Bài giảng Hóa học đại cương: Chương 2 - Động học và cân bằng

Bài giảng Hóa học đại cương: Chương 2 - Động học và cân bằng trình bày các nội dung kiến thức về: Khái niệm; Điều kiện động học để phản ứng; Các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng; Cân bằng hóa học; Hằng số cân bằng và phương; Sự chuyển dịch cân bằng và các yếu tố ảnh hưởng;... Mời các bạn cùng tham khảo bài giảng tại đây.

lOMoARcPSD|16991370 CHƯƠNG II: ĐỘNG HỌC VÀ CÂN BẰNG A ĐỘNG HỌC I Khái niệm 1.Tốc độ phản ứng: - Là đại lượng xác định biến thiên nồng độ đơn vị thời gian C2  C1 C v v t2  t1 t Dấu “+”: Tính tốc độ phản ứng theo chất sản phẩm Dấu “-”: Tính tốc độ phản ứng theo chất phản ứng - Đơn vị: mol/l.phút; mol/l.s; mol/l.h Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen (Kimphuongrio@gmail.com) lOMoARcPSD|16991370 2.Pha - Là phần đồng thể hệ có tính chất lý học hóa học - Dấu hiệu nhân biết pha: “Giữa pha có bề mặt phân chia” 3.Phản ứng đồng thể, phản ứng dị thể a.Phản ứng đồng thể - Là phản ứng mà chất thuộc pha b.Phản ứng dị thể - Là phản ứng có từ pha trở lên VD: N2(k) + 3H2(k) → 2NH3(k) Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen (Kimphuongrio@gmail.com) Phản ứng đồng thể lOMoARcPSD|16991370 Fe(r) + HCl(L)  FeCl2 (L) + H2(k) NaOH(L) + HCl(L)  NaCl (L) +H2O(L) Phản ứng dị thể Phản ứng đồng thể II.Điều kiện động học để phản ứng 1.Va chạm - Để xảy phản ứng phân tử phải va chạm với cho liên kết cũ bị phá vỡ liên kết tạo thành VD: H2 + Cl2  2HCl Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen (Kimphuongrio@gmail.com) lOMoARcPSD|16991370 CO + Cl2  COCl2 tỉ va chạm thu phân tử COCl2 -Va chạm có hiệu quả: Là va chạm thu sản phẩm - Gọi Z: Là tổng số va chạm Vpu ~ Z 2.Phân tử hoạt động hóa (N*) - Là phân tử chuyển động với động lớn ε* (ε*> εTB) Đặt Δε*= ε*- εTB (Tính cho phân tử) ΔE*= E*- ETB (Tính cho mol chất) Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen (Kimphuongrio@gmail.com) lOMoARcPSD|16991370 ΔE*: Gọi lượng hoạt hóa - Năng lượng hoạt hóa : “là lượng cần thiết để đưa mol chất từ trạng thái trung bình lên trạng thái hoạt động” N* E* ΔE* ETB < ETB ΔE* Vphản ứng Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen (Kimphuongrio@gmail.com) lOMoARcPSD|16991370 Định luật Boltzmann Gọi N: Tổng số phân tử Gọi N*: Số phân tử hoạt động hóa N =e N * Vậy Vphản ứng ΔE*  RT ΔE N  ~ ~ RT e N * * Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen (Kimphuongrio@gmail.com) lOMoARcPSD|16991370 CH3COOH* + *HO-CH2CH3 CH3COOCH2CH3 + H2O (1) CH3COOH* + *HOC(CH3)3 CH3COOC(CH3)3 + H2O (2) Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen (Kimphuongrio@gmail.com) lOMoARcPSD|16991370 Yếu tố không gian Gọi W: Tổng số hướng va chạm Gọi W*: Tổng số hướng va chạm thuận lợi Đặt W P= W * (P: Thừa số xác suất) Vậy Vphản ứng ~ P * Kết luận T Vphản ứng ~ Z ~ P ~ e V phụ thuộc: ΔE *  RT Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen (Kimphuongrio@gmail.com) C Xúc tác lOMoARcPSD|16991370 III.Các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng 1.Nồng độ a.Phản ứng đồng thể *Phương