Bài giảng Hóa học đại cương - Chương 4: Cân bằng hóa học

Bài giảng Hóa học đại cương - Chương 4: Cân bằng hóa học cung cấp cho người học các kiến thức: Phản ứng thuận nghịch và trạng thái cân bằng hóa học, hằng số cân bằng và mức độ diễn ra của phản ứng hóa học, các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học. Mời các bạn cùng tham khảo.

IV CÂN BẰNG HÓA HỌC Phản ứng thuận nghịch trạng thái cân hóa học Hằng số cân mức độ diễn phản ứng hóa học Các yếu tố ảnh hưởng đến cân hóa học Phản ứng thuận nghịch trạng thái cân hóa học a Khái niệm phản ứng thuận nghịch b Trạng thái cân hóa học a Khái niệm phản ứng thuận nghịch • Phản ứng chiều (phản ứng hồn tồn):  • Phản ứng thuận nghịch (phản ứng khơng hồn tồn): ⇌ b Trạng thái cân hóa học H2 + I2 = 2HI vt = k t C I C H 2 = k nC HI Ở thời điểm ban đầu:  = 0: Theo thời gian: : v C H , C I = max  vt = max CHI =  = CH2 , CI2   vt  CHI    vt vt = vn cb  Nhận xét đặc điểm phản ứng thuận nghịch: • Ở đk, pư xảy theo chiều thuận nghịch • Kết pư khơng phụ thuộc vào hướng tới • Nếu điều kiện phản ứng khơng thay đổi dù kéo dài phản ứng đến bao lâu, trạng thái cuối hệ ngun: trạng thái cân hóa học • Trạng thái cân hóa học trạng thái cân động • Trạng thái cân ứng với G = Hằng số cân mức độ diễn phản ứng hóa học a Hằng số cân b Hằng số cân đại lượng nhiệt động a Hằng số cân aA + bB ↔ cC + dD • Khi trạng thái đạt cân bằng: vt = k t C Aa C Bb = k n C Cc C Dd k t CCc C Dd KC = = a b k n C AC B • K – số nhiệt độ xác định: số cân • Cân chất khí c d pCc pDd CC RT  CD RT  Kp = a b = p A pB C A RT a CB RT b Dn K p = K C RT  • Đối với phản ứng dị thể: Ví dụ: CCc CDd c + d - a - b  = a b RT  C AC B CaCO3(r) ⇌ CaO(r) + CO2(k) K p = pCaO pCO2 pCaCO3 → K p = K p pCaCO3 pCaO = pCO2 b Hằng số cân đại lng nhiệt động • Quan hệ số cân độ thay đổi đẳng áp aA + bB ⇌ cC + dD c d   p p DGT = DGT0 + RT ln Ca Db   p A p B  Khí Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng: DGT =  pCc pDd  DG = - RT ln a b  = - RT ln K p  p A pB  cb T Lỏng  CCc C Dd DGT = DG + RT ln a b  C AC B T    Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng: DGT = c d  C C DGT0 = - RT ln Ca Db  C AC B  Kp = f(bc pư, T)   = - RT ln K C  cb Kp  f(C) Q DG = - RT ln K p + RT ln Q = RT ln Kp c C a A d D b B p p Q= p p • Nếu Q < Kp → DG < → phản ứng xảy theo chiều thuận • Nếu Q > Kp → DG > → phản ứng xảy theo chiều nghịch • Nếu Q = Kp → DG = → hệ đạt trạng thái cân Ví dụ: Tính số cân phản ứng: NO2(k) ↔ N2O4(k) 0 298K biết DH 298 = 58 , 040 kJ D S pu 298pu = -176,6 J / K Giải: 0 DG298 = DH 298 - TDS 2980 = - 58040+ 298176,6= -5412.3J DG 5412,3 ln K p = = = 2,185 RT 8,314  298 Kp = p N O4 p NO2 = 8,9 Quan hệ Kp với nhiệt độ nhiệt phản ứng DG o = DH o - TDS o DG o = - RT ln K p ln K = ln K = - DH RT1 DH RT2 + + DS R DS R K DH  1  = -  ln  K1 R  T1 T2  Ví dụ NO(k) + ½ O2(k) ⇌ NO2(k) Tính Kp 3250C? • Biết: DH0 = -56,484kJ Kp = 1,3.106 250C K 598 DH  1  = ln  K 298 R  T298 T598  K 598 56484  1  =  = -11,437 ln 1,3.10 8,314  298 598  ln K 325 = 2.64 K 325 = 14.02 Các yếu tố ảnh hưởng đến cân hóa học a Sự dịch chuyển cân b Ảnh hưởng nồng độ tới dịch chuyển cân c Ảnh hưởng nhiệt độ tới dịch chuyển cân d Ảnh hưởng áp suất tới dịch chuyển cân e Nguyên lý chuyển dịch cân Le Chatelier (1850 – 1936, người Pháp) a Sự dịch chuyển cân aA + bB ⇌ cC + dD  pCc p Dd  • Khi hệ đạt trạng thái cb: DGT = - RT  ln K p - ln a b  = p A pB   • Nếu p, C, T… thay đổi → DGT  → hệ  cb → vt  → Phản ứng xảy hệ đạt trạng thái cb → chuyển dịch cân b Ảnh hưởng C tới dịch chuyển cb H2 + I2 ⇌ 2HI • vt = k t C H C I 2 = knCHI • Khi hệ đạt trạng thái cân bằng: vt = • Nếu tăng nồng độ H2 lên lần: vt' = kt 2C H CI = 2vt vn' = v n • → Khi C H2 ↑ vt↑ → cb chuyển dịch theo chiều thuận → C H2 ↓ c Ảnh hưởng T tới dịch chuyển cb DH DS ln K p = + RT R • Nếu DH0 > 0: T ↑ → K↑ → cb: thuận (thu nhiệt) Khi T↓ → K ↓ → cb: nghịch (tỏa nhiệt) • Nếu DH0 < 0: Khi T↑ → K↓ → cb: nghịch (thu nhiệt) Khi T↓ → K ↑ → cb: thuận (tỏa nhiệt) Ví dụ • 2NO2(k) ⇌ N2O4(k), DH0 = -58,04kJ Màu nâu khơng màu Ở 298K ta có Kp = 8,9 → p N O = 8,9 p NO K 273 DH  1  =   ln K 298 R  298 273  K 273 - 58040 -4 =  ln ( 3,07.10 ) = 2,145 8,9 8,314 ln K 273 = 2,186 + 2,145 = 4,331 K 273 = 76,02 Ở 273K p N 2O4 = 76,02 p NO2 d Ảnh hưởng p tới dịch chuyển cb Ví dụ: 2NO(k)+ O2(k) ⇌ 2NO2(k) vt = k t C NO C O2 v n = k n C NO • Khi tăng P lên lần nồng độ chất tăng gấp đôi v = kt 2C NO  2CO2 = 8kt C CO2 = 8vt ' t ' n  v = kn 2C NO2 NO  2 = 4k nC NO = 4vn • P↑ lần → cb: phải → tạo thêm NO2 → ∑n ↓ → P↓ • P↓ lần → cb: trái → tạo thêm NO O2 → ∑n ↑ → P↑ e Nguyên lý chuyển dịch cb Le Chatelier Phát biểu: Một hệ trạng thái cân mà ta thay đổi thông số trạng thái hệ (nồng độ, nhiệt độ, áp suất) cân dịch chuyển theo chiều có tác dụng chống lại thay đổi  ... thái cân hóa học • Trạng thái cân hóa học trạng thái cân động • Trạng thái cân ứng với G = Hằng số cân mức độ diễn phản ứng hóa học a Hằng số cân b Hằng số cân đại lượng nhiệt động a Hằng số cân. ..1 Phản ứng thuận nghịch trạng thái cân hóa học a Khái niệm phản ứng thuận nghịch b Trạng thái cân hóa học a Khái niệm phản ứng thuận nghịch • Phản ứng chiều (phản ứng... trạng thái cân bằng: DGT =  pCc pDd  DG = - RT ln a b  = - RT ln K p  p A pB  cb T Lỏng  CCc C Dd DGT = DG + RT ln a b  C AC B T    Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng: DGT