Hóa Nhiệt Động Học 1

[tiểu thiên sứ]

[TẶNG BẠN] TRỌN BỘ Bí kíp học tốt 08 môn
Chắc suất Đại học top - Giữ chỗ ngay!!

ĐĂNG BÀI NGAY để cùng trao đổi với các thành viên siêu nhiệt tình & dễ thương trên diễn đàn.

NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC​

Sơ lược:
I. Khái niệm về hệ nhiệt động - trạng thái cân bằng - quá trình cân bằng – công và nhiệt của quá trình cân bằng

1, Hệ nhiệt động

Định nghĩa: Là một tập hợp các vật được xác định hoàn toàn bởi các thông số vĩ mô, độc lập với nhau.
Có 3 loại hệ nhiệt động là: hệ kín, hệ hở, và hệ cô lập.

2, Trạng thái cân bằng - quá trình cân bằng
Định nghĩa: Trạng thái cân bằng của hệ là trạng thái không biến đổi theo thời gian và tính bất biến đó không phụ thuộc vào các quá trình của ngoại vật.
3, Công của áp lực trong quá trình cân bằng

Ngoại lực tác dụng lên pittông là F (hình 1-1).

​

Công của quá trình được tính bằng công thức:

[tex]A=\int \delta A=-\int_{v_1}^{v_2}pdv[/tex] ​

Nếu hệ thực hiện theo một chu trình ([tex]1\overset{b}{\rightarrow}2\overset{a}{\rightarrow}1[/tex] ) (hình 1-2) thì khi trở về trạng thái cân bằng hệ thực hiện được một công $A=A_1-A_2$

​

4, Nhiệt trong quá trình cân bằng, nhiệt dung

Nhiệt dung riêng c của một chất là một đại lượng vật lý về trị số bằng nhiệt lượng cần thiết truyền cho một đơn vị khối lượng chất ấy để nhiệt độ của nó tăng lên 10.
Gọi m là khối lượng của vật, dQ là nhiệt lượng truyền cho vật trong một quá trình cân bằng nào đó và dT là độ biến thiên nhiệt độ của vật trong quá trình đó thì:

[tex]δQ =n \int CdT[/tex] ​

​

Bạn nào không xem được thì tải xuống TẠI ĐÂY

 

[tiểu thiên sứ]

Bài Tập 1:
Khi đốt cháy [TEX]0,532g[/TEX] hơi benzen ở [tex]25^{\circ}C[/tex] và thể tích không đổi với một
lượng oxy dư, toả ra [TEX]22475,746J[/TEX] sản phẩm là [TEX]CO_{2(k)}[/TEX] và [TEX]H_2O_{(l)}[/TEX]. Tính:
a, Nhiệt cháy của benzen ở thể tích không đổi.
b, $\Delta H$ của phản ứng khi đốt cháy 1 mol benzen?

Bài Tập 2:
Ở [tex]25^{\circ}C[/tex] và dưới áp suất [TEX]1atm[/TEX], nhiệt cháy của xiclopropan khí [TEX](CH_2)_3[/TEX], của graphit
và của hydrô lần lượt bằng [TEX]- 2091,372; - 393,513 ; - 285,838[/TEX] [TEX]kJ.mol^{Ơ-1}[/TEX] . Cũng ở
điều kiện đó entanpi tạo thành của propen khí [TEX]CH_3 – CH = CH_2[/TEX] bằng [TEX]20,414[/TEX][TEX] kJ.mol^{-1} [/TEX].
Tính:
a. [tex]\Delta H_{298,s}^{0}[/tex] của xiclopropan khí?
b. [tex]\Delta H_{298}^{0}[/tex] của phản ứng đồng phân hoá:

[TEX] (CH_2)_{3(k)}\rightleftharpoons CH_2 = CH – CH_{3(k)}[/TEX]​

 

[tiểu thiên sứ]

Bài Tập 1:
Khi đốt cháy [TEX]0,532g[/TEX] hơi benzen ở [tex]25^{\circ}C[/tex] và thể tích không đổi với một
lượng oxy dư, toả ra [TEX]22475,746J[/TEX] sản phẩm là [TEX]CO_{2(k)}[/TEX] và [TEX]H_2O_{(l)}[/TEX]. Tính:
a, Nhiệt cháy của benzen ở thể tích không đổi.
b, $\Delta H$ của phản ứng khi đốt cháy 1 mol benzen?

