Chuong 9 can bang hoa hoc
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.64 MB, 27 trang )
Chương IX
CÂN BẰNG HÓA HỌC
Giảng viên: Nguyễn Minh Kha
•Phản ứng một chiều (pư hoàn toàn): = hay
Ví dụ - KClO3 (r) = KCl(r) + 3/2O2(k)
Phản ứng thuận nghịch (pư không hoàn toàn): ⇌
Ở cùng đk, pư xảy ra đồng thời theo hai chiều ngược
nhau
Ví dụ - H2 (k) + I2 (k)
⇌
2HI (k)
- pư trong thể tích 1 pha
HCl(dd) + NaOH(dd) = NaCl (dd) + H2O(l)
Phản ứng đồng thể
Phản ứng dị thể -pư diễn ra trên bề mặt phân chia pha
Zn (r) + 2HCl (dd) = ZnCl2(dd) + H2(k)
Phản ứng đơn giản - pư diễn ra qua 1 giai đoạn
(1 tác dụng cơ bản) Ví dụ: H2(k) + I2(k) = 2HI (k)
Phản ứng phức tạp – pư diễn ra qua nhiều giai đoạn
( nhiều tác dụng cơ bản)
Các giai đoạn : nối tiếp , song song, thuận nghịch…
Ví dụ
2N2O5 = 4NO2 + O2
Có hai giai đoạn:
N2O5 = N2O3 + O2
N2O5 + N2O3 = 4NO2
Định luật tác dụng khối lượng (M.Guldberg và P. Waage )
Ở nhiệt độ không đổi, pư đồng thể, đơn giản:
aA + bB = cC + dD
Tốc độ phản ứng :
v = k.CaA.CbB
Định luật tác dụng khối lượng của Guldbergwaage nghiệm đúng cho các pư đơn giản và cho
từng tác dụng cơ bản của pư phức tạp.
Cân bằng hóa học
Phản ứng của hệ khí lý tưởng (pư đơn giản ):
aA (k) + bB(k)
=0
C0A
CA
⇌
C0B
CB
vt = vn (CA)cb=const
G=0 (PA)cb=const
cC(k)
0
Cc
+
dD(k)
0 (mol/l )
CD
(CB)cb=const (Cc)cb=const (CD)cb =const
(PB)cb=const (PC)cb=const (PD)cb =const
v
vt k t C C
a
A
vt
vt = vn
vn k n C C
c
C
vn
0
cb
b
B
d
D
Nhận xét về trạng thái cân bằng hoá học
Trạng thái cbhh là trạng thái cân bằng động.
Trạng thái cân bằng ứng với Gpư= 0 .
Dấu hiệu của trạng thái cân bằng hoá học:
Tính bất biến theo thời gian
Tính linh động
Tính hai chiều.
(A’=0)
Hằng số cân bằng cho phản ứng đồng thể
Hệ khí lý tưởng
aA(k) + bB(k) ⇌ cC(k) + dD(k) (pư đơn giản )
Khi trạng thái đạt cân bằng:
k t . C
a
A
vt = vn
cb . C cb k n . C cb . C cb
b
B
c
C
d
D
kt
CcC CdD
KC
a b
kn
CA CB
cb
K – hằng số ở nhiệt độ xác định: hằng số cân bằng.
Kp
pcC p dD
paA p bB
c
d
CC RT CD RT
cb
cb
a
b
CA RT CBRT
K p KC RT
n
CcCCdD
CaA CbB
cb RT
c d a b
Xác định K
2 NOCl(K)
2 NO(k) + Cl2(k)
[NOCl]
[NO] [Cl2]
Ban đầu
Phản ứng
Cân bằng
2.00
[NO]2[Cl2 ]
[NOCl]2
0
+0.33
- 0.66
1.34
K
K
0
+0.66
0.66
0.33
[NO]2[Cl2 ]
[NOCl]2
=
(0.66) 2 (0.33)
(1.34)2
= 0.080
Hằng số cân bằng cho phản ứng đồng thể
(Dung dịch lỏng , loãng)
aA(dd) + bB(dd) ⇌ cC(dd) + dD(dd)
KC
CCc CDd
C Aa CBb
cb
Phản ứng dị pha
CaCO3(r) ⇌ CaO(r) + CO2(k)
Kp
p CaO p CO2
p CaCO3
K P K c RT
cb
K p Kp
p CaCO3
p CaO
p CO2
cb
K c CCO2
Trong biểu thức của hằng số cân bằng K không xuất
hiện các thành phần sau: chất rắn nguyên chất,
chất lỏng nguyên chất, dung môi.
cb
Mg(OH)2(r) ⇌ Mg2+(dd) +
2OH-(dd)
K = [Mg2+]cb .[OH-]2cb = T Mg(OH)2 - Tích số tan
CH3COOH(dd) + H2O ⇌ CH3COO- (dd) + H3O+
H O CH COO
Ka
3
3
CH3COOH
Hằng số điện ly của axit
NH4OH (dd) ⇌ NH4+ (dd) + OH-(dd)
Kb
NH OH
4
NH4OH
Hằng số điện ly của baze
CH3COONa (dd) + 2H2O ⇌ CH3COOH(dd)+NaOH(dd)
CH3COO- (dd) + 2H2O ⇌ CH3COOH (dd) + OH- (dd)
Kt
CH 3COOH OH
CH COO
3
Hằng số thuỷ phân
Viết biểu thức hằng số cân bằng
S(r) + O2(k)
SO2(k)
Kp
PSO2
KC
CSO2
PO2
CO2
KP = KC
cb
cb
S(r) + O2(k)
SO2(k) +1/2 O2(k)
S(r) + 3/2 O2(k)
K3
SO3 cb
O
3
2
2 cb
SO2(k) K1 = [SO2] / [O2]
SO3(k)K2 = [SO3] / [SO2][O2]1/2
SO3(k) K3 = ????
SO3 cb
SO2
.
K1.K 2
1
O
SO
2
2
2
cb
O
2 cb
Thay đổi hệ số tỉ lượng
S(r) + 3/2 O2(k)
SO3(k)
2 S(r) + 3 O2(k)
2 SO3(k)
K1
K2
SO3 cb
O
3
2
2 cb
SO
2
3 cb
O
3
2 cb
K2 = K12
Đổi chiều phản ứng
S(r) + O2(k)
SO2(k)
SO2(k)
S(r) + O2(k)
K1
SO2 cb
O
2 cb
K2
O2 cb
SO
2 cb
Kthuận = 1/Knghịch
1
K1
Quan hệ giữa hằng số cân bằng và G
Phản ứng dị pha : aA + bB
⇌
cC
+
dD
Q
GT G RT ln Q RT ln
K
0
T
C D
Q a b
A B
c
d
C D
K Q cb a b
A B cb
c
Chất khí lý tưởng [] → P (atm)/P0(1atm)
Dung dịch loãng [] → C (mol/l)/C0(1mol/l)
Rắn nc, lỏng nc, dung môi (H2O) → 1
d
Quan hệ giữa hằng số cân bằng và G
PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ
aA + bB ⇌ cC + dD
Khí lý tưởng
p cC p dD
Qc
QP
0
G T G RT ln a b G T RT ln Q P RT ln
RT ln
KP
Kc
pA pB
0
T
Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng: GT = 0
pCc pDd
G RT ln a b RT ln K p
p A pB cb
0
T
Dungdịch
lỏng,loãng
CcCCdD
Qc
0
G T G RT ln a b G T RT ln Qc RT ln
Kc
CA CB
0
T
Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng: GT = 0
c
d
C
C
GT0 RT ln Ca Db
C AC B
Kp = f(bc pư, T)
RT ln K C
cb
Kp f(C)
Q
G T RT ln
K
Nếu Q < K → G < 0 → phản ứng xảy ra theo chiều thuận
Nếu Q > K → G > 0 → phản ứng xảy ra theo chiều nghịch
Nếu Q = K → G = 0 → hệ đạt trạng thái cân bằng
Ví dụ : Tính hằng số cân bằng của phản ứng:
2 NO2(k)
↔
N2O4(k)
0
0
ở 298K khi biết H 298
58
,
040
kJ
và
S
pu
298pu 176,6 J / K
Giải:
0
0
G298
H 298
TS 2980 - 58040 298 176,6 -5412.3J
G 0
5412,3
ln K p
2,185
RT
8,314 298
Kp
p N 2 O4
p
2
NO2
8,9
NHẬN XÉT về Kp và Kc
Là hằng số ở nhiệt độ nhất định, chỉ phụ thuộc vào
bản chất pư và nhiệt độ, chứ không phụ thuộc vào
nồng độ hoặc áp suất riêng phần của chất pư
Phụ thuộc vào cách thiết lập các hệ số trong ptpư.
Hằng số cân bằng Kp ,Kc không có thứ nguyên.
Hằng
phụ
thuộc
Hằng số
số cân
cân bằng
bằng không
có giá trị
càng
lớnvào
thì chất
hiệu xúc
suấttác
pư
càng cao.
Quan hệ của Kp với nhiệt độ và nhiệt phản ứng
Go H o TS o
G o RT ln K p
ln K 1
ln K 2
H 0
S 0
RT1
R
H 0
S 0
RT2
R
K 2 H 0 1 1
ln
K1
R T1 T2
Ví dụ
NO(k) + ½ O2(k) ⇌ NO2(k)
Tính Kp ở 3250C?
Biết: H0 = -56,484kJ và Kp = 1,3.106 ở 250C
K 598
ln
K 298
H 0 1
1
÷
÷
R T298 T598
K 598
56484 1
1
÷ 11,437
ln
6
8,314 298 598
1,3.10
ln K 325 2.64
K 325 14.02
Nguyên lý chuyển dịch cân bằng Le Chatelier
Henri LeChâtelier (1850-1936)
Phát biểu: Một hệ đang ở
trạng thái cân bằng mà ta
thay đổi một trong các thông
số trạng thái của hệ (nồng độ,
nhiệt độ, áp suất) thì cân
bằng sẽ dịch chuyển theo
chiều có tác dụng chống lại
sự thay đổi đó.
n =0 áp suất chung không ảnh hưởng đến trạng thái cân bằng.
N2(k) + 3H2(k) ⇌ 2NH3(k) ; H<0
[N2] ↑
cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận
[NH3] ↓
P↑
T↓
cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận
cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận
cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận
