Bài giảng hóa lý 1 chương 2 nguyễn thị tuyết mai

LOGO

HÓA LÝ I

TS. Nguyễn Thị Tuyết Mai
Bộ mơn Hóa lý, Viện Kỹ thuật Hóa học

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Email:

1

Chương 2. CH3051
CÂN BẰNG HÓA HỌC HĨA LÝ I

1. Khái niệm về cân bằng hóa học. Hằng số cân bằng

2. Phương trình đẳng nhiệt Van’t – Hoff.

3. Mối liên hệ giữa các cách biểu diễn hằng số cân bằng

4. Cân bằng hóa học của các phản ứng dị thể

5. Cân bằng hóa học trong hệ thực

6. Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học

7. Các phương pháp xác định hằng số cân bằng

2

Chương 2. CH3051
CÂN BẰNG HÓA HỌC HĨA LÝ I

1. Khái niệm về cân bằng hóa học. Hằng số cân bằng

2. Phương trình đẳng nhiệt Van’t – Hoff.

3. Mối liên hệ giữa các cách biểu diễn hằng số cân bằng

4. Cân bằng hóa học của các phản ứng dị thể

5. Cân bằng hóa học trong hệ thực

6. Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học

7. Các phương pháp xác định hằng số cân bằng

3

Định nghĩa CBHH Chemical equilibrium
and equilibrium constant

Là trạng thái mà tại đó tốc độ pư thuận = tốc độ phản ứng nghịch và
thành phần của hệ phản ứng không thay đổi theo thời gian khi điều
kiện bên ngồi khơng đổi

Đặc điểm của CBHH

• Tính 2 chiều: TTCB được thiết lập từ 2 phía.

• Tính bất biến: khơng thay đổi theo thời gian
• Tính linh động: CB bền (hết tác động, hệ trở về TTCB ban đầu);

CB không bền (hết tác động, hệ khơng quay về TTCB ban đầu)
• Tính chất động: TTCB có thể thay đổi khi các ytố bên ngoài thay đổi

5

Điều kiện CB của pư hóa học Chemical equilibrium
and equilibrium constant
T, P=const,
Hỗn hợp pư có xu hướng
diễn ra theo chiều làm giảm
G, cho tới khi G đạt cực tiểu.
Điều kiện pư tự xảy ra:
ΔG<0

6

Điều kiện CB của pư hóa học Chemical equilibrium
and equilibrium constant

Điều kiện CB của pư
(T, P =const):
ΔG=0

7

Hằng số CB Chemical equilibrium
and equilibrium constant

aA + bB  dD + eE

(1) ΔG=(dμD+eμE) −(aμA+bμB)  ΔG= ΔG0 + RTlnP
(2) ΔGo=(dμoD+eμoE) −(aμoA+bμoB)

(3) μJ=μoJ +RTlnPJ

Điều kiện CB của pư: ΔG =0 HSCB

PT đẳng nhiệt Van’t Hoff R = 8,314 J/(mol.K)
= 1,987 cal/(mol.K)
= 0,082 atm.L/(mol.K)

8

PT đẳng nhiệt Van’t Hoff Chemical equilibrium
and equilibrium constant

P < KP  G < 0  pư xảy ra theo chiều thuận, sp chiếm ưu thế
P > KP  G > 0  chất tham gia chiếm ưu thế trong hỗn hợp pư
P = KP  G = 0  pư đạt CB, nồng độ các chất không đổi

Tại TTCB: Go = − RTlnKP

Go <0  KP >1  phản ứng tự xảy ra theo chiều thuận
Go >0  KP <1  phản ứng tự xảy ra theo chiều nghịch
Go =0  KP =1  phản ứng đạt CB

9

BT Chemical equilibrium
and equilibrium constant

Cho phản ứng N2(k) + H2(k) = NH3(k)
Biết 𝐺2𝑜98 của phản ứng tạo thành NH3(k) là −16.5 kJ.mol−1.
Tính biến thiên năng lượng tự do Gibbs của phản ứng trên nếu
áp suất riêng phần của N2, H2, và NH3 (coi là khí lý tưởng) lần
lượt là 3 atm, 1 atm, và 4 atm?
Phản ứng tự diễn ra theo chiều nào?

10

BT

Cho phản ứng: N2O4(k) = 2NO2 (k)
a. Tính 𝐺2𝑜98 của phản ứng biết 𝐺2𝑜98,𝑠 của NO2 và N2O4

lần lượt là 51,25 và 97,787 kJ/mol.
b. Tính KP tại 298 K. Nhận xét chiều của pư
c. Tính toán thành phần CB khi biết hệ ban đầu gồm 1mol

N2O4 chứa trong bình có thể tích V = 24,46 L ở 298 K

11

Chương 2. CH3051
CÂN BẰNG HÓA HỌC HĨA LÝ I

1. Khái niệm về cân bằng hóa học. Hằng số cân bằng

2. Phương trình đẳng nhiệt Van’t – Hoff.

3. Mối liên hệ giữa các cách biểu diễn hằng số cân bằng

4. Cân bằng hóa học của các phản ứng dị thể

5. Cân bằng hóa học trong hệ thực

6. Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học

7. Các phương pháp xác định hằng số cân bằng

12

Các cách biểu diễn HSCB Chemical equilibrium
aA +bB  dD + eE and equilibrium constant

xi = ni/n

Pư đồng thể ở pha khí: Kn, KP
pha lỏng: Kn, Kc
pha rắn: Kn, Kx

13

Mối liên hệ giữa các HSCB Chemical equilibrium
and equilibrium constant

KP vs KC  Pi = (niRT)/V = CiRT

PiV = niRT

𝐾 (𝐶𝐷𝑅𝑇)𝑑 × (𝐶𝐸𝑅𝑇)𝑒 𝑃 = 𝑑+𝑒−𝑎−𝑏 𝑎 𝑏 𝑒𝑞 = 𝐾𝐶 × (𝑅𝑇) = 𝐾𝐶 × (𝑅𝑇)𝑛
(𝐶𝐴𝑅𝑇) × (𝐶𝐵𝑅𝑇)

 𝐾𝑃= 𝐾𝐶 × (𝑅𝑇)𝑛

n: biến thiên số mol theo ptpư
n = (d+e) – (a+b)

14

Mối liên hệ giữa các HSCB Chemical equilibrium
and equilibrium constant
KP vs Kx and Kn
𝑃𝑖= 𝑛𝑖 𝑃
PiV = niRT Pi : as riêng phần 𝑛

PV = nRT P : as tổng cộng  KP = Kn . (P/n)n

𝑃𝑖 = 𝑛𝑖 = 𝑥𝑖 15
𝑃𝑛
 Pi = P. xi  KP = Kx . Pn

KP & KC phụ thuộc vào T
Kx phụ thuộc vào T và P
Kn phụ thuộc vào T, P & n

Mối liên hệ giữa các HSCB Chemical equilibrium
and equilibrium constant

Nếu n = 0:
KP = KC = Kx = Kn

VD: CH3COOC2H5 + H2O = CH3COOH + C2H5OH

Chú ý:

N2(k) + 3H2(k) = 2NH3(k) K1

½ N2(k) + 3/2 H2(k) = NH3(k) K2

 K1 = K22

16

BT Chemical equilibrium
and equilibrium constant

Cho phản ứng: N2(k) + O2(k) = 2 NO(k)
Áp suất ban đầu của N2 là 0,1 atm; của O2 là 0,2 atm
Biết KP = 3.4 ×10−21 ở 800 K.
Tính áp suất riêng phần của NO tại CB?
Tính Kn

[ĐS:8,2 atm]

17

BT Chemical equilibrium

and equilibrium constant

Xét pư thủy phân:
CH3COOC2H5 + H2O = CH3COOH + C2H5OH
Nếu lúc đầu, neste = nH2O, thì khi CB có 1/3 lượng este bị thủy phân
a. Tính HSCB của pư
b. Tính độ chuyển hóa của este nếu: neste = 10.nH2O
c. Tính tỉ lệ mol giữa nước và este đẻ khi CB có 99% este bị thủy

phân.

18

Chương 2. CH3051
CÂN BẰNG HÓA HỌC HĨA LÝ I

1. Khái niệm về cân bằng hóa học. Hằng số cân bằng

2. Phương trình đẳng nhiệt Van’t – Hoff.

3. Mối liên hệ giữa các cách biểu diễn hằng số cân bằng

4. Cân bằng hóa học của các phản ứng dị thể

5. Cân bằng hóa học trong hệ thực

6. Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học

7. Các phương pháp xác định hằng số cân bằng

19

HSCB của qtr dị thể PHYSICAL CHEMISTRY 1
Chemical equilibrium

HSCB ?
G = ?
G = CaO + CO2 - CaCO3

= (*CaO + RTlnxCaO) + (oCO2 + RTlnPCO2)
- (*CaCO3s + RTlnxCaCO3)

= (*CaO + oCO2 - *CaCO3) + RTln [(xCaO  PCO2)/xCaCO3]
G = G o + RTln [(xCaO  PCO2)/xCaCO3]



20