›
›

Bài giảng Hóa đại cương - Chương 8: Cân bằng hóa học

pdf 26 trang hapham 1570
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Hóa đại cương - Chương 8: Cân bằng hóa học", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_hoa_dai_cuong_chuong_8_can_bang_hoa_hoc.pdf

Nội dung text: Bài giảng Hóa đại cương - Chương 8: Cân bằng hóa học

  1. HểA ĐẠI CƯƠNG Chương 8:Cõn bằng hoỏ học Slide 1 of 48 General Chemistry: HUIâ 2006
  2. Cõn bằng húa học 8.1 Phản ứng thuận nghịch và trạng thỏi cõn bằng húa học 8.2 Hằng số cõn bằng và mức độ diễn ra của phản ứng húa học 8.3 Cỏc yếu tố ảnh hưởng đến cõn bằng húa học 8.4 Bài tập Slide 2 of 48 General Chemistry: HUIâ 2006
  3. 8.1 Phản ứng thuận nghịch và trạng thỏi cõn bằng húa học 8.1.1 Khỏi niệm về phản ứng thuận nghịch – Phản ứng 1 chiều là phản ứng húa học xảy ra cho đến khi chỉ cũn lại một lượng khụng đỏng kể chất phản ứng. Khi viết phương trỡnh phản ứng ta chỉ dựng dấu mủi tờn một chiều thay cho dấu bằng. Slide 3 of 48 General Chemistry: HUIâ 2006
  4. • Phản ứng thuận nghịch là phản ứng mà ở trong cựng một điều kiện phản ứng cú thể xóy ra theo hai chiều ngược nhau. Do đú hỗn hợp cuối phản ứng cũn chứa một lượng đỏng kể chất phản ứng. Khi viết phương trỡnh phản ứng ta phải dựng 2 mũi tờn ngược chiều thay cho dấu bằng. Slide 4 of 48 General Chemistry: HUIâ 2006
  5. 8.1.2 Trạng thỏi cõn bằng húa học –Tất cả cỏc phản ứng thuận nghịch đều diễn ra khụng đến cựng mà chỉ diễn ra cho đến khi đạt được trạng thỏi cõn bằng húa học –Ở trạng thỏi cõn bằng húa học, hàm lượng cỏc chất phản ứng cũng như hàm lượng sản phẩm tồn tại khụng đổi Slide 5 of 48 General Chemistry: HUIâ 2006
  6. 8.1.3 Hằng số cõn bằng của phản ứng a) Hằng số cõn bằng Cho phản ứng aA + bB cC + dD • Ở trạng thỏi cõn bằng: vt = vn a b c d kt [A] [B] = kn [C] [D] . c d kt [C] [D] Đặt K= = k n [A]a[B]b Vỡ kt và kn là những hằng số ở nhiệt độ khụng đổi nờn K cũng là cũng là một hằng số tại nhiệt độ đú Hằng số K gọi là hằng số cõn bằng Slide 6 of 48 General Chemistry: HUIâ 2006
  7. b) Định luật tỏc dụng khối lượng •Khi một hệ đồng thể đạt đến trạng thỏi cõn bằng, tớch nồng độ của sản phẩm với số mũ thớch hợp chia cho tớch nồng độ của cỏc chất phản ứng với số mũ thớch hợp luụn luụn là một hằng số ở nhiệt độ khụng đổi •Lưu ý: Định luật tỏc dụng khối lượng chỉ ỏp dụng cho cỏc phản ứng đơn giản, khụng ỏp dụng cho cỏc phản ứng phức tạp vỡ bậc của phản ứng khụng bằng tổng cỏc hệ số cỏc chất trong phương trỡnh p/ứ.Nhưng đối với cõn bằng húa học thỡ định luật tỏc dụng khối lượng vẫn được ỏp dụng đỳng Slide 7 of 48 General Chemistry: HUIâ 2006
  8. c) Cỏc hằng số cõn bằng KC, KP c d +Nếu phản ứng trong dung dịch CC CD Kc = a b CA CB + Nếu phản ứng trong pha khớ: aA + bB cC + dD với khớ lý tưởng PV=nRT P= (n/V)RT=CRT ta thay nồng độ bằng ỏp suất riờng phần cỏc khớ c d c d c d pC pD CCRT CD RT CC CD c d a b KP = a b a b a b RT pA pB CA RT CBRT CA CB Với khớ lý tưởng: Δn KP = KC(RT) trong đú Δn= c+d-a-b Slide 8 of 48 General Chemistry: HUIâ 2006
  9. + Hằng số cõn bằng K của hệ dị thể chất lỏng và khớ H2O(l) + H2O(k) K= PH2O(Khớ) / [H2O]lỏng K[H2O] lỏng= PH2O Đặt K.[H2O] lỏng = KP KP = PH2O (khớ) + Hằng số cõn bằng K của hệ dị thể chất rắn và khớ CaCO3(r) CaO(r) + CO2(k) Kc = [CO2] KP = PCO2(RT) Đối với cỏc phản ứng dị thể cõn bằng giữa pha rắn và pha khớ hoặc giữa pha lỏng và pha khớ, hằng số cõn bằng chỉ phụ thuộc vào pha khớ Slide 9 of 48 General Chemistry: HUIâ 2006
  10. 8.2 Hằng số cõn bằng và mức độ diễn ra của phản ứng húa học 8.2.1 Trường hợp A,B,C,D đều là chất khớ 8.2.2 Trường hợp phản ứng xóy ra trong tướng lỏng 8.2.3 Quan hệ giữa hằng số cõn bằng với nhiệt độ và nhiệt phản ứng Slide 10 of 48 General Chemistry: HUIâ 2006
  11. •8.2.1 Trường hợp:A, B, C, D là chất khớ aA + bB cC + dD P cp d DG = DG0 + RTln C D T a b pA pB Khi phản ứng đạt đến trạng thỏi cõn bằng DG = 0 và P cP d 0 C D RTln K DG T = -RTln a b P R = 8.31 J/K•mol pA pB P: ỏp suất riờng phần cỏc khớ khi hệ đạt trạng thỏi cõn bằng gọi là ỏp suất cõn bằng p cp d Const = K = C D p a b pA pB • Kp gọi hằng số cõn bằng chỉ phụ thuộc nhiệt độ Slide 11 of 48 General Chemistry: HUIâ 2006
  12. 8.2.2 Trường hợp phản ứng diễn ra trong pha lỏng: aA + bB c C + dD c d 0 CC CD DGT = DG T + RTln a b CA CB c d 0 CC CD DG T = -RTlnKc + RTln a b CA CB Slide 12 of 48 General Chemistry: HUIâ 2006
  13. Phương trỡnh đẳng nhiệt Van’t Hoff: c 0 PC Pđ DGT = DG T + RTln a b PA PB (1) Do ở trạng thỏi cõn bằng DG=0 nờn ta cú P cP d 0 C D (2) DG T = -RTln a b RTln K P pA pB c d Từ (1) và 2 ta cú: pC pD DGT = -RT ln K p ln a b pA pB Pt đẳng nhiệt Vant Hoff Slide 13 of 48 General Chemistry: HUIâ 2006
  14. 8.2.3 Mối quan hệ giữa hằng số cõn bằng K và biến thiờn thế đẳng ỏp DG. • Theo phương trỡnh đẳng nhiệt Van’t Hoff của phản ứng húa học • Trường hợp phản ứng diễn ra ở pha khớ: c d PC pD DGTP = DG0 + RTln a b pA pB Slide 14 of 48 General Chemistry: HUIâ 2006
  15. Ở trạng thỏi cõn bằng DGTP = 0 và c d 0 PC pD DG TP = -RTln = -RTlnKp a b pA pB 0 Hay DG TP = -2,303RTlgKp c d p cp d p p DG = -RT C D ‘ C D TP ln K p ln a b K = p - p a b A B pA pB - Nếu K’ K thỡ DG > 0 phản ứng diễn ra theo chiều nghịch - Nếu K’ = K thỡ DGTP = 0 hệ đạt trạng thỏi cõn bằng Slide 15 of 48 General Chemistry: HUIâ 2006
  16. Liờn hệ hằng số cõn bằng và entanpy o o o o • lnKp= -ΔG /RT và ta cú DG = DH - TDS o • Với DH 0 khi nhiệt độ tăng Kp tăng K1 D 1 1 ln = K2 R T2 T1 Slide 16 of 48 General Chemistry: HUIâ 2006
  17. 8.3 Sự dịch chuyển cõn bằng húa học và nguyờn lý Le Chatelier • Nguyờn lý Le Chatelier về sự chuyển dịch cõn bằng: với một hệ ở trạng thỏi cõn bằng, nếu ta thay đổi bất kỳ một yếu tố nào xỏc định điều kiện cõn bằng (p, T, C) thỡ cõn bằng sẽ dịch chuyển theo chiều chống lại sự thay đổi đú aA + bB cC +dD Khi đạt đến trạng thỏi cõn bằng: p cp d ln K ln C D DGTP = -RT p a b = 0 pA pB Slide 17 of 48 General Chemistry: HUIâ 2006
  18. 8.3.1Ảnh hưởng của nồng độ tới chuyển dịch cõn bằng H2 + I2 2HI Ở trạng thỏi cõn bằng tốc độ phản ứng thuận vt = kt C C H2 I è Nếu tăng nồng độ H2 lờn thỡ tốc độ phản ứng thuận sẽ tăng lờn Slide 18 of 48 General Chemistry: HUIâ 2006
  19. Ảnh hưởng của nồng độ tới chuyển dịch cõn bằng Slide 19 of 48 General Chemistry: HUIâ 2006
  20. Ảnh hưởng của nồng độ tới chuyển dịch cõn bằng Slide 20 of 48 General Chemistry: HUIâ 2006
  21. 8.3.2Ảnh hưởng của nhiệt độ tới chuyển dịch cõn bằng DH DS lnKcb = RT R -Trường hợp DH > 0 phản ứng thu nhiệt, + Khi T tăng thỡ Kcb tăng , cú nghĩa khi tăng nhiệt độ Kt tăng mạnh hơn Kn nghĩa là vt > vn và cõn bằng chuyển dịch theo chiều thụận tức chuyển dịch theo chiều của phản ứng thu nhiệt. + Khi giảm nhiệt độ hằng số Kcb giảm nghĩa là cõn bằng chuyển dịch theo chiều nghịch tức chiều của phản ứng phỏt nhiệt. Slide 21 of 48 General Chemistry: HUIâ 2006
  22. -Trường hợp DH Vt và cõn bằng chuyển dịch theo chiều nghịch tức chiều của phản ứng thu nhiệt. + Khi giảm nhiệt độ Kcb tăng, nghĩa là cõn bằng chuyển dịch theo chiều phản ứng toả nhiệt đú là chiều thuận. • Vậy khi một hệ đang ở trạng thỏi cõn bằng nếu tăng nhiệt độ của hệ cõn bằng sẽ chuyển dịch về phớa phản ứng thu nhiệt và ngược lại. Slide 22 of 48 General Chemistry: HUIâ 2006
  23. 8.3.3 Ảnh hưởng của ỏp suất tới sự chuyển dịch cõn bằng Khi tăng ỏp suất của hệ cõn bằng, cõn bằng sẽ dịch chuyển theo chiều giảm số phõn tử khớ của hệ Slide 23 of 48 General Chemistry: HUIâ 2006
  24. 8.3.3Ảnh hưởng của xỳc tỏc • Giảm năng lượng họat húa • Do vậy làm giảm thời gian đạt cõn bằng • Khụng thay đổi thành phần hỗn hợp trạng thỏi cõn bằng Slide 24 of 48 General Chemistry: HUIâ 2006
  25. The BàiEquilibrium tập ỏp dụng: Constant • Tại T xỏc định 0.80 mole N2 và 0.90 mole H2 để trong bỡnh 1 l. Khi cõn bằng 0.20 mole NH3 xuất hiện. Tớnh Kc . Slide 25 of 48 General Chemistry: HUIâ 2006
  26. The Equilibrium Constant N2(g) + 3 H2(g)  2 NH3(g) BanInitial đầu 0.80 M 0.90 M 0 ThayChange đổi - 0.10 M - 0.30 M + 0.20 M CõnEquilibriu bằng m 0.70 M 0.60 M 0.20 M 2 2 NH3 0.20 Kc 3 3 0.26 N2 H2  0.70 0.60 Slide 26 of 48 General Chemistry: HUIâ 2006