Chương II: PHẢN ỨNG HÓA HỌC Tiết: 17 – Tuần: 09. §12. SỰ BIẾN ĐỔI CHẤT I. Mục tiêu: Sau khi học xong tiết này học sinh cần: - Phân biệt được hiện tượng vật lí và hiện tượng hóa học. - Rèn luyện kó năng quan sát, nhận xét. - Giáo dục chủ nghóa duy vật biện chứng: Vật chất không tự nhiên sinh ra và mất đi, chúng chỉ chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác. II. Chuẩn bò: + Giáo viên: Hóa chất: Bột Fe, bột S, đường trắng; Dụng cụ: Nam châm, thìa nhựa, thìa thủy tinh, ống nghiệm, kẹp ống nghiệm, đế sứ giá thí nghiệm. + Học sinh: Phần dặn dò ở tiết trước. III. Tiến trình tiết dạy: 1. Ổn đònh: (01’). 2. Kiểm tra: (01’) Giáo viên không kiểm tra mà sửa chữa những lỗi chung nhất của bài kiểm tra 1 tiết tuần trước. 3. Bài mới: (33’). * Đặt vấn đề: (01’): Chương I đã học về chất, sang chương II sẽ học về phản ứng hóa học. Trước hết cần xem với chất có thể xảy ra những viết đổi gì? Thuộc loại hiện tượng nào?. Đó chính là nội dung bài học hôm nay. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung Hoạt động 1: - Cho học sinh đọc sách giáo khoa và nhớ lại hiện tượng quan sát được ở thực tế, thào luận, trả lời câu hỏi. - Nước từ trạng thái rắn chuyển sang lỏng, hơi và ngược lại có giữ nguyên là chất ban đầu không? - Muối ăn hòa tan vào nước đựoc nước muối. Đun thì nước bay hơi còn lại muối ăn. Vậy nước và muối ăn có giữ nguyên là chất ban đầu không? - Hiện tượng như thế gọi là hiện tượng vật lý. - Vậy thế nào gọi là hiện tượng vật lý? - Hãy cho 1 ví dụ về hiện tượng vật lí xảy ra ở thực tế? - Nếu có hiện tượng chất biến đổi tạo ra chất khác thì gọi là gì? - Đọc sách giáo khoa và nhớ lại hiện tượng quan sát được ở thực tế, thảo luận, trả lời câu hỏi. - Có - Quan sát, nhận xét: Trả lời: Có - Trả lời: … - Trả lời: … - Hiện tượng thủy triều, thủy tinh nóng chảy, … - … ?! I. Hiện tượng vật lí. 1. Quan sát: Nước Nước Nước Muối ăn nước muối Muối ăn 2. Nhận xét: Chất vẫn giữ nguyên là chất ban đầu. * Kết luận: Hiện tượng mà chất biến đổi mà vẫn giữ nguyên là chất ban đầu được gọi là hiện tượng vật lí. Hòa vào nước (dạng hạt) Bay hơi (dạng hạt) (rắn) (lỏng) (khí) Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung Hoạt động 2: - Tiến hành thí nghiệm 1: Trọn bột sắt và bột lưu huỳnh: + Dùng nam châm hút sắt. + Đun hỗn hợp, thử tính chất. - Hướng dẫn học sinh quan sát, nhận xét. - Ở thí nghiệm 1.a xảy ra hiện tượng gì? Vì sao em biết? - Ở thí nghiệm 1.b, lưu huỳnh và sắt có biến đổi thành chất khác không? Dựa vào dấu hiệu nào mà em biết. - Các em quan sát tiếp thí nghiệm 2, đun nóng đừng. - Làm thí nghiệm như sách giáo khoa. - Trong thí nghiệm 1 và 2 có sự biến đổi thành chất khác không? - Những hiện tượng như thế gọi là hiện tượng hóa học. Vậy hiện tượng hóa học là gì? - Hãy cho một ví dụ thực tế về hiện tượng hóa học? - Quan sát, nhận xét số, trả lời. -Hiện tượng vật lí. Vì các chất vẫn giữ nguyên. - Đun nóng, lưu