1. Hệ thống hóa chất

Một. Xét khả năng trao đổi vật chất và năng lượng với môi trường

• Hệ hở: trao đổi vật chất và năng lượng với môi trường.

• Hệ thống kín: không trao đổi chất, chỉ trao đổi năng lượng.

• Hệ cô lập: không trao đổi vật chất và năng lượng, thể tích không đổi.

• Hệ đoạn nhiệt: không trao đổi chất và nhiệt, trao đổi công.

b. Xem xét sự phân bố của các thuộc tính vật liệu trong hệ thống

• Hệ thống đồng nhất: các thuộc tính không đổi hoặc thay đổi liên tục trong hệ thống và không có bề mặt phân chia. Một hỗn hợp khí và chất hòa tan là một ví dụ về một hệ thống đồng nhất.

• Hệ dị bội: có bề mặt phân chia. Hệ có các chất ở các trạng thái khác nhau (rắn, lỏng, khí) là hệ dị thể. Ví dụ: đá trong cốc nước, ….

• Hệ đồng nhất: thành phần và tính chất như nhau tại mọi điểm.

2. Tham số trạng thái – Chức năng trạng thái

Một. Trạng thái

• Trạng thái cân bằng: thông số trạng thái tại mọi điểm của hệ thống phải như nhau và không thay đổi theo thời gian.

• Trạng thái tiêu chuẩn: áp suất 1 atm, 25∘^circ∘C.

b. Thông số trạng thái

• Thông số dung lượng: thông số tỉ lệ với lượng chất và có tính chất cộng.

• Thông số cường độ: thông số không phụ thuộc vào lượng chất, không có tính chất cộng.

c. Hàm trạng thái và hàm quá trình

• Hàm trạng thái: chỉ phụ thuộc vào trạng thái của hệ, phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối. (Nội năng UUU, entanpi HHH, entropy SSS, thế năng đẳng nhiệt GGG, …

• Hàm quá trình: phụ thuộc vào trạng thái đầu, trạng thái cuối và quá trình diễn ra như thế nào. (Nhiệt QQQ, tác phẩm AAA, …)

3. Quy trình

Một quá trình là con đường mà một hệ thống di chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác.

Quá trình thuận nghịch: là quá trình có thể xảy ra ngược chiều nhau và tương đối chậm, hệ chuyển từ trạng thái cân bằng này sang trạng thái cân bằng khác rất chậm, qua các trạng thái cân bằng liên tiếp, rất gần nhau.

Quá trình bất thuận nghịch: là quá trình không tuân theo các điều kiện trên.

Trong chương trình ta thường chỉ xét các quá trình thuận nghịch thuộc các loại sau:

• Quá trình đẳng áp: p = const

• Quá trình đẳng áp: V = const

• Quá trình đẳng nhiệt: T = const

• Quá trình đoạn nhiệt: Q = 0

“Khi lượng nhiệt được cung cấp cho hệ thống, QQQ, nói chung, lượng nhiệt này được sử dụng để tăng UUU năng lượng bên trong của hệ thống và thực hiện công việc AAA chống lại các ngoại lực tác động lên hệ thống.”

Sự biểu lộ:

1. Công khai (AAA)

Công hoàn thành khi hệ tiếp xúc cơ học với môi trường, là thước đo chuyển động có hướng, có trật tự của các hạt trong trường lực.

2. Nhiệt (QQQ)

3. Ký kết công ước AAA và QQQ

1. Năng lượng bên trong (UUU)

• Nội năng UUU của một hệ là tổng năng lượng tồn tại trong hệ.

• Nội năng là một tham số công suất và là hàm trạng thái.

• Trong nhiệt hóa học, chúng tôi quan tâm đến sự thay đổi nội năng ΔUDelta UΔU.

2. Entanpi (HHH)

• Enthalpy là một tham số năng lực và một chức năng của trạng thái.

• Trong nhiệt hóa học, chúng tôi quan tâm đến sự thay đổi entanpy ΔHDelta HΔH.

1. Trong tất cả các quá trình nhiệt động (vật lý và hóa học)

2. Trong các quá trình biến đổi trạng thái khí lý tưởng thuận nghịch

Ở đó:

CpC_pCp và CvC_vCv lần lượt là nhiệt dung mol đẳng nhiệt, đẳng tích của khí lý tưởng.

Biểu thức của mối quan hệ giữa CpC_pCp và CvC_vCv là:

với R=8.314R=8.314R=8.314 J/mol.K

Đối với khí đơn nguyên tử (H,He,…)(ce{H, He},…)(H,He,…): Cv=32RC_v = frac{3}{2}RCv​=23​R, khí hai nguyên tử (NX2 , OX2,…)(ce{N2,O2},…)(NX2​,OX2​,…): Cv=52RC_v=frac{5}{2}RCv​=25​R, khí nhiều hơn ba nguyên tử ( COX2, NOX2,…)(ce{CO2,NO2,…})(COX2​,NOX2​,…): Cv=3RC_v=3RCv​=3R

3. Trong các quá trình hoá học (có sự biến đổi chất)

Một. quá trình hóa học đẳng tĩnh

• Nhiệt lượng: Q=ΔHQ = Delta HQ=ΔH

• Bài làm: A=pΔV=ΔnRTA = pDelta V = Delta nRTA=pΔV=ΔnRT trong đó: ΔnDelta n Δn là độ biến thiên mol của khí phản ứng.

Ví dụ:

n=n=nproduct−start=c−bDelta n=n_text{khí sản phẩm} – n_text{khí ban đầu} = c-bn=nproduct−start=c−b

b. Quá trình hóa đẳng trương

c. Mối quan hệ giữa HDelta HΔH và UDelta UΔU

1. Hiệu ứng nhiệt của các quá trình hóa học

Hiệu ứng nhiệt là lượng nhiệt được hấp thụ hoặc giải phóng bởi một hệ thống trong một quá trình hóa học để thay đổi năng lượng bên trong (đẳng áp) hoặc entanpy (đẳng tích) của hệ thống.

Hiệu ứng nhiệt tiêu chuẩn: HT0Delta H^0_TΔHT0​

• Áp suất tiêu chuẩn: 111 atm

• Nhiệt độ TTT, thường được lấy là 298298298 K, ký hiệu: ΔH2980Delta H^0_{298}ΔH2980​

• Các chất phản ứng và sản phẩm tạo thành ở cùng nhiệt độ T$ và ở trạng thái chuẩn (nếu là chất khí thì Pk=1P_k = 1Pk=1 atm, nếu là dung dịch C=1C = 1C=1 mol/l)

2. Phương trình nhiệt hóa

Một phương trình nhiệt hóa là một phương trình hóa học với việc bổ sung các trạng thái của vật chất và nhiệt của phản ứng.

Ví dụ:

Dấu hiệu của ΔHDelta HΔH cho phản ứng:

3. Một số đại lượng cơ bản của tác dụng nhiệt

Một. nhiệt hình thành

Nhiệt tạo thành của một hợp chất là hiệu ứng thu nhiệt của quá trình tạo thành 1 mol hợp chất} từ các monome bền ở trạng thái tự do.

Ví dụ:

Lưu yˊ:textbf{textcolor{red}{Note:}}Lưu yˊ:

Nhiệt tạo thành monome ổn định ở điều kiện tiêu chuẩn thường bằng $0.

b. nhiệt phân hủy

c. Nhiệt do cháy

Nhiệt cháy là hiệu ứng thu nhiệt của phản ứng đốt cháy 1 mol chất đó với sản phẩm cháy tạo thành khí oxi ở áp suất không đổi.

Ví dụ:

Lưu yˊ:textbf{textcolor{red}{Note:}}Lưu yˊ:

Các chất không cháy (COX2, HX2O)(ce{CO2,H2O})(COX2​,HX2​O) có nhiệt đốt cháy bằng không.

đ. năng lượng liên kết

Năng lượng liên kết là năng lượng cần thiết để phá vỡ liên kết đó để hình thành các nguyên tử ở trạng thái khí.

đ. ái lực điện tử

Ái lực điện tử là hiệu ứng nhiệt của một nguyên tử khí nhận thêm một điện tử để tạo thành ion khí âm.

P. Năng lượng ion hóa

Năng lượng ion hóa là năng lượng cần thiết để loại bỏ một electron khỏi nguyên tử ở trạng thái khí và tự do.

g. năng lượng lưới

Năng lượng mạng là năng lượng được giải phóng khi 1 mol tinh thể hình thành từ các ion khí.

4. Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học

Nhiệt phản ứng bằng tổng nhiệt tạo thành của các sản phẩm trừ đi tổng nhiệt tạo thành của các chất ban đầu.

Một số tính toán khác:

• Nhiệt của phản ứng bằng tổng nhiệt đốt cháy của các chất phản ứng trừ đi tổng nhiệt đốt cháy của các sản phẩm của phản ứng.

• Hiệu ứng nhiệt của phản ứng bằng tổng năng lượng liên kết của các chất phản ứng trừ đi tổng năng lượng liên kết của các sản phẩm.

1. Diễn văn

Hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học trong điều kiện đẳng áp hoặc đẳng nhiệt chỉ phụ thuộc vào bản chất và trạng thái của các sản phẩm ban đầu và sản phẩm cuối cùng chứ không phụ thuộc vào đường đi của quá trình, tức là vào số lượng và đặc điểm của các chất ở pha trung gian.

2. Hậu quả

Chúng ta có thể cộng hoặc trừ các phương trình nhiệt hóa giống như phương trình đại số.

Hiệu ứng nhiệt của một phản ứng bằng tổng hiệu ứng nhiệt của các phản ứng trung gian trong cùng điều kiện: ΔH1=ΔH2+ΔH3+ΔH4Delta H_1 = Delta H_2 + Delta H_3 + Delta H_4ΔH1=ΔH2+ΔH3+ΔH4 ,

1. Entropy (SSS)

Một. ý tưởng

Ở đó:

kkk là hằng số Boltzmann.

R=8.314R=8.314R=8.314 J/mol.K là hằng số khí

NAN_ANA​ là số của Avogadro

WWW là trọng lượng nhiệt động của hệ thống

• Tính cho 1 mol chất: S=Rln⁡WS = Rln WS=RlnW (J/mol.K)

• Entropi là một hàm trạng thái mà giá trị của nó tỉ lệ với lượng chất (thông số dung lượng).

• Đối với toàn bộ tinh thể ở 000 K: S0=0S_0 = 0S0=0

b. Thiên nhiên

• Hệ càng phức tạp, phân tử càng phức tạp (nhiều nguyên tử) thì giá trị entropy càng lớn.

• Tương đối trong cùng điều kiện: Sra˘ˊn

• Sự gia tăng nhiệt độ làm tăng entropy, trong khi sự gia tăng áp suất làm giảm entropy.

c. Định luật thứ hai của nhiệt động hóa học

• Nếu hệ không cô lập thì ta thêm môi trường vào hệ, tạo thành hệ cô lập: ΔSê=QTDelta S_text{system} = frac{Q}{T}ΔSê=TQ​

d. Tính toán sự thay đổi entropy tiêu chuẩn của một phản ứng hóa học

Xét phản ứng:

Lưu yˊ:textbf{textcolor{red}{Note:}}Lưu yˊ:

• Nếu phản ứng tạo ra càng nhiều mol khí, tức là Δn>0Delta n>0Δn>0 thì entropy của phản ứng càng tăng và ngược lại.

• Không sử dụng ΔSp∘∘Delta S^circ _text{pư}ΔSp∘​ để đo chiều của phản ứng hóa học vì hệ phản ứng không phải là hệ cô lập. Để xem xét hướng phát triển, chúng tôi sử dụng đại lượng sẽ được đề cập dưới đây.

2. Thế năng đẳng nhiệt đẳng nhiệt (ĐCG) và chiều diễn biến các quá trình hóa học

Một. ý tưởng

Biến thiên thế năng đẳng nhiệt-đẳng áp (hay năng lượng tự do Gibbs) là một tham số nhiệt động lực học được sử dụng để nghiên cứu hướng tiến hóa của phản ứng hóa học, được xác định bởi:

Đối với phản ứng ở điều kiện tiêu chuẩn, nhiệt độ TTT:

Nếu như:

• ΔG

• ΔG=0⇒Delta G = 0 Mũi tên phảiΔG=0⇒ phản ứng cân bằng

• ΔG>0⇒Delta G > 0 RightarrowΔG>0⇒ phản ứng không tự phát (không tự phát)

Lưu ý yˊ:textbf{textcolor{red}{Note:}}Save yˊ​: ΔG2980Delta G^0_{298}ΔG2980​ có thể được sử dụng để nghiên cứu hướng tương đối của phản ứng trong thực tế:

ΔG2980

ΔG2980>+40kJ⇒Delta G^0_{298} > +40 kJ RightarrowΔG2980​​>+40kJ⇒ phản ứng không tự xảy ra ở mọi nhiệt độ thực tế. −40 kJ

Bảng ký hiệu GDelta GΔG dựa trên ΔHDelta HΔH và ΔSDelta SΔS: