Quá trình đun nóng hay làm lạnh đẳng áp n mol khí lý tưởng: A=P∆V=∆nRT II. Nhiệt đẳng tích, nhiệt đẳng áp: a) Nội năng và nhiệt đẳng tích: Show
2 1 PdVA2 ln 1 1 2 ln 2 1 2 1 P nRT P V dV nRT V V V PdVA nRT V V V Qp = U + PV = (U 2 -U 1 ) + P(V 2 -V 1 ) = (U 2 + PV 2 ) – (U 1 + PV 1 ). Đặt H=U+PV , enthalpy , là hàm số trạng thái, kJ/mol hay kcal/mol. Qp = H 2 - H 1 = H H = U + P V Hiệu ứng nhiệt ở điều kiện đẳng áp chính là sự biến đổi enthalpy, hay gọi tắt là Hiệu ứng nhiệt.
Tổng quát: Entropy là hàm trạng thái: S = S 2 – S 1 = SC – SĐ Đơn vị tính của S: j/(mol×độ), cal/(mol×độ) Nếu hệ là cô lập: Q = 0 => ΔS ≥ 0. Nghĩa là đối với hệ cô lập: Quá trình thuận nghịch, ΔS = 0 Quá trình bất thuận nghịch: ΔS > 0. Trong hệ cô lập, quá trình tự xảy ra là quá trình kèm theo **sự tăng entropy.
T U T S QV
G 0 pư = c G 0 C + d G 0 D – (a G 0 A + b G 0 B) Xét một phản ứng hóa học
NHỮNG CÔNG THỨC CÓ TRONG BẢNG PHỤ LỤC ĐỀ THI (1)
BÀI TẬP MINH HỌA Ví dụ 1: Ở 1 atm, 25 0 C có phản ứng. H 2 (k) + 1/2O 2 (k) = H 2 O(k) Xác định U, biết H = -58 kcal/molBài giải: H = U + pV U = H – nRT. CHƯƠNG 4: ĐỘNG HÓA HỌC
- Bậc phản ứng v = k[A]p[B]q (bậc phản ứng bằng p+q) được xác định từ thực nghiệm. Nếu tổng số mũ đó là 1, 2, 3,.. thì bậc phản ứng đó tương ứng được xác định là phản ứng bậc 1, bậc 2, bậc 3 , ... II. Tốc độ phản ứng: - Đối với phản ứng tổng quát: aA + bB = eE + dD Ta có vận tốc tức thời của phản ứng là : .... V dCA dCB dCE dCD a dt b dt e dt e dt
+ Đối với phản ứng tổng quát: aA + bB = cC + dD ta có : v = k [A]m[B]n 4. Phương trình 4 (rút ra từ thực nghiệm) được gọi là phương trình tốc độ phản ứng hay phương trình động học. Các giá trị n, m được xác định bằng thực nghiệm. Bậc phản ứng = m + n + Đối với phản ứng đơn giản: n, m trùng với hệ số a, b trong phương trình hóa học. III. Phản ứng bậc 1 : Xét phản ứng đơn giản đồng thể : aA sản phẩm Từ biểu thức vận tốc phản ứng bậc nhất ta có: 𝑣 = 𝑘[𝐴] (1) Mặt khác: 𝑣 = − 1 𝑎𝑑[𝐴]𝑑𝑡 (2) Suy ra Hay 𝑘 =𝑎𝑡 1 𝑙𝑛[𝐴][𝐴] 0 Hằng số vận tốc lúc này có thứ nguyên không phụ thuộc vào nồng độ Khi [A] = ½[A] 0 lúc đó t = t1/2 : gọi là chu kỳ bán hủy 𝑡1/2=𝑎𝑘 1 𝑙𝑛[𝐴][𝐴] 0 0 2 \=𝑎𝑘 1 𝑙𝑛2 = 0, 693𝑎𝑘 t1/2 : còn gọi là thời gian nửa phản ứng. Thời gian nửa phản ứng của phản ứng bậc nhất không phụ thuộc vào nồng độ và tỷ lệ nghịch với hằng số tốc độ phản ứng. ln[A] – ln[A] 0 = -akt IV. Phản ứng bậc 2 : Xét phản ứng bậc 2 đơn giản đồng thể có dạng aA sản phẩm 𝑣 = 𝑘[𝐴] 2 (1) Mặt khác: 𝑣 = −𝑎 1 𝑑[𝐴]𝑑𝑡 (2) Kết hợp (1) và (2): suy ra 𝑑[𝐴][𝐴] 2 = −𝑎𝑘𝑑𝑡 Lấy tích phân xác định hai vế : ∫ 0 𝑡𝑎𝑘𝑑𝑡 = −∫[𝐴][𝐴] 0 𝑑[𝐴][𝐴] 2 với [A] 0 là nồng độ ban đầu của A Suy ra : 𝑎𝑘𝑡 = ([ 1 𝐴]−[𝐴] 10 ) Hay 𝑘 = 𝑎𝑡 1 ([ 1 𝐴]−[𝐴] 10 ) Thứ nguyên của hằng số vận tốc k của phản ứng bậc hai phụ thuọcc vào đơn vị biểu thị nồng độ, nó có thứ nguyên nghịch đảo thời gian. Giả sử sau thời gian t = t1/2, thì A phản ứng hết một nửa lượng chất, [A] = [A] 0 / ta có: 𝑡1/2= 𝑎𝑘.[𝐴] 10 Thời gian nửa phản ứng của phản ứng bậc hai tỷ lệ nghịch với nồng độ đầu.
