Cân bằng hóa học

Analytical Chemistry/ II. Chemical Equilibrium PTNNguyen-HCMUS 1
Chương
Chương
2 (
2 (
tt
tt
)
)
CÂN B
CÂN B
Ằ
Ằ
NG H
NG H
Ó
Ó
A H
A H
Ọ
Ọ
C
C
II.1 Phản ứng thuậnnghịch và cân bằng hóa học
II.2 Năng lượng tự do và hằng số cân bằng
II.3 Vậndụng hằng số cân bằng
II.4 Nguyên lý Le Châtelier
II.5 Mộtsố tính toán từ hằng số cân bằng
II.6 Hằng số cân bằng củamộtsố phản ứng
A
. Phản ứng kếttủa

B. Phản ứng Acid-base
C. Phản ứng tạophức
D. Phản ứng Oxy hóa-khử
2
1. Biểudiễnhằng số cân bằng trong các phản ứng sau
+-
34
2- -
2
2- 2- 4- 4-
4
-
332
+
33
a) NH ( ) HCl ( ) NH ( ) + Cl ( )
b) PbI ( ) S ( ) PbS( ) + 2I
c) CdY ( ) 4CN ( ) Cd(CN) ( ) + Y ( ) [Y = EDTA]
d) AgCl( ) 2NH ( ) Ag(NH ) ( ) + Cl ( )
e) BaCO ( ) 2H O (
aq aq aq aq
saq s
aq aq aq aq
saq aqaq
sa
−
+
+
+
+

+
+




2+
23 2
) Ba ( ) + HCO( ) 2HO()qaqaql+
3
II.4 Nguyên lý Le Châtelier
+-
5
33
3
[H O ][CH COO ]
1.75 10
[CH COOH]
a
K
−
==×
-+
3233
CH COOH( ) + H O ( ) CH COO ( ) + H O ( )aq l aq aq
→ chiềucânbằng thay đổi
→ Nguyên lý Le Châtelier: dựđoán chiềucânbằng
Cân bằng mới đượcthiếtlập theo chiều làm giảmhay
chống lạivớisự thay đổi đãápdụng cho hệ cb
K

a
= const.
[H
3
O
+
], [CH
3
COO], [CH
3
COOH] → thay đổi
Điềukiệnphản ứng (nhiệt độ, áp suất, nông độ) → thay đổi
4
thêm khí N
2
thựchiện
trong bình hở
thêm chấtxúc
tác
thêm NaCl
pha loãng dd
thêm chấthút
ẩm
Kếtquảthay đổiHệ phản ứng
22 2
CO + H H O(g) + (1) CO→
22
H (g) + I ( ) 2HI g)(2) (g →
No change
24 24

NaCl(s) + H SO ( ) Na SO (s) + HCl )) g(3 (l →
+-
HCN(aq) H (aq) + (4) CN (aq)→
+-
AgCl(s) (aq) + Cl(5) (aq) Ag→
22 3
N + 36 H) ( 2NH→
No change
 Ảnh hưởng củanồng độ lên cân bằng
5
 Ảnh hưởng củaápsuất lên cân bằng
2 24
2NO ))N( O (gg
• Tăng áp suất ⇔ giảmthể tích
NO
2
N
2
O
4
• Giảmápsuất:
N
2
O
4
NO
2
N
2
O

4
NO
2
(khí nâu) (không màu)
Sự thay đổiápsuấtchỉảnh hưởng đáng kểđếnp.ứng
trong đócósự thay đổisố mole khí
6
2 2 4 khi
2NO() NO(), n 1 2 1ggΔ =− =−
Sự thay đổiápsuấtchỉảnh hưởng đáng kểđếnp.ứng
trong đócósự thay đổisố mole khí
khi sanpham tacchat
nn nΔ= −
22
N() + O 2NO(), 0
khi
ggnΔ =

→ Sự thay đổiápsuất ảnh hưởng nhiều đếncbp.ứng
→ Sự thay đổiápsuất không ảnh hưởng đếncbp.ứng
• Phản ứng vớitácchấtlàrắn, lỏng bỏ qua sựảnh hưởng
củaápsuất
• Ngoạilệ
7
• Ngoạilệ: ở áp suấtrấtthấpnhưởsau trong lòng đất
hay đáy đạidương
Ví dụ: Hòa tan đávôi
2+ 2-
33
CaCO (s) Ca + CO

 áp suấtdưới đáy Thai Binh Duong > ĐạiTâyDương
→ o đáy ĐạiTâyDương tồntạidạng CaCO
3
lớnhơn
8
The commercial production of hydrogen is carried out by treating natural
gas with steam at high temperatures and in the presence of a catalyst
(“steam reforming of methane”):
CH
4
+ H
2
O → CH
3
OH + H
2
Given the following boiling points: CH4 (methane) = –161°C, H
2
O =
100°C, CH
3
OH = 65°, H
2
= –253°C, predict the effects of an increase in
the total pressure on this equilibrium at 50°, 75° and 120°C.
120
70
50
results
Δn

g
EquationTemp.
42 3 2
CH )+H O( ) CH OH( )+H ( )
(
g llg→
0
42 3 2
CH )+H O( ) CH OH( )+H ( )
(
g lgg→
1
0
42 3 2
CH )+H O( ) CH OH( )+H ( )
(
g ggg→
9
 Ảnh hưởng củanhiệt độ lên cân bằng
22 4
NO2() ()QO + N
gg

