CÂN BẰNG HỐ HỌC HỐ ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG II Khái niệm cân • Quan sát khí khơng màu làm đơng lạnh N2O4 Tại nhiệt độ phòng, 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 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 HỐ ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG II The Concept of Equilibrium HỐ ĐẠI CƯƠNG 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) HỐ ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG II 2NO2(g) Khái niệm cân HỐ ĐẠI CƯƠNG 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 vnghòch  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 HỐ ĐẠI CƯƠNG 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 khơng 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 HỐ ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG II Hằng số cân HỐ ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG II Hằng số cân • Dù thành phần tác chất ban đầu thành phần sản phẩm sao, nồng độ ln 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 HỐ ĐẠI CƯƠNG 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 đổi HỐ ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG II 21 Le Châtelier’s Principle HỐ ĐẠI CƯƠNG 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 HỐ ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG II 23 Le Châtelier’s Principle Change in Reactant or Product Concentrations HỐ ĐẠI CƯƠNG 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) HỐ ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG II 2NH3(g) 25 Le Châtelier’s Principle Change in Reactant or Product Concentrations HỐ ĐẠI CƯƠNG 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 N or H2 HỐ ĐẠI CƯƠNG 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 HỐ ĐẠI CƯƠNG 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 CHƯƠNG II 2NO2(g) 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 HỐ ĐẠI CƯƠNG 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 HỐ ĐẠI CƯƠNG 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 HỐ ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG II 32 Le Châtelier’s Principle Effect of Temperature Changes HỐ ĐẠI CƯƠNG 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+ HỐ ĐẠI CƯƠNG 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 HỐ ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG II 35 [...]... lớn của hằng số cân bằng Hằng số cân bằng, K, là tỷ lệ của sản phẩm trên tác chất Do đó: • K càng lớn thì tại cân bằng nồng độ sản phẩm càng lớn • Ngược lại, K càng nhỏ thì tại cân bằng nồng độ tác chất càng lớn • Nếu K >> 1, các sản phẩm chiếm ưu thế tại cân bằng và cân bằng chuyển sang phải • Nếu K 0, cooling favors the reverse reaction, – if ∆H < 0, cooling favors the forward reaction • Consider Cr(H2O)6(aq) + 4Cl-(aq) CoCl 42- (aq) + 6H2O(l) for which ∆H > 0 – Co(H2O) 62+ is pale pink and CoCl 42- is blue HỐ ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG II 32 Le... 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 HỐ ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG II 23 Le Châtelier’s Principle Change in Reactant or Product Concentrations HỐ ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG II 24 Le Châtelier’s Principle Change in Reactant or... decreases and Q decreases until it equals K) • If Q < K then the forward reaction must occur to reach equilibrium HỐ ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG II 19 Xác đònh nồng độ các chất ở mức cân bằng: Có ∆Go, R, T => Kc, Kp => [ ] các chất HỐ ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG II 20 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... Tại cân bằng: 0 = ∆Gor + RT lnKcb • hay • • ∆Gor= – RT lnKcb Kcb = Kc hay Kp Kcb = e-∆Go/ RT • • HỐ ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG II 17 Ứng dụng của hằng số cân bằng trong hóa học Dự đoán chiều phản ứng We define Q, the reaction quotient, for a general reaction aA + bB(g) as Q= pP + qQ p q [ P ] [ Q] a b [ A] [ B] where [A], [B], [P], and [Q] are molarities at any time • Q = K only at equilibrium HỐ ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG... 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 N 2 or H2 HỐ ĐẠI CƯƠNG 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 ... 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 HỐ ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG II Hằng số cân • Xem phản ứng N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) a)... có nhiêu NO2 phản ứng để tạo lại N2O4: N2O4(g) HỐ ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG II 2NO2(g) Khái niệm cân HỐ ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG II • Tóm lại:  Cân có tính chất động, nghóa lúc cân mặt thực tế thành phần hợp chất... chưa có N2O4 nên phản ứng nghịch 2NO2(g) → N2O4(g) chưa xảy HỐ ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG II The Concept of Equilibrium HỐ ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG II • Tại điểm mà tốc độ phản ứng phân hủy: N2O4(g) → 2NO2(g) với