Sự tăng nhiệt độ trong đa số các trường hợp đều làm tăng vận tốc phản ứng. Từ kết quả nghiên cứu một số lượng lớn phản ứng, Van’t Hoff đã rút ra quy tắc kinh nghiệm sau: Nếu nhiệt độ phản ứng tăng thêm 10oC thì vận tốc của đa số phản ứng sẽ tăng 2 – 4 lần. Số lần tăng này được gọi là hệ số nhiệt độ của tốc độ phản ứng T 1024 T k k Tổng quát: nnTn .10 (2 4) T k k Quy tắc kinh nghiệm Vant Hoff được biểu diễn bằng công thức sau : 2110 21. TT vv (4. 5) trong đó : v 1 và v 2 là vận tốc phản ứng tương ứng với nhiệt độ T 1 và T 2. - chỉ số nhiệt độ (hệ số Van’t Hoff). Qui tắc này chỉ đúng trong khoảng nhiệt độ không lớn. 𝐾𝑥=𝑥𝐶𝑐𝑥𝐷𝑑𝑥𝐴𝑎𝑥𝐵𝑏xi: phần số mol của từng chất ở thời điểm cân bằng Mối liên hệ giữa Kx và KP 𝐾𝑥=𝑥𝐶𝑐𝑥𝐷𝑑𝑥𝐴𝑎𝑥𝐵𝑏\=(𝑃𝑃𝐶)𝑐(𝑃𝑃𝐷)𝑑(𝑃𝑃𝐴)𝑎(𝑃𝑃𝐵)𝑏\= 𝐾𝑃(𝑃)[(𝑎+𝑏)− (𝑐+𝑑)]𝑲𝒑= 𝑲𝒙(𝑷)𝜟𝒏Δn = (c + d) – (a + b): biến thiên số mol khí của phản ứng II. Phương trình cân bằng và hằng số cân bằng PT cân bằng : N 2 O 4 ( k ) 2 NO 2 ( k ) 𝐾𝐶= [𝑁𝑂 2 ] 2 [𝑁 2 𝑂 4 ] Có thể biểu diễn hệ cân bằng trên ngược lại bằng phường trình: 2 NO 2 ( k ) N 2 O 4 ( k ) 𝐾′𝐶= [𝑁𝑂[𝑁𝑂 24 ]] 2 = 𝐾 1 𝐶 → Giá trị K phụ thuộc vào cách viết phương trình. Giá trị K phụ thuộc vào cách cân bằng phương trình: N 2 O 4 ( k ) 2 NO 2 ( k ) 𝐾𝐶= [𝑁𝑂 2 ] 2 [𝑁 2 𝑂 4 ] ½ N 2 O 4 ( k ) NO 2 ( k ) 𝐾′𝐶= [𝑁[𝑁𝑂 2 𝑂 42 ]1/2] → 𝐾′𝑐= √𝐾𝐶 2 N 2 O 4 ( k ) 4NO 2 ( k ) 𝐾′′𝐶= [𝑁𝑂 2 ] 4 [𝑁 2 𝑂 4 ] 2 → 𝐾 ′′𝐶= 𝐾𝐶 2III. Mối liên hệ giữa KP và ΔG 0 Dựa vào nguyên lý 2 của nhiệt động lực học người ta đã thiết lập được biểu thức sau đây cho phản ứng trong pha khí: a A + b B c C + d D ΔG = ΔG 0 + RTln PCcPDd PAaPBb PA, PB, PC, PD là áp suất riêng phần của các chất A, B, C, D ở điều kiện bất kỳ.
