Tham khảo tài liệu 'bài giảng môn cơ sở lý thuyết hoá học - chương iii - cân bằng hoá học', tài liệu phổ thông, hóa học phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: Bài giảng môn cơ sở lý thuyết hoá học - Chương III - Cân bằng hoá học
- Bµi gi¶ng m«n C¬ së lý thuyÕt Hãa häc
Ch¬ng III: C©n b»ng ho¸ häc
I.Ph¶n øng thuËn nghÞch vµ ph¶n øng 1 chiÒu
1.Ph¶n øng thuËn nghÞch
Lµ ph¶n øng x¶y ra theo hai chiÒu tr¸i ngîc nhau trong cïng mét ®iÒu kiÖn (§Æc
®iÓm cña ph¶n øng thuËn nghÞch: kh«ng tiÕn hµnh ®Õn cïng mµ dÉn ®Õn c©n b»ng)
VÝ dô: N2O4(k) 2NO2(k)
Khi lÊy khÝ NO 2 (hoÆc N2O4) nghiªn cøu --> lu«n thu ®îc ®ång thêi c¶ khÝ N 2O4
(hoÆc NO2) trong b×nh ngay ë nhiÖt ®é thêng do tån t¹i sù chuyÓn ho¸ gi÷a hai khÝ trªn -
-> gäi ph¶n øng trªn lµ ph¶n øng thuËn nghÞch.
2.Ph¶n øng 1 chiÒu: Lµ ph¶n øng chØ x¶y ra theo mét chiÒu x¸c ®Þnh
VÝ dô: Ph¶n øng ph©n huû KClO 3(xóc t¸c MnO2) : KClO3 --> KCl + 3/2O 2
§Æc ®iÓm: tiÕn hµnh tíi cïng
3.Tr¹ng th¸i c©n b»ng ho¸ häc
Mét ph¶n øng khi ®¹t tr¹ng th¸i c©n b»ng th×:
XÐt vÒ mÆt ®éng häc: v t=vn
-
XÐt vÒ mÆt nhiÖt ®éng: DG p = 0
-
* VËy tr¹ng th¸i c©n b»ng ho¸ häc : lµ tr¹ng th¸i cña ph¶n øng thuËn nghÞch khi tèc ®é
ph¶n øng thuËn b»ng tèc ®é ph¶n øng nghÞch (hoÆc khi biÕn thiªn thÕ ®¼ng ¸p b»ng
kh«ng).
* §Æc ®iÓm cña tr¹ng th¸i c©n b»ng ho¸ häc:
- Lµ c©n b»ng ®éng (ph¶n øng vÉn x¶y ra theo 2 chiÒu ngîc nhau nhng v t=vn).
-T¹i tr¹ng th¸i c©n b»ng thµnh phÇn cña c¸c chÊt kh«ng thay ®æi: chÊt tham gia
ph¶n øng mÊt ®i bao nhiªu theo ph¶n øng thuËn th× l¹i ®îc sinh ra bÊy nhiªu theo ph¶n
øng nghÞch).
- Tr¹ng th¸i c©n b»ng chØ tån t¹i khi c¸c ®iÒu kiÖn thùc hiÖn ph¶n øng (C, t 0,p)
kh«ng ®æi.
II.Ph¬ng tr×nh ®¼ng nhiÖt Van’t Hoff. H»ng sè c©n b»ng K
1.ThiÕt lËp ph¬ng tr×nh ®¼ng nhiÖt Van’t Hoff
XÐt ph¶n øng: aA + bB cC + dD
ë T=const vµ A,B,C,D lµ c¸c khÝ lý tëng
Ta cã: DG T = å m i (sp ) - å m i (tg ) = (cm C + dm D ) - (am A + bm B )
Mµ: m i ( T ) = m i0( T ,) + RT ln Pi (®èi víi 1 mol)
=> cm C ( T ) = cm C ( T ) + cRT ln PC = cm C ( T ) + RT ln PCc (cho c mol)
0 0
dm D ( T ) = dm D ( T ) + RT ln PD
bm = bm + RT ln P Bb : d
0
T¬ng tù: 0
B(T ) B(T )
NguyÔn Ngäc ThÞnh, §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
Email: ngocthinhbk@yahoo.com
- Bµi gi¶ng m«n C¬ së lý thuyÕt Hãa häc
am = am + RT ln P Aa
0
A(T ) A(T )
=>
DG T = [(cm C ( T ) + RT ln PCc ) + (dm D ( T ) + RT ln PD )] - [(am A( T ) + RT ln PAa ) + (bm B ( T ) + RT ln PBb )]
d
0 0 0 0
æ P c .P d ö
DG T = [(cm T (C) + dm T ( D ) - (am T ( A) + bm T ( B )] + RT lnç Ca Db ÷
0 0 0 0
ç P .P ÷
èA B ø bd
æ P c .P d ö
DG T = DG T + RT lnç Ca Db ÷
0
ç P .P ÷
èA B ø bd
Pi: ¸p suÊt riªng phÇn cña c¸c chÊt khÝ i= A,B,C,D)
æ PCc .PD ö
d
§Æt ç ÷ =pP
ç b÷
a
è PA .PB ø bd
=> DG T = DG T + RT ln p P
0
(*)
æ PCc .PD ö
d
- T¹i tr¹ng th¸i c©n b»ng==> DG T = 0 => DG T = - RT lnç ÷
0
ç b÷
a
è PA .PB ø cb
æ PCc .PD ö
d
çab ÷ = K p = const ë T=const (v× ë tr¹ng th¸i c©n b»ng, thµnh phÇn c¸c
§Æt: ç ÷
è PA .PB ø cb
chÊt kh«ng biÕn ®æi n÷a)
==> DG T = - RT ln K P
0
(**)
pP
vµ DGT = RT ln (***)
KP
DG T , , DG T ( J )
0
Trong ®ã:
R=8,314J.K-1mol-1
P (atm)
C¸c ph¬ng tr×nh (*) (**) vµ (***) ®îc gäi lµ c¸c d¹ng kh¸c nhau cña ph ¬ng tr×nh ®¼ng
nhiÖt Van’t Hoff
2.Ph¬ng tr×nh h»ng sè c©n b»ng K :
a.H»ng sè c©n b»ng K p
æ P c .P d ö
K p = ç Ca Db ÷ Pi: ¸p suÊt c¸c khÝ ë tr¹ng th¸i CB
ç P .P ÷
èA B ø cb
- KP kh«ng cã ®¬n vÞ.
-Kp chØ phô thuéc vµo b¶n chÊt ph¶n øng vµ nhiÖt ®é.
-§èi víi 1 ph¶n øng x¸c ®Þnh, T=const --> K p=const --> gäi lµ h»ng sè c©n b»ng
cña ph¶n øng.
b.C¸c h»ng sè c©n b»ng kh¸c
NguyÔn Ngäc ThÞnh, §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
Email: ngocthinhbk@yahoo.com
- Bµi gi¶ng m«n C¬ së lý thuyÕt Hãa häc
æ C c .C d ö
* KC = ç C D ÷ Ci: nång ®é mol/lit c¸c chÊt ë tr¹ng th¸i c©n b»ng
ç C a .C b ÷
è A B ø cb
- KC phô thuéc vµo b¶n chÊt ph¶n øng vµ nhiÖt ®é.
- §èi víi 1 ph¶n øng x¸c ®Þnh --> K C =f(T): KC chØ phô thuéc vµo nhiÖt ®é
æ n c .n d ö
* Kn = ç C D ÷ ni; sè mol khÝ i ë tr¹ng th¸i c©n b»ng
ç n a .n b ÷
è A B ø cb
Kn phô thuéc vµo b¶n chÊt c¸c chÊt , T vµ P chung cña hÖ khi c©n b»ng vµ tæng sè mol khÝ
cña hÖ khi c©n b»ng
æ N c .N d ö ni
* K N = ç C D ÷ Ni: nång ®é phÇn mol cña khÝ i: N i =
ç N a .N b ÷
å ni
è A B ø cb
KN phô thuéc vµo b¶n chÊt c¸c chÊt , T vµ P chung cña hÖ khi c©n b»ng
c.Mèi quan hÖ gi÷a c¸c h»ng sè c©n b»ng
- Ta cã PiV=niRT (V thÓ tÝch hçn hîp khÝ (lÝt))
n i RT
=> Pi = = Ci RT thay vµo ph¬ng tr×nh Kp ta cã
V
(CC RT )c (C D RT )d c d
C C .C D
RT [(c + d )- (b + a )] = K c .( RT ) Dn
KP = =
(C B RT )b (C A RT )a b a
C .C
B A
Dn = sè mol khÝ s¶n phÈm- sè mol khÝ tham gia (dùa vµo ph ¬ng tr×nh ph¶n øng)
K P = K c .( RT ) Dn (víi R= 0,082 atm.l.mol-1K-1)
VËy
-MÆt kh¸c ta cã:
ni
Pi = N i .P = .P --> thay vµo Kp ta cã:
å ni
Dn
æ ö
P
= K n .ç ÷
KP
D
K P = K N .Pcbn vµ
å ni
ç ÷
è ø cb
( å n i )cb tæng sè mol khÝ cã mÆt trong hÖ ph¶n øng khi c©n b»ng.
