Tìm hiểu về hiệu Ứng nhiệt là gì, (doc) hiệu Ứng nhiệt của cac qua trinh hoa học

     

Hiệu ứng nhiệt của quá trình hoá học là nhiệt lượng mà hệ thu vào hay phát ra trong các quá trình hoá học dung để thay đổi nội năng hay entanpi của hệ.Trong các quá trình hoá học phát nhiệt làm cho nội năng U và entanpy H của hệ giảm xuống tức là ∆U 0 và ∆H 0.Trong những phản ứng mà chất rắn và chất lỏng tham gia sự biến đổi thể tích là không đáng kể và nếu quá trình thực hiện ở áp suất bé có thể coi p∆U có giá...




Bạn đang xem: Tìm hiểu về hiệu Ứng nhiệt là gì, (doc) hiệu Ứng nhiệt của cac qua trinh hoa học

*

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA: MAY THỜI TRANG TIỂU LUẬN MÔN:TÊN ĐỀ TÀI: GVHD: Nguyễn Văn Bời SVTH: Vũ Thị Phấn MSSV: 08894201 Lớp: ĐHTR2ATLT Tp Hồ Chí Minh tháng 04/ 2009 1 PHẦN MỞ ĐẦUTrong xu thế hội nhập kinh tế quốc tế để có thể sánh kịp các cường quốc trên thế giới đòihỏi chúng ta phải cố gắng trên tất cả mọi lĩnh vực như: kinh tế, chính trị, khoa học kỹthuật… để làm được điều này không có con đường nào khác là con đường học tập, rènluyện kỹ năng, trau dồi kiến thức từ khi còn là học sinh, sinh viên. Trong khi các mônhọc Xã hội giúp cung cấp những kiến thức xã hội cần thiết giúp chúng ta có đủ tự tinbước vào cuộc sống thì các môn học thuộc lĩnh vực Tự nhiên lại là “chìa khoá” giúp chochúng ta mở được những cánh cửa “ thành công ” của cuộc sống. Chính những môn họcnày mới là nền tảng giúp chúng ta tiến gần tới những thành tựu khoa học kỹ thuật hiệnđại và sử dụng những thành tựu đó vào công cuộc xây dựng một đất nước.Trong các môn Khoa Học Tự Nhiên thì Hoá học là một môn khoa học có vai trò rất quantrong vào sự thành công của khoa học công nghệ. Xét riêng trong nghành công nghệ Maymặc thì Hoá học giúp chúng ta biết được tất cả những tính chất cần thiết của một loại vậtliệu nào đó, góp phần to lớn vào sự thành công của nghành Dệt may Việt Nam. Chính vìtầm quan trọng và mong muốn được tìm hiểu, học hỏi cũng như chia sẻ những hiểu biếtnhỏ bé của mình mà tôi chọn đề tài “Tìm hiểu về hiệu ứng nhiệt độ trong phản ứng hoáhọc”.Bằng những phương pháp thống kê, so sánh, phân tích tổng hợp từ những tài liệu quý báumà tôi đã tìm được đã giúp tôi hiểu sâu sắc hơn về môn học này, đặc biệt là vấn đề vềhiệu ứng nhiệt trong phản ứng hoá học. Để hiểu sâu sắc vấn đề này chúng ta cùng tìmhiểu ở phần nội dung. 2 PHẦN NỘI DUNG I. Hiệu ứng nhiệt của các quá trình hóa học và phương trình nhiệt