huỳnh tác dụng với sắt tạo ra chất mới (Có tính chất khác chất ban đầu) - Quan sát, so sánh với đường ban đầu. Nhận xét: … - Có. - Trả lời : … - Đót diêm → tạo ra chất có mùi khét. II. Hiện tượng hóa học. * Thí nghiệm 1. sgk/46. - Đun nóng, sắt tác dụng với lưu huỳnh tạo ra chất mới (Sắt (II) sunfua). * Thí nghiệm 2. sgk/46. - Đun nóng, đường phân hủy tạo ra than và nước. * Kết luận : Hiện tượng chất biến đổi có tạo ra chất khác gọi là hiện tượng hóa học. 4. Củng cốø: (05’) a) Bài tập 2 trang 47 sách giáo khoa. b) Bài tập 3 trang 47 sách giáo khoa. 5. Dặn dò - Hướng dẫn về nhà: (02’) - Học bài, thuộc ghi nhớ. Làm các bài tập 1; 2; 3/47 sgk; bài 12.4/15 sbt. - Tiết sau nghiên cứu bài:”Phản ứng hóa học”. Các em tìm hiểu và trả lời: Phản ứng hóa học là gì? Chất nào gọi là chất tham gia? Chất nào gọi là sản phẩm. IV. Rút kinh nghiệm – Bổ sung. Chương II: PHẢN ỨNG HÓA HỌC Tiết: 18 – Tuần: 09. §13. PHẢN ỨNG HÓA HỌC I. Mục tiêu: Sau khi học xong tiết này học sinh cần: - Nắm được đònh nghóa 7) HCl + CaCO3 → CaCl2 + H2O + CO2 HCl → BaCl2 + H2O 48) Ba(OH)2 ++ HBr → BaBr2 + H2O 49) BaO + O2 → Fe3O4 50) Fe a) CuO + Cu → Cu2O b) FeO + O2 → Fe2O3 c) Fe + HCl → FeCl2 + H2 d) Na + H2SO4 → Na2SO4 + H2 e) NaOH + CuSO4 → Cu(OH)2 + Na2SO4 f) Na2CO3 + Ca(OH)2 → CaCO3 + NaOH g) Fe(OH)3 → Fe2O3 + H2O h) CaO + HNO3 → Ca(NO3)2 + H2O Cân PTHH sau : 1) MgCl2 + KOH → Mg(OH)2 + KCl 2) Cu(OH)2 + HCl → CuCl2 + H2O 3) Cu(OH)2 + H2SO4 → CuSO4 + H2O 4) FeO + HCl → FeCl2 + H2O 5) Fe2O3 + H2SO4 → Fe2 (SO4)3 + H2O 6) Cu(NO3)2 + NaOH → Cu(OH)2 + NaNO3 7) P + O2 → P2O5 8) N2 + O2 → NO 9) NO + O2 → NO2 10) NO2 + O2 + H2O → HNO3 11) SO2 + O2 → SO3 12) N2O5 + H2O → HNO3 13) Al2(SO4)3 + AgNO3 → Al(NO3)3 + Ag2SO4 14) Al2 (SO4)3 + NaOH → Al(OH)3 + Na2SO4 15) CaO + CO2 → CaCO3 16) CaO + H2O → Ca(OH)2 17) CaCO3 + H2O + CO2 → Ca(HCO3)2 18) Na + H3PO4 → Na2HPO4 + H2 19) Na + H3PO4 → Na3PO4 + H2 20) Na + H3PO4 → NaH2PO4 + H2 H2O 21) C2H2 + O2 → CO2 + → CO2 + H2O 22) C4H10 + O2 ) C H + Br → C2H2Br4 23 2+ H2 24) C6H5OH + Na → C6H5ONa Al + CuCl2 → AlCl3 + Cu 25) + HBr → CaBr2 + H2O 27) Ca(OH)2 8) Ca(OH) + HCl → CaCl2 + H2O 2+ H2SO4 → CaSO4 + H2O 29) Ca(OH)2 + Na2CO3 → CaCO3 + NaOH 30) Ca(OH)2 H2SO4 → Na2SO4 + H2S 31) Na2S + ) Na S + HCl → NaCl + H2S 32 Mg(OH)2 → KOH + Mg3 (PO4)2 33) K3PO4 + MgCl2 + H2 34) Mg + HCl → H2SO4 → FeSO4 + H2 35) Fe + 6) Al(OH) 3 + H2SO4 → Al2(SO4)3 + H2O → AlCl3 + H2O 37) Al(OH)3 + HCl + MnO2 + O2 38) KMnO4 → K2MnO4 39) MnO2 + HCl → MnCl2 + Cl2 + H2O 40) KNO3 → KNO2 + O2 → BaSO4 + HNO3 41) Ba(NO3)2 + H2SO4 42) Ba(NO3)2 + Na2SO4 → BaSO4 + NaNO3 NaOH → Al(OH)3 + NaCl 43) AlCl3 + ) Al(OH) + NaOH → NaAlO2 + H2O 44 KCl + O2 45) KClO3 → + KOH → Fe(OH)3 + KNO3 45) Fe(NO3)3 46) H2SO4 + Na2CO3 → Na2SO4 + H2O+ CO2 Cu+O2 > CuO CuO+ H2SO4 > CuSO4+ H2O CuSO4+ BaCl2 -> BaSO4+ CuCl2 CuCl2+ 2NaOH > Cu(OH)2+ NaCl Cu(OH)2+ HNO3 -> Cu(NO3)2+ H2O Fe+ HCl -> FeCl2+ H2 FeCl2+ NaOH -> Fe(OH)2+ NaCl Fe(OH)2+ H2SO4 > FeSo4 + H2O FeSO4+ Ba(NO3)2 > Fe(NO3)2+ BaSO4 10 Fe+ HCl -> FeCl2+ h2 11 H2+ Cl2 -> HCl 12 FeCl2 + Cl2 -> FeCl3 13 FeCl3 + NaOH -> Fe(OH)3 + NaCl 14 Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO + H2O 15 FeO +HNO3 > Fe(NO3)3 + NO + H2O 16 Fe+HNO3 ->Fe(NO3)3+NO+H2O 17 Al(OH)3 -> Al2O3 + H2O 18 P2O5 + H2O -> H3PO4 19 MgSO4 + K3PO4 -> Mg3(PO4)2 + K2SO4 20 CaCO3 + HCl -> CaCl2 + CO2 + H2O 21 C2H4 + O2 -> CO2 + H2O 22 Al(OH)3 + H2SO4 -> Al2(SO4)3 + H2O 23 Pb(NO3)2 + FeCl3 -> Fe(NO3)3 + PbCl2 24 C3H6 + O2 -> CO2 + H2O 25 Ba + H2O -> Ba(OH)2 + H2 26 CuCl2 + AgNO3 -> AgCl + Cu(NO3)2 27 C2H4 + O2 -> CO2 + H2O 28 Ca3(PO4) + H2SO4 -> CaSO4 + H3PO4 29 NaCl + H2O -> NaOH + H2 + Cl2 30 C4H8 + O2 -> CO2 + H2O 31 Na + H2O -> NaOH + H2 32 Fe2O3 + HCl -> FeCl3 + H2O 33 H2SO4 + BaCl2 -> BaSO4 + HCl 34 Cu + AgNO3 -> Cu(NO3)2 + Ag 35 Mg(OH)2 + H3PO4 - Mg3(PO4)2 + H2O 36 N2O5 + KOH KNO3 + H2O 37 C3H8 + O2 -> CO2 + H2O 38 MgCl2 + Pb(NO3)2 -> Mg(NO3)2 + PbCl2 39 Fe + HCl -> FeCl2 + H2 40 Al + Cl2 -> AlCl3 41 Ba(OH)2 + Na2SO4 -> NaOH + BaSO4 42 NaOH + Fe2(SO4)3 -> Fe(OH)3 + Na2SO4 43 Pb(NO3)2 + Al2(SO4)3 -> Al(NO3)3 + PbSO4 Bài giảng môn ơ sở lý thuyết Hóa học Nguyễn Ngọc Thịnh, Đại học Bách khoa Hà Nội Email: ngocthinhbk@yahoo.com Chơng IV: Cânbằng pha I. Một số khái niệm 1. Pha ( ) là phần đồng thể của hệ có thành phần, tính chất lý học , tính chất hoá học giống nhau ở mọi điểm của phần đồng thể đó và có bề mặt phân chia với các phần khác của hệ. - Pha chỉ gồm 1 chất gọi là pha nguyên chất (pha đơn) còn pha gồm 2 chất trở lên > gọi là pha phức tạp. - Hệ gồm 1 pha > hệ đồng thể. - Hệ 2 pha -> hệ dị thể. Ví dụ: Hệ gồm H 2 O đá + H 2 O lỏng + H 2 O hơi => gồm 3 pha: rắn, lỏng, hơi. Hệ gồm CaCO 3 (r), CaO(r),CO 2 (k) > 3 pha: 2 fa rắn + 1 pha khí 2. Cấu tử: Là phần hợp thành của hệ có thể đợc tách ra khỏi hệ và tồn tại đợc bên ngoài hệ. Số cấu tử trong hệ kí hiệu là R Ví dụ: dung dịch NaCl gồm 2 cấu tử là NaCl và H 2 O > R=2 3.Số cấu tử độc lập (K): Là số tối thiểu các cấu tử đủ để xác định thành phần của tất cả các pha trong hệ. - Nếu các cấu tử không phản ứng với nhau và nếu pha có thành phần khác nhau thì K=R (trong hệ không có phơng trình liên hệ nồng độ các cấu tử) Ví dụ: dung dịch NaCl => R=K=2. -Nếu các cấu tử tơng tác với nhau và nằm cân bằngvới nhau > chúng không còn độc lập với nhau nữa > K=R-q q: số hệ thức liên hệ giữa các nồng độ ( q có thể là phơng trình hằng số cân bằng, điều kiện đầu về nồng độ của các cấu tử) Ví dụ: Hệ gồm 3 cấu tử HCl, Cl 2 , H 2 đều là các chất khí có tơng tác,nằm cânbằng với nhau: 2HCl(k) <=> H 2 (k) + Cl 2 (k) [ ] [ ] [] 2 22 HCl ClH K C = => biết đợc nồng độ của 2 cấu tử sẽ biết đợc nồng độ của cấu tử còn lại. Vậy hệ có: R=3, q=1, ==> K= R-q=2 Nếu giả thiết ban đầu hệ chỉ có HCl ( hoặc cho tỉ lệ mol H 2 :Cl 2 ban đầu) => q=2 => K=1 4.Bậc tự do của hệ(C): Là số tối thiểu các thông số trạng thái cờng độ (P,T,C) đủ để xác định trạng thái cânbằng của 1 hệ ( là số thông số trạng thái cờng độ có thể thay đổi 1cách độc lập mà không làm biến đổi số pha của hệ) Ví dụ: H 2 O(l) <=> H 2 O(k) ==> cânbằng có 2 pha==> C=1 vì Bài giảng môn ơ sở lý thuyết Hóa học Nguyễn Ngọc Thịnh, Đại học Bách khoa Hà Nội Email: ngocthinhbk@yahoo.com + Có thể thay đổi 1 trong 2 thông số P hoặc T mà không làm thay đổi số pha của hệ. + Hoặc: ở một nhiệt độ xác định thì P hơi H 2 O nằm cânbằng với H 2 O lỏng là xác định, tức là chỉ cần biết 1 trong 2 thông số T hoặc P thì xác định đợc trạng thái cânbằng của hệ. 5.Cân bằng pha: Cânbằng trong các hệ dị thể, ở đó các cấu tử không phản ứng hoá học với nhau nhng xảy ra các quá trình biến đổi pha của các cấu tử => cânbằng pha. II. Quy tắc pha Gibbs. Xét hệ gồm R cấu tử 1,2, R đợc phân bố trong pha ( , ,,, pha) 1.Điều kiện để các pha nằm cânbằng với nhau: Đảm bảo các cânbằng sau: - Cânbằng nhiệt: nhiệt độ ở các pha bằng nhau TTTT ==== -Cân bằng cơ: áp suất ở các pha bằng nhau PPPP ==== -Cân bằng hoá: thế hoá của mỗi cấu tử trong các pha bằng nhau: iiii ==== 2.Qui tắc pha Gibbs - Các thông số trạng thái cờng độ xác định trạng thái của hệ là T,P, C Gọi N i là nồng độ mol phần của cấu tử i trong 1 pha thì N 1 +N 2 +N 3 + +N i =1 => Vậy để xác định nồng độ của R cấu tử trong 1 pha cần biết nồng độ của (R-1) cấu tử. Vì có pha => để xác định nồng độ của R cấu tử trong pha thì số nồng độ cần biết là (R-1). Từ đó số thông số trạng thái cờng độ xác định trạng thái của hệ là (R-1)+ 2 trong đó số 2: biểu thị 2 thông số bên ngoài là T và P xác định trạng thái của hệ Vì các pha nằm cânbằng với nhau => các thông số không độc lập với nhau nữa: có liên hệ với nồng độ mà khi cânbằng thì của mỗi cấu Bài gi môn Cơ s lý thuyết óa học Nguyễ Ngọc Thịn , Đ học Bá h k oa H ội Em il: gocthinhb yahoo.com Chơng III: Cânbằnghoá học I.Phản ứng thuận nghịch và phản ứng 1 chiều 1.Phản ứng thuận nghịch Là phản ứng xảy ra theo hai chiều trái ngợc nhau trong cùng một điều kiện (Đặc điểm của phản ứng thuận nghịch: không tiến hành đến cùng mà dẫn đến cân bằng) Ví dụ: N 2 O 4 (k) <=> 2NO 2 (k) Khi lấy khí NO 2 (hoặc N 2 O 4 ) nghiên cứu > luôn thu đợc đồng thời cả khí N 2 O 4 (hoặc NO 2 ) trong bình ngay ở nhiệt độ thờng do tồn tại sự chuyển hoá giữa hai khí trên - -> gọi phản ứng trên là phản ứng thuận nghịch. 2.Phản ứng 1 chiều: Là phản ứng chỉ xảy ra theo một chiều xác định Ví dụ: Phản ứng phân huỷ KClO 3 (xúc tác MnO 2 ) : KClO 3 > KCl + 3/2O 2 Đặc điểm: tiến hành tới cùng 3.Trạng thái cânbằnghoá học Một phản ứng khi đạt trạng thái cânbằng thì: - Xét về mặt động học: v t =v n - Xét về mặt nhiệt động: 0= p G * Vậy trạng thái cânbằnghoá học: là trạng thái của phản ứng thuận nghịch khi tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch (hoặc khi biến thiên thế đẳng áp bằng không). * Đặc điểm của trạng thái cânbằnghoá học: - Là cânbằng động (phản ứng vẫn xảy ra theo 2 chiều ngợc nhau nhng v t =v n ). -Tại trạng thái cânbằng thành phần của các chất không thay đổi: chất tham gia phản ứng mất đi bao nhiêu theo phản ứng thuận thì lại đợc sinh ra bấy nhiêu theo phản ứng nghịch). - Trạng thái cânbằng chỉ tồn tại khi các điều kiện thực hiện phản ứng (C, t 0 ,p) không đổi. II.Phơng trình đẳng nhiệt Vant Hoff. Hằng số cânbằng K 1.Thiết lập phơng trình đẳng nhiệt Vant Hoff Xét phản ứng: aA + bB <=> cC + dD ở T=const và A,B,C,D là các khí lý tởng Ta có: ++== )()()()( BADCiiT badctgspG àààààà Mà: iTiTi PRT ln ),()( += 0 àà (đối với 1 mol) => c CTCCTCTC PRTcPcRTcc lnln )()()( +=+= 00 ààà (cho c mol) Tơng tự: b BTBTB PRTbb ln )()( += 0 àà : d DTDTD PRTdd ln )()( += 0 àà Bài gi môn Cơ s lý thuyết óa học Nguyễ Ngọc Thịn , Đ học Bá h k oa H ội Em il: gocthinhb yahoo.com a ATATA PRTaa ln )()( += 0 àà => )]ln()ln[()]ln()ln[( )()()()( b BTB a ATA d DTD c CTCT PRTbPRTaPRTdPRTcG ++++++= 0000 àààà bd b B a A d D c C TTTTT PP PP RTBbAaDdCcG +++= . . ln)]()(()()([( 0000 àààà bd b B a A d D c C TT PP PP RTGG += . . ln 0 P i : áp suất riêng phần của các chất khí i= A,B,C,D) Đặt P bd b B a A d D c C PP PP = . . => PTT RTGG ln+= 0 (*) - Tại trạng thái cân bằng==> 0 = T G => cb b B a A d D c C T PP PP RTG = . . ln 0 Đặt: constK PP PP p cb b B a A d D c C == . . ở T=const (vì ở trạng thái cân bằng, thành phần các chất không biến đổi nữa) ==> PT KRTG ln= 0 (**) và P P T K RTG ln= (***) Trong đó: 0 TT GG , , (J) R=8,314J.K -1 mol -1 P (atm) Các phơng trình (*) (**) và (***) đợc gọi là các dạng khác nhau của ph ơng trình đẳng nhiệt Vant Hoff 2.Phơng trình hằng số cânbằng K: a.Hằng số cânbằng K p cb b B a A d D c C p PP PP K = . . P i : áp suất các khí ở trạng thái CB - K P không có đơn vị. - K p chỉ phụ thuộc vào bản chất phản ứng và nhiệt độ. - Đối với 1 phản ứng xác định, T=const > K p =const > gọi là hằng số cânbằng của phản ứng. b.Các hằng số cânbằng khác Bài gi môn Cơ s lý thuyết óa học Nguyễ Ngọc Thịn , Đ học Bá h k oa H ội Em il: gocthinhb yahoo.com * cb b B a A d D c C C CC CC K = . . C i : nồng độ mol/lit các chất ở trạng thái cânbằng - K C phụ thuộc vào bản chất phản ứng và nhiệt độ. - Đối với 1 phản ứng xác định > K C =f(T): K C chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ * cb b B a A d D c C n nn nn K = . . n i ; số mol khí i ở trạng thái cânbằng K n phụ thuộc vào bản chất các chất , T và P chung của hệ khi cânbằng và tổng số mol khí của hệ khi cânbằng * cb b B a A d D c C N NN NN K = . . N i : nồng độ phần mol của khí i: = i i i n n N K N phụ thuộc vào bản chất các chất , T và Chương2 : CÂNBẰNGHÓA HỌC, CÂNBẰNG PHA HÓA ĐẠI CƯƠNG 2 26 CHƯƠNG2CÂNBẰNGHÓA HỌC, CÂNBẰNG PHA 2.1.KHÁI NIỆM VỀ CÂNBẰNGHOÁ HỌC : Trong thực tế có những phản ứng xảy ra đến cùng, một (hoặc nhiều) chất phản ứng đến hết, ví