Cơ sở của nhiệt động hóa học | Bài giảng môn Hóa lý | Đại học Bách khoa hà nội
Trong 1 quá trình bất kỳ, nhiệt mà hệ nhận dùng để sinh công và biến thiên nội năng. Tài liệu trắc nghiệm môn Hóa lý giúp bạn tham khảo, ôn tập và đạt kết quả cao. Mời bạn đọc đón xem!
Preview text:
Giảng viên Nguyễn Thu Hà
Các nội dung cần tự đọc và tóm tắt: Chương I:
CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC
I. MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA CƠ BẢN
II. NGUYÊN LÝ I CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC
1. Nội dung và biểu thức của nguyên lý I
Q = A + ∆U hay ∆U = Q – A
2. Ý nghĩa của nội năng
3. Áp dụng nguyên lý I cho một số quá trình
a. Quá trình thuận nghịch đẳng tích:
b. Quá trình thuận nghịch đẳng áp:
c. Quá trình thuận nghịch đẳng nhiệt của khí lý tưởng:
(Lưu ý: trong các trường hợp này chỉ xét hệ không sinh công nào khác ngoài công thể tích)
4. Phương trình nhiệt hóa học và hiệu ứng nhiệt
a. Phương trình nhiệt hóa học:
b. Hiệu ứng nhiệt
· Xét trường hợp hệ không sinh công có ích:
· Xét trường hợp hệ sinh công có ích:
c. Quan hệ giữa hiệu ứng nhiệt đẳng tích và hiệu ứng nhiệt đẳng áp
5. Các khái niệm trạng thái tiêu chuẩn, điều kiện chuẩn, nhiệt sinh, nhiệt cháy
6. Định luật Hess và các hệ quả và ứng dụng 7. Nhiệt dung
a. Khái niệm nhiệt dung b. Các loại nhiệt dung
c. Sự phụ thuộc của nhiệt dung vào nhiệt độ
8. Sự phụ thuộc hiệu ứng nhiệt vào nhiệt độ - Định luật Kirchhoff
Hiệu ứng nhiệt đẳng áp
Hiệu ứng nhiệt đẳng tích
* Phương trình dạng vi phân
* Phương trình dạng vi phân d (DH ) d (D = U ) (C =
p)chất cuối – (Cp)chất đầu = ∆Cp (1)
(Cv)chất cuối – (Cv)chất đầu = ∆Cv (2) dT dT
* Phương trình dạng tích phân không cận:
* Phương trình dạng tích phân không cận: H D = DC dT + I ò (1’) U D = C D dT + J ò (2’) p v
* Phương trình dạng tích phân có cận:
* Phương trình dạng tích phân có cận: 2 T 2 T DH = DH + C dT (1’’) DU = DU + C dT (2’’) 2 T 1 T òD 2 T 1 T òD p V 1 T 1 T
II. NGUYÊN LÝ II CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC VÀ CHIỀU CỦA QUÁ TRÌNH
1. Một số khái niệm ban đầu
a. Các quá trình tự xảy ra, không tự xảy ra và trạng thái cân bằng:
b. Quá trình thuận nghịch và không thuận nghịch nhiệt động:
2. Nội dung và biểu thức của nguyên lý II
a. Phát biểu nguyên lý II
Nhiệt không thể tự ý truyền tự vật lạnh sang vật nóng Hóa lý I 1
Giảng viên Nguyễn Thu Hà
b. Biểu thức toán học dQ Q d Q d dS TN KTN = > hoặc viết dS ³ (*) T T T
Dấu “=” xảy ra đối với quá trình thuận nghịch;
Dấu > ứng với quá trình không thuận nghịch
3. Chiều tự diễn biến và điều kiện cân bằng
4. Các tính chất của entropi Q d
a. Entropi là một hàm trạng thái: dS TN = T
b. Entropi có tính chất cộng tính: Entropi của 1 hệ bằng tổng entropi các phần nhỏ của hệ: S = S1 + S2 + S3 + …+ Sn c. Ý nghĩa
5. Tính entropi trong một số quá trình thuận nghịch
a. Quá trình đẳng áp hoặc đẳng tích thuận nghịch
b. Quá trình thuận nghịch đẳng nhiệt
6. Bản chất thống kê của nguyên lý II
Liên hệ giữa entropi và xác suất nhiệt động: S = klnW
Trong đó: k là hằng số Bonzemann
W là xác suất nhiệt động của hệ
III. CHIỀU VÀ ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG CỦA CÁC QUÁ TRÌNH TRONG HỆ KHÔNG CÔ LẬP
1. Thế nhiệt động. Các phương trình tổng quát của thế nhiệt động
a. Thế nhiệt động
Các hàm U, H, F, G trong các điều kiện xác định được gọi là thế nhiệt động. Tính chất cơ bản của
nó là: độ giảm của nó (trong các quá trình thuận nghịch) bằng công có ích cực đại.
b. Phương trình tổng quát của nhiệt động học
Dấu “=” xảy ra với quá trình thuận nghịch dU = TdS – PdV – dA’max dH = TdS + VdP – dA’max dF = -SdT - PdV – dA’max dG = -SdT + VdP – dA’max
2. Dùng hàm đặc trưng để xét chiều tự diễn biến của các quá trình trong hệ
3. Một số tính chất của hàm G, F
4. Sự phụ thuộc của G, F vào nhiệt độ
a. Phương trình Gibbs – helmholtz viết cho thế đẳng áp G
b. Phương trình Gibbs – Helmholtz viết cho thế đẳng tích F
6. Sự phụ thuộc của G vào áp suất P
Vậy biến thiên thế đẳng áp: ∆GP = ∆G0 + ò DVdP (5) 1
· Nếu hệ là khí lý tưởng: xét với 1 mol khí: PV = RT → GP = G0 + RTlnP (6)
· Nếu hệ là khí không lý tưởng: ta có 2 cách
- Cách 1: Áp dụng các phương trình trạng thái của khí thực: Hóa lý I 2
Giảng viên Nguyễn Thu Hà VD: phương tr æ a ö
ình Van Der Waals: ç P +
÷(V - b) = RT è V 2 ø
Việc tích phân phương trình này rất phức tạp
- Cách 2: Thay áp suất P bằng 1 đại lượng khác gọi là hoạt áp f. Sao cho khi thay f vào phương
trình (6) ta được biểu thức đúng với khí thực. Tức là: GP = G0 + RTlnf
Sự sai khác giữa P và f được đặc trưng bởi hệ số hoạt áp: f g = P
Khi P → 0 (khí lý tưởng) thì f → P f Vậy: limg = lim =1 P 0 ® P 0 ® P
7. Thế hóa học và đại lượng mol riêng phần
Xét với hệ có thành phần thay đổi (hệ có phản ứng hóa học, có chuyển pha…), thì các đại lượng
dung độ X phải là hàm bao gồm thành phần số mol ni của các cấu tử trong hệ.
a. Đại lượng mol riêng phần
* Định nghĩa: Xét 1 hệ gồm nhiều cấu tử với số mol tương ứng là n1, n2 , ni
Giả sử xét X = X(T, P, n1, n2, …, ni)
Khi hệ thực hiện một quá trình vô cùng nhỏ thì đại lượng X của hệ biến thiên từ X → X+dX.
Lấy vi phân toàn phần của X ta có: æ X ¶ ö æ X ¶ ö æ X ¶ ö æ X ¶ ö dX = ç ÷ dP + ç ÷ dT + dn + ... + ç ÷ dn çç ÷÷ 1 j è P ¶ ø , , ,..., è T ¶ ø n ç ¶ n ÷ ¶ T n n n
P,n ,n ,...,n 1 2 1 2 è 1 ø , , ¹ 1 è j ø i i T P n n i
T ,P,n ¹n i j æ ¶ ö Đặt: X X = là đại lượng mol ri i çç ÷÷
êng phần của cấu tử i n
è ¶ i øT,P,nj¹i æ G ¶ ö
VD: thế đẳng áp mol riêng phần của cấu tử i: G = i çç ÷÷ n
è ¶ i øT,P,nj¹i æ V ¶ ö
Thể tích mol riêng phần của cấu tử i: V = i çç ÷÷ n
è ¶ i øT,P,nj¹i
* Những tính chất của đại lượng mol riêng phần b. Thế hóa học æ dG ö m = i çç ÷÷ dn
è i øT,P,nj¹i
Đối với 1 mol khí lý tưởng: G m i = G 0 + RTlnP + RTlnP i i → mi = o i i Hóa lý I 3