Bài giảng Nhiệt động hoá học: Chương 1 - Hồ Thị Cẩm Hoài

Bài giảng Nhiệt động hoá học - Chương 1: Các đặc trưng của chất khí (Khí lý tưởng và khí thật), được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Định luật Boyle-Mariotte; Phương pháp xác định phân tử khối của khí hay chất lỏng dễ bay hơi; Hàm số phân phối vận tốc phân tử khí theo Maxwell Boltzmann;...Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Nhiệt động hoá học: Chương 1 - Hồ Thị Cẩm HoàiHồ Thị Cẩm Hòai, PhDhtchoai@hcmus.edu.vn C I: Ôn lại về tóan học (tự học) C II: Các đặc trưng của chất khí (Khí lý tưởng và khí thật) C III: Thuyết động học của khí C IV: Nguyên lý thứ nhất nhiệt động học và áp dụng. C V: Khái niệm về entropy. C VI: Nguyên lý thứ hai và thứ ba của nhiệt động học. C VII: Năng lượng khả dụng A. Năng lượng tự do G Chương I : Các đặc trưng của chất khí (Khí lý tưởng và khí thật)KHÍ LÝ TƯỞNGKhông có trong thực tế (không thể hóa lỏng và rắn)Là khí mẫu, đơn giản hóa để tiện khảo sát (để áp dụngvào khí thật).Về phương diện cơ cấu, khí lý tưởng gồm những phântử KHÔNG KÍCH THƯỚC và KHÔNG CÓ LỰC HÚT LIÊNPHÂN TỬ giữa các phân tử khí.Trong điều kiện thích hợp, người ta cho rằng khí lýtưởng luon nghiệm đúng các định luật thực nghiệm ở bấtcứ điều kiện thực nghiệm nào.Định luật Boyle-Mariotte Ở nhiệt độ không đổi, thể tích V của một khối khí W xác định tỷ lệ nghịchvới áp suất p pV = const hay pV = K với K = K(T,W) = K(T,n)Khi n = const, ứng với một nhiệt độ xác định,đường biểu diễn V theo p được gọi là đường đẳng nhiệt (isotherm) Chapter 12 4 Một cách biểu diễn khác của đl B-M là vẽ đường pV theo p ở T=const ứng với một khối khí W xác định. Lúc này ta có một đường thẳng ngang (Hình 2.2, tr26). Với các khí thông thường, hệ thức này chỉ đúng trong trường hợp áp suất thấp (=< áp suất khí quyển) và ở nhiệt độ thường (không có biến đổi hóa học khi p thay đổi) 5 Dưới áp suất p không đổi, thể tích của một khối khí xác định là một hàm số bậc nhất của nhiệt độ. V = a + bt Hay V = constant x (t + 273) = const x T (tại p = const) Hay p = constant x T (tại V = const) Vậy: Ở áp suất không đổi, thể tích V của một khối lượng khí xác định W tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. Đồ thị là những đường đẳng áp (isobars) -273 oC là nhiệt độ zero tuyệt đối hay 0 K 6 Ở cùng nhiệt độ và áp suất, những thể tích bằng nhau của khí cùng chứa một số phân tử. V = constant x n (tại p = const. và T = cons.t) 7 Kết hợp ba định luật thực nghiệm (Boyle, Charles-Gay Lussac và Avogadro) pV = constant p = constant x T V = constant x T V = constant x nTa có: pV = constant x nTĐặt R là hằng số khí lý tưởng, ta được phương trình khí lý tưởng: pV = nRT Với R = 8.31447 J.mol-1.K-1 8.20574 x 10-2 dm3.atm.mol-1.K-1 8.31447 x 10-2 dm3.bar.mol-1.K-1 8.31447 m3.Pa.mol-1.K-1 162.364 dm3.Torr.mol-1.K-1 1.98721 cal.mol-1.K-1 8 Ví dụ: Trong một quá trình công nghiệp nitrogen được làm nóng tới 500 K trong một bình chứa thể tích không đổi. Biết áp suất và nhiệt độ đầu vào là 100 atm và 300 K, hỏi áp suất của khí đi ra là bao nhiêu, giả sử khí coi như lý tưởng. Giải: trong suốt quá trình n và V không đổi.Theo PT khí lý tưởng: p1T22= p2T11Nên p22 = p1T22 / T11 = 100 atm x 500 K / 300 K = 167 atmThực tế cho biết áp suất là 183 atm. Giải thích! (BT về nhà. Bài 1, Ch II, tr.46) 910Ví dụ: Một thể tích 125 mL khí A đo ở 0,6 atm và 150 mL khí B đo ở 0,8atm được cho vào bình cầu 500 mL. Hỏi áp suất trong bình ở cùngnhiệt độ. Giả sử các khí coi như lý tưởng.Giải: Áp dụng đl Boyle để tính áp suât riêng phần pA, pB, ta có: pA x 500 mL = 0,6 atm x 125 mL => pA = 0,15 atm pB x 500 mL = 0,8 atm x 150 mL => pB = 0,24 atmVậy : Áp suất tổng quát là pA + pB = 0,39 atm 11 Phương pháp xác định phân tử khối của khí hay chất lỏng dễ bay hơiTại áp suất thấp, các khí gần như lý tưởng.Xem một lượng khí W ở T và p xác định. Nếu khí lý tưởng, ta có: pV = nRT = (W / M) RT M = (W / V) RT / p = ρ RT / p Với ρ : khối lượng riêngHay: ρ / p = M / RTXác định ρ / p tại nhiểu áp suất p, vẽ ρ / p theo p và ngoại suy ra trị số ρ / p ở p = 0 để có trị số M / RT và từ đó suy ra M (Hình 2.4 tr 34 sách NĐHH tập 1) 12 Thuyết động học của khí (the kinetic model of gases)Thuyết động học của khí được xây dựng từ ba giả thuyết (assumption) căn bản:1. Khí gồm các phân tử khối lượng m luôn chuyển động không ngừng.2 ...