ThS Lê Đình Quang
11-Dec-20
Mục tiêu học tập
Chemical
Thermodynamics
Chemical
Thermodynamics
1. Trình bày được ĐN, thành phần, biểu thức nội năng, nội
dung nguyên lý I
2. Trình bày được ĐN, biểu thức của Enthalpy, Qv, Qp. Mối liên
hệ giữa Qp, Qv
3. Trình bày được ĐN, các phương pháp xác định, cách tính
hiệu ứng nhiệt?
4. Trình bày được đặc điểm của quá trình tự diễn biến? Khái
niệm S
5. Trình bày được nội dung, biểu thức của nguyên lý II, III.
Tính được ∆Shệ, ∆Smt
6. Trình bày được các yếu tố ảnh hưởng đến S của một chất
7. Trình bày được ĐN, ý nghĩa, cách xác định ∆G
8. Giải được các bài toán liên quan đến ∆S, ∆G (tự diến biến).
Trình bày ảnh hưởng của t đến khả năng tự diễn biến
NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC
TS Lê Đình Quang
11-Dec-20
1
TS Lê Đình Quang
2
2
Chemical
Thermodynamics
Tài liệu học tập
Chemical
Thermodynamics
I. ĐẠI CƯƠNG
1. Lê Thành Phước (2008), Hóa đại cương –
Vô cơ, Chương 6, NXB Y học
1. Hệ hóa học
2. Hoàng Nhâm (2003), Hóa học Vô Cơ
(Tập 2), NXB giáo dục.
3. Trạng thái vi mô, vĩ 6. Hàm trạng thái
mô
7. Quá trình: thuận
nghịch, bất thuận
4. Thông số trạng thái:
nghịch
cường độ, khuyếc độ
2. Hệ: hở, kín, cô lập
3. Kenneth W. Whiten (1996), General
chemistry (5th Edition), Saunders College
Publishing.
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
8. Điều kiện chuẩn
3
3
5. Phương trình trạng
thái
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
4
4
Chemical
Thermodynamics
1. Hệ hoá học
Chemical
Thermodynamics
2. Hệ
• Hệ hóa học là một chất hoặc tập hợp
nhiều chất cần nghiên cứu
Hệ hoá học
khí H2 và O2
Môi trường
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
5
Ha Noi University Of Pharmacy
5
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
6
6
1
ThS Lê Đình Quang
11-Dec-20
3. Trạng thái
Chemical
Thermodynamics
Vĩ mô
Vi mô
• Đặc trưng bằng các giá trị
xác định về các tính chất
vĩ mô (T, P, V, ni,...)
• Đặc trưng bằng trạng thái
xác định của mỗi phần tử
(phân tử, nguyên tử)
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
4. Thông số trạng thái
Chemical
Thermodynamics
• Nhiệt độ, áp suất, thể tích, số mol… (T, P,
V, ni, ...) xác định trạng thái vĩ mô được
gọi là các thông số trạng thái (TSTT)
7
7
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
8
8
Phân loại TSTT
Chemical
Thermodynamics
5. Phương trình trạng thái
Chemical
Thermodynamics
• Khái niệm:
Cường độ
Khuyếch độ
• Không phụ thuộc lượng
chất (nhiệt độ, áp suất…)
• Phụ thuộc lượng chất
(thể tích, khối lượng,
năng lượng…)
– Phương trình trạng thái là phương trình mô tả
mối liên hệ giữa các thông số trạng thái
• Phương trình trạng thái của khí lý tưởng:
▪ PV = nRT
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
9
9
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
10
10
6. Hàm trạng thái
Chemical
Thermodynamics
• Khái niệm:
• Khái niệm:
– Hàm trạng thái là hàm số của các thông số
trạng thái.
– Quá trình là con đường mà hệ chuyển từ
trạng thái này sang trạng thái khác có sự biến
đổi ít nhất một TSTT
• Đặc điểm:
• Phân loại:
– Biến thiên của hàm trạng thái chỉ phụ thuộc
vào trạng thái đầu và cuối, không phụ thuộc
vào đường đi.
11-Dec-20
7. Quá trình
Chemical
Thermodynamics
TS Lê Đình Quang
11
Ha Noi University Of Pharmacy
– Quá trình thuận nghịch (th)
– Quá trình bất thuận nghịch (btn)
11
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
12
12
2
ThS Lê Đình Quang
11-Dec-20
Đặc điểm
Chemical
Thermodynamics
Thuận nghịch
Bất thuận nghịch
• Xảy ra 2 chiều.
• Xảy ra 1 chiều.
• Cùng một con đường
• Nhiều con đường.
• Không gây biến đổi ra
môi trường xung quanh
• Gây biến đổi ra
trường xung quanh
• Công: Atn = Amax.
• Công: Abtn < Amax
• Quá trình lý thuyết
• Quá trình thực
8. Điều kiện chuẩn
Chemical
Thermodynamics
• Áp suất
: 1 atm
• Nhiệt độ
: 250C (298K)
• Chất tham gia phản ứng:
môi
– Chất rắn:
• Nguyên chất, bền ở 25oC, 1atm
– Chất trong dung dịch:
• C=1 mol/L (M)
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
13
13
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
14
14
II. Nội năng
Chemical
Thermodynamics
1. Khái niệm
Chemical
Thermodynamics
1. Khái niệm
• Nội năng của một chất là năng lượng toàn
phần (động năng + thế năng của phân tử)
tạo nên chất đó.
2. Thành phần
3. Nguyên lý I
4. Đặc điểm nội năng
5. Quy ước dấu
6. Đơn vị năng lượng
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
15
15
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
16
16
Chemical
Thermodynamics
2. Thành phần
3. Nguyên lý I
Chemical
Thermodynamics
• Nội dung:
– Biến thiên nội năng U của hệ có thể chuyển
thành nhiệt (Q), hoặc công (A), hoặc đồng
thời thành cả 2 dạng Q và A
– Tổng NL của hệ và mt xung quanh là một
hằng số
• Biểu thức:
▪
▪
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
17
Ha Noi University Of Pharmacy
17
11-Dec-20
U= Q+A
Etổng = Ehệ + Emt
TS Lê Đình Quang
18
18
3
ThS Lê Đình Quang
11-Dec-20
4. Đặc điểm nội năng
Chemical
Thermodynamics
5. Quy ước dấu
Chemical
Thermodynamics
• Dự trữ năng lượng của hệ
MÔI TRƯỜNG
• Hàm trạng thái
• Thông số khuyếch độ
Nhận công A > 0
Hệ
• Không xác định giá trị tuyệt đối U, chỉ xác
định được U = Q + A
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
Nhận nhiệt Q > 0
19
19
Sinh công A < 0
Sinh nhiệt Q < 0
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
20
20
6. Đơn vị năng lượng
Chemical
Thermodynamics
III. Enthapy
Chemical
Thermodynamics
1. Khái niệm, biểu thức
• J
2. Nhiệt hóa học (Qv, Qp)
▪ 1 J = 0,239 cal
3. Hiệu ứng nhiệt
• Cal
4. Hiệu ứng nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ
▪ 1 cal = 4,184 J
5. Phương trình nhiệt hoá học
6. Định luật Hess
7. Phương pháp xác định H
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
21
21
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
22
22
1. Khái niệm, biểu thức
Chemical
Thermodynamics
Chemical
Thermodynamics
• Ethalpy là nội năng cộng với tích giữa áp
suất và thể tích của hệ:
2. Nhiệt hóa học (Qv, Qp)
Q= U–A
• Nhiệt hóa học:
▪ H = U + PV
a) Nhiệt đẳng tích : Qv
• Biến thiên Enthalpy ( H) là biến thiên nội
năng cộng với tích giữa áp suất không đổi
với biến thiên thể tích của hệ:
b) Nhiệt đẳng áp
: Qp
▪ ΔH = ΔU + PΔV
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
23
Ha Noi University Of Pharmacy
23
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
24
24
4
ThS Lê Đình Quang
Chemical
Thermodynamics
11-Dec-20
a) Nhiệt đẳng tích
b) Nhiệt đẳng áp
Chemical
Thermodynamics
Qv= U – A = U + P∆V = U
QP= U – A = U + P∆V = H
• Nhiệt phản ứng ở thể tích không đổi (Qv)
là biến thiên nội năng ( U)
• Nhiệt phản ứng ở áp suất không đổi (QP)
là biến thiên enthalpy ( H)
• Qv là hàm trạng thái
• QP là hàm trạng thái
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
25
25
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
26
26
Chemical
Thermodynamics
c) Quan hệ Qp và Qv
Chemical
Thermodynamics
• Qv= U
• QP= U + P∆V
→ QP= Qv + P∆V → QP - Qv = P∆V = nRT
QP - Qv = nRT
n=
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
27
27
(số mol khí)sp -
11-Dec-20
(số mol khí)cđ
TS Lê Đình Quang
28
28
Chemical
Thermodynamics
Topic
Topic
Chemical
Thermodynamics
• Cho biết khi đốt cháy hoàn toàn 1 mol CO
với O2 ở 25oC và áp suất không đổi giải
phóng một lượng nhiệt 566kJ. Hãy tính
biến thiên nội năng của quá trình?
• Cho phản ứng:
11-Dec-20
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
29
Ha Noi University Of Pharmacy
H2(k) + Cl2(k) → 2 HCl(k)
∆H= 92,3 kJ
Hãy tính ∆U của phản ứng
29
TS Lê Đình Quang
30
30
5
ThS Lê Đình Quang
11-Dec-20
Topic
Chemical
Thermodynamics
3. Hiệu ứng nhiệt
Chemical
Thermodynamics
• Cho 12g than chì có thể tích là 0,0053 L
phản ứng với oxy ở 1atm. Nhiệt của phản
ứng này ở 298 K là -110,524 kJ
a) Khái niệm
b) Dấu H
c) Nguyên nhân H
C(r) + ½ O2(k) → CO(k)
Hãy tính ∆U của phản ứng
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
31
31
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
32
32
a) Khái niệm
Chemical
Thermodynamics
b) Dấu H
Chemical
Thermodynamics
• Hiệu ứng nhiệt của phản ứng là lượng nhiệt
mà hệ thu vào hay phát ra trong qúa trình
hóa học
• Tỏa nhiệt:
• Thu nhiệt:
H<0
H>0
• Hiệu ứng nhiệt là biến thiên của Enthalpy
( H):
H = Hsp - Hcđ
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
33
33
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
34
34
Topic
Chemical
Thermodynamics
• Cho phản ứng:
C(r) + O2(k) = CO2(k);
H0298=
• Do sự khác nhau về thế năng giữa các liên
kết trong:
-787,02 kJ
– Chất phản ứng
Phản ứng tỏa nhiệt hay thu nhiệt ?
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
35
Ha Noi University Of Pharmacy
c) Nguyên nhân H
Chemical
Thermodynamics
– Chất sản phẩm
35
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
36
36
6
ThS Lê Đình Quang
11-Dec-20
4. PT nhiệt hoá học
Chemical
Thermodynamics
Topic
Chemical
Thermodynamics
• Là phương trình phản ứng hoá học được
viết kèm theo hiệu ứng nhiệt (biến đổi
Enthalpy H)
• Na (r) + ½ Cl2 (k) → NaCl (r);
H0298 = -411,1 kJ
• 2 H2O (l) → 2 H2 (k) + O2 (k);
H0298 = 572 kJ
• Trong phương trình, cần ghi rõ:
– Hệ số trong phương trình
– Trạng thái của các chất (rắn, lỏng, khí)
– Nhiệt độ mà tại đó phản ứng xảy ra
– Dấu H
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
37
37
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
38
38
5. Định luật Hess
Chemical
Thermodynamics
Topic
Chemical
Thermodynamics
• Biến thiên Enthalpy ( H) của toàn bộ một
quá trình bằng tổng các biến thiên
Enthalpy của các bước riêng của quá trình
• Cho biết hiệu ứng nhiệt phản ứng:
C(r) + O2(k) → CO2(k)
∆H0298=-393,5 kJ
CO(k) + ½ O2(k) → CO2(k) ∆H0298=-283,0 kJ
Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng:
C(r) + ½ O2(k) → CO(k)
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
39
39
11-Dec-20
∆H0298=?
TS Lê Đình Quang
40
40
6. Phương pháp xác định H
Topic
Chemical
Thermodynamics
Chemical
Thermodynamics
a) Xác định trực tiếp (tự đọc):
• Cho biết hiệu ứng nhiệt phản ứng:
2 Al(r) + 3/2 O2(k) → Al2O3(r)
(1)
∆H0298 =-1676,0 kJ
S(r) + 3/2 O2(k) → SO3(k)
(2)
∆H0298 =-396,1 kJ
2 Al(r) + 3 S(r) + 6 O2(k) → Al2(SO4)3(r)
(3)
∆H0298 =-283,0 kJ
Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng:
Al2O3(r) + 3 SO3(k) → Al2(SO4)3(r)
∆H0298 =?
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
41
Ha Noi University Of Pharmacy
– Nhiệt kế
– Bom nhiệt lượng
b) Xác định gián tiếp:
1. Sinh nhiệt H0f
2. Nhiệt biến đổi trạng thái H0cp
3. Nhiệt cháy Hcomp
4. Năng lượng liên kết cộng hoá trị H0pư
5. Nhiệt hydrat hoá của ion H0ht
41
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
42
42
7
ThS Lê Đình Quang
Tính H0 (1)
Chemical
Thermodynamics
•
11-Dec-20
H0 =
H0 SP -
H0 CĐ
•
1. Sinh nhiệt H0f
H0 =
H0 CĐ -
H0 SP
4. Nhiệt cháy H0comp
2. Nhiệt biến đổi trạng thái H0cp
3. Nhiệt hydrat hoá của ion
11-Dec-20
Tính H0 (2)
Chemical
Thermodynamics
5. Năng lượng liên kết cộng hoá trị Elk
H0ht
TS Lê Đình Quang
43
43
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
44
44
Chemical
Thermodynamics
b1) Sinh nhiệt H0f
Chú ý
Chemical
Thermodynamics
• Sinh nhiệt của một chất là hiệu ứng nhiệt
Hf của phản ứng tạo thành một mol chất
đó từ các đơn chất ở trạng thái chuẩn
• Sinh nhiệt của nguyên tố ở trạng thái tiêu
chuẩn bằng 0
11-Dec-20
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
• Hầu hết sinh nhiệt tiêu chuẩn
các hợp chất đều âm
45
45
TS Lê Đình Quang
H0 f
của
46
46
Chemical
Thermodynamics
Topic
Chemical
Thermodynamics
• Cho phản ứng:
CaCO3(r) → CO2(k)
∆H0f
(kJ/mol)
-1206,9
-393,5
+
CaO(r)
-635,5
– Tính ∆H0298
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
47
Ha Noi University Of Pharmacy
47
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
48
48
8
ThS Lê Đình Quang
11-Dec-20
b2) Nhiệt chuyển pha
Chemical
Thermodynamics
Chemical
Thermodynamics
• Nhiệt chuyển pha của một chất là lượng
nhiệt cần cung cấp cho 1 mol chất đó chuyển
hoàn toàn từ pha này sang pha khác ở trong
điều kiện đẳng áp.
• Các loại nhiệt chuyển pha Hcp:
Nhiệt
Nhiệt
Nhiệt
Nhiệt
Enthalpy, H
–
–
–
–
KhÝ
nóng chảy, nhiệt đông đặc
bay hơi, nhiệt hoá lỏng
thăng hoa, nhiệt ngưng tụ
biến đổi thù hình
11-Dec-20
(
(
o
49
49
Láng
o
H hl )
(
H th )
(
TS Lê Đình Quang
(
o
H bh)
R¾n
o
H nc)
11-Dec-20
(
o
H nt )
o
H ®®)
TS Lê Đình Quang
50
50
Topic
Chemical
Thermodynamics
• Cho biết:
• Cho biết:
C(gr) + O2 → CO2(k)
C(kim
cương)
Topic
Chemical
Thermodynamics
∆H0th=-393,5
kJ
∆H0H2O(l)=-285,8 kJ/mol
+ O2 → CO2(k) ∆H0th=-395,4 kJ
∆H0H2O(k)=-241,8 kJ/mol
• Tính hiệu ứng nhiệt của quá trình:
• Tính hiệu ứng nhiệt ∆Hhh của nước
C(gr) → C(kim cương)
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
51
51
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
52
52
b3) Nhiệt hydrat hoá của ion
Chemical
Thermodynamics
Topic
Chemical
Thermodynamics
• Sinh nhiệt tiêu chuẩn Hof của một ion
hydrat hoá là hiệu ứng nhiệt khi chuyển 1
mol ion (6,022.1023 ion) hình thành từ đơn
chất ở trạng thái tiêu chuẩn vào dung dịch
nước ở 25oC (298oK)
• Cho phản ứng:
KOH(r) → K+(aq) +
∆H0f (kJ/mol) -425,8
-251,2
OH-(aq)
-230,2
– Tính ∆H0ht
• Sinh nhiệt tiêu chuẩn của H+ (aq) bằng 0.
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
53
Ha Noi University Of Pharmacy
53
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
54
54
9
ThS Lê Đình Quang
11-Dec-20
b4) Nhiệt đốt cháy H0comp
Chemical
Thermodynamics
Topic
Chemical
Thermodynamics
• Nhiệt đốt cháy là hiệu ứng nhiệt H0comp của
phản ứng đốt cháy một mol chất đó bằng
oxy ở điều kiện tiêu chuẩn để tạo thành các
oxyd bền nhất
• Cho phương trình và các dữ kiện:
• Các chất hữu cơ cháy tạo ra các oxyd bền
nhất là CO2 (k) và H2O (l)
• Hãy tính nhiệt đốt cháy H0comp
∆Hof(kJ/mol)
CH4(k) + O2(k) → CO2(k) + 2H2O(l)
52,47
0
-393,5
-241,83
• Nhiệt cháy của các nguyên tố cũng chính là
sinh nhiệt của oxyd bền nhất của nó.
