng thái

(2)  Q = H = H2 - H1 =  Hsp -  Hcđ = U + P. V ( 3 )      1.2- Nhiệt hoá học a) Định luật Hess : Nhiệt của phản ứng hoá học chỉ phụ thuộc vào bản chất và trạng thái của các chất đầu và cuối, không phụ thuộc vào cách tiến hành phản ứng, nghĩa là không phụ thuộc vào số lượng và đặc trưng của các giai đoạn trung gian. b) Từ nguyên lÝ I : U, H là các hàm trạng thái nên U, H không phụ thuộc vào cách tiến hành quá   trình mà chỉ phụ thuộc vào trạng thái chất đầu và chất cuối  Nội dung nguyên lÝ I là nội dung của định luật Hess c) Dấu của H  Hệ toả nhiệt H < 0  Hệ thu nhiệt H > 0  VD: H2(k) + 1/2O2(k) = H2O(k) ; H = -57,8 (kcal/mol)  phản ứng thu nhiệt  d) Hệ quả: - Nếu phản ứng thuận có hiệu ứng nhiệt H thì phản ứng nghịch có hiệu ứng nhiệt là - H   - Hiệu ứng nhiệt của một chu trình bằng không VD1: Hãy xác định nhiệt của quá trình oxi hoá C(r) thành CO(k), biết thực nghiệm thu được

C(r) + O2(k) = CO2(k) H1 = -393,365 (kJ/mol)  CO(k) + 1/2 O2(k) = CO2(k) H2 = - 282,7189 (kJ/mol)  Giải: Thiết lập chu trình phản ứng dựa theo nội dung của định luật Hess

C(r) COk    x H

H1  - H2  CO2 k Từ chu trình ta có các mối liên hệ:

Cr + O2 k = CO2 k ; H1  CO2 k = COk + 1/2O2 k ; - H2  ________________________________ C(r) + 1/2 O2(k) = CO(k) ; Hx = H1 - H2 = - 110,4176 (kJ)    Bài tập: Bài 1: Xác định H của phản ứng: S (r) + 3/2O2(k) = SO3(k) ; H1 = ?   Biết : S(r) + O2(k) = SO2(k) ; H2 = - 297 (kcal/mol)  SO2(k) + 1/2O2(k) = SO3 (k) ; H3 = -98,2 (kcal/mol)  ĐS: H1 = -395,2 (kcal/mol) 

ThuVienDeThi.com

Bài 2: Cho các số liệu động học của một số phản ứng sau ë 298K và 1atm: 2NH3 + 3N2O 4N2 + 3H2O (1) ; H1= -1011 (kJ)  N2O + 3H2 N2H4 + H2O (2) ; H2 = -317 (kJ)  2NH3 + 1/2O2 N2H4 + H2O (3) ; H3 = -143 (kJ)  H2 + 1/2O2 = H2O (4) ; H4 = -286 (kJ)  Tính entanpi (nhiệt tạo thành) của N2H4, N2O ĐS:1) Nhiệt tạo thành của N2H4 tức là nhiệt của phản ứng N2 + 2H2 = N2H4 (5) ; H5 = 1/4[ -( H1+ H4) + H3 + 3 H2]      = 50,75 (kJ/mol) 2) Nhiệt tạo thành N2O tức là hiệu ứng nhiệt của phản ứng N2 + 1/2O2 = N2O (6) ; H6 = H5 + H4 - H2 = 81,75 (kJ/mol)    

1.3- Các cách tính nhiệt của phản ứng hoá học a) Tính nhiệt của phản ứng hoá học từ nhiệt sinh - Nhiệt sinh ( nhiệt hình thành ) của một hợp chất là nhiệt của phản ứng tạo ra 1 mol hợp chất đó từ các đơn chất ë trạng thái ë trạng thái bền nhất hay thường gặp nhất của những nguyên tố tự do của hợp chất trong những điều kiện đã cho về nhiệt độ và áp suất Qui ước: - Nhiệt sinh tiêu chuẩn: H0S 298 là nhiệt sinh của chất ë 298K (250C), P = 1 atm  - Sinh nhiệt tiêu chuẩn của các đơn chất ë trạng thái tiêu chuẩn bằng không Quy tắc : Nhiệt của một phản ứng bằng tổng nhiệt sinh của các chất cuối trừ tổng nhiệt sinh của các chất đầu

Công thức : H0pư = -  





m

1 j

0

j H 





n

i

i 1

0

là nhiệt tạo thành của các chất sản phẩm 





m

1 j

0

j H

là nhiệt tạo thành của các chất tham gia phản ứng 





n

i

i 1

0

H0pư thay đổi theo nhiệt độ không nhiều lắm, nhiều trường hợp coi như không đổi.  VD2: Hãy xác định nhiệt của phản ứng sau:

4FeCO3 tt + O2 k = 2Fe2O3 tt + 4 CO2 k Biết nhiệt sinh tiêu chuẩn H0S …