VËy cã:
Dn
æP ö
= K n .ç ÷
Dn Dn
K P = K C ( RT ) = K N .P
çån ÷
cb
è ø cb
i
*NhËn xÐt:
- Khi Dn = 0 (tæng sè mol khÝ ë 2 vÕ ph¶n øng b»ng nhau) --> K p=KC=Kn=KN=K=f(T)
- §èi víi 1 ph¶n øng ® · cho th×:
+ Kp,KC chØ phô thuéc vµo nhiÖt ®é
+ KN phô thuéc vµo nhiÖt ®é, P chung cña hÖ khi c©n b»ng
NguyÔn Ngäc ThÞnh, §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
Email: ngocthinhbk@yahoo.com
- Bµi gi¶ng m«n C¬ së lý thuyÕt Hãa häc
+Kn phô thuéc vµo T,P chung cña hÖ khi c©n b»ng, tæng sè mol khÝ cña hÖ khi c©n
b»ng.
* Chó ý:
- Gi¸ trÞ h»ng sè c©n b»ng K cña ph¶n øng ®Òu ph¶i g ¾n víi 1 ph¶n øng cô thÓ nµo ® ã.
PSO3
KP =
VÝ dô: SO2(k) + 1/2O2(k) SO3(k) 1
PSO2 .PO22
2
PSO3
K' P = = KP
2
2SO2(k) + O2(k) 2SO3(k) 2
P .PO2
SO2
1
PSO2 .PO22 -
K P' = = K P1
'
SO3(k) SO2(k) + 1/2O2(k)
PSO3
- NÕu K cã gi¸ trÞ kh¸ lín --> coi ph¶n øng x¶y ra hoµn toµn, K nh á -> ph¶n øng thuËn
nghÞch.
- NÕu ph¶n øng cã chÊt r¾n hoÆc chÊt láng tham gia (vµ kh«ng tan lÉn vµo c¸c chÊt kh¸c)
th× chóng ®ªï kh«ng c ã mÆt trong ph¬ng tr×nh h»ng sè c©n b»ng ( v× m i ( T ) = m i0( T ) trong
suèt qu¸ tr×nh ph¶n øng--> kh«ng c ßn RTlnPi)
3
PCO2
VÝ dô: Fe2O3(r) + 3 CO(k) 2 Fe(r) + 3 CO 2(k) Kp= 3
PCO
1
KP =
Hg(l) + 1/2 O2(k) HgO(r) 1
PO22
3. C¸c ph¬ng ph¸p x¸c ®Þnh h»ng sè c©n b»ng
a.X¸c ®Þnh theo thµnh phÇn c¸c chÊt t¹i thêi ®iÓm c©n b»ng
VÝ dô: CaCO 3(r) CaO(r) + CO2(k)
Nung CaCO3 ë nhiÖt ®é T , khi c©n b»ng: PCO = 740mmHg .TÝnh Kp
2
Gi¶i:
740
K P = PCO2 =
760
b.X¸c ®Þnh th«ng qua 1 sè ®¹i lîng nhiÖt ®éng
DG T = - RT ln K P
0
æ DG T ö
0
ç- ÷
==> K P = expç ÷
è RT ø
VÝ dô: TÝnh K p cña ph¶n øng sau ë 250C:
biÕt DG 298,s (NH3 ) = -16,65kJ .mol -1
0
2NH3(k) N 2(k) + 3H2(k)
Gi¶i:
NguyÔn Ngäc ThÞnh, §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
Email: ngocthinhbk@yahoo.com
- Bµi gi¶ng m«n C¬ së lý thuyÕt Hãa häc
DG 298 = -2DG 298,s (NH 3 ) = (-2)(-16,65) = +33,3kJ .mol -1
0 0
æ DG 298 ö æ 33,3.10 3 ö
0
ç- ÷ = expç -
ç 8,314.298 ÷ = 1,45.10
-6
K P = expç ÷
÷
è R.298 ø è ø
c. X¸c ®Þnh theo ph¬ng ph¸p gi¸n tiÕp: Ph©n tÝch qu¸ tr×nh theo 1 chu tr×nh kÝn
VÝ dô:
KP=?
O2(k) CO2(k)
Cgr
K1 K2
CO(k) 1/2 O2(k)
DG 0 = DG10 + DG 2
0
- RT ln K P = (- RT ln K 1 ) + (- RT ln K 2 )
lnKP=lnK1+lnK2 ==> K=K1.K2
III.Sù chuyÓn dÞch c©n b»ng. Nguyªn lý Le Chatielier
1.Sù chuyÓn dÞch c©n b»ng
pP
= 1 khi
- XÐt vÒ mÆt nhiÖt ®éng, khi ph¶n øng ®¹t tr¹ng th¸i c©n b»ng--> DG = 0 -->
KP
hÖ ®ang ë tr¹ng th¸i c©n b»ng nÕu ta thay ®æi mét trong c¸c th«ng sè tr¹ng th¸i (P,T,C)
cña hÖ --> DG ¹ 0 => c©n b»ng bÞ ph¸ vì, qu¸ tr×nh sÏ tiÕn hµnh theo chiÒu DG < 0 ®Ó ®¹t
tíi tr¹ng th¸i c©n b»ng míi øng víi c¸c th«ng sè míi (P,T,C).
- XÐt vÒ mÆt ®éng häc, khi ph¶n øng ®¹t tr¹ng th¸i c©n b»ng --> v t=vn => D v=0. Khi hÖ
®¹t tr¹ng th¸i c©n b»ng, ta thay ®æi 1 trong c¸c th«ng sè tr¹ng th¸i (P,C,T) => v t ¹ vn ==>
qu¸ tr×nh tiÕn hµnh theo chiÒu D v > 0 ®Ó ®¹t tr¹ng th¸i c©n b»ng míi øng víi c¸c th«ng sè
míi.
==> gäi lµ sù chuyÓn dÞch c©n b»ng.
§Þnh nghÜa: Sù chuyÓn dÞch c©n b»ng lµ sù chuyÓn t õ tr¹ng th¸i c©n b»ng nµy sang tr¹ng
th¸i c©n b»ng kh¸c díi ¶nh hëng cña c¸c t¸c ®éng bªn ngoµi (P,T,C) lªn hÖ.
2.¶nh hëng cña nhiÖt ®é tíi sù chuyÓn dÞch c©n b»ng. Ph¬ng tr×nh ®¼ng ¸p Van ’t
Hoff
XÐt ph¶n øng: aA + bB cC + dD ë P=const
DG T
0
Ta cã: ln K P = -
RT
æ DGT ö DH 0
¶ 0
ç ÷ = - 2T
MÆt kh¸c: çT ÷
¶T T
è øP
æ ¶ ln K P DH T
0
ö
do ®ã: => ç ÷= => ph¬ng tr×nh ®¼ng ¸p Van’t Hoff
ç ÷
è ¶T
2
ø P RT
NguyÔn Ngäc ThÞnh, §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
Email: ngocthinhbk@yahoo.com
- Bµi gi¶ng m«n C¬ së lý thuyÕt Hãa häc
- NÕu DH T > 0 (ph¶n øng thu nhiÖt) --> hµm ®ång biÕn
0
+ Khi nhiÖt ®é t¨ng --> Kp t¨ng --> c©n b»ng chuyÓn dÞch theo chiÒu thuËn ( chiÒu
thu nhiÖt)
+ NÕu T gi¶m --> Kp gi¶m ==> c©n b»ng chuyÓn dÞch theo chiÒu nghÞch ( chiÒu
to¶ nhiÖt)
- NÕu DH T < 0 (ph¶n øng to¶ nhiÖt) --> hµm nghÞch biÕn:
0
+Khi nhiÖt ®é t¨ng --> K p gi¶m --> c©n b»ng chuyÓn dÞch theo chiÒu nghÞch (
chiÒu thu nhiÖt)
+NÕu T gi¶m --> Kp gi¶m ==> c©n b»ng chuyÓn dÞch theo chiÒu thuËn ( chiÒu to¶
nhiÖt)
* NhËn xÐt: KÕt qu¶ cña sù chuyÓn dÞch c©n b»ng lµ chèng l¹i sù thay ®æi bªn ngoµi:
+ Khi nhiÖt ®é t¨ng th× c©n b»ng chuyÓn dÞch theo chiÒu lµm gi¶m nhiÖt ®é cña hÖ
lµ chiÒu thu nhiÖt c ã DH T > 0
+ Khi nhiÖt ®é gi¶m th× c©n b»ng chuyÓn dÞch theo chiÒu lµm t ¨ng nhiÖt ®é cña hÖ
