Đang tải bài học…
Đang tải bài học…
AP Chemistry
heat capacity
Nhiệt dung là lượng nhiệt cần thiết để làm cho nhiệt độ của một vật tăng thêm một độ.
Khi truyền một lượng nhiệt vào một vật, nhiệt độ của vật thường sẽ tăng lên. Tuy nhiên, mức độ tăng nhiệt độ lại phụ thuộc rất nhiều vào bản chất và khối lượng của vật đó. Đại lượng vật lý đặc trưng cho khả năng hấp thụ nhiệt này được gọi là nhiệt dung, thường được ký hiệu là . Mỗi vật thể khác nhau, từ một cốc nước đến một khối kim loại lớn, đều có một giá trị nhiệt dung riêng biệt.
Hệ thức cơ bản liên hệ giữa nhiệt lượng và độ biến thiên nhiệt độ được viết là , trong đó là nhiệt lượng vật thu vào và là độ tăng nhiệt độ. Nhờ đó, ta thấy vật nào có nhiệt dung càng lớn thì càng cần nhiều nhiệt lượng để tăng thêm cùng một mức nhiệt độ. Ngược lại, nếu cung cấp cùng một lượng nhiệt, vật có nhiệt dung lớn sẽ nóng lên chậm hơn hẳn so với vật có nhiệt dung nhỏ. Hệ thức này được ứng dụng rộng rãi trong nhiệt lượng kế (calorimetry) để đo lường các quá trình trao đổi nhiệt.
Trong hóa học, để so sánh khả năng tích trữ nhiệt của các chất khác nhau, người ta thường chuẩn hóa đại lượng này theo khối lượng hoặc theo số mol. Nhiệt dung riêng (specific heat) là nhiệt lượng cần thiết để làm một gam chất tăng thêm một độ, trong khi nhiệt dung mol (molar heat capacity) là nhiệt lượng cần cung cấp cho một mol chất. Do đó, các giá trị chuẩn hóa này giúp nhà hóa học loại bỏ yếu tố kích thước mẫu, từ đó tập trung đánh giá đúng bản chất nhiệt động của từng loại vật chất.
Trực giác: Một chiếc hồ lớn cần hấp thụ rất nhiều năng lượng mặt trời để ấm lên vào mùa hè, trong khi một vũng nước nhỏ trên đường đã nóng rực chỉ sau một buổi trưa.
Dùng khi biết nhiệt lượng trao đổi và độ thay đổi nhiệt độ, muốn tính nhiệt dung của một vật cụ thể.
Trong đó
1761–1780Joseph BlackMagellan
Trước Black, nhiệt và nhiệt độ thường bị coi là một. Ông so sánh thủy ngân với nước và nhận ra rằng lượng nhiệt nước nhận vào đúng bằng lượng thủy ngân mất đi, nhưng độ tăng nhiệt độ của hai chất lại không giống nhau. Từ quan sát đó, ông tách bạch hai đại lượng và viết rằng thủy ngân "có ít khả năng chứa nhiệt hơn nước". Cũng bằng phương pháp đo nhiệt lượng ấy, năm 1761 ông phát hiện nhiệt ẩn (latent heat) ở chuyển pha nước đá – nước. Black không công bố công trình, nhưng vì là một người thầy nổi tiếng nên học trò của ông đã truyền bá các kết quả này.
%22%20stroke-width%3D%222.4%22%2F%3E%3Cpath%20d%3D%22M46.0%2C279.6%20L49.6%2C279.1%20L53.2%2C278.6%20L56.8%2C278.0%20L60.5%2C277.5%20L64.1%2C276.9%20L67.7%2C276.4%20L71.3%2C275.9%20L74.9%2C275.3%20L78.5%2C274.8%20L82.1%2C274.2%20L85.7%2C273.7%20L89.3%2C273.2%20L93.0%2C272.6%20L96.6%2C272.1%20L100.2%2C271.5%20L103.8%2C271.0%20L107.4%2C270.5%20L111.0%2C269.9%20L114.6%2C269.4%20L118.3%2C268.8%20L121.9%2C268.3%20L125.5%2C267.8%20L129.1%2C267.2%20L132.7%2C266.7%20L136.3%2C266.1%20L139.9%2C265.6%20L143.5%2C265.0%20L147.1%2C264.5%20L150.8%2C264.0%20L154.4%2C263.4%20L158.0%2C262.9%20L161.6%2C262.3%20L165.2%2C261.8%20L168.8%2C261.3%20L172.4%2C260.7%20L176.1%2C260.2%20L179.7%2C259.6%20L183.3%2C259.1%20L186.9%2C258.6%20L190.5%2C258.0%20L194.1%2C257.5%20L197.7%2C256.9%20L201.3%2C256.4%20L205.0%2C255.9%20L208.6%2C255.3%20L212.2%2C254.8%20L215.8%2C254.2%20L219.4%2C253.7%20L223.0%2C253.2%20L226.6%2C252.6%20L230.2%2C252.1%20L233.8%2C251.5%20L237.5%2C251.0%20L241.1%2C250.5%20L244.7%2C249.9%20L248.3%2C249.4%20L251.9%2C248.8%20L255.5%2C248.3%20L259.1%2C247.8%20L262.8%2C247.2%20L266.4%2C246.7%20L270.0%2C246.1%20L273.6%2C245.6%20L277.2%2C245.1%20L280.8%2C244.5%20L284.4%2C244.0%20L288.0%2C243.4%20L291.6%2C242.9%20L295.3%2C242.4%20L298.9%2C241.8%20L302.5%2C241.3%20L306.1%2C240.7%20L309.7%2C240.2%20L313.3%2C239.7%20L316.9%2C239.1%20L320.6%2C238.6%20L324.2%2C238.0%20L327.8%2C237.5%20L331.4%2C237.0%20L335.0%2C236.4%20L338.6%2C235.9%20L342.2%2C235.3%20L345.8%2C234.8%20L349.4%2C234.3%20L353.1%2C233.7%20L356.7%2C233.2%20L360.3%2C232.6%20L363.9%2C232.1%20L367.5%2C231.6%20L371.1%2C231.0%20L374.7%2C230.5%20L378.3%2C229.9%20L382.0%2C229.4%20L385.6%2C228.9%20L389.2%2C228.3%20L392.8%2C227.8%20L396.4%2C227.2%20L400.0%2C226.7%20L403.6%2C226.2%20L407.3%2C225.6%20L410.9%2C225.1%20L414.5%2C224.5%20L418.1%2C224.0%20L421.7%2C223.5%20L425.3%2C222.9%20L428.9%2C222.4%20L432.5%2C221.8%20L436.2%2C221.3%20L439.8%2C220.8%20L443.4%2C220.2%20L447.0%2C219.7%20L450.6%2C219.1%20L454.2%2C218.6%20L457.8%2C218.0%20L461.4%2C217.5%20L465.1%2C217.0%20L468.7%2C216.4%20L472.3%2C215.9%20L475.9%2C215.3%20L479.5%2C214.8%20L483.1%2C214.3%20L486.7%2C213.7%20L490.3%2C213.2%20L493.9%2C212.6%20L497.6%2C212.1%20L501.2%2C211.6%20L504.8%2C211.0%20L508.4%2C210.5%20L512.0%2C209.9%20L515.6%2C209.4%20L519.2%2C208.9%20L522.8%2C208.3%20L526.5%2C207.8%20L530.1%2C207.2%20L533.7%2C206.7%20L537.3%2C206.2%20L540.9%2C205.6%20L544.5%2C205.1%20L548.1%2C204.5%20L551.8%2C204.0%20L555.4%2C203.5%20L559.0%2C202.9%20L562.6%2C202.4%20L566.2%2C201.8%20L569.8%2C201.3%20L573.4%2C200.8%20L577.0%2C200.2%20L580.6%2C199.7%20L584.3%2C199.1%20L587.9%2C198.6%20L591.5%2C198.1%20L595.1%2C197.5%20L598.7%2C197.0%20L602.3%2C196.4%20L605.9%2C195.9%20L609.5%2C195.4%20L613.2%2C194.8%20L616.8%2C194.3%20L620.4%2C193.7%20L624.0%2C193.2%22%20fill%3D%22none%22%20stroke%3D%22var(--warning%2C%23d97706)%22%20stroke-width%3D%222.4%22%2F%3E%3Cpath%20d%3D%22M46.0%2C279.6%20L49.6%2C278.2%20L53.2%2C276.7%20L56.8%2C275.2%20L60.5%2C273.8%20L64.1%2C272.3%20L67.7%2C270.8%20L71.3%2C269.4%20L74.9%2C267.9%20L78.5%2C266.5%20L82.1%2C265.0%20L85.7%2C263.5%20L89.3%2C262.1%20L93.0%2C260.6%20L96.6%2C259.1%20L100.2%2C257.7%20L103.8%2C256.2%20L107.4%2C254.7%20L111.0%2C253.3%20L114.6%2C251.8%20L118.3%2C250.3%20L121.9%2C248.9%20L125.5%2C247.4%20L129.1%2C245.9%20L132.7%2C244.5%20L136.3%2C243.0%20L139.9%2C241.6%20L143.5%2C240.1%20L147.1%2C238.6%20L150.8%2C237.2%20L154.4%2C235.7%20L158.0%2C234.2%20L161.6%2C232.8%20L165.2%2C231.3%20L168.8%2C229.8%20L172.4%2C228.4%20L176.1%2C226.9%20L179.7%2C225.4%20L183.3%2C224.0%20L186.9%2C222.5%20L190.5%2C221.1%20L194.1%2C219.6%20L197.7%2C218.1%20L201.3%2C216.7%20L205.0%2C215.2%20L208.6%2C213.7%20L212.2%2C212.3%20L215.8%2C210.8%20L219.4%2C209.3%20L223.0%2C207.9%20L226.6%2C206.4%20L230.2%2C204.9%20L233.8%2C203.5%20L237.5%2C202.0%20L241.1%2C200.5%20L244.7%2C199.1%20L248.3%2C197.6%20L251.9%2C196.2%20L255.5%2C194.7%20L259.1%2C193.2%20L262.8%2C191.8%20L266.4%2C190.3%20L270.0%2C188.8%20L273.6%2C187.4%20L277.2%2C185.9%20L280.8%2C184.4%20L284.4%2C183.0%20L288.0%2C181.5%20L291.6%2C180.0%20L295.3%2C178.6%20L298.9%2C177.1%20L302.5%2C175.6%20L306.1%2C174.2%20L309.7%2C172.7%20L313.3%2C171.3%20L316.9%2C169.8%20L320.6%2C168.3%20L324.2%2C166.9%20L327.8%2C165.4%20L331.4%2C163.9%20L335.0%2C162.5%20L338.6%2C161.0%20L342.2%2C159.5%20L345.8%2C158.1%20L349.4%2C156.6%20L353.1%2C155.1%20L356.7%2C153.7%20L360.3%2C152.2%20L363.9%2C150.7%20L367.5%2C149.3%20L371.1%2C147.8%20L374.7%2C146.4%20L378.3%2C144.9%20L382.0%2C143.4%20L385.6%2C142.0%20L389.2%2C140.5%20L392.8%2C139.0%20L396.4%2C137.6%20L400.0%2C136.1%20L403.6%2C134.6%20L407.3%2C133.2%20L410.9%2C131.7%20L414.5%2C130.2%20L418.1%2C128.8%20L421.7%2C127.3%20L425.3%2C125.8%20L428.9%2C124.4%20L432.5%2C122.9%20L436.2%2C121.5%20L439.8%2C120.0%20L443.4%2C118.5%20L447.0%2C117.1%20L450.6%2C115.6%20L454.2%2C114.1%20L457.8%2C112.7%20L461.4%2C111.2%20L465.1%2C109.7%20L468.7%2C108.3%20L472.3%2C106.8%20L475.9%2C105.3%20L479.5%2C103.9%20L483.1%2C102.4%20L486.7%2C100.9%20L490.3%2C99.5%20L493.9%2C98.0%20L497.6%2C96.6%20L501.2%2C95.1%20L504.8%2C93.6%20L508.4%2C92.2%20L512.0%2C90.7%20L515.6%2C89.2%20L519.2%2C87.8%20L522.8%2C86.3%20L526.5%2C84.8%20L530.1%2C83.4%20L533.7%2C81.9%20L537.3%2C80.4%20L540.9%2C79.0%20L544.5%2C77.5%20L548.1%2C76.1%20L551.8%2C74.6%20L555.4%2C73.1%20L559.0%2C71.7%20L562.6%2C70.2%20L566.2%2C68.7%20L569.8%2C67.3%20L573.4%2C65.8%20L577.0%2C64.3%20L580.6%2C62.9%20L584.3%2C61.4%20L587.9%2C59.9%20L591.5%2C58.5%20L595.1%2C57.0%20L598.7%2C55.5%20L602.3%2C54.1%20L605.9%2C52.6%20L609.5%2C51.2%20L613.2%2C49.7%20L616.8%2C48.2%20L620.4%2C46.8%20L624.0%2C45.3%22%20fill%3D%22none%22%20stroke%3D%22var(--accent-strong%2C%237c3aed)%22%20stroke-width%3D%222.4%22%2F%3E%3Cline%20x1%3D%2246%22%20x2%3D%22624%22%20y1%3D%22306%22%20y2%3D%22306%22%20stroke%3D%22var(--text-faint%2C%2394a3b8)%22%20stroke-width%3D%221.2%22%2F%3E%3Ctext%20x%3D%22320%22%20y%3D%22334%22%20text-anchor%3D%22middle%22%20font-size%3D%2212%22%20fill%3D%22var(--text-muted%2C%2364748b)%22%3Eq%20%E2%80%94%20nhi%E1%BB%87t%20l%C6%B0%E1%BB%A3ng%20c%E1%BA%A5p%20v%C3%A0o%20(J)%3C%2Ftext%3E%3C%2Fsvg%3E)
Nhiệt dung và nhiệt dung riêng là hai đại lượng khác nhau.
Nhiệt dung của một vật là nhiệt lượng cần để cả vật đó tăng thêm , nên nó phụ thuộc vào lượng chất và có đơn vị ; ngược lại, nhiệt dung riêng (specific heat capacity) tính trên mỗi gam nên là một hằng số đặc trưng của chất, đơn vị . Quan hệ giữa chúng là , và chính vì vậy hai cốc nước cùng nhiệt độ nhưng khác khối lượng có cùng mà khác . Trong bài thi, dùng nhầm giá trị của nhiệt lượng kế vào công thức sẽ khiến khối lượng bị nhân hai lần và đáp số lệch hẳn thang.
Trong thí nghiệm nhiệt lượng kế, khối lượng phải là khối lượng của toàn bộ dung dịch.
Rất nhiều học sinh chỉ lấy khối lượng chất rắn đem hòa tan, hoặc chỉ lấy thể tích một trong hai dung dịch trộn với nhau. Thực chất thứ đổi nhiệt độ và hấp thụ nhiệt là cả khối dung dịch trong cốc, nên phải là tổng khối lượng của hỗn hợp sau khi trộn, còn thường được đề cho là vì dung dịch loãng gần như là nước. Nếu đề nói thêm rằng nhiệt lượng kế (calorimeter) cũng hấp thụ nhiệt, phải cộng thêm số hạng vào tổng nhiệt.
Dấu của phản ứng ngược dấu với dung dịch.
Khi nhiệt độ dung dịch tăng, dung dịch nhận nhiệt nên , và vì hệ được coi là cô lập nên phản ứng đã tỏa ra đúng chừng ấy nhiệt: . Học sinh hay bỏ quên dấu trừ này rồi kết luận một phản ứng làm nóng nước là thu nhiệt, và giám khảo trừ điểm ngay cả khi phần tính số hoàn toàn đúng. Vì vậy hãy viết rõ dấu trừ ra giấy chứ đừng chỉ nghĩ trong đầu.
Đổi từ độ Celsius sang Kelvin là việc thừa.
Một số bạn cẩn thận quá mức nên cộng vào nhiệt độ đầu và cuối rồi mới trừ, làm mất thời gian mà kết quả không đổi, bởi hai thang chỉ khác nhau ở gốc chứ độ chia thì bằng nhau. Do đó tính bằng và bằng có cùng trị số, và các giá trị nhiệt dung riêng cho sẵn cũng dùng được cho cả hai đơn vị. Chỉ khi bài liên quan tới định luật khí hoặc phương trình Arrhenius thì mới bắt buộc dùng Kelvin.
Quiz câu thật từ ngân hàng đề
Vài câu thật gắn đúng khái niệm này, chấm ngay kèm giải thích từng đáp án — hệ thống ghi nhớ bạn nắm tới đâu.
Biên soạn bởi DucklingStudy, bản quyền thuộc DucklingStudy. Xuất bản .
Dùng trong calorimetry khi biết khối lượng, nhiệt dung riêng, và độ thay đổi nhiệt độ để tính nhiệt lượng trao đổi.
Trong đó
Vì sao mang đúng cái tên này? Chữ "dung" trong tên gọi đến thẳng từ cách nói của Black: ông dùng chính từ "capacity" — khả năng chứa đựng — vì thời đó nhiệt được hình dung như một thứ vật chất mà mỗi vật có thể giữ được nhiều hay ít. Do đó chất nào cần nhiều nhiệt hơn để nóng lên cùng một độ thì được xem là có sức chứa lớn hơn, và tên gọi vẫn được giữ nguyên ngay cả khi quan niệm nhiệt là vật chất đã bị bác bỏ. Phần "riêng" trong nhiệt dung riêng có nguồn gốc khác: nó bắt chước cách đặt tên của khối lượng riêng (specific gravity), tức là tỉ số so với một chất chuẩn ở nhiệt độ chuẩn, chẳng hạn nước ở 15 °C. Vì vậy chữ "specific" hàm ý một đại lượng đã được quy về một đơn vị so sánh chung, và ngày nay ta vẫn có các biến thể theo mẫu số khác nhau như nhiệt dung mol (molar heat capacity).
Kéo khối lượng từng mẫu — nhìn đường nhiệt độ ngả thoải ra hay dựng đứng lên
Kéo tham số, thấy khái niệm chuyển động — mở khoá bằng tài khoản 0đ.
Luôn viết ra giấy trước khi thay số.
Câu tự luận yêu cầu trình bày phương pháp, nên một dãy số bấm máy không kèm công thức có thể mất điểm dù đáp án đúng. Hãy ghi rõ từng đại lượng cùng đơn vị, chẳng hạn , , , rồi mới ra . Nhờ đó giám khảo vẫn cho điểm phần thiết lập ngay cả khi bạn bấm máy sai ở bước cuối.
Khi đề hỏi enthalpy phản ứng, phải chia cho số mol chất phản ứng giới hạn (limiting reactant).
Giá trị tính từ nhiệt dung mới chỉ là nhiệt lượng của mẻ thí nghiệm đó, đơn vị joule; còn là đại lượng trên mỗi mol nên . Đừng quên đổi sang và giữ dấu âm cho phản ứng tỏa nhiệt, vì đây là hai chỗ mất điểm phổ biến nhất của cả câu.
Câu hỏi định tính về nhiệt dung thường xoay quanh ý chất có lớn thì nóng lên chậm.
Nếu đề cho hai chất nhận cùng một lượng nhiệt và hỏi chất nào biến thiên nhiệt độ nhiều hơn, hãy lập luận từ để thấy tỉ lệ nghịch với tích . Khi giải thích, nêu thẳng rằng nước cần nhiều năng lượng mới tăng được một độ vì liên kết hydrogen giữa các phân tử hấp thụ phần lớn năng lượng đó. Một câu lập luận có so sánh định lượng luôn ăn điểm chắc hơn câu chỉ nói "vì nước có nhiệt dung lớn".
Nước hấp thụ J, từ đó kim loại có nhiệt dung riêng 0.387 J/(g·K) và nhiệt dung mol 24.6 J/(mol·K) — các giá trị phù hợp với đồng. Nếu tính đến việc nhiệt lượng kế cũng hút nhiệt thì kết quả 0.387 J/(g·K) là một ước lượng thấp hơn giá trị thật.
Nhiệt lượng kế hấp thụ 22.7 kJ, tương ứng với năng lượng đốt cháy kJ/mol methanol. Bài toán không cần khối lượng nước vì giá trị 8.55 kJ/°C đã là nhiệt dung của cả hệ thiết bị, khác hẳn nhiệt dung riêng 4.18 J/(g·K) vốn phải nhân với khối lượng mới dùng được.