Bài giảng Hóa đại cương - Chương 1: Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học

c cơ bản Bộ môn hoá học 2Chương 8 Sự điện phân và ứng dụng Chương 9 Ăn mòn kim loại và phương pháp bảo vệ kim loại Chương 6 Dung dịch Chương 7 Các quá trình điện hoá Chương 5 Động hóa học và xúc tác Chương 4 Cân bằng hoá học Chương 3 Chiều và dới hạn tự diễn biếncủa quá trình Chương 2 Nhiệt hoá học Chương 1 hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học 3Tài liệu tham khảo và học tập 1. Cơ sở lý thuyết hóa học – PGS. Nguyễn Hạnh 2. Cơ sở lý thuyết hóa học – PGS. Lê Mậu Quyền 3. Bài tập hoá học đại cương – Dương Văn Đảm 4. Bài tập hóa học đại cương - Trần Hiệp Hải 5. Bài giảng Hóa đại cương – Bộ môn Hóa – Khoa Khoa học cơ bản – ĐHKTCN 4Tỉ trọng đánh giá điểm - 10% chuyên cần - 10% Thảo luận + bài tập - 20% Giữa kỳ - 60% Thi kết thúc học phần - Hình thức thi: trắc nghiệm - số lượng câu: 40, thời gian: 60phút 5CHƯƠNG 1 HỆ THỐNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC 1. Nguyên tắc sắp xếp các nguyên tố vào HTTH • Các nguyên tố được sắp xếp theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân nguyên tử. • Các nguyên tố có cùng số lớp electron trong nguyên tử được xếp thành một hàng. • Các nguyên tố có cùng số electron hóa trị trong nguyên tử được xếp thành một cột. 62. Qui luật biến đổi về cấu tạo nguyên tử của các nguyên tố trong cùng chu kỳ, nhóm 2.1. Chu kì • Chu kì là dãy các nguyên tố mà nguyên tử của chúng có cùng số lớp electron, được xếp theo chiều điện tích hạt nhân tăng dần. • Bảng tuần hoàn gồm 7 chu kì được đánh số từ 1 đến 7. Số thứ tự của chu kì trùng với số lớp electron của nguyên tử các nguyên tố trong chu kì đó. Các chu kì 1, 2, 3 là các chu kì nhỏ. Các chu kì 4, 5, 6, 7 là các chu kì lớn. 72.2. Nhóm • Nhóm nguyên tố là tập hợp các nguyên tố mà nguyên tử có cấu hình electron tương tự nhau, do đó có tính chất hóa học gần giống nhau và được xếp thành một cột. • Nguyên tử các nguyên tố trong cùng một nhóm có số electron hóa trị bằng nhau và bằng số thứ tự của nhóm (trừ một số ngoại lệ). • Bảng tuần hoàn có 18 cột được chia thành 8 nhóm A đánh số từ IA đến VIIIA và 8 nhóm B đánh số từ IB đến VIIIB. Riêng nhóm VIIIB gồm 3 cột. 83. Quy luật biến đổi về tính chất của các nguyên tố trong chu kỳ, nhóm 3.1. Sự biến đổi một số đại lượng vật lí - Bán kính nguyên tử + Trong một chu kì, tuy các nguyên tố có cùng số lớp electron nhưng khi điện tích hạt nhân tăng, lực hút giữa hạt nhân với các electron lớp ngoài cùng cũng tăng theo do đó bán kính nguyên tử tăng dần. + Trong một nhóm A, theo chiều từ trên xuống dưới, số lớp electron tăng dần, bán kính nguyên tử của các nguyên tố tăng theo, mặc dù điện tích hạt nhân tăng nhanh. 9- Năng lượng ion hóa Năng lượng ion hóa thứ nhất của nguyên tử là năng lượng tối thiểu cần để tách electron thứ nhất ra khỏi nguyên tử ở trạng thái cơ bản. + Trong một chu kì theo chiều tăng của điện tích hạt nhân, lực liên kết giữa hạt nhân và electron lớp ngoài cùng tăng làm cho năng lượng ion hóa nói chung cũng tăng theo. + Trong cùng một nhóm A, theo chiều tăng của điện tích hạt nhân, khoảng cách giữa electron lớp ngoài cùng đến hạt nhân tăng, lực liên kết giữa electron lớp ngoài cùng và hạt nhân giảm, do đó năng lượng ion hóa nói chung cũng giảm. 10 - Độ âm điện Độ âm điện của một nguyên tử đặc trưng cho khả năng hút electron của nguyên tử đó khi tạo liên kết hóa học. + Trong một chu kì, theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân, độ âm điện của các nguyên tử của các nguyên tố thường tăng dần. + Trong cùng một nhóm A, theo chiều tăng điện tích hạt nhân, độ âm điện của các nguyên tố thường giảm dần. 11 3.2. Sự biến đổi tính kim loại, tính phi kim • Tính kim loại là tính chất của một nguyên tố mà nguyên tử của nó dễ nhường electron để trở thành ion dương. Nguyên tử của nguyên tố nào càng dễ nhường electron thì tính kim loại của nguyên tos đó càng mạnh. • Tính phi kim là tính chất của một nguyên tố mà nguyên tử của nó dễ nhận thêm electron để trở thành ion âm. Nguyên tử của nguyên tố càng dễ nhận electron, tính phi kim của nguyên tố đó càng mạnh. 12 • Trong một chu kì, theo chiều tăng của điện tích hạt nhân, tính kim loại của các nguyên tố giảm dần, đồng thời tính phi kim tăng dần. • Trong một nhóm A, theo chiều tăng của điện tích hạt nhân, tính kim loại của các nguyên tố tăng dần, đồng thời tính phi kim giảm dần. 3.3. Sự biến đổi tính axit – bazơ của oxi và hidroxit tương ứng • Trong một chu kì, theo chiều tăng của điện tích hạt nhân, tính bazơ của oxit và hidroxit tương ứng giảm dần, đồng thời tính axit tăng dần. • Trong một nhóm A, theo chiều tăng của điện tích hạt nhân, tính bazơ của các oxit và hidroxit tương ứng tăng dần, đồng thời tính axit giảm dần. 13 4. Tính chất lí học và hóa học cơ bản của các kim loại phổ biến trong vật liệu 4.1. Tính chất lí học - Tính dẻo - Tính dẫn điện - Tính dẫn nhiệt - Ánh kim 4.2. Tính chất hóa học - Tính chất hóa học đặc trưng của kim loại là tính khử. Nói cách khác, nguyên tử kim loại dễ bị oxi hóa thành ion dương: M  Mn+ + ne 14 CHƯƠNG 2 NHIỆT HÓA HỌC 1. Một số định nghĩa và khái niệm - Nghiên cứu một số định nghĩa và khái niệm cơ bản, khái niệm về nhiệt và công 2. Nguyên lý 1 và áp dụng vào nhiệt hoá học - Các cách phát biểu nguyên lý 1 - Khái niệm nội năng và entanpi - Nhiệt của phản ứng hoá học - Mối quan hệ giữa nhiệt đẳng tích và nhiệt đẳng áp 15 3. Định luật Hess và các hệ quả - Phát biểu định luật và hệ quả - Năng lượng liên kết và hiệu ứng nhiệt 4. Sự phụ thuộc của hiệu ứng nhiệt vào nhiệt độ - Khái niệm nhiệt dung, nhiệt dung mol đẳng áp và đẳng tích - Định luật Kirrchhoff 16 1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM 1.1. HỆ - Ví dụ: ta cho Fe vào trong ống nghiệm đựng dung dịch HCl.Phản ứng xảy ra là Fe + 2HCl  FeCl2 + H2 - Hệ là một phần của vũ trụ có giới hạn xác định đang được khảo sát về phương diện trao đổi năng lượng và vật chất. Phần còn lại của vũ trụ là môi trường ngoài đối với hệ. - Ranh giới giữa hệ và môi trường có thể có thực, có thể tưởng tượng. - Hệ có thể trao đổi nhiệt, công, vật chất với môi trường ngoài. 