CHƯƠNG 6 THERMOCHEMISTRY NHIỆT HÓA HỌC

1. CHƯƠNG 6
THERMOCHEMISTRY
NHIỆT HOÁ HỌC

2. I. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1. Khái niệm về nhiệt động lực học
và nhiệt động hóa học
2. Một số khái niệm cần thiết

3. Khái niệm về nhiệt động lực học và
nhiệt động hóa học
a. Nhiệt động lực học
Nguyên lý I- nếu trong quá trình nào đó
có một dạng năng lượng mất đi thì thaycó một dạng năng lượng mất đi thì thay
cho nó phải có một dạng năng lượng khác
xuất hiện với lượng tương đương nghiêm
nghặt.
Nguyên lý 2- nhiệt không thể chuyển từ
vật thể nguội hơn sang vật thể nóng hơn.

5. b. Nhiệt động hóa học
Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng
Dự đoán chiều hướng diễn ra của
quá trình hóa học
Hiệu suất của phản ứng
Điều kiện cân bằng và các yếu tố
bên ngoài ảnh hưởng đến cân bằng.

6. NHẬN XÉTNHẬN XÉT
Chỉ cần biết trạng thái đầu và cuối của hệ
và điều kiện bên ngoài có ảnh hưởng đến
quá trình có thể dự đoán chiều hướng và
mức độ diễn ra của quá trình trước khimức độ diễn ra của quá trình trước khi
biết rõ cơ chế phản ứng.

7. 2. Một số khái niệm cần thiết
a. Hệ hóa học
b. Pha
c. Trạng thái và quá trình
d. Các hàm nhiệt động

8. Hệ hoá học
Môi trường
Hệ hoá học
khí H2 và O2

9. Hệ hởHệ hở Hệ kínHệ kín Hệ cô lậpHệ cô lập

10. H đo n nhi t - không trao đ i ch t và nhi t.
- Có th trao đ i công
H đ ng th - không có b m t phân chia
H đ ng nh t- thành ph n tính ch t như
H d th - có b m t phân chia
H đ ng nh t- thành ph n tính ch t như
nhau

11. Pha
Là t p h p nh ng ph n đ ng th c a h
Gi ng nhau v thành ph n hóa h c và tính
ch t hóa lý.
Đư c phân cách v i các pha khác b i b m t
phân chia pha.
H 1 pha: h đ ng th
H nhi u pha: h d th

12. Thông số trạng thái
Thông số dung độ - là thông số tỷ lệ với lượng
chất như : thể tích, khối lượng, năng lượng…
Có tính chất cộng.
Th số dung độ/ th số dung độ = th số cường độ
Thông số cường độ- không phụ thuộc lượng
chất như: nhiệt độ, áp suất..

13. Tr ng thái c a h
Ví dụ : 1 lít dd HCl 0,1 M ; 250C.
Các thông số trạng thái được liên hệ với
nhau bằng pt trạng tháinhau bằng pt trạng thái
Ví dụ : Khí lý tưởng PV = nRT →P=nRT/V
Dung dịch m = V.d

14. Hàm trạng thái
• 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• Các thông số trạng thái có thể là hàm
trạng thái nhưng cũng có thể là biến số
trạng thái

15. 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

16. M t bi n thiên h u h n t tr ng thái
1 đ n tr ng thái 2 :
1(Z1) → 2 (Z2) ∆∆∆∆Z = Z2 –Z1
M t bi n thiên vô cùng bé : dZ hay ∂∂∂∂Z
Trong m t chu trình : ∆Z =0
∫ ∫
∫
===∆
∆=−==∆
1
1
1
2
1
2
0dZdZZ
ZZZdZZ

17. TRẠNG THÁI CHUẨN (0)
• Áp suất chuẩn 1 atm.
• Nhiệt độ tuỳ ý, thường chọn ở 250C
• Chất rắn, lỏng - ở dạng nguyên chất,• Chất rắn, lỏng - ở dạng nguyên chất,
bền ở 1atm nhiệt độ T .
• Khí – khí nguyên chất, bền nhất hoặc
thường gặp, Pkhí =1atm
• Dung dịch C=1 mol/l

18. c.NỘI NĂNG (U)
U = Etịnh tiến +Equay+Edao động+Ehút,đẩy + Enhân

19. •Không xác định chính xác nội năng U
•Theo nhiệt động học, trong quá trình biến đổi
trạng thái chỉ cần xác định ∆∆∆∆U
•Nội năng phụ thuộc vào : bản chất, lượng chất,
nhiệt độ, áp suất, thể tích…nhiệt độ, áp suất, thể tích…
•Nội năng của khí lý tưởng chỉ phụ thuộc vào
nhiệt độ U=f(T)
•Nội năng là hàm trạng thái, là thông số
dung độ.

20. 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

21. Quá trình đ ng tích ∆∆∆∆V=0
Quá trình đ ng áp ∆∆∆∆P=0
Quá trình đ ng nhi t ∆∆∆∆T= 0
Quá trình đo n nhi t – không traoQuá trình đo n nhi t – không trao
đ i nhi t nhưng có th trao đ i công.
Quá trình vi phân – quá trình các thông
s tr ng thái bi n đ i vô cùng nh .

22. Nhi t và công là hai hình th c trao đ i
năng lư ng c a h v i môi trư ng.
Nhi t và công ch xu t hi n trong quá trình
bi n đ i tr ng thái c a h nên là hàm c a
quá trình, ph thu c vào cách ti n hành
quá trình.quá trình.
∫ δ=
2
1
QQ
∫ δ=
2
1
AA
∫δ=
2
1
QQ
Trong biến đổi vô cùng bé , nhiệt và công mà hệ
trao đổi được viết là δδδδQ và δδδδA
Trong biến đổi hữu hạn : ∫∫ δ=δ=
2
1
2
1
QQ;AA

23. •Nhiệt là thước đo sự
chuyển động nhiệt hỗn
loạn của các tiểu phân.
• Công là thước đo sự• Công là thước đo sự
chuyển động có trật
tự có hướng của các
tiểu phân trong trường
lực.

24. Qui ư c v d u c a nhi t và công

25. NHIỆT ĐỘ
• Thang nhiệt độ Celsius (0C) ký hiệu t
• Thang nhiệt độ Kelvin (K) ký hiệu T
T(K) = t (0C) + 273,15T(K) = t ( C) + 273,15

26. NHI T DUNG (C) – là nhi t lư ng c n dùng
đ nâng nhi t đ m t ch t lên m t đ .
(không có ph n ng hoá h c,không có bi n đ i
pha,không có s thay đ i thành ph n c a h )
QQ
C
δ
=
δ
=
dt
Q
dT
Q
C
δ
=
δ
=
dtdT
C ==

27. Nhi t dung riêng (t nhi t) [cal/g.đ ] hay [J/g.đ ]
dT
Q
C
δ
=
Nhiệt dung mol – [cal/mol.độ] hay [J/mol.độ]
Nhiệt dung mol đẳng áp Cp ; Cp=a1+b1.T+ c1.T2…
Nhiệt dung mol đẳng tích Cv; Cv=a2+b2.T+ c2.T2..
Cp và Cv là hàm trạng thái.
Nhiệt dung [cal/độ] hay [J/độ]

28. CÔNG
• Công dãn nở δA=Png.dV
dV.PA
2
ng∫=
• Công điện δA=E.dq
• Công bề mặt δA=σ.dS
1
∫

29. Phản ứng đẳng áp, đẳng nhiệt ( O2 khí lý tưởng )
nRTV.Ph.S.Ph.FA ngngng ∆=∆===
Đẳng áp

30. 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 –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.

31. Quá trình khuếch tán của khí là quá trình
bất thuận nghịch
Tự
phát
Không tự
phát

32. Tính chất của quá trình thuận nghịch
• Xảy ra với tốc độ vô cùng chậm, có thể
xem là một dãy liên tục các trạng thái
cân bằng nối tiếp nhau.
• Công hệ sinh trong quá trình thuận
nghịch là cực đại chỉ phụ thuộc vàonghịch là cực đại chỉ phụ thuộc vào
trạng thái đầu và cuối.
Tính thuận nghịch là một thuộc tính của quá
trình cân bằng.

33. Các quá trình đư c xem g n như quá
trình thu n ngh ch :
• Quá trình chuyển pha ở đúng điều kiện
nhiệt độ và áp suất chuyển pha.
• Quá trình tăng hay giảm nhiệt độ vô cùng
chậm.chậm.
• Quá trình dãn nở đẳng nhiệt vô cùng chậm
của khí lý tưởng.
• Phản ứng hoá học diễn ra ở gần với điều
kiện cân bằng.

34. II. NGUYÊN LÝ I CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC
HỌC VÀ HIỆU ỨNG NHIỆT
1. Nguyên lý I của nhiệt động lực học và
các đại lượng nhiệt động
2. Hiệu ứng nhiệt của các quá trình hóa2. Hiệu ứng nhiệt của các quá trình hóa
học và phương trình nhiệt hóa học
3. Định luật Hess và các hệ quả

35. NGUYÊN LÝ I C A NHI T Đ NG H C
Q,A,A’
(U1) Tr ng thái 1 Tr ng thái 2 (U2)
Q = ∆∆∆∆U + At = ∆∆∆∆U + A + A’
∆∆∆∆U = U2 - U1
A’ công có ích (công đi n,... ) ( A’ ≥≥≥≥ 0)
A công dãn n
∫=
2
1
PdVA

36. Quá trình đ ng tích , dV=0 → A=0
Qv –A’= ∆∆∆∆U
Có pưhh A’≥≥≥≥ 0 → Q –A’ = ∆∆∆∆U
Không có pư hoá học A’=0 → Qv= ∆∆∆∆U
Qv - nhiệt đẳng tích
Có pưhh A’≥≥≥≥ 0 → Qv –A’ = ∆∆∆∆U
Qv –A’ hiệu ứng nhiệt đẳng tích
Hiệu ứng nhiệt của phản ứng ở đk đẳng tích
bằng biến thiên nội năng của hệ.

37. Không có pưhh A’=0 QP = ∆∆∆∆H ,
Quá trình đẳng áp P= const→ A = P (V2-V1)
QP – A’ = (U2 – U1) + P(V2 – V1)
Qp – A’ = (U2 + PV2) – (U1 + PV1) Entanpi H = U + PV
Qp –A’ = H2 – H1= ∆∆∆∆H
Qp là nhi t đ ng áp
Có pưhh A’≥≥≥≥0 Qp –A’ = ∆∆∆∆H
(Qp-A’ ) gọi là hiệu ứng nhiệt đẳng áp
Hiệu ứng nhiệt của phản ứng ở đk đẳng áp bằng biến
thiên entanpi của hệ.

38. Enthalpy là hàm trạng thái ,Enthalpy là hàm trạng thái ,
thông số dung độ.thông số dung độ.
•Đa số các phản ứng hoá học thường được tiến hành ở
đk áp suất không đổi nên hiệu ứng nhiệt của phản ứng
được xác định bằng ∆H của phản ứng.

40. ∫=∆⇒=
δ
=
2T
T
p
p
p dT.C.nH
dT
dH
dT
Q
C
Nhiệt dung đẳng áp , nhiệt dung đẳng tích
∫
1T
dTdT
∫=∆⇒=
δ
=
2
1
T
T
v
v
v dT.C.nU
dT
dU
dT
Q
C

41. 2. Hiệu ứng nhiệt của các quá trình hóa học và
phương trình nhiệt hóa
a. Hiệu ứng nhiệt của các quá trình
hóa học
b. Phương trình nhiệt hóab. Phương trình nhiệt hóa
c. Nhiệt tạo thành và nhiệt đốt cháy

42. Hiệu ứng nhiệt của các quá trình hóa học
Là lượng nhiệt Q mà hệ thu vào hay phát ra trong
qúa trình hóa học .Quá trình đẳng áp Qp = ∆H
Pư toả nhiệt Pư thu nhiệt
∆∆∆∆H = ∑∑∑∑(H)sản phẩm - ∑∑∑∑(H)chất đầu