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
55
55
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
56
56
Topic
Chemical
Thermodynamics
• Cho phản ứng:
∆H0f
CO(r) + ½ O2(k) →
(kJ/mol) -110,5
0
• Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng khi biết
nhiệt cháy:
CO2(k)
-393,5
C2H5OH(l) + CH3COOH(l)
∆Hocomp
(kJ/mol)
– Hãy tính nhiệt cháy ∆H0comp của CO2
11-Dec-20
Topic
Chemical
Thermodynamics
TS Lê Đình Quang
57
57
-1366,9
11-Dec-20
→
-871,1
CH3COOC2H5 (l)
+ H2O(l)
-2284
TS Lê Đình Quang
58
58
Chemical
Thermodynamics
b5) Năng lượng liên kết
Topic
Chemical
Thermodynamics
• Năng lượng của một lk hóa học là năng
lượng cần thiết để phá vỡ lk đó để tạo
thành các nguyên tử ở ĐKC (thể khí):
• Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng:
2H2(k) + O2(k) → 2H2O(k)
A-B(k) → A(k) + B(k)
H0298=?
• Cho biết:
• Năng lượng lk hóa học của một chất là
tổng năng lượng lk của tất cả các lk hóa
học trong phân tử đó:
– Elk[H–H] = 432 KJ/mol
– Elk[O-O] = 498 KJ/mol
– Elk[O-H] = 467 KJ/mol
H3C–CH3(k) → 2C(k) + 3H2(k);
EC2H6=1.Elk[C–C]+6.Elk[C–H]
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
59
Ha Noi University Of Pharmacy
59
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
60
60
10
ThS Lê Đình Quang
11-Dec-20
III. Chiều và giới hạn của các
quá trình hoá học
Topic
Chemical
Thermodynamics
Chemical
Thermodynamics
• Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng:
1. Đại cương
HC CH(k) + 2H2(k)→ H3C–CH3(k); Ho298=?
2. Entropy
• Cho biết:
– Elk[C
C]
3. Năng lượng tự do Gibbs
= 839 KJ/mol
– Elk[C–H] = 413 KJ/mol
– Elk[H–H] = 432 KJ/mol
– Elk[C-C] = 347 KJ/mol
– Elk[C–H] = 413 KJ/mol
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
61
61
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
62
62
Chemical
Thermodynamics
1. Đại cương
Chemical
Thermodynamics
a) Quá trình
b) Đặc điểm quá trình tự diễn biến
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
63
63
a) Quá trình
Tự diễn biến
Không tự diễn biến
• Tự xảy ra mà không cần
cung cấp thêm năng
lượng liên tục từ bên
ngoài
• Không thể tự động xảy ra
nếu hệ không được cung
cấp năng lượng liên tục
từ bên ngoài.
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
64
64
b) Đặc điểm QT tự diễn biến
Chemical
Thermodynamics
Chemical
Thermodynamics
• Tự xảy ra mà không cần công (có thể sản
ra công có ích)
• Không nhất thiết phải là QT xảy ra ngay
lập tức
• Quá trình đã tự DB theo một hướng thì
không thể tự DB theo chiều ngược lại
• Quá trình tự diễn biến đạt trạng thái cân
bằng sau 1 khoảng thời gian.
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
65
Ha Noi University Of Pharmacy
65
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
66
66
11
ThS Lê Đình Quang
11-Dec-20
2. Entropy
Chemical
Thermodynamics
Chemical
Thermodynamics
Nước chảy theo chiều làm
giảm thế năng
a) Khái niệm
H chưa thể xem là đại lượng
tiêu chuẩn để tiên đoán chiều và
giới hạn quá trình
b) Nguyên lý II
c) Đặc điểm Entropy
Quá trình toả nhiệt
d) Phương trình Boltzmann
Quá trình bay hơi
nước tự xảy ra là
quá trình thu nhiệt
e) Nguyên lý III
f) Các yếu tố ảnh hưởng
g) Biến thiên Spư
h) Biến thiên Smt
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
67
67
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
68
68
Trong hệ cô lập, quá trình khuếch tán diễn ra theo
chiều hướng làm tăng độ hỗn loạn của hệ
Quá trình nóng chảy, bay hơi tự diễn ra
có H >0
Chemical
Thermodynamics
Chemical
Thermodynamics
Tự phát
Quá trình khuếch tán các khí tự diễn ra có H=0
Không tự phát
Trong hệ cô lập, các quá trình tự phát diễn ra theo chiều
hướng đi từ trạng thái có độ hỗn loạn thấp đến trạng thái
có độ hỗn loạn cao.
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
69
69
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
70
70
a) Khái niệm
Chemical
Thermodynamics
b) Nguyên lý II
Chemical
Thermodynamics
• Entropy là thước đo mức độ hỗn độn của
hệ.
