CÂN BẰNG HOÁ HỌC docx

CÂN BẰNG HOÁ HỌC
CÂN BẰNG HOÁ HỌC
CHƯƠNG 8
CHƯƠNG 8
Copyright © 1999 by Harcourt Brace & Company
All rights reserved.
Requests for permission to make copies of any part
of the work should be mailed to: Permissions
Department, Harcourt Brace & Company, 6277
Sea Harbor Drive, Orlando, Florida

•
Phản ứng thuận nghịch (phản ứng không hoàn toàn): ⇌
Ở cùng đk, pư xảy ra đồng thời theo hai chiều ngược nhau
Ví dụ - H
2
(k) + I
2
(k) ⇌ 2HI (k)
•
Phản ứng một chiều (phản ứng hoàn toàn): = hay →
Ví dụ - KClO
3
= KCl (r) + 3/2O
2
(k)

Phản ứng đồng thể - pư trong thể tích 1 pha
HCl(dd) + NaOH(dd) = NaCl (dd) + H
2

O(l)
Phản ứng dị thể - pư diễn ra trên bề mặt phân chia pha
Zn (r) + 2HCl (dd) = ZnCl
2
(dd) + H
2
(k)
Phản ứng đơn giản - pư diễn ra qua 1 giai đoạn
(1 tác dụng cơ bản) Ví dụ: H
2
(k) + I
2
(k) = 2HI (k)
Phản ứng phức tạp – pư diễn ra qua nhiều giai đoạn
( nhiều tác dụng cơ bản)
Các giai đoạn : nối tiếp , song song, thuận nghịch…

Phân tử số - là số tiểu phân của chất phản ứng
tương tác gây nên biến đổi hoá học trong 1 tác
dụng cơ bản.(nguyên dương, ≤ 3)
Định luật tác dụng khối lượng (M.Guldberg và P. Waage )
Ở nhiệt độ không đổi, pư đồng thể, đơn giản:
aA + bB = cC + dD
Tốc độ phản ứng : v = k.C
a
A
.C
b
B

Đối với pư đơn giản
PTS=1 → pư đơn phân tử I
2
(k) = 2I(k)
PTS=2 → pư lưỡng phân tử H
2
(k) + I
2
(k) = 2HI (k)
PTS=3 → pư tam phân tử 2NO (k) + O
2
(k) = 2NO
2
(k)

Cân bằng hóa học
b
B
a
Att
CCkv
=
d
D
c
Cnn
CCkv
=
v
t

= v
n
τ
0
v
v
t
v
n
Phản ứng của hệ khí lý tưởng (pư đơn giản ):
aA (k) + bB(k) ⇌ cC(k) + dD(k)
τ = 0 C
0
A
C
0
B
0 0 (mol/l )
τ ↑ C
A
↓ C
b
↓ C
c
↑
C
D
↑
v
t

= v
n
(C
A
)
cb
=const (C
B
)
cb
=const (C
c
)
cb
=const (C
D
)
cb
=const
∆G=0 (P
A
)
cb
=const (P
B
)
cb
=const (P
C
)

cb
=const (P
D
)
cb
=const
τ
cb

Nhận xét về trạng thái cân bằng hoá học
•
Trạng thái cbhh là trạng thái cân bằng động.
•
Trạng thái cân bằng ứng với ∆G
pư
= 0 . (A’=0)
•
Dấu hiệu của trạng thái cân bằng hoá học:

Tính bất biến theo thời gian

Tính linh động

Tính hai chiều.

Examples of
Examples of
Chemical
Chemical
Equilibria

Equilibria
Sự tạo thành thạch nhũ
Sự tạo thành thạch nhũ


CaCO
CaCO
3
3
(r) + H
(r) + H
2
2
O(l) + CO
O(l) + CO
2
2
(k)
(k)


Ca
Ca
2+
2+
(dd) + 2 HCO
(dd) + 2 HCO
3
3
-

-
(dd)
(dd)



Hằng số cân bằng cho phản ứng đồng thể
aA(k) + bB(k) c⇌ C(k) + dD(k) (pư đơn giản )

Khi trạng thái đạt cân bằng: v
t
= v
n
•
K – hằng số ở nhiệt độ xác định: hằng số cân bằng.

( ) ( ) ( ) ( )
cb
d
D
cb
c
Cn
cb
b
B
cb
a
At
C.C.kC.C.k

=
( )
cb
b
B
a
A
d
D
c
C
n
t
C
CC
CC
k
k
K
==
( ) (
( ) ( )
( ) ( )
) ( ) ( )
( )
badc
cb
b
B
a

A
d
D
c
C
cb
b
B
a
A
d
D
c
C
cb
b
B
a
A
d
D
c
C
p
RT
CC
CC
RTCRTC
RTCRTC
pp

pp
K
−−+
===
( )
n
Cp
RTKK
∆
=
Hằng số cân bằng cho phản ứng đồng thể
Hệ khí lý tưởng

Xác định K
Xác định K


2 NOCl(K)
2 NOCl(K)


2 NO(k) + Cl
2 NO(k) + Cl
2
2
(k)
(k)


[NOCl]

[NOCl]
[NO] [Cl
[NO] [Cl
2
2
]
]
Ban đầu
Ban đầu
2.00
2.00
0
0
0
0
Phản ứng
Phản ứng
+0.33
+0.33
Cân bằng
Cân bằng
K =
[ N O ]
2
[ C l
2
]
[ N O C l ]
2

K =
[N O]
2
[Cl
2
]
[N O Cl]
2
=
(0.66)
2
(0.33)
(1.34 )
2
= 0.080
-
-


0.66 +0.66
0.66 +0.66
1.34
1.34
0.66
0.66
0.33
0.33

Hằng số cân bằng cho phản ứng đồng thể
(Dung dịch lỏng , loãng)

aA(dd) + bB(dd) c⇌ C(dd) + dD(dd)
( )
cb
b
B
a
A
d
D
c
C
C
CC
CC
K
=

Phản ứng dị pha
CaCO
3(r)
⇌ CaO
(r)
+ CO
2(k)

RTKK
cP
=
( )

cb
CaCO
COCaO
p
3
2
p
pp
K
=
′
( )
cb
CO
CaO
CaCO
pp
2
3
p
p
p
KK
=
′
=
( )
cb
COc
2

CK
=
Trong biểu thức của hằng số cân bằng K không xuất
hiện các thành phần sau: chất rắn nguyên chất, chất
lỏng nguyên chất, dung môi.

Mg(OH)
2
(r) ⇌ Mg
2+
(dd) + 2OH
-
(dd)
K = [Mg
2+
]
cb
.[OH
-
]
2
cb
= T
Mg(OH)2
- Tích số tan
CH
3
COOH(dd) + H
2
O CH⇌

3
COO
-
(dd) + H
3
O
+

[ ][ ]
[ ]
COOHCH
COOCHOH
K
3
33
a
−+
=
Hằng số điện ly của axit
NH
4
OH (dd) = NH
4
+
(dd) + OH
-
(dd)
[ ][ ]
[ ]
OHNH

OHNH
K
4
4
b
−+
=
Hằng số điện ly của baze
CH
3
COO
-
(dd) + 2H
2
O CH⇌
3
COOH (dd) + OH
-
(dd)
[ ]
[ ]
[ ]
−
−
=
COOCH
OHCOOHCH
K
3
3

t
Hằng số thuỷ phân
CH
3
COONa (dd) + 2H
2
O CH⇌
3
COOH (dd) + NaOH(dd)

NHẬN XÉT về K
p
và K
c

Là hằng số ở nhiệt độ nhất định, chỉ phụ thuộc vào
bản chất pư và nhiệt độ, chứ không phụ thuộc vào
nồng độ hoặc áp suất riêng phần của chất pư

Phụ thuộc vào cách thiết lập các hệ số trong ptpư.

Hằng số cân bằng K
p
,K
c
không có thứ nguyên.

Hằng số cân bằng không phụ thuộc vào chất xúc tác

Hằng số cân bằng có giá trị càng lớn thì hiệu suất pư

càng cao.

Viết biểu thức hằng số cân bằng
Viết biểu thức hằng số cân bằng
S(r) + O
S(r) + O
2
2
(k)
(k)
SO
SO
2
2
(k)
(k)
K =
[S O
2
]
[O
2
]

NH
NH
3
3
(dd) + H
(dd) + H

2
2
O(l) NH
O(l) NH
4
4
+
+
(dd) + OH
(dd) + OH
-
-
(dd)
(dd)
K =
[ N H
4
+
] [ O H
-
]
[ N H
3
]

S(r) + O
S(r) + O
2
2
(k) SO

(k) SO
2
2
(k)
(k)


K
K
1
1
= [SO
= [SO
2
2
] / [O
] / [O
2
2
]
]
SO
SO
2
2
(k) +1/2 O
(k) +1/2 O
2
2
(k)

(k)


SO
SO
3
3
(k)
(k)
K
K
2
2
= [SO
= [SO
3
3
] / [SO
] / [SO
2
2
][O
][O
2
2
]
]
1/2
1/2
S(r) + 3/2 O

S(r) + 3/2 O
2
2
(k)
(k)


SO
SO
3
3
(k)
(k)
K = ????
K = ????
K
net
=
[SO
3
]
[O
2
]
3/2
= K
1
• K
2

Thay đổi hệ số tỉ lượng
Thay đổi hệ số tỉ lượng


S(r) + 3/2 O
S(r) + 3/2 O
2
2
(k)
(k)


SO
SO
3
3
(k)
(k)


2 S(r) + 3 O
2 S(r) + 3 O
2
2
(k)
(k)


2 SO

2 SO
3
3
(k)
(k)


K
n e w
=
[S O
3
]
2
[O
2
]
3

K =
[ S O
3
]
[ O
2
]
3 /2

K
new

=
[SO
3
]
2
[O
2
]
3
= (K
old
)
2


Đổi chiều phản ứng
Đổi chiều phản ứng


S(r) + O
S(r) + O
2
2
(k)
(k)




SO

SO
2
2
(k)
(k)


SO
SO
2
2
(k)
(k)


S(r) + O
S(r) + O
2
2
(k)
(k)


K =
[S O
2
]
[O
2
]

K
new
=
[O
2
]
[SO
2
]

K
thuận
= 1/K
nghịch

Quan hệ giữa hằng số cân bằng và ∆G
PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ

Khí lý tưởng
aA + bB ⇌ cC + dD
c
c
P
P
P
0
T
b
B

a
A
d
D
c
C
0
TT
K
Q
lnRT
K
Q
lnRTQlnRTG
pp
pp
lnRTGG
==+∆=








+∆=∆
τ
Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng: ∆G
T

= 0
p
cb
b
B
a
A
d
D
c
C
T
KRT
pp
pp
RTG lnln
0
−=








−=∆

Dungdịch
lỏng,loãng

c
c
c
0
T
b
B
a
A
d
D
c
C
0
TT
K
Q
lnRTQlnRTG
CC
CC
lnRTGG
=+∆=









+∆=∆
τ
Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng: ∆G
T
= 0
C
cb
b
B
a
A
d
D
c
C
T
KRT
CC
CC
RTG lnln
0
−=









−=∆
⇒ K
p
= f(bc pư, T) K
p
≠ f(C)

Quan hệ giữa hằng số cân bằng và ∆G
Phản ứng dị pha : aA + bB c⇌ C + dD

K
Q
lnRTQlnRTGG
0
TT
=+∆=∆
[ ] [ ]
[ ] [ ]
τ






=
ba
dc
BA
DC

Q
[ ] [ ]
[ ] [ ]
cb
ba
dc
cb
BA
DC
QK






==
Chất khí [] → P (atm)
Dung dịch loãng [] → C (mol/l)
Rắn nc, lỏng nc, dung môi (H
2
O) → 1

K
Q
lnRTG
T
=∆
•
Nếu Q < K → ∆G < 0 → phản ứng xảy ra theo chiều thuận

•
Nếu Q > K → ∆G > 0 → phản ứng xảy ra theo chiều nghịch
•
Nếu Q = K → ∆G = 0 → hệ đạt trạng thái cân bằng
Ví dụ : Tính hằng số cân bằng của phản ứng:
2 NO
2(k)
↔ N
2
O
4(k)
ở 298K khi biết
Giải:
KJvàkJH
pu
/6,176S 040,58
0
298pu
0
298
−=∆−=∆
-5412.3J176,6298 58040-
=×+=∆−∆=∆
0
298
0
298
0
298
STHG

185,2
298314,8
3,5412
ln
0
=
×
=
∆
−=
RT
G
K
p
9,8
2
2
42
==
NO
ON
p
p
p
K


Quan hệ của K
p
với nhiệt độ và nhiệt phản ứng

ooo
STHG ∆−∆=∆
p
o
KRTG ln
−=∆








−
∆
=
21
0
1
2
11
ln
TTR
H
K
K
∆
+
∆

−=
0
2
0
2
ln
R
S
RT
H
K
∆
+
∆
−=
0
1
0
1
ln
R
S
RT
H
K

Ví dụ
NO
(k)
+ ½ O

2(k)
⇌ NO
2(k)
Tính K
p
ở 325
0
C?
•
Biết: ∆H
0
= -56,484kJ và K
p
= 1,3.10
6
ở 25
0
C
02.14
325
=
K
64.2ln
325
=
K
437,11
598
1
298

1
314,8
56484
10.3,1
ln
6
598
−=






−−=
K
11
ln
598298
0
298
598









−
∆
=
TTR
H
K
K

Nguyên lý chuyển dịch cân bằng 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.
∆n =0 áp suất chung không ảnh hưởng đến trạng thái cân bằng.

N
2
(k) + 3H
2
(k) ⇌ 2NH
3
(k) ; ∆H<0
[N
2
] ↑
[NH

3
] ↓
cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận
cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận
P ↑
cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận
T ↓
cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận