Lý thuyết và ứng dụng hóa học đại cương (Tập 2): Phần 1

Tài liệu Lý thuyết và ứng dụng hóa học đại cương (Tập 2) phần 1 trình bày các nội dung chính sau: Một số khái niệm cơ sở của nhiệt động học; Công và nhiệt; Nguyên lý nhiệt động học, nhiệt hóa học; Nguyên lý II nhiệt động học, cân bằng và chiều diễn biến của các quá trình hóa học; Cân bằng hóa học;... Mời các bạn cùng tham khảo để nắm nội dung chi tiết.

r TlilíviÊN UẬI ệ ; ọ j n iu v s Ả N Đ À O ĐÌNH THỨC ;Ị.T • 541 tVỈCSTh T.2 I l i ( D i l ỈỈAHOC Ũ CƯƠNG Tập II Từ LÝ THUYẾT ĐẾN ỨNG DỤNG ĐỊKỊ ® G HáHỌI N H À X U Ấ T B Ả N Đ Ạ I H Ọ C Q U Ốhttp://tieulun.hopto.org C G IA H À N Ộ I GS ĐÀO ĐỈNH THỨC HOÁ HỌC ĐẠI CƯƠNG ■ ■ TẬP II TỪ LÝ THUYẾT ĐẾN ỨNG DỤNG (In lẩn th ứ 2) NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI http://tieulun.hopto.org MỤC LỤC Trang LỊI NĨI DẦU I CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH LUẬT c o B Ẩ N Tính chất chất k h ỉ Một số khái niệm sở nhiệt động học 18 Công n h i ệ t 26 Bài t ậ p 36 li NGUYÊN LÍ I NHIỆT ĐỘNG HỌC, NHIỆT HOA HỌC 38 Nguyên lí I nhiệt động h ọ c .38 Nhiệt hóa h ọ c 42 Bài t ậ p 65 III NGUYÊN LÍ II NHIỆT DỘNG HỌC, CÂN BẰNG VÀ CHIỀU DIỄN BIẾN CỦA CÁC QUA TRÌNH HOA HỌC 67 Nguvên lí II nhiệt động học 67 Nguyên lí III nhiệt động học entropi tuyệt đối 73 E ntanpi tự chiểu diễn biến phản ủng hđa h ọ c 76 Bài t ậ p 97 IV CÀN BẰNG HÓA H Ọ C 99 Định luật cân hóa học 99 Chuvển dịch cân bằng, nguyên lí Le Chatelier 1 Bài t ậ p .120 V CÀN BẰNG P H A 122 Khái niệm pha cân p h a 122 Điểu kiện cân p h a 127 http://tieulun.hopto.org 3 C ân pha m ột chất nguyên chất, phương trìn h Clapeyron - C la u s iu s Giản đồ trạ n g thái m ột c h ấ t Quy tắc pha G i b b s Cân bàng lỏng hệ cấu t Cân rắn lỏng hệ cấu tử Bài tập 129 133 138 141 154 158 VI DUNG D Ị C H 160 Phân loại dung dịch, nồng đ ộ 160 Cân bàng dung dịch, độ hòa t a n Áp suất bão hòa dung dịch chứa chất hịa tan khơng bay h i N hiệt độ sôi dung dịch chứa chất ta n không bay N hiệt độ kết tinh dung dịch chứa chất tan không bay h i Áp suất thẩm t h ấ u Định luật Raoult hệ thức V an’t H off dung dịch điện l i Bài tập VII DUNG DỊCH ION 168 170 175 178 180 184 186 H iện tượng điện li Chất điện li m ạnh, chất điện li y ế u Khái niệm axit - b a z Tích số ion nước - pH dung dịch Tích số tan hiệu ứng ion chung Các phản ứng dung dịch Bài tập 186 188 191 196 209 213 214 VIII ĐẠI CƯONG VÈ ĐỘNG HÓA H Ọ C 216 Tốc độ phản ứ n g P hản ứng sơ cấp - thuyết va chạm thuyết phức chất hoạt đ ộ n g 216 219 http://tieulun.hopto.org Nồng độ tốc độphản ứ n g 225 Phương trình động học phản ứng hóa học 230 Sự phụ thuộc tốc độ phản ứng vào nhiệt độ 234 Xúc t c 237 Bài t ậ p .243 ¡X PHẤN ỨNG OXỈ HÓA - KHỬ VÀ ĐAI CƯONG VỀ ĐIỆN HÓA H Ọ C 245 Phản ứng oxi ho'a - k h 245 Pin G a n v a n i 251 Điện p h â n 274 Hiện tượng ăn mòn 282 Bài t ậ p .284 PHỤ L Ụ C 286 TÀI