Slide chương 3 HẰNG số đặc TRƯNG của các cân BẰNG HOÁ học đơn GIẢN TRONG nước

HẰNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA CÁC
CÂN BẰNG HOÁ HỌC ĐƠN GIẢN
TRONG NƯỚC
CHƯƠNG 3
1. Cân bằng trao đổi điện tử
2. Cân bằng trao đổi tiểu phân
3. Ứng dụng
NỘI DUNG
Định luật tác dụng khối lượng
Cân bằng động → tuân theo nguyên lý Le
Châtelier.
K(1) càng lớn → phản ứng theo chiều 1 càng
chiếm ưu thế.
K > 107: phản ứng hoàn toàn.
K nghiệm đúng cho dung dịch lý tưởng, dung dịch
thực không điện li hay điện li yếu.
aA + bB
K(1)
K(2)
dD + eE
1. Bán cân bằng trao đổi điện tử
2. Cân bằng trao đổi điện tử
–
Hằng số cân bằng, dự đoán chiều
phản ứng
–
Thế tương đương của dd chứa 2 đôi
oxy hóa khử
CÂN BẰNG TRAO ĐỔI ĐIỆN TỬ
•
quá trình cho - nhận điện tử xảy ra giữa 2 dạng oxy hoá

(ox) và khử (kh) của một đôi oxy hoá khử liên
hợp(ox/kh):
•
Ví dụ:
Ox + ne ↔ Kh (1)
(Al3+/Al)
Ox + mH+ + ne ↔ Kh + m/2H2O (2)
(MnO4-/Mn2+)
Ox + mH+ + ne ↔ p Kh + m/2H2O (3)
(Cr2O72-/2Cr3+)
Bán cân bằng trao đổi điện tử
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
M
Mn+
M – ne- → Mn+ (1)
Mn+ + ne- → M (2)
(1) chiếm ưu thế hơn (2)
Bán cân bằng trao đổi điện tử
+

+
→
→+
2H 2e - H
M ne
-
2
-n
M
++
+↔+ nH M
2
n

2
HM
n
Bán cân bằng trao đổi điện tử
•
Khi hiện diện trong nước, cặp ox/kh tạo cho dung dịch một thế
(E), theo phương trình Nernst:
(3) ]).(H
)kh(
)ox(
ln[
nF
RT
EE
(2) ]).(H
)kh(

)ox(
ln[
nF
RT
EE
(1)
)kh(
)ox(
ln
nF
RT
EE
m
p
o
mo
o
+
+
+=
+=
+=
Bán cân bằng trao đổi điện tử
•
E0: Thế oxy hóa chuẩn, hằng số đặc trưng cho khả năng oxy
hóa/khử của đôi ox/kh liên hợp, hằng số đặc trưng của bán
CB TĐ ĐT.
R = 8,3144 J.mol-1.K-1
T = 298oK
F = 96493 Cb.mol-1

(ox), (kh): hoạt độ của 2 dạng oxy hóa và khử (với arắn = 1
và pkhí = 1 atm)
•
Ở điều kiện chuẩn (25oC, 1atm, pH=0) và [ox] = [kh] thì:
E = E0
Bán cân bằng trao đổi điện tử
•
Thay hoạt độ bằng nồng độ:
(3) )].[H
]kh[
]ox[
lg(
n
059,0
EE
(2) )].[H
]kh[
]ox[
lg(
n
059,0
EE
(1)
]kh[
]ox[
lg
n
059,0
EE
m

p
o
mo
o
+
+
+=
+=
+=
Bán cân bằng trao đổi điện tử
PbO2↓ + 4H+ + 2e ↔ Pb2+ +2H2O
Cl2 ↑ + 2e ↔ 2Cl-
[ ]
[ ]
+
+
+=
+
2
4
Pb/PbO
o
Pb
H
lg
2
059,0
EE
2
2

[ ]
2
Cl2/Cl
o
Cl
1
lg
2
059,0
EE
2
−
+=
−
Bán cân bằng trao đổi điện tử
•
Quá trình cho - nhận điện tử xảy ra giữa 2 đôi oxy hoá
- khử liên hợp khác nhau.
•
Ví dụ:
Ox1 + n1e ↔ Kh1 Eo1
Kh2 - n2e ↔ Ox2 Eo2

n2Ox1 + n1kh2 n1Ox2 + n2Kh1
Cân bằng trao đổi điện tử
•
Tại cân bằng, Kthuận hoặc Knghịch cho biết
mức độ của phản ứng.
→ Chỉ cần xét một trong 2 giá trị thì suy ra được
chiều phản ứng.

12
21
n
2
n
1
n
1
n
2
nghòch
thuaän
]Kh[]Ox[
]Kh[]Ox[
K
1
K ==
Hằng số cân bằng
•
Mỗi đôi oxy hoá khử có thế như sau:

•
Ở trạng thái cân bằng ta có:
Ecb = E1 = E2
]Kh[
]Ox[
lg
n
059,0
EE

]Kh[
]Ox[
lg
n
059,0
EE
2
2
2
2
0
2
1
1
1
1
0
1
+=
+=
Hằng số cân bằng
)1(Klg
]Ox[]Kh[
]Kh[]Ox[
lg
059,0
)EE(nn
:ñoåi bieán,nn cho veá 2 Nhaân
]Kh[
]Ox[

lg
n
059,0
E
]Kh[
]Ox[
lg
n
059,0
E
:laø Nghóa
21
21
n
1
n
2
n
1
n
2
2
o
1
o
21
21
2
2
2

2
0
1
1
1
1
0
==
−
+=+
Hằng số cân bằng
059,0
).(.
2
0
1
0
21
10)1(
EEnn
K
−
=
Hằng số cân bằng_CBTĐ ĐT
(E10 – E20 ) > 0:
•
K(1) > K(2) → phản ứng theo chiều 1.
•
Ox1 có tính oxy hóa mạnh hơn Ox2.

•
Kh1 có tính khử yếu hơn Kh2.
(E10 – E20 ) < 0: ngược lại
→ E0 : cho biết cường độ dạng oxy hóa.
n
2
Ox
1
+ n
1
Kh
2
n
1
Ox
2
+ n
2
Kh
1
K(1)
K(2)
Dự đoán chiều phản ứng
E0 càng lớn:
•
Tính oxy hóa của dạng Ox càng mạnh
•
Tính khử của dạng Kh càng yếu
→
đôi nào có E0 lớn hơn thì dạng oxy hóa

của nó sẽ oxy hóa dạng khử của đôi kia.
Dự đoán chiều phản ứng
•
Đa số các pứ oxy hóa khử xảy ra trong môi
trường acid, dự đoán có thể sai vì K đã thay
đổi. Giả sử H+ tham gia vào bán cân bằng của
đôi Ox1/pKh1
OmHnpKhnOxnKhnOxn
K
2212212112
2
1
1
++→←+
Dự đoán chiều phản ứng

212
21
][][][
][][
21
12
1
mnnn
pnn
HKhOx
KhOx
K
+
=

→ giá trị K1 phụ thuộc nhiều vào [H+] hay pH
của môi trường.
Dự đoán chiều phản ứng
Cách tạo ra điểm tương đương:
•
Trộn 2 đôi theo số đương lượng bằng nhau:
Thêm dần Ox1 vào Kh2 cho đến lúc đương lượng
chúng bằng nhau:
→ Tại điểm tương đương: Ecb = E1 = E2 = Etđ
→ thế dd đạt được ở cân bằng tại điểm tương đương
gọi là thế tương đương Etđ.
OmHnpKhnOxnmHnKhnOxn
K
22122122112
2
1
1
++→←++
+
Thế tương đương của dd chứa 2 đôi oxy hóa khử
][
][
lg
059,0
][
]][[
lg
059,0
2
2

2
2
1
1
1
1
Kh
Ox
n
E
Kh
HOx
n
EE
o
p
m
o
tđ
+=+=
+
Thế tương đương
_________________________________
(2)
][
][
lg
059,0

(1)

][
]][[
lg
059,0
2
2
2
2
0
2
1
1
1
1
0
1
Kh
Ox
n
EEn
Kh
HOx
n
EEn
tđ
p
m
tđ
+=×
+=×

+
)
][
][
.
][
]][[
lg(.
059,0

E
2
2
1
1
2121
2
0
2
1
0
1
tđ
Kh
Ox
Kh
HOx
nnnn
EnEn
p

m
+
+
+
+
+
=
Giả sử:
•
Trộn V1(ml) dd Ox1 có nồng độ CN1 vào
V2(ml) dd Kh2 có nồng độ CN2 (theo cùng số
ĐL) để đạt được điểm tương đương.
•
Số đương lượng Ox1 và Kh2 tham gia pứ: A
•
Số đương lượng Ox2 và Kh1 sinh ra: A
•
Tại CB: dd (V1+V2) ml với nồng độ cuả các cấu
tử tương ứng [Ox1]; [Kh1]; [Ox2]; [Kh2]
Thế tương đương
Thế tương đương
1
-
11
pKh en
→+
Ox
[ ]
3
2111

3
11N
10).].(.[10 VOxC
−−
+=− VVOxnA
Số đương lượng của Ox1 còn lại tại cân bằng:
3
211
1
10).].(.[
−
+= VVKh
p
n
A
Số đương lượng của Kh1 sinh ra tại cân bằng: