Cân bằng hóa học

Cân bằng hóa học

Analytical Chemistry/ II. Chemical Equilibrium PTNNguyen-HCMUS 1 Chương Chương 2 ( 2 ( tt tt ) ) CÂN B CÂN B Ằ Ằ NG H NG H Ó Ó A H A H Ọ Ọ C C II.1 Phản ứng thuậnnghịch và cân bằng hóa học II.2 Năng lượng tự do và hằng số cân bằng II.3 Vậndụng hằng số cân bằng II.4 Nguyên lý Le Châtelier II.5 Mộtsố tính toán từ hằng số cân bằng II.6 Hằng số cân bằng củamộtsố phản ứng A . Phản ứng kếttủa B. Phản ứng Acid-base C. Phản ứng tạophức D. Phản ứng Oxy hóa-khử 2 1. Biểudiễnhằng số cân bằng trong các phản ứng sau +- 34 2- - 2 2- 2- 4- 4- 4 - 332 + 33 a) NH ( ) HCl ( ) NH ( ) + Cl ( ) b) PbI ( ) S ( ) PbS( ) + 2I c) CdY ( ) 4CN ( ) Cd(CN) ( ) + Y ( ) [Y = EDTA] d) AgCl( ) 2NH ( ) Ag(NH ) ( ) + Cl ( ) e) BaCO ( ) 2H O ( aq aq aq aq saq s aq aq aq aq saq aqaq sa − + + + + + +     2+ 23 2 ) Ba ( ) + HCO( ) 2HO()qaqaql+ 3 II.4 Nguyên lý Le Châtelier +- 5 33 3 [H O ][CH COO ] 1.75 10 [CH COOH] a K − ==× -+ 3233 CH COOH( ) + H O ( ) CH COO ( ) + H O ( )aq l aq aq → chiềucânbằng thay đổi → Nguyên lý Le Châtelier: dựđoán chiềucânbằng Cân bằng mới đượcthiếtlập theo chiều làm giảmhay chống lạivớisự thay đổi đãápdụng cho hệ cb K a = const. [H 3 O + ], [CH 3 COO], [CH 3 COOH] → thay đổi Điềukiệnphản ứng (nhiệt độ, áp suất, nông độ) → thay đổi 4 thêm khí N 2 thựchiện trong bình hở thêm chấtxúc tác thêm NaCl pha loãng dd thêm chấthút ẩm Kếtquảthay đổiHệ phản ứng 22 2 CO + H H O(g) + (1) CO→ 22 H (g) + I ( ) 2HI g)(2) (g → No change 24 24 NaCl(s) + H SO ( ) Na SO (s) + HCl )) g(3 (l → +- HCN(aq) H (aq) + (4) CN (aq)→ +- AgCl(s) (aq) + Cl(5) (aq) Ag→ 22 3 N + 36 H) ( 2NH→ No change  Ảnh hưởng củanồng độ lên cân bằng 5  Ảnh hưởng củaápsuất lên cân bằng 2 24 2NO ))N( O (gg • Tăng áp suất ⇔ giảmthể tích NO 2 N 2 O 4 • Giảmápsuất: N 2 O 4 NO 2 N 2 O 4 NO 2 (khí nâu) (không màu) Sự thay đổiápsuấtchỉảnh hưởng đáng kểđếnp.ứng trong đócósự thay đổisố mole khí 6 2 2 4 khi 2NO() NO(), n 1 2 1ggΔ =− =− Sự thay đổiápsuấtchỉảnh hưởng đáng kểđếnp.ứng trong đócósự thay đổisố mole khí khi sanpham tacchat nn nΔ= − 22 N() + O 2NO(), 0 khi ggnΔ =  → Sự thay đổiápsuất ảnh hưởng nhiều đếncbp.ứng → Sự thay đổiápsuất không ảnh hưởng đếncbp.ứng • Phản ứng vớitácchấtlàrắn, lỏng bỏ qua sựảnh hưởng củaápsuất • Ngoạilệ 7 • Ngoạilệ: ở áp suấtrấtthấpnhưởsau trong lòng đất hay đáy đạidương Ví dụ: Hòa tan đávôi 2+ 2- 33 CaCO (s) Ca + CO  áp suấtdưới đáy Thai Binh Duong > ĐạiTâyDương → o đáy ĐạiTâyDương tồntạidạng CaCO 3 lớnhơn 8 The commercial production of hydrogen is carried out by treating natural gas with steam at high temperatures and in the presence of a catalyst (“steam reforming of methane”): CH 4 + H 2 O → CH 3 OH + H 2 Given the following boiling points: CH4 (methane) = –161°C, H 2 O = 100°C, CH 3 OH = 65°, H 2 = –253°C, predict the effects of an increase in the total pressure on this equilibrium at 50°, 75° and 120°C. 120 70 50 results Δn g EquationTemp. 42 3 2 CH )+H O( ) CH OH( )+H ( ) ( g llg→ 0 42 3 2 CH )+H O( ) CH OH( )+H ( ) ( g lgg→ 1 0 42 3 2 CH )+H O( ) CH OH( )+H ( ) ( g ggg→ 9  Ảnh hưởng củanhiệt độ lên cân bằng 22 4 NO2() ()QO + N gg  • Tăng nhiệt độ NO 2 N 2 O 4 • Giảm nhiệt độ N 2 O 4 NO 2 N 2 O 4 NO 2 (khí nâu) (không màu) 10 II.5 Mộtsố tính toán từ hằng số cb 1) Xét phản ứng cân bằng sau: A + B C + D  [ ][ ] [][] CD 0.30 AB K == Giả sử phản ứng xảyravới0.20 mol chất A và 0.50 mol chấtB được hòa trong 1.00 L. Tính nồng độ củatácchấtvàsảnphẩm ở cân bằng • [A] = 0.20 M; [B] = 0.05 M [A] [B] [C] [ 0.20 0.50 0 D] t0: 0= - - t x xxx+ + (0.20 - ) (0.50 - ) t cb x xx x = [A] cb , [B] cb [C] cb [D] cb = ? 11 [ ][ ] [][] CD 0.30 AB K == [A] [B] [C] [ 0.20 0.50 0 D] t0: 0= - - t x xxx + + (0.20 - ) (0.50 - ) t cb x xx x = 2 0.30 (0.20 )(0.50 ) x xx = − ⇒ − 2 0.70 0.21 0.03 0xx⇔ + −= 2 4 2 bb ac x a −± − = 0.11M= [A] 0.20 0.09 [B] 0.50 0.39 [C] [D] 0.11 x M x M x M = −= =−= === 12 2) Xét phản ứng cân bằng sau: A + B C + D  [ ][ ] [][] 16 CD 2.0 10 AB K ==× Giả sử phản ứng xảyravới0.20 mol chất A và 0.50 mol chấtB được hòa trong 1.00 L. Tính nồng độ củatácchấtvàsảnphẩm ở cân bằng Nhậnxét: • vì K >>, p.ứ gầnnhư dịch chuyển hoàn toàn về sảnphẩm • Gọix lànồng độ củaA ở cân bằng → x <<, ở dạng vết [A] [B] (0.50 0.20) 0.30 [C] [D] 0.20 x x x x = = −+=+ == − Tạicânbằng: 13 Tạicânbằng: A + B C + D (0.30 ) (0.20 ) (0.20 ) x xxx+ −−  Vì [A] = x , rấtnhỏ → x << 0.3 và 0.2 [A] [B] 0.30 [C] [D] 0.20 x = ≈ =≈ [ ][ ] [][] 16 CD 2.0 10 AB K ==× 16 (0.20)(0.20) 2.0 10 (0.30)x =×⇔ -18 [A]=6.7 10x M×⇒ = Khi nồng độ << 0.01 K cb → bỏ qua x 14 3) Xét phản ứng cân bằng sau: A + 2B 2C [ ] [][] 2 10 2 C 1.0 10 AB K ==× Giả sử 0.10 mol chấtA phản ứng xảyravới 0.20 mol chấtB trong the tích 1000ml. Tính nồng độ của A, B, C ở cân bằng  Nhận xét: vì K >> và [A] = ½ [B] → p.ứ giữa A và B gần như hoàn toàn, chi còn lạidạng vết  Gọix lànồng độ củaA ở cân bằng [A] [B] 2 [C] 0.20 2 0.20 x x x = = =−≈ 15 Tạicânbằng: A + 2B 2 C 2 0.20 xx  2 10 2 (0.20) 1.0 10 (x)(2x) K ==× -4 4 [A]= 1.0 10 ; 2 2.0 10x MB x M − ⇒ =×==× [ ] [][] 2 10 2 C 1.0 10 AB K ==× 16 4) Xét phản ứng cân bằng sau: AB A + B T ính nồng độ cân bằng của A và B trong 0.10M dd củachất điệnlyyếu AB, có hằng số cănbằng là 3.0 x 10 -6 AB A + B [ ] [ ] [] 6 AB 3.0 10 AB cb K − ==× 0.10- x xx  Gọix = nồng độ sảnphẩmlúccânbằng  K <<, bỏ qua x trong [AB] →[ AB] = 0.10 –x ~ 0.10 6 ()() 3.0 10 0.10 cb xx K − ==× 4 [A] [B] 5.5 10 Mx − ===×→ 17 II. 6 Hằng số cân bằng củamộtsố phản ứng K a , hằng số acid HA + H 2 O ⇔ H 3 O + + A - Acid-base K cb ,hằng số cbằng A red + B ox ⇔ A ox + B red Oxy hoá - khử K f , hằng số tạophức M n+ + aL b- ⇔ ML a (n-ab)+ Phức K sp , hằng số tan MA ⇔ M n+ + A n- Kếttủa Hằng số cân bằngCân bằngPhản ứng 18 2+ - 2 Pb ( ) + 2Cl ( ) PbCl ( )aq aq s A. Phản ứng kếttủa (Precipitation Reactions) 2+ - 2 PbCl ( ) Pb ( ) + 2Cl ( )saqaq • Hằng số cân bằng = hằng số tan (K sp , solubility product ) 2+ - 2 5 [Pb ][Cl ] 1.7 10 sp K − ==× KếttủarắnPbCl 2 không xuấthiện trong biểu thức tính K sp 19 20 B. Phản ứng acid-baz -+ 3334 CH COOH( ) + NH ( ) CH COO ( ) + NH ( )aq aq aq aq • Hằng số cân bằng = hằng số phân ly (K a , solubility product ) Brønsted-Lowry: Acid: cho proton Baz: nhậnproton Acid Baz Acid liên hợpBaz liên hợp [...]... oxy hóa - khử 2Fe3+ (aq) + H2C2O4 (aq) + 2H2O(l ) 2Fe2+ (aq) + 2CO2 (g) + 2H3O+ (aq) Fe+3 → Fe+2 : Fe3+ = chất oxy hóa (nhận điện tử) C+3 (H2C2O4) → C+4 (CO2) : H2C2O4 = chất khử (cho điện tử) H2C2O4 (aq) + 2H2O(l ) → 2CO2 (g) + 2H3O+ (aq) + 2eFe3+ (aq) + e- → Fe2+ (aq) Fe+2 = chất khử liên hợp của chất oxy hóa Fe3+ CO2 = chất oxy hóa liên hợp của chất khử H2C2O4 30 Vị trí cân bằng của p.ứ oxy hóa. .. ) + 2Ag( s ) 33 Cho p.ứ, tính: Cd(s) + 2Ag + (aq ) Cd 2+ ( aq ) + 2Ag( s ) a) Thế chuẩn hóa b) Hằng số cân bằng c) Tính thế ứng với [Ag+]=0.020 M, [Cd2+] =0.050 M ở 250C biết E0Cd2+/Cd=-0.4030V ; E0Ag+/Ag=0.7996V 0 − E Cd 2+ 0 0 a) Thế chuẩn hóa: E = E Ag + Ag Cd E 0 =0.7996V − (−0.4030V) = 1.2026V b) Hằng số cân bằng: K = 10 0 0 n1n2 ( E1 − E2 ) 0.059 = 1040.6558 → K = 4.527 x 1040 34 2+ + Cd ( aq... trưng cho khả năng oxy hóa hay khử của 2 dạng liên hợp 31 Vị trí cân bằng của p.ứ oxy hóa khử: K1 ⎯⎯ n2 Ox1 + n1 Kh2 ←⎯→ n1Ox 2 + n2 Kh1 ⎯ K2 K1 = [Ox 2 ]n1[ Kh1 ]n 2 [Ox1 ]n 2 [ Kh2 ]n1 K2 = [Ox1 ]n 2 [ Kh2 ]n1 1 = [Ox 2 ]n1[ Kh1 ]n 2 K1 → Pt Nernst 0.059 [Ox1 ] 0.059 [Ox 2 ] 0 E1 = E1 + lg & E2 = E0 + lg 2 n1 [Kh1 ] n2 [Kh 2 ] Tại cân bằng: E1 = E2 0 E1 − E 0 = 2 0.059 [Ox 2 ]n1 [Kh1 ]n2 0.059 lg lg... của AgCl tăng khi có sự hiện diện của lượng thừa Clo → có sự tạo phức AgCl(aq) + Cl- (aq) AgCl-2 (aq) → Tính hằng số cân bằng của sự tạo thành phức trên • Sự phân ly của chất rắn với hằng số hòa tan Ksp AgCl(s) Ag + (aq) + Cl- (aq) K sp • Sự tạo phức với hằng số K1, K2 (tra sổ tay hóa học) Ag + (aq )+ Cl- (aq ) AgCl (aq )+ Cl- (aq) AgCl(aq ) K1 AgCl-2 (aq) K 2 • Hằng số phức Kf = Ksp x K1 x K2 28 Tính... ) > 0 hay E10 > E2 : lg K1 > 0 ⇒ K1 > 1 → p.ứ theo chiều 1 hay Ox1 có tính oxy hóa mạnh hơn Ox2 0 * ( E1 0 0 − E2 ) < 0 hay E10 < E2 : lg K1 < 0 ⇒ K1 < 1 → p.ứ theo chiều 2 hay Ox2 có tính oxy hóa mạnh hơn Ox1 * E0 càng lớn tính Oxy hóa càng mạnh, tính khử càng yếu Ví dụ: E0Cd2+/Cd = -0.4030V ; E0Ag+/Ag = 0.7996V Tính oxy hóa của Ag+ > Cd2+, tính khử của Cd > Ag Cd(s) + 2Ag + (aq ) Cd 2+ ( aq ) + 2Ag(... sang chất oxy hóa ΔG = EQ Q: số điện tích trao đổi dưới điện thế E Q = nF ΔG = −nEF n: số điện tử trao đổi giữa 2 dạng Ox/Kh F: hằng số Faraday = 96.493 Cb/mol Mối quan hệ giữa thế điện hóa với nồng độ các chất Ox, Kh → Phương trình NERNST E = E0 + RT [Ox] ln nF [ Kh] E = E0 + 0.059 [Ox] lg n [ Kh] E0 = thế oxy hóa chuẩn của cặp Ox/Kh ([Ox]=[Kh]=1M, 250C,1 atm) → đặt trưng cho khả năng oxy hóa hay khử... ⎡Cl- ⎤ = 1.82 ×10−10 ⎣ ⎦⎣ ⎦ ⎡ Ag + ⎤ = ⎡ Cl- ⎤ = 1.82 ×10 −10 = 1.35 × 10−5 M ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎡ ⎤ mAgcl ( g ) = ⎣ Ag + ⎦ × V × M mAgcl = 1.35 × 10−5 × 100 ×10−3 × 143.32 = 1.93 × 10−4 g 36 2 Tính nồng độ mol hóa tan của Ag2CO3 trong dung dịch có sự hiện diện Na2CO3 0.0200 M Biết Ksp = 8.1x10-12 Ag 2 CO3 (s) 22Ag + (aq ) + CO3 (aq ) K sp = 8.1×10−12 2 2K sp = ⎡ Ag + ⎤ ⎡CO3 ⎤ = 8.1× 10−12 ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ Gọi X = [Ag2CO3] . ( tt tt ) ) CÂN B CÂN B Ằ Ằ NG H NG H Ó Ó A H A H Ọ Ọ C C II.1 Phản ứng thuậnnghịch và cân bằng hóa học II.2 Năng lượng tự do và hằng số cân bằng II.3 Vậndụng. cân bằng II.3 Vậndụng hằng số cân bằng II.4 Nguyên lý Le Châtelier II.5 Mộtsố tính toán từ hằng số cân bằng II.6 Hằng số cân bằng củamộtsố phản ứng A . Phản