Bài giảng Nhiệt động hóa học

THERMOCHEMISTRY NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC 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. 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 : HỆ HỞ HỆ KÍN HỆ CÔ LẬP Hệ kín chỉ có thể trao đổi E với MT ngoài Hệ cô lập không trao đổi chất và E với MT ngoài Hệ đoạn nhiệt: DQ = 0 Hệ đẳng nhiệt: DT = 0 Hệ đẳng áp : DP = 0 Hệ đẳng tích : DV = 0 Hệ dị thể Hệ đồng thể 3.Trạng thái - Một hệ có thể tồn tại ở những trạng thái khác nhau. 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. P, t0, C, V, năng lượng . Thông số trạng thái 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 trạng thái nhưng cũng có thể là biến số 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) 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 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 4.Quá trình hệ hóa học P1 T1 C1 V1 hệ hóa học P2 T2 C2 V2 Quá trình Một số quá trình hay gặp: - Đẳng áp: P = const - DP=0 - Đẳng tích: V = const - DV=0 - Đẳng nhiệt: T = const - DT= 0 F1 = F(P1,T1,C1,V1) F2 = F(P2,T2,C2,V2) 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 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. 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) Hệ hóa học Trao đổi với Môi trường Nhiệt Q = m c (ts-tđ)  2 1 P.dV Thực hiện qt NỘI NĂNG (U) U = Etịnh tiến +Equay+Edao động+Ehút,đẩy + Enhân Q = m c (ts-tđ) Lượng nhiệt trao đổi mà môi trường nhận tính bằng : - 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  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 Công W =  2 1 P.dV thước đo sự chuyển động có hướng của hệ (chủ yếu là công giãn nở chống lại áp suất) •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. Quy ước về dấu của nhiệt và công 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 W: công chống lại các lực bên ngoài W =  2 1 P.dV 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 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  QP = U2 + PV2 – (U1 + PV1) Đặt entalpi H = U + PV QP = H2 - H1 = DH H là đại lượng năng lượng H : xác định trạng thái H2 - H1 = DH Đối với các chất khí: PDV = DnRT  Qp = Qv + DnRT Quá trình đẳng nhiệt: T =const  DU=0 2 1 1 2 ln.ln. 2 1 2 1 P P nRT V V nRTdV V nRT PdVWQ V V V V TT   3. Hiệu ứng nhiệt a.Khái niệm: là lượng nhiệt hệ thu vào hay tỏa ra khi thực hiện quá trình Các phản ứng thường xảy ra ở ở P =const  hiệu ứng nhiệt = DH Đơn vị DH : kJ/mol ; kcal/mol P =const: hiệu ứng nhiệt =Qp = DH V=const: hiệu ứng nhiệt = Qv Các dạng năng lượng Hệ thống Hệ thống V= hằng số, ΔU=Qv P= hằng số, ΔU=Qp + P ΔV 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. 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 b.Hiệu ứng nhiệt tiêu chuẩn – Entalpi mol chuẩn thức: Điều kiện chuẩn: - tính cho 1 mol chất - ở p =1atm ; t =250C (2980K) Ký hiệu : DH0 hoặc DH f0298 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.  