Bài giảng cân bằng hóa học – ths ngô gia lương

Cân bằng hóa học
ThS Ngô Gia Lương
HUI© 2006


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


8.1.P/u thuận nghịch & Trạng thái cân bằng
8.1.1. Phản ứng thuận nghịch
 Phản ứng một chiều
Ví dụ :

2 KNO3( R ) → 2 KNO2 ( R ) + O2 ( K )

Chiều p/u : một chiều T→P
p/u bất thuận nghịch (p/u hoàn toàn)
Dùng dấu “ → ” : chỉ chiều p/u.


8.1.P/u thuận nghịch & Trạng thái cân bằng
8.1.1. Phản ứng thuận nghịch
 Phản ứng thuận nghịch

Ví dụ :

H 2( k ) + I 2( K )

P/u thuận : chiều T→P
P/u nghịch : chiều P→T



2 HI ( K )

Phản ứng thuận nghịch

Dùng dấu “ ” : chỉ chiều p/u.


8.1.P/u thuận nghịch & Trạng thái cân bằng
8.1.2.Trạng thái cân bằng
Ví dụ

H 2(k )

Tốc độ p/u
Lúc đầu (

τ1 )

Tiếp tục p/u ( ↑ τ )
Thời gian ( τ 2 )

+

I 2( K )

Vt = K t C H 2 C I 2
C H 2 & C I 2 : lon
C HI ; nho

C H 2 & C I 2 :↓
C HI :↑



2 HI ( K )

Vn = K nC HI2
Vt > Vn

↓ Vt & ↑ Vn

Vt = Vn

Số ptử H2 & I2 → HI = Số ptử HI → H2 & I2
Nồng độ các chất = const ⇒ Trạng thái cân bằng


8.2.Hằng số cân bằng & Diễn biến QT hoá học

8.2.1.Hằng số cân bằng của phản ứng
Hệ đồng thể

aA +
bB  cC +
Vt = K t C C
a
A

Vn = K nCCc C Dd

b
B

Khi cân bằng Vt = Vn → K t C C = K nC C
a
A

Hằng số cân bằng

dD

b
B

K t CCc C Dd
Kc =
= a b
K n C ACB

c
C

d
D


8.2.Hằng số cân bằng & Diễn biến QT hoá học

8.2.1.Hằng số cân bằng của phản ứng
P/u khí lý tưởng
c
d
 nC RT   nD RT 
 V   V 
c d
P P
K cb = K p = Ca Db =  C  a  D  b
PA PB  n RT   n RT 
A
B
 V   V 
 A   B 

CCc C Dd
( c + d − a −b )
K cb = K p = a b ( RT )
C AC B
( ∆n )
(
)
K p = K c RT

Biến thiên số mol khí


8.2.Hằng số cân bằng & Diễn biến QT hoá học
8.2.1.Hằng số cân bằng của phản ứng
Hệ di thể :
 R–K
CaCO3(R)  CaO(R)
K cb =

CCaO CCO2
CCaCO3

 R–L
K cb =

C Na + CCl −
C NaCl

→ K cb

CCaCO3
CCaO

= CCO2 = PCO2 = K p

+ CO2(k)
K cb = K P = PCO2

NaCl(R) + H2O(l)  NaCl(dd) + H2O(l)

NaCl(R)



→ K cbC NaCl = C Na + CCl − = K c

Na+ +
ClK cb = K c = C Na + CCl −


8.2.Hằng số cân bằng & Diễn biến QT hoá học
8.2.2.Phương trình đẳng nhiệt Van’t Hoff
dQ = dU − VdP
Ng.lý 1 :
dU − VdP = TdS
Ng.lý 2 : dS = dQ → dQ = TdS

dU = TdS + VdP = dH

T

G = H − TS
Năng lượng Gibbs
dG = d ( H − TS ) = dH − (TdS + SdT )
dG = (TdS + VdP ) − (TdS + SdT ) = VdP − SdT

Ở T = const →

dT = 0

RT
dG = VdP =
dP
P
G = G0 + RT ln

P
= Go + RT ln K P
Po

G

P

dP
P
P0

∫ dG = RT ∫

Go


8.2.Hằng số cân bằng & Diễn biến QT hoá học
8.2.3.Quan hệ hằng số cân bằng Kcb & Biến thiên thế đẳng áp
 Phản ứng đồng thể
aA
+
bB



cC

+

dD

∆GT = ∆GTo + RT ln Q
∆GT
∆GTo -

Biến đổi thế đẳng áp ở nhiệt độ T
Biến đổi thế đẳng áp tiêu chuẩn ở nhiệt độ T
R = 8.314J/moloK Hằng số khí
CA , CB , CC , CD - Nồng độ chất A, B, D, C
CCd]c [C D ]d
a, b,[c,
Q=
[C A ]a [C B ]b

Hệ số trong phương trình p/u
Tỷ số nồng độ các chất phản ứng


8.2.Hằng số cân bằng & Diễn biến QT hoá học

8.2.3.Hằng số cân bằng Kcb & Biến thiên thế đẳng áp
Khi cân bằng ∆GT = 0
[CC ]c [C D ]d  [CC ]c [C D ]d 

 = Kc
Q=
=
a
b
a
b
[C A ] [C B ]  [C A ] [C B ]  cb

 P/u của chất khí
∆GT = 0
Khi[ Pcân
bằng
]c [ P ]d  [ P ]c [ P ]d 
Q=

c
D

 = KP
=
a
b
a
b
[ PA ] [ PB ]  [ PA ] [ PB ]  cb
c

D

∆G = − RT ln K c
o
T

∆GTo = − RT ln K P


8.2.Hằng số cân bằng & Diễn biến QT hoá học
8.2.3.Hằng số cân bằng Kcb & Biến thiên thế đẳng áp
Mối quan hệ :

Biết

∆GTo

∆GTo = − RT ln K P
∆GTo = − RT ln K C

→ Tính được

K

Biết chiều diễn biến → Mức độ & Hiệu suất p/u
K>0

∆GTo < 0

P/u tự xảy ra

↑↑ K

∆GTo << 0

↑P/u tự xảy ra
↑ Hiệu suất


8.2.Hằng số cân bằng & Diễn biến QT hoá học
8.2.3.Hằng số cân bằng Kcb & Hiệu ứng nhiệt phản ứng

∆G = − RT ln K
o
T

− RT ln K = ∆H o − T∆S 0

&

∆GTo = ∆H 0 − T∆S o
− ∆H o ∆S 0
ln K =
+
RT
R

Trong khoảng nhiệt độ hẹp : ∆H = const & ∆S = const
Tại T1 →

− ∆H o ∆S 0
ln K1 =

+
K1 →
RT1
R

Tại T2 →

− ∆H o ∆S 0
ln K 2 =
+
K2 →
RT2
R

HUI© 2006

o
∆
H
1 1 
K2
ln
=
 − 
K1
R  T1 T2 

General Chemistry:

Hằng số cân bằng cho phản ứng đồng thể
(Dung dịch lỏng , loãng)
aA(dd) + bB(dd) ⇌ cC(dd) + dD(dd)

KC = (

CCc C Dd
C Aa C Bb

) cb


Phản ứng dị pha
CaCO3(r) ⇌ CaO(r) + CO2(k)
K ′p = (

p CaO p CO 2
p CaCO3

K P = K c RT

) cb

K p = K′p

p CaCO3
p CaO

= ( p CO 2

(

K c = C CO 2

)

) cb

cb

Trong biểu thức của hằng số cân bằng K không xuất hiện
các thành phần sau: chất rắn nguyên chất, chất lỏng
nguyên chất, dung môi.


C2H4 (k) + H2 (k) ⇌ C2H6 (k)
pC2H6
Kp =
pC2H4 x pH2

NO2 (k) + SO2(k) ⇌ NO(k) + SO3(k)
pNO x pSO3
Kp =
pNO2 x pSO2

2SO2 (k) + O2(k) ⇌ 2SO3(k)
p2SO3
Kp =
p2SO2 x pO2

Fe3O4 (r) + 4 H2 (k) ⇌ 3 Fe (r) + 4 H2O(k)
p4 H2O
Kp =
p4H2

Ca(HCO3)2(r) ⇌ CaO(r) + 2CO2(k) + H2O(k)
Kp = p2CO2 x p H2O


Mg(OH)2(r) ⇌ Mg2+(dd) +
2OH-(dd)
K = [Mg2+]cb .[OH-]2cb = T Mg(OH)2 - Tích số tan
CH3COOH(dd) + H2O ⇌ CH3COO- (dd) + H3O+

[
H O ][CH COO ]
=
+

Ka

−

3

3

[ CH 3COOH]

Hằng số điện ly của axit

NH4OH (dd) ⇌ NH4+ (dd) + OH-(dd)
Kb

[
NH ][OH ]
=
+
4

−

[ NH 4OH]

Hằng số điện ly của baze


CH3COONa (dd) + 2H2O ⇌ CH3COOH(dd)
+NaOH(dd)
CH3COO- (dd) + 2H2O ⇌ CH3COOH (dd) +
OH- (dd)

Kt

[
CH 3COOH ][OH
=

[CH COO ]

−

3

−

]

Hằng số thuỷ phân


8.3.Yếu tố ảnh hưởng cân bằng.
Nguyên lý Le Châtelier

8.3.1.Nguyên lý Le Châtelier
8.3.2,Ảnh hưởng của nhiệt độ
8.3.3.Ảnh hưởng của nồng độ
8.3.4.Ảnh hưởng của áp suất


Nguyên lý chuyển dịch cân bằng Le Chatelier
Phát biểu: Một hệ đang ở
trạng thái cân bằng mà ta
thay đổi một trong các thông
số trạng thái của hệ (nồng
độ, nhiệt độ, áp suất) thì
cân bằng sẽ dịch chuyển
theo chiều có tác dụng
chống lại sự thay đổi đó.

8.3.Yếu tố ảnh hưởng cân bằng. Ng.lý Le Chatelier
8.3.2.Ảnh hưởng của nồng độ
aA
+
bB

cC
+
dD
c
d
[
C
]
[
D
]
Trạng thái cân bằng
Kc =
= const
a
b
[ A] [ B]

 Tăng nồng độ chất đầu
↑ [ A]; ↑ [ B ]
Vì Kc = const

↑[C] ; ↑[D]

P/u : T → P : ↓[A] ; ↓[B]

 Tăng nồng độ sản phẩm
↑ [C ]; ↑ [ D ]
Vì Kc = const

↑[A] ; ↑[B]

P/u : P → T : ↓[C] ; ↓[D]

HUI© 2006

General Chemistry:


Ảnh hưởng của nồng độ tới chuyển dịch cân bằng


Ảnh hưởng của nồng độ tới chuyển dịch cân bằng


8.3.Yếu tố ảnh hưởng cân bằng. Ng.lý Le Chatelier
8.3.3.Ảnh hưởng của nhiệt độ

∆GTo = − RT ln K

&

− RT ln K = ∆H o − T∆S 0

− ∆H

∆S = const
∆H > O (p/u thu nhiệt)
↑ T →↑

− ∆H
→↑ K
RT

K =e

∆GTo = ∆H 0 − T∆S o
− ∆H o ∆S 0
ln K =
+
RT
R
o

RT

P/u: T→ P ( chiều thu nhiệt)

∆H < O (p/u tỏa nhiệt)
↓ T →↓ −

∆H
→↓ K
RT

P/u: P→ T ( chiều tỏa nhiệt)

HUI© 2006

General Chemistry: