1
CHƯƠNG IV
NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÁC
QUÁ TRÌNH HÓA HỌC
2
IV.1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN về nhiệt động lực học
⇒ khoa học về sự chuyển biến tương hỗ của các dạng năng lượng
(NL) khác nhau; nghiên cứu những quy luật NL (lý thuyết năng
lượng) về các quá trình chuyển động của vật chất.
Cơ sở của nhiệt động lực học là 3 nguyên lý I, II, III trong đó
nguyên lý I, II là hai nguyên lý quan trọng
 Nhiệt động lực học (NĐLH) - Nhiệt động học:

Nguyên lý II: “Nhiệt không thể chuyển từ vật thể nguội hơn
sang vật thể nóng hơn”
Một trong những tính chất khơng thể tách rời của vật chất là sự
chuyển động và thước đo sự chuyển động của các chất là năng lượng

Nguyên lý I: “Nếu trong quá trình nào đó mà có một dạng NL
đã mất đi thì thay cho nó phải có một dạng NL khác xuất hiện
với lượng tương đương nghiêm ngặt”.
3
Việc áp dụng nhiệt động l c học vào hóa học làm xuất hiện ự
một lónh vực khoa học độc lập là nhiệt động hóa học
Nhiệt động hóa học được xây dựng dựa trên các định luật của
nhiệt động học, nghiên cứu sự bi n i năng lượng (NL)ế đổ trong
các phản ứng hóa học và các q trình chuyển pha (hòa tan, bay
hơi,…) bao gồm nhiệt hóa học, lí thuyết về các dung dịch,…
Nhiệt hóa học mà cơ sở lí thuyết là ngun lí I của nhiệt động
học, là lĩnh vực hóa học nghiên cứu hiệu ứng nhiệt của các q
trình hóa học.


VL cách nhiệt
6
 Hệ đồng thể: hệ có các tính chất lý hóa giống nhau ở mọi
điểm của hệ (nghóa là không có bề mặt phân chia hệ thành
những phần có tính chất hóa lý khác nhau)
 Hệ dò thể: trong hệ có bề mặt phân chia
VD: Nếu hệ hóa học muối ăn trong nước là dung dịch trong suốt
- hệ đồng thể và nếu trong hệ, ngồi dung dịch muối ăn còn chứa
các tinh thể muối ăn - hệ dị thể.
 Pha: phần đồng thể của hệ dò thể, có thành phần cấu tạo,
tính chất nhất đònh và được phân chia với các phần khác bằng
bề mặt phân chia nào đó.
 H đồng thể - h m t pha, h d th - h nhi u phaệ ệ ộ ệ ị ể ệ ề
VD: Hệ gồm nước đá và nước lỏng là hệ dị thể, gồm nước đá (pha
rắn) và nước lỏng (pha lỏng)
 Hệ cân bằng: hệ có nhiệt độ, áp suất, thành phần giống nhau
ở mọi điểm của hệ và không thay đổi theo thời gian
7
2. Trạng thái nhiệt động của hệ, thông số trạng thái, hàm trạng thái:
Trạng thái – TT (vó mô) của hệ được xác đònh bằng tập hợp các
thông số biểu diễn các tính chất lý hóa của hệ như nhiệt độ, áp
suất, thể tích, thành phần, năng lượng, …
Đây là các thông số TT, chúng liên hệ với nhau bằng các phương
trình TT, được chia thành 2 loại:
• Thông số dung độ: là những thông số tỷ lệ với lượng chất như
thể tích, khối lượng, số mol, …

Với hệ lý tưởng có cộng tính, nghiã là dung độ của cả hệ thống
bằng dung độ các hợp phần.

 là những hàm trạng thái.
9
4. Quá trình – hàm quá trình:
a. Quá trình: là s biến đổi x y ra trong h g n li n v i s ự ả ệ ắ ề ớ ự
thay i c a (ít nh t) đổ ủ ấ là m t ộ thơng s trạng thái.ố
Quá trình xảy ra ở đk:
 P = const (đẳng áp);  T = const (đẳng nhiệt);
 V = const (đẳng tích);  Q = 0 (đoạn nhiệt).
+ Quá trình thuận nghòch
+ Quá trình bất thuận nghòch
+ Quá trình cân bằng
+ Quá trình tự diễn biến
+ Quá trình không tự diễn biến
b. Hàm quá trình: hàm số phụ thuộc vào con đường tiến hành.
VD: nhiệt, cơng,…
10
⇒ Nhiệt và công chính là 2 hình thức trao đổi NL đó của hệ và
môi trường
5. Năng lượng, nhiệt và công:
Bất kỳ quá trình nào xảy ra cũng luôn có kèm theo sự trao đổi
NL của hệ với môi trường bên ngoài

Nhiệt (NL truyền dưới dạng nhiệt), được thực hiện khi hệ tiếp
xúc nhiệt với môi trường ⇒ sự CB nhiệt độ.
Nhiệt là dạng truyền NL vô hướng, không có trật tự, được thực
hiện qua chuyển động nhiệt hỗn loạn.
 Công (NL truy n d i d ng ề ướ ạ công), c th c hi n khi h đượ ự ệ ệ
ti p ế xúc cơ học với môi trường.
 Công là dạng truyền NL có hướng, có trật tự, được truyền từ
hệ thực hiện công đến hệ nhận công.