Ta có: ΔG 0 = − RTlnPC cPDd PAaPBb Ở đây PA, PB, PC, PD là áp suất riêng phần của các chất A, B, C, D lúc cân bằng. Vậy ΔG 0 = - RTlnKp (Phương trình đẳng nhiệt Vant’Hoff) Lưu ý: Tùy theo đơn vị của ΔG mà chọn giá trị R tương ứng
Như vây:
phản ứng xảy ra hoàn toàn, lúc cân bằng nồng độ sản phẩm càng lớn.
sản phẩn càng ít. Từ hệ thức trên ta cũng thấy mối liên hệ giữa KP và nhiệt độ. Go = Ho - TSo Go = - RTlnKP Ta có : - RTlnKP = Ho - TSo lnKP là hàm bậc nhất của 1 T. Ở 2 nhiệt độ T 1 và T 2 , ta có tương ứng KP 1 và KP 2 , với 1212 ln ln o 11 PP KK H R T T lnKP= − ΔG 0 RT ln oo P K S RT R Các phản ứng thuận nghịch luôn có xu thế đạt trạng thái cân bằng, do đó:
Nguyên lý Le Chatelier: “Với một hệ đang ở trạng thái cân bằng, nếu ta thay đổi bất kỳ một yếu tố xác định điều kiện cân bằng (áp suất, nồng độ, nhiệt độ) thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều chống lại sự thay đổi đó”. VI. Ảnh hưởng của nồng độ Khi thêm một lượng tác chất hoặc sản phẩm vào hệ cân bằng thì chỉ số phản ứng Q sẽ thay đổi và khác Kcb, hệ không còn cân bằng nữa. Từ biểu thức trên ta thấy:
chiếm ưu thế và cân bằng chuyển dịch về phía tạo thành các tác chất cho đến khi hệ đạt đến trạng thái cân bằng trở lại.
chiếm ưu thế và cân bằng chuyển dịch về phía chiều thuận tạo thành các sản phẩm cho đến khi hệ đạt đến trạng thái cân bằng trở lại. Như vậy, “ Khi thêm một lượng tác chất hoặc sản phẩm vào hệ cân bằng, cân bằng sẽ chuyển dịch theo hướng tiêu thụ bớt chất thêm đó”. VII. Ảnh hưởng của áp suất Sự thay đổi áp suất không ảnh hưởng nhiều đối với nồng độ chất rắn và chất lỏng, nhưng rất có ý nghĩa đối với chất khí. G = RTln Q Kcb Xét phản ứng thuận nghịch của các chất khí: 2A(k) + B(k) ↔ C(k) + 3D(k) vt = kt [A] 2 [[B] vn = kn [C][[D] 3 Nếu sau khi phản ứng đạt cân bằng, chúng ta tăng áp suất của hệ lên hai lần, bằng cách giảm thể tích của hệ xuống 2 lần thì cân bằng sẽ thay đổi như thế nào? Để trả lời câu hỏi đặt ra cần phải xét tốc độ phản ứng thuận và nghịch. Áp suất và nồng độ có mối liên hệ với nhau qua phương trình trạng thái khí lý tưởng : PV = nRT hay 𝑃 = 𝑛𝑉𝑅𝑇 và 𝐶 = 𝑛𝑉 Ở một nhiệt độ xác định, nếu tăng áp suất của hệ lên hai lần bằng cách giảm thể tích của hệ 2 lần thì nồng độ các chất có trong hệ đều tăng 2 lần. Do đó: v’t = kt. 4[A] 2 .2[[B] = 8 kt [A] 2 [[B] = 8vt v’n = kn. 2[C].8[[D] 3 = 16kn [C][[D] 3 = 16vn Như vậy, khi tăng áp suất của hệ lên hai lần thì tốc độ phản ứng Vận tốc là gì vật lý 10?Vận tốc là một đại lượng vectơ vật lý; cả độ lớn và hướng đều cần thiết để xác định nó. Giá trị tuyệt đối vô hướng (độ lớn) của vận tốc được gọi là tốc độ, là một đơn vị dẫn xuất nhất quán mà đại lượng của nó được đo trong SI (hệ mét) dưới dạng mét trên giây (m/s) hoặc là đơn vị cơ sở SI của (m⋅s - 1). Công thức tính vận tốc là gì?Ví dụ: Một xe ô tô đi một quãng đường dài 250 km trong vòng 5 giờ. Khi đó, vận tốc của ô tô nếu ô tô chuyển động đều là : v = s / t \= 250 / 5 = 50 ( km / h ). Vận tốc tức thời là gì lý 10?- Khái niệm: Tốc độ tức thời là tốc độ đo được trong một khoảng thời rất ngắn (tốc độ tại một thời điểm xác định). VD: Trên xe máy và ô tô, đồng hồ tốc độ (tốc kế) đặt trước mặt người lái xe, chỉ tốc độ mà xe đang chạy vào thời điểm, tốc độ đó là tốc độ tức thời. Vận tốc trung bình là gì lớp 10?Vận tốc trung bình chính là đại lượng vectơ được biểu diễn bằng thương số giữa độ dịch chuyển của vật với thời gian để vật thực hiện được độ dịch chuyển đó. B. Vận tốc trung bình chính là đại lượng đặc trưng cho tính chất chậm nhanh của chuyển động. |
