Bài giảng Cân bằng hóa học của ThS. Ngô Gia Lương

ọ ọ

ằ ằ

Cân b ng hóa h c Cân b ng hóa h c

ThS Ngô Gia L

ngươ

ọ ọ

ằ ằ

Cân b ng hoá h c Cân b ng hoá h c

ậ

ị

8.1. Ph n ng thu n ngh ch &

ọ

ằ

Tr ng thái cân b ng hoá h c

ằ

ọ

ả ứ ạ ằ ứ ế ố ả

ưở

ế

ằ

ố 8.2.H ng s cân b ng & ủ ộ ễ M c đ di n ra c a qúa trình hoá h c ng đ n cân b ng hoá nh h 8.3.Y u t h c. ọ

Nguyên lý Le Chatelier

ạ ạ

ậ ậ

ằ ằ

ị ị

8.1.P/u thu n ngh ch & Tr ng thái cân b ng 8.1.P/u thu n ngh ch & Tr ng thái cân b ng

ị

ả ứ

ả ứ ậ 8.1.1. Ph n ng thu n ngh ch  Ph n ng m t chi u ề ộ

KNO (3

)

KNO (2

)

O (2

)

(cid:0) (cid:0)

ề

ộ

Chi u p/u : m t chi u T

(cid:0) P

Ví d : ụ

ậ

ấ

ị p/u b t thu n ngh ch (p/u hoàn toàn)

ề

ỉ

Dùng d u ấ “ (cid:0)

” : ch chi u p/u

ạ ạ

ậ ậ

ằ ằ

ị ị

8.1.P/u thu n ngh ch & Tr ng thái cân b ng 8.1.P/u thu n ngh ch & Tr ng thái cân b ng

ả ứ

ậ

ị

ả ứ

ậ

ị

8.1.1. Ph n ng thu n ngh ch  Ph n ng thu n ngh ch

H (cid:0)

KHI

)

(

)

 Ví d : ụ

ả ứ

ậ

ị

Ph n ng thu n ngh ch

ề ề

ậ ị

P/u thu n : chi u T P/u ngh ch : chi u P

(cid:0) P (cid:0) T

ề

ỉ

Dùng d u ấ “ ” : ch chi u p/u

ạ ạ

ậ ậ

ằ ằ

ị ị

8.1.P/u thu n ngh ch & Tr ng thái cân b ng 8.1.P/u thu n ngh ch & Tr ng thái cân b ng

ạ

ằ 8.1.2.Tr ng thái cân b ng Ví dụ

KHI

(2 KI

)

(

)

2 +

2 HI

(2 kH CCKV (cid:0)

 V (cid:0) CK n

lon

(cid:0)

t VV (cid:0)

T c đ p/u ố ộ

C & 2 nho

CHI ;

(cid:0):

C & 2

Lúc đ u ( ) ầ

V t

V n

(cid:0)

C (cid:0):HIC t VV (cid:0)

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) ế ụ Ti p t c p/u ( )

ờ

ố ử

HI = S pt

(cid:0)

ấ

(cid:0)

ạ

ằ

H2 & I2 Tr ng thái cân b ng

Th i gian ( ) 2 ố ử 2 & I2 (cid:0) S pt H ộ ồ N ng đ các ch t = const

ọ ọ

ố ố

ễ ễ

ế ế

ằ ằ

8.2.H ng s cân b ng & Di n bi n QT hoá h c 8.2.H ng s cân b ng & Di n bi n QT hoá h c

ả ứ

ủ

ằ c a ph n ng

ố ằ 8.2.1.H ng s cân b ng H đ ng th ể ệ ồ

d D

aA + CCKV (cid:0)

bB  cC + V (cid:0) c CCK b Cn B

a A

VV n

a CCK A

b B

c CCK Cn

d D

Khi cân b ngằ

(cid:0) (cid:0) (cid:0)

ằ

ố

H ng s cân b ng

K K

c CC C a CC A

d D b B

(cid:0) (cid:0)

ố ố

ọ ọ

ễ ễ

ế ế

ằ ằ

8.2.H ng s cân b ng & Di n bi n QT hoá h c 8.2.H ng s cân b ng & Di n bi n QT hoá h c

