Hóa học chất rắn

doc
Số trang Hóa học chất rắn 6 Cỡ tệp Hóa học chất rắn 82 KB Lượt tải Hóa học chất rắn 0 Lượt đọc Hóa học chất rắn 40
Đánh giá Hóa học chất rắn
4.1 ( 4 lượt)
Nhấn vào bên dưới để tải tài liệu
Để tải xuống xem đầy đủ hãy nhấn vào bên trên
Chủ đề liên quan
Nhiệt động học năng lượng hoá học chất rắn Đơn chất Phản ứng hoá học

Tài liệu tương tự

Nội dung

Chương II : Mở đầu về nhiệt động học và các phản ứng vô cơ trong tổng hợp chất rắn I.Nhiệt động học 1.Định luật 1 nhiệt động học ( Định luật bảo toàn năng lượng) Law: Định luật Principle: Nguyên lý Vũ trụ = Hệ +Môi trường Năng lương: ∆E = ∆E hệ + ∆ Emôitrường =0 → ∆Ehệ = - ∆Emôitrường Một dạng khác của định luật 1 có dạng: ∆E= Q − W Tương tác Năng lượng giữa môi trường gồm 2 dạng nhiệt và công. Q là Nhiệt trao đổi hệ và môi trường: Q>0 thu nhiệt Q<0 tỏa nhiệt W là công : có 2 dạng quy ước W>0 hệ sinh công W<0 hệ nhận công * Lưu ý: một số tài liệu khác có quy ước ngược lại. Công có nhiều loại công: công điện,công trụ, công cơ học.  Xét trường hợp chỉ có công cơ học: A=F.d = (F/d²) x d³ =PV  Ở chất khí PV: công dãn nở Ở chất lỏng : công dòng  Xét phương trình chứa khí dãn nở ở P= const → ∆V>0 ,công khí dãn nở W = P.∆V : hệ sinh công W> 0 P V2 V1 V’c khí  Khí nén ở P = const → ∆V< 0 ,công nén khí W = P.∆V : hệ nhận công W< 0 ∆E = Q – P ∆V (*) Từ phương trinh (*) trường hợp V= const ∆E = Qv nội năng Trường hợp P=const: ∆Qp = (∆E + P∆V) = ∆H ∆H : entanpi là nhiệt tỏa ra hay thu vào ở P = const với chất khí lí tưởng PV=nRT ở T =const P∆V =∆ nRT → ∆H= ∆E + ∆nRT ∆n là độ biến thiên số mol khí VD : với phản ứng N2 (k)+ 3H2(k) ↔ 2NH3(k) ∆n=2 – (1+3) = -2 Mol  Ở điều kiện trạng thái lý tưởng (ký hiệu ∆H°f) là nhiệt tạo ra hay thu vào của phản ứng tạo ra 1 mol chất này ở đk trạng thái lý tưởng.Theo quy tắc ∆H° hình thành các đơn chất bằng 0. * Entanpy hình thành (sinh nhiêt) Ở điều kiện trạng thái tiêu chuẩn ∆H°f là nhiệt tỏa ra hay thu vào của phản ứng tạo ra 1 mol chất này ở điều kiện trạng thái tiêu chuẩn. ∆H°f ( đơn chất bền) = 0 VD: ∆H°f (O2) =0, ∆H°f (O3) ≠ 0 2. Điều kiện trạng thái tiêu chuẩn * Với chất khí lý : P=1 atm * Dung dịch có C= 1 mol/l * Chất rắn: dạng thù hình bền Nhiệt độ thường chọn là 25°c +) chú ý : Điều kiện tiêu chuẩn về nhiệt độ,áp suất t=0°c và P = 1 atm Ví dụ: Cgr + O2(k) → CO2(k) ∆Hf 1 atm 1 atm ∆H°f = ∆H (CO2) − [∆H°f (Cgr)−∆H°f(O2)] ∆H°f = ∑ ∆Hf (sản phẩm) −∑ ∆Hf (phản ứng) Theo quy ước :∆H°f (Cgr); ∆H°f (O2) = 0 ∆H°f = ∆H°f (CO2) 3.Định luật hess và chu trình born- haler Định luật Hess: Entanpy của phản ứng , quá trình chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối mà không phụ thuộc vào các giai đoạn tiến hành trung gian. VD: 2Cgr + H2(k) → C2H2(k) ∆H°f=? 1 atm 1 atm a.Cho ∆H (KJ/Mol) La (k) → La(k) 402 3+ La (k) → La (k) 538+1067+1850 I1 I2 I3 (Phương trình trên chính là: La(k) →La 1+ (k) I1 1+ 2+ La (k) → La (k) I2 La2+(k) → La3+(k) I3 ) F2(h) → 3F(k) 3 F2(k) + 3e → 3F 252 − (k) -984 La3+(k) + 3F−(k) → LaF3 -4857 o b.tương tự tính ∆H f (LaF3),cho thêm với La và I4 = 48,9KJ/Mol và năng lượng lưới tạo ra LaF4 là -69KJ/Mol So sánh độ bền của LaF3 và LaF4. Giải Ta có : La3+(k) + 3F−(k) ∆H LaF3 ↓ ↓ La(r) → La(k) F2(h) → F2(k) ↓ ↓ La(k) → La3+(k) + 3F2(k)→2F−(k) ∆H = 402+ 538 + 1067+ 1850+(3/2).252 −3.984 − 4857 = 4.Nguyên lý II nhiệt động học A.các quá trình tự xảy ra theo chiều giảm Năng lượng VD: * Nước chảy từ nơi cao xuống nơi thấp * Nhiệt chuyền từ vật nóng hơn sang vật lạnh hơn * H+ +OH− → H2O ∆H <<0 tỏa nhiệt mạnh Tự xảy ra ∆Hphải = ∆Hf(H2O) − [∆Hf(HCl)+∆Hf(NaOH)] <0 E Ea A+B ∆Hpư < 0,tiến trình phản ứng Tuy nhiên có nhiều quá trình phản ứng thu nhiệt (nhiệt năng tăng) vẫn tự xảy ra VD: sự bay hơi nước ở nhiệt độ cao H2O(l) → H2O(k) ∆H>0 → Yếu tố năng lượng không phải là yếu tố duy nhất quyết định chiều phản ứng quá trình B.Entropy và Định luật II nhiệt động học + Entropy là độ đo về sự mất trật tự.hệ số S càng lớn thì hệ càng mất trật tự: Srắn < Slỏng<0 (1) Hệ tỏa nhiệt môi trường nhận ,entropy môi trường tăng hay ∆Smt ~-∆Hhệ và tỉ lệ nghịch với nhiệt độ.ta có ∆Smt = ∆Svũ trụ =∆Shệ - (∆Hhệ /T) >0 → −T.∆Svũ trụ = ∆H − T.∆Shệ <0 (2) ∆G Đặt G = H− T.S hàm Gibbs: Năng lượng tự do gibbs ∆G = ∆H −T.∆S− S. ∆T Ở T = const thì: ∆G = ∆H − T. ∆S (3) Từ (2) và (3) ở quá trình tự xảy ra ta có : ∆G = ∆H − T. ∆S <0 Năng lượng biến thiên tự do của hệ (phản ứng) với phản ứng hóa học ∆H = ∑ ∆Hf(sp’) − ∑ ∆Hf(chất pứ) ∆Spứ = ∑ ∆S(sp’) − ∑ ∆S(chất pứ) C.Năng lượng tự do gibbs ∆G = ∆H − T.∆S (1) * (1) < 0 phản ứng tự xảy ra * (1) = 0 phản ứng cân bằng * (1) > 0 phản ứng tự xảy ra theo chiều nghịch Với phản ứng : aA + bB ═ cC + dD ∆G = (c. ∆Gof(C) +d. ∆Gof(D)) − (a. ∆Gof(A) +b. ∆Gof(B)) Năng lượng tự do hình thành của đơn chất bền bằng 0 Suy ra,có thế áp dụng phương trình (1) về mối quan hệ T và phản ứng hóa học để xác định nhiệt độ để phản ứng xảy ra. Vd CaCO3 r CaOr + CO2 k ∆H = 177,1 kJ ở 25°c, ∆S =? Cho SoCaO = 39,8 J/K, SoCO2 = 213,6J/K ,SoCaCO3 =92,9J/K Giải: ∆S= (SoCaO + SoCO2) − SoCaCO3 =39,8 + 213,6 − 92,9 = 160,5 (J/K) -3 ∆G = 177,1 − 298.160,5.10 = 130 KJ >0 ở 25°c Điều kiện để phản ứng tự xảy ra ∆G <0 177,1 − T.160,5.10-3 < 0 → T > 1103 K D.Sự chuyển pha Ở nhiệt độ xảy ra sự chuyển pha ( nước sôi,….) hệ ở trạng thái cân bằng → ∆ H − T. ∆S = 0 → ∆S = ∆H/T VD: Với quá trình chuyển pha từ nước đá sang nước H2O(r) → H2O(l) ∆H = nhiệt độ nóng chảy = + 6010 J/Mol T: nhiệt độ nóng chảy = 273K(ở 0°c) → ∆S = 6010 : 273 = 22 → ∆S = 22 J/Mol.K 5. năng lượng tự do và hằng số cân bằng A.Hệ số cân bằng Hầu hết các phản ứng xảy ra 2 chiều, ít nhất là ở 1 mức độ nào đó khi tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch thì phản ứng là cân bằng Ở điều kiện cân bằng, nồng độ các chất không thay đổi theo thời gian. Xét phản ứng sau: aA + bB cC + dD ở cân bằng ta có : K= (1) [ ] nồng độ Phương trình (1) không áp dụng đối với chất lỏng hoặc chất rắn K = Kc theo nồng độ C concentration Với các phản ứng có chất khí có thể thay đổi nồng độ bằng áp suất chẳng hạn : N2 (k) + 3H2 (k) 2 NH3 (k) ở cân bằng : Kc = Kp = Khí lý tưởng :giữa các phân tử chất khí không có tương tác PV = nRT –Phương trình khí lý tưởng Định luật boyle: n,T = const → V ~ (1/P) Đinh luật gay-lussac : n,P = const → V ~ T Định luật avogadro : P,T = const → V ~ n → V ~ nT/P → V ~ (nRT)/P * Khí thực : giữa các phân tử khí có tương tác với nhau có phương trình khí thực.phương trình vanderwaals * Mối quan hệ giữa Kc và Kp : Xét khí là khí lý tưởng ta có PV= nRT P = nRT/V = C.R.T = [ ] .RT → Kp = → Kp = Kc.(RT)2-4 Hay Kp = Kc (0.082.T)∆n ∆n: biến thiên số Mol chất khí ở phương trình phân tử VD : viết Kc và Kp nêu có đối với các phản ứng sau ở cân bằng NH4HS( r) NH3(k) + H2S (k) Kp = PH2S.PNH3 → Kc = AgCl(r) Ag+(aq) + Cl− (aq) aqua :nước Kc = [Ag+].[Cl−] P4( r) + 6Cl2 (k) 4PCl3 (k) ∆n = -6 → Kp= 1/PCl62 B.năng lượng tự do và hằng số cân bằng Với phản ứng : aA + bB cC + dD Ta có ∆Gpứ = ∆Go + RT lnQc Qc = [ ]o : nồng độ tại điều kiện khảo sát Nếu Qc > Kc: phản ứng tự xảy ra theo chều nghịch Nếu Qc = Kc : phản ứng cân bằng Nếu Qc < Kc : phản ứng tự xảy ra theo chiều thuận → Đánh giá được chiều của phản ứng ( ngoài ∆G) Ở điều kiện cân bằng Qc = Kc và ∆G = 0 Phản ứng thuận → ∆G = − RT ln Kc Với phản ứng có chất khí : ∆G = − RT ln Kp Đối với mỗi phản ứng có giá trị hằng số cân bằng không phụ thuộc vào P,C ,mà chỉ phụ thuộc vào T, ở mỗi nhiệt độ khác nhau,hằng số cân bằng có 1 giá trị khác nhau. VD: Tính K ở các nhiệt độ khác nhau: * ở T1 ; ∆G1 = ∆Ho − T1. ∆S = − RT1 ln K1 (1) * ở nhiệt độ T2 : ∆G2 = ∆Ho − T2. ∆S = −RT2 ln K2 (2) Xem ∆Ho , ∆S không phụ thuộc vào T T a có : Ln K1 = (3) Ln K2 = (4) Suy ra : Ln (K 1/K2) = Phương trình vant hoff .biết K1 tính đc K2
This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.