CÂN b NG hóa h c aaaaaaa

11/12/2014

CÂN BẰNG HÓA HỌC

CÂN BẰNG HÓA HỌC
Trạng thái cân bằng:

Phản ứng:
aA + bB

Thuận

vthuận = vnghịch

cC + dD

Nghịch

- Phản ứng thuận
- Phản ứng nghịch

CÂN BẰNG HÓA HỌC
Phản ứng : 2NO2(k)
Ban đầu

Phản ứng

N2O4(k)
Cân bằng

CÂN BẰNG HÓA HỌC

Trạng thái cân bằng: trạng thái động
Định luật tác dụng khối lượng:
lượng Cato Maximilaian
Guldberg và Peter Waage (1864)
KC =

[C ]c [D]d
[A]a [B ]b

[A], [B], [C], [D]: nồng độ mol/L của các chất tại vị
trí cân bằng
KC: hằng số cân bằng (phản ứng trong dung dịch)

1


11/12/2014

CÂN BẰNG HÓA HỌC

CÂN BẰNG HÓA HỌC
Mối liên hệ giữa KC và KP

Phản ứng pha khí:
c

KP =

d

PC PD
a
b
PA PB

PC, PD, PA, PB: áp suất riêng phần của các khí tại vị trí
cân bằng
KP: hằng số cân bằng

CÂN BẰNG HÓA HỌC
Phản ứng:
N2 (k) + 3H2 (k)
2NH3 (k)
o
Tại 500 C, KC = 0,286. Xác định KP của phản ứng
tại nhiệt độ này.
Hằng số khí lí tưởng:
R = 0,082 L.atm.mol-1.K-1 = 8,314 J.mol-1.K-1

PV = nRT
P = (n/V)RT = CRT

KP =

∆n
CCc .C Dd
( c + d ) − ( a +b )
(
RT
)

=
K
(
RT
)
C
C Aa .C Bb

CÂN BẰNG HÓA HỌC
Nhiệt động học
K liên quan đến hoạt độ (a)
a=

C (mol / L) P(atm)
=
1(mol / L) 1( atm)

K: không có đơn vị

2


11/12/2014

CÂN BẰNG HÓA HỌC

CÂN BẰNG HÓA HỌC

VD: Một hỗn hợp đạt trạng thái cân bằng ở 230oC
gồm 0,0126 mol PCl5, 0,0148 mol PCl3 và 0,0870

mol Cl2. Tính KC tại 230oC của phản ứng sau:

Cân bằng của phản ứng dị thể
Hoạt độ của chất rắn hay lỏng tinh khiết là 1

PCl3(k) +Cl2(k)

PCl5(k)

Cho biết thể tích bình chứa là 4,00L.

CÂN BẰNG HÓA HỌC
VD:

2SO2(k) + O2(k)
KP =

VD:

2
SO3

P

2
PSO
.PO2
2

2SO3(k)

& KC =

2NH3(k) + H2SO4(l)

KP =

[ SO3 ]2
[ SO2 ]2 .[O2 ]

(NH4)2SO4(r)

1
1
& KC =
2
PNH 3
[ NH 3 ]2

Không có sự hiện diện của chất rắn hay lỏng
trong hằng số cân bằng

CÂN BẰNG HÓA HỌC
Tính chất của hằng số cân bằng
Hằng số tại một nhiệt độ nhất định
Phụ thuộc nhiệt độ
Không phụ thuộc vào nồng độ ban đầu của các chất
Thay đổi khi hệ số tỉ lượng của phương trình thay đổi
Kthuận = 1/Knghịch

3

11/12/2014

CÂN BẰNG HÓA HỌC

CÂN BẰNG HÓA HỌC

500oC

Phản ứng: N2(k) + 3H2(k)

2NH3(k)

Thí
nghiệm
1

Ccb (M)

K

[N2] = 0,921
[H2] = 0,763
[NH3] = 0,157
[N2] = 0,399
[H2] = 1,197
[NH3] = 0,203

6,02.10-2

2

Co (M)
[N2]0 = 1,00
[H2]0 = 1,00
[NH3]0 = 0
[N2]0 = 0
[H2]0 = 0
[NH3]0 = 1,00

6,02.10-2

VD1: Phản ứng tiến hành ở 425oC
2HI(k)
H2(k) + I2(k)
KC = 1,84
Tính KC của phản ứng sau:
H2(k) + I2(k)
2HI(k)
VD2: Cho phản ứng sau ở 900oC
CS2(k) + 4H2(k)
CH4(k) + 2H2S(k)
KC = 27,8
Tính KC của phản ứng:
CH4(k) + H2S(k)
CS2(k) + 2H2(k)

CÂN BẰNG HÓA HỌC
Phản ứng là tổng của 2 hay nhiều phản ứng khác:

Ktổng = K1×K2×K3…

Sử dụng hằng số cân bằng:
bằng phạm vi phản ứng
xảy ra
K > 1: phản ứng tạo ra sản phẩm ưu tiên

VD:
N2(k) + O2(k)
O2(k) + 2NO(k)
Phản ứng tổng:
N2(k) + 2O2(k)

CÂN BẰNG HÓA HỌC

2NO(k)
2NO2(k)

K1 = 4,3.10-25
K2 = 6,4.109

2NO2(k)

K=?

K < 1: phản ứng tạo ra tác chất ưu tiên
VD: N2(k) + O2(k)
C2H4(k) + H2(k)

2NO(k)

KC = 4,6.10-31

C2H6(k)

KC = 1,3.1021

4


11/12/2014

CÂN BẰNG HÓA HỌC
VD: Phản ứng phân hủy HF ở 25oC
2HF(k)

H2(k) + F2(k)

KC = 1,0.10-95

CÂN BẰNG HÓA HỌC
Sử dụng hằng số cân bằng:
bằng dự đoán chiều hướng của
phản ứng

Phản ứng đạt cân bằng trong bình chứa 1L thì số

Q=

mol HF là 1mol. Số mol H2 khi cân bằng là bao

nhiêu? Xác định hướng ưu tiên của phản ứng?

[C ]c [D]d
[A]a [B ]b

[C], [D], [A], [B]: nồng độ các chất tại các vị trí ≠ cân bằng

CÂN BẰNG HÓA HỌC

CÂN BẰNG HÓA HỌC
VD: Phản ứng sau ở 24oC

Q=0
(tác chất)

Phản ứng theo
chiều thuận, tạo
ra sản phẩm

K

Q= ∞
(sản phẩm)

Phản ứng theo
chiều nghịch, tạo
ra tác chất

2NOBr(k)

2NO(k) + Br2(k)

KC = 3,07.10-4

Xác định chiều hướng của phản ứng trong mỗi
trường hợp sau:
a.
b.
c.
d.

[NOBr]
0,072
0,121
0,103
0,0472

[NO]
0,0162
0,0159
0,0134
0,0121

[Br2]
0,01234
0,0139
0,0181
0,0105

5

11/12/2014

CÂN BẰNG HÓA HỌC
Sử dụng hằng số cân bằng:
bằng xác định nồng độ tại
vị trí cân bằng
VD: Phản ứng khử CO2 bằng C tại 800oC
CO2(k) + C(r)

2CO(k)

KC = 14,0

CÂN BẰNG HÓA HỌC
Nguyên lý dịch chuyển cân bằng Le Châtelier
Khi trạng thái cân bằng hóa học của hệ bị phá vỡ
do sự thay đổi điều kiện (nhiệt độ, áp suất, nồng
độ), hệ sẽ dịch chuyển đến vị trí cân bằng mới
theo hướng chống lại sự thay đổi đó.

Xác định thành phần của hỗn hợp khí tại vị trí cân
bằng nếu ban đầu cho 1,25 mol CO2 vào bình chứa
có dung tích 1,25L.

CÂN BẰNG HÓA HỌC

Co(H2O)62+dd + 4Cl-dd

CoCl42-dd + 6H2Ol

Thay đổi nồng độ tác chất hay sản phẩm
Nồng độ tăng: phản ứng theo chiều giảm nồng độ
Nồng độ giảm: phản ứng theo chiều tăng nồng độ

6


11/12/2014

CÂN BẰNG HÓA HỌC
VD:

PCl3(k) + Cl2(k)

PCl5(k)

Khi đạt cân bằng, hỗn hợp gồm [PCl3] = 0,200M,
[Cl2] = 0,125M và [PCl5] = 0,600M. Nếu tăng nồng
độ của Cl2 thêm 0,075M thì phản ứng dịch chuyển
theo chiều nào?

CÂN BẰNG HÓA HỌC
VD: Làm thế nào gia tăng hiệu suất tạo thành sản
phẩm bằng cách thay đổi thể tích (áp suất) cho
những phản ứng sau?
a.CaCO3(r)
CaO(r) + CO2(k)
b.S(r) + 3F2(k)

SF6(k)
c.Cl2(k) + I2(k)
2ICl(k)

CÂN BẰNG HÓA HỌC
Thay đổi áp suất
Thêm hay loại bỏ tác chất hoặc sản phẩm
Thêm khí trơ: không ảnh hưởng đến cân bằng
Thay đổi thể tích bình chứa:
Nếu áp suất tăng do giảm thể tích hỗn hợp phản
ứng, phản ứng sẽ dịch chuyển theo chiều giảm số
mol khí

CÂN BẰNG HÓA HỌC
Thay đổi nhiệt độ
Phản ứng thu nhiệt (∆H > 0): tăng nhiệt độ, phản
ứng dịch chuyển theo chiều thuận (KC tăng)
Phản ứng tỏa nhiệt (∆H < 0): tăng nhiệt độ, phản
ứng dịch chuyển theo chiều nghịch (KC giảm)

7


11/12/2014

CÂN BẰNG HÓA HỌC

CÂN BẰNG HÓA HỌC
Xúc tác

VD: Gia tăng nhiệt độ sẽ làm các phản ứng sau
dịch chuyển như thế nào?
a. CaO(r)
b. SO2(k)

+ H2O(l)
S(r) + O2(k)

Ca(OH)2(dd)

∆H0 = - 82 kJ
∆H0 = 297 kJ

CÂN BẰNG HÓA HỌC
Quan hệ giữa năng lượng tự do Gibbs và hằng
số cân bằng
Năng lượng tự do Gibbs không ở điều kiện
chuẩn:
∆G = ∆G0 + RT.lnC hay ∆G = ∆G0 + RT.lnP
Sự biến thiên năng lượng tự do Gibbs của phản
ứng không ở điều kiện chuẩn:
∆Gp.ư = ∆G0p.ư + RT.lnQ

Chất xúc tác không tham gia phản ứng hóa học
nên không ảnh hưởng đến việc dịch chuyển cân
bằng
Chất xúc tác chỉ đẩy nhanh tốc độ đạt đến trạng
thái cân bằng

CÂN BẰNG HÓA HỌC

Quan hệ giữa năng lượng tự do Gibbs và hằng
số cân bằng
Hệ đạt trạng thái cân bằng: năng lượng thấp nhất
Điều kiện cân bằng: ∆G = 0

∆G0p.ư = - RTlnK

8


11/12/2014

Phản ứng tự xảy
ra theo chiều
thuận ở ĐKTC
( ∆G < 0, K > 1)

Tác
chất

Hỗn hợp ở vị Sản
trí cân bằng phẩm

Phản ứng tự xảy
ra theo chiều
nghịch ở ĐKTC
( ∆G > 0, K < 1)

Tác Hỗn hợp ở vị
chất trí cân bằng

Sản
phẩm

9