Dung dịch nước loãng lý tưởng... Nguyên lý Lơ Satơliê.[r]
(1)xây dựng bài tập cân bằng hoá học Cân bằng hoá học là một chuyên đề quan trọng Hoá học No co liên quan đến rất nhiều lĩnh vực của Hoa học Khi tiếp cận với chuyên đề này , chúng ta co một cái nhìn biện chứng về các phản ứng hoa học Do đo nghiên cứu lý thuyết và kết hợp với việc xây dựng , sưu tầm các bài tập trở nên hết sức cần thiết để từ đo khắc sâu kiến thức đa được Trên sở đo , tôi đa tiến hành tổng kết lý thuyết và xây dựng các dạng bài tập của cân bằng hoá học thông qua một số dạng khác A Lý thuyết về cân bằng hoá học I Định luật tác dụng khối lượng Tại T,p = const , diễn phản ứng : aA + bB + WAj cC + dD + WAj => Thế đẳng áp của phản ứng (∆Gpư) được xác định bởi phương trình : (C )c ( D)d ( A ) a ( B )b ∆G = ∆G0 + RTln = ∆G0 + RTln Q ∆G0 là thế đẳng áp của phản ứng ở điều kiện chuẩn (i) là hoạt độ của chất i Khi phản ứng đạt đến trạng thái cân bằng => ∆G = (C )c ( D)d ( A )a ( B )b (I) => ∆G0 = - RTln Từ (II) => ln (C )c ( D)d ( A )a ( B )b c Khi T = const => (I) (II) cb o cb = ΔG − =f (T ) RT (III) d (C ) ( D) ( A ) a ( B )b = const = Ka (IV) (2) => ∆G0 = - RTln Kcb (V) Q Từ (I) => ∆G = - RT ln Kcb + RT ln Q = RT ln K cb (VI) Tuỳ thuộc vào đặc điểm các chất phương trình phản ứng mà Kcb co thể được biểu thị ở các hình thức khác II Hằng số cân bằng Cân bằng hoá học đồng thể pha khí lý tưởng A, Hằng số cân bằng Kp Đối khí lý tưởng : Hoạt độ (i) = pi (áp suất riêng phần) => Kp = Kcb = f(T) [ Pcc PdD a b ] => Kp = P A PB cb (VII) Ví dụ : Phản ứng : 2Cl2(k) + 2H2O (k) 4HCl(k) + O2 (k) (*) Giả sử các khí phản ứng (*) đều được coi là lý tưởng [ => Kp = P 4HCl PO ] P2Cl P 2H O cb P HCl PO2 2 Q = PCl PH O => ∆G = RT lnQ - RT ln Kp b, Hằng số cân bằng theo số mol Kn Pi = ni .P n Ta co : n : tổng số mol các khí ; P là áp suất toàn phần của hệ Kp = [ ncc ndD a b ] Δν P n ( ) nA nB => Với ∆n = (c + d + WAj ) - ( a + b +WAj) Ta co : P V = n.RT => => KP = Kn RT V ( ) Δν P RT = n V Δν (3) c, Hằng số cân bằng Kc (Hằng số cân bằng nồng đô) pi = [ i] RT Ử i Ứ là nồng độ chất i ở thời điểm cân bằng c d [C ] [ D] a b [ A ] [ B ] => Kp = (RT)(c + d + WAj) - (a + b + WAj) Đặt : ∆n = (c + d + WAj) - (a + b + WAj) c Kc = d [C ] [ D] a b [ A ] [ B ] Kp ( RT )Δn => Kp = Kc (RT)Dn => Kc = = f(T) R = 0,082 atm lit /độ mol d, Đại lượng Kx Ta co : áp suất riêng phần Pi = xi PT ( PT là áp suất toàn phần ) ni Trong đo : xi = ∑ ni => Kp = Kx PDn x cc x dD với Kx = x aA xbB Kp P Δn => Kx = => Kx = f(T, PT) => Kx không phải là hằng số cân bằng e, Thứ nguyên của Kp , Kc, Kx c d Pc PD Kp = a b P A PB [atm(c + d +Ă) - (a + b + Ă) ] (C )c ( D)d ( A ) a ( B )b Kc = [ (nồng độ)Dn ] Kx không co đơn vị Hệ các pha khí với sự có mặt của các pha ngưng tụ nguyên chất Pha ngưng tụ nguyên chất co thể là pha rắn hoặc pha lỏng thì hoạt độ của chúng đều được coi là hằng số và hoạt độ đo được chuyển vào (4) hằng số cân bằng Do đo biểu thức hằng số cân bằng chỉ mặt chất khí VD : CaCO3 (T) CaO(r) + CO2 (k) => Kp = p CO Dung dịch nước loãng lý tưởng Hoạt độ của dung môi nước = ; hoạt độ của các chất tan dung dịch được chấp nhận = C i (nồng độ của chất i dung dịch loang lí tưởng) c d [C ] [ D ] a b [ A ] [ B ] Khi đo : Kcb = [ i ] là