lµ chiÒu to¶ nhiÖt c ã DH T < 0
* Tõ ph¬ng tr×nh Van’t Hoff suy ra:
DH T
0
¶ ln K P = .¶T
RT 2
NÕu trong kho¶ng nhiÖt ®é T 1-->T2 hÑp -->cã thÓ coi DH T = const th×:
0
T2 T2
DH 0 dT
ò òT
d ln K P = 2
R
T1 T1
K PT2 DH 0 æ 1 1 ö
ç-÷
=
=> ln
R ç T1 T2 ÷
K PT1 è ø
víi DH 0 (J) vµ R=8,314 J.K-1mol-1
3. ¶nh hëng cña ¸p suÊt ®ªn sù chuyÓn dÞch c©n b»ng
D
Ta cã: K P = K N .Pcbn
V× Kp kh«ng phô thuéc vµo P--> thay ®æi P th× K p=const nªn:
- NÕu Dn > 0 : khi t¨ng P--> KN gi¶m (®Ó gi÷ Kp=const) => chuyÓn dÞch c©n b»ng theo
chiÒu nghÞch ( lµm gi¶m sè mol khÝ) vµ ngîc l¹i
- NÕu Dn < 0 : khi t¨ng P--> KN t¨ng (®Ó gi÷ Kp=const) => chuyÓn dÞch c©n b»ng theo
chiÒu thuËn ( lµm gi¶m sè mol khÝ) vµ ngîc l¹i khi P gi¶m --> K N gi¶m --> c©n b»ng
dÞch chuyÓn theo chiÒu nghÞch ( lµm t ¨ng sè mol khÝ)
- NÕu Dn = 0 => P kh«ng ¶nh hëng tíi sù chuyÓn dÞch c©n b»ng
* NhËn xÐt: KÕt qu¶ cña sù chuyÓn dÞch c©n b»ng lµ chèng l¹i sù thay ®æi bªn ngoµi:
NguyÔn Ngäc ThÞnh, §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
Email: ngocthinhbk@yahoo.com
- Bµi gi¶ng m«n C¬ së lý thuyÕt Hãa häc
- NÕu P t¨ng => c©n b»ng chuyÓn dÞch theo chiÒu P gi¶m (gi¶m sè mol khÝ
Dn < 0 )
- NÕu P gi¶m => c©n b»ng chuyÓn dÞch theo chiÒu t ¨ng P (t¨ng sè mol khÝ
Dn > 0 )
4. ¶nh hëng cña nång ®é
æ C c .C d ö
c ã K C = ç C D ÷ = const ë T=const
XÐt ph¶n øng: aA + bB cC + dD ç C a .C b ÷
è A B ø cb
- NÕu t¨ng CA, CB => c©n b»ng chuyÓn dÞch theo chiÒu t ¨ng CC,CD (®Ó gi÷ KC=const) =>
c©n b»ng chuyÓn dÞch theo chiÒu thuËn lµm gi¶m C A,CB
- NÕu gi¶m CA, CB => c©n b»ng chuyÓn dÞch theo chiÒu gi¶m C C,CD (®Ó gi÷ KC=const) =>
c©n b»ng chuyÓn dÞch theo chiÒu nghÞch lµm t ¨ng CA,CB
* NhËn xÐt: KÕt qu¶ cña sù chuyÓn dÞch c©n b»ng lµ chèngl¹i thay ®æi bªn ngoµi.NÕu t ¨ng
Ci th× c©n b»ng chuyÓn dÞch theo chiÒu lµm gi¶m C i vµ ngîc l¹i.
5. Nguyªn lý chuyÓn dÞch c©n b»ng Le Chatelier
Khi mét hÖ ®ang ë tr¹ng th¸i c©n b»ng, nÕu ta thay ®æi 1 trong c¸c th«ng sè tr¹ng
th¸i cña hÖ ( T, P hoÆc C) th× c©n b»ng s Ï chuyÓn dÞch theo chiÒu chèng l¹i sù thay ®æi ® ã.
NguyÔn Ngäc ThÞnh, §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi
Email: ngocthinhbk@yahoo.com
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