Spoiler: Đáp án

Phản ứng:
$C_6H_{6(k)}+\dfrac{15}{2}O_{2(k)}\rightarrow 6CO_{2(k)}+3H_2O_{(l)} $

$n_{C_6H_6}=0,532:78=6,821.10^{-3}$ $mol$

Ta có:
$Q=22475,746$ $J$

Đằng tích:
$\to \Delta U=Q_v=\dfrac{-Q}{n}=\dfrac{-22475,746.10^{-3}}{6,821.10^{-3}}$

$=-3295,316$$(kJ.mol^{-1})$

b,
$\Delta H= \Delta U+ \Delta nRT$

$\Delta H=-3295,316+(6-1-15/2).8,314.298.10^{-3}$

$=-3301,510$ $(kJ.mol^{-1}$

Bài Tập 2:
Ở [tex]25^{\circ}C[/tex] và dưới áp suất [TEX]1atm[/TEX], nhiệt cháy của xiclopropan khí [TEX](CH_2)_3[/TEX], của graphit
và của hydrô lần lượt bằng [TEX]- 2091,372; - 393,513 ; - 285,838[/TEX] [TEX]kJ.mol^{Ơ-1}[/TEX] . Cũng ở
điều kiện đó entanpi tạo thành của propen khí [TEX]CH_3 – CH = CH_2[/TEX] bằng [TEX]20,414[/TEX][TEX] kJ.mol^{-1} [/TEX].
Tính:
a. [tex]\Delta H_{298,s}^{0}[/tex] của xiclopropan khí?
b. [tex]\Delta H_{298}^{0}[/tex] của phản ứng đồng phân hoá:

[TEX] (CH_2)_{3(k)}\rightleftharpoons CH_2 = CH – CH_{3(k)}[/TEX]​

Spoiler: Đáp án

a,
Ta có phản ứng:
[tex]3C_{gr}+3H_{2(k)}\rightarrow (CH_{2})_{3(k)}[/tex]

Ta có:
[tex]\Delta H_{298,s}^{0}[/tex] =3[tex]\Delta H_{C_{gr(298,c)}}^{0}+3\Delta H_{H_{2(298,c)}}^{0}-\Delta H_{((CH_2)_3)_{(298,c)}}^{0} [/tex]

$=3(-393,513)+3(-285,838)-(-2091,372)=53,319$ $(kJ.mol^{-1}$

b, Phản ứng đồng phân hóa:

[TEX] (CH_2)_{3(k)}\rightleftharpoons CH_2 = CH – CH_{3(k)}[/TEX]
​

[tex]\Delta H_{298}^{0}=\Delta H_{s,propen}^{0}-\Delta H_{s,xiclopropan}^0[/tex]

$=20,414-53,319=-32,905$ $(kJ)$

 

[tiểu thiên sứ]

Bài Tập 3:
Biết nhiệt sinh chuẩn của nước lỏng là[TEX] - 285,85 kJ.mol^{-1}[/TEX] , của [TEX]CO_{2(k)}[/TEX] là [TEX]-393,96 kJ.mol^{-1}[/TEX] ,
nhiệt cháy chuẩn của $CH_{4(k)}$ là $- 890,35$ $kJ.mol^{-1}$ . Tính nhiệt sinh chuẩn của $CH_{4(k)}.$

Bài Tập 4:
Tính $\Delta H^0 $của phản ứng sau ở 1500K: $C_{gr} + O_{2(k)} \rightarrow CO_{2(k)}$
Cho biết các số liệu sau:

	[tex]\Delta H_{298,s}^{0}[/tex] $(kJ.mol^{-1})$	$C_p^0$ $(J.K^{-1}.mol^{-1})$
$C_{gr}$	-​	8,64​
$O_{2(k)}$	-​	29,36​
$CO_{2(k)}$	-393,51​	37,13​

[TBODY] [/TBODY]

 

[tiểu thiên sứ]

