›
›

Giáo trình Nhiệt động hóa học

pdf 68 trang huongle 11910
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Nhiệt động hóa học", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_nhiet_dong_hoa_hoc.pdf

Nội dung text: Giáo trình Nhiệt động hóa học

  1. THERMOCHEMISTRY NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC
  2. I.KHÁI NIỆM 1.Nhiệt động hóa học - Nghiên cứu sự chuyển hóa giữa hóa năng và các dạng năng lượng khác. - Hiệu ứng nhiệt của quá trình hóa học. - Điều kiện bền cuả hệ hóa học. 2.Hệ nhiệt động Là tập hợp một hay nhiều chất ở điều kiện xác định p, t0, nồng độ.
  3. Hệ + Môi trường xung quanh = Vũ trụ  Hệ là tập hợp các vật thể xác định trong không gian nào đó và phần còn lại xung quanh gọi là môi trường : VŨ TRỤ Phân loại hệ :
  4. HỆ HỞ HỆ KÍN HỆ CÔ LẬP Hệ kín chỉ Hệ cô lập không có thể trao trao đổi chất và E đổi E với với MT ngoài MT ngoài
  5. Hệ dị thể Hệ đồng thể Hệ đoạn nhiệt: DQ = 0 Hệ đẳng nhiệt: DT = 0 Hệ đẳng áp : DP = 0 Hệ đẳng tích : DV = 0
  6. P, 3.Trạng thái Thông t0, số - Một hệ có thể trạng tồn tại ở những C, thái trạng thái khác V, nhau. năng lượng . Trạng thái cân bằng: là trạng thái tương ứng với hệ cân bằng khi các thông số trạng thái giống nhau ở mọi điểm của hệ và không thay đổi theo thời gian.
  7. Hàm trạng thái Hàm trạng thái : biến thiên giá trị của hàm chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và cuối của hệ DF = F(cuối) – F (đầu)  Là hàm của các thông số trạng thái  Hàm trạng thái phụ thuộc vào trạng thái của hệ  Các thông số trạng thái có thể là hàm trạng thái nhưng cũng có thể là biến số trạng thái
  8. Trong quá trình biến đổi trạng thái, biến thiên của hàm trạng thái chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và cuối chứ không phụ thuộc vào đường đi. A B C
  9. Trạng thái chuẩn  Chất phải tinh khiết và ở trạng thái liên hợp bền  Nếu là chất rắn phải ở dạng đa hình bền.  Nếu là chất khí thì phải là khí lý tưởng.  Nếu là chất ở trong dung dịch thì C = 1 mol/lít.  Áp suất chuẩn là 101,325 kPa (tương ứng 1 atm)  Nhiệt độ chuẩn có thể là nhiệt độ bất kỳ, thường là 25oC = 298oK
  10. 4.Quá trình P1 P2 hệ T1 Quá trình hệ T2 hóa học hóa học C C 1 2 V1 V2 F1 = F(P1,T1,C1,V1) F2 = F(P2,T2,C2,V2) Một số quá trình hay gặp: - Đẳng áp: P = const - DP=0 - Đẳng tích: V = const - DV=0 - Đẳng nhiệt: T = const - DT= 0
  11. QUÁ TRÌNH - là con đường mà hệ chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác có sự biến đổi ít nhất một thông số trạng thái
  12. QUÁ TRÌNH THUẬN NGHỊCH Là qt có thể tiến hành theo hai chiều ngược nhau, các trạng thái trung gian giống nhau, không gây nên biến đổi gì trong hệ cũng như môi trường. QUÁ TRÌNH BẤT THUẬN NGHỊCH – Là các qt không thoả mãn các điều kiện trên. Quá trình có ma sát đều là qt bất thuận nghịch Các qt tự xảy ra trong tự nhiên đều là qt bất thuận nghịch.
