Bài giảng: Nhiệt động hóa học - Giang Thị Kim Liên

BÀI GIẢNG MÔN NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌCNgười soạn: Giang Thị Kim LiênCHƯƠNG 1. NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ÐỘNG HỌC VÀ ÁP DỤNG VÀO HÓA HỌC (NHIỆT HÓA HỌC) Nhiệt động học nghiên cứu dạng nhiệt của chuyển động vật chất và những qui luật của chuyển động đó. Nhiệt hóa học là một phần của nhiệt động học nhằm mục đích khảo sát sự trao đổi năng lượng đi kèm theo những biến đổi vật lý, hóa học của vật chất. Nhiệt hóa học nghiên cứu mối liên hệ giữa dạng nhiệt và dạng hóa học của chuyển động...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng: Nhiệt động hóa học - Giang Thị Kim Liên ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM --- --- BÀI GIẢNG MÔNNHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC Người soạn: Giang Thị Kim Liên Đà Nẵng, 2009 1 CHƯƠNG 1. NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ÐỘNG HỌC VÀ ÁP DỤNG VÀO HÓA HỌC (NHIỆT HÓA HỌC) Nhiệt động học nghiên cứu dạng nhiệt của chuyển động vật chất và những qui luậtcủa chuyển động đó. Nhiệt hóa học là một phần của nhiệt động học nhằm mục đích khảosát sự trao đổi năng lượng đi kèm theo những biến đổi vật lý, hóa học của vật chất. Nhiệthóa học nghiên cứu mối liên hệ giữa dạng nhiệt và dạng hóa học của chuyển động vật chất;giúp tiên đoán trong một số trường hợp một biến đổi có thể xảy ra được hay không; ápdụng những định luật cơ bản của nhiệt động lực học vào các hiện tượng hóa học và đặc biệtlà các hiện tượng hóa lý (cân bằng hóa học, ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến quátrình hóa học, các tính chất nhiệt động của các chất, các hệ). Nghiên cứu về lý thuyết dungdịch; cấu tạo và tính chất dung dịch của các chất không điện ly; quy tắc pha..I. MỘT SỐ KHÁI NIỆM 1. Hệ nhiệt động (Hệ thống - system) Khái niệm hệ nhiệt động: Hệ nhiệt động là một phần của vũ trụ có giới hạn xácđịnh đang được khảo sát về phương diện trao đổi năng lượng và vật chất, là tập hợp củamột số lớn các tiểu phân. Phần còn lại của vũ trụ là môi trường ngoài đối với hệ. Hệ có thểtrao đổi năng lượng (nhiệt, công) và vật chất với môi trường ngoài. Ví dụ: Một bình chứa hỗn hợp gồm hai hóa chất đang phản ứng với nhau. Hệ là cácchất có mặt trong bình phản ứng, giới hạn của hệ là thành bình, phần vũ trụ ngoài ống làmôi trường ngoài. Phân loại hệ:+ Hệ hở (hệ mở): là hệ có thể trao đổi cả năng lượng lẫn vật chất với môi trường ngoài. Ví dụ: đun sôi một ấm nước, nhiệt được cung cấp vào hệ, hệ mất vật chất ra môitrường ngoài dưới dạng hơi nước.+ Hệ kín (hệ đóng): là hệ chỉ trao đổi năng lượng với môi trường ngoài nhưng không traođổi vật chất với môi trường ngoài. Ví dụ: hệ gồm các hóa chất đang cho phản ứng trongmột ống thủy tinh hàn kín. Hệ không mất vật chất nhưng có thể nhận nhiệt từ môi trườngvào (nếu phản ứng thu nhiệt) hoặc cung cấp nhiệt cho môi trường (nếu phản ứng tỏa nhiệt). 2+ Hệ cô lập: là hệ không trao đổi cả năng lượng lẫn vật chất với môi trường ngoài. Ví dụ:một bình chứa hóa chất được đậy kín và được bao phủ bằng một lớp vật liệu cách nhiệt đểcho vật chất và nhiệt lượng không thể trao đổi với môi trường ngoài.+ Hệ đoản nhiệt: Có sự trao đổi chất nhưng không có sự trao đổi nhiệt với môi trường.+ Hệ đồng thể: có tính chất đồng nhất ở tất cả mọi điểm của hệ. Ví dụ: khí nén trong bình, rượu chứa trong chai... + Hệ dị thể: có tính chất không đồng nhất trong đó các phần khác nhau của hệ được phânchia với nhau bằng bề mặt vật lý. Ví dụ, nước và nước đá ở 0oC... + Hệ vật lý: hệ mà trong đó xảy ra các quá trình thay đổi vật lý nhưng không có sự thayđổi về bản chất hoá học. Ví dụ, sự biến đổi các trạng thái vật chất ở nhiệt độ nóng chảy,nhiệt độ sôi.+ Hệ hoá học: hệ mà trong đó có một phần hoặc tất cả các thành phần hoá học tác dụng vớinhau – có sự thay đổi về bản chất hoá học. Ví dụ, Zn và H2SO4 chứa trong cốc thuỷ tinh.2. Trạng thái và thông số trạng thái Trạng thái là một tập hợp trực tiếp hay gián tiếp của các thông số trạng thái, nói lên đặcđiểm của hệ đang được khảo sát. Một hệ có trạng thái xác định khi những thông số xácđịnh những đại lượng của hệ được biết một cách chính xác như nhiệt độ, thể tích, áp suất,khối lượng riêng... các đại lượng này được gọi là thông số trạng thái của hệ. Trạng thái củahệ sẽ thay đổi nếu ít nhất có một trong những thông số trạng thái thay đổi. Ví dụ: 200cm3 nước ở 25oC, 1atm cho biết trạng thái của hệ nước đang xét. Chú ý trạng thái ở đây khác với trạng thái tập hợp của vật chất (pha, tướng) là rắn,lỏng, khí. Ví dụ hệ nước trên được đun nóng đến 50oC, cũng ở áp suất 1atm thì hệ này đãcó trạng thái khác: thể tích nước lớn hơn 200cm3 một ít, nhiệt độ 50oC, áp suất 1atm.Nhưng trong cả hai trạng thái của hệ nước trên thì nước của hệ đều ở pha lỏng. Thông số trạng thái là các đại lượng: nhiệt độ T, áp suất P, thể tích V, khối lượng m,thành phần hoá học... Có 2 loại thông số trạng thái: thông số dung độ và thông số cường độ: * Thông số dung độ (khuếch độ): 3 Thông số dung độ - tính chất của hệ vật chất có thể tính được từ các tính chất củacác thành phần tương ứng cấu tạo nên nó, có giá trị bằng tổng các thông số của các thànhphần. Ví dụ, khối lượng phân tử bằng tổng khối lượng các nguyên tử; điện tích hạt nhânnguyên tử bằng tổng điện tích của các proton... *Thông số cường độ:Thông số cường độ không có tính cộng, không phụ thuộc vào yếu tố dung độ. Ví dụ, nhiệtđộ của nước (cườn ...