Hệ phát nhiệt: dấu - (- Q)

Hệ sinh công: dấu + (A > 0)

Hệ nhận công: dấu - (A < 0);
 Qui ước:
13
 Các đơn vị quốc tế đo lường về năng lượng
Jun (hệ SI- J) 1N x 1m = 10
7
erg; 1N= 10
5
dyn
Erg (CGS) 1erg = 1dynx1cm = 10
-7
J; 1dyn = 10
-5
N
Calori (cal) 1cal = 4,184J = 4,184.10
7
erg
Electronvon (eV) 1eV = 1,602.10
-19
J= 1,602.10
-12
erg

= 23061 cal
14

• hàm trạng thái .
NL toàn phần E của hệ bao g m:ồ
 động năng c a ủ tồn hệ E
đ
 thế năng c a ủ tồn hệ E
t
 nội năng U c a hủ ệ
E = E
đ
+ E
t
+ U
E
đ
= 0, E
t
= 0  E = U
U (kcal/ mol;
kJ/mol)
 Độ biến đổi nội năng của hệ khi chuyển từ TT 1 (U
1
) →TT 2 (U
2
)
∆U = U
2
- U
1
16
 Đặc điểm: U là một hàm trạng thái, biến đổi hàm trạng thái :

V
1
= P
2
V
2
⇒ A =
A > 0: hệ sinh công
A < 0: hệ nhận công
P: áp suất ngoài, atm
1
V
1
∫
=
2
V
2
PdV =A
∫
PdV
PdV = nRTln = nRTln 
∫
V
1
V
2
V
2
V

– V
1
) = n.R (T
2
– T
1
)
⇒ Q
p
= ∆U + P∆V = (U
2
+ PV
2
) - (U
1
+ PV
1
)
Đặt: U + PV = H  Q
P
= H
2
– H
1
= ∆H
p

U: haøm traïng thaùi

H: haøm entanpi

=  = 
C
p
= C
v
+ R

Đ/v khí thực, hiệu số C
p
– C
v

≠ R

Đ/v chất rắn và lỏng C
p
và C
v

có gía trị gần bằng nhau.
dT
dQ
p
dH
dT dT
dQ
v
dU
dT


P
= Q
V
+ ∆nRT
∆H = ∆U +
∆nRT
R = 1,987 cal/ mol.độ = 8,314 J/ mol.độ
T (K) = 273 + t
o
C (chỉ lấy K)
Nếu ∆n = 0 : ∆H = ∆U hay Q
P
= Q
V
∆n = Σ số mol khí của sản phẩm - Σ số mol khí của chất pứ
Trong khoảng nhiệt độ (T
2
–T
1
) khơng lớn, có thể xem C
p
, C
v

khơng phụ thuộc vào nhiệt độ, khi đó đ/v n mol chất, ta có:
Q
P
=

∆H = n C

V
= Q
P
- ∆nRT ∆n = 1 – 1 = 0
⇒ Q
V
= Q
P
= - 94,1 kcal/ mol
VD 2 :
Ở 25
o
C có Q
P
= - 22 kcal. Tính Q
V
của pứ ở nhiệt độ trên?
N
2
(k) + 3 H
2
(k) 2 NH
3
(k)
Q
P
= Q
V
+ ∆nRT
Q

= ∆U = n C
v
(T
2
– T
1
) ta có:
∆U = Q
v
= 1000J = n C
v
(T
2
– T
1
)
1000 = 2 x 12,47 x (T
c
- 298) ⇒ T
c
= 338,1K (48,1
0
C)

Ở đk :P = const ⇒ Q
P
= ∆H= n C
p
(T
2

∆H < 0: phản ứng tỏa nhiệt
∆H > 0: phản ứng thu nhiệt
⇒ Lượng nhiệt thu vào (hay tỏa ra) đúng bằng sự tăng (hay giảm)
entanpi của hệ.

độ biến đổi nội năng ∆U (hiệu ứng nhiệt đẳng tích)
hoặc
⇒ Sự tăng (hay giảm) nội năng của hệ đúng bằng nhiệt lượng
hệ thu vào (hay phát ra)
25
IV. 2.3. Hiệu ứng nhiệt của các phản ứng hóa học:
 /v nh ng Đ ữ quá trình hóa h c, hi u ng nhi t th ng c ọ ệ ứ ệ ườ đượ
xác nh b ng đị ằ ∆H vì các p ứ hóa h c th ng x y ra ọ ườ ả ở áp su t ấ
không i đổ

Pứ chỉ có chất rắn & chất lỏng tham gia do ∆V ≈ 0
∆H ≈ ∆U

Pứ có chất khí tham gia:
∆H = ∆U + P∆V = ∆U + ∆n RT
∆n: hiệu số giữa số mol của các sản phẩm khí với số mol của các chất pứ khí

Khi ∆n = 0 ⇒ ∆H = ∆U;

Khi ∆n ≠ 0 ⇒ ∆H ≠ ∆U một đại lượng ∆n RT
Nhiệt lượng tỏa ra hay hấp thụ của một phản ứng hóa học được
gọi là hiệu ứng nhiệt phản ứng