  13. 6.Năng lượng Năng lượng là thước đo sự chuyển động của vật chất Năng lượng = Ngoại năng + Nội năng (U) (động năng, thế năng) 2 P.dV 1 Thực hiện qt Hệ Trao đổi với Môi trường hóa học Nhiệt Q = m c (ts-tđ)
  14. NỘI NĂNG (U) U = Etịnh tiến +Equay+Edao động+Ehút,đẩy + Enhân
  15. Lượng nhiệt trao đổi mà môi trường nhận tính bằng : Q = m c (ts-tđ) - c là nhiệt dung riêng : lượng nhiệt cần cung cấp để 1 gam chất tăng lên 1 độ (cal/g.độ hay J/g.độ) - m khối lượng của hệ m= mct + mdm - tđ , ts nhiệt độ ban đầu và sau phản ứng Nhiệt Q là thước đo sự chuyển động hỗn loạn của hệ Nhiệt độ t0 : biểu hiện mức độ chuyển động hỗn loạn t0 mức độ chuyển động hỗn loạn 
  16. 2 Công W = P.dV thước đo sự chuyển động có 1 hướng của hệ (chủ yếu là công giãn nở chống lại áp suất) Hiệu ứng nhiệt của một quá trình hóa học là lượng nhiệt hệ thu vào hay tỏa ra khi thực hiện quá trình Đơn vị năng lượng 1 cal = 4,18 J 1 Kcal = 1000 cal
  17. •Nhiệt (Q) là thước đo sự chuyển động nhiệt hỗn loạn của các tiểu phân.  Công (W) là thước đo sự chuyển động có trật tự có hướng của các tiểu phân trong trường lực.
  18. Quy ước về dấu của nhiệt và công
  19. II.NGUYÊN LÝ I – HIỆU ỨNG NHIỆT 1. Nguyên lý I Nội dung : Định luật bảo toàn năng lượng Q = W + DU Q: lượng nhiệt cung cấp cho hệ 2 W: công chống lại các lực bên ngoài W = P.dV 1 DU : sự biến đổi nội năng U : năng lượng bên trong của hệ bao gồm động năng và thế năng của các tiểu phân trong hệ U: tính chất, đại lượng xác định trạng thái của hệ U: hàm trạng thái DU = U2 - U1
  20. 2. Aùp dụng nguyên lý I cho các quá trình Quá trình đẳng tích: V =const W =0 QV = DU = U2 –U1 Quá trình đẳng áp: P =const W = P (V2 – V1) QP = W+ DU = P(V2 – V1) + U2 –U1 Q = U + PV – (U + PV ) P 2 2 1 1 H là đại lượng năng lượng Đặt entalpi H = U + PV H : xác định trạng thái QP = H2 - H1 = DH H2 - H1 = DH Đối với các chất khí: PDV = DnRT Qp = Qv + DnRT
  21. Quá trình đẳng nhiệt: T =const DU=0 V2 V2 nRT V P Q W PdV dV nRT.ln 2 nRT.ln 1 T T V V P V1 V1 1 2 3. Hiệu ứng nhiệt a.Khái niệm: là lượng nhiệt hệ thu vào hay tỏa ra khi thực hiện quá trình P =const: hiệu ứng nhiệt =Qp = DH V=const: hiệu ứng nhiệt = Qv Các phản ứng thường xảy ra ở ở P =const hiệu ứng nhiệt = DH Đơn vị DH : kJ/mol ; kcal/mol
  22. Các dạng năng lượng Hệ thống Hệ thống V= hằng số, ΔU=Qv P= hằng số, ΔU=Qp + P ΔV
  23. Entalpi là hàm trạng thái, thông số dung độ Đa số các phản ứng hóa học thường được tiến hành ở áp suất không đổi nên hiệu ứng nhiệt của phản ứng được xác định bằng DH của phản ứng.
  24. Entalpi là hàm trạng thái về không phụ thuộc vào quá trình Nguyên lý 1 Nhiệt hóa học : Chuyển từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 theo nhiều đường biến đổi khác nhau nhưng chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối của hệ thống mà thôi
  25. b.Hiệu ứng nhiệt tiêu chuẩn – Entalpi mol chuẩn thức: Điều kiện chuẩn: - tính cho 1 mol chất - ở p =1atm ; t =250C (2980K) 0 0 Ký hiệu : DH hoặc DH f 298 Đơn vị : Kcal/mol hay KJ/mol Entalpi mol chuẩn thức là hiệu ứng nhiệt của phản ứng tạo thành 1 mol chất từ các đơn chất ở trạng thái tự do bền vững nhất. o o  Quy ước : DHf 298 K(đơn chất) = 0
  26. ° Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn, DHf (kJ/mol) + CO(g) -111 CH4(g) -74.8 Ag (aq) 106 + CO2(g) -394 C2H4(g) 52 Na (aq) -240 - H2O(l) -286 C2H6(g) -85 NO3 (aq) -207 NH3(g) -46 CH3OH(g) -201 C6H12O6(s) -1260 N2H4(g) 95.4 C2H5OH(l) -278 AgCl(s) -127 HCl(g) -92 C6H6(l) 49 Na2CO3(s) -1131 Phản ứng phân hủy là phản ứng nghịch của p ứng tạo thành.
  27. ° Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn, DHf (kJ/mol)
  28. C (gr) + O2 (k) CO2 (k) o DH 298 pö 94,1 kcal / mol o DHf 298 tt CO2 = -94,1 kcal/mol Nhiệt đốt cháy (thiêu nhiệt) là hiệu ứng nhiệt của phản ứng đốt cháy bằng oxy 1 mol chất hữu cơ để tạo thành khí CO2, nước lỏng và 1 số sản phẩm khác. - Là hiệu ứng nhiệt của phản ứng đốt cháy hoàn toàn 1mol chất bằng Oxy để tạo oxit cao nhất trong điều kiện xác định 0 Ký hiệu: DHf 298(đc)
  29. Ví dụ: C (gr) + O2 (k) CO2 (k) o DH 298 pư = - 94,1 kcal/ mol 0 DH 298đc của C = -94,1 kcal/mol VD : H2 (k) + ½ O2 (k) H2O (l) o DH 298 pư = - 68,32 kcal/ mol 0 DH 298đc của H2 = -68,32 kcal/mol VD: C (gr) + 1/2 O2 (k) CO (k) o o DH pư = - 26, 42 kcal/ mol DH 298(đc) C (do chưa tạo thành oxit cao nhất)
  30. 3. Phương trình nhiệt hóa học: -Là phương trình phản ứng hóa học có ghi rõ trạng thái chất - rắn, lỏng, khí, dung dịch - kèm điều kiện phản ứng và hiệu ứng nhiệt DH. Ví dụ: o Zn(r)+2HCl(d)= ZnCl2(d)+H2(k), DH 298 = 36,5 kcal o ½ H2(k) + ½ Cl2 (k) = HCl (k), DH 298 =-92,31 kcal/mol DH 0 : Phản ứng thu nhiệt K có khả năng tự xảy ra
  31. 4. Định luật Hess 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 phản ứng A DH1 DH2 DH = DH1 + DH2 = DH + DH + DH DH 3 4 5 X Y DH3 DH5 DH B 4 C