43. Quan hệ giữa ∆H và ∆U trong quá trình
đẳng áp ,đẳng nhiệt
• ∆H = ∆U + P.∆V
• Phản ứng chỉ có chất rắn, chất lỏng
∆∆∆∆V ≈≈≈≈ 0 nên ∆∆∆∆H ≈≈≈≈ ∆∆∆∆U
• Phản ứng có chất khí• Phản ứng có chất khí
P.∆V = ∆n.R.T (xem khí là khí lý tưởng)
∆∆∆∆H = ∆∆∆∆U + ∆∆∆∆n.R.T
∆n = ∑ (số mol khí)sp - ∑(số mol khí)cđ
tính trong phương trình phản ứng

44. Quan hệ giữa Qv và Qp
1(V,P, T,U1 ,H1)
Chất đầu
3(V,P’,T,U3)
Sản phẩm , Qv
2(V’,P,T,U2 ,H2)
P=const
V=const
Sản phẩm , Qp
Qp= H2-H1= U2 - U1+∆n.R.T = U3-U1+ ∆n.R.T
Qp-Qv = ∆∆∆∆n.R.T
P=const

45. So sánh nhiệt phản ứng Qp và Qv
2CO(k) + O2 (k) = 2CO2(k)
QP = ∆∆∆∆H = -566 kJ
Qv = ∆U = ?
Qp-Qv = ∆∆∆∆n.R.TQp-Qv = ∆∆∆∆n.R.T
P∆V = ∆n.R.T=
(-1).(8,314).298.10-3 = -2,5kJ
Qv = Qp - P∆∆∆∆V= -563.5 kJ

46. Phương trình nhiệt hóa học
∆H đư c tính v i gi thi t : pư x y ra hoàn toàn ,
ch t đ u và s n ph m theo lư ng h p th c và
2C(gr) + 2O2(k) = 2CO2(k) ;∆H0
298= -787,02kJ
Đây là pư toả nhiệt.
ch t đ u và s n ph m theo lư ng h p th c và
tr ng thái v t lý tương ng v i pư.Nhi t đ có th
bi n đ i trong quá trình pư nhưng m i tính toán
đư c th c hi n khi nhi t đ cu i b ng nhi t đ
đ u.
0
298H∆

47. Trong điều kiện bình thường (nhiệt độ thấp),
phản ứng tỏa nhiệt (∆H < 0) là phản ứng có khả
năng tự xảy ra .
Hiệu ứng nhiệt tiêu chuẩn : ∆∆∆∆H0
T
• Áp suất chuẩn 1 atm
• Nhiệt độ T tuỳ ý, thường chọn ở 250C
• Chất đầu và sản phẩm ở trạng thái
chuẩn và cùng nhiệt độ.

48. Nhiệt tạo thành là hiệu ứng nhiệt của phản
ứng tạo thành 1 mol chất từ các đơn chất ứng với
trạng thái tự do bền nhất trong những điều kiện đã
cho về áp suất và nhiệt độ .
Ở điều kiện chuẩn, nhiệt tạo thành tiêu chuẩn ký
hiệu (∆H0
298)tt
Các đơn chất bền ở đk chuẩn như:
298 tt
Các đơn chất bền ở đk chuẩn như:
Cl2(k); H2(k); O2(k); N2(k); Br2(lỏng); I2(r); C(gr)
(∆∆∆∆H0
298)tt của các đơn chất bền ở đk chuẩn = 0
(∆∆∆∆H0
298 )tt của ion H+.nH2O =0

49. -1260C6H12O6(s)-201CH3OH(g)-46NH3(g)
-207NO3
-(aq)-85C2H6(g)-286H2O(l)
-240Na+(aq)52C2H4(g)-394CO2(g)
106Ag+(aq)-74.8CH4(g)-111CO(g)
Nhi t t o thành tiêu chu n,Nhi t t o thành tiêu chu n, ∆∆∆∆∆∆∆∆HHff
°°(kJ/mol)(kJ/mol)
-1131Na2CO3(s)49C6H6(l)-92HCl(g)
-127AgCl(s)-278C2H5OH(l)95.4N2H4(g)
-1260C6H12O6(s)-201CH3OH(g)-46NH3(g)
Phản ứng phân huỷ là phản ứng nghịch của pư
tạo thành.

50. NHIỆT TẠO THÀNH TIÊU CHUẨN

51. Nhi t đ t cháy là hi u ng nhi t c a ph n ng
đ t cháy 1 mol ch t b ng khí oxy t o thành
các oxyt cao b n đk ph n ng.
C2H4(k)+ 3O2(k) → 2CO2(k) + 2H2O(l)
(∆H0
298)đc =-1411 kJ/mol
0
.298 dcH∆
0
.298ttH∆
0
.298ttH∆
Ký hiệu - nhiệt đốt cháy tiêu chuẩn (∆H0
298)đc
Đơn vị - [kcal/mol] hay [kJ/mol]

52. Nhiệt đốt cháy tiêu chuẩn của khí CO2 và
nước lỏng được qui ước bằng không
Nhiệt tạo thành nguyên tử là hiệu ứng nhiệt
của pư tạo thành 1mol hợp chất ở trạng thái
khí từ các nguyên tử cũng ở trạng thái khí.
Hiệu ứng nhiệt của quá trình hoà tan là hiệu ứng
nhiệt của quá trình hoà tan 1mol chất tan nên chịu
ảnh hưởng lớn đến lượng và bản chất của dung môi.
Khi lượng dung môi đủ lớn thì ∆∆∆∆Hht không phụ
thuộc vào dung môi.

53. 3. Định luật Hess và các hệ quả
a. Định luật Hess
b. Các hệ quả

54. Định luật Hess
Hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học ở điều kiện
đẳng áp hoặc đẳng tích 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 quácuối chứ không phụ thuộc vào đường đi của quá
trình, nghĩa là không phụ thuộc vào số lượng và
đặc điểm của các chất giai đoạn trung gian.

55. A B , ∆H1 = HB -HA
∆H1 = HB –Hc+Hc-HA
C ∆∆∆∆H1 = ∆∆∆∆H3 + ∆∆∆∆H2
∆H1
∆H2 ∆H3
Trong cùng một điều kiện , hiệu ứng
nhiệt của một phản ứng bằng tổng hiệu
ứng nhiệt của các phản ứng trung gian.

56. 3H2 (k) + N2(k) = H2 (k) + N2H4(k) ∆H0
1 = 95,4 kJ
N2H4(k) + H2(k) = 2NH3(k) ∆H0
2= -187,6 kJ
3H2(k) + N2(k) = 2NH3 (k) ∆H0
3 = -92,2kJ

57. The Solution Process for NaCl
∆∆∆∆Hsoln = Step 1 + Step 2 = 788 – 784 = 4 kJ/mol
6.7

58. Hệ quả 1- định luật Lavoisier – La Place
A B ∆Hthuận = HB - HA
B A ∆Hnghịch = HA - HB
∆∆∆∆Hthuận = - ∆∆∆∆Hnghịch
∆∆∆∆Htạo thành = - ∆∆∆∆Hphân huỷ

59. Hệ qủa 2. Chu trình Born - Haber
NaCl (r) Na+(k) + Cl-(k)
Na(r) + 1/2Cl2(k) Na (k) + Cl (k)
Um= ?????
-(∆∆∆∆H0
298)tt NaCl
(∆∆∆∆H0
298)th Na
I1Na FCl
Na(r) + 1/2Cl2(k) Na (k) + Cl (k)
1/2(∆∆∆∆H0
298)pl Cl2
Um= -(∆∆∆∆H0
298)tt NaCl + (∆∆∆∆H0
298)th Na+1/2 (∆∆∆∆H0
298)plCl2
+ I1 Na + FCl

