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

Chia sẻ: Minh Vũ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:19

Thêm vào BST

Báo xấu

168
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Hóa học đại cương - Chương 4: Cân bằng hóa học" cung cấp cho người học các kiến thức: Phản ứng thuận nghịch và trạng thái cân bằng hóa học, hằng số cân bằng và mức độ diễn ra của phản ứng hóa học, các yếu tố ảnh hưởng 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 học đại cương - Chương 4: Cân bằng hóa học

IV. CÂN BẰNG HÓA HỌC 1. Phản ứng thuận nghịch và trạng thái cân bằng hóa học 2. Hằng số cân bằng và mức độ diễn ra của phản ứng hóa học 3. Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học
1. Phản ứng thuận nghịch và trạng thái cân bằng hóa học a. Khái niệm về phản ứng thuận nghịch b. Trạng thái cân bằng hóa học
a. Khái niệm về phản ứng thuận nghịch • Phản ứng một chiều (phản ứng hoàn toàn):  • Phản ứng thuận nghịch (phản ứng không hoàn toàn): ⇌
b. Trạng thái cân bằng hóa học H2 + I2 = 2HI vt = k t C I 2 C H 2 2 vn = k nC HI Ở thời điểm ban đầu:  = 0: C H 2 , C I 2 = max  vt = max CHI = 0  vn = 0 Theo thời gian: : CH2 , CI2   vt  v CHI   vn  vt vt = vn vn 0 cb 
Nhận xét về đặc điểm của phản ứng thuận nghịch: • Ở cùng đk, pư có thể xảy ra theo cả chiều thuận và nghịch • Kết quả pư không phụ thuộc vào hướng đi tới. • Nếu điều kiện phản ứng không thay đổi thì dù kéo dài phản ứng đến bao lâu, trạng thái cuối cùng của hệ vẫn giữa nguyên: trạng thái cân bằng hóa học • Trạng thái cân bằng hóa học là trạng thái cân bằng động • Trạng thái cân bằng ứng với G = 0
2. Hằng số cân bằng và mức độ diễn ra của phản ứng hóa học a. Hằng số cân bằng b. Hằng số cân bằng và các đại lượng nhiệt động
a. Hằng số cân bằng aA + bB ↔ cC + dD • Khi trạng thái đạt cân bằng: vt = vn k t .C Aa .C Bb = k n .C Cc .C Dd k t CCc C Dd KC = = a b k n C AC B • K – hằng số ở nhiệt độ xác định: hằng số cân bằng. • Cân bằng giữa các chất khí c d pCc pDd CC RT  CD RT  CCc CDd c + d - a - b  Kp = a b = = a b RT  p A pB C A RT a CB RT b C AC B Dn K p = K C RT  • Đối với phản ứng dị thể: Ví dụ: CaCO3(r) ⇌ CaO(r) + CO2(k) pCaO pCO2 pCaCO3 K p = → K p = K p = pCO2 pCaCO3 pCaO
b. Hằng số cân bằng và các đại lng nhiệt động • Quan hệ giữa hằng số cân bằng và độ thay đổi thế đẳng áp aA + bB ⇌ cC + dD c d Khí  p p  DGT = DGT0 + RT ln Ca Db   p A p B  Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng: DGT = 0 0  pCc pDd  DG = - RT ln a b  = - RT ln K p T  p A pB  cb Lỏng 0  CCc C Dd  DGT = DG + RT ln a b T   C AC B  Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng: DGT = 0 c d  C C  DGT0 = - RT ln Ca Db  = - RT ln K C  C AC B  cb  Kp = f(bc pư, T) Kp  f(C)