Quy ước : DHfo298 o K(đơn chất) = 0 -1131 Na2CO3(s) 49 C6H6(l) -92 HCl(g) -127 AgCl(s) -278 C2H5OH(l) 95.4 N2H4(g) -1260 C6H12O6(s) -201 CH3OH(g) -46 NH3(g) -207 NO3 -(aq) -85 C2H6(g) -286 H2O(l) -240 Na+(aq) 52 C2H4(g) -394 CO2(g) 106 Ag+(aq) -74.8 CH4(g) -111 CO(g) Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn, DHf ° (kJ/mol) Phản ứng phân hủy là phản ứng nghịch của p ứng tạo thành. Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn, DHf ° (kJ/mol) C (gr) + O2 (k) CO2 (k) mol/kcal1,94H o pö298 D  DHfo298 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. Ký hiệu: DHf0298(đc) - 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 C (gr) + O2 (k) CO2 (k) VD : H2 (k) + ½ O2 (k)  H2O (l) DHo298 pư = - 68,32 kcal/ mol  DH0298đc của H2 = -68,32 kcal/mol Ví dụ: DHo298 pư = - 94,1 kcal/ mol  DH0298đc của C = -94,1 kcal/mol C (gr) + 1/2 O2 (k) CO (k) DHopư = - 26, 42 kcal/ mol  DHo298(đc) C (do chưa tạo thành oxit cao nhất) VD: 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: Zn(r)+2HCl(d)= ZnCl2(d)+H2(k), DH o 298 =36,5 kcal ½ H2(k) + ½ Cl2 (k) = HCl (k), DH o 298 =-92,31 kcal/mol DH < 0 : Phản ứng tỏa nhiệt DH > 0 : Phản ứng thu nhiệt có khả năng tự xảy ra K có khả năng tự xảy ra 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 DH3 DH2 DH X Y A B C DH5 DH1 DH4 DH = DH1 + DH2 = DH3 + DH4 + DH5 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 Hệ quả  DDD o ñaàuTTio cuoáiTTi o pö HnHnH )(298)(298298  DDD o cuoáiñcio ñaàuñci o pö HnHnH )(298)(298298 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] Ví dụ : Xác định hiệu ứng nhiệt của phản ứng: CaCO3(r) = CaO(r) + CO2(k) . DHo298(TT)kcal/mol -288,5 -151,9 -94,1 kcal42,5288,594,1151,9 HHH o298ttCaCO o 298ttCO o 298ttCaO o 298 32   ΔΔΔΗΔ Ví dụ : Xác định hiệu ứng nhiệt của phản ứng: CH3COOH(l)+C2H5OH(l)=CH3COOC2H5(l)+H2O(l) DHo298đc -208,2 -326,7 -545,9 0 Kcal/mol kcal11,0545,9326,7208,2 ΔHΔHΔΗΔH o298dcE o 298dcR o 298dcA o 298   Bài tập 1. Tính hiệu ứng nhiệt của các phản ứng 2Al (r) + Fe2O3 (r)  Al2O3 (r) + 2Fe (r) DH0298,tt (kj/mol) 0 -824,2 -1669,8 0 CH4(k) + 2O2 (k)  CO2 (k) + 2H2O (l) DH0298,tt (kj/mol) -74,85 0 -393,5 -285,8 CH4(k) + 2O2 (k)  CO2 (k) + 2H2O (k) DH0298,tt (kj/mol) -74,85 0 -393,5 -241,8 Fe2O3 (r) + 3CO(k)  2Fe (r) + 3CO2 (k) DH0298,tt (kj/mol) -824,2 -110,52 0 -393,5 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) 5.TínhDH ở điều kiện khác chuẩn: dTCHH T T pöp o T o T  DDD 2 1 12 )( )TT.(CHH 12)pö(P o T o T 12 DDD )298T.(CHH )pö(P o pö298 o Tpö DDD  D chaátñaàuCsaûnphaåmCC PPpöP )(Trong đó: CP nhiệt dung mol đẳng áp: Đơn vị Cp : J/ (mol. Độ ); cal/(mol.độ); J.mol -1.K-1 Tính gần đúng: o pö298 o Tpö HH DD Tính chính xác: CO(k) + ½ O2(k) = CO2(k) Cp (cal/mol.ñoä) 6,97 7,0 8,88 DH0298 (kcal/mol) 26, 42 94,10 VD: Tính DH398 của phản ứng  Gần đúng: DH398 = DH o 298 =  94,10  (26,42) =  67,68 kcal/mol  Chính xác: DH398 = DH o 298 + DCp (398 -298) = - 67,68 +[(8,88  6,977,02/2)(398298)]  103 =  67,84 kcal/mol. CH4(k) + 2O2 (k)  CO2 (k) + 2H2O (l) DH0298,tt (kj/mol) -74,85 0 -393,5 -285,8 Cp(j/mol.độ) 35,31 29,36 37,11 75,29 Bài tập. Tính hiệu ứng nhiệt phản ứng ở 1000C. Fe2O3 (r) + 3CO(k)  2Fe (r) + 3CO2 (k) DH0298,tt (kj/mol) -824,2 -110,52 0 -393,5 Cp(J/mol.