nồng độ chất i ở trạng thái cân bằng Khi đo ∆G = ∆G0 + RT ln Kcb Sự tổ hợp cân bằng Xét ví dụ H2 + Cl2 2HCl(k) (1) ∆G0I 2H2 + O2 2H2O (k) (2) ∆G0II 2Cl2 + 2H2O(k) 4HCl(k) + O2 (k ) ∆G0III => ∆G0III = 2∆G0I - ∆G0II ∆G0 = - RT ln Kp => - RT ln Kp (III) = - (RT lnK2P(I) - RT ln KP (II)) K P( I ) K P ( II ) = K 2P ( I ) K−1 P ( II ) => KP(III) = => Môt phản ứng là tổng đại số của các phản ứng thành phần thì hằng số cân bằng của phản ứng đó là tích các hằng số cân bằng của các phản ứng thành phần với luỹ thừa là phần đóng góp của phản ứng đó phản ứng tổng III Các yếu tố ảnh hưởng tới cân bằng ảnh hưởng của nhiệt độ a, Biểu thức : Ta co ln Kp = − ( ΔH − T ΔS ) ΔG =− RT RT = − ΔH ΔS + RT R (5) Chấp nhận gần đúng : ∆H0, ∆S0 không đổi khoảng nhiệt đô xét => ∆H0 = const ; ∆S0 = const ( => ln K = f T ) p b, Sự chuyển dịch cân bằng ∆H < ( phản ứng toả nhiệt ) => T tăng thì lnKp giảm => cân bằng chuyển dịch về phía nghịch (thu nhiệt) ∆H > ( phản ứng thu nhiệt )=> T tăng thì lnKp tăng => cân bằng chuyển dịch về phía thuận (thu nhiệt) => Khi tăng nhiệt đô cân bằng chuyển dịch theo chiều thu nhiệt ( nghĩa là chống lại sự tăng nhiệt đô ) ảnh hưởng của áp suất lên cân bằng hoá học Ta co Kx = Kp PDn ∆G = ∆G0 + RTlnKp = ∆G0 + RTlnKx PDn = => Khi T = const, giá trị ∆G chỉ phụ thuộc vào PDn => Chúng ta co các trường hợp sau : TH ∆n = ( không co sự thay đổi số mol khí ) => Kx không thay đổi theo P , vì thế sự thay đổi áp suất chung của hệ trường hợp này không làm chuyển dịch cân bằng VD CO(k) + H2O(k) CO2 (k) + H2 (k) TH ∆n < (giảm số mol khí ) => tăng áp suất chung, Kx giảm => ∆G = ∆G0 + RT ln Kx PDn < = > cân bằng chuyển dịch về phía thuận TH ∆n > (tăng số mol khí) => tăng áp suất chung, Kx tăng => ∆G = ∆DG0 + RT ln Kx PDn < = > cân bằng chuyển dịch về phía nghịch => Khi tăng áp suất cân bằng chuyển dịch về phía có ít phân tử khí (6) ảnh hưởng của nồng độ Giả sử co phản ứng : aA + bB + Ă = cC + dD+ Ă ∆G = ∆G0 +RT lnQ + RT ln( RT ) Dn = ∆G0 + RT ln (C )c ( D)d ( A )a ( B )b c = ∆G0' + RT ln + RT ln( RT ) Dn d (C ) ( D) ( A ) a ( B )b c d [C ] [ D ] [ A ]a [ B ]b Lúc cân bằng ∆G = => Qc = Kc= Nếu tăng nồng độ chất phản ứng ([A] , [B] ,Ă.), ∆G trở nên âm, hệ không còn ở trạng thái cân bằng nữa Phản ứng theo chiều từ trái sang phải tiếp tục xảy cho đến ∆G = Sự tăng nồng độ của các chất sản phẩm ( [C] , [D] , Ă ) sẽ gây nên kết quả ngược lại Như vậy : - Khi tăng nồng độ của các chất đầu cân bằng sẽ chuyển dịch về phía thuận ( làm giảm nồng độ của chất đầu ) - Khi tăng đồng độ của các chất sản phẩm cân bằng sẽ chuyển dịch về phía nghịch ( làm giảm nồng độ của chất sản phẩm ) => Khi tăng nồng đô của các chất phương trình phản ứng tại trạng thái cân bằng thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều chống lại sự thay đổi đó Chú ý : Sự thay đổi nồng độ tương tự sự thay đổi áp suất riêng phần Nguyên lý Lơ Satơliê Mọi sự thay đổi của các yếu tố xác định trạng thái của hệ cân bằng , sẽ làm cho cân bằng chuyển dịch về phía chống lại những thay đổi đó Sự phá vỡ cân bằng Trường hợp đặc biệt này xảy phản ứng co sự tham gia của các chất ngưng tụ, đặc biệt là chất rắn (7) Nguyên nhân giai đoạn ∆G < thì lượng chất ngưng tụ tham gia bị hết đo cân bằng không đạt được (8)