Bài Tập 3:
Biết nhiệt sinh chuẩn của nước lỏng là[TEX] - 285,85 kJ.mol^{-1}[/TEX] , của [TEX]CO_{2(k)}[/TEX] là [TEX]-393,96 kJ.mol^{-1}[/TEX] ,
nhiệt cháy chuẩn của $CH_{4(k)}$ là $- 890,35$ $kJ.mol^{-1}$ . Tính nhiệt sinh chuẩn của $CH_{4(k)}.$

Spoiler: Đáp án

Ta có:
[tex]\Delta H_{s,H_2O_{(l)}}^o=\Delta H_{c,H_{2(k)}}^o=-285,85[/tex] $(kJ.mol^{-1})$

[TEX]\Delta H_{s,CO_{2(k)}}^o=\Delta H_{c,C_{(gr)}}^o=-393,96 [/TEX] $(kJ.mol^{-1})$

Phản ứng:

[tex]C_{gr}+2H_{2,k}\rightarrow CH_{4,k}[/tex]
​

Ta có:
$\Delta H_{s,CH_{4(k)}}^o=\Delta H_{c,C_{(gr)}}^o +2\Delta H_{c,H_{2(k)}}^o-\Delta H_{c,CH_{4(k)}}^o$

[TEX]=-75,31[/TEX] $(kJ.mol^{-1})$

Bài Tập 4:
Tính $\Delta H^0 $của phản ứng sau ở 1500K: $C_{gr} + O_{2(k)} \rightarrow CO_{2(k)}$
Cho biết các số liệu sau:

	[tex]\Delta H_{298,s}^{0}[/tex] $(kJ.mol^{-1})$	$C_p^0$ $(J.K^{-1}.mol^{-1})$
$C_{gr}$	-​	8,64​
$O_{2(k)}$	-​	29,36​
$CO_{2(k)}$	-393,51​	37,13​

[TBODY] [/TBODY]

Spoiler: Đáp án

Phản ứng:
[tex]C_{gr}+O_{2,k}\rightarrow CO_{2,k}[/tex]

$\Delta Cp= Cp_{CO_{2,k}}^0-Cp_{C_{gr}}^0-Cp_{O_{2,k}}^0 =-0,87$ $(J.K^{-1}.mol^{-1})$
Ta có:
[tex]\Delta H_{1500}^0=\Delta H_{298}^0+\int_{298}^{1500}\Delta C_pdT[/tex]

$\to \Delta H_{1500}^0=-393,51+(1500-298).(-0,87).10^{-3}=-394,556$ $kJ$

 

[tiểu thiên sứ]

Bài Tập 5:
Chuyển 1 mol khí $N_2$ (được coi là khí lí tưởng) từ [tex]20^{\circ}C[/tex] và $1atm$ đến [tex]100^{\circ}C[/tex] theo một trong các quá trình thuận nghịch sau:
a, đẳng tích
b, đẳng áp
c, đoạn nhiệt
Đối với mỗi quá trình. Hãy tính $P_2,V_2,\Delta U, \Delta H, Q$ và $A$
_____
Bài này làm hơi dài nên hôm nay một bài thôi nhé. Chúc mọi người buổi tối vui vẻ ^^

 

[tiểu thiên sứ]

Bài Tập 5:
Chuyển 1 mol khí $N_2$ (được coi là khí lí tưởng) từ [tex]20^{\circ}C[/tex] và $1atm$ đến [tex]100^{\circ}C[/tex] theo một trong các quá trình thuận nghịch sau:
a, đẳng tích
b, đẳng áp
c, đoạn nhiệt
Đối với mỗi quá trình. Hãy tính $P_2,V_2,\Delta U, \Delta H, Q$ và $A$
_____
Bài này làm hơi dài nên hôm nay một bài thôi nhé. Chúc mọi người buổi tối vui vẻ ^^

Spoiler: Đáp án

Khí lí tưởng đa nguyên tử $C_p=\dfrac{7}{2}R ;C_v=\dfrac{5}{2}R ,\gamma =\dfrac{7}{5}$

[tex]V_1=\dfrac{nRT_1}{P_1}=\dfrac{1.0,082.293}{1}=24,026(l)[/tex]

a, Xét quá trình đẳng tích ($V=const; A=0$)

$V_2=V_1=24,026 (l) $

[tex]\dfrac{P_1}{P_2}=\frac{T_1}{T_2}\Rightarrow P_2=1,273 (atm)[/tex]

