Bài giảng Hóa đại cương: Chương 8 - TS. Phan Nguyễn Quỳnh Anh

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:34

Thêm vào BST

Báo xấu

3
lượt xem 0
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương 8 "Cân bằng hóa học" này trình bày khái niệm cân bằng hóa học và các yếu tố ảnh hưởng đến trạng thái cân bằng trong phản ứng thuận nghịch. Nội dung gồm: đặc điểm của hệ cân bằng, hằng số cân bằng (K), cách thiết lập biểu thức K, và ý nghĩa của nó. Chương cũng giới thiệu nguyên lý Le Chatelier, giải thích sự thay đổi cân bằng khi thay đổi nồng độ, áp suất, nhiệt độ, và ứng dụng vào việc điều khiển phản ứng hóa học theo hướng mong muốn.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Hóa đại cương: Chương 8 - TS. Phan Nguyễn Quỳnh Anh

CHƯƠNG 8 CÂN BẰNG HÓA HỌC TS. Phan Nguyễn Quỳnh Anh pnqanh@hcmut.edu.vn
Phản ứng một chiều (pư hoàn toàn): = hay  Ví dụ: KClO3 (r) = KCl(r) + 3/2O2(k) Phản ứng thuận nghịch (pư không hoàn toàn): ⇌ Ở cùng đk, pư xảy ra đồng thời theo hai chiều ngược nhau. Ví dụ: H2 (k) + I2 (k) ⇌ 2HI (k) Cân bằng hóa học là trạng thái của phản ứng thuận nghịch tại đó tốc độ phản ứng của hai chiều là bằng nhau hay nồng độ các chất không thay đổi nữa ứng với điều kiện bên ngoài xác định không thay đổi.
ĐẶC ĐIỂM CỦA PHẢN ỨNG THUẬN NGHỊCH  Trong cùng một điều kiện (nhiệt độ, áp suất, chất xúc tác) phản ứng thuận nghịch có thể xảy ra theo cả chiều thuận lẫn chiều nghịch.  Trạng thái cân bằng không thay đổi theo thời gian nếu không có điều kiện bên ngoài nào thay đổi.  Dù xuất phát từ các chất đầu hay từ các sản phẩm cuối, cũng thu được cùng một kết quả.  Trạng thái cân bằng hóa học là trạng thái cân bằng động (phản ứng vẫn diễn ra)  Trạng thái cân bằng ứng với ΔG = 0
Phản ứng đồng thể: pư trong thể tích 1 pha. HCl(dd) + NaOH(dd) = NaCl (dd) + H2O(l) Phản ứng dị thể: pư diễn ra trên bề mặt phân chia pha. Zn (r) + 2HCl (dd) = ZnCl2(dd) + H2(k) Phản ứng đơn giản: pư diễn ra qua 1 giai đoạn (1 tác dụng cơ bản). H2(k) + I2(k) = 2HI (k) Phản ứng phức tạp: pư diễn ra qua nhiều giai đoạn ( nhiều tác dụng cơ bản). Các giai đoạn: nối tiếp , song song, thuận nghịch…
Định luật tác dụng khối lượng (M.Guldberg và P. Waage ) Ở nhiệt độ không đổi, phản ứng đồng thể, đơn giản: aA + bB = cC + dD Tốc độ phản ứng: v = k.CaA.CbB Định luật này nghiệm đúng cho các phản ứng đơn giản và cho từng giai đoạn (tác dụng cơ bản) của phản ứng phức tạp.
CÂN BẰNG HÓA HỌC Phản ứng của hệ khí lý tưởng (pư đơn giản): aA (k) + bB(k) ⇌ cC(k) + dD(k) =0 0 CA 0 CB 0 0 (mol/l )   CA  CB  Cc  CD  vt = vn (CA)cb=const (CB)cb=const (Cc)cb=const (CD)cb =const G=0 (PA)cb=const (PB)cb=const (PC)cb=const (PD)cb =const v PX .V = nX. R.T  PX = CX. R.T vt vt  k tC C a A b B vt = vn 0 vn vn  k n C C c C d D cb  cbhh 
