Mục lục bài họcĐang ở d06-b3
Energy Diagrams, Heat Transfer and Thermal Equilibrium
Reading an enthalpy diagram
Put the reactants and products on an energy axis. If the products sit lower, energy left the system: the reaction is exothermic and $\Delta H<0$. If they sit higher, it is endothermic.
At the particle level the sign comes from bonds: breaking bonds always absorbs energy, forming bonds always releases it. Exothermic means the bonds formed are stronger than the bonds broken.
Heat transfer and thermal equilibrium
When two objects touch, energy flows from hot to cold until both reach the same temperature — not until they hold the same amount of energy.
Energy is conserved, so
$$q_{\text{nóng}}=-q_{\text{lạnh}} \qquad m_1c_1\Delta T_1=-m_2c_2\Delta T_2$$The object with the larger $mc$ changes temperature less. Water has an unusually large specific heat ($4{,}18\ \text{J g}^{-1}\text{K}^{-1}$) because hydrogen bonds soak up energy, which is why lakes moderate a region's climate.
Note $\Delta T$ is the same number in $^\circ$C and in K, so specific-heat problems never need a temperature conversion.
Đọc giản đồ entanpi: đặt chất đầu và sản phẩm lên trục năng lượng. Sản phẩm nằm thấp hơn nghĩa là năng lượng đã rời khỏi hệ — phản ứng toả nhiệt, $\Delta H<0$. Sản phẩm nằm cao hơn thì thu nhiệt.
Nguồn gốc của dấu, ở mức hạt: phá liên kết luôn thu năng lượng, tạo liên kết luôn toả. Toả nhiệt nghĩa là liên kết tạo ra bền hơn liên kết bị phá. Nói “phản ứng toả nhiệt vì nó giải phóng liên kết” là sai chiều và bị trừ điểm.
Truyền nhiệt và cân bằng nhiệt: hai vật tiếp xúc thì năng lượng chảy từ nóng sang lạnh cho tới khi hai vật có cùng nhiệt độ — chứ không phải cho tới khi chúng chứa cùng lượng năng lượng. Đây là chỗ hiểu sai kinh điển.
Năng lượng bảo toàn, nên nhiệt vật nóng mất bằng nhiệt vật lạnh nhận, ngược dấu:
$$q_{\text{nóng}}=-q_{\text{lạnh}} \qquad m_1c_1\Delta T_1=-m_2c_2\Delta T_2$$Hệ quả cần thuộc: vật nào có tích $mc$ lớn hơn thì nhiệt độ đổi ít hơn. Nước có nhiệt dung riêng rất lớn ($4{,}18\ \text{J g}^{-1}\text{K}^{-1}$) vì liên kết hiđro hút mất phần lớn năng lượng đưa vào; đó là lý do vùng ven biển có khí hậu ôn hoà hơn vùng sâu trong lục địa.
Một mẹo nhỏ: $\Delta T$ có cùng trị số ở thang $^\circ$C và thang K, nên bài nhiệt dung riêng không cần đổi đơn vị nhiệt độ.
Trộn $100{,}0$ g nước ở $80{,}0\ ^\circ$C với $300{,}0$ g nước ở $20{,}0\ ^\circ$C trong bình cách nhiệt. Tính nhiệt độ cuối. Cho $c=4{,}18\ \text{J g}^{-1}\text{K}^{-1}$.
Đặt $T$ là nhiệt độ cuối chung. Nhiệt nước nóng mất bằng nhiệt nước lạnh nhận:
$m_1c(T-80{,}0)=-m_2c(T-20{,}0)$
Nhiệt dung riêng bằng nhau nên rút gọn được $c$:
$100{,}0(T-80{,}0)=-300{,}0(T-20{,}0)$
$100T-8000=-300T+6000$
$400T=14000 \Rightarrow T=35{,}0\ ^\circ$C
Kiểm bằng trực giác: khối nước lạnh nặng gấp ba, nên nhiệt độ cuối phải nằm gần $20\ ^\circ$C hơn gần $80\ ^\circ$C. Kết quả $35\ ^\circ$C thoả điều đó.
Cụ thể hơn: nước nóng nguội $45$ độ trong khi nước lạnh chỉ ấm lên $15$ độ, đúng tỉ lệ nghịch $1:3$ của khối lượng.
Đọc xong rồi — làm thử ngay
Bài tập của chương Unit 6 — Thermodynamics gồm 14 câu trắc nghiệm và 2 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.