CÂN BẰNG hóa học (hóa đại CƯƠNG a2)

CÂN BẰNG HĨA HỌC HỐ ĐẠI CƯƠNG A2 CHƯƠNG II Khái niệm cân • Quan sát khí không màu làm đông lạnh N2O4 Tại nhiệt độ phịng, 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 A2 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 HOÁ ĐẠI CƯƠNG A2 CHƯƠNG II The Concept of Equilibrium HOÁ ĐẠI CƯƠNG A2 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) HOÁ ĐẠI CƯƠNG A2 2NO2(g) CHƯƠNG II Khái niệm cân HOÁ ĐẠI CƯƠNG A2 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 vnghịch  Khuynh hướng tự nhiên phản ứng hóa học hướng tới cân  Cân đạt ∆G=0 Lúc cân hóa học cân hai yếu tố ảnh hưởng lên phản ứng nhiệt entropy HOÁ ĐẠI CƯƠNG A2 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 không 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 HOÁ ĐẠI CƯƠNG A2 CHƯƠNG II Hằng số cân HOÁ ĐẠI CƯƠNG A2 CHƯƠNG II Hằng số cân • Dù thành phần tác chất ban đầu thành phần sản phẩm sao, nồng độ 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 HOÁ ĐẠI CƯƠNG A2 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 HỐ ĐẠI CƯƠNG A2 CHƯƠNG II 21 đổi Le Châtelier’s Principle HỐ ĐẠI CƯƠNG A2 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 HOÁ ĐẠI CƯƠNG A2 CHƯƠNG II 23 Le Châtelier’s Principle Change in Reactant or Product Concentrations HOÁ ĐẠI CƯƠNG A2 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) HOÁ ĐẠI CƯƠNG A2 CHƯƠNG II 2NH3(g) 25 Le Châtelier’s Principle Change in Reactant or Product Concentrations HOÁ ĐẠI CƯƠNG A2 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 N2 or H2 HOÁ ĐẠI CƯƠNG A2 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 gas • The equilibrium amount of ammonia is optimized because the product (NH3) is continually removed and the reactants (N2 and H2) are continually being added Effects of Volume and Pressure • As volume is decreased pressure increases • Le Châtelier’s Principle: if pressure is increased the system will shift to counteract the increase HOÁ ĐẠI CƯƠNG A2 CHƯƠNG II 28 Le Châtelier’s Principle Effects of Volume and Pressure • That is, the system shifts to remove gases and decrease pressure • An increase in pressure favors the direction that has fewer moles of gas • In a reaction with the same number of product and reactant moles of gas, pressure has no effect • Consider N2O4(g) HỐ ĐẠI CƯƠNG A2 2NO2(g) CHƯƠNG II 29 Le Châtelier’s Principle Effects of Volume and Pressure • An increase in pressure (by decreasing the volume) favors the formation of colorless N2O4 • The instant the pressure increases, the system is not at equilibrium and the concentration of both gases has increased • The system moves to reduce the number moles of gas (i.e the forward reaction is favored) • A new equilibrium is established in which the mixture is lighter because colorless N2O4 is favored HOÁ ĐẠI CƯƠNG A2 CHƯƠNG II 30 Le Châtelier’s Principle Effect of Temperature Changes • The equilibrium constant is temperature dependent • For an endothermic reaction, ∆H > and heat can be considered as a reactant • For an exothermic reaction, ∆H < and heat can be considered as a product • Adding heat (i.e heating the vessel) favors away from the increase: – if ∆H > 0, adding heat favors the forward reaction, – if ∆H < 0, adding heat favors the reverse reaction HOÁ ĐẠI CƯƠNG A2 CHƯƠNG II 31 Le Châtelier’s Principle Effect of Temperature Changes • Removing heat (i.e cooling the vessel), favors towards the decrease: – if ∆H > 0, cooling favors the reverse reaction, – if ∆H < 0, cooling favors the forward reaction • Consider Cr(H2O)6(aq) + 4Cl-(aq) CoCl42-(aq) + 6H2O(l) for which ∆H > – Co(H2O)62+ is pale pink and CoCl42- is blue HOÁ ĐẠI CƯƠNG A2 CHƯƠNG II 32 Le Châtelier’s Principle Effect of Temperature Changes HOÁ ĐẠI CƯƠNG A2 CHƯƠNG II 33 Le Châtelier’s Principle Effect of Temperature Changes Cr(H2O)6(aq) + 4Cl-(aq) CoCl42-(aq) + 6H2O(l) – If a light purple room temperature equilibrium mixture is placed in a beaker of warm water, the mixture turns deep blue – Since ∆H > (endothermic), adding heat favors the forward reaction, i.e the formation of blue CoCl42- – If the room temperature equilibrium mixture is placed in a beaker of ice water, the mixture turns bright pink – Since ∆H > 0, removing heat favors the reverse reaction which is the formation of pink Co(H2O)62+ HOÁ ĐẠI CƯƠNG A2 CHƯƠNG II 34 Le Châtelier’s Principle The Effect of Catalysts • A catalyst lowers the activation energy barrier for the reaction • Therefore, a catalyst will decrease the time taken to reach equilibrium • A catalyst does not effect the composition of the equilibrium mixture HOÁ ĐẠI CƯƠNG A2 CHƯƠNG II 35 ... Khuynh hướng tự nhiên phản ứng hóa học hướng tới cân  Cân đạt ∆G=0 Lúc cân hóa học cân hai yếu tố ảnh hưởng lên phản ứng nhiệt entropy HOÁ ĐẠI CƯƠNG A2 CHƯƠNG II Hằng số cân • Xem phản ứng N2(g) +... phẩm chiếm ưu cân cân chuyển sang phải • Nếu K