17 - Hệ hở (hệ mở) + Là hệ có thể trao đổi cả năng lượng lẫn vật chất với môi trường ngoài. + Ví dụ: đun sôi một ấm nước, nhiệt được cung cấp vào hệ, hệ mất vật chất ra môi trường ngoài dưới dạng hơi nước. - Hệ kín (hệ đóng) + Là hệ chỉ trao đổi với môi trường ngoài năng lượng nhưng không trao đổi vật chất. + Ví dụ: hệ gồm các hóa chất đang cho phản ứng trong một ống thủy tinh hàn kín. Hệ không mất vật chất nhưng có thể nhận nhiệt vào (nếu phản ứng thu nhiệt) hoặc cung cấp nhiệt (nếu phản ứng tỏa nhiệt). 18 - Hệ cô lập + Là hệ không trao đổi cả năng lượng lẫn vật chất với môi trường ngoài. + Ví dụ: một bình Dewar chứa hóa chất được đậy kín và được bao phủ bằng một lớp cách nhiệt thật dày để cho vật chất và nhiệt lượng không thể trao đổi với môi trường ngoài. - Hệ đoạn nhiệt + Là hệ không có trao đổi nhiệt lượng với môi trường bên ngoài. + Ví dụ: chất khí được đựng trong một xilanh có vỏ cách nhiệt 19 - Hệ đồng thể + Là hệ mà trong đó không tồn tại các bề mặt phân cách, các tính chất của hệ hoặc không thay đổi hoặc thay đổi liên tục từ điểm này đến điểm khác trong hệ. + Ví dụ: axit hoà tan vào nước - Hệ dị thể + Là hệ trong đó có bề mặt phân cách. + Ví dụ: hỗn hợp nước đá và nước lỏng, hỗn hợp muối tan quá bão hoà hoặc muối ít tan trong nước. - Hệ đồng thể có thể là đồng nhất hoặc không đồng nhất. Nếu thành phần và tính chất ở mọi phần của hệ là như nhau thì hệ là đồng nhất. Ngược lại là hệ không đồng nhất. 20 1.2. Trạng thái - Ví dụ: ta xét hệ gồm 1lít nước ở 250C, 1atm - Một hệ có trạng thái xác định khi những thông số xác định những đại lượng của hệ được biết một cách chính xác như T, V, P, KLR... các đại lượng này được gọi là thông số trạng thái của hệ. - Trạng thái của hệ sẽ thay đổi nếu ít nhất có một trong những thông số trạng thái thay đổi. - Chú ý trạng thái ở đây khác với trạng thái tập hợp của vật chất (pha, tướng) là rắn, lỏng, khí. 21 a. Thông số trạng thái - Thông số trạng thái là những đại lượng vật lý, hoá lý đặc trưng cho trạng thái của hệ, có thể đo được trực tiếp hay gián tiếp như P, T, V, thành phần hoá học - Có hai loại thông số trạng thái: + Thông số trạng thái dung độ:Là những thông số tr.thái tỉ lệ với khối lượng: V, m. + Thông số trạng thái cường độ: Là những thông số trạng thái không phụ thuộc vào khối lượng: nhiệt độ, áp suất, nồng độ, độ nhớt - Vậy:Thông số tr.thái dung độ có t.chất cộng tính còn thông số tr.thái cường độ không có t.chất cộng tính. 22 b. Hàm số trạng thái - Một hàm F(P, V,T) được gọi là hàm trạng thái nếu giá trị của nó chỉ phụ thuộc vào các thông số trạng thái của hệ mà không phụ thuộc vào cách biến đổi của hệ. Hay nói cách khác thì hàm đó chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối mà không phụ thuộc vào trạng thái trung gian. - Một biến thiên hữu hạn (tương đối lớn) của một thông số trạng thái x trong quá trình được ghi là ∆x = x2 – x1 23 - Hàm quá trình + Là những hàm mà giá trị của nó phụ thuộc không chỉ vào trạng thái đầu và trạng thái cuối mà còn phụ thuộc vào tất cả các trạng thái trung gian. + Ví dụ: Nhiệt lượng q và công A + Qui ước: * Kí hiệu  chỉ những biến thiên vô cùng nhỏ của những biến số là hàm quá trình của hệ: q, A * Kí hiệu d cho những biến thiên vô cùng nhỏ của những biến số là hàm số trạng thái của hệ:dT, dp, dV,... 