trình động học : TQ: aA(k) + bB(k) → v  k C C n A c C(k) m B + k: số tốc độ phản ứng (chỉ phụ thuộc vào T) + CA ; CB: Nồng độ mol/l chất A, chất B + (n+m): Bậc phản ứng Nếu n=a; m=b: phản ứng gọi phản ứng đơn giản Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen (Kimphuongrio@gmail.com) lOMoARcPSD|16991370 VD: N2(k) + 3H2(k) → v  k C C N2 2NH3(k) H2 b.Phản ứng dị thể VD: 3CO(k) + Fe2O3(r)  Fe(r) + 3CO2(k) v  k C C CO Fe2 O3 Chấp nhận nồng độ chất rắn số v  k C ' CO 10 Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen (Kimphuongrio@gmail.com) lOMoARcPSD|16991370 Bài (150 100 ) v 150 t 100 = =  10 v 100 t 150 0 0 (150 100 ) t 100 10 =2 2 16 t 100  16.2  512(phut) ( 200 150 ) v 200 t 150 = = 10 v 150 t 200 t 200 0 0 16   0, 5(phut) Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen (Kimphuongrio@gmail.com) 17 lOMoARcPSD|16991370 Bài v 30 k 30 =e  v5 k5 0 E *  1      R  30  273  273  v 30 =e v5 43,05.10  1      ,314  30  273  273   4, 65 18 Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen (Kimphuongrio@gmail.com) lOMoARcPSD|16991370 B CÂN BẰNG HÓA HỌC I.Phản ứng thuận nghịch aA + bB ฀ dD + eE Chiều thuận: aA + bB  dD + eE Chiều nghịch: dD + eE  aA + bB *Đặc điểm phản ứng thuận nghịch - Hiệu suất < 100% -Tồn thời điểm mà nồng độ chất khơng đổi Cân hóa học Cân hóa học cân động Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen (Kimphuongrio@gmail.com) 19 lOMoARcPSD|16991370 II.Hằng số cân phương trình đẳng nhiệt VanHop 1.Hằng số cân a.Phản ứng đồng thể aA + bB ฀ dD + eE Theo định luật tác dụng khối lượng Vt =k t C C b B Vn =k n C C e E a A d D (kt: Hằng số tốc phản ứng thuận) (kn: Hằng số tốc phản ứng nghịch) - Ban đầu: Vt > Vn - Quá trình phản ứng : Vt - Khi Vt = Vn Cân hóa học Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen (Kimphuongrio@gmail.com) Vn 20 lOMoARcPSD|16991370 k t C C = k n C C a A b B d D kt C C = kn C C d D a A Đặt kt KC  kn e E e E b B (Tại CB kí hiệu C=[ ]) [D] [E] KC  a b [A] [B] d e (KC: Hằng sô cân nồng độ; phụ thuộc T mà không phụ thuộc nồng độ) Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen (Kimphuongrio@gmail.com) 21 lOMoARcPSD|16991370 *Nếu phản ứng đồng thể pha khí aA (k) + bB(k) ฀ dD(k) + eE (k) P P KP= P P d D a A e E b B - KP: Hằng số cân áp suất - PD: Áp suất chất D thời điểm cân - PE: Áp suất chất E thời điểm cân - PA: Áp suất chất A thời điểm cân - PB: Áp suất chất B thời điểm cân Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen (Kimphuongrio@gmail.com) 22 lOMoARcPSD|16991370 *Mối liên hệ KP KC n.RT P=  C.RT V Ta có: n i RT Pi =  [i].RT V Hay CB: P P KP= P P d D a A e E b B [D] (RT) [E] (RT) KP = a a b b [A] (RT) [B] (RT) d d K P =K C (RT) e e (d+e)- (a+ b) 23 Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen (Kimphuongrio@gmail.com) lOMoARcPSD|16991370 b.Phản ứng dị thể (Coi Crắn= const) VD: 3CO(k) + Fe2O3(r) ↔ Fe(r) + 3CO2(k) [CO ]3 KC  [CO] 2.Phương trình đẳng nhiệt VanHop (Mối liên hệ ΔG Kp) Gi - Gi0 = RT.lnPi aA (k) + bB(k) ฀ dD(k) + eE (k) G  dG D  eG E  aG A  bG B Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen (Kimphuongrio@gmail.com) 24 lOMoARcPSD|16991370 G  d(G  RT ln PD )  e(G  RT ln PE ) a(G  RT ln PA )  b(G  RT ln PB ) D A E B G  (dG0D  eG0E  aG0A  bG0B )  RTlnP  RTlnP  RTlnP  RTlnP d D e E a A b B P P G  G  RT.ln P P d D a A Khi cân bằng: e E b B G  G0  RT.lnKp Phương trình đẳng nhiệt VanHop Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen (Kimphuongrio@gmail.com) 25 lOMoARcPSD|16991370 III.Sự chuyển dịch cân yếu tố ảnh hưởng 1.Sự chuyển dịch cân 2.Các yếu tố ảnh hưởng tới chuyển dịch cân a.Nhiệt độ ΔG = ΔH - T.ΔS  (G ) ' G T    S T Nếu xét lân cận thời điểm CB ΔG ~ G  H  T.S  H S  T Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen (Kimphuongrio@gmail.com) 26 lOMoARcPSD|16991370 H G   T ' T G 'T  *ΔH > (phản ứng thu nhiệt) Khi T tăng ΔG giảm ΔGqt=ΔG2 – ΔG1< Khi T tăng phản ứng tự xảy chiều thuận Khi T tăng cân chuyển dịch theo chiều thuận (chiều thu nhiệt) *ΔH < (phản ứng tỏa nhiệt) Khi T tăng ΔG tăng  G 'T  ΔGqt=ΔG2 – ΔG1> Khi T tăng phản ứng tự xảy chiều nghịch Khi T tăng cân chuyển dịch theo chiều nghịch 27 (chiều thu nhiệt) Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen (Kimphuongrio@gmail.com) lOMoARcPSD|16991370 b.Áp suất ΔG = ΔH - TΔS ΔG = ΔU + pΔV - TΔS  (G ) G   V P ' P ΔV: Biến thiên thể tích ΔV ~ Δn Δn: Biến thiên số mol khí *ΔV > G 'P  Khi P tăng ΔG tăng ΔGqt=ΔG2 –ΔG1 > P tăng phản ứng chuyển dịch theo chiều nghịch 28 Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen (Kimphuongrio@gmail.com) lOMoARcPSD|16991370 *ΔV < G 'P  Khi P tăng ΔG giảm ΔGqt=ΔG2–ΔG1< P tăng phản ứng chuyển dịch theo chiều thuận *ΔV = G 'P  ΔG không phụ thuộc vào áp suất áp suất không ảnh hưởng tới chuyển dịch cân Δn= - -1 = -2 VD1: N2(k) + 3H2 (k) ↔ 2NH3(k) Tăng P cân chuyển dịch theo ΔV < chiều thuận 29 VD2: 3CO(k) + Fe2O3(r) ↔ Fe(r) + 3CO2(k) Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen (Kimphuongrio@gmail.com) lOMoARcPSD|16991370 c.Nồng độ aA (k) + bB (k) ฀ dD (k) + eE (k) [D] [E] KC  a b [A] [B] d - Thêm chất A e CA tăng lên Để KC khơng đổi nồng độ D, E tăng lên nồng độ A, B giảm xuống Cân chuyển dịch theo chiều thuận (Tức chiều làm giảm nồng độ chất A) 30 Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen (Kimphuongrio@gmail.com) lOMoARcPSD|16991370 3.Nguyên lý chuyển dịch cân Lơ Chatolie “Khi thay đổi yếu tố T, C P cân chuyển dịch theo chiều chống lại sư thay đổi đó” 31 Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen (Kimphuongrio@gmail.com) ... thuộc vào áp suất áp suất không ảnh hưởng tới chuyển dịch cân Δn= - -1 = -2 VD1: N2(k) + 3H2 (k) ↔ 2NH3(k) Tăng P cân chuyển dịch theo ΔV < chiều thuận 29 VD2: 3CO(k) + Fe2O3(r) ↔ Fe(r) + 3CO2(k)... D a A e E b B - KP: Hằng số cân áp suất - PD: Áp suất chất D thời điểm cân - PE: Áp suất chất E thời điểm cân - PA: Áp suất chất A thời điểm cân - PB: Áp suất chất B thời điểm cân Downloaded... không đổi Cân hóa học Cân hóa học cân động Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen (Kimphuongrio@gmail.com) 19 lOMoARcPSD|16991370 II.Hằng số cân phương trình đẳng nhiệt VanHop 1.Hằng số cân a.Phản