Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học và ứng dụng của cân bằng hóa học

LỜI CẢM ƠN Lời xin chân thành cảm ơn Khoa Khoa học Tự nhiên – Trường Đại học Hồng Đức tạo điều kiện cho thực đề tài Đặc biệt xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thạc sĩ Vũ Hồng Nam – Giảng viên mơn Hóa tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi hồn thành đề tài Đồng thời xin cảm ơn thầy cô tổ Hóa Khoa khoa học tự nhiên bạn sinh viên lớp K17 ĐHSP Hóa, trung tâm KLF,thư viện Trường Đại Học Hồng Đức nhiệt tình giúp đỡ tơi q trình thực đề tài Thanh Hóa , Ngày 15 Tháng Năm 2018 Tác giả Nguyễn Thị Diệu Linh i MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU I LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI II MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI II NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU III PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU IV TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI PHẦN NỘI DUNG A.CƠ SỞ LÍ THUYẾT I CÂN BẰNG HÓA HỌC Định nghĩa 3.Điều kiện cân hóa học 3.1 Điều kiện cân hóa học 3.2 Định luật tác dụng khối lượng Quan hệ biến thiên đẳng áp số cân bằng, phương trình đẳng nhiệt số phản ứng hóa học 5.Cân hóa học đồng thể pha khí lí tưởng 5.1 Hằng số cân Kp 5.2.Hằng số cân Kc 10 5.3 Đại lượng Kx 10 5.4 Hằng số cân điều kiện 11 5.5 Mối liên hệ Kp ,Kc Kx 12 6.Cân hóa học dị thể 12 6.1 Khái niệm cân hóa học dị thể 12 6.2 Định luật tác dụng khối lượng cân hóa học dị thể 12 II CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÂN BẰNG HÓA HỌC 14 Ảnh hưởng nhiệt độ lên cân hóa học 14 Ảnh hưởng áp suất lên cân hóa học 15 Ảnh hưởng nồng độ lên cân hóa học 16 4.Nguyên lý chuyển dịch cân Lechatelier 18 ii III.Cân pha 18 1.Khái niệm pha cân pha 18 1.1.Khái niệm pha 18 1.2.Khái niệm cân pha 18 1.2.1.Cân lỏng 18 1.2.2.Cân rắn hơi, cân rắn lỏng 19 2.Điều kiện cân pha 19 3.Quy tắc Gibbs 20 3.1.Một số khái niệm 20 3.1.1 Bậc tự hệ 20 3.1.2.Số cấu tử độc lập 21 3.2.Quy tắc pha Gibbs 21 4.Phương trình clapeyron – clauđiuxơ 23 IV.CÂN BẰNG PHÂN BỐ CHẤT TAN GIỮA HAI DUNG MÔI KHÔNG TRỘN LẪN 25 Sự phân bố chất tan hai dung môi không trộn lẫn 25 Định luật phân bố 25 2.1 Hằng số phân bố 25 2.2 Hế số phân bố 26 B ỨNG DỤNG CỦA CÂN BẰNG HÓA HỌC 27 I TRONG HĨA HỌC PHÂN TÍCH 27 Xác định số cân nồng độ cấu tử lúc cân số cân thường gặp: 27 1.1 Cân phân li nước 27 1.2 Cân phân li đơn axit (HA) 28 1.3 Cân proton hóa đơn bazo 29 1.4 Cân phân li đa axit 30 1.5.Cân proton hóa đa bazo 32 1.6.Cân tạo phức 33 1.7.Cân hợp chất tan 35 Dự đoán mức độ xảy phản ứng 36 iii Đánh giá khả phản ứng 39 Tách chọn lọc chất 41 II- TRONG NGÀNH HÓA HỌC CÔNG NGHỆ : 43 Tổng hợp ammoniac (NH3) 43 Sản xuất axit Sunfuric 45 Sản xuất vôi xây dựng 46 III TRONG HĨA NƠNG NGHIỆP 48 V TRONG MỘT SỐ LĨNH VỰC KHÁC 50 Giải thích tạo thành thạch nhũ hang động 50 Trong y học : 50 Trong kĩ thuật lưu trữ hidro 50 Trong bảo vệ môi trường 51 Trong kĩ thuật xử lý nước : 51 PHẦN KẾT LUẬN 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 iv PHẦN MỞ ĐẦU I LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Hóa học mơn khoa học tự nhiên nghiên cứu kết hợp phân li chất mức độ phân tử trình kết hợp phân li gọi phản ứng hóa học Nhờ phản ứng hóa học người biến nguồn nguyên liệu tự nhiên thành sản phẩm có ích cho đời sống, đồng thời khai thác nguồn lượng tích lũy chất Trong thực tế phản ứng hóa học thường xảy đòng thời theo hai chiều thuận nghịch tức có q trình tổ hợp hay phan li để tạo chất ban đầu Trong số phản ứng hai trình xảy điều kiện phản ứng gọi phản ứng thuận nghịch Hóa học vơ nghành hóa học nghiên cứu thuộc tính nguyên tố hợp chất chúng phản ứng hóa học chúng ngoại trừ phần lớn hợp chất cacbon Hóa đại cương vơ nghành khoa học nghiên cứu khái quát chung về: cấu tạo nguyên tử, tuần hồn ngun tố hóa học, liên kết hóa học, nhiệt hóa học , động hóa học, dung dịch, đặc biệt nghiên cứu sở lí thuyết q trình hóa học có yếu tố ảnh hưởng đến cân hóa học Ngày với phát triển khoa học kỹ thuật nghành Hóa học có bước phát triển mạnh mẽ Sự phát triển không dừng lĩnh vực nghiên cứu mà xâm nhập vào đời sống vào nghành sản xuất Nghành sản xuất hóa chất vật liệu nghành có vị trí quan trọng kinh tế quốc dân, phát triển cơng nghệ hóa chất tạo tiền đề, điều kiện thuận lợi cho nghành khác phát triển Chính lượng sản phẩm nghành đóng vai trị quan trọng phát triển kinh tế Nhưng số nghành sản xuất hóa chất, vật liệu, mà phản ứng tổng hợp phản ứng thuận nghịch nên thường hiệu suất sản xuất không cao, thực tế để nâng cao hiệu suất sản xuất , nhà sản xuất sử dụng dây truyền sản xuất tiên tiến phù hợp với yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng Nhưng cách vận dụng vấn đề cần quan tâm Trong thời kỳ đổi nước ta có sách phát triển nghành hóa cụ thể Việc đầu tư công nghiệp đôi với đào tạo nhân lực có chất lượng Để có đội ngủ lao động có chất lượng cần có sách giáo dục hợp lí từ cấp thực trạng đào tạo nước ta thiếu nhiều bất cập, số trường thiếu thiết bị dạy học, giáo viên dạy chay Do tính liên hệ học sinh cịn hạn chế “ Cân hóa học “ “ Các yếu tố ảnh hưởng đến cân hóa học”là phần học tương đối khó, phổ thơng phần chưa trọng gióa viên cung cấp sơ qua sở lí thuyết chưa làm rõ tầm ứng dụng “ Cân hóa học” ứng dụng nghành hóa học, nghành sản xuất hóa chất, vật liệu đời sống vấn đề mà ta cần tìm hiểu với tất lí tơi chọn đề tài “ Các yếu tố ảnh hưởng đến cân hóa học ứng dụng cân hóa học” II MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Tổng hợp lí thuyết vận dụng làm sáng tỏ “ yếu tố ảnh hưởng đến cân hóa học” tìm hiểu ứng dụng “ Cân hóa học “ II NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU Để nghiên cứu đề tài làm nhiệm vụ sau : Nghiên cứu tài liệu lí thuyết cân hóa học Tìm hiểu thay đổi điều kiện trình sản xuất Từ có phân tích rút tác dụng thay đổi Tơng hợp tài liệu số lĩnh vực khác để mở rộng phạm vi nghiên cứu III PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Trong đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu sau : - Nghiên cứu ,tổng hợp lí thuyết - Tổng hợp phân tích - Tổng hợp tài liệu IV TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI Vận dụng lí thuyết vào giải thích thay đổi yếu tố nhiệt động trình sản xuất nhằm nâng cao hiệu suất trình sản xuất PHẦN NỘI DUNG A CƠ SỞ LÍ THUYẾT I CÂN BẰNG HĨA HỌC Định nghĩa - Là trạng thái phản ứng thuận nghịch, đơn vị thời gian có phân tử chất sản phẩm hình thành từ chất ban đầu có nhiêu chất sản phẩm phản