24 c. Phương trình trạng thái - Biểu diễn sự phụ thuộc định lượng của hàm trạng thái vào các thông số trạng thái của hệ ở điều kiện cân bằng. F(P,V,T,ni) = 0 ; PV =nRT d. Trạng thái cân bằng - Một hệ ở trạng thái cân bằng nhiệt động khi giá trị của các thông số trạng thái ở mọi điểm trong thể tích của từng pha riêng biệt của hệ là như nhau và không thay đổi thay thời gian. - Lúc này tồn tại đồng thời ba cân bằng + Cân bằng nhiệt (T tại mọi điểm của hệ như nhau) + Cân bằng cơ học (P tại mọi điểm của hệ như nhau) + CB hoá học (hoá thế tại mọi điểm của hệ như nhau). Tại sao nói cân bằng hoá học là cân bằng động? 25 1.3. Quá trình (Biến đổi) - VD: đun 1lit nước từ 250C,1atm đến 750C, 1atm - Một hệ nhiệt động học thực hiện một quá trình khi trạng thái của hệ thay đổi - Quá trình được xác định nếu biết rõ trạng thái đầu và trạng thái cuối. - Quá trình hở (mở) + Là biến đổi hệ đi từ trạng thái đầu đến trạng thái cuối khác nhau. - Quá trình kín (đóng) + Là biến đổi hệ đi từ trạng thái đầu đến trạng thái cuối giống nhau. Trường hợp này, hệ đã thực hiện một chu trình hay một biến đổi kín. Thí dụ: 50cm3 nước ở 20°C, 1atm được đun nóng đến 70°C, 1atm rồi lại được làm nguội về 20°C, 1atm. 26 - Quá trình đẳng tích + Là biến đổi được thực hiện trong điều kiện V = const + VD: một phản ứng hóa học được thực hiện trong ống hàn kín. - Quá trình đẳng áp + Là biến đổi được thực hiện trong điều kiện P = const + VD: phản ứng được thực hiện trong bình cầu ăn thông với khí quyển bên ngoài. - Quá trình đẳng nhiệt + Là biến đổi được thực hiện trong điều kiện T= const + VD: phản ứng được thực hiện trong một bình cầu nhỏ được đặt trong bình điều nhiệt giữ ở nhiệt độ xác định. 27 - Quá trình đoạn nhiệt + Là biến đổi được thực hiện trong điều kiện không có sự trao đổi nhiệt lượng giữa hệ với môi trường ngoài. + VD: phản ứng được thực hiện trong bình đậy kín, được bao quanh bởi các lớp cách nhiệt thật dày. - Qúa trình thuận nghịch + Là biến đổi mà các trạng thái trung gian của hệ trải qua được xem như do các quá trình cân bằng. + VD: biến đổi bất thuận nghịch: sự truyền nhiệt từ nguồn nóng sang nguồn lạnh, sự rơi tự do dưới tác dụng của trọng trường Biến đổi thuận nghịch: Sự đông đặc và nóng chảy của nước ở 00C, 1atm 28 1.4. Nhiệt và công - Có hai cách khác nhau trong sự chuyển năng lượng là nhiệt và công. - Nhiệt + Sự chuyển năng lượng liên quan đến sự thay đổi cường độ chuyển động phân tử của hệ. + Ký hiệu Q, lượng chất vô cùng nhỏ là Q. - Công + Sự chuyển năng lượng có liên quan đến sự chuyển dịch những khối lượng vật chất