  32. Hệ quả Hệ quả I: Hiệu ứng nhiệt của phản ứng bằng tổng nhiệt tạo thành của các sản phẩm phản ứng trừ đi tổng nhiệt tạo thành của các chất đầu. Hệ quả II: Hiệu ứng nhiệt của phản ứng bằng tổng nhiệt đốt cháy của các chất đầu trừ đi tổng nhiệt đốt cháy của các sản phẩm phản ứng. û
  33. Hệ quả DH o n DH o n DH o 298 pö  i 298 (TT )cuoái  i 298 (TT )ñaàu DH o n DH o n DH o 298 pö  i 298 (ñc )ñaàu  i 298 (ñc )cuoái Ví dụ : Đối với phản ứng tổng quát aA + bB = cC + dD DH = ni DHtt sp ni DHtt cđ = [cDHttC + dDHttD] [aDHttA + bDHttB] DH = ni DHđc cđ ni DHđc sp = [aDHđcA + bDHđcB] [cDHđcC + dDHđcD]
  34. Ví dụ : Xác định hiệu ứng nhiệt của phản ứng: CaCO3(r) = CaO(r) + CO2(k) . o DH 298(TT)kcal/mol -288,5 -151,9 -94,1 ΔHo ΔΗo ΔHo ΔHo 298 298ttCaO 298ttCO 2 298ttCaCO 3 151,9 94,1 288,5 42,5 kcal Ví dụ : Xác định hiệu ứng nhiệt của phản ứng: CH3COOH(l)+C2H5OH(l)=CH3COOC2H5(l)+H2O(l) o DH 298đc -208,2 -326,7 -545,9 0 Kcal/mol o o o o ΔH298 ΔΗ298dcA ΔH298dcR ΔH298dcE 208,2 326,7 545,9 11,0kcal
  35. Bài tập 1. Tính hiệu ứng nhiệt của các phản ứng 2Al (r) + Fe2O3 (r) Al2O3 (r) + 2Fe (r) 0 DH 298,tt (kj/mol) 0 -824,2 -1669,8 0 CH4(k) + 2O2 (k) CO2 (k) + 2H2O (l) 0 DH 298,tt (kj/mol) -74,85 0 -393,5 -285,8 CH4(k) + 2O2 (k) CO2 (k) + 2H2O (k) 0 DH 298,tt (kj/mol) -74,85 0 -393,5 -241,8 Fe2O3 (r) + 3CO(k) 2Fe (r) + 3CO2 (k) 0 DH 298,tt (kj/mol) -824,2 -110,52 0 -393,5
  36. Tính hiệu ứng nhiệt gián tiếp dựa theo định luật Hess (1) A + B C + E , DH1 (2) C + D B , DH2 (1) + (2) A + D E , DH3 = DH1+ DH2 A + B C + E , DH1 C+ E A + B , DH2 = - DH1 A + B C + E , DH1 ½ (A+B C+E) , DH2 = ½ DH1 VD: C (r) + O2(k) CO2(k), DH1 = -393,5 kj/mol C (r)+ ½ O2(k) CO (k), DH2= -110,5 kj/mol Xác định hiệu ứng nhiệt của phản ứng: CO(k) + ½ O2(k) CO2(k)
  37. 5.TínhDH ở điều kiện khác chuẩn: Tính chính xác: Tính gần đúng: T2 o o DH o DH o DC dT DHTpö DH298pö T2 T1 p( pö ) T1 DHo DHo DC .(T T ) T2 T1 P(pö) 2 1 o o DHTpö DH298pö DCP(pö).(T 298) Trong đó: DCP( pö ) CP saûnphaåm CP chaátñaàu CP nhiệt dung mol đẳng áp: -1 -1 Đơn vị Cp : J/ (mol. Độ ); cal/(mol.độ); J.mol .K
  38. VD: Tính DH398 của phản ứng CO(k) + ½ O2(k) = CO2(k) Cp (cal/mol.ñoä) 6,97 7,0 8,88 DH0 298 26, 42 94,10 (kcal/mol) Gần đúng: o DH398 = DH 298 = 94,10 ( 26,42) = 67,68 kcal/mol Chính xác: o DH398 = DH 298 + DCp (398 -298) = - 67,68 +[(8,88 6,97 7,02/2)(398 298)] 10 3 = 67,84 kcal/mol.
  39. Bài tập. Tính hiệu ứng nhiệt phản ứng ở 1000C. CH4(k) + 2O2 (k) CO2 (k) + 2H2O (l) 0 DH 298,tt (kj/mol) -74,85 0 -393,5 -285,8 Cp(j/mol.độ) 35,31 29,36 37,11 75,29 Fe2O3 (r) + 3CO(k) 2Fe (r) + 3CO2 (k) 0 DH 298,tt (kj/mol) -824,2 -110,52 0 -393,5 Cp(J/mol.độ) 103,85 29,14 251 37,11
  40. Ví dụ Xác định nhiệt phản ứng cho phản ứng sau: C2H4(k) + H2(k) C2H6(k) Sử dụng hệ phản ứng: C2H4(k) + 3O2(k) 2CO2(k) + 2H2O(l) DH1 = -1401 kJ H2(k) + 1/2O2(k) H2O(l) DH2 = -286 kJ C2H6(k) + 7/2O2(k) 2CO2(k) + 3H2O(l) DH3 = -1550 kJ Ans: C2H4(g) + H2(g) C2H6(g) DH = -137 kJ
  41. DH C2H4(k) + H2(k) + 7/2 O2 C2H6(k) + 7/2 O2 DH1 -DH3 DH2 2CO2(k) + 3H2O(l) DH= (DH1 + DH2) - DH3
  42. Hệ quả 3  Hiệu ứng nhiệt của một phản ứng bằng tổng năng lượng liên kết có trong các chất ban đầu trừ tổng năng lượng liên kết có trong các sản phẩm. 0 0 0 ΔH 298 = ΣΔH lk (tc) – ΣΔH lk(sp)
  43. C2H4 + H2 C2H6 : ΔH= ? Cho E C=C = 595.7 kj/mol EC-H= 418.4 kj/mol EH-H= 432.0 kj/mol E = 343.4 kj/mol C-C DH C2H6 C2H4 + H2 -EC-C -6 EC-H EC=C 4 EC-H EH-H DH=EC=C + 4EC-H + EH-H –EC-C- 6EC-H DH=EC=C + EH-H –EC-C- 2EC-H
  44. 0 DH 298 = ? H-H(k) + Cl-Cl(k) → 2 H-Cl(k) ElkH2 ElkCl2 -2ElkHCl 2H(k) + 2Cl(k) 0 DH 298 = [Elk(H2 )+Elk(Cl2)] – [2Elk(HCl)] Các chất trong phản ứng ở trạng thái khí
  45. Tính DH° (kJ) : C2H4 (g) + H2O (g) C2H5OH (g) H H H OH C C + HO H H C C H H H H H DH = D (Nối đứt) – D (Nối ráp) = (H-O + C=C) - (H-C + C-O + C-C) =
  46.  Xác định năng lượng liên kết hóa học Ví dụ: Xác định E t/bình của các lk O – H trong ptử nước. Biết E lk H–H = 435,9 kJ, EO=O = 498,7 kJ, khi đốt 2 mol H2 tỏa ra 483,68 kJ. Ta có pư : 0 2H2 (k) + O2 (khí) → 2H2O (l) ΔH 298 = - 483,68kJ 0 0 0 Theo hệ quả 3: ΔH 298 = ΣΔH lk (tc) – ΣΔH lk(sp) - 483,68 = 2 x 435,9 + 498,7 - 4ΔH0lk(O – H) ΔH0lk(O – H) = ¼(2 x 435,9 + 498,7 + 483,68) = 463,545 kJ
  47. II. NGUYÊN LÝ II – ENTROPI S Đặt vấn đề  Nhiệt không thể tự động truyền từ vật lạnh sang vật nóng hơn  Không có quá trình trong đó nhiệt lấy từ một vật được chuyển thành công mà không có sự đền bù Tự diễn biến Không tự diễn biến
  48. 1. Khái niệm entropi Entropi S là đại lượng biểu thị độ hỗn độn (vô trật tự) của vật chất k: hằng số Boltzmann S = k lnW W: xác suất trạng thái của hệ -là đại lượng xác định trạng thái của hệ -Là hàm trạng thái: DS = S2 –S1 -S tăng theo nhiệt độ -S tăng theo độ linh động của trạng thái tập hợp Srắn < Slỏng < Skhí
  49. Tính chaát cuûa Entropi  Về bản chất entropi (S) là thước đo tính hỗn loạn của hệ, tính hỗn loạn của các tiểu phân trong hệ càng cao thì entropi của hệ càng cao. Do đó °Hệ càng phức tạp thì entropi càng lớn Ví dụ DS0 của O = 160,95 j/mol 0 DS của O2 = 205,03 j/mol 0 DS của O3 = 238,82 j/mol
  50. Tính chất của Entropi °Đối với cùng một chất thì S tăng khi chuyển từ rắn sang lỏng và sang chất khí DS0nước đá = 41,31 j/mol DS0nước lỏng = 63,31j/mol DS0hơi nước = 185,6 j/mol °Nhiệt độ càng tăng thì  entropi càng cao °Áp suất tăng thì entropi của hệ giảm Vậy DS phụ thuộc vào T, P, V
  51. Entropi Tính hỗn Entropi loạn Rắn Lỏng Khí
  52. o o Entropi mol chuẩn thức S 298 K : là entropi của 1 mol chất ở trạng thái chuẩn 1 atm, 250C 0 o -1 -1 Đơn vị S 298 K : J/ (mol. Độ ); cal/(mol.độ); J.mol .K 2. Nguyên lý II Q: nhiệt lượng Q DS T: nhiệt độ tuyệt đối T Dấu “=“: quá trình thuận nghịch Dấu “>” : quá trình bất thuận nghịch Trong hệ cô lập Q = 0 DS ≥ 0 Quá trình tự xảy ra khi DS >0
  53. 3. Tính độ biến đổi DS trong một số quá trình a.Quá trình chuyển pha (T=const, P =const) Q DH  Rắn  Lỏng DS cp T T T Lỏng  Hơi Rắn Hơi b.Quá trình đẳng nhiệt (T =const) V nRTln 2 QT V1 V2 P1 DST nRln nRln T T V1 P2 R = 8,314 J/mol.K = 1,987 cal/mol.K
  54. c.DS phụ thuộc vào nhiệt độ (T thay đổi, P = const) T 2 dT T2 DS nC DSP nCP .ln P p T T T 1 1 n: số mol chất d.Tính DS của phản ứng Cho phản ứng : aA + bB cC + dD DST ( pu) ST(sp) ST (tc) o o o o o DS 298 pu c.S 298 (C ) d.S 298 ( D )  a.S 298 ( A) b.S 298 ( B ) 
  55. Ví dụ 0 C(gr) + CO2(k) = 2CO(k) Tính: DS298 , DS1500 0 5.74 213.68 197.54 (J/mol.K) S298 0 33.44 291.76 248.71 (J/mol.K) S1500 0 0 0 0 DS298 2 S298(CO) [S298(C) S298(CO2 )] 2 197.54 [5.74 213.68] 175.66J / K DS1500 2 DS1500(CO) [DS1500(C) DS1500(CO2)] 2 248.71 [33.44 291.76] 172.22J / K
  56. Dựa vào bảng entropi tiêu chuẩn của các chất tính của các phản ứng: a. 4HCl(k) + O2(k) = 2Cl2(k) + 2H2O(k) 0 S 298(j/mol.độ) 186,7 205,0 233 188,7 0 0 0 0 0 DS pu = 2.S 298Cl2 + 2.S 298H2O - 4.S 298HCl - 2.S 298O2 o = 2x233 + 2x188,7 – 4x186,7 – 205 = - 108,4 J/ K b. NH4NO3(r) = N2O(k) + 2H2O(k) 0 S 298(j/mol.độ) 151,08 219,74 188,7 0 0 0 0 DS pu = S 298N2O+ 2.S 298H2O - S 298NH4NO3 = 219,74 + 2x188,7 – 151,08 = 446.06 J/oK c. C6H6(k) + 15/2 O2 (k) = 6CO2(k) + 3H2O(l) 0 S 298(j/mol.độ) 269,2 205,0 213,63 69,91 0 0 0 0 0 DS pu = 6.S 298CO2 + 3.S 298H2O - S 298C6H6 - S 298O2 o = 6x213,63 + 3x69,91 – 269,2 –15/2x205 = - 315,19 J/ K
  57. III.THẾ ĐẲNG ÁP – CHIỀU XẢY RA CỦA CÁC QUÁ TRÌNH HÓA HỌC 1.Thế đẳng áp (năng lượng tự do Gibbs) Quá trình tự xảy ra: DH 0 Đưa ra đại lượng năng lượng tự do Gibbs: G = H – T.S DG = DH – T.DS - là đại lượng xác định trạng thái của hệ -Là hàm trạng thái DG = G2 – G1 -Phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ -DG sử dụng để xét chiều của phản ứng
  58. o o 2.Thế đẳng áp tiêu chuẩn DG 298 (DG ) Là thế đẳng áp ở điều kiện chuẩn: -T =298 K ; -C = 1mol/l hoặc áp suất riêng phần P =1atm, - các chất rắn, lỏng ở trạng thái bền, khí lí tưởng. Đơn vị DGo: KJ/mol ; Kcal/mol o Thế đẳng áp tạo thành tiêu chuẩn DG 298(tt) Là DG của pư tạo thành 1 mol chất từ các đơn chất tự do bền vững ở áp suất 1 atm, nhiệt độ 298oK o DG 298 đơn chất = 0
  59. 3.Tính DG của các phản ứng hóa học DG o n DG o n DG o 298 pö  i 298 (TT )cuoái  i 298 (TT )ñaàu Ví dụ : aA + bB = cC + dD o o o o DG = [cDG ttC + dDG ttD] [aDG ttA + bDG ttB] o o o DG T = DH T – T. DS T o o Gần đúng sử dụng DH 298 và DS 298 để tính: o o o DG T = DH 298 – T. DS 298
  60. Ví dụ: Tính DG ở 298 và 1000K của phản ứng C(gr) + H2O(k) = CO(k) + H2(k) o DH 298tt (kj/mol) 0 - 241,8 - 110,5 0 o S 298 (J/mol.ñoä) 5,7 188,7 197,9 130,6 o DG 298tt (kj/mol) 0 - 228,6 - 137,3 0 o o o Tính DG ở 298K DG298 D298 298.S298 o o o o DG 298pu = 91,3 kJ/mol DG298 DG298CO DG 298ttH2O Tính DG ở 1000K o o o DG1000 D298 1000.S298 o DG 1000pu = -2,8 kJ/mol
  61. 4.Dự đoán chiều của các phản ứng hóa học DG 0 phản ứng không xảy ra (xảy ra theo chiều nghịch) DG = 0 phản ứng cân bằng 1. Cho phản ứng : NH3(k) + HCl(k) = NH4Cl(r). 0 0 0 a.Tính DH 298, DS 298,,DG 298 của phản ứng. 0 b. Tính DG 298,tt của NH4CI(r). c. Từ các kết quả thu được có thể rút ra những kết luận gì ? NH3 (k) HCl (k) NH4Cl(r) 0 DH 298,tt(kj/mol) -46,11 -92,31 -314,43 0 S 298(j/mol.độ) 192,34 186,8 94,60 0 DG 298,tt(kj/mol) -16,48 -95,30 ?
