CÂN BẰNG HOÁ HỌC CHƯƠNG Copyright © 1999 by Harcourt Brace & Company All rights reserved. Requests for permission to make copies of any part of the work should be mailed to: Permissions Department, Harcourt Brace & Company, 6277 Sea Harbor Drive, Orlando, Florida •Phản ứng chiều (phản ứng hoàn toàn): = hay → Ví dụ - KClO3 = KCl (r) + 3/2O2(k) • Phản ứng thuận nghịch (phản ứng không hoàn toàn): ⇌ Ở đk, pư xảy đồng thời theo hai chiều ngược Ví dụ - H2 (k) + I2 (k) ⇌ 2HI (k) Phản ứng đồng thể - pư thể tích pha HCl(dd) + NaOH(dd) = NaCl (dd) + H 2O(l) Phản ứng dị thể - pư diễn bề mặt phân chia pha Zn (r) + 2HCl (dd) = ZnCl2(dd) + H2(k) Phản ứng đơn giản - pư diễn qua giai đoạn (1 tác dụng bản) Ví dụ: H2(k) + I2(k) = 2HI (k) Phản ứng phức tạp – pư diễn qua nhiều giai đoạn ( nhiều tác dụng bản) Các giai đoạn : nối tiếp , song song, thuận nghịch… Phân tử số - số tiểu phân chất phản ứng tương tác gây nên biến đổi hoá học tác dụng bản.(nguyên dương, ≤ 3) Đối với pư đơn giản PTS=1 → pư đơn phân tử I2 (k) = 2I(k) PTS=2 → pư lưỡng phân tử H2(k) + I2(k) = 2HI (k) PTS=3 → pư tam phân tử 2NO (k) + O2(k) = 2NO2(k) Định luật tác dụng khối lượng (M.Guldberg P. Waage ) Ở nhiệt độ không đổi, pư đồng thể, đơn giản: aA + bB = cC + dD Tốc độ phản ứng : v = k.CaA.CbB Cân hóa học Phản ứng hệ khí lý tưởng (pư đơn giản ): aA (k) + bB(k) τ=0 C0A τ ↑ vC t = v n (CA)cb=const ↑ D ∆G=0 (PA)cb=const ⇌ C0B CA ↓ cC(k) Cb ↓ + dD(k) (mol/l ) Cc ↑ (CB)cb=const (Cc)cb=const (CD)cb =const (PB)cb=const (PC)cb=const (PD)cb =const v vt v t = k t C aA C bB vt = v n = k nC C c C τ cb τ d D Nhận xét trạng thái cân hoá học •Trạng thái cbhh trạng thái cân động. •Trạng thái cân ứng với ∆Gpư= . (A’=0) • Dấu hiệu trạng thái cân hoá học: Tính bất biến theo thời gian  Tính linh động  Tính hai chiều. Examples of Chemical Equilibria Sự tạo thành thạch nhũ CaCO3(r) + H2O(l) + CO2(k) Ca2+(dd) + HCO3-(dd) Hằng số cân cho phản ứng đồng thể Hệ khí lý tưởng aA(k) + bB(k) ⇌ cC(k) + dD(k) (pư đơn giản ) k t .( C a A ) cb .( C ) cb = k n .( b B C c C ) cb .( C d D ) cb Khi trạng thái đạt cân bằng: vt = kt C cC C dD KC = =( a b kn CACB ) cb c d c d c số d • K – phằng số nhiệt độ xác định: cân bằng. ( ) ( ) p C RT C RT C C ( c+ d− a − b ) C D C D C D Kp = ( a b A B p p ) cb = ( ( CA RT ) ( CBRT ) a b ) cb = ( K p = K C ( RT ) ∆n a A C C b B ) cb ( RT ) Xác định K NOCl(K) NO(k) + Cl2(k) [NOCl] Ban đầu Phản ứng Cân K = 2.00 - 0.66 1.34 [NO] +0.66 0.66 [ N O ] [ C l2 ] K = [ N O C l] [N O ] [C l2 ] [N O C l] = (0 .66) (0 .3 ) (1 .3 )2 [Cl2] +0.33 0.33 = .0 Hằng số cân cho phản ứng đồng thể (Dung dịch lỏng , loãng) aA(dd) + bB(dd) ⇌ cC(dd) + dD(dd) K C =( C cC C dD C aA C bB )cb Mg(OH)2(r) ⇌ Mg2+(dd) + 2OH-(dd) K = [Mg2+]cb .[OH-]2cb = T Mg(OH)2 - Tích số tan CH3COOH(dd) + H2O ⇌ CH3COO- (dd) + H3O+ [ H O ][CH COO ] = + Ka − [ CH 3COOH ] Hằng số điện ly axit NH4OH (dd) = NH4+ (dd) + OH-(dd) Kb [ NH ][OH ] = + − [NH OH ] Hằng số điện ly baze CH3COONa (dd) + 2H2O ⇌ CH3COOH (dd) + NaOH(dd) CH3COO- (dd) + 2H2O ⇌ CH3COOH (dd) + OH- (dd) Kt [ CH 3COOH ][ OH − ] = [CH COO ] − Hằng số thuỷ phân NHẬN XÉT Kp Kc  Là số nhiệt độ định, phụ thuộc vào chất pư nhiệt độ, không phụ thuộc vào nồng độ áp suất riêng phần chất pư Phụ thuộc vào cách thiết lập hệ số ptpư. Hằng số cân Kp ,Kc thứ nguyên. Hằng số cân không phụ thuộc vào chất xúc tác Hằng số cân có giá trị lớn hiệu suất pư cao. Viết biểu thức số cân S(r) + O2(k) SO2(k) K = [S O ] [O ] NH3(dd) + H2O(l) K = + [N H ][O H ] [N H ] NH4+(dd) + OH-(dd) S(r) + O2(k) SO2(k) K1 = [SO2] / [O2] SO2(k) +1/2 O2(k) SO3(k)K2 = [SO3] / [SO2][O2]1/2 S(r) + 3/2 O2(k) SO3(k) K = ???? Knet = [SO ] = K • K 3/2 [O2 ] Thay đổi hệ số tỉ lượng S(r) + 3/2 O2(k) S(r) + O2(k) Knew = [SO ]2 [O2 ]3 SO3(k) K = [S O ] [ O ] /2 SO3(k) K n e w = = (Kold)2 [S O ] [O ] Đổi chiều phản ứng S(r) + O2(k) SO2(k) SO2(k) S(r) + O2(k) Kthuận = 1/Knghịch K = [S O ] [O ] [O ] K new = [S O ] Quan hệ số cân ∆G PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ aA + bB ⇌ cC + dD Khí lý tưởng  p cC p dD  Qc QP   ∆G T = ∆G + RT ln a b  = ∆G T + RT ln Q P = RT ln = RT ln KP Kc  pA pB τ T Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng: ∆GT =  pCc pDd  ∆G = − RT ln a b  = − RT ln K p  p A pB cb T Dungdịch lỏng,loãng  C cC C dD  Qc   ∆G T = ∆G + RT ln a b  = ∆G T + RT ln Q c = RT ln Kc  CACB τ T Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng: ∆GT = c d  C C ∆GT0 = − RT ln Ca Db  C AC B ⇒ Kp = f(bc pư, T)   = − RT ln K C  cb Kp ≠ f(C) Quan hệ số cân ∆G Phản ứng dị pha : aA + bB ⇌ cC + dD Q ∆G T = ∆G + RT ln Q = RT ln K T  [ C] [ D ]  Q= a b  [ A ] [ B]  τ c d  [ C] [ D ]  K = Q cb =  a b   [ A ] [ B]  cb Chất khí [] → P (atm) Dung dịch loãng [] → C (mol/l) Rắn nc, lỏng nc, dung môi (H2O) → c d Q ∆G T = RT ln K • Nếu Q < K → ∆G < → phản ứng xảy theo chiều thuận • Nếu Q > K → ∆G > → phản ứng xảy theo chiều nghịch • Nếu Q = K → ∆G = → hệ đạt trạng thái cân 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 3250C? • Biết: ∆H0 = -56,484kJ Kp = 1,3.106 250C 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 Nguyên lý chuyển dịch cân 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 đó. ∆n =0 áp suất chung không ảnh hưởng đến trạng thái cân bằng. N2(k) + 3H2(k) ⇌ 2NH3(k) ; ∆H0 Làm lạnh Đun nóng [...]... chuyển dịch cân bằng Le Chatelier Phát biểu: Một hệ đang ở trạng thái cân bằng mà ta thay đổi một trong các thông số trạng thái của hệ (nồng độ, nhiệt độ, áp suất) thì cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều có tác dụng chống lại sự thay đổi đó ∆n =0 áp suất chung không ảnh hưởng đến trạng thái cân bằng N2(k) + 3H2(k) ⇌ 2NH3(k) ; ∆H K → ∆G > 0 → phản ứng xảy ra theo chiều nghịch • Nếu Q = K → ∆G = 0 → hệ đạt trạng thái cân bằng Ví dụ : Tính hằng số cân bằng của phản ứng: 2 NO2(k) ở 298K khi biết Giải: ↔ N2O4(k) 0 ∆H 298 pu = −58,040kJ và ∆S0 298pu = −176,6 J / K 0 0 0 ∆ G298 = ∆ H 298 − T∆ S 298 = - 58040 + 298 × 176,6 = -5412.3J ∆G... S(r) + O2(k) Kthuận = 1/Knghịch K = [S O 2 ] [O 2 ] [O 2 ] K new = [S O 2 ] Quan hệ giữa hằng số cân bằng và ∆G PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ aA + bB ⇌ cC + dD Khí lý tưởng  pc pd  Q Q  C D  = ∆G 0 + RT ln Q P = RT ln P = RT ln c ∆G T = ∆G + RT ln a b  T pA pB τ KP Kc  0 T Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng: ∆GT = 0 c d  pC pD  ∆G = − RT ln a b  = − RT ln K p p p   A B cb 0 T Dungdịch lỏng,loãng... lỏng,loãng  Cc Cd  Q  C D  = ∆G 0 + RT ln Q c = RT ln c ∆G T = ∆G + RT ln a b  T CACB τ Kc  0 T Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng: ∆GT = 0 c d  CC C D 0 ∆GT = − RT ln a b C C  A B ⇒ Kp = f(bc pư, T)   = − RT ln K C   cb Kp ≠ f(C) Quan hệ giữa hằng số cân bằng và ∆G Phản ứng dị pha : aA + bB ⇌ cC + dD Q ∆G T = ∆G + RT ln Q = RT ln K 0 T  [ C] [ D ]  Q= a b  [ A ] [ B]  τ c d ...Phản ứng dị pha CaCO3(r) ⇌ CaO(r) + CO2(k) K′ = ( p p CaO p CO 2 p CaCO3 K P = K c RT ) cb K p = K′p p CaCO3 ( p CaO = ( p CO 2 K c = C CO 2 ) ) cb cb Trong biểu thức của hằng số cân bằng K không xuất hiện các thành phần sau: chất rắn nguyên chất, chất lỏng nguyên chất, dung môi Mg(OH)2(r) ⇌ Mg2+(dd) + 2OH-(dd) K = [Mg2+]cb [OH-]2cb = T Mg(OH)2 - Tích số tan CH3COOH(dd) + H2O ⇌ . Nhận xét về trạng thái cân bằng hoá học • Trạng thái cbhh là trạng thái cân bằng động. • Trạng thái cân bằng ứng với ∆G pư = 0 . (A’=0) • Dấu hiệu của trạng thái cân bằng hoá học:  Tính bất biến. số cân bằng K p ,K c không có thứ nguyên.  Hằng số cân bằng không phụ thuộc vào chất xúc tác  Hằng số cân bằng có giá trị càng lớn thì hiệu suất pư càng cao. Viết biểu thức hằng số cân bằng Viết. Hằng số cân bằng cho phản ứng đồng thể aA(k) + bB(k) c⇌ C(k) + dD(k) (pư đơn giản ) Khi trạng thái đạt cân bằng: v t = v n • K – hằng số ở nhiệt độ xác định: hằng số cân bằng. ( )