Cơ sở lý thuyết hóa học _Chương 3

Chia sẻ: Nhan Tai | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:0

Thêm vào BST

Báo xấu

129
lượt xem 30
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu luyện thi đại học dành cho học sinh hệ Trung học phổ thông ôn thi tốt nghiệp và ôn thi Đại học - Cao đẳng tham khảo ôn tập và củng cố lại kiến thức. Nôi dung chương: cân bằng hóa học

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Cơ sở lý thuyết hóa học _Chương 3

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 C0 ( T ) + cRT ln PC = cm C0 ( T ) + RT ln PCc (cho c mol) T¬ng tù: bm B(T ) = bm 0 B(T ) + RT ln P Bb : dm D ( T ) = dm D0 ( T ) + RT ln PDd 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 A(T ) = am 0 A(T ) + RT ln P Aa => DG T = [(cm C0 ( T ) + RT ln PCc ) + (dm D0 ( T ) + RT ln PDd )] - [(am A0 ( T ) + RT ln PAa ) + (bm B0 ( T ) + RT ln PBb )] æ P c .P d ö DG T = [(cm T0 (C) + dm T0 ( D ) - (am T0 ( A) + bm T0 ( B )] + RT lnçç Ca Db ÷ ÷ è PA .PB ø bd æ P c .P d ö DG T = DG T0 + RT lnçç Ca Db ÷ ÷ è PA .PB ø bd Pi: ¸p suÊt riªng phÇn cña c¸c chÊt khÝ i= A,B,C,D) æ PCc .PDd ö §Æt çç a ÷ =pP b ÷ è PA .PB ø bd => DG T = DG T0 + RT ln p P (*) æ PCc .PDd ö - T¹i tr¹ng th¸i c©n b»ng==> DG T = 0 => DG T0 = - RT lnçç a ÷ b ÷ è PA .PB ø cb æ PCc .PDd ö §Æt: çç a b ÷ = K p = const ë T=const (v× ë tr¹ng th¸i c©n b»ng, thµnh phÇn c¸c ÷ è PA .PB ø cb chÊt kh«ng biÕn ®æi n÷a) ==> DG T0 = - RT ln K P (**) pP vµ DGT = RT ln (***) KP Trong ®ã: DG T , , DG T0 (J) 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 = çç Ca Db ÷ ÷ Pi: ¸p suÊt c¸c khÝ ë tr¹ng th¸i CB è PA .PB 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 * K C = çç Ca Db ÷÷ Ci: nång ®é mol/lit c¸c chÊt ë tr¹ng th¸i c©n b»ng è C A .C 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 * K n = çç Ca Db ÷÷ ni; sè mol khÝ i ë tr¹ng th¸i c©n b»ng è n A .n 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 = çç Ca Db ÷÷ Ni: nång ®é phÇn mol cña khÝ i: N i = è N A .N B ø cb å ni 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 Cc .C Dd KP = = RT [(c + d )- (b + a )] = K c .( RT ) Dn (C B RT )b (C A RT )a b C .C B a A Dn = sè mol khÝ s¶n phÈm- sè mol khÝ tham gia (dùa vµo ph¬ng tr×nh ph¶n øng) VËy K P = K c .( RT ) Dn (víi R= 0,082 atm.l.mol-1K-1) -MÆt kh¸c ta cã: ni Pi = N i .P = .P --> thay vµo Kp ta cã: å ni Dn æ P ö K P = K N .PcbDn vµ KP = K n .ç ÷ ç è å ni ÷ 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 æ P ö K P = K C ( RT ) Dn = K N .P Dn = K n .ç ÷ cb çån ÷ è i ø cb *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 g¾n víi 1 ph¶n øng cô thÓ nµo ®ã. PSO3 VÝ dô: SO2(k) + 1/2O2(k) SO3(k) KP = 1 PSO2 .PO22 PSO2 3 2SO2(k) + O2(k) 2SO3(k) K' P = 2 = K P2 P SO2 .PO2 1 PSO2 .PO22 SO3(k) SO2(k) + 1/2O2(k) K P'' = = K P-1 PSO3 - NÕu K cã gi¸ trÞ kh¸ lín --> coi ph¶n øng x¶y ra hoµn toµn, K nhá -> 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 cã 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 cßn RTlnPi) 3 PCO VÝ dô: Fe2O3(r) + 3 CO(k) 2Fe(r) + 3 CO 2(k) Kp= 3 2 PCO 1 Hg(l) + 1/2 O2(k) HgO(r) KP = 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 T0 = - RT ln K P æ DG T0 ö ==> K P = expçç - ÷ ÷ è RT ø VÝ dô: TÝnh K p cña ph¶n øng sau ë 250C: -1 2NH3(k) N 2(k) + 3H2(k) biÕt DG 298 0 ,s ( NH 3 ) = -16,65kJ .mol 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 -1 DG 298 0 = -2DG 298 0 ,s (NH 3 ) = ( -2)( -16,65) = +33,3kJ .mol æ DG 298 0 ö æ 33,3.10 3 ö ç K P = expç - ÷ = expçç - ÷÷ = 1,45.10 -6 ÷ è R.298 ø è 8,314.298 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=? Cgr O2(k) CO2(k) K1 K2 CO(k) 1/2 O2(k) DG 0 = DG10 + DG 20 - 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 - XÐt vÒ mÆt nhiÖt ®éng, khi ph¶n øng ®¹t tr¹ng th¸i c©n b»ng--> DG = 0 --> = 1 khi 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 tõ 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 T0 Ta cã: ln K P = - RT ¶ æ DGT0 ö DH 0 MÆt kh¸c: çç ÷÷ = - 2T ¶T è T øP T æ ¶ ln K P ö DH T0 do ®ã: => çç ÷÷ = => ph¬ng tr×nh ®¼ng ¸p Van’t Hoff 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 T0 > 0 (ph¶n øng thu nhiÖt) --> hµm ®ång biÕn + 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 T0 < 0 (ph¶n øng to¶ nhiÖt) --> hµm nghÞch biÕn: +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 cã 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 cã DH T < 0 * Tõ ph¬ng tr×nh Van’t Hoff suy ra: DH T0 ¶ ln K P = .¶T RT 2 NÕu trong kho¶ng nhiÖt ®é T 1-->T2 hÑp -->cã thÓ coi DH T0 = const th×: T2 T2 DH 0 dT ò T1 d ln K P = R òT T1 2 K PT2 DH 0 æ 1 1 ö => ln = ç - ÷ K PT1 R çè T1 T2 ÷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 Ta cã: K P = K N .PcbDn 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 XÐt ph¶n øng: aA + bB cC + dD cã K C = çç Ca Db ÷÷ = const ë T=const è C A .C 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 sÏ chuyÓn dÞch theo chiÒu chèng l¹i sù thay ®æi ®ã. NguyÔn Ngäc ThÞnh, §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi Email: ngocthinhbk@yahoo.com