vĩ mô dưới tác dụng của những lực nào đó + Kí hiệu là A, đại lượng vô cùng nhỏ là A. 29 - Qui ước về dấu của nhiệt động học + Nếu hệ tỏa năng lượng (nhiệt, công): q (A) < 0 + Nếu hệ thu năng lượng (nhiệt, công): q (A) > 0 - Nhiệt và công là những hàm quá trình. - Nhiệt và công là những hình thức truyền năng lượng, có thứ nguyên của năng lượng nhưng không phải là các dạng năng lượng - Các đơn vị đo nhiệt và công - Nhiệt thường được đo bằng đơn vị calo, còn công được đo bằng Jun. Đơn vị chính thức về năng lượng là J, cal là đơn vị không chính thức. 1cal = 4,183 J 1 lit.atm = 24,22 cal = 101,325 N.m = 101,325 J 30 - Đối với các phản ứng hoá học công chống lại lực bên ngoài thường là công chống lại áp suất bên ngoài: A= -P( V2 - V1)= -PV A= - PdV - Nếu hệ chứa khí lý tưởng và biến đổi đẳng nhiệt, thuận nghịch, ta có: Pngoài = Pkhí = vì biến đổi thuận nghịch nênPngoài = Phệ = Pkhí LT V nRT   2 1 2 1 V V V V V dV nRTdV V nRT A 31 R = 8,314 J.mol-1.K-1 R = 0,082 lit.atm.mol-1.K-1 R = 1,987 cal.mol-1.K-1 - Nếu hệ thực hiện quá trình đẳng tích thì A =? Ví dụ: Tính công sinh ra ở 250C khi hoà tan 50g Fe vào trong axit HCl - Trong một bình kín - Trong một cốc thuỷ tinh hở 32 2. Nguyên lý I nhiệt động học 2.1. Nội năng và entanpi a. Nội năng • Năng lượng của hệ gồm: - Động năng chuyển động của toàn hệ - Thế năng của hệ do hệ nằm trong trường ngoài - Nội năng của hệ • Nội năng của hệ gồm: + Động năng của chuyển động của các PT,NT,e + Thế năng tương tác của các PT,NT, hạt nhân và electron. + Năng lượng các e trong PT + Năng lượng dự trữ của hạt nhân nguyên tử... 33 - Nội năng là hàm trạng thái,giá trị của nó chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối mà không phụ thuộc vào cách chuyển chất tới trạng thái đó ∆U = = U2 - U1 - Nội năng của hệ (U) là một đại lượng dung độ - U phụ thuộc: bản chất, lượng của nó, P, T, V và thành phần. - Với khí lí tưởng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ. - Vậy đối với quá trình đẳng nhiệt thì dU = 0.  2 1 dU 34 b. Entanpi - Hàm U + PV được gọi là entanpi và được ký hiệu là H. H = U + PV - Vì H là hàm trạng thái cho nên nó chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối của hệ. Độ biến thiên entanpi của một hệ chuyển từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 là ∆H. ∆H = H2 - H1 2.2. Phát biểu nguyên lý I a. Cách phát biểu 1: Không thể chế tạo được động cơ vĩnh cửu loại 1(là động cơ không tiêu tốn năng lượng mà vẫn sinh công, Q = 0; A ≠ 0) 35 b. Cách phát biểu 2: Lượng nhiệt do hệ hấp thụ được dùng để tăng nội năng của hệ và thực hiện công chống lại lực ngoài. Q = dU - A c. Cách phát biểu 3: Tồn tại một hàm trạng thái U gọi là nội năng. dU là vi phân toàn phần. Vậy biểu thức của nguyên lý I là: Q = U - A - Biến thiên vô cùng nhỏ thì ta có Q = dU - A - Nếu công A chỉ gồm công giãn nở (những hệ không được tác dụng của từ trường, điện trường) thì biểu thức của nguyên lý I có dạng Q = dU + PdV 36 + VD: Khi cho 1mol Zn phản ứng hoàn toàn với CuSO4 