Bài giảng Hóa đại cương 2: Chương 4 - Cân bằng hóa học

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:65

Thêm vào BST

Báo xấu

9
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Hóa đại cương 2" Chương 4 - Cân bằng hóa học, được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Khái niệm về cân bằng hóa học; Hằng số cân bằng; Hằng số cân bằng và năng lượng tự do; Nguyên lý dịch chuyển cân bằng Le Châtelier - Ảnh hưởng của các yếu tố nhiệt độ, áp suất, nồng độ đến cân bằng hóa học;...Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Hóa đại cương 2: Chương 4 - Cân bằng hóa học

Khoa Khoa học và Công nghệ Vật liệu Chương 4 – Cân bằng hóa học 1
I. Khái niệm về cân bằng hóa học N2O4 (g) ⇋ 2 NO2 (g) 2
I. Khái niệm về cân bằng hóa học 𝑵 𝟐 𝑶 𝟒(𝒈) ⇌ 𝟐𝑵𝑶 𝟐(𝒈) ➢ N2O4 rắn không màu, tồn tại ở nhiệt độ thấp ➢ Khi đun nóng, phân từ N2O4 bị phân hủy ra NO2 có màu nâu 𝑵 𝟐 𝑶 𝟒(𝒈) → 𝟐𝑵𝑶 𝟐(𝒈) 3
I. Khái niệm về cân bằng hóa học ➢ Nồng độ N2O4 giảm dần và nồng độ NO2 tăng dần, màu nâu đậm dần ➢ Khi nồng độ NO2 đạt đến mức vừa đủ, các phân tử NO2 va chạm với nhau tái tạo lại N2O4 𝟐𝑵𝑶 𝟐(𝒈) → 𝑵 𝟐 𝑶 𝟒(𝒈) 4
I. Khái niệm về cân bằng hóa học ➢ Ở trạng thái cân bằng có bao nhiêu N2O4 phân hủy tạo NO2 thì có bấy nhiêu NO2 phản ứng tái tạo N2O4. ➢ Mũi tên hai chiều chỉ rằng đó là cân bằng động. 𝑵 𝟐 𝑶 𝟒(𝒈) ⇌ 𝟐𝑵𝑶 𝟐(𝒈) 5
I. Khái niệm về cân bằng hóa học ➢ Tại thời điểm mà tốc độ của phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch (nồng độ tác chất và sản phẩm ngừng thay đổi) → hệ thống đạt đến trạng thái cân bằng Part of NCSSM CORE collection: This video is the introduction to động Chapter 14 of the web course. http://www.dlt.ncssm.edu 6
I. Khái niệm về cân bằng hóa học ➢ Cân bằng hóa học là cân bằng động vì phản ứng không dừng: tốc độ phản ứng thuận và nghịch bằng nhau. ➢ Cân bằng hóa học là trạng thái của phản ứng mà nồng độ của tất cả các chất đều KHÔNG ĐỔI theo thời gian. 7
I. Khái niệm về cân bằng hóa học ➢ Phản ứng thuận: 𝑨 → 𝑩 tốc độ 𝒗 = 𝒌 𝒕 𝑨 ➢ Phản ứng nghịch: 𝑩 → 𝑨 tốc độ 𝒗 = 𝒌 𝒏 𝑩 Tại cân bằng: 𝒌 𝒕 𝑨 = 𝒌 𝒏 𝑩 Khi phản ứng xảy ra: ✓ 𝐴 sẽ giảm đến một giá trị không đổi ✓ 𝐵 sẽ tăng từ zero đến một giá trị không đổi. ⇒ Khi 𝐴 , 𝐵 là không đổi, phản ứng đạt đến cân bằng. 8
I. Khái niệm về cân bằng hóa học • 𝑘 𝑡 𝐴 sẽ giảm đến hằng số. • 𝑘 𝑛 𝐵 sẽ tăng từ zero đến hằng số. • Khi 𝑘 𝑡 𝐴 = 𝑘 𝑛 𝐵 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡. Phản ứng đặt đến cân bằng 9
Table 15.1, page 691 General chemistry principles and modern application, 11th Edition 10
II. Hằng số cân bằng 1. Hằng số cân bằng (tính theo nồng độ) 𝑵 𝟐(𝒈) + 𝟑𝑯 𝟐 ⇌ 𝟐𝑵𝑯 𝟑(𝒈) ➢ Lấy hỗn hợp N2 và H2 (với bất kỳ tỉ lệ nào), p/ứ sẽ đạt tới cân bằng với tỷ lệ nồng độ N2, H2 và NH3 không đổi (tại T đã cho). ➢ Nếu ban đầu chỉ có NH3, p/ứ cho ra N2 và H2 cho đến khi đạt tới cân bằng, khi đó tỷ lệ nồng độ N2, H2 và NH3 cũng không đổi và bằng với tỷ lệ ở trường hợp trên (tại T đã cho). 11
II. Hằng số cân bằng 1. Hằng số cân bằng (tính theo nồng độ) ➢ Tại nhiệt độ xác định, KHÔNG phụ thuộc vào thành phần tác chất và sản phẩm lúc ban đầu, hệ đều đạt cùng một tỷ số giữa nồng độ sản phẩm và tác chất ở trạng thái cân bằng. ➢ Tỷ số này gọi là hằng số cân bằng Kc. ➢ Kc phụ thuộc vào nhiệt độ. 12
II. Hằng số cân bằng 1. Hằng số cân bằng (tính theo nồng độ) a A(𝐝𝐝) + b B(𝐝𝐝) ⇌ c C(𝐝𝐝) + d D(𝐝𝐝) Biểu thức hằng số cân bằng 𝐊 𝐂 𝐜 𝐝 𝐂 𝐞𝐪 × 𝐃 𝐞𝐪 𝐊𝐂= 𝐚 𝐛 𝐀 𝐞𝐪 × 𝐁 𝐞𝐪 Đơn vị của hằng số cân bằng thường được bỏ qua ➢ Giá trị của K (tại 1 nhiệt độ xác định) luôn là một hằng số cho dù tỉ lệ các hóa chất ban đầu có khác nhau. 13
II. Hằng số cân bằng Ví dụ: Trộn lẫn I2 với H2 theo những tỷ lệ khác nhau, tiến hành phản ứng ở 425 oC. 𝑰 𝟐 + 𝑯 𝟐 ⇌ 𝑯𝑰 𝑵ồ𝒏𝒈 độ 𝒄â𝒏 𝒃ằ𝒏𝒈 (𝒎𝒐𝒍/𝑳) × 𝟏𝟎−𝟑 Thí nghiệm Hằng số 𝑲 𝒄 [𝑯 𝟐 ] [𝑰 𝟐 ] 𝑯𝑰 1 1,8313 3,1292 17,671 54,491 2 1,2523 2,3360 16,850 53,964 3 2,9070 1,7069 16,482 54,748 4 3,5600 1,2500 15,588 54,604 5 4,5674 0,7378 13,544 54,468 6 0,4789 0,4789 3,531 54,455 7 0,4953 0,4953 3,655 54,455 8 1,1409 1,1409 8,410 54,337 14
II. Hằng số cân bằng 2. Hằng số cân bằng áp suất (𝐊 𝐏 ) a A(𝐠) + b B(𝐠) ⇌ c C(𝐠) + d D(𝐠) Phản ứng chỉ có sự tham gia của chất khí (giả sử với phản ứng đang xét: A, B, C, D đều là chất khí). 𝐜 𝐝 𝐏 𝐂,𝐞𝐪 × 𝐏 𝐃,𝐞𝐪 𝐊𝐏= 𝐚 𝐛 𝐏 𝐀,𝐞𝐪 × 𝐏 𝐁,𝐞𝐪 𝑃 𝐴,𝑒𝑞 , 𝑃 𝐵,𝑒𝑞 , 𝑃 𝐶,𝑒𝑞 , 𝑃 𝐷,𝑒𝑞 : là áp suất riêng phần của A, B, C, D khi phản ứng đạt cân bằng 15
Bài tập ví dụ 1 • Trong các phản ứng thuận nghịch sau, viết biểu thức hằng số cân bằng nhiệt động lực học, tiến hành thay thế biểu thức thích hợp cho hoạt độ. Sau đó liên hệ 𝐊 với 𝐊 𝐂 hoặc 𝐊 𝐏 (nếu có thể) a) Phản ứng nước khí: 𝐶(𝑠) + 𝐻2 𝑂(𝑔) ⇌ 𝐶𝑂(𝑔) + 𝐻2(𝑔) b) Sự hình thành dung dịch bảo hòa của Chì (II) iodine, một chất tan rất ít hòa tan: 𝑃𝑏𝐼2(𝑠) ⇌ 𝑃𝑏 2+ (𝑎𝑞) + 2 𝐼 − (𝑎𝑞) c) Sự oxi hóa của ion sulfie bằng khí oxy (sử dụng trong quá trình loại sulfide khỏi nước thải, như trong các nhà máy giấy và bột giấy: 𝑂2(𝑔) + 2 𝑆 2− (𝑎𝑞) + 2 𝐻2 𝑂(𝑙) ⇌ 4 𝑂𝐻 − (𝑎𝑞) + 2 𝑆(𝑠) 16
Giải bài tập ví dụ 1 17
Bài tập ví dụ 2 2.1 Viết biểu thức hằng số cân bằng nhiệt động lực học cho các phản ứng sau, liên hệ 𝐊 với 𝐊 𝐂 hoặc 𝐊 𝐏 (nếu có thể) a) 𝑆𝑖(𝑠) + 2 𝐶𝑙2(𝑔) ⇌ 𝑆𝑖𝐶𝑙4(𝑔) b) 𝐶𝑙2(𝑔) + 𝐻2 𝑂(𝑙) ⇌ 𝐻𝑂𝐶𝑙(𝑎𝑞) + 𝐻+ (𝑎𝑞) + 𝐶𝑙 − (𝑎𝑞) 2.2 Viết biểu thức hằng số cân bằng nhiệt động lực học của phản ứng giữa Chì (II) sulfide với dung dịch acid nitric để tạo ra lưu huỳnh rắn, một dung dịch Chì (II) nitrate và khí Nitơ monoxide. Dựa trên biểu thức phương trình ion rút gọn của phản ứng. 18
Giải bài tập ví dụ 2 19
II. Hằng số cân bằng ➢ Áp suất riêng phần (𝑝 𝑖 ) của mỗi cấu tử khí của hỗn hợp khí có thể tích V: là áp suất mà cấu tử khí ấy gây ra nếu giả thiết rằng cấu tử khí đó khi đứng riêng một mình chiếm toàn bộ thể tích V của hỗn hợp ban đầu ở cùng một nhiệt độ. 𝒑 𝒊 = 𝒙 𝒊 × 𝑷; 𝒙 𝒊 = 𝒏 𝒊 /𝒏 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 Trong đó: 𝑛 𝑖 : số mol cấu tử khí i trong hỗn hợp; 𝑛 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 : tổng số mol của hỗn hợp khí. 20