• Tăng nhiệt độ
NO
2
N
2
O
4

• Giảm nhiệt độ
N
2
O
4
NO
2
N
2
O
4
NO
2
(khí nâu) (không màu)
10
II.5 Mộtsố tính toán từ hằng số cb
1) Xét phản ứng cân bằng sau:
A + B C + D

[ ][ ]
[][]
CD
0.30
AB
K ==
Giả sử phản ứng xảyravới0.20 mol chất A và 0.50 mol chấtB được
hòa trong 1.00 L. Tính nồng độ củatácchấtvàsảnphẩm ở cân bằng
• [A] = 0.20 M; [B] = 0.05 M
[A] [B] [C] [
0.20 0.50 0

D]


t0: 0=
- - t x xxx+ +
(0.20 - ) (0.50 - ) t
cb x xx x
=
[A]
cb
, [B]
cb
[C]
cb
[D]
cb
= ?
11
[ ][ ]
[][]
CD
0.30
AB
K ==
[A] [B] [C] [
0.20 0.50 0
D]


t0: 0=

- - t
x xxx
+ +
(0.20 - ) (0.50 - ) t
cb x xx x
=
2
0.30
(0.20 )(0.50 )
x
xx
=
−
⇒
−
2
0.70 0.21 0.03 0xx⇔ + −=
2
4
2
bb ac
x
a
−± −
=
0.11M=
[A] 0.20 0.09
[B] 0.50 0.39
[C] [D] 0.11
x M

x M
x M
= −=
=−=
===
12
2) Xét phản ứng cân bằng sau:
A + B C + D

[ ][ ]
[][]
16
CD
2.0 10
AB
K ==×
Giả sử phản ứng xảyravới0.20 mol chất A và 0.50 mol chấtB được
hòa trong 1.00 L. Tính nồng độ củatácchấtvàsảnphẩm ở cân bằng
Nhậnxét:
• vì K >>, p.ứ gầnnhư dịch chuyển hoàn toàn về sảnphẩm
• Gọix lànồng độ củaA ở cân bằng → x <<, ở dạng vết
[A]
[B] (0.50 0.20) 0.30
[C] [D] 0.20
x
x x
x
=
= −+=+
== −

Tạicânbằng:
13
Tạicânbằng:
A + B C + D
(0.30 ) (0.20 ) (0.20 )
x xxx+ −−

Vì [A] = x , rấtnhỏ → x << 0.3 và 0.2
[A]
[B] 0.30
[C] [D] 0.20
x
=
≈
=≈
[ ][ ]
[][]
16
CD
2.0 10
AB
K ==×
16
(0.20)(0.20)
2.0 10
(0.30)x
=×⇔
-18
[A]=6.7 10x M×⇒ =
Khi nồng độ << 0.01 K

cb
→ bỏ qua x
14
3) Xét phản ứng cân bằng sau:
A + 2B 2C
[ ]
[][]
2
10
2
C
1.0 10
AB
K ==×
Giả sử 0.10 mol chấtA phản ứng xảyravới 0.20 mol chấtB
trong the tích 1000ml. Tính nồng độ của A, B, C ở cân bằng
 Nhận xét: vì K >> và [A] = ½ [B] → p.ứ giữa A và B gần
như hoàn toàn, chi còn lạidạng vết
 Gọix lànồng độ củaA ở cân bằng
[A]
[B] 2
[C] 0.20 2 0.20
x
x
x
=
=
=−≈
15
Tạicânbằng:

A + 2B 2 C
2 0.20
xx

2
10
2
(0.20)
1.0 10
(x)(2x)
K ==×
-4 4
[A]= 1.0 10 ; 2 2.0 10x MB x M
−
⇒ =×==×
[ ]
[][]
2
10
2
C
1.0 10
AB
K ==×
16
4) Xét phản ứng cân bằng sau:
AB A + B
T
ính nồng độ cân bằng của A và B trong 0.10M dd củachất
điệnlyyếu AB, có hằng số cănbằng là 3.0 x 10

-6
AB A + B
[ ]
[ ]
[]
6
AB
3.0 10
AB
cb
K
−
==×
0.10- x xx
 Gọix = nồng độ sảnphẩmlúccânbằng
 K <<, bỏ qua x trong [AB] →[ AB] = 0.10 –x ~ 0.10
6
()()
3.0 10
0.10
cb
xx
K
−
==×
4
[A] [B] 5.5 10 Mx
−
===×→