hoá học 1. Khái niệm về hiệu ứng nhiệt của quá trình hoá học Hiệu ứng nhiệt của quá trình hoá học là nhiệt lượng mà hệ thu vào hay phát ratrong các quá trình hoá học dung để thay đổi nội năng hay entanpi của hệ.Trong các quá trình hoá học phát nhiệt làm cho nội năng U và entanpy H của hệ giảmxuống tức là ∆U 0 và ∆H>0.Trong những phản ứng mà chất rắn và chất lỏng tham gia sự biến đổi thể tích là khôngđáng kể và nếu quá trình thực hiện ở áp suất bé có thể coi p∆U có giá trị rất nhỏ khi đó∆H ≈ ∆U.nếu các phản ứng có chất khí tham gia thì giá trị ∆H và ∆U sẽ khác nhau. Trong trườnghợp khí tham gia là lý tưởng: PV = nRT p∆V = ∆n. RTn là biến thiên số mol khí trong phản ứng ở nhiệt độ tuyệt đối T. R là hằng số khí R =8,312at.lit / mol. độ ∆H = ∆U + ∆nRTKhi ∆n = 0 thì ∆H = ∆U ∆n ≠ 0 thì ∆H ≠ ∆U2. Phương trình nhiệt hoá họcPhương trình nhiệt hoá học là phương trình phản ứng hoá học bình thường có ghi kèmhiệu ứng nhiệt và trạng thái tập hợp của các chất tham gia và thu được sau phản ứng. Đasố các phản ứng sảy ra ở áp suất không thay đổi nên ta xét chủ yếu biến thiên ∆H.Theo quy ước của nhiệt động học phản ứng + Nếu Q > 0 (∆H + Nếu Q 0 ): phản ứng thu nhiệt.Các chất khác nhau thì nội năng hay entanpy cũng khác nhau, do đó có thể nói nội nănghay entanpy của các chất tham gia phản ứng khác với các chất thu được sau phản ứng.Hiệu ứng nhiệt ∆H của 1 phản ứng ở áp suất không đổi và một nhiệt độ xác định bằngtổng entanpy của các sản phẩm phản ứng trừ đi tổng entanpi của các chất tham gia phảnứng ∆H = ∑∆HSPpư - ∑∆Hchất đầu pưTrong nhiệt động học thì quy ứoc entanpi của đơn chất ở trạng thái tiêu chuẩn bằng 0 Đối với chất khí trạng thái tiêu chuẩn là trạng thái khí lý tưởng ở áp suất p = 1 atm Đối với chất lỏng và chất rắn trạng thái` tiêu chuẩn là trạng thái tinh khiết ở 2980K(tức 250C) và áp suất là 1atm. biến thiên entanpi tính đươc từ các chất ở điều kiện chuẩnlà entanpi tiêu chuẩn, ký hiệu ∆H0298. 3. Một số các loại nhiệt thường gặp. a. Nhiệt tạo thành (sinh nhiệt) Nhiệt tạo thành là hiệu ứng nhiệt của phản ứng tạo thành 1 mol chất từ các đơnchất ứng với trạng thái tự do bền nhất. Ví dụ: Nhiệt tạo thành của khí CO2 là hiệu ứng nhiệt của phản ứng: C(gr) + O2 = CO2(k) ∆H = -393,5 kJ/mol hiệu ứng nhiệt của pư kết hợp giữa H2 và O2 tạo thành nước: 2H2(k) + O2(k) = 2H2O(l) ∆H = -571,66 kJ/mol nhiệt tạo thành của nước lỏng từ các đơn chất là: -571,66 : 2 = -285,83 kJ(Xem nhiệt tạo thành của một số chất ở bảng 1)b.

