Bài giảng Hoá học đại cương: Chương 3 - ThS. Trần Thị Minh Nguyệt

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:31

Thêm vào BST

Báo xấu

9
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Hoá học đại cương chương 3 Cân bằng hóa học, cung cấp cho người học những kiến thức như: Khái niệm cân bằng hóa học; Sự chuyển dịch cân bằng - các yếu tố ảnh hưởng; Cách tính hằng số 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 Hoá học đại cương: Chương 3 - ThS. Trần Thị Minh Nguyệt

CHƯƠNG III CÂN BẰNG HÓA HỌC §1 Khái niệm cân bằng hóa học §2 Sự chuyển dịch cân bằng - các yếu tố ảnh hưởng §3 Cách tính hằng số cân bằng hóa học
§1 KHÁI NIỆM VỀ CÂN BẰNG HÓA HỌC I. Phản ứng thuận nghịch và cân bằng hoá học 1. Phản ứng 1 chiều là phản VD: ứng hóa học xảy ra cho đến NaOH + H2SO4 → Na2SO4 +H2O khi chỉ còn lại một lượng không đáng kể chất phản ứng. Zn + 2HCl → ZnCl + H 2 2 Khi viết phương trình phản ứng ta chỉ dùng dấu mũi tên một chiều  thay cho dấu bằng. 2
I. Phản ứng thuận nghịch và cân bằng hoá học 2. Phản ứng thuận nghịch (phản ứng 2 chiều) là phản ứng mà ở trong cùng một điều kiện phản ứng có thể xảy ra theo hai chiều ngược nhau. Khi viết phương trình phản ứng ta phải dùng 2 mũi tên ngược chiều thay cho dấu bằng. 3
I. Phản ứng thuận nghịch và cân bằng hoá học 3. Trạng thái cân bằng hóa học Tất cả các phản ứng thuận nghịch đều diễn ra không đến cùng mà chỉ diễn ra cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng hóa học Ở trạng thái cân bằng hóa học, hàm lượng các chất phản ứng cũng như hàm lượng sản phẩm tồn tại không đổi Cân bằng này là cân bằng động vì phản ứng ở cả hai chiều thuận và nghịch luôn diễn ra với vận tốc như nhau 4
I. Phản ứng thuận nghịch và cân bằng hóa học Điều kiện nhiệt động để có cân bằng của phản ứng ở nhiệt độ T ∆GT = ∑µi . ni = 0 Trong đó: µi : Thế hóa học của chất i ni : hệ số tỷ lượng của chất i trong phương trình phản ứng (với chất tham gia phản ứng ni < 0 với chất sản phẩm ni > 0 ) Với các chất khí lý tưởng ta có µi = µi0 + R.T.lnpi 5
II. Các hằng số cân bằng của phản ứng 1. Hằng số cân bằng KP Cho phản ứng aA + bB eE + f F Các chất đều là chất khí tuân theo định luật của khí lý tưởng Áp dụng điều kiện nhiệt động để có cân bằng: ∆GT = ∑µi . ni = 0 ΔGT = μi .ni = eμ e + fμ F - aμ A - bμ B Thay µi = µi0 + R.T.lnpi ΔG T = (e  E0 + f  F0 - a A0 - b B0 ) + RT. (e ln PE + f ln PF  alnPA - bln PB )  0 6
II. Các hằng số cân bằng của phản ứng 1. Hằng số cân bằng KP ΔG = (e  + f  - a - b ) 0 0 0 0 0 Ta có T E F A B ∆GT0: Là biến thiên entanpi tự do chuẩn của phản ứng Vậy ΔG T = ΔG T0 + RT. (e ln PE + f ln PF  alnPA - bln PB )  0 e f p .p ΔG T = ΔG T0 + RT.ln ( aE Fb )Cb  0 pA .pB 7
II. Hằng số cân bằng của phản ứng 1. Hằng số cân bằng Kp Ta có peE .pfF ΔG T0 ln ( a b )Cb = - p A .p B RT Đặt peE .pfF K P = ( a b )Cb p A .pB Vậy ta có ΔG 0 T lnK P = - RT 8
II. Các hằng số cân bằng của phản ứng 2. Hằng số cân bằng KC Áp suất riêng phần của khí lý tưởng liên hệ với nồng độ bằng phương trình n i RT pi = = Ci RT V Thay vào biểu thức Kp  CE RT   CF RT  e f e f pE pF CE e CF f  e+f-a-b  b  KP = a b = = RT   CA RT   CBRT  CA CB a b a pA pB Vậy ta có: KP = KC(RT)Δn trong đó Δn= e+f -a-b hay KC = KP .(RT)-Δn
II. Hằng số cân bằng của phản ứng Quan hệ các hằng số cân bằng KC , KP + Hằng số cân bằng K của hệ dị thể chất lỏng và khí H2O(l) H2O(k) K= PH2O(Khí) / [H2O]lỏng  K[H2O] lỏng= PH2O Đặt K.[H2O] lỏng = KP  KP = PH2O (khí) + Hằng số cân bằng K của hệ dị thể chất rắn và khí CaCO3(r) CaO(r) + CO2(k) Kc = [CO2] KP = PCO2(RT) 10