Q p p c d DG = - RT ln K p + RT ln Q = RT ln Q= C D Kp p p a b A B • Nếu Q < Kp → DG < 0 → phản ứng xảy ra theo chiều thuận • Nếu Q > Kp → DG > 0 → phản ứng xảy ra theo chiều nghịch • Nếu Q = Kp → DG = 0 → hệ đạt trạng thái cân bằng Ví dụ: Tính hằng số cân bằng của phản ứng: 2 NO2(k) ↔ N2O4(k) ở 298K khi biết DH 298 0 pu = - 58, 040 kJ và D S 0 298pu = -176,6 J / K Giải: 0 0 DG298 = DH 298 - TDS 2980 = - 58040+ 298176,6= -5412.3J DG 0 5412,3 p N 2 O4 ln K p = - = = 2,185 Kp = 2 = 8,9 RT 8,314  298 p NO2
Quan hệ của Kp với nhiệt độ và nhiệt phản ứng DG o = DH o - TDS o DG o = - RT ln K p DH 0 DS 0 ln K 1 = - + RT1 R DH 0 DS 0 ln K 2 = - + RT2 R K 2 DH 0  1 1  ln =  -  K1 R  T1 T2 
Ví dụ NO(k) + ½ O2(k) ⇌ NO2(k) Tính Kp ở 3250C? • Biết: DH0 = -56,484kJ và Kp = 1,3.106 ở 250C K 598 DH 0  1 1  ln = - K 298 R  T298 T598   K 598 56484  1 1  ln 6 =-  -  = -11,437 1,3.10 8,314  298 598  ln K 325 = 2.64 K 325 = 14.02
3. Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học a. Sự dịch chuyển cân bằng b. Ảnh hưởng của nồng độ tới sự dịch chuyển cân bằng c. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới sự dịch chuyển cân bằng d. Ảnh hưởng của áp suất tới sự dịch chuyển cân bằng e. Nguyên lý chuyển dịch cân bằng Le Chatelier (1850 – 1936, người Pháp).
a. Sự dịch chuyển cân bằng aA + bB ⇌ cC + dD  pCc p Dd  • Khi hệ đạt trạng thái cb: DGT = - RT  ln K p - ln a b  = 0  p A pB  • Nếu p, C, T… thay đổi → DGT  0 → hệ  cb → vt  vn. → Phản ứng xảy ra cho đến khi hệ đạt trạng thái cb mới. → sự chuyển dịch cân bằng.
b. Ảnh hưởng của C tới sự dịch chuyển cb • H2 + I2 ⇌ 2HI vt = k t C H 2 C I 2 2 vn = knCHI • Khi hệ đạt trạng thái cân bằng: vt = vn • Nếu tăng nồng độ H2 lên 2 lần: vt' = kt 2C H 2 CI 2 = 2vt vn' = v n • → Khi C ↑ vt↑ → cb chuyển dịch theo chiều thuận → C ↓ H2 H2
c. Ảnh hưởng của T tới sự dịch chuyển cb 0 0 DH DS ln K p = - + RT R • Nếu DH0 > 0: khi T ↑ → K↑ → cb: thuận (thu nhiệt). Khi T↓ → K ↓ → cb: nghịch (tỏa nhiệt). • Nếu DH0 < 0: Khi T↑ → K↓ → cb: nghịch (thu nhiệt). Khi T↓ → K ↑ → cb: thuận (tỏa nhiệt).
Ví dụ 2NO2(k) ⇌ N2O4(k), DH0 = -58,04kJ Màu nâu không màu 2 • Ở 298K ta có Kp = 8,9 → p N O = 8,9 p NO 2 4 2 K 273 DH 0  1 1  ln =  -  K 298 R  298 273  K 273 - 58040 -4 ln =  ( 3,07.10 ) = 2,145 - 8,9 8,314 ln K 273 = 2,186 + 2,145 = 4,331 K 273 = 76,02 2 Ở 273K p N 2O4 = 76,02 p NO2
d. Ảnh hưởng của p tới sự dịch chuyển cb 2 Ví dụ: 2NO(k)+ O2(k) ⇌ 2NO2(k) vt = k t C NO C O2 2 v n = k n C NO 2 • Khi tăng P lên 2 lần nồng độ các chất đều tăng gấp đôi. 2 v = kt 2C NO  .2CO2 = 8kt C .CO2 = 8vt ' t 2 NO '  v = kn 2C NO2 n  2 2 = 4k nC NO 2 = 4vn • P↑ 2 lần → cb: phải → tạo thêm NO2 → ∑n ↓ → P↓. • P↓ 2 lần → cb: trái → tạo thêm NO và O2 → ∑n ↑ → P↑.
e. Nguyên lý chuyển dịch cb Le Chatelier 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.