60. Hệ quả 3 – ∑ ∑∆−∆=∆ tt
cd
tt
sppu HHH
∑ ∑∆−∆=∆ tt
cd
tt
sppu HHH

61. aA + bB = cC + dD ; ∆H°pư
∆∆∆∆H° = [c∆∆∆∆H°tt (C) + d∆∆∆∆H°tt (D)] – [a∆∆∆∆H°tt (A) +
b∆∆∆∆H°tt (B)]
CH (g) + 2 O (g) → CO (g) + 2 H O (l)CH4 (g) + 2 O2 (g) → CO2 (g) + 2 H2O (l)
∆∆∆∆H° = (∆∆∆∆H°tt CO2 + 2 ∆∆∆∆H°tt H2O) -
(∆∆∆∆H°tt CH4 + 2 ∆∆∆∆H°tt O2)
= (-394 + 2 x -286) – (-75 + 0)
= (-1066) – (-75)
= -891 kJ/mol

62. Hệ quả 4
∑ ∑∆−∆=∆ tttt
HHH
∑ ∑∆−∆=∆ dc
sp
dc
cdpu HHH
C(gr) + ½ O2(k) = CO(k) ∆H0
298 = ?
C(gr) + O2(k) = CO2(k) , (∆H0
298)đc = - 393.5kJ/mol
∑ ∑∆−∆=∆ tt
cd
tt
sppu HHH
C(gr) + O2(k) = CO2(k) , (∆H 298)đc = - 393.5kJ/mol
CO2(k) = CO(k) + ½O2(k), - (∆H0
298)đc = +283.0kJ/mol
C(gr) + ½ O2(k) = CO(k)
∆H0
298 = (∆H0
298)đcC - (∆H0
298)đc CO=-110,5kJ

63. aA + bB = cC + dD ; ∆H°pư
∆∆∆∆H°pư = [a∆∆∆∆H°đc (A) + b∆∆∆∆H°đc (B)]
- [c∆∆∆∆H°đc (C) + d∆∆∆∆H°đc (D)]

64. Hệ quả 5- ∆Hpư = ∑(Elk)cđ -∑(Elk)sp
∆Hpư = ∑(Elk)đứt -∑(Elk)tt
H-H(k) + Cl-Cl(k) → 2H-Cl(k)
ElkH2 ElkCl2
-2ElkHCl
∆H0
298 = ?
2H(k) + 2Cl(k)
-2ElkHCl
∆∆∆∆H0
298 = [Elk(H2 )+Elk(Cl2)] – [2Elk(HCl)]
Các chất trong phản ứng ở trạng thái khí

66. Calculate ∆H° (in kilojoules) for:
C2H4 (g) + H2O (g) → C2H5OH (g)
OH H
H
HH
H
+ C C
H OH
H
HH
HC C
∆H = D (Bonds Broken) – D (Bonds Formed)
= (H-O + C=C) - (H-C + C-O + C-C)
=
HH

67. T2 aA + bB → cC +dD T2
∫−
2
1
T
T
pAC.a
∆∆∆∆H0
T2
dT.aC
2
1
T
T
pA∫− dT.cC
2
1
T
T
pC∫
T1 aA + bB → cC +dD T1
dT.bC
2
1
T
T
pB∫−
∆∆∆∆H0
T 1
dT.dC
2
1
T
T
pD∫

68. aA + bB → cC +dD
2T
∫
4. Sự phụ thuộc của hiệu ứng nhiệt vào nhiệt độ
dT)C.bC.a()C.dC.c(HH BA
2
1
DC12 pp
T
T
Pp
0
T
0
T +−++∆=∆ ∫ dT)C.bC.a()C.dC.c(HH BA
2
1
DC12 pp
T
Pp
0
T
0
T +−++∆=∆ ∫
Phương trình Kirchhoff

69. Phương trình Kirchhoff , khi ∆Cp ≠ f(T)
)TT(CHdT.CHH 12p
0
T
T
p
0
T
0
T 1
2
12
−∆+∆=∆+∆=∆ ∫
( )1221 TTCHH p −∆+∆=∆
T
1
1
12 ∫
∆∆∆∆H thay đổi theo nhiệt độ không nhiều