LIỆU THAM K H Ả O 290 http://tieulun.hopto.org LÒI NĨI ĐẦU • Trong chương trình Hóa học bản, Hóa Đại Cương mơn học truyền thống m nội dung bao gồm lí thuyết sỏ Hóa học, thực chát lí thuyết sở Hóa lí, cân trang bị cho sinh viên từ nám đàu, trước học mơn học khác Hóa Đại cương dược coi móng chuyên ngành Hóa • Vi thời gian nửa th ế k ỉ qua, Hóa học p h t triền nhanh chóng vê m ặ t lí thuyết lẫn phương pháp nghiên cứu nên nội dung giáo trinh Hóa Đại Cương dược dại hóa m ột cách thích ứng • Hóa Dại Cương gơm hai phần m chương trình gọi Aị A t áp dụng cho nhóm ngành II, hệ Đại học Giáo trình Aị xuất năm 9 ^ \ Tài liệu giáo trình A • VÌ nội dung giáo trình bao gồm lí thuyết sở Hóa lí nên tài liệu với giáo trình Aị có thề dược sử dụng làm giảo trình Hóa lí cho trường Cao dẳng trường K ỉ thuật có liên quan đến Hóa học • VỈ Hóa Đại Cương bao gồm lí thuyết sở Hóa học nên từ vài ba chục năm m ôn học chọn "môn Cơ sở" ki thi tuyển nghiên cứu sinh di học nước ngoài, thời gian trước ki thi tuyển sinh hệ Cao học hệ N ghiên cứu sinh • Vói tín h chát m ột giáo trình sở nên giáo trình biên soạn- m ột cách ngán gọn, kiến thức dược hệ thống hóa m ột cách chặt chẽ, sau đ ịn h luật, cơng thức có (1) Giáo trình A i tái bàn lần thứ ba nănt 1999 http://tieulun.hopto.org p fia n ủ n g d ụ n g cụ thể g iú p dộc giả n ắ m dược ý nghĩa đ ịn h luật biết cách vận d ụ n g đ ịn h luật dó vào tốn thục tế Cuỗi m ối chương có tập dảp số • H i vọng tài liệu có th ể sử dụng làm tài liệu tự học, tự đào tạo cho sin h viên cán Hóa học m trước chưa có diêu kiện học tập m ơn học m ột cách có hệ thống • Việc biên soạn tài liệu chẩn cịn có nhiều thiếu sót, m ong dược góp ý xây d ự n g dộc giả T ác g iả http://tieulun.hopto.org I CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH LUẬT C ổ BẨN • Các chương đầu tài liệu để cập đến nguyên lí sở nhiệt động lực học ứng dụng nguyên lí hóa học Lĩnh vực lí thuyết gọi n h iệ t d ộn g lực hóa học • Trên sở ngun lí nhiệt động lực học (gọi tát nhiệt động học hay nhiệt động) nhiệt động hóa học nghiên cứu hiệu ứng lượng, trạn g thái điêu kiện cân hệ ho'a học khả chiểu diễn biến q trình hóa học • Trong chương ta làm quen với sô' khải niệm sở nhiệt động hóa học, tính chất chất khí, thường phải xét đến chương TÍNH CHẤT CỦA CÁC CHẤT KHÍ 1 THUYỂT ĐỘNG HỌC VẼ CÁC CHẤT KHÍ • Thuyết động học chất khí dựa định luật sở sau đây: - Các phân tử khí trạn g thái phân tán, khoảng cách trung bình phân tử khí rấ t lớn so với kích thước phân tử - Các phân tử khí ln ln trạ n g thái chuyển động hỗn loạn, vị trí vận tốc luôn thay đổi - Sự va chạm phân tử khỉ va chạm đàn hổi, tổng động phân tử khí không thay đổi sau va chạm http://tieulun.hopto.org - Tại m ột nhiệt độ xác định, phân tử chất khí khác ^ nhau có động nâng trung bình 1.2 ĐỊNH LUẬT AVOGADRO VỂ CÁC CHẤT KHÍ • T ro n g c ù n g n h ữ n g d iề u k iệ n v ề