Hóa học 10 bài 38 cân bằng hoá học bài giảng

ChươngưIII:ưcânưbằngưhoáưhọc
1.Mt s khỏi nim
1.1. Phn ng thun nghch v bt thuận nghịch
a. Phản ứng thuận nghịch
H2 + I 2
2HI
N2 + 3H2
2NH3
Định nghĩa pư thuận nghịch?
Ta có: Xét PƯ giữa H2 và I2 người ta đã xác định đc
H2
+
I2
2HI
1mol
1mol
0
CB
0,2mol
0,2mol
1,6mol
H2
+
I2
2HI
t= 0
0
0
2mol
CB
0,2mol

0,2mol
1,6mol


Vậy đặc điểm của pu là gì?
- Đặc điểm
+ Ở cùng điều kiện phản ứng (nhiệt độ, p) thì phản
ứng có thể xảy ra theo hai chiều: thuận và nghịch
+ Dù xuất phát từ các chất đầu hay các sản phẩm ,
cuối cùng người ta cũng thu được một kết quả: tỉ
lệ số mol giữa các chất là cố định.
+ Nếu điều kiện phản ứng khơng thay đổi thì dù
kéo dài phản ứng đến bao lâu trạng thái cuối
cùng của hệ vẫn giữ nguyên. Người ta nói hệ
phản ứng đã đạt đến trạng thái cân bằng hoá học
Tại sao người ta nói CB hố học là CB động?


b.Phảnưứngưbấtưthuậnưnghịch
VD KClO3
KCl + 3/2O2
- L P ch xy ra theo 1 chiều nhất định ở đk xác định,
lượng sản phẩm vượt xa nhiều với chất tham gia
- Trong q.trình PU thành phần của hệ thay đổi nên ∆G
của hệ thay đổi, giảm dần khi đạt giá trị cực tiểu thì hệ
cân bằng và ∆G= 0
- Vậy đặc điểm của pư BTN là?
- Đặc điểm
+ Chỉ xảy ra theo một chiều nhất định: các chất đầu
phản ứng với nhau để tạo thành sản phẩm.

+ Phản ứng được thực hiện đên cùng nghĩa là cho đến
khi tất cả các chất phản ứng đều chuyển thành sản
phẩm


1.2 Cân bằng bền - Cân bằng giả bền
a. Cân bằng bền:
-Một hệ hoá học ở CBB khi hệ không thay
đổi theo thời gian, trạng thái của nó không
thay đổi nhiều khi có tác động nhỏ bên
ngoài và nếu quay trở lại trạng thái ban
đầu thỡ thành phần của hệ đợc khôi phục
b.Cân bằng giả bền:
- ở nhiệt độ thờng, hỗn hợp H 2 và Cl2 ở TTCB,
thay đổi về P không ảnh hởng nhng nếu
thay đổi rất nhỏ về ở dạng photon th ỡ PƯ
trở nên mÃnh liệt


1.3 Cânưbằngưhoáưhọc
a.Cânưbằngưđồngưthểư
Vớ d: CH3COOH + CH3OH

CH3COOCH3 + H2O

- Th no là cân bằng đồng thể?
Là cân bằng chỉ gồm 1 pha
b.Cânưbằngưdịưthể
CaCO3(r)
CaO(r) + CO2(k)

- Vy CB d th l gỡ?
- L cân bằng được hình thành do sự tồn tại của các
pha khác nhau tiếp xúc với nhau và những pha này có
khả năng biến đổi lẫn nhau


*.Độ chuyển hóa

Số mol chất đã chuyển hố
α =Số mol chất ban đầu

α≤1
α: độ điện ly, độ thuỷ phân, độ phân huỷ
Ví dụ CH3COOH

CH3COO- + H+

1mol CH3COOH thì có 0,05 mol bị phân ly thành ion.
Vậy độ chuyển hoá ứng với độ điện ly là 5%
Phản ứng

N2O4

2NO2

Nếu 1mol N2O4mà có 0,8 mol bị phân huỷ thành NO2 thì
độ chuyển hố ứng với độ phân huỷ là 80%


2. Hằng số cân bằng.Mối quan hệ giữa KP, KC, KN, Kn

2.1. Hằng số cân bằng
a.KP
- Xét phản ứng giữa các khí lý tưởng thực hiện ở T,P =
const
aA + bB
cC + dD
- Gọi PA, PB, PC, PD lần lượt là áp suất riêng phần của
A,B,C,D ở nhiệt độ T
- Sự biến đổi entanpi tự do của phản ứng trên là
∆G = ∑GTTcuối - ∑GTTđầu
Mà Gi = G0i + RT ln Pi
∆G = c(G0C + RT ln PC) + d(G0D + RT ln PD)
a(G0A + RT ln PA) - b(G0B + RT lnPB)


= (cG0C + dG0D - aG0A - bG0B) + RT(c ln PC + d
ln PD - a ln PA - b ln PB)
= ∆G0 + RT ln

PCc PDd
PAa PBb

= ∆G0 + RT ln Kp

KP: Hằng số cân bằng
P: đơn vị là atm
Khi hệ cân bằng thì giá trị ∆G bằng bao nhiêu?
∆G = 0 → ∆G0 = - RT ln Kp
→ Kp =

e

G 0

RT

G0 là biến đổi năng lượng tự
do ở điều kiện chuẩn(J/mol)
R = 8,314J/mol.K


- Nếu G0 < 0 thì KP > 1 và KP càng tăng nếu G0 càng
âm
- Nếu G0 > 0 thì KP < 1 và KP càng nhỏ nếu G0 càng
dương
- Vậy những phản ứng G0 càng dương thì càng xảy ra
không trọn vẹn và lúc cân bằng nồng độ sp tương đối
bé.
b. KC

- Với trường hợp dung dịch lỏng và loãng với phản ứng:
mA(dd) + nB(dd) = pC(dd) + qD(dd)
-Ở trạng thái chuẩn thức thích hợp, người ta cũng chứng
minh được hệ thức:
Gi = G0i + RT ln Ci
Vậy biến thiên thế đẳng áp xác định ntn?


Lúc phản ứng đạt trạng thái cân bằng thì KC =?
∆G0 = - RT ln KC

→ KC =

e

G 0

RT

G0 là biến đổi năng lượng tự
do ở điều kiện chuẩn(J/mol)
R = 8,314J/mol.K
KC HSCB
Nồng độ có đơn vị bằng mol/l


2.2. Mối quan hệ giữa KP, KC, KN, Kn
aA(k) + bB(k)
cC(k) + dD(k)
KP là HSCB của phản ứng khi biểu diễn thành phần
các chất theo áp suất riêng phần của chúng.
PCc �PDd
KP =
PAa �PBb
KC là HSCB của phản ứng khi biểu diễn thành phần các
chất theo nồng độ mol/l của chúng.
KC 

 C


a
b
A
B
   
c

D

d


KN là HSCB của phản ứng khi biểu diễn thành phần các
chất theo nồng độ phần mol của chúng.

KN

c
C
a
A

N N

N N

d
D
b

B

Kn là HSCB của phản ứng khi biểu diễn thành phần
các chất theo số mol của chúng.

Kn

c
C
a
A

d
D
b
B

n n

n n


a. Mối liên hệ giữa KP và KC
Xét PU aA(k) + bB(k)
cC(k) + dD(k)
- Gọi PA, PB, PC, PD lần lượt là áp suất riêng phần của
các khí A, B, C, D có thể xem như khí lý tưởng lúc
cân bằng nA, nB, nC, nD, lần lượt là số mol của A, B,
C, D hiện diện trong thể tích V của hệ phản ứng
(bình phản ứng) lúc cân bằng ở nhiệt độ T (oK)

- Ta có

c
C
a
A

d
D
b
B

P �P
KP =
P �P

- Các khí được coi là lý tưởng, dựa vào PT trạng thái
khí và biểu thức tính KP hãy tìm mối liên hệ giữa KP
và KC?


KP  K C .  RT 

c  d  a b

 K C .  RT 

n

∆n = ? - Giá trị R?

∆n =c +d – a – b = Tống số mol khí sản phẩm - tổng số
mol khí chất tham gia.
VD
FeO(r) + CO(k)
Phản ứng này có:
A. n = 1-1 = 0;
C. n > 0;

Fe(r) + CO2(k).
B. n = 2-2 = 0;
D. n < 0.

Cho phản ứng Cgr + CO2(k)
2CO. Vậy biểu thức
biểu diễn mối liên hệ giữa KP và KC ở 298K là?


b. Mối liên hệ giữa KP và KN
- Xét PU aA(k) + bB(k) = cC(k) + dD(k)
- Gọi P là áp suất của hỗn hợp khí lúc cân bằng; NC,ND,
NA , NB lần lượt là nồng độ phần mol của A, B, C, D lúc
cân bằng

KP =

N Dd �N Cc c  d  a b
n
P

K

P
N
N Aa �N Bb

c. Mối liên hệ giữa KP và Kn

ni
pi 
P
�ni

n

�P �
K P  Kn �
�
��n �
� i�


- Qua nghiên cứu KP, KC, KN, Kn các em hãy nhận xét:
các hằng số cân bằng này phụ thuộc vào những yếu
tố nào?
- Khi nào thì KP = KC = KN = Kn?
- Đối với pu dị thể thì hằng số cân bằng phụ thuộc vào
pha nào?
Ví dụ

CaCO3(r)  CaO(r) + CO2(k)
NH4Cl (r) )  HCl(k) + NH3(k)

HCl (k) + NH 3(k) )  NH4Cl (r)


Kt lun:
* Kc phụ thuộc vào bản chất của các chất tham gia. Đối
với một phản ứng cho sẵn nó chỉ phụ thuộc vào nhiệt
độ.
* KP ph thuc vo bn chất chất phản ứng và nhiệt độ.
G0 càng ©m, KP càng lớn và ngược lại.
* KN ngoµi sù phơ thc vào bản chất của các chất tham
gia và nhiệt độ còn phụ thuộc vào áp suất chung của
hỗn hợp lúc cân bằng.
* Kn ngoài sự phụ thuộc vào bản chất của các chất tham
gia và nhiệt độ còn phụ thuộc vào áp suất chung, s
mol ca hỗn hợp lúc cân b»ng
* Khi tỉng sè phÇn tư khÝ cđa hai vÕ b»ng nhau (n =
0) thì
Kp = Kc = KN = Kn. Trong trờng hợp này đối với một phản
ứng đà cho, các HSCB chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.
*ối với PƯ dị thể, trạng thái CB chỉ phụ thuc vo pha
khí hoc lng, không ph thuc vo pha rắn


1)N2(K) + O2(K)

2NO(K)

2) N2O4(K)

2NO2 (K)

3) 2CO(K) + O2(K)

2CO2(K)

4) 3H2(K) + N2(K)

2NH3(K)

5) H2(K) + Cl2(K)

2HCl(K)

Phản ứng nào có KP = KC= KN?


3. Một số phương pháp xác định hằng số cân
bằng
a. Xác định hằng số cân bằng theo nồng độ
(hoặc áp suất )của các chất ở lúc cân bằng.
- Nếu biết nồng độ ban đầu của các chất tham
gia thì chỉ cần xác định nồng độ của một trong
các chất tham gia hoặc tạo thành ở lúc cân
bằng là đủ để tính được nồng độ của các chất
cịn lại ở lúc cân bằng bằng cách dựa vào
phương trình phản ứng.
Ví dụ: Trộn 2 mol HCOOH với 2 mol CH3OH lúc
cân bằng thì thấy 75% axit đã chuyển thành
este. Tính hệ số cân bằng Kp của phản ứng.
Giả sử V của hệ không thay đổi.

Giải
HCOOH + CH3OH

HCOOCH3 + H2O

t=0
2mol
2mol
0
Phản ứng 1,5mol
1,5mol
1,5mol
Cân bằng 0,5mol
0,5mol
1,5mol
���
��
�
C
0,5/V
0,5/V
1,5/V
Với V là thể tích chung của hỗn hợp
Vì ∆n = 0 → Kp = Kc = 9

0
1,5mol
1,5mol

1,5/V


b. Xác định hằng số cân bằng dựa vào các dữ
kiện nhiệt động hố học

KP  e

G 0

RT

Tính ∆G0 → Kp

Yêu cầu: các dữ kiện để xác định ∆G0T phải chính xác
vì chỉ sai đi một lượng nhỏ việc xác định Kp sẽ mắc sai
số lớn
Mà ở đây ∆G0 có thể xác định dựa vào các dữ kiện
như ∆H0 , ∆S0 của phản ứng: ∆G0 = ∆H0 - T∆S0


Ví dụ: Tính hằng số cân bằng của phản ứng
H2(K) + CO2(K)
Ở 298K cho biết
∆H0298,S (KJ/mol)
H2(K)

H2O(K) +

CO (K)

S0298 (KJ/mol)
130,59

CO2(K)

-393,51

214,64

CO(K)

-110,52

197,91

H2OK

-241,83

188,72


Giải
H2(K) + CO2(K)

H2O(K) +

CO (K)

∆H0298 = -241,83 - 110,52 + 393,51 = - 41,16 KJ
∆S0298 = 183,72 + 197,91 - 214,64 - 130,59 = 42,4
J/K
∆G0 = ∆H0298 - 298.∆S0298 = 41160 - 298.42,4 = 53795,2 J


c. Xác định hằng số cân bằng của phản ứng theo hệ
số cân bằng của các phản ứng đã biết
Ví dụ: Tính hằng số cân bằng của phản ứng
Cgr + H2Oh
Cho biết
(1) COK + H2Oh
(2) CO2K + Cgr

COK + H2K
CO2K + H2K
2 COK

(*) K

P

Kp(1)
Kp(2)


Giải
∆G01 = - RT ln Kp1
∆G02 = -RT ln Kp2
Phương trình (*) = (1) + (2) → ∆G0 = ∆G01 +

∆G02
- RT ln Kp = - RT ln Kp1 - RT ln Kp2
→ ln Kp = ln Kp1. Kp2
→ Kp = Kp1. Kp2