Bài giảng hóa học đại cương chương 7 GV quách an bình

CHƯƠNG 7: CÂN BẰNG HÓA HỌC

PowerPoint Template

7.1 Khái niệm
7.2 Cân bằng hóa học
7.3 Sự chuyển dịch cân bằng

www.themegallery.com

7.4 Cân bằng pha
Company

LOGO
Gv: Quach An Binh

7.1. Khái niệm

Thang 8-2009

7.1.1 Phản ứng thuận nghịch
Phản ứng hóa học có thể chia làm 2 loại
Phản ứng
hóa học

7.1.1 Phản ứng thuận nghịch
Chỉ xảy
ra một
chiều

7.1.2 Độ chuyển hóa

Xảy ra
theo hai
chiều
ngược
nhau

Back
Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

Back
Gv: Quach An Binh

Phản ứng một chiều

Thang 8-2009

Phản ứng một chiều

Phản ứng 1 chiều là phản ứng hóa học
xảy ra cho đến khi chỉ còn lại một
lượng không đáng kể chất phản ứng
(phản ứng hoàn toàn). Khi viết phương
trình phản ứng này người ta sử dụng
dấu “=”.
Ví dụ:
H2O2 = H2O + 1/2O2
KClO3 = KCl + 3/2O2

Enter
Gv: Quach An Binh

Back

Back
Thang 8-2009

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

1


Phản ứng xảy ra 2 chiều

Phản ứng xảy ra 2 chiều

Phản ứng thuận nghịch là phản ứng mà ở
trong cùng một điều kiện phản ứng có
thể xảy ra theo hai chiều ngược nhau. Do
đó hỗn hợp cuối phản ứng còn chứa một
lượng đáng kể chất phản ứng. Khi viết
phương trình phản ứng ta phải dùng 2
mũi tên ngược chiều

Click xem violip 1

Enter

Click xem violip 2

Back

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

Gv: Quach An Binh

7.1.2 Độ chuyển hóa

7.2 Cân bằng hóa học

Vì phản ứng thuận nghịch là phản để
đánh giá mức độ hoàn toàn của phản ứng
người ta sử dụng đại lượng độ chuyển
hóa α
Số mol phản ứng
α=
Số mol ban đầu

7.2.1

7.2.2

Hằng số
cân bằng

Vì phản ứng không hoàn toàn nên α≤1 và
có thể biểu diễn dưới dạng phần trăm hay
số thập phân.

Biểu diễn
hằng số
cân bằng

Back
Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

Back
Gv: Quach An Binh

7.2.1 Hằng số cân bằng

Thang 8-2009

7.2.1 Hằng số cân bằng

Giả sử có phản ứng thuận nghịch
mA + nB

Back
Thang 8-2009

Tức là:

pC + qD

Ở trạng thái cân bằng: vt = vn
Theo định luật tác dụng khối lượng thì:
Vt= kt.CAm.CBn và
Vn= kn.CCp.CDq
Ở trạng thái cân bằng thì:

kt CCp.CDq
=
kn CAm.CBn

Với CA, CB, CC, CD là nồng độ của chất A, B,
C, D lúc cân bằng.
Kcb=

kt
kn

kt.CAm.CBn = knCCp.CDq
Enter
Gv: Quach An Binh

Back
Thang 8-2009

Enter
Gv: Quach An Binh

Back

Thang 8-2009

2


7.2.1 Hằng số cân bằng

7.2.2 Biểu diễn hằng số cân bằng

Kcb là hằng số cân bằng của phản ứng hóa
học
Hằng số cb có giá trị nhất định ứng với to.
Hằng số cb phụ thuộc vào chất tham gia
phản ứng và nhiệt độ phản ứng.

Biểu diễn hằng số cân bằng:
Theo nồng độ:
C p.C q
Kc= Cm D n
CA .CB
Theo áp suất:
Kp=

Hằng số cb cho biết phản ứng diễn ra với
mức độ nào.
Hằng số cb càng lớn thì hiệu suất càng lớn
và ngược lại.

Back

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

7.2.2 Biểu diễn hằng số cân bằng

Kp được gọi là hằng số cân bằng tính theo
Enter
áp suất hơi của các cấu tử. Back
Gv: Quach An Binh

Click xem violip

Thang 8-2009

7.3 Sự dịch chuyển cân bằng

Ở trạng thái cân bằng tính theo áp suất
riêng của các sản phẩm chia cho tích số
áp suất riêng của các các chất(với số mũ
thích hợp) là một hằng số. Giá trị của
hằng số cân bằng chỉ phụ thuộc vào bản
chất phản ứng và nhiệt độ.
Với khí lý tưởng ta dễ dàng thấy giữa hai
hscb trên có quan hệ với nhau bằng biểu
thức:
Kp=Kc(RT)∆n
Gv: Quach An Binh

PCp.PDq

PAm.PBn

7.3.1 Sự dịch chuyển cân bằng
7.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ
7.3.3 Ảnh hưởng của nồng độ
7.3.4 Ảnh hưởng của áp suất

Back
Thang 8-2009

7.3.1 Sự dịch chuyển cân bằng

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

7.3.1 Sự dịch chuyển cân bằng

Khi một hệ phản ứng đang ở trạng thái
cân bằng thì áp suất riêng phần(nồng độ)
của các chất không đổi.
Sự thay đổi trạng thái cân bằng khi điều
kiện bên ngoài thay đổi gọi là sự dịch
chuyển cân bằng.
Dịch chuyển cân bằng có ý nghĩa lớn về
điều khiển hóa học.
Mọi sự dịch chuyển cân bằng đều tuân
theo nguyên lý Le Chartalier.
Enter
Gv: Quach An Binh

Back
Thang 8-2009

Enter
Gv: Quach An Binh

Back
Thang 8-2009

3


7.3.1 Sự dịch chuyển cân bằng

Enter
Gv: Quach An Binh

Back
Thang 8-2009

7.3.1 Sự dịch chuyển cân bằng

Enter
Gv: Quach An Binh

Back
Thang 8-2009

7.3.1 Sự dịch chuyển cân bằng

Enter
Gv: Quach An Binh

Back
Thang 8-2009

7.3.1 Sự dịch chuyển cân bằng

Enter
Gv: Quach An Binh

Back
Thang 8-2009

7.3.1 Sự dịch chuyển cân bằng

Enter
Gv: Quach An Binh

Back
Thang 8-2009

7.3.1 Sự dịch chuyển cân bằng

Enter
Gv: Quach An Binh

Back
Thang 8-2009

4


7.3.1 Sự dịch chuyển cân bằng

7.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ
Từ phương trình:

Click xem violip 1

∆S0
∆H0
+
R
RT

lnKp=-

Click xem violip 2
Click xem violip 3
Click xem violip 4

∆H<0

∆H>0

Tỏa nhiệt

Thu nhiệt

Click xem violip 5
Back
Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

Gv: Quach An Binh

Phản ứng tỏa nhiệt ∆H<0
lnKp =-

Back
Thang 8-2009

Phản ứng thu nhiệt ∆H>0

∆S0
∆H0
+
R
RT

∆S0
∆H0
+
R
RT

lnKp=-

Khi T tăng thì Kp giảm, phản ứng dịch

Khi T tăng thì Kp tăng, phản ứng dịch

chuyển theo chiều nghịch là chiều thu

chuyển theo chiều thuận là chiều thu

nhiệt.

nhiệt.

Khi T giảm thì Kp tăng, phản ứng dịch

Khi T giảm thì Kp giảm, phản ứng dịch

chuyển theo chiều thuận là chiều tỏa

chuyển theo chiều nghịch là chiều tỏa nhiệt.

nhiệt
Gv: Quach An Binh

Back
Thang 8-2009

7.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Enter

Back

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

7.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Có thể tính được hscb tại một nhiệt độ
lnK1 =-

một nhiệt độ khác.

∆S0
∆H0
+
R
RT1

Giả sử ở T1 có K1, ở T2 có K2. Trong một
Hay: ln

khoảng nhiệt độ không lớn lắm từ T1 đến
T2 thì ∆H0 và ∆S0 không thay đổi theo

K2
K1

=-

lnK2 =-

∆H0
R

1

-

bất kỳ khi biết hscb và hiệu ứng nhiệt ở

∆S0
∆H0
+
R
RT1

1

T2 T1

nhiệt độ.
Enter
Gv: Quach An Binh

Back
Thang 8-2009

Enter

Gv: Quach An Binh

Back
Thang 8-2009

5


7.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ
Ví dụ: Xét phản ứng:
2NO(k)+O2(k)
2NO2(k). Biết ở 250C
có hiệu ứng nhiệt(∆H) là -13,6 kcal/mol
và kp= 1,3.106. Hãy xác định Kp ở nhiệt
độ 3250C.
∆H0 1 1
K
Áp dụng CT: ln 2 =K1
R T2 T1
-

K598
K298

=-

-13600
1,987

1

-

ln

1

598 298

Gv: Quach An Binh

Suy ra:K598=12,94
Back
Thang 8-2009

7.3.3 Ảnh hưởng của nồng độ

7.3.3 Ảnh hưởng của nồng độ
Phản ứng: mA + nB
pC + qD
Ta có phương trình:
p
q
∆G= ∆G0 + RTlnK = ∆G0 + RTln CC .CD
CAm.CBn
Trong đó: ∆G0 =-RTlnKcb
Khi pư đạt trạng thái cân bằng thì ∆G =0
Khi tăng nồng độ chất A và B thì biểu thức
sau dấu ln sẽ giảm làm ∆G giảm và trở nên
âm do đó phản ứng tự xảy ra(chiều thuận)

cho đến khi ∆G=0(cân bằng).
Enter
Gv: Quach An Binh

Back
Thang 8-2009

7.3.3 Ảnh hưởng của nồng độ

Khi tăng nồng độ C và D thì ∆G tăng và
trở nên dương và phản ứng xảy ra theo
chiều nghịch.
Kết luận:
- Khi tăng nồng độ tác chất tham gia phản
ứng thì cân bằng chuyển dịch theo chiều
thuận và ngược lại.
Enter
Gv: Quach An Binh

Back
Thang 8-2009

7.3.3 Ảnh hưởng của nồng độ

Enter
Gv: Quach An Binh

Back
Thang 8-2009

7.3.3 Ảnh hưởng của nồng độ
Ví dụ1: Xét phản ứng ở 8500C và có Kc=1
CO2(k) + H2(k)
CO(k) + H2O(k)
- Nồng độ CO2(k)=0,04 mol/l ; H2= 0,64 mol/l
- Nồng độ CO(k)=0,16 mol/l ; H2O= 0,16 mol/l

- Hỏi khi tăng nồng độ CO2(k) hoặc nước
lên 10 lần thì cân bằng chuyển dịch theo
chiều nào.
Giải:
- Khi tăng nồng độ CO2:
∆G=∆G0+RTln
Enter
Gv: Quach An Binh

Back
Thang 8-2009

Enter
Gv: Quach An Binh

CCO1.CH2O1
CCO1.CH2O1
=-RTlnKc+RTln
1.C 1
1
1
CCO2Back
CCO2 .CH2

H2
Thang 8-2009

6


7.3.3 Ảnh hưởng của nồng độ
∆G= -RTlnKc + RTln

CCO1.CH2O1
CCO21.CH21

0,16.0,16
∆G=-1,987.1123.ln1+1,987.1123ln
0,04.0,64
=-5140(cal)
∆G<0: vậy khi tăng CO2 cân bằng chuyển
dịch theo chiều thuận giảm CO2.

7.3.3 Ảnh hưởng của nồng độ
Khi tăng nồng độ nước:
0,16.1,6
∆G=-1,987.1123.ln1+1,987.1123ln
0,04. 0,64
=5140(cal)
∆G>0: vậy khi tăng nồng độ nước, cân
bằng chuyển dịch theo chiều nghịch giảm
nồng độ nước.
Click xem violip 1

Enter

Back

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

7.3.3 Ảnh hưởng của nồng độ
Ví dụ 2: Tại T xác định có 0.80 mole N2
và 0.90 mole H2 để trong bình 1l. Khi
cân bằng 0.20 mole NH3 xuất hiện.Tính
Kc.
Giải:
N 2(g) + 3 H 2(g) ↔ 2 NH 3(g)
Initial
Change

0.80 M 0.90 M
- 0.10 M - 0.30 M

Equilibrium 0.70 M
Kc =

0.60 M

Back
Thang 8-2009

Kp=

PCc.PDd
PAa.PBb

Enter

Back

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

7.3.4 Ảnh hưởng của áp suất

Gọi P là áp suất tổng của hệ
Ta có Pi= Ni.P Với:
- Ni: nồng độ phần mol của khí i.
- Pi: áp suất riêng phần của khí i.
Do đó:

Kp = KN.P∆n
KN=

(NC.P)c(ND.P)d (NCc.NDd)
x P(c+d)-(a-b)
=
(NA.P)a(NB.P)b (NAa.NBb)b

Enter

Khi thay đổi áp suất của hệ thì Kp của
hệ sẽ thay đổi làm thay đổi ∆G của hệ,
do đó cân bằng sẽ chuyển dịch.
Giả sử có phản ứng:
aA + bB = cC + dD

0.20 M

7.3.4 Ảnh hưởng của áp suất

Gv: Quach An Binh

Back
Thang 8-2009

2

Gv: Quach An Binh

Kp=

Click xem violip 2

7.3.4 Ảnh hưởng của áp suất

0
+ 0.20 M

[ NH 3 ] = (0.20) = 0.26
[ N 2 ][ H 2 ]3 (0.70)(0.60)3

2

Enter
Gv: Quach An Binh

Back
Thang 8-2009

NCc.NDd
NAa.NBb

Với:
- KN: hscb tính theo nồng độ phần mol
- NA, NB, NC, ND: nồng độ phần mol của
chất A, B, C, D ở trạng thái cân bằng.

Enter
Gv: Quach An Binh

Back
Thang 8-2009

7


7.3.4 Ảnh hưởng của áp suất
Vì

Ni =

ni

7.3.4 Ảnh hưởng của áp suất

nên khi thế vào biểu

∑ni

thức hscb Kp ta có:
Kp=Kn

P
∑ni

∆n

Kn =

nCc.nDd
nAa.nBb

Với: nA, nB, nC, nD là số mol của chất A, B,
C, D ở trạng thái cân bằng.
Enter
Gv: Quach An Binh

Back
Thang 8-2009

7.3.4 Ảnh hưởng của áp suất

Như vậy hscb KC phụ thuộc vào nhiệt độ
và bản chất của các chất tham gia phản
ứng. Hscb KP, KN, Kn ngoài phụ thuộc vào
nhiệt độ và bản chất của tác chất còn phụ
thuộc vào áp suất chung của hỗn hợp lúc
cân bằng.
Khi ∆n =0 tức tổng số mol khí ở hai vế
bằng nhau thì:
KP= KN= Kn=KC
Enter

-Ở nhiệt độ cố định, khi thay đổi P(P chung
của hệ) hoặc số mol khí của tác chất hay
của sản phẩm thay đổi tức là ∆n thay đổi
thì ∆G thay đổi.
- Cụ thể có 3 trường hợp:

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

7.3.4 Ảnh hưởng của áp suất
Cụ thể có 3 trường hợp

Ở trạng thái cân bằng thì:
∆G= ∆G0 + RTlnKp= ∆G0 + RTlnKN.P∆n = 0

Enter

Back

Gv: Quach An Binh

∆n = 0

∆n < 0
Kết luận
∆n > 0

Back
Thang 8-2009

7.3.4 Ảnh hưởng của áp suất

Back
Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

7.3.4 Ảnh hưởng của áp suất

Khi ∆n=0: ta có ∆G = ∆G0 =0 tức là

Khi ∆n>0: tức là số phân tử khí của sản

trạng thái cân bằng của hệ không thay

phẩm lớn hơn của tác chất.

đổi khi áp suất chung của hệ không thay

- Khi áp suất chung của hệ tăng thì phản
ứng dịch chuyển theo chiều nghịch (giảm

đổi.

số phân tử khí).
- Khi áp suất chung của hệ giảm thì phản
ứng dịch chuyển theo chiều thuận (tăng
Back
Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

số phân tử khí).
Gv: Quach An Binh

Back
Thang 8-2009

8


7.3.4 Ảnh hưởng của áp suất

7.3.4 Ảnh hưởng của áp suất

Khi ∆n<0: tức là số phân tử khí của sản

Kết luận

phẩm nhỏ hơn của tác chất.
- Khi áp suất chung của hệ tăng thì phản

- Khi tăng áp suất của hệ cân bằng, cân

ứng dịch chuyển theo chiều thuận (tăng

bằng sẽ dịch chuyển theo chiều giảm số

số phân tử khí).

phân tử khí của hệ.

- Khi áp suất chung của hệ giảm thì phản
ứng dịch chuyển theo chiều nghịch (giảm
số phân tử khí).
Gv: Quach An Binh

Back
Thang 8-2009

7.3.4 Ảnh hưởng của áp suất

Enter

Thang 8-2009

7.4 Cân bằng pha

7.4.2

Back
Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

7.4.1Khái niệm pha và cân bằng pha

Khái niệm pha và cân bằng pha

7.4.1.1
Khái
niệm

Giản đồ trạng thái của nước

Back
Gv: Quach An Binh

Back
Thang 8-2009

7.3.4 Ảnh hưởng của áp suất

Back

Gv: Quach An Binh

7.4.1

Enter
Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

7.4.1.2
Số bậc
tự do

Back
Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

9


7.4.1.1 Khái niệm

7.4.1.1 Khái niệm

Pha là tập hợp các phần tử đồng nhất của
một hệ có thành phần tính chất lý học và
hóa học giống nhau và có bề mặt phân

Hệ đồng thể

Hệ dị thể

chia với các phần tử khác của hệ được gọi
là pha (f).

Cấu tử
Enter

Back

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

Back
Gv: Quach An Binh

Hệ đồng thể

Thang 8-2009

Hệ dị thể

Hệ đồng thể: là hệ có các phần có các

Hệ dị thể: là hệ có các phần có các tính

tính chất đồng nhất và không có bề mặt

chất khác nhau, giữa các phần đó có bề

phân chia pha.

mặt phân chia pha.

Ví dụ: Cốc nước đường, một hỗn hợp

Ví dụ: một cốc nước đá đang tan.

không khí

Back
Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

Back
Gv: Quach An Binh

Cấu tử

Cấu tử

Cấu tử là phần hợp thành của hệ có thể
tách ra khỏi hệ và tồn tại bên ngoài hệ
được gọi là cấu tử.
Ví dụ: hỗn hợp rượu và nước là hai cấu
tử.
Số cấu tử độc lập là số cấu tử tối thiểu
cần thiết để xác định thành phần các pha
của hệ và được ký hiệu là k.

Enter
Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

Back
Thang 8-2009

Nếu trong hệ không có phản ứng hóa học
thì số cấu tử độc lập đúng bằng số cấu tử
của hệ.
Số cấu tử độc lập = Số cấu tử- Số
phương trình liên hệ giữa các cấu tử.
Ví dụ:
Fe2O3(r) + 3CO(k) ↔ 2Fe + 3CO2(k)

Số cấu tử độc lập là 3 vì có một phương
trình liên hệ giữa các cấu tử.
Enter
Gv: Quach An Binh

Back
Thang 8-2009

10


7.4.1.2 Số bậc tự do

7.4.2 Giản đồ trạng thái của nước

Bậc tự do là số thông số của hệ mà người
ta có thể thay đổi tùy thích mà không làm
thay đổi trạng thái của hệ. Ký hiệu là C.
Quy tắc pha do nhà khoa học Gibbs phát
minh năm 1874. Giữa bậc tự do, cấu tử,
pha và n(yếu tố tác động vào hệ)
C=k–f+n

n: yếu tố bên ngoài tác động vào hệ
thường là nhiệt độ và áp suất(n=2).
C=k–f+2

Back

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

7.4.2 Giản đồ trạng thái của nước

Enter
Gv: Quach An Binh

Back
Thang 8-2009

7.4.2 Giản đồ trạng thái của nước
Giản đồ biểu diễn sự phụ thuộc trạng thái

2

của hệ và cân bằng pha trong hệ đó vào
điều kiện bên ngoài được gọi là giản đồ

Violip

trạng thái.

1
3
Enter

Back

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

7.4.2 Giản đồ trạng thái của nước

Back
Thang 8-2009

7.4.2 Giản đồ trạng thái của nước
Các đường OA, OB, OC là đường ranh giới
giữa các vùng. Các đường này biểu diễn
cân bằng giữa các pha:

A

c

Enter
Gv: Quach An Binh

- OA:cân bằng lỏng-hơi(đường hóa hơi).
- OB:cân bằng Rắn-hơi(đường thăng hoa).
- OC:cân bằng Lỏng-rắn(đường nóngchảy).

o

- Điểm O biểu diễn cân bằng của ba pha
Rắn-lỏng-hơi gọi là điểm ba.

B

Enter
Gv: Quach An Binh

Back
Thang 8-2009

Enter
Gv: Quach An Binh

Back
Thang 8-2009

11

7.4.2 Giản đồ trạng thái của nước

7.4.2 Giản đồ trạng thái của nước

Pressure

Click violip 1

Điểm ba

Click violip 2
Click violip 3

Enter

Temperature

Gv: Quach An Binh

Back

Enter

7.4.2 Giản đồ trạng thái của nước
-

Các vùng Rắn, lỏng và hơi riêng biệt:
Chỉ là một chất là nước nên k=1.

Chỉ có một pha(rắn, lỏng, khí) nên f=1
n=2
Suy ra C= k-f+n = 1-1+2=2
Hệ có hai bậc tự do nghĩa là ta có thể
thay đổi tùy ý cả nhiệt độ và áp suất mà
vẫn giữ được trạng thái rắn lỏng khí
tương ứng.
Enter
Gv: Quach An Binh

Back
Thang 8-2009

Back

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

Thang 8-2009

7.4.2 Giản đồ trạng thái của nước
-

Đường OA, OB, OC.
Chỉ là một chất là nước nên k=1.
Gồm 2 pha nên f=2
n=2
Suy ra C= k-f+n = 1-2+2=1
Hệ có một bậc tự do nghĩa là để duy trì

hệ ở trạng thái cân bằng 2 pha ta có thể
thay đổi thay đổi một trong 2 là nhiệt độ
và áp suất.
Enter

Back

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

7.4.2 Giản đồ trạng thái của nước
-

Tạo điểm O(điểm ba)
Chỉ là một chất là nước nên k=1.
Gồm 3 pha nên f=3
n=2
Suy ra C= k-f+n = 1-3+2=0

Add your company slogan

- Bậc tự do bằng 0 nên hệ là bất biến.
Muốn duy trì cân bằng ba pha không thể
thay đổi cả nhiệt độ và áp suất.
Enter
Gv: Quach An Binh

Company

Back

LOGO

Back

Thang 8-2009

12