bài giảng hóa đại cương Chương 4 CAN BANG HH

IV. CÂN BẰNG HÓA HỌC
1.

Phản ứng thuận nghịch và trạng thái cân bằng hóa học

2.

Hằng số cân bằng và mức độ diễn ra của phản ứng hóa học

3.

Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học


1. Phản ứng thuận nghịch và trạng thái
cân bằng hóa học
a.

Khái niệm về phản ứng thuận nghịch

b.

Trạng thái cân bằng hóa học


a. Khái niệm về phản ứng thuận nghịch
•

Phản ứng một chiều (phản ứng hoàn toàn): →

•

Phản ứng thuận nghịch (phản ứng không hoàn toàn): ⇌


b. Trạng thái cân bằng hóa học
H2 + I2 = 2HI

vt = k t C I 2 C H 2
2
vn = knCHI

Ở thời điểm ban đầu: τ = 0:
τ:↑

Theo thời gian:
v

C H 2 , C I 2 = max → vt = max
CHI = 0

→ vn = 0

C H2 , CI2 ↓

→ vt ↓

CHI ↑

→ vn ↑

vt
vt = vn
vn
0

τcb

τ


Nhận xét về đặc điểm của phản ứng thuận nghịch:
•

Ở cùng đk, pư có thể xảy ra theo cả chiều thuận và nghịch

•

Kết quả pư không phụ thuộc vào hướng đi tới.

•

Nếu điều kiện phản ứng không thay đổi thì dù kéo dài phản ứng đến bao lâu, trạng thái cuối cùng của
hệ vẫn giữa nguyên: trạng thái cân bằng hóa học

•

Trạng thái cân bằng hóa học là trạng thái cân bằng động

•

Trạng thái cân bằng ứng với G = 0


2. Hằng số cân bằng và mức độ diễn ra
của phản ứng hóa học
a.

Hằng số cân bằng

b.

Hằng số cân bằng và các đại lượng nhiệt động


a. Hằng số cân bằng
aA + bB ↔ cC + dD

•

Khi trạng thái đạt cân bằng:

vt = vn

k t .C .C = k n .C .C
a
A

b
B

c
C

d
D

k t C Cc C Dd
• K – hằng số ở nhiệt độKxácC định:
= hằng số=cân bằng.
a b
k
C
n
AC B
• Cân bằng giữa các chất khí

(
p p
CC RT ) ( CD RT )
CCc CDd
( c + d − a −b )
(
)
Kp =
=
=
RT
a
b
a b

p p
C
( C A RT ) ( CB RT )
AC B
c
C
a
A

d
D
b
B

K p = K C ( RT )

c

∆n

d


•

Đối với phản ứng dị thể

Ví dụ:

CaCO3(r) ⇌ CaO(r) + CO2(k)

K ′p =

pCaO pCO2
pCaCO3

→

K p = K ′p

pCaCO3
pCaO

= pCO2


b. Hằng số cân bằng và các đại
lng nhiệt động
•

Quan hệ giữa hằng số cân bằng và độ thay đổi thế đẳng áp

aA + bB ⇌ cC + dD

Khí

c
d

pC p D 

0
∆GT = ∆GT + RT ln a b 
 p A p B τ

Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng:
∆GT = 0
 pc pd 
∆GT0 = − RT ln Ca Db  = − RT ln K p
 p A pB cb


Lỏng

C C 

∆GT = ∆G + RT ln
 C C τ
0
T

c
C
a
A

d
D
b
B

Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng: ∆GT = 0
c
d

CC C D 
0
∆GT = − RT ln a b  = − RT ln K C
 C A C B  cb

⇒

Kp = f(bc pư, T)

Kp ≠ f(C)


Q
∆G = − RT ln K p + RT ln Q = RT ln
Kp
•

Nếu Q < Kp → ∆G < 0 → phản ứng xảy ra theo chiều thuận

•

Nếu Q > Kp → ∆G > 0 → phản ứng xảy ra theo chiều nghịch

•

Nếu Q = Kp → ∆G = 0 → hệ đạt trạng thái cân bằng

c
C
a
A

d
D
b
B

p p
Q=
p p

Ví dụ: Tính hằng số cân bằng của phản ứng:
2 NO2(k)
ở 298K khi biết
Giải:

↔

N2O4(k)

0
0
∆H 298
=
−
58

,
040
kJ
và
∆
S
pu
298pu = −176,6 J / K

0
0
∆G298
= ∆H 298
− T∆S 2980 = - 58040+ 298× 176,6= -5412.3J

∆G 0
5412,3
ln K p = −
=
= 2,185
RT
8,314 × 298

Kp =

p N 2 O4
p

2
NO 2

= 8,9



Quan hệ của Kp với nhiệt độ và nhiệt phản ứng
∆G o = ∆H o − T∆S o

∆G o = − RT ln K p

ln K 1 = −
ln K 2 = −

∆H 0
RT1
∆H 0
RT2

+
+

∆S 0
R
∆S 0
R

K 2 ∆H 0  1 1 
=
ln
 − 

K1
R  T1 T2 


Ví dụ
NO(k) + ½ O2(k) ⇌ NO2(k)

•

0
Tính Kp ở 325 C?

0
6
0
Biết: ∆H = -56,484kJ và Kp = 1,3.10 ở 25 C

K 598 ∆H 0  1
1 
=
−
ln

K 298
R  T298 T598 
K 598
56484  1
1 
=
−

−

 = −11,437
ln
6
8,314  298 598 
1,3.10
ln K 325 = 2.64
K 325 = 14.02


3. Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng
hóa học
a.
b.
c.
d.
e.

Sự dịch chuyển cân bằng
Ảnh hưởng của nồng độ tới sự dịch chuyển cân bằng
Ảnh hưởng của nhiệt độ tới sự dịch chuyển cân bằng
Ảnh hưởng của áp suất tới sự dịch chuyển cân bằng
Nguyên lý chuyển dịch cân bằng Le Chatelier (1850 – 1936, người Pháp).


a. Sự dịch chuyển cân bằng
aA + bB ⇌ cC + dD



pCc p Dd 
∆GT = − RT  ln K p − ln a b  = 0
• Nếu p, C, T… thay đổi → ∆GT ≠ 0 → hệ ≠ cb → vt ≠ vn. → Phản
p AkhiphệB đạt
 ứng xảy ra cho đến
 trạng
•

Khi hệ đạt trạng thái cb:

thái cb mới.
→ sự chuyển dịch cân bằng.


b. Ảnh hưởng của C tới sự dịch chuyển cb

•

2
vn = knCHI

•

Khi hệ đạt trạng thái cân bằng:

•

Nếu tăng nồng độ H2 lên 2 lần:

•

vt = k t C H 2 C I 2

H2 + I2 ⇌ 2HI

→ Khi

vt = vn

↑ vt↑ → cb chuyển dịch theo chiều thuận →

CH 2

vt' = kt 2C H 2 C I 2 = 2vt
↓

v = vn
'
n

CH 2


c. Ảnh hưởng của T tới sự dịch chuyển cb
∆H
∆S
ln K p = −
+
RT
R

0

•

0

0
Nếu ∆H > 0: khi T ↑ → K↑ → cb: thuận (thu nhiệt).
Khi T↓ → K ↓ → cb: nghịch (tỏa nhiệt).

•

0
Nếu ∆H < 0: Khi T↑ → K↓ → cb: nghịch (thu nhiệt).
Khi T↓ → K ↑ → cb: thuận (tỏa nhiệt).


Ví dụ
2NO2(k)
Màu nâu

•

⇌

N2O4(k),

0
∆H = -58,04kJ

không màu

Ở 298K ta có Kp = 8,9 →

2
p N 2O4 = 8,9 p NO
2

K 273 ∆H 0  1
1 
=
−


ln
K 298
R  298 273 
K 273 − 58040
−4
=
×
−
ln
( 3,07.10 ) = 2,145
8,9
8,314
ln K 273 = 2,186 + 2,145 = 4,331
K 273 = 76,02
Ở 273K

p N 2O4 = 76,02 p

2
NO2


d. Ảnh hưởng của p tới sự dịch chuyển cb
2NO(k)+ O2(k) ⇌ 2NO2(k)

Ví dụ:

•

Khi tăng P lên 2 lần nồng độ các chất đều tăng gấp đôi.

2
vt = k t C NO
C O2
2
v n = k n C NO
2

v = kt ( 2C NO ) .2CO2 = 8kt C .CO2 = 8vt
'
t

2

(

v = kn 2C NO2
'
n

)

2
NO

2

2
= 4knC NO
= 4vn
2

•

P↑ 2 lần → cb: phải → tạo thêm NO2 → ∑n ↓ → P↓.

•

P↓ 2 lần → cb: trái → tạo thêm NO và O2 → ∑n ↑ → P↑.


e. Nguyên lý chuyển dịch cb 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.