$\Delta U=nC_vdT=1.\dfrac{5}{2}.8,314.(373-293).10^{-3}=1,6628$ $(kJ)$

$\Delta H=nC_pdT=1.\dfrac{7}{2}.8,314.(373-293).10^{-3}=2,328$ $(kJ)$

$Q=\Delta U=1,6628$ $(kJ)$

b, Xét quá trình đẳng áp $(p=const)$

$P_1=P_1=1(atm) $

[tex]\dfrac{V_1}{V_2}=\frac{T_1}{T_2}\Rightarrow V_2=30,586(l)[/tex]

$Q_p=\Delta H=nC_pdT=1.\dfrac{7}{2}.8,314.(373-293).10^{-3}=2,328$ $(kJ)$

$\Delta U=nC_vdT=1.\dfrac{5}{2}.8,314.(373-293).10^{-3}=1,6628$ $(kJ)$

$Q_p+A=\Delta U \Rightarrow A=-0,6652$ $(kJ)$

c, Xét quá trình đoạn nhiệt thuận nghịch $(Q=0)$

Ta có:
$T_1.V_1^{\gamma -1}=T_2.V_2^{\gamma -1}$

$\Rightarrow V_2=V_1.\sqrt[\gamma -1]{\dfrac{T_1}{T_2}} \Rightarrow V_2= 13,139 (l)$

[tex]P_2=\dfrac{nRT_2}{V_2}=2,33[/tex] $atm$

$A=\Delta U=nC_vdT=1.\dfrac{5}{2}.8,314.(373-293).10^{-3}=1,6628$ $(kJ)$

$\Delta H=nC_pdT=1.\dfrac{7}{2}.8,314.(373-293).10^{-3}=2,328$ $(kJ)$

 

[tiểu thiên sứ]

Bài Tập 6:
Giãn nở 3,5 mol khí lý tưởng đơn nguyên tử từ $310K$ và $15,0$ $bar$ đến $1,5$ $bar$ theo các quá trình:
a, Đoạn nhiệt, thuận nghịch nhiệt động
b, Đoạn nhiệt, không thuận nghịch nhiệt động.
c, Đoạn nhiệt, chống lại áp suất ngoài 1,0 bar.
Đối với mỗi quá trình tính $T_2,V_2,A,Q,\Delta U, \Delta H$

 

[Maltose mạch nha]

Biết nhiệt sinh chuẩn của nước lỏng là−285,85kJ.mol−1−285,85kJ.mol−1 - 285,85 kJ.mol^{-1} , của CO2(k)CO2(k)CO_{2(k)} là −393,96kJ.mol−1−393,96kJ.mol−1-393,96 kJ.mol^{-1} ,
nhiệt cháy chuẩn của CH4(k)CH4(k)CH_{4(k)} là −890,35−890,35- 890,35 kJ.mol−1kJ.mol−1kJ.mol^{-1} . Tính nhiệt sinh chuẩn của CH4(k).CH4(k).CH_{4(k)}.

Chị xem giúp em với ạ ^^

Spoiler: Bài 3

[tex]CH_{4}+2O_{2}\rightarrow CO_{2}+2H_{2}O[/tex]
[tex]\Delta H_{c,CH_{4}}^{0}=-\Delta H_{f,CH_{4}}^{0}+\Delta H_{f,CO_{2}}^{0}+2\Delta H_{f,H_{2}O}^{0}[/tex]
[tex]\Rightarrow \Delta H_{f,CH_{4}}^{0}=-\Delta H_{c,CH_{4}}^{0} +\Delta H_{f,CO_{2}}^{0}+2\Delta H_{f,H_{2}O}^{0}= 890,35-2.285,85-393,96=-75,31 (kJ.mol^{-1})[/tex]

Spoiler: Bài 4

[tex]\Delta C_{p}=37,13-8,64-29,36=-0,87(J.K^{-1})[/tex]
[tex]Kirchhoff:\Delta H_{pu,1500K}=\Delta H_{pu,298K}^{0}+\Delta C_{p}\Delta T=-393,51-0,87.10^{-3}.(1500-298)=-394,5574(kJ)[/tex]