Xem thêm: "Bỉ (Tên Nước Bỉ Tiếng Anh Là Gì ? Nước Bỉ In English

Nhiệt đốt cháy (thiêu nhiệt) 4Nhiệt đốt cháy là hiệu ứng nhiệt của phản ứng đốt cháy 1 mol chất hữu cơ bằng oxi phântử để tạo thành khí CO2, nước lỏng và một số sản phẩm khácVí du: Tính hiệu ứng nhiệt phản ứng nhiệt phân CaCO3 ở đktc: CaCO3(r) = CO2(k) + CaO(r)∆H0298 kJ/mol: -1206,9 -635.5 -393,5Hiệu ứng nhiệt của phản ứng: ∆H0298 = (-635.5 -393,5) – (-1206,9) = -177,9 kJ/molII. Định luật Hess và các hệ quả, ứng dụng của định luật Hess. 1. Định luật Hess (Hess là nhà bác học người Nga 1812- 1850) Hiệu ứng nhiệt chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối chứ không phụ thuộc vào các trạng thái trung gian ví dụ: Điều chế khí CO2 từ hai cách cách 1: Đốt cháy trực tiếp C (than chì) thành CO2 C(than chì) + O2 = CO2(kh) ∆H Cách 2: Tiến hành qua 2 giai đoạn C(than chì) + ½ O2 = CO(kh) ∆H1 CO(kh) ) + ½ O2 = CO2(kh) ∆H2 Nếu áp suất không đổi thì hiệu ứng nhiệt của hai cách tiến hành trên phải bằngnhau tức là: ∆H = ∆H1 + ∆H2 Điều này hoàn toàn phù hợp với kết quả thực tế đo được là: ∆H = -94,05 kcal/mol;∆H1 = -26,42 kcal/mol; ∆H2 = -67,63 kcal/mol. Từ định luật Hess, ng ười ta rút ra một số hệ quả để tính hiệu ứng nhiệt của cácphản ứng hoá học. Hệ quả 1 5Hiệu ứng nhiệt của phản ứng thuận bằng hiệu ứng nhiệt của phản ứng nghịch nhưng tráidấu ∆Hthuận = -∆HnghịchVí dụ: phản ứng tạo thành nước: H2(k) + ½ O2 ↔ H2O (h) ∆Hthuận = -57,80 kcal/mol ∆Hnghịch = 57,80 kcal/mol → ∆Hthuận = -∆Hnghịch 1.2. Hệ quả 2 Hiệu ứng nhiệt bằng tổng nhiệt tạo thành của các sản phẩm phản ứng trừ đi tổngnhiệt tạo thành của các chất tham gia phản ứng. ∆Hpư = ∑∆Htt(sp) - ∑∆Htt(tc) 1.3 Hệ quả 3Hiệu ứng nhiệt của phản ứng hoá học bằng tổng nhiệt cháy của các chất tham gia phảnứng (chất đầu) trừ đi tổng nhiệt cháy của các chất tạo thành sau phản ứng (chất cuối) ∆Hpư = ∑∆Hđc(tc) - ∑∆Hđc(sp) Ví dụ: Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng đốt cháy CH4: CH4(k) + 2O2(k) = CO2(k) + H2O ∆H = ? (4) CH4(k) = C(g) + 2H2(k) ∆H1 = 74,9 kJ/mol (1) C(gr) + O2(k) = CO2(k) ∆H2= -393.5 k J/mol (2) 2H2(k) + O2(k) = 2 H2O ∆H3 = -2285.8 kJ/mol (3) Ta thấy : (1) +(2) + (3) = (4) 2. Ứng dụng của định luật Hess a. Tính hiệu ứng nhiệt phản ứng 6 Ví dụ: Tính nhiệt tạo thành CO2 từ cácbon và oxi O2 (3) C(gr) + ½ O2(k) = CO(k) ∆H = ? biết: (1) C(gr) + O2(k) = CO2(k) ∆H1 = -393,5 kJ/mol (2) CO(kh) ) + ½ O2 = CO2(kh) ∆H2 = -283,0 kJ/mol Ta thấy :(1) – (2) = (3) nên ∆H = -393,5 + 283,0 = -110,5 kJ/mol b. Tính năng lượng liên kếtnăng lượng liên kết là năng lượng cần thiết để phá vỡ liên kết và được ký hiệu là E(kJ/mol hay kcal/mol)trường hợp phân tử có 2 nguyên t ử A - BA(k) + B(k) = AB(k)năng lượng liên kết A – B ký hiệu EA-B chính là sự biến đổi entanpi của phản ứng theochiều thuận nghịch tức EA -B = - ∆H0298 Ví dụ: Tính năng lượng liên kết của O-H trong H2Obiết: 2H2(k) + O2(k) = 2 H2O ∆H0298 = -924,2 kJ/mol Phân tử H2O có 2 liên kết