dụ như phản ứng nhiệt phân KClO 3 có MnO 2 xúc tác, phản ứng sẽ xảy ra đến khi hết KClO 3 , là phản ứng một chiều. Nhưng có một số phản ứng khác như phản ứng ester hóa, phản ứng thủy phân, phản ứng phân hủy HI, các phản ứng ấy không bao giờ tác dụng nhau đến cùng dù ta có để bao lâu đi nữa, những phản ứng như thế gọi là phản ứng thuận nghịch. Tại sao gọi là phản ứng thuận nghịch ? Vì loại phản ứng này các chất phản ứng phản ứng với nhau cho ra sản phẩm thì cùng lúc ấy khi các sản phẩm đủ đến một lượng nào đó nó sẽ phản ứng lại với nhau để cho lại các chất ban đầu - như vậy đồng thời các chất phản ứng phản ứng với nhau theo chiều thuận thì cũng thời gian đó các chất tạo thành lại phản ứng với nhau theo chiều nghịch. Lúc đầu khi các chất ban đầu có nhiều (nồng độ lớn) thì xác suất của sự va chạm giữa các chất phản ứng lớn nên phản ứng thuận xảy ra nhanh, lúc ấy sản phẩm mới tạo nên rất ít nên xác suất của sự va chạm giữa các sản phẩm nhỏ, phản ứng nghịch xãy ra chậm và càng lúc thì phản ứng thuận càng chậm lại do nồng độ chất phản ứng giảm và phản ứng nghịch nhanh dần lên (do nồng độ của sản phẩm tăng), đến một lúc nào đó khi tốc độ phản ứng của hai chiều bằng nhau, thì lúc ấy số lượng các chất trong một đơn vị thể tích trong một đơn vị thời gian sẽ không đổi ta gọi phản ứng đạt đến cânbằng - cânbằng động, cânbằng sẽ giữ mãi nếu điều kiện bên ngoài không đổi. Tại sao lại là cânbằng động ? Do tại thời điểm cânbằng đó các chất phản ứng, chất sản phẩm, vẫn phản ứng với nhau theo hai chiều ngược nhau với tốc độ như nhau làm cho nồng độ các chất không đổi. Ðối với phản ứng một chiều, trên cơ sở sự thống nhất 2 nguyên lý (G) ta đã biết được khả năng phản ứng. Còn đối với phản ứng thuận nghịch khi đạt tới cân bằng, dĩ nhiên G = 0, nhưng mức độ phản ứng ra sao ? đến đâu ? Trả lời câu hỏi này cũng dựa trên sự thống nhất 2 nguyên lý và giúp chúng ta tính toán được các nồng độ lúc ấy. 2.2.HẰNG SỐ CÂNBẰNG : Xét phản ứng ở thể khí : aA (k) + bB (k) eE (k) + fF (k) (k) : thể khí Ở nhiệt độ và áp suất không đổi thì : G = )( A BFE bafe Từ chương 1 ta đã có : T = o T + RT lnp. (Chú ý : p tính bằng atm) Nên : )RTlnpRTlnp(RTlnpRTlnp B 0 BA 0 AF 0 FE 0 E bbaaffeeG . Hoán vị các số hạng : )RTlnpRTlnp()RTlnpRTlnp()()( BAFE 0 B 0 A 0 F 0 bafebafeG E Mà : 00 B 0 A 0 F 0 )()( Gbafe E . Nên : ) . . ln( 0 b B a A f F e E pp pp RTGG (2.1). Khi cânbằng ở T = const, thì 0 G . Nên : G o = - RTln( b B a A f F e E pp pp . . ) cb (2.2) Hay : - RT G o = ln( b B a A f F e E pp pp . . ) cb G o chính là năng lượng tự do ở điều kiện chuẩn ở nhiệt độ T của phản ứng xác định : aA + bB eE + fF là một đại lượng xác định, hay nói cách khác ở T không đổi của một phản ứng xác định thì G o là hằng số. Vì vậy : - RT G o là hằng số và người ta đặt : Chương2 : CÂNBẰNGHÓA HỌC, CÂNBẰNG PHA HÓA ĐẠI CƯƠNG 2 27 - RT G o = lnK P (2.2) hay : G o = - RTlnK P (2.4) K P gọi là hằng số cân bằng. Từ (2.2) ta thấy hằng số cânbằng K p chỉ phụ thuộc vào G o và T, mà G o lại chỉ phụ thuộc vào bản chất chất phản ứng và vào nhiệt độ mà thôi. Vậy K p chỉ phụ thuộc vào bản chất chất phản ứng và nhiệt độ. [Về đơn vị của K p : đơn vị của G o là J.mol -1 , R có đơn vị là J.mol -1 .K -1 , T có đơn vị là K. Vì vậy đơn vị của K p = - RT G o = 1 ) ( . 11 1 KKmolJ molJ . Vậy K p không CÂNBẰNG HỐ HỌC HỐ ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG II Khái niệm cân • Quan sát khí khơng màu làm đơng lạnh N2O4 Tại nhiệt độ phòng, khí bị phân hủy thành khí NO2 màu nâu: N2O4(g) → 2NO2(g) • Tới lúc đó, màu sắc ngừng thay đổi, có hỗn hợp N2O4 and NO2 Ta nói phản ứng đạt cân • Cân hố học điểm mà nồng độ chất khơng thay đổi HỐ ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG II • Trên quan điểm thuyết va chạm: – Khi lượng NO2 tăng lên, có khả phân tử NO2 va đập vào tạo thành N2O4 – Tại thời điểm ban đầu chưa có N2O4 nên phản ứng nghịch 2NO2(g) → N2O4(g) chưa xảy HỐ ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG II The Concept of Equilibrium HỐ ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG II • Tại điểm mà tốc độ phản ứng phân hủy: N2O4(g) → 2NO2(g) với tốc độ phản ứng nghịch: 2NO2(g) → N2O4(g) tồn cân động (dynamic equilibrium) • cân động phản ứng khơng bị ngừng lại Lúc tốc độ thuận nghịch • Tại cân bằng, N2O4 phản ứng để tạo thành NO2 có nhiêu NO2 phản ứng để tạo lại N2O4: N2O4(g) HỐ ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG II 2NO2(g) Khái niệm cân HỐ ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG II • Tóm lại: Cân có tính chất động, nghóa lúc cân mặt thực tế thành phần hợp chất không thay đổi thực tế phản ứng xảy với vthuận vnghòch Khuynh hướng tự nhiên phản ứng hóa học hướng tới cân Cân đạt ∆G=0 Lúc cânhóa học cân hai yếu tố ảnh hưởng lên phản ứng nhiệt entropy HỐ ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG II Hằng số cân • Xem phản ứng N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) a) Nếu ta bắt đầu hỗn hợp nitrogen hydrogen (tỷ lệ bất kỳ), phản ứng đạt tới cân tương ứng với nồng độ khơng đổi nitrogen, hydrogen ammonia b) Tuy nhiên ban đầu ta có ammonia khơng nitrogen hay hydrogen, phản ứng xảy N2 H2 tạo thành nồng độ đạt tới cân HỐ ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG II Hằng số cân HỐ ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG II Hằng số cân • Dù thành phần tác chất ban đầu thành phần sản phẩm sao, nồng độ ln đạt tới tỷ lệ cân • Cho phản ứng aA + bB(g) pP + qQ Biểu thức số cân Kc = p q [ P] [ Q] a b [ A] [ B] với Kc số cân HỐ ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG II 10 Le Châtelier’s Principle • Xem N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) • As the pressure increases, the amount of ammonia present at equilibrium increases • As the temperature decreases, the amount of ammonia at equilibrium increases • Can this be predicted? • Nguyên lý Le Châtelier: Trong phản ứng cân bằng, thay đổi yếu tố làm xáo trộn mức cân làm cân dời đổi theo chiều chống lại thay đổi HỐ ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG II 21 Le Châtelier’s Principle HỐ ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG II 22 Le Châtelier’s Principle Change in Reactant or Product Concentrations • Consider the Haber process N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) • If H2 is added while the system is at equilibrium, the system must respond to counteract the added H2 (by Le Châtelier) • That is, the system must consume the H2 and produce products until a new equilibrium is established • Therefore, [H2] and [N2] will decrease and [NH3] increases HỐ ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG II 23 Le Châtelier’s Principle Change in Reactant or Product Concentrations HỐ ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG II 24 Le Châtelier’s Principle Change in Reactant or Product Concentrations • Adding a reactant or product shifts the equilibrium away from the increase • Removing a reactant or product shifts the equilibrium towards the decrease • To optimize the amount of product at equilibrium, we need to flood the reaction vessel with reactant and continuously remove product (Le Châtelier) • We illustrate the concept with the industrial preparation of ammonia N2(g) + 3H2(g) HỐ ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG II 2NH3(g) 25 Le Châtelier’s Principle Change in Reactant or Product Concentrations HỐ ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG II 26 Le Châtelier’s Principle Change in Reactant or Product Concentrations • N2 and H2 are pumped into a chamber • The pre-heated gases are passed through a heating coil to the catalyst bed • The catalyst bed is kept at 460 - 550 °C under high pressure • The product gas stream (containing N2, H2 and NH3) is passed over a cooler to a refrigeration unit • In the refrigeration unit, ammonia liquefies but not N or H2 HỐ ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG II 27 Le Châtelier’s Principle Change in Reactant or Product Concentrations • The unreacted nitrogen and hydrogen are recycled with the new N2 and H2 feed .. .20 CaCO3 + HCl -> CaCl2 + CO2 + H2O 21 C2H4 + O2 -> CO2 + H2O 22 Al(OH)3 + H2SO4 -> Al2(SO4)3 + H2O 23 Pb(NO3 )2 + FeCl3 -> Fe(NO3)3 + PbCl2 24 C3H6 + O2 -> CO2 + H2O 25 Ba + H2O -> Ba(OH )2 +. .. H2 26 CuCl2 + AgNO3 -> AgCl + Cu(NO3 )2 27 C2H4 + O2 -> CO2 + H2O 28 Ca3(PO4) + H2SO4 -> CaSO4 + H3PO4 29 NaCl + H2O -> NaOH + H2 + Cl2 30 C4H8 + O2 -> CO2 + H2O 31 Na + H2O -> NaOH + H2 32 Fe2O3... + HCl -> FeCl3 + H2O 33 H2SO4 + BaCl2 -> BaSO4 + HCl 34 Cu + AgNO3 -> Cu(NO3 )2 + Ag 35 Mg(OH )2 + H3PO4 - Mg3(PO4 )2 + H2O 36 N2O5 + KOH KNO3 + H2O 37 C3H8 + O2 -> CO2 + H2O 38 MgCl2 + Pb(NO3)2