bài giảng hóa đại cương Chương 4 CAN BANG HH

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 = knCHI Ở thời điểm ban đầu: τ = 0: τ:↑ Theo thời gian: v C H , C I = max → vt = max CHI = → = C H2 , CI2 ↓ → vt ↓ CHI ↑ → ↑ vt vt = vn τcb τ 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 C = k n C C a A b B c C d D k t C Cc C Dd • K – số nhiệt độKxácC định: = số=cân a b k C n AC B • Cân chất khí ( p p CC RT ) ( CD RT ) CCc CDd ( c + d − a −b ) ( ) Kp = = = RT a b a b p p C ( C A RT ) ( CB RT ) AC B c C a A d D b B K p = K C ( RT ) c ∆n d • Đối với phản ứng dị thể Ví dụ: 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 Khí c d  pC p D  ∆GT = ∆GT + RT ln a b   p A p B τ Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng: ∆GT =  pc pd  ∆GT0 = − RT ln Ca Db  = − RT ln K p  p A pB cb Lỏng C C   ∆GT = ∆G + RT ln  C C τ T c C a A d D b B Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng: ∆GT = c d  CC C D  ∆GT = − RT ln a b  = − RT ln K C  C A C B  cb ⇒ Kp = f(bc pư, T) Kp ≠ f(C) Q ∆G = − RT ln K p + RT ln Q = RT ln Kp • Nếu Q < Kp → ∆G < → phản ứng xảy theo chiều thuận • Nếu Q > Kp → ∆G > → phản ứng xảy theo chiều nghịch • Nếu Q = Kp → ∆G = → hệ đạt trạng thái cân c C a A d D b B p p Q= p p Ví dụ: Tính số cân phản ứng: NO2(k) 298K biết Giải: ↔ N2O4(k) 0 ∆H 298 = − 58 , 040 kJ ∆ S pu 298pu = −176,6 J / K 0 ∆G298 = ∆H 298 − T∆S 2980 = - 58040+ 298× 176,6= -5412.3J ∆G 5412,3 ln K p = − = = 2,185 RT 8,314 × 298 Kp = p N O4 p NO = 8,9 Quan hệ Kp với nhiệt độ nhiệt phản ứng ∆G o = ∆H o − T∆S o ∆G o = − RT ln K p ln K = − ln K = − ∆H RT1 ∆H RT2 + + ∆S R ∆S R K ∆H  1  = ln  −  K1 R  T1 T2  Ví dụ NO(k) + ½ O2(k) ⇌ NO2(k) • Tính Kp 325 C? Biết: ∆H = -56,484kJ Kp = 1,3.10 25 C K 598 ∆H  1  = − ln  K 298 R  T298 T598  K 598 56484  1  = − −   = −11,437 ln 8,314  298 598  1,3.10 ln K 325 = 2.64 K 325 = 14.02 Các yếu tố ảnh hưởng đến cân hóa học a b c d e Sự dịch chuyển cân Ảnh hưởng nồng độ tới dịch chuyển cân Ảnh hưởng nhiệt độ tới dịch chuyển cân Ảnh hưởng áp suất tới dịch chuyển cân Nguyên lý chuyển dịch cân Le Chatelier (1850 – 1936, người Pháp) a Sự dịch chuyển cân aA + bB ⇌ cC + dD  pCc p Dd  ∆GT = − RT  ln K p − ln a b  = • Nếu p, C, T… thay đổi → ∆GT ≠ → hệ ≠ cb → vt ≠ → Phản p AkhiphệB đạt  ứng xảy  trạng • Khi hệ đạt trạng thái cb: thái cb → chuyển dịch cân b Ảnh hưởng C tới dịch chuyển cb • = knCHI • Khi hệ đạt trạng thái cân bằng: • Nếu tăng nồng độ H2 lên lần: • vt = k t C H C I H2 + I2 ⇌ 2HI → Khi vt = ↑ vt↑ → cb chuyển dịch theo chiều thuận → CH vt' = kt 2C H C I = 2vt ↓ v = ' n CH c Ảnh hưởng T tới dịch chuyển cb ∆H ∆S ln K p = − + RT R • 0 Nếu ∆H > 0: T ↑ → K↑ → cb: thuận (thu nhiệt) Khi T↓ → K ↓ → cb: nghịch (tỏa nhiệt) • Nếu ∆H < 0: Khi T↑ → K↓ → cb: nghịch (thu nhiệt) Khi T↓ → K ↑ → cb: thuận (tỏa nhiệt) Ví dụ 2NO2(k) Màu nâu • ⇌ N2O4(k), ∆H = -58,04kJ khơng màu Ở 298K ta có Kp = 8,9 → p N 2O4 = 8,9 p NO K 273 ∆H  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 2NO(k)+ O2(k) ⇌ 2NO2(k) Ví dụ: • Khi tăng P lên lần nồng độ chất tăng gấp đôi vt = k t C NO C O2 v n = k n C NO v = kt ( 2C NO ) 2CO2 = 8kt C CO2 = 8vt ' t ( v = kn 2C NO2 ' n ) NO 2 = 4knC 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  ... T598  K 598 56484  1  = − −   = −11,437 ln 8,314  298 598  1,3.10 ln K 325 = 2.64 K 325 = 14.0 2 Các yếu tố ảnh hưởng đến cân hóa học a b c d e Sự dịch chuyển cân Ảnh hưởng nồng độ tới dịch