II. Hằng số cân bằng của phản ứng 3. Hằng số cân bằng KN Áp suất riêng phần của cấu tử liên hệ với áp suất toàn phần của hệ và nồng độ phần mol: pi = Ni . P N eE .N fF ( a b )Cb . P Δn = K P N A .N B Đặt N eE .NfF K N = ( a b )Cb N A .N B Ta có KP= KN . P∆n Hay KN= KP . P-∆n Vậy ta có KP= KC . (RT)Δn = KN . P∆n 11
II. Hằng số cân bằng của phản ứng 4. Ý nghĩa của các hằng số cân bằng Các hằng số cân bằng đặc trưng cho phản ứng theo chiều thuận - Các hằng số K đặc trưng cho phản ứng theo chiều thuận - Nếu K càng lớn thì phản ứng theo chiều thuận càng hoàn toàn - - Nếu K → ∞ thì phản ứng trở thành phản ứng một chiều - Hằng số Kp Kc chỉ phụ thuộc bản chất phản ứng và nhiệt độ - Hằng số KN phụ thuộc bản chất phản ứng, nhiệt độ và áp suất 12
§2. SỰ CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG – CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG I. Khái niệm về chuyển dịch cân bằng Trạng thái cân bằng hóa học khi các điều kiện bên ngoài (áp suất, nhiệt độ) và nồng độ các chất không thay đổi Nếu thay đổi một trong các điều kiện trên thì trạng thái cân bằng hóa học bị phá vỡ Phản ứng sẽ diễn ra theo chiều thuận hoặc chiều nghịch mạnh hơn Cuối cùng trạng thái cân bằng mới sẽ được thiết lập khác với trạng thái cân bằng cũ → Sự chuyển dịch cân bằng 13
§2. SỰ CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG – CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG II. Các yếu tố ảnh hưởng: 1. Ảnh hưởng của nồng độ tới chuyển dịch cân bằng Xét phản ứng đang ở trạng thái cân bằng aA + bB eE + f F Ta đang có trạng thái cân bằng 1 CE e CF f K C = ( a b )cb1 CA CB Ta có vận tốc độ theo hai chiều thuận và nghịch đang bằng nhau Vt = Vn 14
II. Các yếu tố ảnh hưởng 1. Ảnh hưởng của nồng độ đến chuyển dịch cân bằng Khi cân bằng Vt = Vn Vt = kt . [A]a. [B]b Vn = kn . [E]e. [F]f + Nếu tăng [A]; tăng [B] hoặc giảm [E]; giảm [F] → Vt > Vn cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận + Nếu giảm [A]; giảm [B] hoặc tăng[E]; tăng [F] → Vt < Vn cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch * Khi thay đổi nồng độ của một phản ứng thuận nghịch đang ở trạng thái cân bằng thì cân bằng chuyển dịch theo chiều chống lại sự thay đổi đó 15
1. Ảnh hưởng của nồng độ tới chuyển dịch cân bằng 16
1. Ảnh hưởng của nồng độ tới chuyển dịch cân bằng 17
2. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới chuyển dịch cân bằng ΔG 0T ΔH0T ΔS0T lnK p = - =- + RT RT R Lấy đạo hàm cả hai vế theo T ta có dlnk p ΔH 0T = dT RT 2 Trường hợp H > 0 phản ứng thu nhiệt → Kp và T đồng biến + Khi T tăng thì Kp tăng, cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận (thu nhiệt) + Khi giảm nhiệt độ hằng số Kp giảm nghĩa là cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch (tỏa nhiệt). 18
2. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới chuyển dịch cân bằng Trường hợp H < 0 phản ứng tỏa nhiệt→ Kp và T nghịch biến + Khi T tăng thì Kp giảm, cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch (thu nhiệt) + Khi giảm nhiệt độ hằng số Kp tăng nghĩa là cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận (tỏa nhiệt). * Một hệ đang ở trạng thái cân bằng nếu tăng nhiệt độ của hệ cân bằng sẽ chuyển dịch về phía phản ứng thu nhiệt và ngược lại. 19
3. Ảnh hưởng của áp suất tới sự chuyển dịch cân bằng Xuất phát từ công thức KN = KP . P -∆n lnKN = ln KP - ∆n.lnP Đạo hàm theo P dlnk N Δn =- dp p ∆n = 0 → dlnk N → áp suất không ảnh hưởng đến CB =0 dp ∆n > 0 → dlnk N < 0 → KN và P nghịch biến dp P↑ thì KN ↓ → CB chuyển dịch theo chiều nghịch (giảm số mol khí) P ↓ thì KN ↑ → CB chuyển dịch theo chiều thuận (tăng số mol khí) 20