O-H nên năng lượng mỗi liên kết là: EO-H = 924,2 : 2 = 462,1 kJ III. Sự phụ thuộc của hiệu ứng vào nhiệt độSự phụ thuộc của hiệu ứng vào nhiệt độ đã được Kirchhoff (nhà hoá học người Đức1824- 1887) thiết lập ∆H2 = ∆H1 + ∫ ∆CpdT Nếu khoảng thay đổi nhiệt độ không quá lớn có thể coi ∆Cp không phụ thuộc vào nhiệt độ khi đó phương trình có dạng: ∆H2 = ∆H1 + ∆Cp(T2- T1) Ví dụ: 7 Cho phản ứng: CO(kh) ) + ½ O2 = CO2(kh)Cho bi ết: ∆H0298 = -283 kJ/mol và nhiệt dung của phân tử đẳng áp Cp của cácchất CO, O2, CO2 lần lượt bằng 6.97, 7.05, 8.96 cal/độ.mol. hãy tính ∆H ở 3980K Lời giải: Ta tính biến thiên ∆Cp của phản ứng: ∆Cp = 8.96 – 6.97 – 7.05/2 = 1.33 cal/mol = 6.48 J/mol ∆H398 = ∆H298 + ∆Cp(398 – 298) ∆H398 = -283.0 – 0.648 = -283.648 kJ/ mol Như vậy ở nhiệt độ cao ∆H chỉ tăng rất ít. Tìm hiểu về khoảng nhiệt tối ưuKhoảng nhiệt tối ưu được sử dụng với ý nghĩa tối đa hoá năng suất trong một thiết bịphản ứng cho trước. nhiệt độ tối ưu này cò thể là đẳng nhiệt hoặc thay đổi theo: thời giancho bình khuấy hoạt động gián đoạn, theo chiều dài cho thiết bị phản ứng dạng ống haytừ bình này sang bình khác cho hệ bình khuấy mắc nối tiếp.Với các phản ứng không thuận nghịch, độ chuyển hoá tối đa có thể đạt được không chịuảnh hưởng bởi nhiệt độ, trong khi đó vận tốc phản ứng tăng theo nhiệt độ. Như vậy năngsuất tối đa đạt được tại nhiệt độ cao nhất có thể được.nhiệt độ này bị giới hạn bởi các vậtliệu chế tạo thiết bị và các phản ứng phụ nếu có.Với phản ứng thuận nghịch phát nhiệt sảy ra trong thiết bị phản ứng dạng ống. tăng nhiệtđộ sẽ làm tăng vận tốc phản ứng thuận nhưng ngược lại nó làm giảm độ chuyển hoá tốiđa có thể đạt được. như vậy tại những điểm gần đầu vào ở đó tác chất còn ở xa độ chuyểnhoá cân bằng sẽ thuận lợi để dung nhiệt độ cao. tại những điểm gần đầu ra, điều kiện cânbằng gần đạt đến nên sử dụng nhiệt độ thấp để cho độ chuyển hoá cao hơn. Do đó trongtrường hợp này quá trình được thực hiện với nhiệt độ thay đổi từ đầu vào đến đầu ra.Để xác định sự biến đổi nhiệt độ tối ưu từ đó cho năng suất cựu đại ta phải biết thànhphần của nhập liệu và vận tốc phản ứng là hàm số theo nhiệt độ.từ những số liệu này vậntốc phản ứng theo cả nhiệt độ và độ chuyển hoá được tính và vẽ như Hình.1 và Hính.2Đường ghạch đứt đoạn trên hình là đường vận tốc phản ứng cực đại tại mỗi độ chuyểnhoá và nhiệt độ. bằng cách dung vận tốc phản ứng này tương ứng với mỗi độ chuyển hoávà lấy tích phân bằng đồ thị cho bình khuấy trộn hoạt động gián đoạn hoặc thiết bị phản 8ứng dạng ống hoặc bình khuấy mắc nối tiếp ta sẽ xác định được năng suất cực đại chophản ứng thuận nghịch phát nhiệt.Ví dụ:Tính nhiệt phản ứng cho phản ứng tổng hợp ammoniac từ hydrogen và nitrogen ở 1500Ctheo a) kcal/ mol N2 phản ứng b) kJ/ mol N2 phản ứng Giải Phản ứng tổng hợp là: N2 + 3H2 → 2NH3Trước hết tính nhiệt phản ứng tại nhiệt độ chuẩn TR = 250C = 298K từ nhiệt cấu tạo củacác chất trong phản ứng 9

Chuyên mục: Tài liệu