›
›

Bài giảng Hóa đại cương - Chương 9: Cân bằng hóa học

pdf 28 trang Hùng Dũng 05/01/2024 710
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Hóa đại cương - Chương 9: Cân bằng hóa học", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_hoa_dai_cuong_chuong_9_can_bang_hoa_hoc.pdf

Nội dung text: Bài giảng Hóa đại cương - Chương 9: Cân bằng hóa học

  1. Chöông 9 CAÂN BAÈNG HOÙA HOÏC CuuDuongThanCong.com
  2. PHAÛN ÖÙNG THUAÄN NGHÒCH TRAÏNG THAÙI CAÂN BAÈNG Khaùi nieäm phaûn öùng thuaän nghòch • Phaûn öùng thuaän nghòch laø phaûn öùng xaûy ra theo hai chieàu: Taïo saûn phaåm vaø saûn phaåm phaân huûy thaønh taùc chaát. Thöïc teá, ña soá ñeàu laø phaûn öùng thuaän nghòch. • Ñaëc ñieåm laø bao giôø trong heä cuõng cuøng toàn taïi taùc chaát vaø saûn phaåm. CuuDuongThanCong.com
  3. • Xeùt chaát khoâng maøu khi laøm laïnh N2O4. ÔÛ nhieät ñoä phoøng noù bò phaân huûy thaønh NO2 maøu naâu: N2O4(k) 2NO2(k) (khi t taêng) • Sau moät thôøi gian, maøu ngöøng thay ñoåi vaø ta coù hoãn hôïp cuûa N2O4 vaø NO2. • Caân baèng hoùa hoïc cuûa moät heä xaùc ñònh laø ñieåm maø taïi ñoù noàng ñoä cuûa taát caû caùc caáu töû khoâng ñoåi nöõa. • Caân baèng hoùa hoïc xaûy ra khi phaûn öùng thuaän vaø phaûn öùng nghòch baèng nhau veà toác ñoä phaûn öùng. CuuDuongThanCong.com
  4. • Söû duïng moâ hình töông taùc cho caân baèng hoùa hoïc: • Luùc baét ñaàu phaûn öùng, khoâng coù phaân töû NO2 naøo phaûn öùng ngöôïc laïi (2NO2(k) N2O4(k)). • Chæ coù saûn phaåm NO2 ñöôïc taïo thaønh. • Khi löôïng NO2 ñuû lôùn, baét ñaàu coù söï taïo thaønh N2O4 töø 2 phaân töû NO2 töông taùc vôùi nhau. • Töùc laø phaûn öùng nghòch seõ xaûy ra vaø gia taêng toác ñoä theo söï gia taêng saûn phaåm taïo thaønh. CuuDuongThanCong.com
  5. Caân baèng ñoäng hoïc • Ñieåm maø taïi ñoù toác ñoä cuûa söï phaân huûy: N2O4(k) 2NO2(k) baèng vôùi toác ñoä cuûa söï nhò hôïp (dimerization): 2NO2(g) N2O4(g). laø caân baèng ñoäng hoïc. • Goïi laø caân baèng ñoäng laø bôûi vì phaûn öùng thöïc teá khoâng döøng laïi, chæ coù ñieàu toác ñoä phaûn öùng thuaän baèng toác ñoä phaûn öùng nghòch. CuuDuongThanCong.com
  6. • Khi ñaït caân baèng, cöù bao nhieâu N2O4 phaân huûy taïo NO2 thì cuõng coù baáy nhieâu NO2 phaûn öùng taïo N2O4: N2O4(g) 2NO2(g) • Muõi teân ñoâi chöùng toû caân baèng ñoäng. A B Phaûn öùng thuaän: A B VT = kT[A] Phaûn öùng nghòch: B A VN = kN[B] • Taïi caân baèng kT[A] = kN[B], hoãn hôïp phaûn öùng luùc naøy goïi laø hoãn hôïp caân baèng. CuuDuongThanCong.com
  7. N2(k) + 3H2 (k) 2NH3 (k) 2NH3 (k) N2(k) + 3H2 (k) Duø ñi töø phía naøo ñeå ñeán traïng thaùi caân baèng thì traïng thaùi naøy cuõng chæ laø moät maø thoâi. Caân baèng bò chuyeån dòch neáu taùc ñoäng vaøo heä. Ñieàu kieän traïng thaùi caân baèng G = 0. CuuDuongThanCong.com
  8. HAÈNG SOÁ CAÂN BAÈNG • Cho phaûn öùng toång quaùt trong pha khí: aA (k) + bB (k) cC (k) + dD (k) Vaän toác phaûn öùng: a b VT = kTP AP B c d VN = kNP CP D, PX laø aùp suaát rieâng phaàn cuûa chaát X, xaùc ñònh theo ñònh luaät Dalton. Khi VT = VN, phaûn öùng ñaït caân baèng, ruùt ra: CuuDuongThanCong.com
  9. c d k P P T C D K a b k N P A PB Haèng soá caân baèng, phuï thuoäc baûn chaát phaûn öùng, nhieät ñoä vaø khoâng phuï thuoäc noàng ñoä. Vôùi moät phaûn öùng trong dung dòch: c d C C K C D a b C A C B Trong ñoù CX laø hoaït ñoä (hay noàng ñoä trong dung dòch loaõng) cuûa chaát X. CuuDuongThanCong.com
  10. Ñònh luaät taùc duïng khoái löôïng – “Khi moät heä ñoàng theå ñaït ñeán caân baèng thì tích noàng ñoä cuûa caùc saûn phaåm phaûn öùng chia tích noàng ñoä caùc chaát phaûn öùng - vôùi soá muõ töông öùng laø heä soá tæ löôïng – luoân laø moät haèng soá ôû ñieàu kieän nhieät ñoä nhaát ñònh.” CuuDuongThanCong.com
  11. • Lieân heä giöõa KP vaø KC: – Trong moät phaûn öùng ôû pha khí, lieân heä naøy ñöôïc dieãn taû nhö sau: – Vì PV = nRT – P = (n/V)RT = CRT (Vì n/V =C, noàng ñoä mol/lit). – Thay vaøo bieåu thöùc tính KP beân treân, ta coù: n KP = KC(RT) – n = (c+d)-(a+b), chæ aùp duïng cho caùc chaát khí. CuuDuongThanCong.com
  12. Tính chaát cuûa haèng soá caân baèng • K döïa treân aùp suaát rieâng phaàn cuûa khí, hoaït ñoä (hay noàng ñoä mol) cuûa taùc chaát vaø saûn phaåm taïi vò trí caân baèng. • K coù thöù nguyeân, nhöng thöôøng thì bò boû qua. • Haèng soá caân baèng dieãn taû tæ leä saûn phaåm so vôùi taùc chaát. • K>>1 töùc laø saûn phaåm chieám öu theá. • K<<1 töùc laø taùc chaát chieám öu theá. CuuDuongThanCong.com
  13. • Haèng soá caân baèng theo chieàu thuaän baèng nghòch ñaûo haèng soá caân baèng theo chieàu nghòch. • Ví duï phaûn öùng N2O4(g) 2NO2(g) coù haèng soá caân baèng taïi 1 ñieàu kieän naøo ñoù laø: P2 NO2 Keq = = 6.46 P N2O4 • Thì haèng soá caân baèng cuûa phaûn öùng theo chieàu nghòch laïi laø: 2NO2(g) N2O4(g) P N2O4 1 Keq = = 0.155 = P2 6.46 NO2 CuuDuongThanCong.com
  14. • Haèng soá caân baèng boäi: 2 PNO • Ví duï phaûn öùng: K 2 N2O4(g) 2NO2(g) P N 2 O 4 4 PNO K 2 Thì phaûn öùng: 2N2O4(g) 4NO2(g) 2 P N 2 O 4 laø bình phöông cuûa haèng soá caân baèng ôû treân. Quy öôùc: Khi vieát haèng soá caân baèng thì vieát cho nhöõng töông taùc nguyeân ñôn giaûn nhaát. Töùc laø vieát cho caùc heä soá tæ löôïng toái giaûn. CuuDuongThanCong.com
  15. CAÂN BAÈNG DÒ THEÅ • Khi caùc taùc chaát vaø saûn phaåm cuøng pha ta coù caân baèng ñoàng theå. • Neáu moät hay nhieàu taùc chaát hoaëc saûn phaåm ôû pha khaùc nhau ta coù caân baèng dò theå. • Xeùt phaûn öùng: CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) – Thöïc nghieäm cho thaáy löôïng CO2 khoâng phuï thuoäc vaøo löôïng CaO vaø CaCO3. CuuDuongThanCong.com
  16. • Noàng ñoä cuûa chaát raén Cr vaø chaát loûng tinh khieát baèng tæ troïng d [m/V] chia cho khoái löôïng mol mM[m/mol]. Cr = d/mM, [m/V]/[m/mol] = [mol/V] • Caû d vaø mM ñeàu khoâng ñoåi Noàng ñoä chaát raén vaø loûng tinh khieát laø haèng soá. • Vôùi phaûn öùng phaân huyû CaCO3: [CaO] Keq = «[CO2] = constant «[CO2] [CaCO3] • Keq/const baây giôø ñaët baèng K, vaäy KC = [CO2] hay duøng lieân heä KC vaø KP, ta coù KP = P[CO2]. CuuDuongThanCong.com
  17. CAÙC VÍ DUÏ TÍNH K • Ôû 472 o, hoãn hôïp taïi caân baèng cuûa phaûn öùng döôùi ñaây coù 0.1207 M H2, 0.0402 M N2, vaø 0.00272 M NH3. Tính haèng soá caân baèng KC vaø KP. N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) 2 3 Ta coù KC = [NH3] /([N2].[H2] ) ÔÛ ñaây caùc khí naèm trong cuøng moät bình phaûn öùng neân tæ leä noàng ñoä cuõng laø tæ leä soá mol. n Duøng lieân heä KP = KC(RT) ñeå tính KP. CuuDuongThanCong.com
  18. Baøi 1: Khí HI ñöôïc cho vaøo bình kín ôû 425 oC, phaûn öùng phaân huyû xaûy ra nhö sau: 2HI (k) H2(k) + I2(k). -3 -4 a/ Luùc caân baèng, ta coù [HI] = 3.35*10 M; [H2] = 4.79*10 M; -4 [I2] = 4.79*10 M. Tính KC vaø KP ôû nhieät ñoä naøy. b/ Tính noàng ñoä ban ñaàu cuûa HI. Baøi 2: Moät hoãn hôïp 0.1 mol NO, 0.05 mol H2, vaø 0.05 mol hôi H2O ñöôïc cho vaøo bình 1 lit. Caân baèng sau ñaáy ñöôïc thieát laäp: 2NO(g) + 2H2(g) N2(g) + 2H2O(k) • Tính K, bieát luùc caân baèng coù 0.05 mol NO trong hoãn hôïp. CuuDuongThanCong.com
  19. Baøi 3:Moät hoãn hôïp 5.10-3 mol H2 vaø 1.10-2 mol I2 ñöôïc cho vaøo bình 5 lít ôû 448 oC vaø ñeå ñaït ñeán caân baèng. Luùc ñoù noàng ñoä HI laø 1.87 x 10-3 M. Tính K ôû 448 oC cho phaûn öùng H2(g) + I2(g) 2HI(g) Baøi 4: Moät löôïng vöøa ñuû NH3 hoøa tan vaøo 5 lit nöôùc ôû 25 oC ñeå coù theå taïo thaønh dung dòch 0.0124 M. Dung dòch sau ñaáy ñeå ñaït ñeán caân baèng. Trong dung dòch luùc naøy coù noàng ñoä OH- laø 4.64 x 10-4M. Tính K cuûa phaûn öùng sau ôû 25 oC. + - • NH3(k) + H2O(l) NH4 (dd) + OH (dd) CuuDuongThanCong.com
  20. Lieân heä K vaø G 0 0 0 G H T S RT ln K P 2 .303 RT lg K P • Bieåu thöùc naøy chæ söû duïng chính xaùc ñoái vôùi KP, coøn KC chæ ñuùng khi n = 0 hoaëc phaûn öùng trong dung dòch. • Ta coù: 0 0 0 0 G RT ln K , vaø G H T S 0 0 RT ln K H T S CuuDuongThanCong.com
  21. 0 0 H S ln K RT R • Vôùi K1 vaø K2 öùng vôùi T1 vaø T2, ta coù: 0 0 H H ln K 1 ln K 2 RT 1 RT 2 0 K H 1 1 lg 2 K 1 4 .576 T 2 T 1 • Töø ñaây seõ tính ñöôïc KT neáu bieát K ôû moät nhieät ñoä bieát tröôùc. CuuDuongThanCong.com
  22. CHUYEÅN DÒCH CAÂN BAÈNG NGUYEÂN LYÙ LE CHATELIER • Nguyeân lyù Le Chatelier – “Khi taùc duïng töø ngoaøi vaøo heä caân baèng baèng caùch thay ñoåi moät ñieàu kieän naøo ñoù aûnh höôûng ñeán vò trí caân baèng, thì vò trí caân baèng cuûa heä seõ dòch chuyeån veà phía laøm giaûm hieäu quaû taùc duïng ñoù.” 1850 - 1936 CuuDuongThanCong.com
  23. AÛnh höôûng cuûa noàng ñoä • Ví duï: Xeùt phaûn öùng H2 (k) + I2 (k) 2HI (k) Khi caân baèng a b c (mol/l) 2 Ta coù kT.ab = kN.c (VT = VN) Giaû söû taêng noàng ñoä H2 leân 2 laàn 2a, baây giôø toác ñoä phaûn öùng thuaän laø V’T = kT.2ab > VT V’T>VN • Chieàu thuaän laø chieàu chuyeån dòch cuûa phaûn öùng laøm giaûm H2 theâm vaøo (choáng laïi söï thay ñoåi noàng ñoä). • Keát luaän:Vaäy khi taêng noàng ñoä moät chaát khi heä ñaït caân baèng, heä seõ dòch chuyeån theo chieàu laøm giaûm noàng ñoä chaát ñoù (vaø thieát laäp caân baèng môùi). CuuDuongThanCong.com
  24. AÛnh höôûng cuûa aùp suaát • Ñoái vôùi heä phaûn öùng coù chaát khí vaø ñieàu kieän n (k) 0. Xeùt heä N2 (k) + 3H2 (k) 2NH3 (k) Khi caân baèng a b c (atm) 3 2 kTab = kNc , ôû t = const. Giaû söû ta neùn heä ñeå taêng aùp suaát toång leân 2 laàn, töùc laø aùp suaát rieâng phaàn caùc khí taêng leân 2 laàn. CuuDuongThanCong.com
  25. Ta coù: 2 2 V’N = kN(2c) = 4kNc = 4VN. 3 3 V’T = kT(2a)(2b) = 16kNab = 16VT. Maø VT=VN V’T > V’N, hay phaûn öùng dòch chuyeån theo chieàu thuaän. Keát luaän: Caân baèng chuyeån dòch theo chieàu thuaän, töùc laø chieàu laøm giaûm soá mol khí cuûa heä ñeå laøm giaûm suaát heä. CuuDuongThanCong.com
  26. AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä • Xeùt moät phaûn öùng khi ñaït caân baèng, ta coù: G0 = -RTlnK = -4.576TlgK = H0 - T S0 . Töø ñoù: 0 0 H S K 10 4 .576 T 10 4 .576 CuuDuongThanCong.com
  27. Phaûn öùng phaùt nhieät H 0. • Luùc naøy T taêng thì K taêng neân phaûn öùng chuyeån theo chieàu thuaän töùc laø chieàu thu nhieät, laøm giaûm nhieät ñi. Keát luaän: Khi heä ñaït caân baèng, neáu taêng (hay giaûm) nhieät ñoä cuûa heä thì heä seõ dòch chuyeån theo chieàu laøm giaûm (hay taêng) nhieät ñoä. CuuDuongThanCong.com
  28. AÛnh höôûng cuûa xuùc taùc • Xuùc taùc seõ laøm giaûm naêng löôïng hoaït hoùa cuûa phaûn öùng. • Do ñoù xuùc taùc seõ laøm giaûm thôøi gian ñaït ñöôïc caân baèng. • Xuùc taùc khoâng laøm aûnh höôûng ñeán thaønh phaàn vaø tæ leä caùc caáu töû khi ñaït caân baèng. CuuDuongThanCong.com