• N hiệt lượng phát ra hay thu vào trong quá trình hòa tan một mol chất tan tro ng một lượng dung môi đủ lớn được gọi là nhiệt hòa tan (mol) kí hiệu là AHht.
Ví dụ, quá trình hòa ta n CaCl2 trong nước là quá trình tòa nhiệt, AHht = -72,8 kJ/mol.
Quá trìn h hòa tan N H4NO3 là quá trìn h thu nhiệt AHht = 26,4 kJ/mol
2.8.2. Quá trình hòa tan, sự sonvat hóa
• Nguyên nhân của quá trìn h hòa tan ỉà sự tương tác giữa dung môi và chất tan. Tương tác này rấ t đa dạng, có th ể là tương tác lưỡng cực - lưỡng cực, ion - lưỡng cực, cầu nối hiđro hay tương tác hóa học.
• Trong các ví dụ vừa no'i ở trên, dung môi là nước và chất tan ỉà chất rắ n tinh thể. Đđ là trường hợp thường gặp và được quan tàm nhiều tron g ho'a học.
63
• T ro n g trư ờ n g hợp này, tư ơ ng tác giữa dụng môi và chất tan.
trư ớ c h ế t d ẫ n đến sự p h á vỡ m ạn g lưới tin h th ể của chất ta n và sau đó ìà sự hình th à n h các tậ p hợp tạo bởi phân tử hay ion chất ta n cùng với m ột số các p h ân tử dung môi bao quanh.
Các tập hợp này, tro n g trư ờ n g hợp chung được gọi ià c á c s o n - v a t hay đối với trư ờ n g hợp d u n g môi nước được gọi là c á c h iđ ra t.
Sự hình th à n h các so n v at hay các h iđ ra t đươc gọi là s ự s o n v a t h ó a hay s ự h iđ r a t h ó a . Do sự hình th à n h các h iđ ra t nén tro n g d u n g dịch nước, công thứ c p hân tử hay kí hiệu ion có ghí thêm kí tự aq (aquo = nước), ví dụ: N a rìa q ), C1 (aq).
2.8.3. Quan hệ giữa nhiệt hòa tan và nhiệt sonvat hóa
• Q uá trìn h phá vỡ m ạn g lưới tin h th ế luôn luôn là quá trìn h th u nhiệt và q u á trìn h h iđ ra t h ó a luôn luôn là quá trìn h tỏa nhiệt.
N ếu bỏ q u a các hiệu ứng nhỏ như n ăn g lượng khuếch tá n các h iđ rat tro n g to àn bộ th ể tích của dun g dịch thi n ã n g lượng hòa tan được coi là b ằng tổ n g đại số n ă n g lượng p há vỡ m ạn g lưới tin h th ể (ngược d ấu với n ă n g lượng m ạn g lưới) và n ă n g lượng h iđ rat ho'a hay tro n g trư ờ ng hợp chung là n ă n g lượng sonvat ho'a các ion hay các phân tử.
Tùy theo tươ ng q u a n giừa giá trị tu y ệt đối của n ă n g lượng m ạn g lưới và n ả n g lượng so n v at hóa m à q u á trìn h hòa ta n của chất c ấn xét co' th ể là q u á trìn h th u n h iệt hay q u á trìn h p h á t nhiệt.
Đối với các ch ất ta n là các hợp ch ất khí th ỉ ngoài tác dụng so n v at hay h iđ ra t hda, d u n g môi còn có tác dụng ph ân li phân tử th à n h cỏc ion (thớ dụ HCI ---- ằ H + + c n . Tuy nhiờn, nỏng lượng này th ư ờ n g rất nhỏ và tro n g trư ờ n g họp chung, n â n g lượng hòa tan củ a các c h ấ t khí được quyết định chủ yếu bởi n ân g lượng h iđ rat hay so n v at ho'a. v ì vậy q u á trìn h hòa ta n của các c h ất khí thường là q u á trìn h tỏ a nhiệt.
• ứ n g d ụ n g . Đối với LiCl, E m| = -8 4 0 kJ/mol, AHhld (Li+) = -520 kJ/mol, AHhid(CD = -366 kJ/mol Tính năng lượng hòa tan của LiCl trong nước.
• N âng lượng hòa tan:
AH = + 840 + (-520 - 366) = -46 k J /m o l quá trình hòa tan LiCl như vậy là quá trinh tỏa nhiệt.
BÀI TẬP
1. Tính hiệu số giữa nhiệt phản ứng đẳng áp^ỵà_đâng tích của các phản ứng sau đâv xảv ra ở 0°c
a) c_.fl.jik> + 3 02(k) ---- * 2CO,(k) + 2H ,0(k) b) C2H5OH(l) + 3 0 2(k) — ằ 2 C 02(k) + 3 H ,0(k)
2. Hãy tính nhiệt phản ứng đẳng áp của các phản ứng sau:
a) PbO(r) + S(r) + —3 0-,(k.) ---- ằ P b S 04(r), Qv = -686,2 kJ b) 2CO(k) + 02(k) ---- * 2 C 02(k)Qv = -563,0 kJ
Biết rằng các phản ứng trên xảy ra ở 25°c.
3. Tính entanpi chuẩn AH° của phản ứng nưng vôi.
C a C 04( r ) ---- * CaO(r) + C 02(k) Cho biết AHf (C 02,k) = -393,5 kJ/mol
4. H ydrazin và đimetyl hydrazin tác dụng với oxi một cách tự phát vã có th ể sử dụng làm nhiên liệu cho tên lửa.
a) N2H4(1) + 02(k) -* N .(k ) + 2H .O (k)
b) N2H4{CH3)2 (1) + 4 0 2(k) — ằ 2 C 02(k) + 4H20(k) + N2(k) Biết rằng: AHf (N2H 4, 1) = + 5 0 .5 kJ/mol
AHr (N2H2(CH-)')j 1) = 42,0 kJ/mol
H ãy so sán h nh iệt tỏa ra đối với 1 gam của hai nhiên liệu đó.
Cho biết A H °(H20 ,k ) = -2 4 2 kJ/mol;
AHf (C 02,k) = -3 9 3 ,5 kJ/m ol AH^(H20,1) = -2 8 5 ,8 kJ/mol 6. Từ thiêu nh iệt của C2H4
H H
X -C = ơ / (k) + 3 (0 = 0 ) — * 2(0 = c = 0 ) +• 2 Í H - 0 - H ) , (k) AH = -1323 kJ
H ãy tín h n ă n g lượng liên kết E(C = C).
Cho biết, n ă n g lượng AH (tính r a kJ/m ol): C - H (418,4);
0 = 0 (493,7), c = 0 (761,5), 0 - H (462,9).
7. Ỏ 25°c p h ả n ứ n g P b + \ 02 — ằ PbO, AH = 221,5 kJ
Biết rà n g nh iệt d u n g mol (tín h ra J/m ol K) của Pb, 0 7, PbO lần lượt bàn g 27,7; 29,4 và 48,5.
H ãy tín h AH khi ph ản ứng xảy ra ở 150°c ĐÁP SỐ
la : 0,0; lb: 4539 J 2a: -6 8 9 ,9 kJ; 2b: -565,5 k J 3: 178,5 kJ/m ol
4: N2H4 (16,7 kJ/g); N2H2(CH3)2 (18,15 kJ/g) 5: -3 2 6 7 ,4 k J
6: -5 7 3 ,9 kJ 7: -2 2 0 ,7 kJ.
ilỉ. NGUYÊN LÍ ỉl NHIÊT ĐỐNG HOC.* 4 k f
CÂN BẰNG VÀ CHíỀU DIEN b ie n c ủ a
CÁC QUÁ TRÌNH h ó a h ọ c
® Trong chương III, ta đã xét nguyên lí I của nhiệt động học và trên cơ sở của nguyên lí I ta xét hiệu ứng nhiệt của các quá trình hóa học.
Trong chương này ta xét nguyên lí II, nguyên lí III của nhiệt động học và trên cơ sở của nguyên lí II ta sẽ xét điều kiện cân bằng và chiểu diễn biến của cảc quá trình tự nhiên cũng như của các phản ứng hóa học.