  62. NH3 (k) HCl (k) NH4Cl(r) 0 DH 298,tt(kj/mol) -46,11 -92,31 -314,43 0 o S 298(j/mol. K) 192,34 186,8 94,60 0 0 0 0 DH pu = DHf 298 NH4Cl - DHf 298 NH3 - DHf 298 HCl = -314,43 + 46,11 + 92,31 = - 176,01 KJ 0 0 0 0 DS pu = S 298 NH4Cl - S 298 NH3 - S 298 HCl = 94,6 – 192,34 – 186,8 = - 284,54 J/oK DGpu = DH - TDS = -176,01 + 298 x 284,54.10-3 = - 91,38 KJ < 0 o o o DGpu = DG 298NH4Cl - DG 298NH3 - DG 298HCl o o o DG 298NH4Cl = DGpu + DG 298NH3 + DG 298HCl = -91,38 - 16,48 – 95,3 = - 203,16 KJ/mol
  63. Bảng dự đoán chiều của các phản ứng hóa học DH DS T DG Dự đoán - + - Phản ứng xảy ra - - thấp - Phản ứng xảy ra ở T thấp - - cao + Phản ứng không xảy ra ở T cao + - + Phản ứng không xảy ra (xảy ra theo chiều nghịch) + + thấp + Phản ứng không xảy ra ở T thấp + + cao - Phản ứng xảy ra ở T cao Lưu ý: T cao nghĩa là T phải khoảng 1000K
  64. 0 Lưu ý: Dựa vào DG 298 để dự đoán chiều: 0 DG 298 ///////////////////////////////// -10kcal + 10kcal Xảy ra ở Có thể xảy Không xảy ra ở bất kì t, p ra tùy theo bất kì t, p t , p
  65. 2.Cho phản ứng : H2 (k) + CO2(k) H2O (k)+ CO(k) 0 DH 298,tt (Kj/mol) -393,51 -241,82 -110,52 0 S 298,tt (J/mol.độ) 130,57 213,63 188,72 197,56 a. Tính DH, DS, DG của phản ứng ở điều kiện chuẩn. Cho biết chiều phản ứng xảy ra ở 250C? b. Tính DG của phản ứng ở 7270C 3. Cho phản ứng C2H2 (k)+ 2 H2O (l) CH3COOH (l) +H2 (k) 0 DH 298,s (Kj/mol) 226,9 286 -487,4 0 0 S 298,s (J/mol.độ) 207 70 160 130,7 a.Tính DH, DS, DG của phản ứng ở điều kiện chuẩn b. Phản ứng thu nhiệt hay tỏa nhiệt? Phản ứng xảy ra theo chiều nào?
  66. H2 (k) CO2(k) H2O (k) CO(k) 0 DH 298,tt (Kj/mol) -393,51 -241,82 -110,52 0 S 298,tt (J/mol.độ) 130,57 213,63 188,72 197,56 0 0 0 0 DH pu = DHf 298 H20 + DHf 298 CO - DHf 298 CO2 = - 241,82 – 110,52 + 393,51 = 41,17 KJ 0 0 0 0 0 DS pu = S 298 H20 + S 298 CO - S 298 H2 - S 298 CO2 = 188,72 + 197,56 – 130,57 – 213,63 = 43,08 J/oK DG298pu = DH - TDS = 41,17 - 298 x 43,08.10-3 = 28,35 KJ > 0 DG1000pu = DH - TDS = 41,17 - 1000 x 43,08.10-3 = - 1,91 KJ < 0
  67. C2H2(k) H2O(l) CH3COOH(l) H2(k) 0 DH 298 (Kj/mol) 226,9 286 -487,4 0 0 S 298 (J/mol.độ) 207 70 160 130,7 0 0 0 0 DH pu = DHf 298 CH3COOH - DHf 298 C2 H2 - 2DHf 298 H2O = - 487,4 - 226,9 – 2x286 = - 1286,3 KJ 0 0 0 0 0 DS pu = S 298 CH3COOH + S 298 H2 - S 298 C2 H2 - 2S 298 H2O = 160 + 130,7 – 207 – 2x70 = - 56,3 J/oK DGpu = DH - TDS = - 1286,3 + 298 x 56,3.10-3 = - 1269,52 KJ < 0