Bài giảng Hóa học đại cương: Chương 7 - GV. Quách An Bình

Chia sẻ: Tuấn Tài | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:12

Thêm vào BST

Báo xấu

283
lượt xem 37
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Hóa học đại cương - Chương 7: Cân bằng hóa học trình bày khái niệm cân bằng hóa học, cân bằng hóa học, sự chuyển dịch cân bằng, cân bằng pha. Đây là tài liệu học tập và tham khảo dành cho sinh viên ngành Hóa.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Hóa học đại cương: Chương 7 - GV. Quách An Bình

CHƯƠNG 7: CÂN BẰNG HÓA HỌC PowerPoint Template 7.1 Khái niệm 7.2 Cân bằng hóa học 7.3 Sự chuyển dịch cân bằng www.themegallery.com 7.4 Cân bằng pha Company LOGO Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 7.1. Khái niệm 7.1.1 Phản ứng thuận nghịch Phản ứng hóa học có thể chia làm 2 loại Phản ứng hóa học 7.1.1 Phản ứng thuận nghịch 7.1.2 Độ chuyển hóa Chỉ xảy Xảy ra ra một theo hai chiều chiều ngược nhau Back Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Phản ứng một chiều Phản ứng một chiều Phản ứng 1 chiều là phản ứng hóa học xảy ra cho đến khi chỉ còn lại một lượng không đáng kể chất phản ứng (phản ứng hoàn toàn). Khi viết phương trình phản ứng này người ta sử dụng dấu “=”. Ví dụ: H2O2 = H2O + 1/2O2 KClO3 = KCl + 3/2O2 Enter Back Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 1
Phản ứng xảy ra 2 chiều Phản ứng xảy ra 2 chiều Phản ứng thuận nghịch là phản ứng mà ở trong cùng một điều kiện phản ứng có thể xảy ra theo hai chiều ngược nhau. Do đó hỗn hợp cuối phản ứng còn chứa một lượng đáng kể chất phản ứng. Khi viết phương trình phản ứng ta phải dùng 2 mũi tên ngược chiều Click xem violip 1 Click xem violip 2 Enter Back Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 7.1.2 Độ chuyển hóa 7.2 Cân bằng hóa học Vì phản ứng thuận nghịch là phản để đánh giá mức độ hoàn toàn của phản ứng người ta sử dụng đại lượng độ chuyển 7.2.1 hóa α 7.2.2 Số mol phản ứng α= Số mol ban đầu Hằng số Vì phản ứng không hoàn toàn nên α≤1 và Biểu diễn cân bằng có thể biểu diễn dưới dạng phần trăm hay hằng số số thập phân. cân bằng Back Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 7.2.1 Hằng số cân bằng 7.2.1 Hằng số cân bằng Giả sử có phản ứng thuận nghịch kt CCp.CDq Tức là: = mA + nB pC + qD kn CAm.CBn Ở trạng thái cân bằng: vt = vn Với CA, CB, CC, CD là nồng độ của chất A, B, Theo định luật tác dụng khối lượng thì: C, D lúc cân bằng. Vt= kt.CAm.CBn và Vn= kn.CCp.CDq kt Ở trạng thái cân bằng thì: Kcb = kn kt.CAm.CBn = knCCp.CDq Enter Back Enter Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 2
7.2.1 Hằng số cân bằng 7.2.2 Biểu diễn hằng số cân bằng Kcb là hằng số cân bằng của phản ứng hóa Biểu diễn hằng số cân bằng: học Theo nồng độ: C p.C q Hằng số cb có giá trị nhất định ứng với to. Kc= Cm D n CA .CB Hằng số cb phụ thuộc vào chất tham gia Theo áp suất: phản ứng và nhiệt độ phản ứng. PCp.PDq Hằng số cb cho biết phản ứng diễn ra với Kp= PAm.PBn mức độ nào. Hằng số cb càng lớn thì hiệu suất càng lớn Kp được gọi là hằng số cân bằng tính theo và ngược lại. Back Enter áp suất hơi của các cấu tử. Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 7.2.2 Biểu diễn hằng số cân bằng 7.3 Sự dịch chuyển cân bằng Ở trạng thái cân bằng tính theo áp suất riêng của các sản phẩm chia cho tích số 7.3.1 Sự dịch chuyển cân bằng áp suất riêng của các các chất(với số mũ thích hợp) là một hằng số. Giá trị của hằng số cân bằng chỉ phụ thuộc vào bản 7.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ chất phản ứng và nhiệt độ. Với khí lý tưởng ta dễ dàng thấy giữa hai 7.3.3 Ảnh hưởng của nồng độ hscb trên có quan hệ với nhau bằng biểu thức: Kp=Kc(RT)∆n 7.3.4 Ảnh hưởng của áp suất Click xem violip Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 7.3.1 Sự dịch chuyển cân bằng 7.3.1 Sự dịch chuyển cân bằng Khi một hệ phản ứng đang ở trạng thái cân bằng thì áp suất riêng phần(nồng độ) của các chất không đổi. Sự thay đổi trạng thái cân bằng khi điều kiện bên ngoài thay đổi gọi là sự dịch chuyển cân bằng. Dịch chuyển cân bằng có ý nghĩa lớn về điều khiển hóa học. Mọi sự dịch chuyển cân bằng đều tuân theo nguyên lý Le Chartalier. Enter Back Enter Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 3
7.3.1 Sự dịch chuyển cân bằng 7.3.1 Sự dịch chuyển cân bằng Enter Back Enter Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 7.3.1 Sự dịch chuyển cân bằng 7.3.1 Sự dịch chuyển cân bằng Enter Back Enter Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 7.3.1 Sự dịch chuyển cân bằng 7.3.1 Sự dịch chuyển cân bằng Enter Back Enter Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 4
7.3.1 Sự dịch chuyển cân bằng 7.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ Click xem violip 1 Từ phương trình: ∆H0 ∆S0 Click xem violip 2 lnKp=- + RT R Click xem violip 3 Click xem violip 4 ∆H0 Click xem violip 5 Back Tỏa nhiệt Thu nhiệt Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Phản ứng tỏa nhiệt ∆H0 ∆H0 ∆S0 ∆H0 ∆S0 lnKp =- + lnKp=- + RT R RT R Khi T tăng thì Kp giảm, phản ứng dịch Khi T tăng thì Kp tăng, phản ứng dịch chuyển theo chiều nghịch là chiều thu chuyển theo chiều thuận là chiều thu nhiệt. nhiệt. Khi T giảm thì Kp tăng, phản ứng dịch Khi T giảm thì Kp giảm, phản ứng dịch chuyển theo chiều thuận là chiều tỏa chuyển theo chiều nghịch là chiều tỏa nhiệt. nhiệt Back Enter Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 7.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ 7.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ Có thể tính được hscb tại một nhiệt độ ∆H0 ∆S0 ∆H0 ∆S0 bất kỳ khi biết hscb và hiệu ứng nhiệt ở lnK1 =- + lnK2 =- + RT1 R RT1 R một nhiệt độ khác. Giả sử ở T1 có K1, ở T2 có K2. Trong một K2 ∆H0 1 1 Hay: ln =- - khoảng nhiệt độ không lớn lắm từ T1 đến K1 R T2 T1 T2 thì ∆H0 và ∆S0 không thay đổi theo nhiệt độ. Enter Back Enter Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 5
7.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ 7.3.3 Ảnh hưởng của nồng độ Ví dụ: Xét phản ứng: Phản ứng: mA + nB pC + qD 2NO(k)+O2(k) 2NO2(k). Biết ở 250C Ta có phương trình: p q có hiệu ứng nhiệt(∆H) là -13,6 kcal/mol ∆G= ∆G0 + RTlnK = ∆G0 + RTln CC .CD và kp= 1,3.106. Hãy xác định Kp ở nhiệt CAm.CBn độ 3250C. Trong đó: ∆G0 =-RTlnKcb K ∆H0 1 1 Áp dụng CT: ln 2 =- Khi pư đạt trạng thái cân bằng thì ∆G =0 - K1 R T2 T1 Khi tăng nồng độ chất A và B thì biểu thức sau dấu ln sẽ giảm làm ∆G giảm và trở nên K598 -13600 1 1 âm do đó phản ứng tự xảy ra(chiều thuận) ln =- - Suy ra:K598=12,94 K298 1,987 598 298 