ứng với để tạo thành chất ban đầu Trạng thái phản ứng thuận nghịch gọi cân hóa học - Cân hóa học trạng thái phản ứng thuận nghịch tốc độ phản ứng thuận tốc độ phản ứng nghịch - Đối với nhiều phản ứng hóa học , phản ứng khơng diễn cách hồn toàn, tức từ chất tham gia phản ứng khơng thu 100% sản phẩm Đó phản ứng xảy theo hai chiều : chiều thuận từ trái sang phải chiều nghịch theo hướng ngược lại Sự chuyển hóa khơng hồn tồn từ chất đầu trở thành sản phẩm xảy để phản ứng xảy thời gian dài Phản ứng đạt tới trạng thái nồng độ sản phẩm nồng độ chất phản ứng khơng thay đổi theo thời gian, trạng thái gọi cân hóa học Tại trạng thái cân bằng, nồng đọ chất không thay đổi song phản ứng xảy theo hai chiều ngược với tốc độ ngang Đối với phản ứng tổng quát : - Ma + nb m’C + n’ D - Nếu phản ứng thuận phản ứng nghịch phản ứng xơ cấp theo định luật tác dụng khối lượng, ta có biểu thức tốc độ phản ứng thuận Vth = kth [A]m [B]n Và biểu thức tốc độ phản ứng nghịch Vngh =kngh [C]m’ [D]n’ Với kth kngh số tốc độ phản ứng thuận phản ứng nghịch ; [A], [B], [C], [D] nồng đọ hiệu dụng chất tính mol/l Ở điều kiện cân Vth = Vngh Kth[A]m cb[B]ncb = kngh [C]m’cb[D]n’cb Từ đây, sau biến đổi toán học ta K= kth/kngh = [C]m’cb[D]n’cb/[A]mcb[B]ncb K gọi số cân thay đổi nhiệt độ thay đổi, K không thay đổi với thay đổi nồng độ 2.Trạng thái cân hóa học Đa số phản ứng xảy cịn lại số lượng khơng đáng kể chất lượng phản ứ ng Nhưng số phản ứng khác hỗn hợp cuối phản ứng hay sau phản ứng lại chứa lượng đáng kể tất chất, phản ứng xảy khơng hồn tồn Để hiểu phản ứng lại khơng xảy hoàn toàn ta xét phản ứng cụ thể (1) VD : H2(k) + I2(k) (2) 2HI(k) Phản ứng xảy P0 = 1atm T = 1000K Giả sử ban đầu có mol H2 mol I2 Nếu phản ứng xảy với H= 100%( xảy hồn tồn) sau phản ứng ta thu mol HI lượng H2 I2 tiêu thụ hoàn toàn Nhưng thực tế điều kiện hiệu suất phản ứng đạt 73,5% nguyên nhân ảnh hưởng đến phản ứng hiệu suất đạt 73,5% Ban đầu hàm lượng I2 H2 giảm hàm lượng HI tăng Nhưng lượng HI tăng Nhưng lượng HI tăng đến 1,47( mol)(thực nghiệm) chất lượng chất lượng H2 I2 khơng thay đổi nữa, hệ đạt trạng thái cân Điều cho thấy trạng thái cịn cân hóa học, hàm lượng chất phản ứng hàm lượng sản phẩm tồn không đổi Thực chất phản ứng phản ứng hai chiều Một mặt phân tử H2, I2 tương tác với tạo thành phân tử HI( phản ứng 1) Nhưng mặt khác phân tử HI tạo thành phân hủy trở lại thành H2 I2( Phản ứng 2) Như điều kiện đồng thời xảy hai phản ứng ngược chiều dạng phản ứng gọi phản ứng thuận nghịch Trạng thái cân thiết lập tốc độ phản ứng phản ứng hay khái quát : Trạng thái cân thiết lập vận tốc phản ứng thuận vận tốc phản ứng nghịch (VT=VN) trạng thái cân gọi cân động hai trình thuận nghịch diễn với tốc độ thành phần chất có mặt phản ứng kể từ lúc khơng thay đổi 3.Điều kiện cân hóa học 3.1 Điều kiện cân hóa học Thực tế phản ứng hóa học xảy đồng thời theo hai chiều thuận nghịch trình phản ứng thuận giảm dần tốc độ phản ứng nghịch tăng dần , tốc độ hai phản ứng trạng thái cân hóa học thiết lập Để làm rõ điều kiện “Cân hóa học” phản ứng ? Ta xét phản ứng tổng quát sau: (Ở điều kiện T,P=Const) γ A + γ A + … 1 2 γ 'A ' + γ 'A ' +… 1 2  Ta có dG = -SdT + Vdp + µidni Mặt khác điều kiện cân phản ứng :  dG =0 hai chiều + µidni = (µi hóa ) Ta có biến thiên dni tỉ lệ với tỉ số tỉ lượng γi nên − 𝑑𝑛𝑖 𝛾1 =− 𝑑𝑛2 𝛾2 𝑑𝑛2 𝑑𝑛’2 =…= 𝛾1’ = 𝛾’2 =….=dn → 𝑑𝑛𝑖 = 𝛾1 𝑑𝑛 (dn biến thiên số mol chất lượng phản ứng có 𝛾 = 1) So sánh số cân K1 K2 ta thấy K1>>K2 điều cho thấy AgCl dễ tan NH3 so với AgI Thực tế cho thấy AgCl tan NH3 dễ AgI Ví dụ 2: Đánh giá khả oxi hóa I- Fe(CN)63E0 Fe3+/Fe2+ = 0,77 E0 I2/2I = 0,6197 (V) Các cân có: x Fe(CN)3-6 2Fe3+ Fe3+ + 6CN ß31- = (1042)-1 2Fe2+ + I2 (1) K1 = 102(E1-E02)/0,059 (2) x Fe2+ + CN- Fe(CN)4-6 ß2 = (1035) (3) Nhân (1), (3) với (2) sau tổ hợp cân ta Fe(CN)63- + 2I Fe(CN)64- + I2 (4) K2 Khi K2 = K1.( β-13)2.β22 =K1( K1= 10 2(E01-E02)/0,059 2 ) 3 1035 ( ) 10 42 Với E01 = E0 Fe3+/Fe2+ E02 = E0I2/2I-  K2 = 105,13 10-14 = 10-8,9 Ta thấy K2 = 10-8,9 bé cân (4) không xảy Điều cho thấy khả oxi hóa I- Fe(CN)3-6 khó Ví dụ 3: So sánh khả hòa tan CuS a Dung dịch HCl b Hỗn hợp dd HCl H2O2 Giải: a Xét khả hòa tan CuS dung dịch HCl Ta có: CuS S2- + 2H+ Cu2+ + S2- Ks = 10-35 H2S K1= 10-15 Do K2 = 10-15 bé thực tế CuS không tan HCl b – xét khả hòa tan CuS hỗn hợp hai dung dịch HCl H2O2 40 ta có CuS Cu2+ + S2- (1) Ks = 10-35 S2- + 2H+ H2S (2) K1= (Ka1 Ka2)-1 = 1020 H2S – 2e 0 S + 2H+ (3) K2=102( E1  E2 / 0,059 ) H2O2 + 2H+ + 2e 2H2O (4) 0 K3=102( E1  E2 / 0,059 ) Tổ hợp cân (3), (4) ta H2O2 + 2H+ + 2e 0 2H2O + S (5) K4= 102( E1  E2 / 0,059 ) Với E01= E0H2O2/H2O = 1,77(V); E02 = S/H2S = 0,14(V)  K4 = 1055,25 Tổ hợp cân (1), (2), (5) ta được: CuS + 2H+ + H2O2 Cu2+ + S + 2H2O K= Ks.K1.K4 = 10-35 1020 1055,25 = 1040,25 Do K = 1040,25 lớn kết tủa CuS dễ tan HCl có mặt H2O2 Như để dự đoán, đánh giá khả xảy phản ứng ta dựa vào cân hóa học Cân hóa học giúp ta định dạng xây dựng phương pháp tiến hành phân tích Tách chọn lọc chất Từ định luật phân bố suy phương pháp rút chất tan khỏi dung mơi nhờ thêm vào dung môi thứ không tan dung dịch thứ hòa tan chất cần khảo sát Phương pháp gọi chiết Ta dùng phương pháp để loại bớt cấu tử vô ích để lấy dạng giầu cấu tử có ích dung dịch Trong phân tích trường hợp phổ biến chiết chất tan nước dung môi hữu thích hợp khơng trộn lẫn với nước Để nâng cao hiệu chiết thường chia thể tích dung mơi hữu nhiều phần nhỏ chiết nhiều lần thay cho việc chiết lần thể tích lớn dung môi Nguyên tắc chiết nhiều lần 41 Giả sử chiết chất A có Vw (lit) dung dịch chứa xommol Vo(lit) dung môi hữu Sau lần chiết thứ dung dịch nước lại x1mmol A Khi nồng độ A dung dịch nước hữu là; [A]w = [A]o = x x1 Vw xo  x1 Vo Ta có : KD = KD= [A]o ( xo  x1) / Vo xo  x1 Vw   [A]w x1 / Vw x1 Vo xo  x1 Vw x x K V  o 1 D o x1 Vo x1 Vw  x1 = xo( ) (1)  K D Vo / Vw Nếu lại chiết tiếp tục tương tự ta có :  x2 = x1( ) (2)  K D Vo / Vw Từ (1)(2) ta có:   x2  x0     K D V0 / VW  Nếu ta tiến hành đến n lần lượng chất A lại nước :   xn  x0     K D V0 / VW  n Từ suy lượng chất chiết sau n lần là: n     xi  x0  xn  x0 1        K DV0 / Vw   n     xi  x0 1        K DV0 / Vw   Phương pháp chiết phương pháp có nhiều ưu điểm thời gian tính nhanh chóng, việc tách khơng bị q trình phụ : Hấp thụ,cộng kết, ảnh hưởng Do hóa học phân tích định luật phân bổ có ứng dụng lớn 42 II TRONG NGÀNH HĨA HỌC CƠNG NGHỆ Cân hóa học có ứng dụng quan trọng hóa học cơng nghệ,đặc biệt nghành cơng nghệ sản xuất Đặc trưng quan trọng sản xuất hóa học làm biến đổi thành phần nguyên liệu tạo sản phẩm thơng qua phản ứng hóa học.Vì hiệu xuất phản ứng cao sản phẩm thu có sức cạnh tranh cao,sản phẩm sản xuất đáp ứng nhu cầu xã hội.