trong dung dịch loãng, giải phóng lượng nhiệt là 214,85KJ. Tính biến thiên nội năng của hệ? - Nếu hệ thực hiện chu trình : ∆U = 0 - Nếu hệ cô lập: A=q = 0 nên ∆U = 0 37 2.3. Nhiệt của phản ứng hoá học a. Khái niệm hiệu ứng nhiệt phản ứng - Lượng nhiệt mà hệ hấp thụ hay giải phóng trong một quá trình hoá học hoặc hoá lý là hiệu ứng nhiệt của quá trình này. - Hiệu ứng nhiệt của một phản ứng hoá học gọi là nhiệt phản ứng. - Phương trình hoá học có ghi thêm hiệu ứng nhiệt được gọi là phương trình nhiệt hoá học : - Ví dụ H2(k) + Cl2(k)  2HCl(k)  = - 92,31kJ 38 b. Nhiệt đẳng tích(QV) - Sự biến đổi xảy ra ở V = const nên dV = 0 QV = dU + PdV  dU = QV hay U = QV - Vậy : Nhiệt mà hệ nhận trong quá trình đẳng tích bằng biến thiên nội năng của hệ. c. Nhiệt đẳng áp(QP) - Sự biến đổi xẩy ra ở P = const QP = dU + PdV = d(U + PV) = dH hay QP = H - Vậy: nhiệt mà hệ nhận trong quá trình đẳng áp là biến thiên Entanpi của hệ - Kết luận: QV, QP là hàm trạng thái 39 2.4.Quan hệ nhiệt đẳng áp và nhiệt đẳng tích QP - QV = PV hay H = U + PV - Nếu phản ứng hoá học xẩy ra với các chất rắn, lỏng, ngưng tụ thì V = 0  H = U(QP = QV). - Phản ứng với khí (coi khí là lý tưởng). Theo PT trạng thái khí thì PV = nRT hay P∆V = ∆nRT H = U + nRT Hay QP = QV + ∆nRT n: biến thiên số mol khí trong phản ứng. Vậy với phản ứng n = 0  H = U (QP = QV). Với các phản ứng n  0 thì U  H  QP  QV + Nếu n > 0 thì QP> QV + Nếu n < 0 thì QP < QV 40 VD1: CaCO3(r) + HCl(l) = CaCl2(l) + H2O(l) + CO2(k) Coi khí là lý tưởng. Quan hệ giữa QP và QV là A. QP > QV B. QP < QV C. QP = QV D. không xđ VD2: Cho phản ứng ở 250C, 1atm CaC2(r) + 2H2O(l) = C2H2(k) + Ca(OH)2(l) Có H = - 130,12 kJ. Vậy biến thiên nội năng của pu là A. – 132,6kJ B. 132,6kJ C. – 127,65kJ D. 127,65kJ 41 Câu 1: Một hệ ở trạng thái cân bằng nhiệt động khi giá trị của các thông số trạng thái ở mọi điểm của hệ A. phải như nhau và không thay đổi theo thời gian B. không như nhau và không thay đổi theo thời gian C. phải như nhau và thay đổi theo thời gian D. không như nhau và không thay đổi theo thời gian Câu 2: Một chất lỏng cùng với hơi của nó. Hệ này là hệ A. hở B. kín C. cô lập D. đoạn nhiệt Câu 3: Hệ có U = 0 là hệ A. cô lập B. kín C. hở D. đoạn nhiệt Câu 4: Hệ gồm các khí lý tưởng thực hiện 1 biến đổi có dU = 0. Vậy biến đổi đó là A.đẳng áp B.đẳng tích C.đoạn nhiệt D.đẳng nhiệt 42 Câu 5: Có một số hệ sau 1. Chậu chất lỏng cùng với hơi của nó 2. Chất khí đựng trong bình cầu được nút kín 3. Chất khí đựng trong xilanh có vỏ cách nhiệt 4. Một anpum hàn kín được đặt cách ly hoàn toàn với môi trường bên ngoài Hệ kín là hệ A.2 B. 3 C.4 D.1 Câu 6: Khi khử Fe2O3 bằng Al xảy ra phản ứng Fe2O3 + 2Al = Al2O3 + 2Fe - Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng biết rằng dưới áp suất 1atm và 250C cứ khử được 47,87g Fe2O3 thì thoát ra 254,08kJ. ĐS: – 849,29kJ 43 Câu 7: Cho phản ứng FeO(r) + CO(k)  Fe(r) + CO2(k) Phản ứng này có ∆n bằng A. 1 – 1 = 0 B. 2 – 2 = 0 C. >0 D. <0 Câu 8: H2(K) + 1/2O2(K) = H2O(K) Ở 298K và 1atm thì QP = - 241,6kJ. ∆U = ? Câu 9: So sánh hiệu ứng nhiệt đẳng tích và hiệu ứng nhiệt đẳng áp của các phản ứng sau: 1. N2(k) + 3H2(k) → 2NH3(k) 2. Cgr + CO2(k) → 2CO(k) 3. CaCO3(r) → CaO(r) + CO2(k) 4. Fe2O3(r) + 3CO(k) → 2Fe(r) + 3CO2(k) 44 Câu 10: Một hệ thực hiện một quá trình như sau: m1(g) nước ở T1, P được đun nóng đến T2, P sau đó được làm nguội về T1, P. Vậy hệ thực hiện biến đổi A. Kín B. hở C. đoạn nhiệt D. đẳng tích Câu 11: Cho các thông số sau:P, T, V, độ nhớt, khối lượng. Vậy các thông số cường độ là A. P, T, độ nhớt B. P, T, khối lượng C. P, T, V D. độ nhớt, T, khối lượng Câu 12: Cho các thông số sau:P, T, V, độ nhớt, khối lượng. Vậy các thông số dung độ là A. V, độ nhớt B. P, khối lượng C. P, T D. V, khối lượng Câu 13: Cho công A, nhiệt đẳng tích QV, entanpi H. Hàm quá trình là A. A và QV B. A C. QV D. H và QV 45 Câu 14: Hàm f(x) là hàm trạng thái khi giá trị của nó A. Phụ thuộc vào trạng thái trung gian của hệ B. Phụ thuộc vào cách biến đổi của hệ C. Không phụ thuộc vào cách biến đổi của hệ D. Không phụ thuộc vào các thông số trạng thái của hệ Câu 15: Cho các phản ứng sau; 1. CO(k) + O2(k)  CO2(k) 2. 2Cgr + O2(k)  2CO(k) 3. CH4(k) +2O2(k)  CO2(k) + 2H2O(l) 4. Cgr + O2(k)  CO2(k) Những phản ứng có H < U là A. 1 và 2 B. 3 và 4 C. 2 và 3 D. 1 và 3 46 3. Định luật Hess và các hệ quả 3.1. Định luật Hess - Nội dung: “Hiệu ứng nhiệt của một phản ứng hoá học ở điều kiện đẳng áp hoặc đẳng tích chỉ phụ thuộc vào bản chất và trạng thái của các chất phản ứng và sản phẩm phản ứng chứ không phụ thuộc vào cách tiến triển của quá trình, nghĩa là không phụ thuộc vào số lượng và đặc trưng của các giai đoạn trung gian” - Điều kiện áp dụng: + Phản ứng thực hiện ở điều kiện đẳng tích hoặc đẳng áp +Phản ứng không thực hiện công nào khác ngoài công cơ học + Phản ứng là bất thuận nghịch 47 - Ví dụ: Phản ứng tạo thành CO2 từ C và O2 có thể thực hiện qua giai đoạn trung gian tạo thành CO. ∆H1 = ∆H2 + ∆H3 ∆H1 ∆H2 ∆H3 CO(k) + 1/2O2(k) CO2(k)Cgr + O2(k) 48 ∆H1 = ∆H2 + ∆H3 = ∆H4 + ∆H5 + ∆H6 T.G.1 ∆H1 ∆H4 A + B C + D ∆H2 T.G.3T.G.2 ∆H3 ∆H5 ∆H6 49 chất phản ứng ∆H1 ∆H3 ∆H2 chất sản phẩm VD1: PU aA + bB = cC + dD thực hiện PU theo 2 cách -Thực hiện phản ứng ở nhiệt độ T1 rồi đưa tất cả sp đến nhiệt độ T2. H. ứng nhiệt của quá trình này là H1. - Đưa các chất tham gia từ nhiệt độ T1 đến nhiệt độ T2 rồi thực hiện phản ứng ở nhiệt độ T2. Hiệu ứng nhiệt của quá trình này là H2 . Vậy A. H1 > H2 B. H1 < H2 C. H1 = H2 D. không xác định 50 3.2. Các hệ quả a.Hệ quả 1 Hiệu ứng nhiệt của phản ứng thuận (∆HT) = Hiệu ứng nhiệt của phản ứng nghịch (∆HN) nhưng ngược dấu: ∆HT = -∆HN b. Hệ quả 2 - Hệ quả 2 liên quan tới khái niệm nhiệt sinh hay nhiệt tạo thành. - Khái niệm nhiệt sinh + Nhiệt sinh hay nhiệt tạo thành của một chất là nhiệt lượng thoát ra hay thu vào khi tạo thành 1 mol của chất đó từ các đơn chất bền vững ở điều kiện đó. - Nếu đo dưới áp suất 1 atm và nhiệt độ T thì được gọi là nhiệt sinh chuẩn hay entanpi tạo thành chuẩn và ký hiệu ∆H0T,S 51 - Đơn vị: kJ/mol hoặc cal/mol VD1: ∆H0298 ghi trong các phản ứng sau, cái nào là ∆H0298,s MgO(r) + CO2(k) = MgCO3(r) ∆H0298 = a(kJ) 2H2(k) + O2(k) = 2H2O(l) ∆H0298 = b(kJ) H2(k) + 1/2O2(k) = H2O(l) ∆H0298 = c(kJ) Vậy nhiệt sinh của một đơn chất bền ở điều kiện chuẩn = 0. 52 Nội dung hệ quả 2: hiệu ứng nhiệt bằng tổng nhiệt sinh của các chất cuối trừ đi tổng nhiệt sinh của các chất đầu Nếu phản ứng aA + bB = fF + dD ở T, P = const H = fHT,s(F) + d HT,s(D) - aHT,s(A) - bHT,s(B) Chứng minh: SGK VD2: Tính H của phản ứng C2H4(K) + H2(K) → C2H6(K) ở 298K biết nhiệt sinh của các chất như sau: C2H4(K) : + 52,30(kJ/mol) C2H6(K): -84,68 (kJ/mol) - Phân biệt điều kiện chuẩn và điều kiện tiêu chuẩn?   stgssp HHH ,, 53 VD3: Cho pu: CH3OH(h) + 3/2O2(k)  CO2(k) + 2H2O(h) và 0298,S của các chất CH3OH, CO2, H2O ở 298K lần lượt là – 201,17; -393,51; - 241,83 (kJ/mol). Vậy hiệu ứng nhiệt của phản ứng là A. -676kJ B. 676kJ C. -434,17kJ D. 434,17kJ VD4: Cho các phản ứng xảy ra ở điều kiện chuẩn 2P + 3Cl2 = 2PCl3 H = x(kJ) PCl3 + Cl2 = PCl5 H = y(kJ). Vậy nhiệt sinh chuẩn của PCl5 là A. x + y B. 2y + x C. 1/2x + y D. 2x + y VD5: Biết 0298,S của N2O và CO2 tương ứng là 81,5 và – 393,51(kJ/mol). Nếu có 8,8g N2O tgia phản ứng C + 2N2O CO2 + 2N2 thì lượng nhiệt giải phóng là A. – 55,65kJ B. – 47,5kJ C. 55,65kJ D. -556,5kJ 54 c. Hệ quả 3 - Khái niệm nhiệt cháy: + Nhiệt cháy hay thiêu nhiệt là lượng nhiệt thoát ra khi đốt cháy hoàn toàn một mol chất đó thành các oxit cao nhất, bền ở điều kiện đó. Nếu đo ở 1atm và nhiệt độ T thì nhiệt cháy là nhiệt cháy chuẩn ∆H0T,c VD6: ∆H0298 ghi trong các phản ứng sau, giá trị nào là ∆H0298,c Cgr + 1/2O2(k) = CO(k) ∆H0298 = a (kJ) 2H2(k) + O2(k) = 2H2O(l) ∆H0298 = b(kJ) Cgr + O2(k) = CO2(k) ∆H0298 = c(kJ) 55 VD7: trong các chất sau chất nào có nhiệt cháy: CO, H2, CO2, SO2, SO3, NH3 - Nội dung hệ quả 3: “Hiệu ứng nhiệt của phản ứng bằng tổng nhiệt cháy của các chất tham gia trừ đi tổng nhiệt cháy của các chất tạo thành” aA + bB = fF + dD ở T, P = const H = aHT,c(A)+ bHT,c(B) - fHT,c(F) - dHT,c(D) VD8: Cho biết ∆H0298,c của Cgr, H2, C4H6O4(r) lần lượt là: - 393,51; - 285,84; -1487KJ/mol. Coi các khí trong phản ứng là lý tưởng. Vậy phản ứng 4Cgr + 3H2(k) + 2O2(k) = C4H6O(r) có giá trị ∆H0298 là A. – 944,6kJ B. – 956kJ C. 944,56kJ D. 956kJ   cspctg HHH ,, 56 VD9:Nhiệt cháy chuẩn của C2H5OH, H2 và Cgr lần lượt là a, b, c (kJ/mol) thì nhiệt sinh chuẩn của C2H5OH là A. 3a + 2c – a B. a + b + c C. 2c + 3b – a D. c – a –b 3.3. Năng lượng liên kết và nhiệt phản ứng a. Năng lượng liên kết - Năng lượng liên kết cộng hóa trị là năng lượng thoát ra khi tạo thành một liên kết cộng hóa trị từ hai nguyên tử tự do có trạng thái hơi. Đơn vị kJ/mol. - Liên kết hình thành Ak + Bk  ABk - Thực hiện ở áp suất không đổi thì năng lượng liên kết A - B chính là sự biến đổi entanpi của phản ứng trên. Ví dụ: Hk + Hk = H - H H0 = E = -866,31 kJ/mol 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 15