cho đến khi ∆G=0(cân bằng). Back Enter Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 7.3.3 Ảnh hưởng của nồng độ 7.3.3 Ảnh hưởng của nồng độ Khi tăng nồng độ C và D thì ∆G tăng và trở nên dương và phản ứng xảy ra theo chiều nghịch. Kết luận: - Khi tăng nồng độ tác chất tham gia phản ứng thì cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận và ngược lại. Enter Back Enter Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 7.3.3 Ảnh hưởng của nồng độ 7.3.3 Ảnh hưởng của nồng độ Ví dụ1: Xét phản ứng ở 8500C và có Kc=1 CO2(k) + H2(k) CO(k) + H2O(k) - Nồng độ CO2(k)=0,04 mol/l ; H2= 0,64 mol/l - Nồng độ CO(k)=0,16 mol/l ; H2O= 0,16 mol/l - Hỏi khi tăng nồng độ CO2(k) hoặc nước lên 10 lần thì cân bằng chuyển dịch theo chiều nào. Giải: - Khi tăng nồng độ CO2: CCO1.CH2O1 CCO1.CH2O1 ∆G=∆G0+RTln =-RTlnKc+RTln Enter Back Enter 1.C 1 CCO2 H2 CCO21.CH21 Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 6
7.3.3 Ảnh hưởng của nồng độ 7.3.3 Ảnh hưởng của nồng độ CCO1.CH2O1 ∆G= -RTlnKc + RTln Khi tăng nồng độ nước: CCO21.CH21 0,16.1,6 ∆G=-1,987.1123.ln1+1,987.1123ln 0,16.0,16 0,04. 0,64 ∆G=-1,987.1123.ln1+1,987.1123ln =5140(cal) 0,04.0,64 =-5140(cal) ∆G>0: vậy khi tăng nồng độ nước, cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch giảm ∆G
7.3.4 Ảnh hưởng của áp suất 7.3.4 Ảnh hưởng của áp suất ni Vì Ni = nên khi thế vào biểu Như vậy hscb KC phụ thuộc vào nhiệt độ ∑ni và bản chất của các chất tham gia phản thức hscb Kp ta có: ứng. Hscb KP, KN, Kn ngoài phụ thuộc vào nhiệt độ và bản chất của tác chất còn phụ ∆n P nCc.nDd thuộc vào áp suất chung của hỗn hợp lúc Kp=Kn Kn = cân bằng. ∑ni nAa.nBb Khi ∆n =0 tức tổng số mol khí ở hai vế Với: nA, nB, nC, nD là số mol của chất A, B, bằng nhau thì: C, D ở trạng thái cân bằng. KP= KN= Kn=KC Enter Back Enter Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 7.3.4 Ảnh hưởng của áp suất 7.3.4 Ảnh hưởng của áp suất Ở trạng thái cân bằng thì: Cụ thể có 3 trường hợp ∆G= ∆G0 + RTlnKp= ∆G0 + RTlnKN.P∆n = 0 -Ở nhiệt độ cố định, khi thay đổi P(P chung ∆n = 0 ∆n < 0 của hệ) hoặc số mol khí của tác chất hay của sản phẩm thay đổi tức là ∆n thay đổi Kết luận thì ∆G thay đổi. - Cụ thể có 3 trường hợp: ∆n > 0 Enter Back Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 7.3.4 Ảnh hưởng của áp suất 7.3.4 Ảnh hưởng của áp suất Khi ∆n=0: ta có ∆G = ∆G0 =0 tức là Khi ∆n>0: tức là số phân tử khí của sản trạng thái cân bằng của hệ không thay phẩm lớn hơn của tác chất. đổi khi áp suất chung của hệ không thay - Khi áp suất chung của hệ tăng thì phản đổi. ứng dịch chuyển theo chiều nghịch (giảm số phân tử khí). - Khi áp suất chung của hệ giảm thì phản ứng dịch chuyển theo chiều thuận (tăng Back số phân tử khí). Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 8
7.3.4 Ảnh hưởng của áp suất 7.3.4 Ảnh hưởng của áp suất Khi ∆n
7.4.1.1 Khái niệm 7.4.1.1 Khái niệm Pha là tập hợp các phần tử đồng nhất của một hệ có thành phần tính chất lý học và Hệ đồng thể Hệ dị thể hóa học giống nhau và có bề mặt phân chia với các phần tử khác của hệ được gọi là pha (f). Cấu tử Enter Back Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Hệ đồng thể Hệ dị thể Hệ đồng thể: là hệ có các phần có các Hệ dị thể: là hệ có các phần có các tính tính chất đồng nhất và không có bề mặt chất khác nhau, giữa các phần đó có bề phân chia pha. mặt phân chia pha. Ví dụ: Cốc nước đường, một hỗn hợp Ví dụ: một cốc nước đá đang tan. không khí Back Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Cấu tử Cấu tử Cấu tử là phần hợp thành của hệ có thể Nếu trong hệ không có phản ứng hóa học thì số cấu tử độc lập đúng bằng số cấu tử tách ra khỏi hệ và tồn tại bên ngoài hệ của hệ. được gọi là cấu tử. Số cấu tử độc lập = Số cấu tử- Số Ví dụ: hỗn hợp rượu và nước là hai cấu phương trình liên hệ giữa các cấu tử. tử. Ví dụ: Fe2O3(r) + 3CO(k) ↔ 2Fe + 3CO2(k) Số cấu tử độc lập là số cấu tử tối thiểu Số cấu tử độc lập là 3 vì có một phương cần thiết để xác định thành phần các pha trình liên hệ giữa các cấu tử. của hệ và được ký hiệu là k. Enter Back Enter Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 10
7.4.1.2 Số bậc tự do 7.4.2 Giản đồ trạng thái của nước Bậc tự do là số thông số của hệ mà người ta có thể thay đổi tùy thích mà không làm thay đổi trạng thái của hệ. Ký hiệu là C. Quy tắc pha do nhà khoa học Gibbs phát minh năm 1874. Giữa bậc tự do, cấu tử, pha và n(yếu tố tác động vào hệ) C=k–f+n n: yếu tố bên ngoài tác động vào hệ thường là nhiệt độ và áp suất(n=2). C=k–f+2 Back Enter Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 7.4.2 Giản đồ trạng thái của nước 7.4.2 Giản đồ trạng thái của nước Giản đồ biểu diễn sự phụ thuộc trạng thái 2 của hệ và cân bằng pha trong hệ đó vào điều kiện bên ngoài được gọi là giản đồ Violip trạng thái. 1 3 Enter Back Enter Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 7.4.2 Giản đồ trạng thái của nước 7.4.2 Giản đồ trạng thái của nước Các đường OA, OB, OC là đường ranh giới c A giữa các vùng. Các đường này biểu diễn cân bằng giữa các pha: - OA:cân bằng lỏng-hơi(đường hóa hơi). - OB:cân bằng Rắn-hơi(đường thăng hoa). o - OC:cân bằng Lỏng-rắn(đường nóngchảy). B - Điểm O biểu diễn cân bằng của ba pha Rắn-lỏng-hơi gọi là điểm ba. Enter Back Enter Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 11
7.4.2 Giản đồ trạng thái của nước 7.4.2 Giản đồ trạng thái của nước Click violip 1 Pressure Điểm ba Click violip 2 Click violip 3 Enter Temperature Back Enter Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 7.4.2 Giản đồ trạng thái của nước 7.4.2 Giản đồ trạng thái của nước Các vùng Rắn, lỏng và hơi riêng biệt: Đường OA, OB, OC. - Chỉ là một chất là nước nên k=1. - Chỉ là một chất là nước nên k=1. - Chỉ có một pha(rắn, lỏng, khí) nên f=1 - Gồm 2 pha nên f=2 - n=2 - n=2 - Suy ra C= k-f+n = 1-1+2=2 - Suy ra C= k-f+n = 1-2+2=1 - Hệ có hai bậc tự do nghĩa là ta có thể - Hệ có một bậc tự do nghĩa là để duy trì thay đổi tùy ý cả nhiệt độ và áp suất mà hệ ở trạng thái cân bằng 2 pha ta có thể vẫn giữ được trạng thái rắn lỏng khí thay đổi thay đổi một trong 2 là nhiệt độ tương ứng. và áp suất. Enter Back Enter Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 7.4.2 Giản đồ trạng thái của nước Tạo điểm O(điểm ba) - Chỉ là một chất là nước nên k=1. - Gồm 3 pha nên f=3 - n=2 - Suy ra C= k-f+n = 1-3+2=0 Add your company slogan - Bậc tự do bằng 0 nên hệ là bất biến. Muốn duy trì cân bằng ba pha không thể thay đổi cả nhiệt độ và áp suất. Company Enter Back LOGO Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 12