CHƯƠNG TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG HÓA HỌC CÂN BẰNG HÓA HỌC 6.1 Tốc độ phản ứng hóa học 6.2 Cân hóa học mức độ diễn trình hóa học 6.1 Tốc độ phản ứng hóa học 6.1 Tốc độ phản ứng hóa học 6.1.1 Một số khái niệm Phản ứng hóa học Phản ứng đơn giản xảy qua giai đoạn Ví dụ: N2(k) + 3H2(k)  2NH3(k) Phản ứng phức tạp o xảy qua nhiều giai đoạn (nối tiếp song song) Ví dụ: 2N2O5 → 4NO2 + O2 gồm hai giai đoạn nối tiếp: (1) N2O5 → N2O3 + O2 (2) N2O5 + N2O3 → 4NO2 o Mỗi giai đoạn phản ứng phức tạp gọi tác dụng đơn giản o Tập hợp tác dụng đơn giản xảy phản ứng phức tạp gọi chế phản ứng Chương 6: Cân hóa học 6.1 Tốc độ phản ứng hóa học 6.1.1 Một số khái niệm  Phân tử số bậc phản ứng Phân tử số: • số phân tử tham gia vào tác dụng đơn giản • Phản ứng đơn phân tử, lưỡng phân tử, tam phân tử… Bậc phản ứng: • tổng số mũ nồng độ chất phản ứng ghi biểu thức định luật tác dụng khối lượng • Nếu tổng số mũ 1, 2, 3… phản ứng gọi phản ứng bậc một, bậc hai, bậc ba … • Được xác định thực nghiệm Chương 6: Cân hóa học 6.1 Tốc độ phản ứng hóa học 6.1.1 Một số khái niệm  Phân tử số bậc phản ứng o Đối với phản ứng đơn giản: Bậc phản ứng trùng phân tử số o Đối với phản ứng phức tạp: Bậc phản ứng xác định giai đoạn chậm  bậc phản ứng không trùng với phân tử số Chương 6: Cân hóa học 6.1 Tốc độ phản ứng hóa học 6.1.1 Một số khái niệm Phản ứng hóa học Phản ứng đồng thể o Tất chất đầu sản phẩm cuối nằm pha o Ví dụ: N2(k) + 3H2(k)  2NH3(k) Phản ứng dị thể o Các chất đầu cuối khác pha o Ví dụ: Zn(r) + HCl(l)  ZnCl2(l) + H2(l) Chương 6: Cân hóa học 6.1 Tốc độ phản ứng hóa học 6.1.1 Một số khái niệm  Tốc độ phản ứng số tác dụng đơn giản phản ứng hóa học diễn đơn vị thời gian đơn vị thể tích (đối với phản ứng đồng thể) đơn vị diện tích bề mặt phân chia pha (đối với phản ứng dị thể) C v= Tốc độ trung bình: t Tốc độ tức thời : dC v= dt C nồng độ chất phản ứng lấy dấu – C nồng độ sản phẩm lấy dấu + Chương 6: Cân hóa học 6.1 Tốc độ phản ứng hóa học 6.1.1 Một số khái niệm  Biểu thức tốc độ Định luật tác dụng khối lượng (Guldberg Waage) Tốc độ tức thời phản ứng tỷ lệ với tích số nồng độ thời điểm chất tham gia phản ứng (với số mũ xác định đó) Chương 6: Cân hóa học 6.1 Tốc độ phản ứng hóa học 6.1.1 Một số khái niệm Định luật tác dụng khối lượng Phản ứng tổng quát: aA + bB  cC + dD Biểu thức toán học: v = k C An C Bm v : tốc độ tức thời phản ứng thời điểm xác định CA, CB: nồng độ tức thời chất A B thời điểm k: số tốc độ n, m : số mũ (xác định từ thực nghiệm) Đối với phản ứng đơn giản: n = a, m = b Đối với phản ứng phức tạp: n  a, m  b Phản ứng có: bậc n A, bậc m B bậc tổng quát = (n+m) Chương 6: Cân hóa học 6.1 Tốc độ phản ứng hóa học 6.1.1 Một số khái niệm n A m B Định luật tác dụng khối lượng v = k C C Hằng số tốc độ k Khi CA = CB = 1mol/l  v=k Ý nghĩa vật lý : số tốc độ k tốc độ riêng phản ứng nồng độ chất tham gia phản ứng 1mol/l k phụ thuộc vào chất PƯ, nhiệt độ chất xúc tác E* RT S* R k =  e  = Ze Z: hệ số, tỷ lệ với tổng số va chạm tiểu phân đơn vị thể tích đơn vị thời gian E*: lượng hoạt hóa phản ứng S*: entropi hoạt hóa phản ứng 10 Chương 6: Cân hóa học 6.2.Cân hóa học mức độ diễn QT hóa học 6.2.2.Hằng số cân hóa học Cân hệ dị thể:  Với phản ứng dị thể có tham gia chất khí: Áp suất riêng phần chất rắn thăng hoa chất lỏng bay nhiệt độ xác định số -> Hằng số cân Kp, KC phụ thuộc chất pha khí Ví dụ: CaCO3(r) ⇄ CaO(r) + CO2(k) K p = PCO  Với phản ứng dị thể diễn dung dịch: Độ tan chất khí chất rắn khó tan số nhiệt độ xác định, nồng độ dung môi coi không thay đổi trình phản ứng -> Hằng số cân KC phụ thuộc vào nồng độ chất tan dung dịch 34 Chương 6: Cân hóa học 6.2.Cân hóa học mức độ diễn QT hóa học 6.2.2.Hằng số cân hóa học Ví dụ 1: Xác định số cân Kc 2NOCl(k) ⇄ NO(k) + Cl2(k) Ban đầu 2.00 0 Phản ứng 0.66 0.66 0.33 0.66 0.33 Cân 1.34 K = [NO ] [ Cl ] [NOCl ] (0.66) (0.33) = (1.34) = 0.080 Ví dụ 2: Viết biểu thức số cân Kc S(r) + O2(k) ⇄ SO2(k) K1 SO2(k) + 1/2 O2(k) ⇄ SO3(k) K2 S(r) + 3/2 O2(k) ⇄ SO3(k) K3 35 6.2.Cân hóa học mức độ diễn QT hóa học 6.2.2.Hằng số cân hóa học Ví dụ 2: Viết biểu thức số cân Kc SO2   (1) S(r) + O2(k) ⇄ SO2(k) K1 = éO2 ù SO3   K2 = 1/2 éO2 ù  SO2  (2) SO2(k) + 1/2 O2(k) ⇄ SO3(k) (3) S(r) + 3/2 O2(k) ⇄ SO3(k) K SO3   = éO2 ù SO2   SO3   = = K1.K éO2 ù2 éO2 ù  SO2  Hoặc: (1) + (2)  (3) > K3=K1.K2 36 6.2.Cân hóa học mức độ diễn QT hóa học 6.2.2.Hằng số cân hóa học  Lưu ý viết biểu thức số cân • Thay đổi hệ số tỉ lượng S(r) + 3/2 O2(k) ⇄ SO3(k) K1 2S(r) + O2(k) K1  SO3  = O  ⇄ 2SO3(k) K2 SO3  K2 = O  K2 = K12 2 • Đổi chiều phản ứng S(r) + O2(k) ⇄ SO2(k) K1 K1 SO2(k) ⇄ S(r) + O2(k) K2  SO  = O2  O  K2 = SO  = K1 Kthuận = 1/Knghịch 37 6.2.Cân hóa học mức độ diễn QT hóa học 6.2.2.Hằng số cân hóa học Hằng số cân độ thay đổi đẳng áp Phản ứng thuận nghịch: aA + bB ⇄ cC + dD  Nếu phản ứng diễn pha khí: c d   p CpD ΔG T = ΔG T + RTln a b  (ở thời điểm)  pA pB τ Khi phản ứng đạt trạng thái cân c d   p CpD ΔG T = -RTln a b  = -RTlnK p  p A p B  cb ΔG T =  Nếu phản ứng diễn dung dịch:  C cC C dD  ΔG T = ΔG + RTln  a b   CACB τ T (ở thời điểm) Khi phản ứng đạt trạng thái cân ΔG T =  C cC C dD  ΔG = - RTln  a b  = - RTlnK C  C A C B  cb T Chương 6: Cân hóa học 38 6.2.Cân hóa học mức độ diễn QT hóa học 6.2.2.Hằng số cân hóa học Hằng số cân độ thay đổi đẳng áp ΔG 0T = -RTlnK p T ΔG = - RTlnK C -> Hằng số cân phụ thuộc: chất phản ứng (G0) nhiệt độ -> Khi G0 âm (G0 1, trình diễn sâu, hiệu suất trình cao Hằng số cân với nhiệt độ nhiệt phản ứng ΔG o = ΔH o - T.S0 o ΔG = -RTlnK p ΔH ΔS0 lnK p = + RT R Gọi K1 K2 số cân nhiệt độ T1 T2 ΔH ΔS0 lnK1 = + RT1 R ΔH ΔS0 lnK = + RT2 R K ΔH  1   -  ln = K1 R  T1 T2  39 Chương 6: Cân hóa học 6.2.Cân hóa học mức độ diễn QT hóa học 6.2.2.Hằng số cân hóa học Nhận xét số cân Kc Kp  Là số nhiệt độ xác định  Phụ thuộc: o chất phản ứng o nhiệt độ o cách thiết lập hệ số cân ptpư  Không phụ thuộc o Nồng độ áp suất riêng phần chất pư o Chất xúc tác  Thông thường Kp ,Kc thứ nguyên  Hằng số cân có giá trị lớn hiệu suất phản ứng cao 40 Chương 6: Cân hóa học 6.2.Cân hóa học mức độ diễn QT hóa học 6.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới cân hóa học Sự chuyển dịch cân hóa học Nếu hệ trạng thái cân mà ta thay đổi thông số trạng thái hệ (P, C, T…): • Các hệ thức thay đổi ( GT  ) • Hệ không cân bằng, tức vt  -> Phản ứng xảy (theo chiều thuận chiều nghịch) hệ đạt trạng thái cân mới, tương ứng với điều kiện -> Sự chuyển từ trạng thái cân sang trạng thái cân khác ảnh hưởng tác động bên lên hệ gọi chuyển dịch cân 41 Chương 6: Cân hóa học 6.2.Cân hóa học mức độ diễn QT hóa học 6.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới cân hóa học Nguyên lý chuyển dịch cân Le Châtelier Một hệ trạng thái cân ta thay đổi thông số trạng thái hệ (nồng độ, nhiệt độ, áp suất) cân chuyển dịch theo chiều có tác dụng chống lại thay đổi Henri Le Châtelier (1850 – 1936) 42 Chương 6: Cân hóa học 6.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới cân hóa học Nguyên lý chuyển dịch cân Le Châtelier  Ảnh hưởng nồng độ đến chuyển dịch cân Một hệ trạng thái cân bằng, tăng nồng độ chất cân dịch chuyển theo chiều làm giảm nồng độ chất ngược lại Fe3+ + SCN- ⇄ Fe(SCN)3 Đỏ Xét phản ứng: vt = kt CFe3+ CSCN - = k nC Fe (SCN ) Khi hệ đạt trạng thái cân bằng: v t = Khi tăng nồng độ Fe3+ lên lần: vt' = kt (2CFe )CSCN = 2vt vn' = 3+ - Khi tăng nồng độ Fe3+, vt tăng lên làm tăng nồng độ Fe(SCN)3 (màu đỏ dung dịch đậm hơn) → cân chuyển dịch theo chiều thuận → nồng độ Fe3+ ↓ 43 Chương 6: Cân hóa học 6.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới cân hóa học Nguyên lý chuyển dịch cân Le Châtelier  Ảnh hưởng nhiệt độ đến chuyển dịch cân bằng: Một hệ trạng thái cân bằng, tăng nhiệt độ hệ, cân dịch chuyển theo chiều phản ứng thu nhiệt (H >0) ngược lại Ví dụ: Xét cân : 2NO2(k) ⇄ N2O4(k) H0 = -58,04kJ Màu nâu Không màu Khi làm lạnh hỗn hợp cân (nhúng bình đựng hỗn hợp vào nước đá): màu nâu nhạt dần -> Cân dịch chuyển phía tạo thành N2O4 (không màu): Chiều tỏa nhiệt (chiều thuận) 44 Chương 6: Cân hóa học 6.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới cân hóa học Nguyên lý chuyển dịch cân Le Châtelier  Ảnh hưởng áp suất đến chuyển dịch cân bằng: • Phản ứng có chất khí tham gia: Khi hệ trạng thái cân bằng, tăng áp suất chung hệ, cân chuyển dịch theo chiều có tác dụng làm giảm số mol khí hệ ngược lại • Phản ứng chất khí (ở trạng thái dung dịch rắn) có chất khí số mol khí không đổi: thay đổi áp suất (hoặc thể tích) không làm ảnh hưởng đến trạng thái cân hệ 45 Chương 6: Cân hóa học 6.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới cân hóa học Nguyên lý chuyển dịch cân Le Châtelier Ví dụ: Cho cân sau: N2 (k) + 3H2 (k) ⇄ 2NH3 (k) ; H Kc=4,3.10-4 (0,082.(375+273))-(2-(1+3)) = 1,214 o Thiết lập dòng: N2 (k) + 3H2 (k) ⇄ 2NH3 (k) Ban đầu (M): Phản ứng: x 3x 2x Cân bằng: 1-x 3-3x 2x c C a A d D b B ( 2x) C C KC = Û1,214 = C C (1- x) (3- 3x) Với đk: < x < -> nhận x = 0,558 Nồng độ chất trạng thái cân bằng: [N2] = – x = 0,4420 M [H2] = – 3x = 1,3260 M [NH3] = 2x = 1,1160 M 47 6.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới cân hóa học N2(k) + 3H2(k) ⇌ 2NH3(k) ; H[...]... cb6: Cân bằng hóa học Chương b B d D 29 6. 2 .Cân bằng hóa học và mức độ diễn ra của các QT hóa học 6. 2.1 Khái niệm về cân bằng hoá học Trạng thái cân bằng hoá học  Ví dụ về cân bằng hoá học trong tự nhiên Sự tạo thành thạch nhũ CaCO3(r) + H2O(l) + CO2(k) ⇄ Ca2+(aq) + 2 HCO3- (aq) 30 Chương 6: Cân bằng hóa học 6. 2 .Cân bằng hóa học và mức độ diễn ra của các QT hóa học 6. 2.1 Khái niệm về cân bằng hoá học. .. I2(k) 31 Chương 6: Cân bằng hóa học 6. 2.1 Khái niệm về cân bằng hoá học  Đặc điểm của cân bằng hóa học: VD1: Trước PƯ (mol/l) Cân bằng (mol/l) VD2: Trước PƯ (mol/l) Cân bằng (mol/l) H2(k) 1 0,2 10% 2HI(k) 2 1 ,6 80% 360 0 C I2(k)  2 HI(k) 1 0 0,2 1 ,6 10% 80% 360 0 C + I2(k)  H2(k) 0 0 0,2 0,2 10% 10% + 32 Chương 6: Cân bằng hóa học 6. 2 .Cân bằng hóa học và mức độ diễn ra của các QT hóa học 6. 2.2.Hằng... trình phản ứng -> Hằng số cân bằng KC chỉ phụ thuộc vào nồng độ các chất tan trong dung dịch 34 Chương 6: Cân bằng hóa học 6. 2 .Cân bằng hóa học và mức độ diễn ra của các QT hóa học 6. 2.2.Hằng số cân bằng hóa học Ví dụ 1: Xác định hằng số cân bằng Kc 2NOCl(k) ⇄ 2 NO(k) + Cl2(k) Ban đầu 2.00 0 0 Phản ứng 0 .66 0 .66 0.33 0 .66 0.33 Cân bằng 1.34 K = [NO ] 2 [ Cl 2 ] [NOCl ] 2 (0 .66 ) 2 (0.33) = (1.34) 2 =... phản ứng  Phản ứng không có thời điểm kết thúc mà chỉ đạt đến trạng thái cân bằng hóa học 27 Chương 6: Cân bằng hóa học 6. 2 .Cân bằng hóa học và mức độ diễn ra của các QT hóa học 6. 2.1 Khái niệm về cân bằng hoá học  Trạng thái cân bằng hoá học  là trạng thái của phản ứng thuận nghịch tại đó tốc độ phản ứng của hai chiều là bằng nhau  nồng độ các chất không thay đổi nữa ứng với điều kiện bên ngoài... = 0,082 ℓ.atm/mol.K Khi Δn = 0 thì Kp = Kc 33 Chương 6: Cân bằng hóa học 6. 2 .Cân bằng hóa học và mức độ diễn ra của các QT hóa học 6. 2.2.Hằng số cân bằng hóa học 2 Cân bằng trong hệ dị thể:  Với phản ứng dị thể có sự tham gia của các chất khí: Áp suất riêng phần của chất rắn thăng hoa và chất lỏng bay hơi ở nhiệt độ xác định là hằng số -> Hằng số cân bằng Kp, KC chỉ phụ thuộc các chất ở pha khí Ví... tăng rất nhanh Chương 6: Cân bằng hóa học 6. 1 Tốc độ phản ứng hóa học 6. 1.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng 2 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới tốc độ phản ứng 20 Chương 6: Cân bằng hóa học 6. 1 Tốc độ phản ứng hóa học 6. 1.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng 3 Ảnh hưởng của xúc tác tới tốc độ phản ứng o Chất xúc tác: • làm tăng tốc độ phản ứng (do tham gia vào tương tác hóa học với các phản... hạt (đối với các phản ứng có chất rắn tham gia) Môi trường (đối với các phản ứng trong dung dịch)… 14 Chương 6: Cân bằng hóa học 6. 1 Tốc độ phản ứng hóa học 6. 1.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng Nồng độ chất phản ứng Nhiệt độ Xúc tác 15 Chương 6: Cân bằng hóa học 6. 1 Tốc độ phản ứng hóa học 6. 1.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng 1 Ảnh hưởng của nồng độ chất phản ứng Loại PƯ PƯ bậc 1... Biểu thức tốc độ phản ứng: v = k.CaA.CbB Với: k là hằng số tốc độ CA, CB: nồng độ của chất A, B a,b,c,d: các hệ số tỉ lượng 28 Chương 6: Cân bằng hóa học 6. 2 .Cân bằng hóa học và mức độ diễn ra của các QT hóa học 6. 2.1 Khái niệm về cân bằng hoá học Trạng thái cân bằng hoá học  Xét phản ứng của hệ khí lý tưởng (pư đơn giản) =0   ⇌ aA (k) + bB(k) C0A C0B CA  CB  vt = vn (CA)cb=const G=0 (PA)cb=const... Ảnh hưởng của xúc tác tới tốc độ phản ứng Sự thay đổi cơ chế phản ứng khi có mặt xúc tác 6. 2 Cân bằng hóa học và mức độ diễn ra của các quá trình hóa học 25 6. 2 .Cân bằng hóa học và mức độ diễn ra của các QT hóa học 6. 2.1 Khái niệm về cân bằng hoá học  Phản ứng một chiều (phản ứng hoàn toàn)  là phản ứng hóa học xảy ra cho đến khi có ít nhất một chất tham gia phản ứng hết  Khi viết phương trình phản... trình phản ứng ta dùng dấu “⇄”  Ví dụ: Fe3O4(r) + 4H2(k) ⇄ 3Fe(r) + 4H2O(k)  Phản ứng thuận: từ trái sang  Phản ứng nghịch: từ phải sang 26 Chương 6: Cân bằng hóa học 6. 2 .Cân bằng hóa học và mức độ diễn ra của các QT hóa học 6. 2.1 Khái niệm về cân bằng hoá học  Phản ứng một chiều (phản ứng hoàn toàn)  Phản ứng thuận nghịch (phản ứng không hoàn toàn)  Đặc điểm của phản ứng thuận nghịch: • không