Chương 8- Cân bằng hóa học doc

Chương 8
Chương 8
Cân bằng hóa học
Cân bằng hóa học
HUI© 2006
General Chemistry: Slide 1 of 48
General Chemistry
Cân bằng hoá học
Cân bằng hoá học
8.1. Phản ứng thuận nghịch &
Trạng thái cân bằng hoá học
8.2.Hằng số cân bằng &
Mức độ diễn ra của qúa trình hoá học
8.3.Yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hoá học.
Nguyên lý Le Chatelier
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
2 of
48
8.1.P/u thuận nghịch & Trạng thái cân bằng
8.1.P/u thuận nghịch & Trạng thái cân bằng
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
3 of
48
8.1.1. Phản ứng thuận nghịch
 Phản ứng một chiều
Ví dụ :
Chiều p/u : một chiều T→P
p/u bất thuận nghịch (p/u hoàn toàn)
Dùng dấu “ → ” : chỉ chiều p/u.

)(2)(2)(3
22
KRR
OKNOKNO +→
8.1.P/u thuận nghịch & Trạng thái cân bằng
8.1.P/u thuận nghịch & Trạng thái cân bằng
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
4 of
48
8.1.1. Phản ứng thuận nghịch
 Phản ứng thuận nghịch
Ví dụ :
P/u thuận : chiều T→P
P/u nghịch : chiều P→T
Dùng dấu “ ” : chỉ chiều p/u.
)(2)(2 Kk
IH
+
)(
2
K
HI

Phản ứng thuận nghịch
8.1.P/u thuận nghịch & Trạng thái cân bằng
8.1.P/u thuận nghịch & Trạng thái cân bằng
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
5 of

48
8.1.2.Trạng thái cân bằng
Ví dụ
Tốc độ p/u
Lúc đầu ( )
Tiếp tục p/u ( )
Thời gian ( )
Số ptử H
2
& I
2
→ HI = Số ptử HI → H
2
& I
2
Nồng độ các chất = const ⇒ Trạng thái cân bằng
)(
2
K
HI

)(2 k
H
)(2 K
I
+
22
IHtt
CCKV
=

2
HInn
CKV
=
lonCC
IH
:&
22
nhoC
HI
;
nt
VV
>
1
τ
τ
↑
↓
:&
22
IH
CC
↑
:
HI
C
nt
VV
↑↓

&
2
τ
nt
VV
=
6 Nguyen Huu Son
8.1.P/u thuận nghịch & Trạng thái cân bằng
8.1.P/u thuận nghịch & Trạng thái cân bằng
Đặc điểm
Các chất p/u không tác dụng hoàn toàn để tạo thành s.phẩm
Cân bằng động :ở trạng thái cân bằng
L.chất giảm đi theo p/u thuận = L.chất tái tạo theo p/u nghịch
⇒ V
t
=

V
n

HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
7 of
48
8.2.1.Hằng số cân bằng của phản ứng
Hệ đồng thể
aA + bB  cC + dD
Khi cân bằng
Hằng số cân bằng
b

B
a
Att
CCKV =
d
D
c
Cnn
CCKV =
d
D
c
Cn
b
B
a
Atnt
CCKCCKVV =→=
b
B
a
A
d
D
c
C
n
t
c
CC

CC
K
K
K ==
8.2.Hằng số cân bằng & Diễn biến QT hoá học
8.2.Hằng số cân bằng & Diễn biến QT hoá học
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
8 of
48
8.2.1.Hằng số cân bằng của phản ứng
P/u khí lý tưởng
Biến thiên số mol khí
b
B
B
a
A
A
d
D
D
c
C
C
b
B
a
A
d

D
c
C
pcb
V
RTn
V
RTn
V
RTn
V
RTn
PP
PP
KK

























===
( )
)( n
cp
RTKK
∆
=
)()( badcn
+−+=∆
( )
)( badc
b
B
a
A
d
D
c
C
pcb
RT

CC
CC
KK
−−+
==
8.2.Hằng số cân bằng & Diễn biến QT hoá học
8.2.Hằng số cân bằng & Diễn biến QT hoá học
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
9 of
48
8.2.1.Hằng số cân bằng của phản ứng
Hệ di thể :
 R – K CaCO
3(R)
 CaO
(R)
+ CO
2(k)

 R – L NaCl
(R)
+ H
2
O
(l)
 NaCl
(dd)
+ H
2

O
(l)
NaCl
(R)
 Na
+
+ Cl
-


8.2.Hằng số cân bằng & Diễn biến QT hoá học
8.2.Hằng số cân bằng & Diễn biến QT hoá học
pCOCO
CaO
CaCO
cb
CaCO
COCaO
cb
KPC
C
C
K
C
CC
K ===→=
22
3
3
2

2
COPcb
PKK ==
c
ClNa
NaClcb
NaCl
ClNa
cb
KCCCK
C
CC
K ==→=
−+
−+
−+
==
ClNa
ccb
CCKK
8.2.Hằng số cân bằng & Diễn biến QT hoá học
8.2.Hằng số cân bằng & Diễn biến QT hoá học
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
10 of
48
8.2.2.Phương trình đẳng nhiệt Van’t Hoff
Ng.lý 1 :
Ng.lý 2 :
Năng lượng Gibbs

Ở T = const → dT = 0
VdPdUdQ −=
TdSdQ
T
dQ
dS
=→=
TdSVdPdU =−
TSHG −=
( )
)( SdTTdSdHTSHddG +−=−=
dHVdPTdSdU =+=
SdTVdPSdTTdSVdPTdSdG −=+−+= )()(
dP
P
RT
VdPdG
==
∫∫
=
P
P
G
G
P
dP
RTdG
o 0
Po
o

KRTG
P
P
RTGG lnln
0
+=+=
8.2.Hằng số cân bằng & Diễn biến QT hoá học
8.2.Hằng số cân bằng & Diễn biến QT hoá học
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
11 of
48
8.2.3.Quan hệ hằng số cân bằng K
cb
& Biến thiên thế đẳng áp

Phản ứng đồng thể
aA + bB  cC + dD
- Biến đổi thế đẳng áp ở nhiệt độ T
- Biến đổi thế đẳng áp tiêu chuẩn ở nhiệt độ T
R = 8.314J/mol
o
K - Hằng số khí
C
A
, C
B
, C
C
, C

D
- Nồng độ chất A, B, D, C
a, b, c, d- Hệ số trong phương trình p/u
Tỷ số nồng độ các chất phản ứng
QRTGG
o
TT
ln
+= ∆∆
T
G
∆
o
T
G
∆
b
B
a
A
d
D
c
C
CC
CC
Q
][][
][][
=

8.2.Hằng số cân bằng & Diễn biến QT hoá học
8.2.Hằng số cân bằng & Diễn biến QT hoá học
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
12 of
48
8.2.3.Hằng số cân bằng K
cb
& Biến thiên thế đẳng áp
Khi cân bằng

P/u của chất khí
Khi cân bằng
c
o
T
KRTG ln−=∆
0
=
T
G
∆
c
cb
b
B
a
A
d
D

c
C
b
B
a
A
d
D
c
C
K
CC
CC
CC
CC
Q
=






==
][][
][][
][][
][][
P
o

T
KRTG ln−=∆
0
=
T
G
∆
P
cb
b
B
a
A
d
D
c
c
b
B
a
A
d
D
c
c
K
PP
PP
PP
PP

Q
=






==
][][
][][
][][
][][
8.2.Hằng số cân bằng & Diễn biến QT hoá học
8.2.Hằng số cân bằng & Diễn biến QT hoá học
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
13 of
48
8.2.3.Hằng số cân bằng K
cb
& Biến thiên thế đẳng áp
Mối quan hệ :
Biết → Tính được
Biết chiều diễn biến → Mức độ & Hiệu suất p/u


C
o
T

KRTG ln−=∆
P
o
T
KRTG ln−=∆
o
T
G∆
K
0
<∆
o
T
G
0
>
K
P/u tự xảy ra
0<<∆
o
T
G
K
↑↑
↑P/u tự xảy ra
↑ Hiệu suất
8.2.Hằng số cân bằng & Diễn biến QT hoá học
8.2.Hằng số cân bằng & Diễn biến QT hoá học
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide

14 of
48
8.2.3.Hằng số cân bằng K
cb
& Hiệu ứng nhiệt phản ứng
Trong khoảng nhiệt độ hẹp : ∆H = const & ∆S = const
Tại T
1
→ K
1
→
Tại T
2
→ K
2
→
0
ln STHKRT
o
∆∆ −=−
R
S
RT
H
K
o 0
ln
∆∆
+
−

=
oo
T
STHG
∆−∆=∆
0
KRTG
o
T
ln
−=∆
&
R
S
RT
H
K
o 0
1
1
ln
∆∆
+
−
=
R
S
RT
H
K

o 0
2
2
ln
∆∆
+
−
=






−
∆
=
211
2
11
ln
TTR
H
K
K
o
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
15 of
48

8.3.1.Sự dịch chuyển cân bằng
8.3.3Ảnh hưởng của nhiệt độ
8.3.2.Ảnh hưởng của nồng độ
8.3.4.Ảnh hưởng của áp suất
8.3.5.Nguyên lý Le Chatelier
8.3.Yếu tố ảnh hưởng cân bằng. Ng.lý Le Chatelier
8.3.Yếu tố ảnh hưởng cân bằng. Ng.lý Le Chatelier
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
16 of
48
8.3.1.Sự dịch chuyền cân bằng
aA + bB  cC + dD

Trạng thái cân bằng: thông số C, T, P: xác định &

Thay đổi C, T, P &
Hệ dịch chuyển khỏi trạng thái cân bằng






−−=+−=
b
B
a
A
d

D
c
C
c
b
B
a
A
d
D
c
C
cT
CC
CC
KRT
CC
CC
RTKRTG
][][
][][
lnln
][][
][][
lnln
∆







−−=+−=
b
B
a
A
d
D
c
C
P
b
B
a
A
d
D
c
C
PT
PP
PP
KRT
PP
PP
RTKRTG
][][
][][
lnln

][][
][][
lnln
∆
),,( PTCfG
T
=∆
8.3.Yếu tố ảnh hưởng cân bằng. Ng.lý Le Chatelier
8.3.Yếu tố ảnh hưởng cân bằng. Ng.lý Le Chatelier
0ln =−= KRTG
o
T
∆
0ln ≠−= KRTG
o
T
∆
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
17 of
48
8.3.2.Ảnh hưởng của nồng độ
aA + bB  cC + dD
Trạng thái cân bằng
 Tăng nồng độ chất đầu
 Tăng nồng độ sản phẩm
8.3.Yếu tố ảnh hưởng cân bằng. Ng.lý Le Chatelier
8.3.Yếu tố ảnh hưởng cân bằng. Ng.lý Le Chatelier
const
BA

DC
K
ba
dc
c
==
][][
][][
][];[ BA
↑↑
Vì K
c
= const
↑[C] ; ↑[D] P/u : T → P : ↓[A] ; ↓[B]
][];[ DC
↑↑
Vì K
c
= const
↑[A] ; ↑[B] P/u : P → T : ↓[C] ; ↓[D]
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
18 of
48
8.3.2.Ảnh hưởng của nhiệt độ
∆S = const
∆H > O (p/u thu nhiệt)
∆H < O (p/u tỏa nhiệt)
oo
T

STHG
∆−∆=∆
0
KRTG
o
T
ln
−=∆
&
0
ln STHKRT
o
∆∆ −=−
R
S
RT
H
K
o 0
ln
∆∆
+
−
=
8.3.Yếu tố ảnh hưởng cân bằng. Ng.lý Le Chatelier
8.3.Yếu tố ảnh hưởng cân bằng. Ng.lý Le Chatelier
RT
o
H
eK

∆−
=
K
RT
H
T →↑
−
→↑↑
∆
P/u: T→ P ( chiều thu nhiệt)
K
RT
H
T →↓→↓↑
∆
P/u: P→ T ( chiều tỏa nhiệt)
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
19 of
48
8.3.2.Ảnh hưởng của áp suất
 Tăng áp suất
 Giảm áp suất
8.3.Yếu tố ảnh hưởng cân bằng. Ng.lý Le Chatelier
8.3.Yếu tố ảnh hưởng cân bằng. Ng.lý Le Chatelier
)()( KK
bBaA
+
)()( KK
dDcC

+

b
B
a
A
d
D
c
c
p
PP
PP
K
][][
][][
=
PNP
ii
=
)(
][][
][][
][][
][][
badc
b
B
a
A

d
D
c
c
b
B
a
A
d
D
c
c
p
P
NN
NN
PNPN
PNPN
K
−−+
==
constPKK
n
Np
==
∆
N
KP
→↓↑
][]&[

dc
NN
↓↓
][]&[
ba
NN
↑↑
P/u: P→ T ( chiều ↓∆n)
0
>
n
∆
N
KP
→↑↓
][]&[
dc
NN
↑↑
][]&[
ba
NN
↓↓
P/u: T→ P ( chiều ↑∆n)
0
>
n
∆
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide

20 of
48
8.4.Nguyên lý Le Chartalier
8.4.Nguyên lý Le Chartalier
Nếu một hệ đang ở trạng thái cân bằng, khi thay đổi
những thông số trạng thái (T, P, C) thì cân bằng sẽ
chuyển dịch theo chiều có tác dụng chống lại sự thay đổi
đó
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
21 of
48
8.4.Nguyên lý Le Chartalier
8.4.Nguyên lý Le Chartalier
Nếu một hệ đang ở trạng thái cân bằng, khi thay đổi những
thông số trạng thái (T, P, C) thì cân bằng sẽ chuyển dịch
theo chiều có tác dụng chống lại sự thay đổi đó
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
22 of
48
Ảnh hưởng của áp suất
Ảnh hưởng của áp suất
Nguy
Nguy
ên lý
ên lý
Le Chatellier
Le Chatellier
HUI© 2006 General Chemistry:

Slide
23 of
48
Q = = K
c

[SO
2
]
2
[O
2
]
[SO
3
]
2
Q > K
c
2 SO
2
(g) + O
2
(g)  2 SO
3
(g)
k
1
k
-1

K
c
= 2.8x10
2
at 1000K
Nguyên lý Le Chatellier
Nguyên lý Le Chatellier
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
24 of
48
Thêm I
-
Cân bằng chuyển dịch
về phía tạo PbI
2