n h iệ t đ ộ v áp su ấ t n h n h a u , n h ứ n g t h ể tỉc h b ằ n g n h a u (V = V-,) c ủ a c c c h ấ t khí k h c n h au d ểu chứa c ù n g sô' p h ân tử n h n h a u (Nj = N 2) Điều có nghĩa là: Trong điều kiện vễ nhiệt độ áp suất nhau, mol phân tử chất khí khác INI = N = = 6,022.1023) cđ thể tích (Vị = v = ) Thực nghiệm cho kết quả: điểu kiện tiêu chuẩn t = 0°c, p = atm, thể tích bàng 22,414 1, VQ = 22,414 1/mol gọi th ể t íc h m ol p h â n tử chất khí điều kiện tiêu chuẩn 1.3 KHÍ Lí TƯỞNG, PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÍ TƯỞNG • Vì khoảng cách phân tử lớn, lực tương tác phân tử yếu nên áp suất đủ nhỏ, lực tương tác co' thể coi khơng ta có khí lí tưởng K hí lí tư ợ n g khí mà lực tương tác phân tử coi khơng • Các khí lí tưởng tuân theo định luật Boyle - Mariotte, Gay - Lussac, Charles hay phương trình tổng hợp định luật trên, gọi p h n g tr ìn h tr n g th i c ủ a k h í lí tưởng - Đối với lượng khí mol: PV = RT (1 ) Đổi với lượng khí n mol: PV = nRT 10 12 ( ) http://tieulun.hopto.org Trong đd: p áp suất; V th ể tích; T nhiệt độ tuyệt đối T(K) = khí cần xét; t°c + 273,15 khối R hàng số gọi h n g số khí; R = 8,314 J/K mol hay 0,082 latm/K mol Tùy theo đơn vị sử dụng phương trình mà ta sử dụng m ột giá trị R • Vì R sô' nên hai trường hợp ta đểu có: PV hay PiVi = const P 2V2 (1.3) M • Như nói trên, phương tr ìn h tr n g th i PV = nR T phương trình tổng hợp bao gổm tấ t Ti định luật Boyle - M ariotte, Gay - Lussac, Charles ứng với n h ữ n g trư n g hợp đặc b iệ t k h ác n hau Từ PlV, PV c o n st hay P2V2 = T ta suy ra: - Đ ịn h lu ậ t B oyle - M ariotte: Khi nhiệt độ không đổi (T = const) ta co': PV = const hay P jV j = P t.Vt - Đ ịn h lu ậ t Gay - Lussac: Khi thể tích khơng đổi (V = const) ta có: p - Pi p = const hay — = — 11 http://tieulun.hopto.org • Từ IV IV ta th ấ £ An = nghĩa tổng hệ số tỉ lượng ứng với chất khí tham gia phản ứng hai vế phương trình phản ứng nhau: (a + b) = (c + d) Kp = K c = k T IV ta thấy áp suất chung p hỗn hợp khí đơn vị (P = atm) Kp = Kx • Vì Kp phụ thuộc vào nhiệt độ nên Kt phụ thuộc vào n h iệt độ, K* hệ thức IV cho thấy, nhiệt độ T, IV phụ thuộc vào áp suất chung p An ^ ứ n g d ụ n g Xét phản ứng: H 2(k) + Ii(k) = 2HI(k) biết T = 1000 K p = atm Kp = 30,7 Hãy tính Kc Kx• T rong trường hợp An = - ( l+ 1) = nên Kp = KC(RT)° = Kc nghĩa Kc = 30,7 Vì A n=0 nên ^ = 1^ hay Kx = 30,7 ữ n g d ụ n g Xét phản ứng: N 2(k) + 3H 2(k) ^ 2NH (k) B iết T = 673 K p = atm Kp = 1,64.10~4 Hãy tính Kc, Kx • Trong trường hợp ta cố An = -(3 + ) = -2 Kp = KC(RT)~2 K hay Kc = (RT )~2 = K U R T )2 = 1,64.10"4(0,082.673)2 = 0,5 ^ VI p = atm nên Kx = Kp = 1,64.10“4 1.3.4 Dung dịch lỗng • Đối với phản ứng chất khí, áp suất khơng q lớn người ta coi chất khí khí lí tưởng sử dụng biểu thức Kp, Kc, Kx ¿lói Đối với phản ứng dung dịch loãng, biểu thức số cân cd dạng giống