ả ứ

ủ

8.2.1.H ng s cân b ng

ằ c a ph n ng

ố ằ P/u khí lý t

ngưở

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

RTn C V C

RT D V D

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

d c PP D C a b PP B A

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

RTn A V

RTn B V

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

badc

(

)

c CC C a CC A

d D b B

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

( n

)

ế

ố

Bi n thiên s mol khí

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

ọ ọ

ố ố

ễ ễ

ế ế

ằ ằ

8.2.H ng s cân b ng & Di n bi n QT hoá h c 8.2.H ng s cân b ng & Di n bi n QT hoá h c

ả ứ ủ ằ ố ằ c a ph n ng

ể

CaO

CaCO 3

8.2.1.H ng s cân b ng H di th : ệ  R – K CaCO3(R)  CaO(R) + CO2(k)

P 2CO

CaO

CaCO 3

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

 R – L

CC Na

NaCl

 (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) + K (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) Na+ K cb (cid:0) (cid:0) NaCl(R) + H2O(l)  NaCl(dd) + H2O(l) Cl NaCl(R) CC CC Na

ọ ọ

ố ố

ễ ễ

ế ế

ằ ằ

8.2.H ng s cân b ng & Di n bi n QT hoá h c 8.2.H ng s cân b ng & Di n bi n QT hoá h c

ệ t Van’t Hoff

(cid:0) (cid:0) ẳ ng trình đ ng nhi dU VdP ươ 8.2.2.Ph Ng.lý 1 : (cid:0) (cid:0)

TdS

VdP TdS

TdS VdP

dQ T

Ng.lý 2 : (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

(cid:0) (cid:0) ượ Năng l

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

TS VdP

) VdP

SdT

Hd TdS (

TS HG TdS dH ( TdS (

)

SdT )

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) ng Gibbs dG dG

(cid:0) Ở T = const

VdP

dP P

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

G o

P 0

dT = 0 RT P

G o

GG 0

P P o

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

ọ ọ

ố ố

ễ ễ

ế ế

ằ ằ

8.2.H ng s cân b ng & Di n bi n QT hoá h c 8.2.H ng s cân b ng & Di n bi n QT hoá h c

cb & Bi n thiên th đ ng

ệ ằ ố ằ ế ẳ ế 8.2.3.Quan h h ng s cân b ng K

áp

ả ứ ồ ể  Ph n ng đ ng th

TG(cid:0) TG(cid:0)

aA + cC + dD (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)  ln bB o T

ở nhi

ế ế ế ẳ ế ẳ t đ T ẩ ở ệ ộ nhi t đ T

ố

C D C

] b ]

ệ ộ Bi n đ i th đ ng áp Bi n đ i th đ ng áp tiêu chu n ằ H ng s khí ộ ấ (cid:0)

ệ ố ổ ổ R = 8.314J/moloK ồ CA , CB , CC , CD N ng đ ch t A, B, D, C c C [ [] C Q a C [ [] ươ a, b, c, d H s trong ph ng trình p/u

ỷ ố ồ ả ứ ấ ộ T s n ng đ các ch t ph n ng

ọ ọ

ố ố

ễ ễ

ế ế

ằ ằ

8.2.H ng s cân b ng & Di n bi n QT hoá h c 8.2.H ng s cân b ng & Di n bi n QT hoá h c

ằ

ế ẳ

ế

ố 8.2.3.H ng s cân b ng K

cb & Bi n thiên th đ ng

ằ TG(cid:0) 0(cid:0)

o G T

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

C D C

áp Khi cân b ngằ c [] Q a []

C [ C C [

] b ]

C [ C C [

c [] a []

] b ]

0(cid:0)

(cid:0) (cid:0)

o G T

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

(cid:0) (cid:0)

TG(cid:0)  P/u c a ch t khí ủ ấ PP PP [] [] ] Q Khi cân b ngằ P P P P [] ] []

] ]

[ [

ọ ọ

ố ố

ế ế

ễ ễ

ằ ằ

8.2.H ng s cân b ng & Di n bi n QT hoá h c 8.2.H ng s cân b ng & Di n bi n QT hoá h c

ằ ế ẳ

(cid:0) (cid:0) (cid:0) ố

K ln K ln

(cid:0) (cid:0) (cid:0) ế RT RT ố ằ 8.2.3.H ng s cân b ng K cb & Bi n thiên th đ ng áp o G M i quan h : ệ T o G T

TG(cid:0)

(cid:0) Bi t ế Tính đ cượ

ế ề ứ ộ ệ ấ Bi M c đ & Hi u su t p/u

0(cid:0)K

o TG

(cid:0) ự ả P/u t x y ra ế (cid:0) ễ t chi u di n bi n 0(cid:0)

o TG

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) ự ả x y ra

(cid:0) P/u t (cid:0) Hi u su t ấ ệ

ọ ọ

ố ố

ế ế

ễ ễ

ằ ằ

8.2.H ng s cân b ng & Di n bi n QT hoá h c 8.2.H ng s cân b ng & Di n bi n QT hoá h c

ằ ệ ố 8.2.3.H ng s cân b ng K ệ ứ cb & Hi u ng nhi

o G T

STH

T ln

STH 0 H S RT R

ả ứ t ph n ng o 0 (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) ằ G o & (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

ả ệ ộ ẹ Trong kho ng nhi t đ h p : (cid:0) H = const & (cid:0) S = const

(cid:0) (cid:0) (cid:0)

(cid:0) (cid:0)

S R

K ln K1 (cid:0)

H RT 1

K K

1 T 1

1 T 2

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) T i Tạ 1 (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

S R

K ln K2 (cid:0)

H RT 2

(cid:0) T i Tạ 2

Hằng số cân bằng cho phản ứng đồng thể Hằng số cân bằng cho phản ứng đồng thể

(Dung dịch lỏng , loãng) (Dung dịch lỏng , loãng)

aA(dd) + bB(dd)

c⇌ C(dd) + dD(dd)

K (cid:0)

c CC C a CC A

d D b B

(cid:0) (cid:0)

Phản ứng dị pha Phản ứng dị pha

CaCO3(r) ⇌ CaO(r) + CO2(k)

K (cid:0)

CaO p

CaO

CaCO

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

CaCO p K (cid:0)

(cid:0) (cid:0) (cid:0)

K

RTK c

ể

ằ

ố ấ ắ

ấ

ch t r n nguyên ch t, ch t

ứ ủ ằ ầ ấ

ấ Trong bi u th c c a h ng s cân b ng K không xu t ấ ệ hi n các thành ph n sau: ỏ l ng nguyên ch t, dung môi.

CC22HH4 4 (k) + H

(k) C⇌ C⇌ 22HH66 (k)

(k) (k) + H2 2 (k) p pC2H6C2H6

C2H4 x

SOSO33(k)(k)

KKpp = = x ppH2H2 ppC2H4 ⇌ NO(k) + (k) (k) + SO22(k) NONO22 (k) + SO ⇌ NO(k) + x ppSO3SO3 ppNONO x

2⇌ 2⇌ SOSO33(k)(k)

KKpp = = x ppSO2SO2 ppNO2 NO2 x (k) + O22(k) 2SO2SO22 (k) + O (k) p p22

SO3SO3

KKpp = = pp22

SO2 x SO2

x ppO2O2

⇌ 3 Fe (r) + 4 ⇌ 3 Fe (r) + 4

HH22O(k)O(k)

FeFe33OO4 4 (r) + 4 H (k) (r) + 4 H2 2 (k) p p4 4

H2OH2O

KKpp = = p p44

H2H2

⇌ CaO(r) + 2 ⇌ CaO(r) + 2

(r) Ca(HCO33))22(r) Ca(HCO

COCO22(k)(k) +

+ HH22O(k)O(k)

= pp22

CO2 x pp CO2 x

H2OH2O

KKpp =

⇌ Mg ⇌ Mg

(dd) + 2OH--(dd) (dd) Mg(OH)2 - - Tích số tan Tích số tan

(r) Mg(OH)22(r) Mg(OH) K = [Mg2+2+]]cbcb .[OH .[OH--]]22 K = [Mg

2+2+(dd) + 2OH = T Mg(OH)2

cbcb = T

CH⇌

CH3COOH(dd) + H2O

3COO- (dd) + H3O+

COO

OH 3

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

(cid:0)

ố ệ

ủ

ằ

H ng s đi n ly c a axit

CH 3 COOH

+ (dd) + OH(dd)

NH4OH (dd) ⇌ NH4

(cid:0) (cid:0)

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) NH (cid:0) K

ố ệ

ủ

ằ

H ng s đi n ly c a baze

4 NH

(cid:0) OH (cid:0)OH

CH⇌ CH⇌O CH⇌ CH⇌O

CHCH33COONa (dd) + 2H COONa (dd) + 2H22O COO (dd) + 2H22O CHCH33COO (dd) + 2H

COOH(dd)+NaOH(dd) 33COOH(dd)+NaOH(dd) COOH (dd) + OH (dd) 33COOH (dd) + OH (dd)

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

ố

ằ

ỷ

H ng s thu phân

COOH 3 CH

COO 3

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

ưở ưở

8.3.Y u t 8.3.Y u t

nh h nh h

ng cân b ng. ng cân b ng.

ằ ế ố ả ế ố ả ằ Nguyên lý Le Châtelier Nguyên lý Le Châtelier

8.3.1.Nguyên lý Le Châtelier ưở

ệ ộ t đ ộ

ưở

ủ

ưở

Ả 8.3.2, nh h Ả 8.3.3. nh h Ả 8.3.4. nh h

ủ ng c a nhi ủ ồ ng c a n ng đ ấ ng c a áp su t

Le Chatelier Nguyên lý chuyển dịch cân bằng Le Chatelier Nguyên lý chuyển dịch cân bằng

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.

Henri LeChâtelier (1850-1936) Henri LeChâtelier (1850-1936)

ế ố ả ế ố ả ưở ưở ằ ằ 8.3.Y u t 8.3.Y u t nh h nh h ng cân b ng. Ng.lý Le Chatelier ng cân b ng. Ng.lý Le Chatelier

ưở ộ Ả 8.3.2. nh h

ủ ồ ng c a n ng đ  bB + aA + dD

const

(cid:0) (cid:0) ạ ằ Tr ng thái cân b ng

] b ]

cC c DC [ [] a BA [ []

A (cid:0) ];

[

(cid:0) [C] ; (cid:0) [D]

P/u : T (cid:0)

P : (cid:0) [A] ; (cid:0) [B]

Vì Kc = const

(cid:0)  Tăng n ng đ ch t đ u ộ ấ ầ ] ồ [

ộ ả ồ ẩ  Tăng n ng đ s n ph m

(cid:0) [A] ; (cid:0) [B]

P/u : P (cid:0)

T : (cid:0) [C] ; (cid:0) [D]

Vì Kc = const

(cid:0) D C (cid:0) ]; [ [ ]

Ả Ả ưở ưở ộ ớ ộ ớ ủ ủ ể ể ằ ằ nh h nh h ồ ồ ng c a n ng đ t ng c a n ng đ t ị ị i chuy n d ch cân b ng i chuy n d ch cân b ng

ế ố ả ế ố ả ưở ưở ằ ằ 8.3.Y u t 8.3.Y u t nh h nh h ng cân b ng. Ng.lý Le Chatelier ng cân b ng. Ng.lý Le Chatelier

ưở Ả 8.3.3. nh h ệ ộ t đ

o G T

G o

STH

T ln

STH 0 H S RT R

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) ủ ng c a nhi RT ln & (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

(cid:0) (cid:0)

(cid:0) (cid:0) S = const

(cid:0) H > O (p/u thu nhi t)ệ

H RT

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) ệ P/u: T(cid:0) ề P ( chi u thu nhi t)

ỏ ệ (cid:0) H < O (p/u t a nhi t)

H RT

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) ệ P/u: P(cid:0) ề ỏ T ( chi u t a nhi t)

ế ố ả ế ố ả ưở ưở ằ ằ 8.3.Y u t 8.3.Y u t nh h nh h ng cân b ng. Ng.lý Le Chatelier ng cân b ng. Ng.lý Le Chatelier

(

)

(