Chương CÂN BẰNG HÓA HỌC PHẢN ỨNG THUẬN NGHỊCH TRẠNG THÁI CÂN BẰNG Khái niệm phản ứng thuận nghòch  Phản ứng thuận nghòch phản ứng xảy theo hai chiều: Tạo sản phẩm sản phẩm phân hủy thành tác chất Thực tế, đa số phản ứng thuận nghòch  Đặc điểm hệ tồn tác chất sản phẩm • Xét chất không màu làm lạnh N2O4 Ở nhiệt độ phòng bò phân hủy thành NO2 màu nâu: N2O4(k)  2NO2(k) (khi t tăng) • Sau thời gian, màu ngừng thay đổi ta có hỗn hợp N2O4 NO2 • Cân hóa học hệ xác đònh điểm mà nồng độ tất cấu tử không đổi • Cân hóa học xảy phản ứng thuận phản ứng nghòch tốc độ phản ứng • Sử dụng mô hình tương tác cho cân hóa học: • Lúc bắt đầu phản ứng, phân tử NO2 phản ứng ngược lại (2NO2(k)  N2O4(k)) • Chỉ có sản phẩm NO2 tạo thành • Khi lượng NO2 đủ lớn, bắt đầu có tạo thành N2O4 từ phân tử NO2 tương tác với • Tức phản ứng nghòch xảy gia tăng tốc độ theo gia tăng sản phẩm tạo thành Cân động học • Điểm mà tốc độ phân hủy: N2O4(k)  2NO2(k) với tốc độ nhò hợp (dimerization): 2NO2(g)  N2O4(g) cân động học • Gọi cân động phản ứng thực tế không dừng lại, có điều tốc độ phản ứng thuận tốc độ phản ứng nghòch • Khi đạt cân bằng, N2O4 phân hủy tạo NO2 có nhiêu NO2 phản ứng tạo N2O4: N2O4(g) 2NO2(g) • Mũi tên đôi chứng tỏ cân động A B Phản ứng thuận: A  B VT = kT[A] Phản ứng nghòch: B  A VN = kN[B] • Tại cân kT[A] = kN[B], hỗn hợp phản ứng lúc gọi hỗn hợp cân N2(k) + 3H2 (k)  2NH3 (k)  2NH3 (k)  N2(k) + 3H2 (k) Dù từ phía để đến trạng thái cân trạng thái mà Cân bò chuyển dòch tác động vào hệ Điều kiện trạng thái cân G = HẰNG SỐ CÂN BẰNG Cho phản ứng tổng quát pha khí: aA (k) + bB (k)  cC (k) + dD (k) Vận tốc phản ứng: VT = kTPaAPbB VN = kNPcCPdD, PX áp suất riêng phần chất X, xác đònh theo đònh luật Dalton Khi VT = VN, phản ứng đạt cân bằng, rút ra:  kT PCc PDd  a b K k N PA PB Hằng số cân bằng, phụ thuộc chất phản ứng, nhiệt độ không phụ thuộc nồng độ Với phản ứng dung dòch: c C a A C C K C C d D b B Trong CX hoạt độ (hay nồng độ dung dòch loãng) chất X Đònh luật tác dụng khối lượng  “Khi hệ đồng thể đạt đến cân tích nồng độ sản phẩm phản ứng chia tích nồng độ chất phản ứng - với số mũ tương ứng hệ số tỉ lượng – số điều kiện nhiệt độ đònh.”  Hằng số cân bội:  Ví dụ phản ứng: N2O4(g) Thì phản ứng: 2N2O4(g) 2NO2(g) 4NO2(g) K  K  PNO PN O 4 PNO PN2 O bình phương số cân Quy ước: Khi viết số cân viết cho tương tác nguyên đơn giản Tức viết cho hệ số tỉ lượng tối giản CÂN BẰNG DỊ THỂ • Khi tác chất sản phẩm pha ta có cân đồng thể • Nếu hay nhiều tác chất sản phẩm pha khác ta có cân dò thể • Xét phản ứng: CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) – Thực nghiệm cho thấy lượng CO2 không phụ thuộc vào lượng CaO CaCO3 • Nồng độ chất rắn Cr chất lỏng tinh khiết tỉ trọng d [m/V] chia cho khối lượng mol mM[m/mol] Cr = d/mM, [m/V]/[m/mol] = [mol/V] • Cả d mM không đổi  Nồng độ chất rắn lỏng tinh khiết số • Với phản ứng phân huỷ CaCO3: [CaO] K eq   [CO ]  constant  [CO ] [CaCO3 ] • Keq/const đặt K, KC = [CO2] hay dùng liên hệ KC KP, ta có KP = P[CO2] CÁC VÍ DỤ TÍNH K  472 o, hỗn hợp cân phản ứng có 0.1207 M H2, 0.0402 M N2, 0.00272 M NH3 Tính số cân KC KP N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) Ta có KC = [NH3]2/([N2].[H2]3) Ở khí nằm bình phản ứng nên tỉ lệ nồng độ tỉ lệ số mol Dùng liên hệ KP = KC(RT)n để tính KP Bài 1: Khí HI cho vào bình kín 425 oC, phản ứng phân huỷ xảy sau: 2HI (k) H2(k) + I2(k) a/ Lúc cân bằng, ta có [HI] = 3.35*10-3M; [H2] = 4.79*10-4M; [I2] = 4.79*10-4M Tính KC KP nhiệt độ b/ Tính nồng độ ban đầu HI Bài 2: Một hỗn hợp 0.1 mol NO, 0.05 mol H2, 0.05 mol H2O cho vào bình lit Cân sau thiết lập: 2NO(g) + 2H2(g) N2(g) + 2H2O(k)  Tính K, biết lúc cân có 0.05 mol NO hỗn hợp Bài 3:Một hỗn hợp 5.10-3 mol H2 1.10-2 mol I2 cho vào bình lít 448 oC để đạt đến cân Lúc nồng độ HI 1.87 x 10-3 M Tính K 448 oC cho phản ứng H2(g) + I2(g) 2HI(g) Bài 4: Một lượng vừa đủ NH3 hòa tan vào lit nước 25 oC để tạo thành dung dòch 0.0124 M Dung dòch sau để đạt đến cân Trong dung dòch lúc có nồng độ OH- 4.64 x 10-4M Tính K phản ứng sau 25 oC • NH3(k) + H2O(l) NH4+(dd) + OH-(dd) Liên hệ K G G  H  TS0   RT ln K P  2.303RT lg K P Biểu thức sử dụng xác KP, KC n = phản ứng dung dòch  Ta có:  G  RT ln K, vàG  H  TS0  RT ln K  H  TS0 H S  ln K    RT R  Với K1 K2 ứng với T1 T2, ta có: H H  ln K  ln K    RT1 RT2 K2 H  1     lg  K1 4.576  T2 T1   Từ tính KT biết K nhiệt độ biết trước CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG NGUYÊN LÝ LE CHATELIER  Nguyên lý Le Chatelier  “Khi tác dụng từ vào hệ cân bằng cách thay đổi điều kiện ảnh hưởng đến vò trí cân bằng, vò trí cân hệ dòch chuyển phía làm giảm hiệu tác dụng đó.” 1850 - 1936 Ảnh hưởng nồng độ Ví dụ: Xét phản ứng H2 (k) + I2 (k)  2HI (k) Khi cân a b c (mol/l) Ta có kT.ab = kN.c2 (VT = VN) Giả sử tăng nồng độ H2 lên lần  2a, tốc độ phản ứng thuận V’T = kT.2ab > VT  V’T>VN  Chiều thuận chiều chuyển dòch phản ứng làm giảm H2 thêm vào (chống lại thay đổi nồng độ)   Kết luận:Vậy tăng nồng độ chất hệ đạt cân bằng, hệ dòch chuyển theo chiều làm giảm nồng độ chất (và thiết lập cân mới) Ảnh hưởng áp suất  Đối với hệ phản ứng có chất khí điều kiệnn (k)  Xét hệ N2 (k) + 3H2 (k)  2NH3 (k) Khi cân a b c (atm) kTab3 = kNc2, t = const Giả sử ta nén hệ để tăng áp suất tổng lên lần, tức áp suất riêng phần khí tăng lên lần Ta có: V’N = kN(2c)2 = 4kNc2 = 4VN V’T = kT(2a)(2b)3 = 16kNab3 = 16VT Mà VT=VN  V’T > V’N, hay phản ứng dòch chuyển theo chiều thuận Kết luận: Cân chuyển dòch theo chiều thuận, tức chiều làm giảm số mol khí hệ để làm giảm suất hệ Ảnh hưởng nhiệt độ  Xét phản ứng đạt cân bằng, ta có: G0 = -RTlnK = -4.576TlgK = H0 - TS0 Từ đó:  K  10 H  4.576T 10 S 4.576  Phản ứng phát nhiệt H < Từ T tăng K giảm, hay cân chuyển phía nghòch (tạo chất đầu), nhằm làm giảm nhiệt  Phản ứng thu nhiệt H > Lúc T tăng K tăng nên phản ứng chuyển theo chiều thuận tức chiều thu nhiệt, làm giảm nhiệt Kết luận: Khi hệ đạt cân bằng, tăng (hay giảm) nhiệt độ hệ hệ dòch chuyển theo chiều làm giảm (hay tăng) nhiệt độ Ảnh hưởng xúc tác • Xúc tác làm giảm lượng hoạt hóa phản ứng • Do xúc tác làm giảm thời gian đạt cân • Xúc tác không làm ảnh hưởng đến thành phần tỉ lệ cấu tử đạt cân ... hợp N2O4 NO2 • Cân hóa học hệ xác đònh điểm mà nồng độ tất cấu tử không đổi • Cân hóa học xảy phản ứng thuận phản ứng nghòch tốc độ phản ứng • Sử dụng mô hình tương tác cho cân hóa học: • Lúc bắt... trước CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG NGUYÊN LÝ LE CHATELIER  Nguyên lý Le Chatelier  “Khi tác dụng từ vào hệ cân bằng cách thay đổi điều kiện ảnh hưởng đến vò trí cân bằng, vò trí cân hệ dòch chuyển... hợp cân N2(k) + 3H2 (k)  2NH3 (k)  2NH3 (k)  N2(k) + 3H2 (k) Dù từ phía để đến trạng thái cân trạng thái mà Cân bò chuyển dòch tác động vào hệ Điều kiện trạng thái cân G = HẰNG SỐ CÂN