biểu thức áp dụng cho khí lí tưởng 107 http://tieulun.hopto.org Với phản ứng aA + bB ^ K 1.3.5 = cC + dD ta cd: xc • XD ^ x ^ x b [C]c [D]d £ h [A]a [B]b PHẢN ÚNG TRONG HÕN HỢP CÁC KHÍ THỰC, TRONG DUNG DỊCH THỰC • H ỗn hợp khí thực, dung dịch thực hiểu hỗn hợp khí có áp su ấ t lớn, dung dịch có nồng độ lớn Do có tương tác phân tử nên hỗn hợp khí co' áp su ất lớn, tro n g biểu thức hằn g số cân người ta thay áp su ất Pj bằn g h o t p fj với f = y.p, y gọi h ệ sô' h o t áp: y í (đối với khí lí tưởng th ì y = , hoạt áp trù n g với áp suất) Nếu phản ứng xảy áp su ấ t lớn, thay Kp Kf K, = Kí hiệu f biểu thức đđ, chẳng hạn fc hiểu tỉ số fc (không thứ nguyên), f° hoat áp điều kiên chuẩn p ° = í° atm Tuy nhiên áp su ấ t a tm người ta coi y = nên f° trù n g fc (atm ) với p ° bàng atm Do — - fc> fc biểu Ỷ thức số đo hoạt áp (không thứ nguyên) P h â n số moi Xj th ay a, với a, = Yị Xj (a) N ống độ Cj thay aj vối a.ị = ỹị Cj (b) a gọi h o t độ, y gọi h ệ s ố h o t độ Các hệ th ứ c (a) (b) có d ạn g giống nh au Ỵị hai hệ thức cd giá trị khác 108 http://tieulun.hopto.org Hệ số hoạt độ y thay đổi theo nồng độ nên đối vỏi chất, nồng độ khác nhau, y có giá trị khác Thí dụ, dối với ion H+ dung dịch ndóc vói nồng dộ C' = 5.10 rnol/1 thi y = 0.976 vứi nổng dộ c = 0.1 mol/l thi ’/ = 0,825 Do đó, hệ số hoạt độ khó xác định cách xác Người ta thưịng cho thêm chất điện li trd vào dung môi dồ giữ ch o Y không doi trinh phản ứng N hư vậy, phản ứng khí áp suất cao hay phản ứng dung dịch co' nồng độ lớn, cách xác người ta thay áp suất hoạt áp f, thay nống độ c, phân số moi X hoạt độ a pC Kf pd Yc pa pb r A ■r B Y \ - Y Ĩ [C]c [D] d Ka K„ ■Y d Y c ■7 d [A]a [B] b V a b c d x c • XD Yc c a b XA ■XB a b /A ■7 B = K c-K , d ■Y d — K x -K y T rên thực tế, trường hợp áp suất không cao, nồng độ không lớn, cách gần người ta thường sử dụng biểu thức Kp, Kc, Ky áp dụng khí lí tưởng hay dung dịch lỗng 1.3.6 PHÁN ỨNG CĨ Sự THAM GIA CỦA CHẤT RÁN VÀ CHẤT LỎNG • C hất rán tham gia phản ứng khí hay phản ứng dung dịch: Ví dụ: C(r) + C 2(k) ^ 2CO(k) AgCl(r) — Ag+ + cr H óa th ế chất rắn hẩu khơng phụ thuộc vào áp suất Vì vậy, hóa th ế chúng bàng hóa th ế chất nguyên chất trạ n g thái chuẩn: /u = ỊLI° http://tieulun.hopto.org 109 Do đđ hoạt độ chất rá n tham gia phản ứng coi vậy, ch ất rá n khơng có m ặt tro n g biểu thức hàng số cân Với ví dụ 1: pr 2co Kp = — - ±co2 Với ví dụ 2: Kc = [Ag+][C f] (Trong trư ờng hợp K coi tích số tan) Trong dung dịch nước, hoạt độ nước tham gia phản ứng khơng có m ặ t tro n g biểu thức K Ví dụ 1: CH 3COOH + H 20(1) H 30 + + CH 3CO O I [H 30 + ] [CH 3CỊ0 - ] Kc = Ví dụ 2: 2H 20(1) [CH 3COOH] H 20 + + OH“; K = [H 20 +] [OH~] (Trong trư ờng hợp K gọi tích số ion nước) 1.4 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HĂNG SỐ CÂN BÀNG 1.4.1 Xác định số cân từ nồng độ cân chất T a trở lại ví dụ ph ản ứng: I + H ^ H I , xảy r a 1000K Với giả thiết, ban đẩu ta có mol I mol H tro n g m ột bình phản ứng lit sau phản ứ ng kết thúc ta có 1,47 mol HI • Gọi X lượng ch ất I thời lượng chất H tiêu thụ, ta có: '2 Nồng độ ban đầu [mol/l]' Nồng độ biến thiên [mol/l] Nồng độ cân [mol/l] 110 h2 HI +2x 2x -vX 1-x 1-x http://tieulun.hopto.org Vì 2x = 1,47 mol nên Từ đó: - X X = 1,47: = 0,735 mol = - 0,735 = 0,265 (1,47 )2 _ —[HI ]2 - _ t - _ QA [H2] [I2] 0,265.0,265 K c VI An = nên Kp = Kc = 30,7 N hư vậy, biết nồng độ ban đầu chất phản ứng nồng độ cân chất tham gia phản ứng ta xác định hàng số cân bàng phản ứng 1.4.2 XÁC ĐỊNH HẲNG SỐ CÂN BÀNG TỪ CÔNG THỨC: AG° = -RTInK p (a ) • Từ (a) ta thấy, biết AG° ta xác định Kp AG° thường xác định từ hệ thức: AG° = AH° - TAS° • Xét ||h ả n ứng: C 2(k) + H 2(k) ^C O (k) + H 20(k) xảy T = 298 K p = atm (điều kiện tiêu chuẩn) T a biết cách tính AS°, AH° từ liệu ghi bảng số • Với phản ứng trên: AH° = -41160 J/mol; AS° = 42,4 J/mol K T a có: AG° = -41170 = -298.42,4 = -53795,2 J/mol — 53795 Từ (a) ta cđ: lnKp = _ (8 ,3 ) = 21,71 hay Kp = 2,69.109 1.4.3 Xác định số cân từ số cân biết Ví dụ: Đã biết: 1) Với phản ứng: C ^ 2CO + 2) Với phản ứng: S + ^ S K’p = 4.10 -21 K” p = 3,45 111 http://tieulun.hopto.org Tính Kp phản ứng: S + CO, ^ SO + c o (Cả ba phản ứng xảy m ột nhiệt độ T = 1000 K) • Với (1) ta có: Với (2) ta có: p 2SO K” p = pio •p o7 Với p h ản ứng cần xét ta có: so, • Pr-co Kp pso2 • pco2 p2 p2 r s o • r CO N ếu nh ân K ’ với K ” n ta có: K’n K ” n = — —— — F F F F p2 p2 r so ■r CO-> T a dễ dàng thấy ràng: K2p = K ’p K” p hay Kp = lÍK ’p K ”p = 1/77 10“ ,4 = 1,17.10-10 ứ n g d ụ n g Cho phản ứng: 2NOCl(k) ^ 2NO(k) + Cl2(k) Biết rằng, cho 2,00 mol NOCI vào m ột bình 1,00 cân th iế t lập, nổng độ NO 0,66 mol/1 Tnh Kỗ 298 K (iu kin thớ nghiệm ) [NO ]2 [Cl2] • Kr = — ; — r c [NOCI]2 Nống độ ban đẩu (M) Nổng độ biến dổi (M) Nồng độ cân (M) X ét nống độ cân chất: [NOCI] [NO] [Cid 2,00 -0,66 1,34 +0,66 0,66 + 1/2(0,66) 0,33 (0,66)2(0,33) 2Y _ — — = 0,080 (1,34)2 112 http://tieulun.hopto.org 1.5 PHƯƠNG TRÌNH ĐÃNG NHIỆT VANT HOFF VÀ CHIỂU DIỄN BIÊN CỨA PHẢN ỨNG HĨA HỌC • Ư đầu chương ta xét phương trình đẳng nhiệt Van’t Hoff (IV 5) „ „ / AG = RT ( - In K \ Với P ^P Q d p + ỉn p c p d pa pb r c •r D r A •r B ta co' PẪ- AG = R T ln Q_ (IV.8) Kp T a biết Q gọi thương số phản ứng, áp suất Pị biểu thức Q áp suất cân bàng mà áp suất trạng thái Từ hệ thức rv.8 Ta có: Q • Khi r r < -* AG < 0, phản ứag xảy tự phát chuyển K trạ n g thái cân • Khí Q Q • Khi ^ = -* AG = phản ứng đạt trạng thái cân > A) -» AG > 0, phản ứng không tự phát (theo chiều thuận) • Trong trường hợp Q < K hệ chưa cân bằng, v ì biểu thức củạ Q, áp suất sản phẩm ghi tử số áp suất chất phản ứng ghi m ẫu số nên phản ứng tiếp tục diễn biến theo chiéu: chất phản ứng —» sản phẩm đến Q = K nghĩa đến phản ứng đạt trạng thái cân http://tieulun.hopto.org 113 • Trong trư n g hợp ngược lại, Q > K hệ khơng trạ n g thái cân Tuy nhiên, trư ờng hợp nàv, nồng độ sản phẩm lớn nên phản ứng xảy theo chiểu ngược lại: sản phẩm —» chất phản ứ ng đến Q = K nghĩa đến hệ đ t trạ n g thái cân • Ta thấy, tương quan Q K cho phép ta biết phản ứng cân chưa chưa cân phản ứng xảy theo chiểu hướng ứ n g d ụ n g Xét phản ứng n -b u ta n ^ bình V = lít, 25°c với K c = 2,5 iso-butan xảy Xét điều xảy r a khi: 1) [n] = molA, [iso] = mol/1 2) [n] = 0,5 mol/1, [iso] = 1,5 mol/1 [iso] Y = 1; v ì Qc < Kp nên phản ứng diễn biến [n] theo chiều n -b u ta n —» iso -b u ta n đến Qc = Kc • 1) Q c = [iso] 1,5 3, Vì Qc > Kc nên phản ứng diển biến Qc " [n] 0,5 " theo chiều ngược lại : iso -b u tan —»■n -b u ta n đến Qc = Kc CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG, NGUYÊN LÍ LE CHATELIER • Sự chuyển hệ từ m ột trạ n g thái cân bàng sang m ột trạ n g thái cân khác thay đổi yếu tố cân bàng nhiệt độ, áp su ấ t chung hệ, nồng độ m ột hay m ột số chất tham gịa phản ứng gọi chuyển dịch cân 2.1 Sự BIẾN ĐỐI HÃNG SỐ CÂN BẲNG K THEO NHIỆT ĐỘ HỆ THỨC ĐÂNG ÁP VAN’T HOFF • X uất p h t từ hệ thức AG° = -R T lnK hay l n K = - ^ ~ ta co': Kr 114 http://tieulun.hopto.org dlnK dT ~ d ! AG°, d ! AG°, dT ( RT ) ~ ~ R dT ( T / M ặt khác, theo hệ thức Gibbs - Helmholtz (III.27) ta co': d , AG° dT ( T / AH° (b) Thay (b) vào (a) ta được: dlnK dT AH° (IV 9) RT Hệ thức cho biết phụ thuộc số cân K vào nhiệt độ (khi áp suất p không đổi) gọi h ệ thức đ ản g áp V an ’t Hoff - Nếu AH° > (phản ứng thu nhiệt) “,p > 0, nghĩa n h iệ t độ tă n g th ì giá trị h ằ n g số cân b ằn g cú n g tăng Nếu hệ trạn g thái cân bằng, ta làm tãng nhiệt độ hệ sơ' cân tăng nên phản ứng lại tiếp tục diễn biến từ trá i sang phải đến đạt trạ n g thái cân - Nếu AH n , đlnK < (phản ứng phát nhiệt) thi ■ < 0, h àn g sô' cân b ằ n g K b iến th iê n ngược ch iều với n h iệ t độ Khi hệ trạng thái cân ta làm tăng nhiệt độ hệ cân phản ứng chuyển dịch từ phải sang trái - Nếu AH° = 0, phản ứng không thu hay phát nhiệt, sơ' cân bàng K khơng phụ thuộc vào nhiệt độ • Hệ thức đẳng áp Van’t Hoff viết dạng tích phân: (IV 10) http://tieulun.hopto.org 115 • Trong khoảng nhiệt độ hẹp (T t - Tj nhỏ), co' th ể coi AH° m ột số, IV 10 có dạng: ! ^2 ~AH° ĩ~ ĩ (IV 11) l n KT ■ _ R~ \ Y ~ T[) H ệ thức thường sử dụng m ột cách phổ biến ứ n g d ụ n g Xét phản ứng H-)O(k) + CO(k) COiík) + H ók) ỏ T = K Kp = 10,0 T ính Kp T = 0 K Biết rằng, tro n g khoảng nhiệt độ này, AH° coi không đổi - 42676,8 J/m ol • Áp dụng IV 11 ta cđ: K800 42676,8 , 1 V n K 690 “ “ 8,314 ( 8ÕÕ ~ 690 ) ~ " 1,023 K 800 — ~ ~ = ,3 ^•690 Kg00 = ,3 = 3,59 N hư vậy, 0 K ta có Kp = 3,59 T a thấy, phản ứng p h t n h iệt AH° < nên nhiệt độ tâng, h n g số cân bàng giảm C ân phản ứng chuyển dịch phía trái, sản phẩm (C 2, H o th u giảm 2.2 HIỆU ỨNG NỒNG ĐỘ Trước h ết ta cẩn lưu ý ràng, h n g số cân bàng K phụ thuộc vào nhiệt độ n h n g không phụ thuộc vào nồng độ Khi thay đổi nồng độ chất th am gia ph ản ứng, h àn g số cân luôn không đổi X ét phản ứng: aA + bB ;=s cC + 116 dD http://tieulun.hopto.org Tại nhiệt độ T xác định, cân bàng thiết lập ta có: [C]c [D]d K„ = -— - = const [A]a [B]b - Nếu ta làm giảm nống độ sản phẩm (C, D hai) hay làm tăng nồng độ chất phản ứng (A, B hai) thương số phản ứng Q < Kc, hệ trở nên không cân phản ứng tiếp tục tiếp diễn theo chiều từ trái sang phải (làm tâng sản phẩm , làm giảm chất phản ứng), đến Q = Kc đo', người *ta nói, cân chuyển dịch vẽ phía phải (mặc dù Kc = const) - Ngược lại, ta làm tăng nống độ sản phẩm (ở tử số) làm giảm nồng độ chất phản ứng (ở mẫu số) thi Q trở n ên lớn Kc (Q > Kc) hệ trở nên không cân phản ứng diễn biến theo chiều từ phải sang trái đến Q = Kc Khi đo', người ta no'i: cần chuyển dịch vể phía trái ứ n g d ụ n g Xét phản ứng este hóa xảy dung mơi trơ: CH 3COOH + c 2h 5o h c h 3c o o c 2h + h 20 Hỏi điểu xảy trình' phản ứng người ta liên tục tách H 20 khỏi hệ (thường sử dụng phương pháp cẫt đẳng phí) LCH3COOC 2H 5] [H ,0] • ^ nhiệt độ xác đ ilh : ^ = ĨC H ^ Õ Õ H Ũ C Ã O H Ĩ VI liên tục làm giảm [H 20 ] nên với khuynh hưởng đạt trạng th cân bằng, phản ứng liên tục tiếp diễn theo chiều thuận ( ) tạo nên sản phẩm este CH 3COOC 2H http://tieulun.hopto.org 117 2.3 Hlệy.Ứ NG ÁP SUẤT • T a lưu ý r n g Kp, Kc phụ th u ộ c vào n h iệ t độ, riê n g Kp Kx = — phụ thuộc vào áp su ấ t chung p hệ An * 0, nghĩa có khác số mol khí sản phẩm số mol khí chất phản ứng Xét phản ứng khí: aA + bB ^ cC + dD; An = (c+ d)-(a+ b) • Nếu An = —»■ P An = —* Kx = Kp Kx khơng phụ thuộc vào áp suất • Khi An > p tă n g giảm nghĩa n c , n D giảm, n v n B tăng K ết cân chuyển dịch vể phía trá i Nếu p giảm Ky tă n g nghĩa n c , n D tăng, n A, n B giảm, kết cân chuyển dịch vể phía phải, làm tă n g thêm lượng ch ất sản phấm • Nếu An < ta có kết ngược lại với trư ờng hợp A n>0 ứ n g d ụ n g X ét hiệu ứng áp su ấ t đến phản ứng sau đây: a C 2(k) 5* 2CO(k) + 2(k) b N 2(k) + 3H 2(k) — 2N H 3(k) c C(r) + 2(k) — C 2(k) • a) An = - = > 0, tă n g áp su ất p, cân chuyển dịch phía trái, giảm áp suất, cân chuyển dịch phía phải 118 http://tieulun.hopto.org b) An = - (1 + 3) = -2 < 0, tăng áp suất, cân chuyển dịch vể phía phải, giảm áp suất cân chuyển dịch phía trái c) An = - = 0, áp suất không ảnh hưởng đến cân phản ứng 2.4 NGUYÊN LÍ CHUYỂN DỊCH CÂN BÀNG LE CHATELIER • Ẩnh hưởng yếu tố cân (nhiệt độ, nồng độ, ap suất) lên chuyển dịch cân nói trên, Le Chatelier (Lơ Satơliê) tổng hợp khái quát hóa thành nguyên lí gọi nguyên lí chuyển dịch cân Le Chatelier N ếu m ột h ệ d an g trạn g th i cân b n g mà ta thay dổi m ộ t t r o n g c c y ế u tô' c â n b â n g th ì câ n b àn g củ a h ệ s é c h u y ể n dịch tíieo ch iểu có tác d ụ n g ch ốn g lại thay dổi dó.• ứ n g dụng Xét chiều chuyển dịch cân phản ứng 2H + Oo ^ n 2H 20(k ) AH < a) Khi tăn g nhiệt độ b) Khi tăng áp suất c) Khi dùng chất hấp thụ giữ th ể tích khơng đổi • a) AH < 0, phản ứng phát nhiệt Khi tăng nhiệt độ, cân phản ứng khơng chuyển dịch phía phải vỉ nhiệt độ phát làm tăn g thêm nhiệt độ Cân chuyển dịch phía trá i (2) phản ứng nghịch phản ứng thu nhiệt Nhiệt m hệ thu vào cố tác dụng làm giảm hiệu ứng tăng nhiệt độ b) An = - (2 + 1) = -1 < Phản ứng kèm theo giảm số mol khí hệ Khi tăn g áp suất, cân bàng chuyển http://tieulun.hopto.org 119 dịch vể phía phải giảm số mol khí hệ có tác dụng làm giảm hiệu ứ ng tá n g áp suất [H 20 ]2 c) K, = -^ - Khi 0-, bi hấp thu, Qr > Kr, cân [H 2]2 [ 2] chuyển dịch vể phía trái, tă n g thêm nồng độ 2, làm giảm tá c dụng m ấ t khí O t bị hấp thụ BÀI TẬP X ét phản ứng: ? c + ^ C o 815°c th ỉ Kp = 10 H ãy tín h áp su ấ t riêng phần chất khí phản ứng đ t trạ n g th cân bàng điều kiện t = 815°c p = atm X ét phản ứng: N + 3H 2N H B iết 500°c Kp = 1,44.10-5, tín h Kc B iết ràn g AH = -1 ,9 kJ, tín h K ’p 400°c X ét phản ứng: N + 3H H ãy tín h Kp 25°c 2N H 3(k) , AG° = -32,9 kJ X ét phản ứng: — —» ù B iết rằn g 25°c Kp = 2,47.10~29, tính AG° Các phản ứ ng sau xảy 25°c S(r) + 2(k) ^ S 2(k) , Kj = 4,2.1052 S 2(k) + ị 2(k) ^ S 3(k) , K = ,6 10 12 H ãy tính hằn g số cân b n g phản ứng: S(r) + | o 2(k) ^ S 2(k), M ột bình chứa 2,0 mol B r2 B iết rằn g 1755 K th ì 1% khối lượng B r phân li th n h Br B r 2(k) ^ 2Br(k) H ãy tín h Kc nhiệt độ 120 http://tieulun.hopto.org Xét phản ứng: 2N 0(k) + ,(k ) ^ 2N 0,tk) ỏ nhiệt độ T = 1000 K Kc = 1,20 Ồ thời điểm ta có: [O,] = 1,25 M, [NO] = 2,25 M; [NO,] = 3,25 M Hãy cho biết hệ có trạng thái cân khơng ? Nếu khơng phản ứng tiếp tưc xảy theo chiểu hướng ? Xét phản ứng 2NQBr(k) ^2N O (k) + Br,(k), AII = -344 kJ 25uc với Kp = 0,16 hệ đ ă đạt trạng thái cân bàng Hỏi cân chuyển dịch phía khỉ: a) thêm Bi'2(k) b) bớt lượng NOBr c) tãng thể tích bỉnh chứa d) giảm nhiệt SỐ P co = 0,92 atm, P c, , = 0,08 atm Kc = 5,79.10~2, Kp = e 13-2S = 5,9.105 AG° = 163 kJ.mol K = 1;09.1065 Kc = 4.10 “4 Từ phải sang trái a) phải sang trái c) trái sang phải b) phải sang trái d.) trái sang phải K’p - 10”4 121 http://tieulun.hopto.org ... (9, 61 + 0,836 - 6,49) ^ + (11 ,8 -2 ,1 + 19 ,3) .10 ~7 T = - 11 ,57 + 3,956 .10 _3r + 1 10 "7 T 273 AH(373)=AH(298)+ í ( -1 ,5 T + ,9 ^ + 11 .10 ~7T2)dT 298 = AH(298) + ( -11 .57T + l,978 .10 -3r + 3,66 .10 ~7T3)... Hóa học bản, Hóa Đại Cương môn học truyền thống m nội dung bao gồm lí thuyết sỏ Hóa học, thực chát lí thuyết sở Hóa lí, cân trang bị cho sinh viên từ nám đàu, trước học mơn học khác Hóa Đại cương. .. hiệu ứng ion chung Các phản ứng dung dịch Bài tập 18 6 18 8 19 1 19 6 209 213 214 VIII ĐẠI CƯONG VÈ ĐỘNG HÓA H Ọ C 216 Tốc độ phản ứ n g P hản ứng sơ cấp - thuyết