HẰNG SỐ CÂN BẰNG PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ TRONG HỆ KHÍ LÝ TƯỞNG aA(k) + bB(k) ⇌ cC(k) + dD(k) (pư đơn giản cả 2 chiều) Khi trạng thái đạt cân bằng: vt = vn k t . C a A cb . C cb  kn . C cb . C cb b B c C d D Cc Cd  a D cb kt PX .V CX. X. R.T = = n R.T KC  C kn CACbB Kc: hằng số cân bằng biểu diễn theo nồng độ ở nhiệt độ xác định. Kp   c p p d cb   CC RT  CD RT  c d cb   Cc Cd 𝑛 𝑐𝐶a 𝑛 D cb RT cd a b  C 𝑑 n = p0p  Kp CA RT CC=RT bn =  C𝑎ACB cb C D 𝐷 a b = Ka B K b A B 𝑛 𝑛𝑏𝐴 𝐵 K p  K C RT  n R = 0,082 [lit.atm/mol.k]
2 NOCl(K) ⇌ 2 NO(k) + Cl2(k) [NOCl] [NO] [Cl2] Ban đầu 2,00 0 0 [M] Phản ứng - 0,66 +0,66 +0,33 [M] Cân bằng 1,34 0,66 0,33 [M] 0,66 2 .(0,33) Ở 250C,hằng số cân bằng Kc, = p ở 2502C ?= Tính hằng số cân bằng Kc K (1,34) 0.08 Ở 250C, hằng số cân bằng Kp= 0,08.(0,082.298)=1,95 n = 1.
Ở 3750C, phản ứng thuận nghịch dưới đây có hằng số cân bằng: N2 (k) + 3H2 (k) ⇄ 2NH3 (k) , Kp = 4,3.10-4 Nồng độ ban đầu(M): 1 3 0 Xác định nồng độ các chất ở trạng thái cân bằng ?
Tính hằng số cân bằng theo nồng độ: Kc = Kp (RT)-∆n = 4,3.10-4 (0,082.(375+273))-(2-(1+3)) = 1,214 Thiết lập 3 dòng: N2 (k) + 3H2 (k) ⇄ 2NH3 (k) Ban đầu (M): 1 3 0 Phản ứng: (đặt) x→ 3x 2x Cân bằng: 1-x 3-3x 2x Tại cân bằng, quan hệ được thiết lập: [NH3 ]2 (2x)2 KC = = = 1,214 [N2 ].[H2 ]3 1−x .(3−3x)3 (Điều kiện: 0 < x < 1 ) Nghiệm phù hợp của phương trình trên là x = 0,558. Vậy nồng độ các chất ở trạng thái cân bằng là: [N2] = 1 – x = 0,4420 M [H2] = 3 – 3x = 1,3260 M [NH ] = 2x = 1,1160 M
HẰNG SỐ CÂN BẰNG PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ TRONG DUNG DỊCH LỎNG LOÃNG aA(dd) + bB(dd) ⇌ cC(dd) + dD(dd) c d KC   cb CC C D a b C AC B
PHẢN ỨNG DỊ PHA CaCO3(r) ⇌ CaO(r) + CO2(k) (n = 1) const p CaO p CO2 p CaCO3 K   p cb K p  Kp   p CO2 cb p CaCO3 const p CaO K  K R.T PCO2 = CCO2.RT P c  K c  CCO2 cb Trong biểu thức của hằng số cân bằng K không xuất hiện các thành phần sau: chất rắn nguyên chất, chất lỏng nguyên chất, dung môi.
S(r) + O2(k) ⇌ SO2(k)
Áp suất riêng phần của một chất khí (Pi): là áp suất mà khí đó có được khi một mình nó chiếm toàn bộ thể tích của hỗn hợp ở cùng nhiệt độ (là các áp suất P đo cùng V, T). Áp suất riêng phần tỉ lệ thuận với tỉ lệ mol khí đó (xi) trong hỗn hợp: Pi = xi.Phh Tổng các áp suất riêng phần thì bằng áp suất chung của hỗn hợp: P  hh P i i
Cho NH4COONH2 (ammonium carbamate) vào bình chân không có dung tích 5,46 lit ở 200C thực hiện pư: NH4COONH2(tt) ⇌ CO2(k) + 2NH3(k) 𝑃𝑐 2.𝑃 𝑐 G293 = 0 ( )cb 3 ( )cb 3 Khi phản ứng đạt cân bằng thì hệ có áp suất chung Pc = 66,88 mmHg. Tính Kp , KC ở 200C. 𝑃𝑐 2.𝑃 𝑐 2 4.𝑃3 KP =( ). ( ) = 𝑐 = 10-4 (ở 200C) 3 3 27 −∆𝑛 Kc = Kp.(RT) = 10 .(0,082.293)-3 = 7,2.10-9 (ở 200C) -4
HẰNG SỐ CÂN BẰNG CỦA PHẢN ỨNG TỔNG [𝑺𝑶 𝟐 ] S(r) + O2(k) ⇌ SO2(k); K1 = [𝑶 𝟐 ] [𝑺𝑶 𝟑 ] SO2(k) + 1/2 O2(k) ⇌ SO3(k); K2 = 𝟏 [𝑺𝑶 𝟐 ][𝑶 𝟐 ]𝟐 S(r) + 3/2 O2(k) ⇌ SO3(k) ; K3 = ????
Mg(OH)2 (r) ⇌ Mg2+(dd) + 2OH-(dd) K = [Mg2+]cb .[OH-]2cb = TMg(OH)2 Tích số tan CH3COOH(dd) + H2O ⇌ CH3COO- (dd) + H3O+ Ka  H O CH COO  Hằng số điện ly của axit 3  3  CH 3COOH  NH4OH (dd) ⇌ NH4+ (dd) + OH-(dd) Kb  NH OH   4  Hằng số điện ly của base NH 4OH 
THAY ĐỔI HỆ SỐ TỈ LƯỢNG S (r) + 3/2 O2(k) ⇌ SO3(k) 2 S (r) + 3 O2(k) ⇌ 2 SO3(k)
ĐỔI CHIỀU PHẢN ỨNG S (r) + O2(k) ⇌ SO2(k) SO2(k) ⇌ S (r) + O2(k)