độ) 103,85 29,14 251 37,11 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 C2H4(k) + H2(k) + 7/2 O2 C2H6(k) + 7/2 O2 2CO2(k) + 3H2O(l) DH1 DH2 -DH3 DH DH= (DH1 + DH2) - DH3 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. ΔH0298 = ΣΔH 0lk (tc) – ΣΔH0lk(sp) C2H4 + H2  C2H6 : ΔH= ? Cho E C=C = 595.7 kj/mol EC-H= 418.4 kj/mol EH-H= 432.0 kj/mol EC-C = 343.4 kj/mol C2H4 + H2 C2H6 DH DH=EC=C + 4EC-H + EH-H –EC-C- 6EC-H DH=EC=C + EH-H –EC-C- 2EC-H EC=C 4 EC-H EH-H -EC-C -6 EC-H H-H(k) + Cl-Cl(k) → 2 H-Cl(k) 2H(k) ElkH2 + 2Cl(k) ElkCl2 -2ElkHCl DH0298 = [Elk(H2 )+Elk(Cl2)] – [2Elk(HCl)] DH0298 = ? Các chất trong phản ứng ở trạng thái khí Tính DH° (kJ) : C2H4 (g) + H2O (g)  C2H5OH (g) DH = D (Nối đứt) – D (Nối ráp) = (H-O + C=C) - (H-C + C-O + C-C) = OH H H HH H + C C H OH H HH HC C  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 : 2H2 (k) + O2 (khí) → 2H2O (l) ΔH 0298 = - 483,68kJ Theo hệ quả 3: ΔH0298 = ΣΔH 0lk (tc) – ΣΔH0lk(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 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 Không tự diễn biến Tự diễn biến II. NGUYÊN LÝ II – ENTROPI S 1. Khái niệm entropi Entropi S là đại lượng biểu thị độ hỗn độn (vô trật tự) của vật chất S = k lnW k: hằng số Boltzmann 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 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 DS0 của O2 = 205,03 j/mol DS0 của O3 = 238,82 j/mol 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 Tính hỗn loạn Entropi Entropi Rắn Lỏng Khí Entropi mol chuẩn thức So298 o K : là entropi của 1 mol chất ở trạng thái chuẩn 1 atm, 250C 2. Nguyên lý II Đơn vị S0298 o K : J/ (mol. Độ ); cal/(mol.độ); J.mol -1.K-1 T Q S D Q: nhiệt lượng T: nhiệt độ tuyệt đối 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 3. Tính độ biến đổi DS trong một số quá trình a.Quá trình chuyển pha (T=const, P =const) TT H T Q S cp   D D Rắn  Lỏng Lỏng  Hơi Rắn  Hơi b.Quá trình đẳng nhiệt (T =const) 2 1 1 21 2 T T P P lnnR V V lnnR T V V lnnRT T Q S D R = 8,314 J/mol.K = 1,987 cal/mol.K c.DS phụ thuộc vào nhiệt độ (T thay đổi, P = const) T dT nCS T T pP D 2 1 1 2ln. T T nCS PP D d.Tính DS của phản ứng Cho phản ứng : aA + bB  cC + dD    o Bo Ao Do Co pu SbSaSdScS )(298)(298)(298)(298298 .... D n: số mol chất  D )()()( tcTspTpuT SSS Ví dụ C(gr) + CO2(k) = 2CO(k) Tính: 5.74 213.68 197.54 (J/mol.K) 33.44 291.76 248.71 (J/mol.K) 1500 0 298 , SS DD 0 298S 0 1500S KJ COSCSCOSS /66.175 ]68.21374.5[54.1972 )]()([)(2 2 0 298 0 298 0 298 0 298   D KJ COSCSCOSS /22.172 ]76.29144.33[71.2482 )]()([)(2 21500150015001500   DDDD Dựa vào bảng entropi tiêu chuẩn của các chất tính của các phản ứng: a. 4HCl(k) + O2(k) = 2Cl2(k) + 2H2O(k) S0298(j/mol.độ) 186,7 205,0 233 188,7 DS0pu = 2.S 0 298Cl2 + 2.S 0 298H2O - 4.S 0 298HCl - 2.S 0 298O2 = 2x233 + 2x188,7 – 4x186,7 – 205 = - 108,4 J/oK b. NH4NO3(r) = N2O(k) + 2H2O(k) S0298(j/mol.độ) 151,08 219,74 188,7 DS0pu = S 0 298N2O+ 2.S 0 298H2O - S 0 298NH4NO3 = 219,74 + 2x188,7 – 151,08 = 446.06 J/oK c. C6H6(k) + 15/2 O2 (k) = 6CO2(k) + 3H2O(l) S0298(j/mol.độ) 269,2 205,0 213,63 69,91 DS0pu = 6.S 0 298CO2 + 3.S 0 298H2O - S 0 298C6H6 - S 0 298O2 = 6x213,63 + 3x69,91 – 269,2 –15/2x205 = - 315,19 J/oK 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 - 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 DG = DH – T.DS 2.Thế đẳng áp tiêu chuẩn DGo298 (DG o) 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 Thế đẳng áp tạo thành tiêu chuẩn DGo298(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 DGo298 đơn chất = 0 3.Tính DG của các phản ứng hóa học  DDD o ñaàuTTio cuoáiTTi o pö GnGnG )(298)(298298 Ví dụ : aA + bB = cC + dD DG = [cDGottC + dDG o ttD]  [aDG o ttA + bDG o ttB] DGoT = DH o T – T. DS o T Gần đúng sử dụng DHo298 và DS o 298 để tính: DGoT = DH o 298 – T. DS o 298 C(gr) + H2O(k) = CO(k) + H2(k) DHo298tt (kj/mol) 0 - 241,8 - 110,5 0 So298 (J/mol.ñoä) 5,7 188,7 197,9 130,6 DGo298tt (kj/mol) 0 - 228,6 - 137,3 0 Ví dụ: Tính DG ở 298 và 1000K của phản ứng o 298 o 298 o 298 S.298G DDTính DG ở 298K o OttH298 o CO298 o 298 2 GGG DDD o 298 o 298 o 1000 S.1000G DDTính DG ở 1000K DGo298pu = 91,3 kJ/mol DGo1000pu = -2,8 kJ/mol 4.Dự đoán chiều của các phản ứng hóa học DG < 0  phản ứng xảy ra theo chiều thuận 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). a.Tính DH0298, DS 0 298,,DG 0 298 của phản ứng. b. Tính DG0298,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) DH0298,tt(kj/mol) -46,11 -92,31 -314,43 S0298(j/mol.độ) 192,34 186,8 94,60 DG0298,tt(kj/mol) -16,48 -95,30 ? NH3 (k) HCl (k) NH4Cl(r) DH0298,tt(kj/mol) -46,11 -92,31 -314,43 S0298(j/mol. oK) 192,34 186,8 94,60 DH0pu = DHf 0 298 NH4Cl - DHf 0 298 NH3 - DHf 0 298 HCl = -314,43 + 46,11 + 92,31 = - 176,01 KJ DS0pu = S 0 298 NH4Cl - S 0 298 NH3 - S 0 298 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 DGpu = DG o 298NH4Cl - DG o 298NH3 - DG o 298HCl  DGo298NH4Cl = DGpu + DG o 298NH3 + DG o 298HCl = -91,38 - 16,48 – 95,3 = - 203,16 KJ/mol 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 Bảng dự đoán chiều của các phản ứng hóa học Lưu ý: T cao nghĩa là T phải khoảng 1000K Lưu ý: Dựa vào DG0298 để dự đoán chiều: DG0298 -10kcal + 10kcal Xảy ra ở bất kì t, p ///////////////////////////////// Có thể xảy ra tùy theo t , p Không xảy ra ở bất kì t, p 2.Cho phản ứng : H2 (k) + CO2(k) H2O (k)+ CO(k) DH0298,tt (Kj/mol) -393,51 -241,82 -110,52 S0298,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) DH0298,s (Kj/mol) 226,9 286 -487,4 0 S0298,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? H2 (k) CO2(k) H2O (k) CO(k) DH0298,tt (Kj/mol) -393,51 -241,82 -110,52 S0298,tt (J/mol.độ) 130,57 213,63 188,72 197,56 DH0pu = DHf 0 298 H20 + DHf 0 298 CO - DHf 0 298 CO2 = - 241,82 – 110,52 + 393,51 = 41,17 KJ DS0pu = S 0 298 H20 + S 0 298 CO - S 0 298 H2 - S 0 298 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 C2H2(k) H2O(l) CH3COOH(l) H2(k) DH0298 (Kj/mol) 226,9 286 -487,4 0 S0298 (J/mol.độ) 207 70 160 130,7 DH0pu = DHf 0 298 CH3COOH - DHf 0 298 C2 H2 - 2DHf 0 298 H2O = - 487,4 - 226,9 – 2x286 = - 1286,3 KJ DS0pu = S 0 298 CH3COOH + S 0 298 H2 - S 0 298 C2 H2 - 2S 0 298 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