• Nội dung:
– Tất cả các quá trình xảy ra tự phát đều làm
tăng tổng Entropy của vũ trụ (gồm hệ + môi
trường xung quanh)
▪ Svô trật tự > Strật tự
– Đối với một quá trình tự phát, tổng biến thiên
Entropy phải là dương
• Biểu thức:
▪
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
71
Ha Noi University Of Pharmacy
71
11-Dec-20
Stổng = Shệ + Smôi trường > 0
TS Lê Đình Quang
72
72
12
ThS Lê Đình Quang
11-Dec-20
c) Đặc điểm S
Chemical
Thermodynamics
d) Phương trình Boltzmann
Chemical
Thermodynamics
• Biểu thức:
• Thước đo mức độ hỗn độn
▪ S = k.lnW (J/K)
• Hàm trạng thái
• Đại lượng khuếch độ
• Đo được giá trị tuyệt đối
• k
: hằng số Boltzmann, k = 1,38.10-23 J/K.
• W
: số cách sắp xếp các phần tử trong hệ
• Entropy tính cho 1 mol chất
▪ S = RlnW (J/mol.K)
• R = 8,314 J/mol.K
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
73
73
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
74
74
e) Nguyên lý III
Chemical
Thermodynamics
Entropy mol tiêu chuẩn
Chemical
Thermodynamics
• Ở không độ tuyệt đối, một tinh thể hoàn
hảo có Entropy bằng không:
• Có thể xác định được giá trị tuyệt đối của
S của bất kỳ chất nào và ở mọi nhiệt độ
▪ S0oK = k.ln1 = 0
• Entropy mol tiêu chuẩn So được xác định ở
298K (25oC) và áp suất 1atm
– Đơn vị: J/mol.K
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
75
75
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
76
76
Entropy mol tiêu chuẩn So
Chemical
Thermodynamics
Chất
S 298
(J/mol.K)
Chất
Chemical
Thermodynamics
f) Các yếu tố ảnh hưởng
1. Nhiệt độ
S 298
(J/mol.K)
H2O(l)
69.9
NaCl(r)
72.3
2. Trạng thái vật lý
H2O(k)
188.8
NaCl(aq)
115.5
3. Quá trình hòa tan chất rắn
I2(r)
116.7
Na2CO3(r)
136.0
I2(k)
260.6
CH4(k)
186.3
4. Quá trình hòa tan chất khí
Na(r)
51.5
C2H6(k)
229.5
K(r)
64.7
C3H8(k)
269.9
Cs(r)
85.2
C4H10(k)
310.0
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
77
Ha Noi University Of Pharmacy
5. Cấu trúc
77
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
78
78
13
ThS Lê Đình Quang
11-Dec-20
f1) Nhiệt độ
Chemical
Thermodynamics
f2) Trạng thái vật lý
Chemical
Thermodynamics
• Khi nhiệt độ cao, tăng số phân tử có vận
tốc lớn → tăng S
Nhiệt độ (oK)
So(J/mol.K)
11-Dec-20
273
31
295
32,9
298
33,1
TS Lê Đình Quang
79
79
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
80
80
Chemical
Thermodynamics
f2) Trạng thái vật lý…
Entropy
So (r/l)
So (khí)
Na
1,4
153,6
H2O
69,9
188,7
f3) QT hoà tan chất rắn, lỏng
Chemical
Thermodynamics
• Hoà tan TT ion → nước, các ion được
hydrat hoá và tách rời nhau, cấu trúc trật
tự cao trong tinh thể bị phá huỷ:
C
5,7
158,0
S (rắn) < S (lỏng) < S (khí)
– SChất rắn nguyên chất < SChất rắn/lỏng
Entropy
So (r/l)
So (aq)
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
81
81
11-Dec-20
NaCl
72,1 (r)
115,1
AlCl3
167 (r)
-148
CH3OH
127 (l)
132
TS Lê Đình Quang
82
82
Chemical
Thermodynamics
f4) QT hoà tan chất khí
Chemical
Thermodynamics
• Trộn chất khí/chất khí khác → S tăng.
• Trộn chất khí/chất lỏng, rắn → S giảm
– SChất khí/Lỏng, Rắn < SChất khí nguyên
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
83
Ha Noi University Of Pharmacy
83
– S0O2(k)
= 205,0 J/mol.K
– S0O2/H2O
= 110,9 J/mol.K
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
chất
84
84
14
ThS Lê Đình Quang
Chemical
Thermodynamics
11-Dec-20
f5) Cấu trúc
Hệ càng phức tạp, phân tử càng phức tạp
thì S càng lớn.
S0298(O) < S0298(O2) < S0298(O3)
TS Lê Đình Quang
85
85
= 261,5 J/mol.K
•
SoCCl4(k)
= 309,7 J/mol.K
NaCl
72,1
AlCl3
110,7
11-Dec-20
P4O10
229
NO
NO2
N2O4
211
240
304
TS Lê Đình Quang
86
86
Chemical
Thermodynamics
S0
•
SoCF4(k)
S0 (r)
S0 (k)
S0298(NO) < S0298(NO2)
11-Dec-20
f5) Cấu trúc…
Chemical
Thermodynamics
f5) Cấu trúc…
CH4(k) C2H6(k) C3H8(k) C4H10 (k) C5H12(k) C5H10(k) C2H5OH(l)
186
230
270
310
348
293
161
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
f5) Cấu trúc…
Chemical
Thermodynamics
M (g/mol)
S0 (r)
87
87
Li
6,941
29,1
11-Dec-20
Na
22,99
51,4
K
39,1
64,7
TS Lê Đình Quang
Rb
85,47
69,5
Cs
132,9
85,2
88
88
Chemical
Thermodynamics
g) Biến thiên Sopư
• Biến thiên Entropy của phản ứng bằng
tổng Entropy của các sản phẩm trừ đi
tổng Entropy của các chất đầu
Sopư =
11-Dec-20
So[SP] –
TS Lê Đình Quang
89
Ha Noi University Of Pharmacy
Topic
Chemical
Thermodynamics
• Cho phản ứng:
C(r) + CO2(k) → 2 CO(k)
S0298(J/mol.K) 5,74
213,68
197,54
So[CĐ]
– Tính So298
89
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
90
90
15
ThS Lê Đình Quang
11-Dec-20
Topic
Chemical
Thermodynamics
• Cho phản ứng:
• Cho phản ứng:
H2(k) + ½ O2(k) → H2O(k)
S0298(J/mol.K) 130,52
205,04
188,72
– Tính
Topic
Chemical
Thermodynamics
C(r)
S01500(J/mol.K)
S0298(J/mol.K)
So298
+ CO2(k) → 2 CO(k)
33,44
5,74
291,76
213,68
248,71
197,54
– Tính So1500 và So298
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
91
91
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
92
92
h) Biến thiên Somt
Chemical
Thermodynamics
• Biểu thức: ΔS mt = -
Smt
ΔH
T
• Cho phản ứng tổng hợp NH3 ở 298K, Sopư=-197
J/K và các dữ kiện:
Hệ hoá học
khí H2 và O2
Môi trường
H0f(kJ/mol)
TS Lê Đình Quang
3 H2(k) + N2(k) →
0
0
2 NH3(k)
-45,9
– Tính Somt và Sot
Shệ ( Spư)
11-Dec-20
Topic
Chemical
Thermodynamics
93
93
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
94
94
Topic
Chemical
Thermodynamics
3. Năng lượng tự do Gibbs
Chemical
Thermodynamics
a) Định nghĩa
• Cho quá trình biến đổi pha bay hơi – hóa lỏng
của 1 mol nước:
H2O (l, 373K)
b) Đặc điểm
H2O (k, 373K)
c) Biến thiên Ghệ
– Tính Somt, Sohệ và Sot
d) Ý nghĩa
• Dữ kiện H2O:
– S0(k, 373K)
–
S0(l, 373K)
– Hohh(373)
11-Dec-20
= 195,9 J/K
e) Cách xác định Ghệ
= 86,9 J/K
f) Ảnh hưởng của t đến QT tự diễn biến
= 40,7 kJ/mol
TS Lê Đình Quang
95
Ha Noi University Of Pharmacy
95
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
96
96
16
ThS Lê Đình Quang
11-Dec-20
a) Định nghĩa
Chemical
Thermodynamics
b) Đặc điểm G
Chemical
Thermodynamics
• Năng lượng tự do Gibss là hàm kết hợp
của Enthalpy và Entropy:
• Công của quá trình
• Hàm trạng thái
▪ G = H – TS
• Đại lượng khuếch độ
▪ ΔGhệ = ΔHhệ –TΔShệ
• Không đo được giá trị tuyệt đối
• Xác định được: ΔG= ΔH – TΔS ở P, T
không đổi
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
97
97
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
98
98
c) Biến thiên Ghệ
Chemical
Thermodynamics
d) Ý nghĩa G
Chemical
Thermodynamics
ΔSt =ΔSmt +ΔShe
• Quá trình tự diễn biến:
ΔH he
T
-T.ΔSt =ΔH he -T.ΔShe
– G là công cực đại mà hệ có thể thực hiện
=ΔShe -
• Quá trình không tự diễn biến:
– G là công tối thiểu để hệ biến đổi trạng thái
ΔG he =ΔH he -T.ΔShe
11-Dec-20
ΔSt >0
ΔG he <0
ΔSt <0
ΔG he >0
TS Lê Đình Quang
99
99
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
100
100
d) Ý nghĩa G…
Chemical
Thermodynamics
•
Chemical
Thermodynamics
Ghệ < 0
1. Năng lượng Gibbs hình thành chuẩn Gof
– QT tự diễn biến sẽ xảy ra
•
e) Cách xác định Ghệ
2. Tính biến thiên Gopư
Ghệ > 0
– QT tự diễn biến không xảy ra
•
Ghệ = 0
– Hệ ở trạng thái cân bằng
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
101
Ha Noi University Of Pharmacy
101
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
102
102
17
ThS Lê Đình Quang
Chemical
Thermodynamics
11-Dec-20
e1) Năng lượng Gibbs hình
thành chuẩn Gof
Chemical
Thermodynamics
• Là biến thiên năng lượng tự do của 1 mol
chất được tạo thành từ các đơn chất ở
trạng thái tiêu chuẩn
•
•
e2) Tính biến thiên Gopư
Gopư =
Gof[SP] –
Gof[CĐ]
• ΔGpư = ΔHpư –TΔSpư
Gof AgNO3(r)=19,1 KJ/mol
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
103
103
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
104
104
Topic
Chemical
Thermodynamics
• Dựa vào sinh nhiệt và entropy chuẩn của
các chất
S0298(J/mol.K)
∆H0f(kJ/mol)
Topic
Chemical
Thermodynamics
4 KClO3(r) → 3 KClO4(r) + KCl(r)
143,1
151,0
82,6
-397,7
-432,8
-436,7
• Dựa vào năng lượng tự do Gibbs chuẩn:
∆G0f(kJ/mol)
4 KClO3(r) →
-296,3
3 KClO4(r) + KCl(r)
-303,2
-409,2
– Hãy tính ∆G0pư
– Hãy tính ∆G0pư
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
105
105
Topic
CaCO3(r) →
11-Dec-20
106
-1128,8
CaO(r)
-603,5
TS Lê Đình Quang
107
Ha Noi University Of Pharmacy
Topic
Chemical
Thermodynamics
• Dựa vào năng lượng tự do Gibbs chuẩn
hãy xét xem phản ứng sau đây có xảy ra ở
điều kiện chuẩn?
(kJ/mol)
TS Lê Đình Quang
106
Chemical
Thermodynamics
∆G0f
11-Dec-20
+
• Dựa vào năng lượng tự do Gibbs chuẩn
hãy xét xem phản ứng sau đây có xảy ra ở
điều kiện chuẩn?
CO2(k)
-394,4
107
Fe2O3(r) + 3 H2(k) →
• Biết
11-Dec-20
∆H0
pư=95,813
kJ,
2 Fe(r) + 3 H2O(r)
∆S0
TS Lê Đình Quang
pư
= 141,4 J/K
108
108
18
ThS Lê Đình Quang
11-Dec-20
f) Ảnh hưởng của nhiệt độ
f) Ảnh hưởng của nhiệt độ…
Chemical
Thermodynamics
Chemical
Thermodynamics
• Phản ứng tự diễn biến ở mọi nhiệt độ
khi Ho < 0 và So > 0
• Phản ứng tự diễn biến ở nhiệt độ cao
khi Ho > 0 và So > 0
2 H2O2(l) → 2 H2O(l) + O2(k);
Ho
= -196 kJ,
So
2 H2O(k) → 2 H2(k) + O2(k)
Ho = 483,7 kJ; So = 88,76 J/K
= 125 J/K
• Phản ứng không tự diễn biến ở mọi
nhiệt độ khi Ho > 0 và So < 0
• Phản ứng tự diễn biến ở nhiệt độ thấp
khi Ho < 0 và So < 0
2 Na(r) + Cl2(k) → 2 NaCl(r);
3 O2(k) → 2 O3(k);
Ho = -822,2 kJ; So = -181,7 J/K
Ho = 286 kJ; So = -137 J/K
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
109
109
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
110
110
Topic
Chemical
Thermodynamics
Chemical
Thermodynamics
• Cho phản ứng và Hopư= 58,1 kJ; Sopư =
165 J/K:
Cu2O(r) + C(r) → 2Cu(r) + CO(k)
• Hãy cho biết ở nhiệt độ nào thì phản ứng
sẽ xảy ra?
11-Dec-20
TS Lê Đình Quang
111
Ha Noi University Of Pharmacy
111
11-Dec-20
Good luck!
TS Lê Đình Quang
112
112
19