TrầnMinhNguyên(fb:NguyênTrần) _ CÂN BẰNG HÓA HỌC I ÐỊNH LUẬT TÁC DỤNG KHỐI LƯỢNG Trường hợp cân khí xem khí lý tưởng Trường hợp cân dung dịch lỏng Sự liên hệ số cân K với biến đổi lượng tự ứng ÐỊNH LUẬT DỜI ÐỔI MỨC CÂN BẰNG LE CHÂTELIER Ảnh hưởng nồng độ Ảnh hưởng áp suất II phản Phản ứng gọi phản ứng cân hay thuận nghịch xảy theo hai chiều ngược điều kiện Do đó, phản ứng cân xảy không hoàn toàn, nghĩa sau phản ứng thu sản phẩm (C, D) mà có tác chất (A, B) Thí dụ: Với phản ứng ester hóa acid acetic với rượu etilic CH3-COOH + CH3-CH2-OH CH3-COO-CH2-CH3 + H2O Nếu lấy 1mol cho tác dụng với 1mol ứng đạt mức cân (coi phản ứng xong), ta thu 2/3 mol ester sau phản mol rượu Phản ứng cân gọi đạt trạng thái cân đơn vị thời gian có phân tử tác chất (A, B) tham gia phản ứng thuận để tạo sản phẩm (C, D) có nhiêu phân tử tác chất (A, B) tạo trở lại từ phản ứng nghịch, lúc vận tốc phản ứng thuận vận tốc phản ứng nghịch nhau, lúc nồng độ chất phản ứng không thay đổi Cân hóa học gọi cân động thực luôn có phản ứng thuận nghịch xảy lượng chất hệ phản ứng không thay đổi phản ứng đạt trạng thái cân nên phản ứng coi xong Hơn nữa, làm thay đổi trạng thái cân phản ứng cách thay đổi yếu tố nồng độ chất, nhiệt độ, áp suất I ÐỊNH LUẬT TÁC DỤNG KHỐI LƯỢNG Ðịnh luật Gulberg, Waage (Na Uy) đưa năm 1864, nhằm xác định trạng thái cân phản ứng cân Trường hợp cân khí xem khí lý tưởng a Hằng số cân Kc Xét phản ứng cân bằng: Gọi số vận tốc phản ứng thuận nghịch Giả sử phản ứng thuận phản ứng nghịch thuộc loại đơn giản (nghĩa phản ứng xảy giai đoạn, bậc phản ứng riêng phần tác chất hệ số tỉ lượng nguyên tối giản đứng trước tác chất phản ứng) Vận tốc phản ứng thuận là: v1 = k1[A][B] Vận tốc phản ứng nghịch là: v-1 = k - 1[C][D] Giả sử lúc bắt đầu phản ứng, có A, B diện Vận tốc phản ứng thuận vận tốc phản ứng nghịch giảm Như vậy, lúc đầu lớn, không Phản ứng xảy lâu, nồng độ tác chất A, B , nồng độ sản phẩm C, D tăng giảm dần theo thời gian, tăng dần theo thời gian Sau thời gian vận tốc phản ứng thuận v1 vận tốc phản ứng nghịch bằng, phản ứng coi xong v1 = v- => k1[A][B] = k_ 1[C][D] , lúc phản ứng đạt trạng thái cân => Vì số vận tốc phản ứng, tùy thuộc nhiệt độ (và tùy thuộc chất phản ứng), ứng với nhiệt độ xác định (và phản ứng xác định), ta có: cb: cân bằng, nồng độ chất C, D, A, B lúc đạt trạng thái cân Kc gọi số cân phản ứng liên hệ đến nồng độ (mol/l) Kc phụ thuộc nhiệt độ chất phản ứng, mà không phụ thuộc vào nồng độ chất phản ứng Hệ thức biểu diễn liên hệ nồng độ hóa chất (tức khối lượng hóa chất) lúc cân bằng, nội dung định luật tác dụng khối lượng Có thể phát biểu định luật sau: Khi phản ứng đồng thể đạt trạng thái cân tỉ số tích số nồng độ sản phẩm với tích số nồng độ tác chất số nhiệt độ xác định Tổng quát với phản ứng: mA + nB pC + qD người ta rằng: Với [A], [B], [C], [D] nồng độ A, B, C, D lúc cân Thí dụ: với phản ứng: 2NOCl(k) 2NO(k) + Cl2(k) b Hằng số cân Kp Hằng số cân liên hệ đến áp suất riêng phần hóa chất thể khí lúc cân (lúc đạt trạng thái cân bằng) [ Áp suất riêng phần cấu tử hỗn hợp tích chung V áp suất mà cấu tử có đứng riêng chiếm thể tích V hỗn hợp nhiệt độ ] Xét phản ứng: Gọi PA, PB, PC, PD áp suất riêng phần khí A, B, C, D xem khí lý tưởng lúc cân , số mol A, B, C, D diện thể tích V hệ phản ứng (bình phản ứng) lúc cân nhiệt độ T (oK) Từ Thay [A], [B], [C], [D] vào biểu thức số cân KC: (4-3) Do KC phụ thuộc nhiệt độ phụ thuộc nhiệt độ T c Hằng số cân Kx Hằng số cân liên hệ đến phân số mol (phân mol, phần mol) chất phản ứng [ Phân số mol (phân mol hay phần mol) x cấu tử i hỗn hợp gồm nhiều cấu tử tỉ số số mol i với tổng số mol cấu tử có hỗn hợp