Để nâng cao suất sản xuất nhà sản xuất phải áp dụng công nghệ với việc vận dụng sở lý thuyết phản ứng tạo thành sản phẩm sản xuất hóa học số nghành sản xuất hóa học chất mà “cân hóa học” có ảnh hưởng lớn đến việc tang hiệu suất trình sản xuất Tổng hợp ammoniac (NH3) Quá trình tổng hợp ammoniac diễn theo phương trình 3H2(k) + N2(k) 4500 2NH3(k) + H 2O ∆H < O Đặc điểm phản ứng phản ứng thuận nghịch,tỏa nhiệt,giảm thể tích cần xúc tác.Do điều kiện phản ứng nhiệt độ,áp suất,nồng độ chất có ảnh hưởng đến chuyển dịch cân phía hay phía khác Dựa vào đặc điểm người ta thay đổi điều kiện có ảnh hưởng đến dịch chuyển cân phản ứng nhằm làm tang hiệu suất trình tổng hợp ammonic Về nhiệt độ: Do phản ứng phản ứng thuận nghịch tỏa nhiệt nên tăng nhiệt độ tốc độ phản ứng giai đoạn đầu tăng dần hệ nhanh đạt đến trạng thái cân bằng.Lúc tăng nhiệt độ tiếp cân lại chuyển dịch sang chiều phân hủy ammoniac làm hiệu xuất chuyển hóa Nitow thành ammoniac giảm.Nhiệm vụ đặt để cung cấp nhiệt cho giai đoạn đầu phản ứng xảy nhanh,nhưng giai đoạn phải giữ nhiệt độ thích hợp.Để tìm nhiệt độ phù hợp cho phản ứng người ta 43 nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm cách áp dụng phương trình đẳng nhiệt để xác định khoảng nhiệt độ thích hợp cho phản ừn khoảng 4500C.Nhưng phản ứng ln tỏa nhiệt nên để trì nhiệt độ phù hợp mà liên tiếp cung cấp nhiệt độ nhà sản xuất thiết kế tháp tổng hợp ammoniac có phận trao đổi nhiệt.Tại phận hỗn hợp khí N2 H2 trước vào tổng hợp đốt nóng sơ nguồn nhiệt hỗn hợp khỏi tháp.Do hỗ hợp N2 H2 vào tháp đốt nóng vào tháp nhiệt độ phản ứng tỏa nguồn nhiệt để phản ứng xảy ra, cách điều chỉnh nhiệt phù hợp giúp giảm phần chi phí cho việc mua nhiên liệu để cung cấp nhiệt Về áp suất : Đặc trưng phản ứng giảm số mol phản ứng theo chiều tạo NH3 trình giảm áp suất hệ.Vì tăng áp suất cân chuyển dịch phía thành NH3 làm tăng hiệu suất chuyển hóa nitow thành NH3.Bằng lý thuyết thực tiễn cho thấy phản ứng thực áp suất cao 600-1000at Để có áp suất lớn hỗn hợp khí N2 H2 ban đầu lấy với tỉ lệ H2:N2 = 3:1 đưa qua máy nén để tăng áp suất trước đưa vào tháp tổng hợp Mặt khác lượng ammoniac tạo lấy để làm cho chuyển dịch theo chiều thuận Hỗn hợp khí phản ứng chuyển phận ammoniac hóa lỏng tách ngồi phải hóa lỏng ammoniac hỗn hợp khí sau khỏi tháp nhiệt độ cao phần gồm có N2, H2, NH3 chưa phản ứng hết quay vòng trở lại tháp tổng hợp.Q trình hịa lỏng NH3 thực qua nhiều giai đoạn khác nhằm thực mujch đích thu lượng NH3 nhiều nhất.nhiều Để vận tốc phản ứng xảy nhanh người ta sử dụng chất xúc tác.Chất xúc tác không phari có chất ảnh hưởng đến chuyển dịch cân mà có tác dụng làm tăng tốc độ phản ứng phản ứng thuận phản ứng nghịch khơng ảnh hưởng đến nồng độ chất lúc cân 44 N2(k) + 3H2(k) 2NH3(k) Nếu khơng có xúc tác dù nhiệt độ cao áp suất cao phản ứng hầu hư khơng xảy ra.Nhưng ta dung cách tùy tiện chất xúc tác chất xúc tác lại có hoạt tính khác việc tìm chất xúc tác phù hợp trình Bằng lý thuyết người ta xác định ∆H ∆S.Từ người ta xác định ∆G theo phương trình : ∆G = ∆H - T∆S Tại số nhiệt độ người ta xác định đại lượng ∆G < theo lý thuyết phản ứng tự diễn,nhưng thực tế lại không xảy hay xảy chậm.Chính người ta nghĩ đến yếu tố xúc tác phản ứng tổng hợp ammoniac xúc tác thish hợp số kim loại sắt,platin,mangan,… Do việc vận dụng tốt lý thuyết cân hóa học mà nòng cốt nguyên lý Lechaterier tổng hợp ammoniac nâng cao suất trình tổng hợp.mặt khác việc vận dụng tốt lý thuyết cân hóa học giúp ngày xây dựng dây truyền sản xuất tiên tiến Sản xuất axit Sunfuric Axit sunfuric hóa chất sử dụng rộng rãi kinh tế quốc dân sản phẩm có khối lượng lớn cơng nghiệp hóa học.Do việc nâng cao hiệu suât trình sản xuất axit Sunfuric điều cần thiết Trong dây chuyện sản xuất axit Sunfuric giai đoạn oxi hóa SO2 với xúc tác V2O5 giai đoạn có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất trình sản xuất Giai đoạn oxi hóa SO2 với xúc tác V2O5 diễn theo phương trình sau : 2SO2 + O2 2SO2 ∆H0 46 Đặc điểm phản ứng phản ứng thuận nghịch xảy dạng dị thể phản ứng thu nhiệt.Do yếu tố nhiệt độ áp suất … có ảnh hưởng đến dịch chuyển cân Nhiệt độ: Do đặc điểm phản ứng phản ứng thuận nghịch thu nhiệt để phản ứng xảy cần phản ứng xảy cần phải cung cấp nhiệt cho phản ứng theo chiều tạo CaO.Nhưng thực tế người ta xác định ta nung nhiệt độ cao vôi kết hợp với số oxit SiO2, Al2O3…tạo thành chất “tôi” điều lại làm giảm chất lượng vơi.Vì để có vôi với chất lượng tốt hiệu suất trình cao người ta thường tiến hành nung nhiệt độ 1000 – 1100oC.Đây khoảng nhiệt độ phù hợp cho trình sản xuất Áp suất: Do phản ứng xảy pha khác nhau.Do cân hóa học dị thể,áp dụng định luật tác dụng định luật tác dụng khối lượng ta xác định số cân phản ứng : Kp = Pco2 Do để cân chuyển dịch phía tạo thành CaO phải làm cho lượng khí CO2 tạo thành khỏi vùng phản ứng.Để làm đượng điều người ts thiết kế lị nung với cửa khí nhanh thống lượng khí tạo thành nhanh chóng ngồi.Để lượng khí CO2 ngồi nhanh chóng lựa chọn ngun liệu phải ý đến kich thước yếu tố ảnh hưởng lớn đến hiệu suât sản xuất vôi.Cụ thể chọn nguyên liệu với kích thước nhỏ gây tượng tắc lị tức khí CO2 khơng ngồi điều làm cho cân chuyển dịch sang chiều tạo CaCO3 Nhưng kích thước ngun liệu q lớn lượng khí CO2 nhanh cân chuyển dịch sang chiều tạo CaO kích thước lớn vơi tạo thành dễ có phần sống làm chất lượng vơi giảm Qua thấy nghành sản xuất hóa chất vật liệu vận dụng hợp lý nguyên lý chuyển dịch cân Lichatelier giúp nâng cao suất 47 trình sản xuất đồng thời động lực sở để xây dựng dây truyền sản xuất hiệu III TRONG HĨA NƠNG NGHIỆP Hóa nơng nghiệp nghành khoa học vận dụng sở lý thuyết phương pháp học vào sản xuất nông nghiệp Hóa học nơng nghiệp nghiên cứu chu trình chất nông nghiệp phát biện pháp tác động lên q trình hóa học diễn đất trồng nhằm làm tăng thu hoạch thay đổi thành phần chất lượng sản phẩm nông nghiệp Đất yếu tố quan trọng noscos định lớn đến phát triển suất trồng Chính xác định thành phần, tính chất đất cơng việc cần thiết Xác định thành phần tính chất đất thành giúp ta điều chỉnh việc điều chỉnh cấu trồng hợp lí mà sở để cải tạo đất Để xác định thành phần tính chất đất ta có nhiều phương pháp như: Cơ học, hóa học Đất nông nghiệp nước ta đa phần chua phèn, đất cằn việc xử lí cải tạo đất điều cần thiết Để xác định độ chua đất ta xử lí đất dung dịch muối trung tính như: KCL Q trình xử lí biểu diễn cân sau : KD H Al 3 + 4KCl AlCl3 + 3H2O KD K  + HCl + AlCl3 Al (OH )3 + 3HCl Các cân cho ta thấy ta xử lý đất dung dịch KCL keo đất hấp thu ion K+ ion H+ Al+ đẩy phần dung dịch, ta xác định độ chua đất Ngoài xác định độ chua đất người ta cịn sử lí đất dung dịch muối kiềm chẳng hạn dung dịch CH3COONa Phương pháp dựa chủ yếu vào cân thủy phân CH3COONa 48 CH3COONa + H2O CH3COOH + Na+ + OH- Do mơi trường trở nên kiềm ngun nhân chủ yếu để tách ion H+ khỏi trạng thái hấp thụ bề mặt keo đất [ KĐ]H+ + CH3COOH + Na+ + OH [KĐ] Na+ + CH3COOH + H2O Đây ứng dụng quan trọng cân hóa học giúp xác định tính chua,kiềm đất từ đưa biện pháp xử lý hợp lý Trong xử lý đất chua người ta thường dung bôt CaCO3 Trong thực tế CaCO3 không tan nước ,nhưng tan dung dịch đất có chứa axit cacbonic (H2CO3) Phương trình phản ứng : CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3) Khi có cân thủy phân sau Ca(HCO3)2 + 2H2O Ca(OH)2 + 2H2O + 2CO2 Ca2+ + OH  Ca(OH)2 Trong dung dịch dất chứa Ca(OH3)2 nồng độ ion OH Ca2+ tăng lên ion Ca2+ trao đổi với ion H+ trạng thai hấp phụ H KD H  + Ca(OH)2 Ca 2 KD H  + 2H2O Quá trình trao đổi làm giảm nồng độ ion Ca2+ dung dịch đất làm cho cân thủy phân chuyển dịch theo chiều thuận Qua cho ta thấy ứng dụng cân hóa học hóa nơng nghiệp lớn.Nghiên cứu đất hay xác q trình phân tích thành phần,tính chất đất từ ta phân biệt loại đất quan trọng từ sở ta có phương pháp cải tạo phù hợp điều đặc biệt ta xây dựng tiêu chuẩn cách bón phân loại đất… điều góp phần tăng st trồng đưa nơng nghiệp ngày phát triển 49 V TRONG MỘT SỐ LĨNH VỰC KHÁC Giải thích tạo thành thạch nhũ hang động Nguồn gốc tạo thành thạch nhũ q trình hịa tan đá vơi (CaCO3) nước ngầm có chức cacbon dioxit (CO2),quá trình biển diễn cân sau : Ca2+ 2HCO3 (1) CaCO3 + CO2 + H2O CO2(k) CO2(aq) (2) Bình thường lượng nước nồng độ CO2 ổn địnhnhưng nước ngầm chảy đất đá hàm lượng cacbon dioxit tăng lên nồng độ cacbon dioxit (CO2) đất hút vào cao.ĐIều làm cho cân chuyển dịch phía tạo thành Ca2+ HCO3.Nhưng nước tiếp xúc với khơng khí chứa cacbon dioxit cân (2) lại chuyển dịch theo chiều nghịch nồng độ CO2 nước giảm điều làm cho cân (1) lại chuyển dịch sang chiều nghịch tạo thành CaCO3 thạch nhũ hình thành Phản ứng tạo thạch nhũ áp dụng để giải thích hình thành “cặn” bám thành nồi đuôn ấm Trong y học Trong kĩ thuật chiếu tia X bệnh đường ruột người ta hay dung vữa barisunfat với nước.BaSO4 hợp chất tan nước tạo ion bari Ba2+ ion có hại cho sức khỏe BaSO4 Ba2+ + SO4 (I) Để đảm bảo nồng độ ion bari Ba2+ vữa đến mức an tồn người ta cho thêm kalisunfat K2SO4 vào nhằm tăng nồng độ ion SO4 cần (I) dịch chuyển theo chiều nghịch Trong kĩ thuật lưu trữ hidro Hidro nhiên liệu cần số nghành cơng nghiệp hóa chất.Nhưng việc vận chuyển lưu trữ lại tương đối khó khăn hidro thể khí nhẹ nên để vận chuyển với số lượng lớn vấn đề đặt cần giải 50 quyết.Để giải vấn đề người ta tiến hành nghiên cứu cách lưu trữ Hidro hợp kim cách tạo Hidrua kim loại kết cho thấy hợp kim sắt titan tốt nhất.Dưới áp suất thấp,Hidro tạo Hidrua với bột kim loại.Quá trình diễn tả cân sau : Ti(x) + H2(k) TiH2(k) Khi hidro sử dụng áp suất giảm phản ứng ngược tiếp diễn hidro lại tạo thành Trong bảo vệ môi trường Axit hipocloro HOCl chất kiềm chế sinh trưởng tảo vi khuẩn bể bơi nguồn cung cấp nước.Về mùa hè ánh nắng gay gắt mặt trời,Axit hpocloro bị phân hủy nhanh chóng để hạ thấp khả bị phân hủy người ta thường hóa vào bể tắm “ Chất ổn định” chẳng hạn axitxianuric tương tác với axit hipocloro theo cân sau : Axit xianuric axit tricloxianuric Axit triclo xianuric không bị ánh sang mặt trời phân hủy.Do Axit hipocloro liên tục cung cấp chất ổn định bình dự trữ Trong kĩ thuật xử lý nước Nước yếu tố thiếu sống chúng ta.Trên trái đất có khoảng 97% nước mặn,chỉ cịn khoảng 3% nước ngọt.Vì để có nguồn nước để sinh hoạt phục vụ số nghành khác ta cần phải xử lý nước.Trong phương pháp xử lý nước có phương pháp làm nước trao đổi ion phương pháp dựa biến thiên cua số cân nhiệt độ thay đổi 51 Khi cho nước chảy qua nhựa trao đổi ion kim loại nước ion hidro nhựa theo phản ứng RH (r ) + M  aqnuoc RM (r ) + H (aq ) Sau cột nhựa trao đổi ion ion làm tái sinh cách cho them axit chảy qua nồng độ ion H+ tăng lên cân chuyển dịch chiều nghịch Phương pháp tái sinh dựa ảnh hưởng nhiệt độ làm tăng số cân phản ứng H2O H+ + OH  Chẳng hạn 800oC nồng độ ion hdro lớn nhơn nhiều so với lúc 20oC ion kim loại nhựa ion hdro nước thay dễ dàng 52 PHẦN KẾT LUẬN Trải qua thời gian lao động miệt mài nghiêm túc, hướng dẫn tận tình Thạc sĩ Vũ Hồng Nam giúp đỡ bạn bè nỗ lực thân tơi hồn thành khóa luận Trong khóa luận tơi khơng hệ thống tương đối hồn chỉnh lí thuyết cân gồm cân hóa học cân vật lí Lý giải cụ thể ảnh hưởng yếu tố lên cân thơng qua làm rõ giúp gúp học sinh hiểu rõ rang nội dung nguyên lý chuyển dịch cân Lechatelier Làm rõ ảnh hưởng nhiệt độ ,áp suất lên cân pha Thơng qua ví dụ cụ thể giúp học sinh nắm vững kiến thức có nhìn tổng qt giải tốn phần cân Trong khóa luận tơi vận dụng sở lí thuyết cân giải thích thay đổi yếu tố nhiệt động q trình sản xuất từ đưa biện pháp làm tăng hiệu suất trình sản xuất Vận dụng sở lí thuyết vào xác định nồng độ cấu tử dung dịch hệ đạt cân ngồi cịn đưa phương pháp đơn giản để dự đoán chiều hướng phản ứng xảy dung dịch từ cung cấp sở để xem xét cân dung dịch sở phương pháp tách, chiết chất Tôi tin làm đề tài giúp giáo viên học sinh THPT học phần cân hóa học Những nghiên cứu ban đầu thời gian thân có hạn nên chắn cịn nhiều thiếu xót Rất mong nhận góp ý thầy giáo bạn để tơi hoàn thành đề tài cách hoàn thiện Tôi xin chân thành cảm ơn ! 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO Đào Đình Thức (2001), Hóa học đại cương – Tập hai Từ lí thuyết đến ứng dụng NXB Đại học quốc gia Hà Nội Nguyễn Hạnh (2002).Cơ sở lí thuyết hóa học Phần II Nhiệt động học, Động hóa học,điện hóa học NXB Giáo dục Trần Văn Nhân- Nguyễn Thạc Sửu- Nguyễn Văn Tuế ( 2002), Hóa Lí- Tập I NXB Giáo dục Nguyến Đình Huế (2002), Hóa Lí –Tập II Nhiệt động hóa học, NXB Giáo dục PGS.TS Lê Mậu Quyền (1995), Cơ sở lí thuyết hóa học, NXB khoa học kĩ thuật Hà Nội Nguyễn Tinh Dung- Hoàng Nhâm-Trần Quốc Sơn-Phạm Văn Tư (2002), Tài liệu nâng cao mở rộng kiến thức hóa học THPT, NXB Giáo dục RB Bucat (1996), Cơ sở hóa học Người dịch: Hồng Minh Châu- NXB Giáo Dục Trần Thị Bình- Phùng Tiến Đạt- Lê Viết Hùng – Phạm Văn Thưởng (2001), Hóa học cơng nghệ mơi trường, NXB – Giáo dục 54