Xét phản ứng: Gọi P áp suất hỗn hợp khí lúc cân bằng; D lúc cân phân số mol A, B, C, Với Thế tổng số mol hỗn hợp gồm khí A, B, C, D lúc cân phản ứng: : Tổng hệ số mol khí sản phẩm = tổng hệ số mol khí tác chất Như số cân Kx phụ thuộc vào nhiệt độ T áp suất tổng quát P hỗn hợp khí lúc cân Nếu => p + q = m + n => Tổng hệ số mol khí bên sản phẩm = Tổng hệ số mol khí bên tác chất Chú thích: - Người ta biểu thức số cân liên hệ đến khí nêu trên, ta không ý đến chất lỏng chất rắn Thí dụ: CaCO3(r) Kp = PCO2 CaO(r) + CO2(k) NH4Cl(r) HCl(k) + NH3(k) Kp = PHCl.PNH3 HCl(k) + NH3(k) NH4Cl(r) Kp = - Hằng số cân K lớn, phản ứng thiên chiều thuận, số cân K nhỏ phản ứng thiên chiều nghịch - Tùy theo hệ số phản ứng mà số cân phản ứng khác Thí dụ: với phản ứng Với phản ứng Trường hợp cân dung dịch lỏng Trong trường hợp này, thường số cân Với phản ứng: áp dụng cho dung dịch loãng mA(dd) + nB(dd) pC(dd) + pD(dd) Người ta rằng: Với [C], [D], [A], [B] nồng độ C, D, A, B dung dịch lúc phản ứng đạt trạng thái cân Trong trường hợp dung dịch lỏng hệ phản ứng có diện chất rắn ta không ý đến chất rắn Thí dụ: Với , dung dịch có cân với pha rắn AgCl Sự liên hệ số cân K với biến đổi lượng tự phản ứng Xem phản ứng cân hóa chất thể khí: mA(k) + nB(k) pC(k) + qD(k) Biến đổi lượng tự (G phản ứng là: (4-12) Với khí xem khí lý tưởng, điều kiện đẳng nhiệt, phụ thuộc hàm số lượng tự G theo áp suất P là: Trong trị số lượng tự mol i 1atm, ứng với nhiệt độ T (4-13) Khi phản ứng đạt trạng thái cân áp suất P, nhiệt độ T thì: biến đổi lượng tự điều kiện chuẩn thức (áp suất P = atm, nhiệt độ T xác định) phụ thuộc vào nhiệt độ T Hệ thức cho biết tính số cân dựa vào đại lượng nhiệt động học hóa chất Theo trên: - Nếu Do đó, với phản ứng cân tương ứng với trọn vẹn, mức cân bằng, nồng độ sản phẩm lớn âm có khuynh hướng xảy gần - Nếu Vậy phản ứng cân ứng với dương xảy không trọn vẹn, mức cân bằng, nồng độ sản phẩm tương ứng nhỏ Với trường hợp dung dịch lỏng loãng với phản ứng: mA(dd) + nB(dd) pC(dd) + qD(dd) Ở trạng thái chuẩn thức thích hợp, người ta chứng minh hệ thức: Lúc phản ứng đạt trạng thái cân bằng, ta có: II ÐỊNH LUẬT DỜI ÐỔI MỨC CÂN BẰNG 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 đổi ấy" Chúng ta xét số yếu tố làm thay đổi mức cân bằng: Ảnh hưởng nồng độ Sự thay đổi nồng độ chất làm cân dời đổi theo chiều chống lại thay đổi Nghĩa làm tăng nồng độ chất cân dịch chuyển theo chiều làm giảm nồng độ chất xuống, tức chiều chất tham gia phản ứng; làm giảm nồng độ chất (như lấy bớt chất khỏi hệ phản ứng) cân dịch chuyển theo chiều làm tăng nồng độ chất lên, tức chiều phản ứng tạo thêm chất Xem phản ứng cân bằng: A+B C+D Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng, ta có: Nếu lúc giờ, thêm chất A vào hệ phản ứng vẩn giữ nguyên trị số cũ (không đổi) phải tăng, nên phản ứng cân dời đổi theo chiều làm giảm A, tạo thêm C, D nồng độ đạt trị số để cho: Tương tự, sau phản ứng đạt trạng thái cân bằng, ta lấy bớt C D khỏi môi trường phản ứng, cân bị phá vỡ cân thiết lập theo hướng tạo thêm C, D Nói chung muốn phản ứng cân bằng: A+B C+D Cho nhiều sản phẩm C, D người ta có thể: - Làm tăng nồng độ tác chất A, B - Hay làm giảm nồng độ sản phẩm C, D Ảnh hưởng áp suất Trong phản ứng cân có liên hệ đến khí, làm tăng áp suất mức cân dời đổi theo chiều chống lại tăng áp suất, tức chiều làm giảm số mol khí, làm giảm áp suất mức cân dời đổi theo chiều làm tăng áp suất lên, tức chiều tạo nhiều số mol khí (4-16) Với * Nếu tổng số hệ số mol khí sản phẩm - tổng số hệ số mol khí tác chất => số mol khí bên sản phẩm < số mol khí bên tác chất Sưu tầm : Trần Minh Nguyên Fb : Nguyên Trần