Can Bang Hoa Hoc - SlideShare

Trang chủ » Cách Tính Hằng Số Cân Bằng Kp » Can Bang Hoa Hoc - SlideShare

Có thể bạn quan tâm

Can bang hoa hoc•0 likes•11,922 viewsDanh Lợi HuỳnhDanh Lợi HuỳnhFollow

Can bang hoa hocRead less

Read more1 of 41Download nowCÂN BẰNG HOÁ HỌC BỘ MÔN HOÁ PHÂN TÍCH KIỂM NGHIỆM TS. PHAN THANH DŨNG MỤC TIÊU HỌC TẬP  Trình bày được định nghĩa, phân loại phản ứng hóa học.  Trình bày được khái niệm về sự cân bằng hóa học.  Tính các hằng số cân bằng hoá học.  Phân biệt hoạt độ và nồng độ.  Giải được một số bài tập cân bằng hóa học. PHẢN ỨNG HÓA HỌC ĐỊNH NGHĨA Phản ứng hóa học là phản ứng khi liên kết một hay nhiều hơn 2 nguyên tố thì các liên kết hóa học trong chất tham gia phản ứng thay đổi và tạo ra chất mới (sản phẩm) Na2CO3 + CaCl2  2NaCl + CaCO3↓ - Có sự thay đổi năng lượng và tuân theo định luật bảo toàn năng lượng. - Phản ứng kết thúc khi => cân bằng phản ứng hoá học. CÁC LOẠI PHẢN ỨNG HÓA HỌC 1. Phản ứng kết hợp (synthesis reaction) Trong phản ứng này, 2 hay nhiều chất đơn giản sẽ kết hợp để tạo nên chất phức tạp hơn Dạng cơ bản: A + X → AX N2(k) + 3H2(k) → 2NH3(k) NH3(k) + H2O(l) → NH4OH (nước) PHẢN ỨNG HÓA HỌC 2. Phản ứng phân hủy (decomposition reaction) Dạng cơ bản: AX → A + X 2H2O → 2H2 + O2 3. Phản ứng trao đổi (replacement reaction) Dạng cơ bản: A + BX → AX + B hay AX + Y → AY + X + Phản ứng trao đổi đơn (single replacement reaction) 2Na + 2HCl → 2NaCl + H2 + Phản ứng trao đổi kép (double replacement reaction) AgNO3 + NaCl → AgCl + NaNO3 Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2O + Phản ứng trao đổi ion Dạng cơ bản: AX + BY → AY + BX NaCl (nước) + AgNO3(nước) → NaNO3(nước) + AgCl(r) 4. Phản ứng oxy hóa – khử C10H8+ 12O2 → 10CO2 + 4H2O + nhiệt Pb + Pb02 + 4H+ + 2SO4 2– → 2PbSO4 + 2H20 KHÁI NIỆM VỀ SỰ CÂN BẰNG HÓA HỌC CH3COOH + NaOH CH3COONa + H20 - Khi tốc độ của phản ứng di chuyển theo chiều thuận và theo chiều nghịch bằng nhau và nồng độ của chất tham gia phản ứng và của nồng độ sản phẩm không thay đổi theo thời gian => Phản ứng đạt trạng thái cân bằng. - Cân bằng hóa học là một quá trình cân bằng động + Cân bằng vật lý H2O (l)  H2O (k) + Cân bằng hóa học 2NO2 (k)  N2O4 (k) KHÁI NIỆM VỀ SỰ CÂN BẰNG HÓA HỌC Chú ý:  Một hệ thống CB không cần bất cứ năng lượng nào để duy trì sự CB.  Không nên lẫn lộn trạng thái CB và trạng thái tĩnh. Trạng thái tĩnh là trạng thái mà các nồng độ đều không đổi theo thời gian.  CBHH là trạng thái động trong đó chất tham gia phản ứng và sản phẩm chuyển đổi liên tục cho nhau. Tốc độ mất đi và xuất hiện của chúng bằng nhau. HOẠT ĐỘ VÀ NỒNG ĐỘ CM của HCl pH theo lý thuyết pH theo thực nghiệm Sai số 0.00050 3.30103 3.31 -0.00897 0.0100 2 2.04 -0.04 0.100 1 1.10 -0.1 0.4 0.39794 0.52 -0.12206 pH= - lg[H+] Biểu thức pH= - lg[H+] chỉ chính xác trong một giới hạn pha loãng và pH thật sự tính theo hoạt độ ion hydrogen chứ không tính theo nồng độ. Nghĩa là pH= -lg aH+ Tổng quát, giữa hoạt độ và nồng độ có mối liên quan theo công thức: a =  C hay a = f C với a: hoạt độ;  (hoặc f): hệ số hoạt độ; C: nồng độ mol; Trong DD pha loãng, hệ số hoạt độ thường = 1 => hoạt độ = nồng độ. Hoạt độ: Lewis (Mỹ, 1907) HOẠT ĐỘ VÀ NỒNG ĐỘ Lực ion: lực ion sẽ ảnh hưởng đến hoạt độ ion. Đại lượng này được ký hiệu là I Một chất điện ly MxXm được phân ly thành: MxXm = xMm+ + mXx- Các ion dương Mm+ và các ion âm Xx- phải cùng có mặt trong một DD và không thể tách riêng hoạt độ của các ion dương và âm. Do vậy, thường dùng đại lượng hoạt độ ion trung bình (a) a =  C (MmXx)-(m+x) Đối với cả 2 ion dương và âm, C là nồng độ tỷ lượng của chất điện ly Hệ số hoạt độ trung bình được tính theo biểu thức Trong đó + và - lần lượt là số cation và anion trong 1 đơn vị công thức của chất điện ly. )/(1 )(       HOẠT ĐỘ VÀ NỒNG ĐỘ Phương trình Debye Huckel mở rộng: A là hằng số tùy thuộc vào tính chất của dung môi z+, z-: các điện tích ion Ví dụ: H2O: a= 0,5085 ở 250C -I là lực ion được xác định theo phương trình I = -trong đó Ci là nồng độ của ion i.          2/1 2/1 1 lg I I zzA 2 i i 1 Z C 2  HOẠT ĐỘ VÀ NỒNG ĐỘ  Cách tính hệ số hoạt độ f: Để tính hệ số hoạt độ, trước hết ta cần xác định lực ion I của dung dịch. I = 0,5[C1Z1 2 + C2Z2 2 +...] = 0,5∑CiZi 2. Dựa vào phương trình Debye Huckel để tính hệ số f: Trong đó: Zi: điện tích các ion cần tính f r: bán kính trung bình của ion solvat hoá đã cho, trong dung dịch nước r  10-8cm. Do đó: (*) Do không thể xác định bằng thực nghiệm giá trị fi của các ion nên người ta thay hệ số hoạt độ trong phương trình (*) bằng hệ số hoạt độ trung bình cho các ion có điện tích ±1, ±2 ... (fZ±). Biểu thức này chỉ đúng cho dung dịch nước khi lực ion ≤ 0,2. 2 i i 8 0,5 Z I lgf 1 r 0,33 10 I         2 i i 0,5 Z I lgf 1 I      HOẠT ĐỘ VÀ NỒNG ĐỘ Nếu lực ion I > 0,2 (tức là dung dịch có nồng độ cao hơn) ta cần điều chỉnh bằng một số hạng: Dung dịch có nồng độ trung bình (0,20 < I < 0,50) Davies đã đưa ra biểu thức tính hệ số hoạt độ fZ± (z≤ 3) như sau: Dùng nồng độ mol ion để tính lực ion I. 2 Z i I lgf 0,5 Z A I 1 I       2 Z i I lgf A Z ( 0,2I) 1 I      HOẠT ĐỘ VÀ NỒNG ĐỘ Lưu ý: Khi lực ion I < 0,02, người ta tính hệ số f theo PT giới hạn Debye Huckel: Khi đưa hệ số fi vào biểu thức tính hằng số CB K, ta có: Trong đó: Kc: hằng số cân bằng nồng độ. f±: trị số đánh giá tác động của lực tương tác tĩnh điện lên hằng số CB. K: hằng số cân bằng nhiệt động học. Thường trong hoá phân tích, để tính nồng độ CB của các tiểu phân người ta thường dùng hằng số cân bằng Kc, bỏ qua tác động của tương tác tĩnh điện - nghĩa là chấp nhận f± = 1. Khi nồng độ dung dịch loãng thì sai số chấp nhận được. 2 Z ilgf 0,5 Z I            p q p q DC cm n m n A B C D f f K K f f fA Q         HOẠT ĐỘ VÀ NỒNG ĐỘ Ví dụ: Tính hoạt độ của các ion trong dung dịch BaCl2 0,1 M. I = 0,5(22 × 0,1 + 12 × 0,2) = 0,3 Vì 2I > 0,2 nên tính hệ số f theo phương trình Davies Đối với các dung dịch đậm đặc, việc sử dụng nồng độ tính theo trọng lượng của dung môi (nồng độ molan) thường có thể cung cấp một ước lượng tốt hơn là dùng nồng độ tính theo thể tích (nồng độ mol). 2 2 2 0,3 lgf 0,5 2 ( 0,2 0,3) 0,5980 f 0,252 1 0,3            2 1 2 0,3 lgf 0,5 1 ( 0,2 0,3) 0,1490 f 0,710 1 0,3            2 2 Ba a 0,252 0,1 2,52.10 M     1 Cl a 0,710 0,2 1,42.10 M     HẰNG SỐ CÂN BẰNG CÁCH TÍNH HẰNG SỐ CÂN BẰNG Định luật tác dụng khối lượng: biểu diễn mối liên quan giữa nồng độ (hoạt độ) của các chất phản ứng và của sản phẩm phản ứng ở trạng thái CB. Áp dụng được với các dung dịch lý tưởng: dung dịch của các chất không điện ly và các chất điện ly yếu với nồng độ rất loãng (hoạt độ). Trong thực tế, thông thường nồng độ của các dung dịch không tuân theo độ pha loãng một cách chính xác. Đối với các chất điện ly mạnh hoặc các chất điện ly yếu nhưng nồng độ cao thì sự sai lệch rất lớn => giới hạn của định luật tác dụng khối lượng. => Do đó khi áp dụng định luật tác dụng khối lượng chỉ nhận được các kết quả gần đúng. Tuy vậy, trong nhiều trường hợp độ chính xác này vẫn chấp nhận được với các mục đích thực tiễn. HẰNG SỐ CÂN BẰNG CÁCH TÍNH HẰNG SỐ CÂN BẰNG Thí dụ: mA + nB  pC +qD Nếu tính theo hoạt độ Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng: Ka được gọi là HSCB, trong đó aA, aB, aC, aD là hoạt độ cân bằng của các chất phản ứng (A, B) và các sản phẩm phản ứng (C, D); m, n, p, q là các hệ số tỉ lượng tương ứng. Nếu tính theo nồng độ [A], [B], [C], [D]: nồng độ cân bằng tương ứng của chất phản ứng và sản phẩm an B m A q D p C K aa aa  Cnm qp K BA DC  ][][ ][][ HẰNG SỐ CÂN BẰNG CÁCH TÍNH HẰNG SỐ CÂN BẰNG nm BAKV ][][11  qp DCKV ][][22  V1 là tốc độ phản ứng xảy ra theo chiều thuận, V2 là tốc độ phản ứng xảy ra theo chiều nghịch. Phản ứng được đặc trưng bằng hai hằng số tốc độ K1 và K2 Khi phản ứng đạt tới trạng thái cân bằng thì V1 = V2 Nghĩa là K1[A]m[B]n = K2[C]p[D]q Hằng số cân bằng nm qp c BA DC K K K ][][ ][][ 2 1  Tốc độ phản ứng có thể biểu diễn bằng hàm mũ: n1, n2 tương ứng là bậc phản ứng theo các cấu tử 1 và 2. C; nồng độ của các chất tham gia hoặc sản phẩm tạo thành sau phản ứng. n1  m và n2  n. Bậc phản ứng là đại lượng được xác định bằng thực nghiệm, không liên quan đến các hệ số tỉ lượng. Bậc có thể là số nguyên, phân số hay số không. 2 2 1 1 nn CkCV  HẰNG SỐ CÂN BẰNG HẰNG SỐ CÂN BẰNG CỦA CÁC PHẢN ỨNG HAY SỬ DỤNG TRONG HÓA HỌC PHÂN TÍCH 1. Hằng số cân bằng của các phản ứng phân ly (HSPL) Là hằng số cân bằng của phản ứng phân ly một chất. Thí dụ: đối với phản ứng phân ly acid yếu HA: HA  H+ + A- Ka được gọi là HSPL nhiệt động; a - hoạt độ của ion hoặc phân tử; γ - hệ số hoạt độ. Trong một số trường hợp có thể chấp nhận hệ số hoạt độ không đổi: K’a được gọi là HSPL điều kiện. Ka phụ thuộc nhiệt độ, không phụ thuộc nồng độ; K'a phụ thuộc cả nồng độ và nhiệt độ. Bên cạnh Ka người ta còn dùng khái niệm pKa = - lgKa. Thí dụ. đối với acid acetic CH3COOH ở 25oC, Ka = 1,754. 10-5 và pKa = 4,76.      HAHA AH a HA AH a aa K  2     HẰNG SỐ CÂN BẰNG HẰNG SỐ CÂN BẰNG CỦA CÁC PHẢN ỨNG HAY SỬ DỤNG TRONG HÓA HỌC PHÂN TÍCH 1. Hằng số cân bằng của các phản ứng phân ly (HSPL) a. HẰNG SỐ PHÂN LY ACID (PHẢN ỨNG ACID –BASE) Phản ứng phân ly acid. Acid chia làm 2 loại: - Acid mạnh chuyển hết proton cho dung môi. -Acid yếu không thể cho hết proton acid của nó cho dung môi. - Các acid còn lại không phân ly, chỉ một phần nhỏ hiện diện dưới dạng base liên hợp CH3COOH (nước) + H2O (l)  H3O+ (nước) + CH3COO- (nước) Hằng số cân bằng của phản ứng này được gọi hằng số phân ly acid Ka. Ka của acid acetic là 1.75 × 10-5 Chú ý: nồng độ của nước có thể bỏ qua trong biểu thức tính Ka vì giá trị quá lớn không bị ảnh hưởng bởi phản ứng phân ly. Độ lớn của Ka cung cấp thông tin về lực tương đối của acid, với Ka càng nhỏ thì acid càng yếu. HẰNG SỐ CÂN BẰNG HẰNG SỐ CÂN BẰNG CỦA CÁC PHẢN ỨNG HAY SỬ DỤNG TRONG HÓA HỌC PHÂN TÍCH 1. Hằng số cân bằng của các phản ứng phân ly (HSPL) b. HẰNG SỐ PHÂN LY BASE (PHẢN ỨNG ACID –BASE) là hằng số cân bằng giữa base yếu và proton mà base nhận để tạo nên acid đó Thí dụ: giữa NH3 và acid NH4 +, có cân bằng: Với hằng số cân bằng Kb: là hằng số phân ly base. Kb càng lớn, base kết hợp với proton càng nhiều => base càng mạnh. Thí dụ NH3 có Kb = 1,76×10-5 mạnh hơn CH3COO- có Kb = 1,74×10-9 HẰNG SỐ CÂN BẰNG HẰNG SỐ CÂN BẰNG CỦA CÁC PHẢN ỨNG HAY SỬ DỤNG TRONG HÓA HỌC PHÂN TÍCH 1. Hằng số cân bằng của các phản ứng phân ly (HSPL) c. HẰNG SỐ KHÔNG BỀN CỦA PHỨC CHẤT (HSKB) Hằng số cân bằng giữa phức chất và các tiểu phân (ion, phân tử) tạo nên phức chất đó. Thí dụ: Kkb này được gọi là HSKB của ion phức Ag(NH3)2 +; vì Kkb càng lớn, ion phức phân li càng nhiều nên Kkb còn được gọi là hằng số phân ly của phức chất. HẰNG SỐ CÂN BẰNG HẰNG SỐ CÂN BẰNG CỦA CÁC PHẢN ỨNG HAY SỬ DỤNG TRONG HÓA HỌC PHÂN TÍCH 2. Hằng số cân bằng của các phản ứng kết hợp (HSKH) Là hằng số cân bằng giữa ion tự do và cặp ion (do hai ion khác dấu kết hợp với nhau tạo thành). Thí dụ: HSKH phụ thuộc vào hằng số điện môi D của dung môi và nồng độ chất tan: Kkh của KCl 0,1 M / CH3COOH với D = 6,2 là 106,9. Kkh của KCl 0,1 M / MeOH với D = 32,6 là 101,15. Trong dung môi có D càng nhỏ, Kkh càng cao, trong benzen, clorofom hầu như không có ion tự do, vì D rất nhỏ.         ClK ClK KClKClK kh, HẰNG SỐ CÂN BẰNG HẰNG SỐ CÂN BẰNG CỦA CÁC PHẢN ỨNG HAY SỬ DỤNG TRONG HÓA HỌC PHÂN TÍCH 2. Hằng số cân bằng của các phản ứng kết hợp (HSKH) a. HẰNG SỐ BỀN (HSB = K) (PHẢN ỨNG TẠO PHỨC) Hằng số cân bằng giữa các tiểu phân (ion, phân tử) tạo nên phức chất đó. Thí dụ: Kb: HSB của ion phức Ag(NH3)2 +, vì Kb càng lớn, Ag(NH3)2 + được tạo nên càng nhiều nên Kb còn được gọi là hằng số tạo thành phức chất. (trình bày trong chương 10) b. HẰNG SỐ BỀN ĐIỀU KIỆN (PHẢN ỨNG TẠO PHỨC) (trình bày trong chương 10) HẰNG SỐ CÂN BẰNG HẰNG SỐ CÂN BẰNG CỦA CÁC PHẢN ỨNG HAY SỬ DỤNG TRONG HÓA HỌC PHÂN TÍCH 3. Hằng số cân bằng của các phản ứng trao đổi TÍCH SỐ TAN (PHẢN ỨNG TẠO TỦA) - 2 hay nhiều chất hòa tan kết hợp với nhau => chất không tan gọi là tủa. Thường là phản ứng hoán vị trong đó 2 hợp chất ion hoà tan trao đổi. Thí dụ Pb2+ (nước) + 2Cl – (nước)  PbCl2 (r) Trong việc xử lý sự cân bằng của sự kết tủa, cũng thường xuyên gặp phản ứng ngược chiều PbCl2 (r)  Pb2+ (nước) + 2Cl – (nước) Tích số tan: là tích nồng độ các ion của hợp chất ít tan trong dung dịch bão hoà chất đó TST của PbCl2 = Ksp = [Pb2+] [Cl-]2 = 1.7 × 10-5 Đối với các chất tan mạnh, có nồng độ bão hoà lớn, không áp dụng tích số nồng độ, mà phải tính theo tích số hoạt độ a (trình bày trong chương 9) HẰNG SỐ CÂN BẰNG HẰNG SỐ CÂN BẰNG CỦA CÁC PHẢN ỨNG HAY SỬ DỤNG TRONG HÓA HỌC PHÂN TÍCH 4. Hằng số cân bằng của các phản ứng oxy hoá khử Phản ứng oxy hóa khử liên quan đến sự di chuyển electron => xét nhiệt động học của phản ứng về mặt electron lại thích hợp hơn (chương 8). Nhiệt động học: - Là khoa học nghiên cứu sự tương tác của nhiệt độ với sự biến thiên năng lượng - Nghiên cứu sự thay đổi năng lượng trong quá trình phản ứng. - Nhiệt động học hoá học phân tích các yếu tố xác định điểm cân bằng của phản ứng. Hằng số cân bằng K có thể suy ra từ lý thuyết nhiệt động học. K phụ thuộc vào bản chất của chất phản ứng, nhiệt độ và áp suất. Ở nhiệt độ và áp suất hằng định, năng lượng tự do Gibb biểu diễn theo công thức: ∆G = ∆H – T.∆S - T là nhiệt độ Kelvin ; ∆G: là biến thiên về năng lượng tự do Gibb - ∆H: là biến thiên enthalpy; ∆S: là biến thiên entropy Biến thiên năng lượng ∆G liên quan đến hằng số cân bằng K của phản ứng hoá học: ∆G =∆Go + RTlnK HẰNG SỐ CÂN BẰNG ỨNG DỤNG CỦA HẰNG SỐ CÂN BẰNG K K cho biết về chiều mức độ hoàn toàn của phản ứng. - K lớn rất nhiều hơn 1 (K>>>1) => tạo C, D - K nhỏ rất nhiều so với 1 (K< 0,1)=> P Ư ko hoàn toàn - K quá nhỏ thì phản ứng tạo C và D hầu như không xảy ra. -K là một hằng số, nếu thay đổi [A], [B], [C], [D] => thay đổi một hay nhiều thừa số khác. - Muốn quyết định chiều phản ứng => thay đổi nồng độ của các chất. Khi biết K, có thể tính toán: + Nồng độ cân bằng của các ion chất điện ly yếu, nếu biết nồng độ ban đầu của chúng. + Nồng độ cân bằng của của các chất tham gia phản ứng hoặc sản phẩm tạo thành của các phản ứng hoá học. + Nồng độ cân bằng các ion hydro, hydroxyd, độ điện ly của chất điện ly trong các dung dịch nước của các acid hoặc bazơ yếu, các muối thủy phân, dung dịch đệm… + Nồng độ cân bằng của các cation, anion và độ tan của chất điện ly ít tan trong nước. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÂN BẰNG HOÁ HỌC Nguyên lý Le Châtelier "Khi tác động lên một hệ thì bản thân hệ sẽ tự điều chỉnh để hạn chế ảnh hưởng của tác động đó" ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ N2 + 3H2  2NH3 Phản ứng thuận toả nhiệt, phản ứng nghịch thu nhiệt. Do đó nếu ta tăng nhiệt độ của hệ thống thì cân bằng sẽ dịch chuyển theo hướng làm giảm nhiệt độ tức là chuyển về phía phản ứng nghịch, và nếu giảm nhiệt độ của hệ thống thì phản ứng sẽ xảy ra theo chiều thuận. ẢNH HƯỞNG CỦA ÁP SUẤT H2 + Cl2  2HCl Số phân tử khí ở hai vế bằng nhau do đó khi thay đổi về áp suất sẽ không làm thay đổi trạng thái cân bằng. Phản ứng tổng hợp NH3: hỗn hợp ↓ thể tích => ↑ áp suất thì hệ thống cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều thuận Nồng độ của các các chất khí tùy thuộc áp suất riêng phần của chúng và không phụ thuộc vào tổng áp suất của hệ thống, do đó khi thêm hay bỏ một lượng khí trơ sẽ không làm thay đổi cân bằng phản ứng của chất khí đó. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÂN BẰNG HOÁ HỌC ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG MÔI Chất phản ứng, sản phẩm phân tán trong dung môi. Nếu lượng dung môi thay đổi => nồng độ thay đổi. Thí dụ: Ag+ + 2NH3 Ag(NH3)2+ Khi loãng với đồng thế tích nước, nồng độ của các chất giảm một nửa. Do đó hệ số phản ứng sẽ là Vì Q > 2, cân bằng phải được tái lập bằng cách dịch chuyển sang trái và làm giảm nồng độ của Ag(NH3)2+. Hơn nữa, vị trí cân bằng mới sẽ hướng về phía có số chất tan nhiều nhất. Nếu ↑ Ag(NH3)2+ - Việc ↑ thể tích luôn làm phản ứng diễn ra ưu tiên theo hướng có số phần tử nhiều nhất và ↓ thể tích thì thúc đẩy phản ứng theo hướng có ít phần tử nhất (áp dụng cho bất kỳ phản ứng, pha) - Nếu số phần tử ở cả hai vế phương trình là như nhau: cân bằng của phản ứng không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi thể tích.       2 3 23 2 NHAg NHAg              2 3 2 23 5.05.0 5.0 NHAg NHAg Q            22 3 23 3 4 5.0 5.0                     NHAg NHAg Q CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÂN BẰNG HOÁ HỌC ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ CÁC CHẤT THAM GIA PHẢN ỨNG VÀ SẢN PHẨM TẠO THÀNH -Hệ thống cân bằng của phản ứng bị phá vỡ trực tiếp CH3COOH (nước) + H2O (l)  H3O+ (nước) + CH3COO- (nước) Ở một nhiệt độ hằng định, các dung dịch khác nhau của acid acetic sẽ có các giá trị khác nhau cho nồng độ H3O+, acetat, và acid acetic, nhưng luôn có cùng giá trị Ka. - Nếu thêm vào CH3COONa => ↑ CH3COO-, => có khả năng ↑ Ka. - Tuy nhiên, vì giá trị Ka giữ nguyên không đổi, do đó nồng độ của cả ba phần tử trong phương trình phải thay đổi để phục hồi Ka Như vậy hệ thống cân bằng của phản ứng sẽ bị phá vỡ khi thay đổi nồng độ của chất tham gia phản ứng hay sản phẩm tạo thành. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÂN BẰNG HOÁ HỌC ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ CÁC CHẤT THAM GIA PHẢN ỨNG VÀ SẢN PHẨM TẠO THÀNH Hệ thống cũng có thể phá vỡ một cách gián tiếp. AgCl  Ag+ + Cl- - Thêm AgNO3 - Nếu thêm NH3 (một chất có thể tạo phức bền và tan được với Ag+): Ag+ + 2NH3 Ag(NH3)2+ Thêm NH3 => ↓ nồng độ Ag+ dưới dạng phức Ag(NH3)2+. Sự ↓ nồng độ Ag+ => ↑ độ tan của AgCl và phản ứng trên tái lập điểm cân bằng. => NH3 tác động trên độ tan của AgCl, NH3 cũng là một chất tham gia phản ứng. AgCl + 2NH3 Ag(NH3)2+ + Cl-* Ví dụ: Nếu thêm HNO3 vào thì cân bằng của phương trình * sẽ thay đổi như thế nào? HNO3 + NH3 NH4 + + NO3 - Khi thêm ít HNO3 vào sẽ làm giảm NH3. Việc giảm nồng độ NH3 sẽ làm phản ứng * xảy ra theo chiều tạo ra chất phản ứng, giảm độ tan AgCl. BÀI TẬP VỀ CÂN BẰNG HOÁ HỌC 1. XỬ LÝ CÁC HẰNG SỐ CÂN BẰNG - Nếu ta đảo ngược phản ứng thì hằng số cân bằng của phản ứng mới sẽ là nghịch đảo của phản ứng đầu. Thí dụ A + 2B  AB2 Là nghịch đảo của phản ứng AB2  A + 2B - Nếu cộng hai phản ứng với nhau để tạo ra phản ứng mới thì hằng số cân bằng của phản ứng mới là tích số của hằng số cân bằng của các phản ứng ban đầu. A + C  AC AC + C  AC2 A + 2C  AC2     2 2 1 BA AB K      2 2 1 2 1 AB BA K K      CA AC K 1     CAC AC K 2 2                2 22 213 CA AC CAC AC CA AC KKK  BÀI TẬP VỀ CÂN BẰNG HOÁ HỌC 2. BÀI TẬP VỀ TÍNH ÁP SUẤT CÂN BẰNG RIÊNG PHẦN Xét phản ứng: PCl5(k)  PCl3(k) + Cl2(k) Kp = 1,05 ở 2500C. Nếu áp suất riêng phần ở trạng thái cân bằng của PCl5 và PCl3 lần lượt là 0, 875 atm và 0,463 atm thì áp suất riêng phần ở trạng thái cân bằng của Cl2 ở 250 0C là bao nhiêu? Giải: trước tiên tính Kp     875,0 463.0 05,1 2 5 23 Cl PCl ClPCl p P P PP K       atmPCl 98,1 463,0 875,005,1 2  3. BÀI TẬP VỀ CHUYỂN ĐỔI KC THÀNH KP KC: HSCB theo nồng độ, KP: HSCB theo áp suất từng phần của khí Xét phương trình: aA (k)  bB (k) thì: Theo phản ứng N2 (k) + 3H2(k) ⇋ 2NH3(k) Giá trị của KP = 4,3 × 10-4 ở 375 0C. Hãy tính KC? vì T0 = 273 Kelvin và Δn = số mol sản phẩm khí – số mol chất khí tham gia) nên ta có T = 648 Kelvin và Δn = 2- 4 = -2        b B a A pa b c P P K A B K  ,   n P C T K K   0821,0   2,1 6480821,0 103,4 2 4       CK BÀI TẬP VỀ CÂN BẰNG HOÁ HỌC 4. BÀI TẬP VỀ DỰ ĐOÁN CHIỀU CỦA PHẢN ỨNG Cho phản ứng: N2(k) +3H2 (k)  2NH3 (k) - Ban đầu có 0,249 mol N2; 3,21 × 10-2 mol H2 và 6,42 × 10-4 mol NH3 trong một bình chứa 3,5 lít ở 375 0C. Nếu Kc= 1,2 - a. Hãy giải thích là hệ thống này có cân bằng hay không? - b. Nếu không thì phản ứng sẽ có khuynh hướng di chuyển theo chiều nào? Các bước tiến hành - Qc: là đại lượng thu được khi sử dụng các nồng độ ban đầu trong biểu thức hằng số cân bằng. Để xác định chiều phản ứng thì so sánh Qc và Kc. Có 3 trường hợp xảy ra: - Qc  Kc: Tỷ số giữa các nồng độ ban đầu của sản phẩm và chất tham gia quá lớn. Để đạt được cân bằng, sản phẩm phải chuyển thành chất tham gia => Phản ứng di chuyển theo chiều trái - Qc= Kc: phản ứng đang ở thời điểm cân bằng - Qc  Kc: Tỷ số giữa các nồng độ ban đầu của sản phẩm và chất tham gia quá nhỏ. Để đạt được cân bằng, chất tham gia phải chuyển thành sản phẩm. Phản ứng di chuyển theo chiều phải. Nếu trường hợp hằng số sử dụng là Kp thì tính Qp BÀI TẬP VỀ CÂN BẰNG HOÁ HỌC 4. BÀI TẬP VỀ DỰ ĐOÁN CHIỀU CỦA PHẢN ỨNG Gỉải N2 (k) + 3H2(k) ⇋ 2NH3(k) - Qc  Kc: Hệ không cân bằng và phản ứng di chuyển theo chiều phải.   M L mol N 0711,0 50,3 249,0 02    M L mol H 3 2 02 1017,9 50,3 1021,3        M L mol NH 4 4 03 1083,1 50,3 1042,6                 cQ HN NH       61,0 1017,90711,0 1083,1 33 24 3 0202 2 03 BÀI TẬP VỀ CÂN BẰNG HOÁ HỌC 5. BÀI TẬP VỀ TÍNH HẰNG SỐ CÂN BẰNG Môt hệ gồm một cặp đồng phân hình học trong một dung môi hữu cơ Kc = 24,0 ở 2000C Cis – stilben  Trans - stilben Giả thuyết lúc đầu chỉ có Cis – stilben có mặt và nồng độ là 0,850 mol /lít. Hãy tính nồng độ của 2 đồng phân này ở thời điểm cân bằng? Các bước tiến hành: Bước 1: Diễn tả nồng độ cân bằng của tất cả các chất theo nồng độ ban đầu và chỉ bằng một ẩn số Bước 2: Diễn tả hằng số cân bằng theo nồng độ cân bằng. Giá trị của hằng số cân bằng biết được sẽ dùng để giải phương trình theo x Bước 3: Sau khi xác định giá trị x, tính nồng độ cân bằng của tất cả các chất Cis – stilben Trans - stilben Nồng độ ban đầu (M) 0,850 0 Thay đổi về nồng độ (M) -x +x Nồng độ cân bằng 0,850 -x x BÀI TẬP VỀ CÂN BẰNG HOÁ HỌC 5. BÀI TẬP VỀ TÍNH HẰNG SỐ CÂN BẰNG Viết biểu thức hằng số cân bằng theo nồng độ cân bằng x = 0,816 M Đáp số: a. [Cis – stilben] = 0,034M b. [Trans – stilben] = 0,816 M    stilbenCis stilbenTrans Kc    x x   850,0 0,24 BÀI TẬP VỀ CÂN BẰNG HOÁ HỌC 6. BÀI TẬP VỀ TÍNH ĐỘ TAN CỦA MỘT CHẤT TRONG NƯỚC Xác định nồng độ của Pb2+ và IO3 và độ tan của Pb(IO3)2 trong dung dịch bão hòa khi cho Pb(IO3)2 vào nước cất. Phản ứng cân bằng Pb(IO3)2  Pb2+ + 2IO3 - Và hằng số cân bằng của nó Khi cân bằng được thiết lập, 2IO3 được tạo ra tương ứng với mỗi ion Pb2+. Giả sử nồng độ mol của Pb2+ ở điểm cân bằng là x => nồng độ của IO3 là 2x.    132 3 2 105.2   IOPbKsp ** BÀI TẬP VỀ CÂN BẰNG HOÁ HỌC 6. BÀI TẬP VỀ TÍNH ĐỘ TAN CỦA MỘT CHẤT TRONG NƯỚC Pb(IO3)2 Pb2+ 2IO3 - Nồng độ ban đầu Chất rắn 0 0 Thay đổi về nồng độ Chất rắn +x +2x Nồng độ cân bằng Chất rắn 0 + x = x 0 + 2x = 2x Thế nồng độ cân bằng vào phương trình ** Do đó nồng độ cân bằng của Pb2+ và IO3 - là Vì một mol Pb(IO3)2 chứa một mol Pb2+, độ tan của Pb(IO3)2 bằng nồng độ của Pb2+; do đó độ tan của Pb(IO3)2 là 4,0  10-5 M    132 105.22  xx 133 105.24  x 5 1097.3  x   MxPb 52 100.4     MxI 5 109.72   BÀI TẬP VỀ CÂN BẰNG HOÁ HỌC 7. BÀI TẬP TÍNH ĐỘ TAN CỦA MỘT CHẤT TRONG DUNG DỊCH CÓ ION CÙNG TÊN Độ tan của Pb(IO3)2 sẽ bị ảnh hưởng như thế nào nếu vào dung dịch Pb(NO3)2 0,1 M? Thiết lập bảng theo dõi nồng độ của Pb2+ và IO3 - trong hệ thống. Pb(IO3)2 Pb2+ 2IO3 - Nồng độ ban đầu Chất rắn 0,10 0 Thay đổi về nồng độ Chất rắn +x +2x Nồng độ cân bằng Chất rắn 0,1 + x 0 + 2x = 2x Thế nồng độ cân bằng vào biểu thức độ tan sản phẩm của phương trình ** Và khai triển    132 105.2210.0   xx 1323 105.240.04   xx *** BÀI TẬP VỀ CÂN BẰNG HOÁ HỌC 7. BÀI TẬP TÍNH ĐỘ TAN CỦA MỘT CHẤT TRONG DUNG DỊCH CÓ ION CÙNG TÊN Dùng phương pháp ước lượng để giải Thế vào phương trình *** Giải ra thu được x là: Trước khi chấp nhận nghiệm này, hãy kiểm tra để xem sự ước lượng có hợp lý không. Trong trường hợp này ước lượng 0,1 + x = 0,1 dường như hợp lý vì sự khác nhau giữa hai giá trị có thể bỏ qua. Do đó nồng độ cân bằng của Pb2+ và IO3 - là Độ tan của Pb(IO3)2 bằng sự bổ sung của Pb2+ trong dung dịch hay 7,9 10-7 mol/L. Đúng như suy đoán, độ tan của Pb(IO3)2 bị giảm trong dung dịch có chứa một trong những ion của nó. Điều này được gọi là hiệu ứng ion chung.   MxPb 10.010.02     132 105.2210.0  x 132 105.240.0  x 7 1091.7  x   MxPb 10.010.02    6 106.12   xI KẾT LUẬN Các loại phản ứng Khái niệm về sự cân bằng hóa học Hằng số cân bằng Hoạt độ Nồng độ => Hiểu một cách tổng quát cân bằng hóa học của các phương pháp sử dụng trong hóa học phân tích để vận dụng trong tính toán. Chuùc caùc baïn ñaït keát quaû cao trong hoïc taäp

More Related Content

Can bang hoa hoc

  • 1. CÂN BẰNG HOÁ HỌC BỘ MÔN HOÁ PHÂN TÍCH KIỂM NGHIỆM TS. PHAN THANH DŨNG
  • 2. MỤC TIÊU HỌC TẬP  Trình bày được định nghĩa, phân loại phản ứng hóa học.  Trình bày được khái niệm về sự cân bằng hóa học.  Tính các hằng số cân bằng hoá học.  Phân biệt hoạt độ và nồng độ.  Giải được một số bài tập cân bằng hóa học.
  • 3. PHẢN ỨNG HÓA HỌC ĐỊNH NGHĨA Phản ứng hóa học là phản ứng khi liên kết một hay nhiều hơn 2 nguyên tố thì các liên kết hóa học trong chất tham gia phản ứng thay đổi và tạo ra chất mới (sản phẩm) Na2CO3 + CaCl2  2NaCl + CaCO3↓ - Có sự thay đổi năng lượng và tuân theo định luật bảo toàn năng lượng. - Phản ứng kết thúc khi => cân bằng phản ứng hoá học. CÁC LOẠI PHẢN ỨNG HÓA HỌC 1. Phản ứng kết hợp (synthesis reaction) Trong phản ứng này, 2 hay nhiều chất đơn giản sẽ kết hợp để tạo nên chất phức tạp hơn Dạng cơ bản: A + X → AX N2(k) + 3H2(k) → 2NH3(k) NH3(k) + H2O(l) → NH4OH (nước)
  • 4. PHẢN ỨNG HÓA HỌC 2. Phản ứng phân hủy (decomposition reaction) Dạng cơ bản: AX → A + X 2H2O → 2H2 + O2 3. Phản ứng trao đổi (replacement reaction) Dạng cơ bản: A + BX → AX + B hay AX + Y → AY + X + Phản ứng trao đổi đơn (single replacement reaction) 2Na + 2HCl → 2NaCl + H2 + Phản ứng trao đổi kép (double replacement reaction) AgNO3 + NaCl → AgCl + NaNO3 Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2O + Phản ứng trao đổi ion Dạng cơ bản: AX + BY → AY + BX NaCl (nước) + AgNO3(nước) → NaNO3(nước) + AgCl(r) 4. Phản ứng oxy hóa – khử C10H8+ 12O2 → 10CO2 + 4H2O + nhiệt Pb + Pb02 + 4H+ + 2SO4 2– → 2PbSO4 + 2H20
  • 5. KHÁI NIỆM VỀ SỰ CÂN BẰNG HÓA HỌC CH3COOH + NaOH CH3COONa + H20 - Khi tốc độ của phản ứng di chuyển theo chiều thuận và theo chiều nghịch bằng nhau và nồng độ của chất tham gia phản ứng và của nồng độ sản phẩm không thay đổi theo thời gian => Phản ứng đạt trạng thái cân bằng. - Cân bằng hóa học là một quá trình cân bằng động + Cân bằng vật lý H2O (l)  H2O (k) + Cân bằng hóa học 2NO2 (k)  N2O4 (k)
  • 6. KHÁI NIỆM VỀ SỰ CÂN BẰNG HÓA HỌC Chú ý:  Một hệ thống CB không cần bất cứ năng lượng nào để duy trì sự CB.  Không nên lẫn lộn trạng thái CB và trạng thái tĩnh. Trạng thái tĩnh là trạng thái mà các nồng độ đều không đổi theo thời gian.  CBHH là trạng thái động trong đó chất tham gia phản ứng và sản phẩm chuyển đổi liên tục cho nhau. Tốc độ mất đi và xuất hiện của chúng bằng nhau.
  • 7. HOẠT ĐỘ VÀ NỒNG ĐỘ CM của HCl pH theo lý thuyết pH theo thực nghiệm Sai số 0.00050 3.30103 3.31 -0.00897 0.0100 2 2.04 -0.04 0.100 1 1.10 -0.1 0.4 0.39794 0.52 -0.12206 pH= - lg[H+] Biểu thức pH= - lg[H+] chỉ chính xác trong một giới hạn pha loãng và pH thật sự tính theo hoạt độ ion hydrogen chứ không tính theo nồng độ. Nghĩa là pH= -lg aH+ Tổng quát, giữa hoạt độ và nồng độ có mối liên quan theo công thức: a =  C hay a = f C với a: hoạt độ;  (hoặc f): hệ số hoạt độ; C: nồng độ mol; Trong DD pha loãng, hệ số hoạt độ thường = 1 => hoạt độ = nồng độ. Hoạt độ: Lewis (Mỹ, 1907)
  • 8. HOẠT ĐỘ VÀ NỒNG ĐỘ Lực ion: lực ion sẽ ảnh hưởng đến hoạt độ ion. Đại lượng này được ký hiệu là I Một chất điện ly MxXm được phân ly thành: MxXm = xMm+ + mXx- Các ion dương Mm+ và các ion âm Xx- phải cùng có mặt trong một DD và không thể tách riêng hoạt độ của các ion dương và âm. Do vậy, thường dùng đại lượng hoạt độ ion trung bình (a) a =  C (MmXx)-(m+x) Đối với cả 2 ion dương và âm, C là nồng độ tỷ lượng của chất điện ly Hệ số hoạt độ trung bình được tính theo biểu thức Trong đó + và - lần lượt là số cation và anion trong 1 đơn vị công thức của chất điện ly. )/(1 )(      
  • 9. HOẠT ĐỘ VÀ NỒNG ĐỘ Phương trình Debye Huckel mở rộng: A là hằng số tùy thuộc vào tính chất của dung môi z+, z-: các điện tích ion Ví dụ: H2O: a= 0,5085 ở 250C -I là lực ion được xác định theo phương trình I = -trong đó Ci là nồng độ của ion i.          2/1 2/1 1 lg I I zzA 2 i i 1 Z C 2 
  • 10. HOẠT ĐỘ VÀ NỒNG ĐỘ  Cách tính hệ số hoạt độ f: Để tính hệ số hoạt độ, trước hết ta cần xác định lực ion I của dung dịch. I = 0,5[C1Z1 2 + C2Z2 2 +...] = 0,5∑CiZi 2. Dựa vào phương trình Debye Huckel để tính hệ số f: Trong đó: Zi: điện tích các ion cần tính f r: bán kính trung bình của ion solvat hoá đã cho, trong dung dịch nước r  10-8cm. Do đó: (*) Do không thể xác định bằng thực nghiệm giá trị fi của các ion nên người ta thay hệ số hoạt độ trong phương trình (*) bằng hệ số hoạt độ trung bình cho các ion có điện tích ±1, ±2 ... (fZ±). Biểu thức này chỉ đúng cho dung dịch nước khi lực ion ≤ 0,2. 2 i i 8 0,5 Z I lgf 1 r 0,33 10 I         2 i i 0,5 Z I lgf 1 I     
  • 11. HOẠT ĐỘ VÀ NỒNG ĐỘ Nếu lực ion I > 0,2 (tức là dung dịch có nồng độ cao hơn) ta cần điều chỉnh bằng một số hạng: Dung dịch có nồng độ trung bình (0,20 < I < 0,50) Davies đã đưa ra biểu thức tính hệ số hoạt độ fZ± (z≤ 3) như sau: Dùng nồng độ mol ion để tính lực ion I. 2 Z i I lgf 0,5 Z A I 1 I       2 Z i I lgf A Z ( 0,2I) 1 I     
  • 12. HOẠT ĐỘ VÀ NỒNG ĐỘ Lưu ý: Khi lực ion I < 0,02, người ta tính hệ số f theo PT giới hạn Debye Huckel: Khi đưa hệ số fi vào biểu thức tính hằng số CB K, ta có: Trong đó: Kc: hằng số cân bằng nồng độ. f±: trị số đánh giá tác động của lực tương tác tĩnh điện lên hằng số CB. K: hằng số cân bằng nhiệt động học. Thường trong hoá phân tích, để tính nồng độ CB của các tiểu phân người ta thường dùng hằng số cân bằng Kc, bỏ qua tác động của tương tác tĩnh điện - nghĩa là chấp nhận f± = 1. Khi nồng độ dung dịch loãng thì sai số chấp nhận được. 2 Z ilgf 0,5 Z I            p q p q DC cm n m n A B C D f f K K f f fA Q        
  • 13. HOẠT ĐỘ VÀ NỒNG ĐỘ Ví dụ: Tính hoạt độ của các ion trong dung dịch BaCl2 0,1 M. I = 0,5(22 × 0,1 + 12 × 0,2) = 0,3 Vì 2I > 0,2 nên tính hệ số f theo phương trình Davies Đối với các dung dịch đậm đặc, việc sử dụng nồng độ tính theo trọng lượng của dung môi (nồng độ molan) thường có thể cung cấp một ước lượng tốt hơn là dùng nồng độ tính theo thể tích (nồng độ mol). 2 2 2 0,3 lgf 0,5 2 ( 0,2 0,3) 0,5980 f 0,252 1 0,3            2 1 2 0,3 lgf 0,5 1 ( 0,2 0,3) 0,1490 f 0,710 1 0,3            2 2 Ba a 0,252 0,1 2,52.10 M     1 Cl a 0,710 0,2 1,42.10 M    
  • 14. HẰNG SỐ CÂN BẰNG CÁCH TÍNH HẰNG SỐ CÂN BẰNG Định luật tác dụng khối lượng: biểu diễn mối liên quan giữa nồng độ (hoạt độ) của các chất phản ứng và của sản phẩm phản ứng ở trạng thái CB. Áp dụng được với các dung dịch lý tưởng: dung dịch của các chất không điện ly và các chất điện ly yếu với nồng độ rất loãng (hoạt độ). Trong thực tế, thông thường nồng độ của các dung dịch không tuân theo độ pha loãng một cách chính xác. Đối với các chất điện ly mạnh hoặc các chất điện ly yếu nhưng nồng độ cao thì sự sai lệch rất lớn => giới hạn của định luật tác dụng khối lượng. => Do đó khi áp dụng định luật tác dụng khối lượng chỉ nhận được các kết quả gần đúng. Tuy vậy, trong nhiều trường hợp độ chính xác này vẫn chấp nhận được với các mục đích thực tiễn.
  • 15. HẰNG SỐ CÂN BẰNG CÁCH TÍNH HẰNG SỐ CÂN BẰNG Thí dụ: mA + nB  pC +qD Nếu tính theo hoạt độ Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng: Ka được gọi là HSCB, trong đó aA, aB, aC, aD là hoạt độ cân bằng của các chất phản ứng (A, B) và các sản phẩm phản ứng (C, D); m, n, p, q là các hệ số tỉ lượng tương ứng. Nếu tính theo nồng độ [A], [B], [C], [D]: nồng độ cân bằng tương ứng của chất phản ứng và sản phẩm an B m A q D p C K aa aa  Cnm qp K BA DC  ][][ ][][
  • 16. HẰNG SỐ CÂN BẰNG CÁCH TÍNH HẰNG SỐ CÂN BẰNG nm BAKV ][][11  qp DCKV ][][22  V1 là tốc độ phản ứng xảy ra theo chiều thuận, V2 là tốc độ phản ứng xảy ra theo chiều nghịch. Phản ứng được đặc trưng bằng hai hằng số tốc độ K1 và K2 Khi phản ứng đạt tới trạng thái cân bằng thì V1 = V2 Nghĩa là K1[A]m[B]n = K2[C]p[D]q Hằng số cân bằng nm qp c BA DC K K K ][][ ][][ 2 1  Tốc độ phản ứng có thể biểu diễn bằng hàm mũ: n1, n2 tương ứng là bậc phản ứng theo các cấu tử 1 và 2. C; nồng độ của các chất tham gia hoặc sản phẩm tạo thành sau phản ứng. n1  m và n2  n. Bậc phản ứng là đại lượng được xác định bằng thực nghiệm, không liên quan đến các hệ số tỉ lượng. Bậc có thể là số nguyên, phân số hay số không. 2 2 1 1 nn CkCV 
  • 17. HẰNG SỐ CÂN BẰNG HẰNG SỐ CÂN BẰNG CỦA CÁC PHẢN ỨNG HAY SỬ DỤNG TRONG HÓA HỌC PHÂN TÍCH 1. Hằng số cân bằng của các phản ứng phân ly (HSPL) Là hằng số cân bằng của phản ứng phân ly một chất. Thí dụ: đối với phản ứng phân ly acid yếu HA: HA  H+ + A- Ka được gọi là HSPL nhiệt động; a - hoạt độ của ion hoặc phân tử; γ - hệ số hoạt độ. Trong một số trường hợp có thể chấp nhận hệ số hoạt độ không đổi: K’a được gọi là HSPL điều kiện. Ka phụ thuộc nhiệt độ, không phụ thuộc nồng độ; K'a phụ thuộc cả nồng độ và nhiệt độ. Bên cạnh Ka người ta còn dùng khái niệm pKa = - lgKa. Thí dụ. đối với acid acetic CH3COOH ở 25oC, Ka = 1,754. 10-5 và pKa = 4,76.      HAHA AH a HA AH a aa K  2    
  • 18. HẰNG SỐ CÂN BẰNG HẰNG SỐ CÂN BẰNG CỦA CÁC PHẢN ỨNG HAY SỬ DỤNG TRONG HÓA HỌC PHÂN TÍCH 1. Hằng số cân bằng của các phản ứng phân ly (HSPL) a. HẰNG SỐ PHÂN LY ACID (PHẢN ỨNG ACID –BASE) Phản ứng phân ly acid. Acid chia làm 2 loại: - Acid mạnh chuyển hết proton cho dung môi. -Acid yếu không thể cho hết proton acid của nó cho dung môi. - Các acid còn lại không phân ly, chỉ một phần nhỏ hiện diện dưới dạng base liên hợp CH3COOH (nước) + H2O (l)  H3O+ (nước) + CH3COO- (nước) Hằng số cân bằng của phản ứng này được gọi hằng số phân ly acid Ka. Ka của acid acetic là 1.75 × 10-5 Chú ý: nồng độ của nước có thể bỏ qua trong biểu thức tính Ka vì giá trị quá lớn không bị ảnh hưởng bởi phản ứng phân ly. Độ lớn của Ka cung cấp thông tin về lực tương đối của acid, với Ka càng nhỏ thì acid càng yếu.
  • 19. HẰNG SỐ CÂN BẰNG HẰNG SỐ CÂN BẰNG CỦA CÁC PHẢN ỨNG HAY SỬ DỤNG TRONG HÓA HỌC PHÂN TÍCH 1. Hằng số cân bằng của các phản ứng phân ly (HSPL) b. HẰNG SỐ PHÂN LY BASE (PHẢN ỨNG ACID –BASE) là hằng số cân bằng giữa base yếu và proton mà base nhận để tạo nên acid đó Thí dụ: giữa NH3 và acid NH4 +, có cân bằng: Với hằng số cân bằng Kb: là hằng số phân ly base. Kb càng lớn, base kết hợp với proton càng nhiều => base càng mạnh. Thí dụ NH3 có Kb = 1,76×10-5 mạnh hơn CH3COO- có Kb = 1,74×10-9
  • 20. HẰNG SỐ CÂN BẰNG HẰNG SỐ CÂN BẰNG CỦA CÁC PHẢN ỨNG HAY SỬ DỤNG TRONG HÓA HỌC PHÂN TÍCH 1. Hằng số cân bằng của các phản ứng phân ly (HSPL) c. HẰNG SỐ KHÔNG BỀN CỦA PHỨC CHẤT (HSKB) Hằng số cân bằng giữa phức chất và các tiểu phân (ion, phân tử) tạo nên phức chất đó. Thí dụ: Kkb này được gọi là HSKB của ion phức Ag(NH3)2 +; vì Kkb càng lớn, ion phức phân li càng nhiều nên Kkb còn được gọi là hằng số phân ly của phức chất.
  • 21. HẰNG SỐ CÂN BẰNG HẰNG SỐ CÂN BẰNG CỦA CÁC PHẢN ỨNG HAY SỬ DỤNG TRONG HÓA HỌC PHÂN TÍCH 2. Hằng số cân bằng của các phản ứng kết hợp (HSKH) Là hằng số cân bằng giữa ion tự do và cặp ion (do hai ion khác dấu kết hợp với nhau tạo thành). Thí dụ: HSKH phụ thuộc vào hằng số điện môi D của dung môi và nồng độ chất tan: Kkh của KCl 0,1 M / CH3COOH với D = 6,2 là 106,9. Kkh của KCl 0,1 M / MeOH với D = 32,6 là 101,15. Trong dung môi có D càng nhỏ, Kkh càng cao, trong benzen, clorofom hầu như không có ion tự do, vì D rất nhỏ.         ClK ClK KClKClK kh,
  • 22. HẰNG SỐ CÂN BẰNG HẰNG SỐ CÂN BẰNG CỦA CÁC PHẢN ỨNG HAY SỬ DỤNG TRONG HÓA HỌC PHÂN TÍCH 2. Hằng số cân bằng của các phản ứng kết hợp (HSKH) a. HẰNG SỐ BỀN (HSB = K) (PHẢN ỨNG TẠO PHỨC) Hằng số cân bằng giữa các tiểu phân (ion, phân tử) tạo nên phức chất đó. Thí dụ: Kb: HSB của ion phức Ag(NH3)2 +, vì Kb càng lớn, Ag(NH3)2 + được tạo nên càng nhiều nên Kb còn được gọi là hằng số tạo thành phức chất. (trình bày trong chương 10) b. HẰNG SỐ BỀN ĐIỀU KIỆN (PHẢN ỨNG TẠO PHỨC) (trình bày trong chương 10)
  • 23. HẰNG SỐ CÂN BẰNG HẰNG SỐ CÂN BẰNG CỦA CÁC PHẢN ỨNG HAY SỬ DỤNG TRONG HÓA HỌC PHÂN TÍCH 3. Hằng số cân bằng của các phản ứng trao đổi TÍCH SỐ TAN (PHẢN ỨNG TẠO TỦA) - 2 hay nhiều chất hòa tan kết hợp với nhau => chất không tan gọi là tủa. Thường là phản ứng hoán vị trong đó 2 hợp chất ion hoà tan trao đổi. Thí dụ Pb2+ (nước) + 2Cl – (nước)  PbCl2 (r) Trong việc xử lý sự cân bằng của sự kết tủa, cũng thường xuyên gặp phản ứng ngược chiều PbCl2 (r)  Pb2+ (nước) + 2Cl – (nước) Tích số tan: là tích nồng độ các ion của hợp chất ít tan trong dung dịch bão hoà chất đó TST của PbCl2 = Ksp = [Pb2+] [Cl-]2 = 1.7 × 10-5 Đối với các chất tan mạnh, có nồng độ bão hoà lớn, không áp dụng tích số nồng độ, mà phải tính theo tích số hoạt độ a (trình bày trong chương 9)
  • 24. HẰNG SỐ CÂN BẰNG HẰNG SỐ CÂN BẰNG CỦA CÁC PHẢN ỨNG HAY SỬ DỤNG TRONG HÓA HỌC PHÂN TÍCH 4. Hằng số cân bằng của các phản ứng oxy hoá khử Phản ứng oxy hóa khử liên quan đến sự di chuyển electron => xét nhiệt động học của phản ứng về mặt electron lại thích hợp hơn (chương 8). Nhiệt động học: - Là khoa học nghiên cứu sự tương tác của nhiệt độ với sự biến thiên năng lượng - Nghiên cứu sự thay đổi năng lượng trong quá trình phản ứng. - Nhiệt động học hoá học phân tích các yếu tố xác định điểm cân bằng của phản ứng. Hằng số cân bằng K có thể suy ra từ lý thuyết nhiệt động học. K phụ thuộc vào bản chất của chất phản ứng, nhiệt độ và áp suất. Ở nhiệt độ và áp suất hằng định, năng lượng tự do Gibb biểu diễn theo công thức: ∆G = ∆H – T.∆S - T là nhiệt độ Kelvin ; ∆G: là biến thiên về năng lượng tự do Gibb - ∆H: là biến thiên enthalpy; ∆S: là biến thiên entropy Biến thiên năng lượng ∆G liên quan đến hằng số cân bằng K của phản ứng hoá học: ∆G =∆Go + RTlnK
  • 25. HẰNG SỐ CÂN BẰNG ỨNG DỤNG CỦA HẰNG SỐ CÂN BẰNG K K cho biết về chiều mức độ hoàn toàn của phản ứng. - K lớn rất nhiều hơn 1 (K>>>1) => tạo C, D - K nhỏ rất nhiều so với 1 (K< 0,1)=> P Ư ko hoàn toàn - K quá nhỏ thì phản ứng tạo C và D hầu như không xảy ra. -K là một hằng số, nếu thay đổi [A], [B], [C], [D] => thay đổi một hay nhiều thừa số khác. - Muốn quyết định chiều phản ứng => thay đổi nồng độ của các chất. Khi biết K, có thể tính toán: + Nồng độ cân bằng của các ion chất điện ly yếu, nếu biết nồng độ ban đầu của chúng. + Nồng độ cân bằng của của các chất tham gia phản ứng hoặc sản phẩm tạo thành của các phản ứng hoá học. + Nồng độ cân bằng các ion hydro, hydroxyd, độ điện ly của chất điện ly trong các dung dịch nước của các acid hoặc bazơ yếu, các muối thủy phân, dung dịch đệm… + Nồng độ cân bằng của các cation, anion và độ tan của chất điện ly ít tan trong nước.
  • 26. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÂN BẰNG HOÁ HỌC Nguyên lý Le Châtelier "Khi tác động lên một hệ thì bản thân hệ sẽ tự điều chỉnh để hạn chế ảnh hưởng của tác động đó" ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ N2 + 3H2  2NH3 Phản ứng thuận toả nhiệt, phản ứng nghịch thu nhiệt. Do đó nếu ta tăng nhiệt độ của hệ thống thì cân bằng sẽ dịch chuyển theo hướng làm giảm nhiệt độ tức là chuyển về phía phản ứng nghịch, và nếu giảm nhiệt độ của hệ thống thì phản ứng sẽ xảy ra theo chiều thuận. ẢNH HƯỞNG CỦA ÁP SUẤT H2 + Cl2  2HCl Số phân tử khí ở hai vế bằng nhau do đó khi thay đổi về áp suất sẽ không làm thay đổi trạng thái cân bằng. Phản ứng tổng hợp NH3: hỗn hợp ↓ thể tích => ↑ áp suất thì hệ thống cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều thuận Nồng độ của các các chất khí tùy thuộc áp suất riêng phần của chúng và không phụ thuộc vào tổng áp suất của hệ thống, do đó khi thêm hay bỏ một lượng khí trơ sẽ không làm thay đổi cân bằng phản ứng của chất khí đó.
  • 27. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÂN BẰNG HOÁ HỌC ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG MÔI Chất phản ứng, sản phẩm phân tán trong dung môi. Nếu lượng dung môi thay đổi => nồng độ thay đổi. Thí dụ: Ag+ + 2NH3 Ag(NH3)2+ Khi loãng với đồng thế tích nước, nồng độ của các chất giảm một nửa. Do đó hệ số phản ứng sẽ là Vì Q > 2, cân bằng phải được tái lập bằng cách dịch chuyển sang trái và làm giảm nồng độ của Ag(NH3)2+. Hơn nữa, vị trí cân bằng mới sẽ hướng về phía có số chất tan nhiều nhất. Nếu ↑ Ag(NH3)2+ - Việc ↑ thể tích luôn làm phản ứng diễn ra ưu tiên theo hướng có số phần tử nhiều nhất và ↓ thể tích thì thúc đẩy phản ứng theo hướng có ít phần tử nhất (áp dụng cho bất kỳ phản ứng, pha) - Nếu số phần tử ở cả hai vế phương trình là như nhau: cân bằng của phản ứng không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi thể tích.       2 3 23 2 NHAg NHAg              2 3 2 23 5.05.0 5.0 NHAg NHAg Q            22 3 23 3 4 5.0 5.0                     NHAg NHAg Q
  • 28. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÂN BẰNG HOÁ HỌC ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ CÁC CHẤT THAM GIA PHẢN ỨNG VÀ SẢN PHẨM TẠO THÀNH -Hệ thống cân bằng của phản ứng bị phá vỡ trực tiếp CH3COOH (nước) + H2O (l)  H3O+ (nước) + CH3COO- (nước) Ở một nhiệt độ hằng định, các dung dịch khác nhau của acid acetic sẽ có các giá trị khác nhau cho nồng độ H3O+, acetat, và acid acetic, nhưng luôn có cùng giá trị Ka. - Nếu thêm vào CH3COONa => ↑ CH3COO-, => có khả năng ↑ Ka. - Tuy nhiên, vì giá trị Ka giữ nguyên không đổi, do đó nồng độ của cả ba phần tử trong phương trình phải thay đổi để phục hồi Ka Như vậy hệ thống cân bằng của phản ứng sẽ bị phá vỡ khi thay đổi nồng độ của chất tham gia phản ứng hay sản phẩm tạo thành.
  • 29. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÂN BẰNG HOÁ HỌC ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ CÁC CHẤT THAM GIA PHẢN ỨNG VÀ SẢN PHẨM TẠO THÀNH Hệ thống cũng có thể phá vỡ một cách gián tiếp. AgCl  Ag+ + Cl- - Thêm AgNO3 - Nếu thêm NH3 (một chất có thể tạo phức bền và tan được với Ag+): Ag+ + 2NH3 Ag(NH3)2+ Thêm NH3 => ↓ nồng độ Ag+ dưới dạng phức Ag(NH3)2+. Sự ↓ nồng độ Ag+ => ↑ độ tan của AgCl và phản ứng trên tái lập điểm cân bằng. => NH3 tác động trên độ tan của AgCl, NH3 cũng là một chất tham gia phản ứng. AgCl + 2NH3 Ag(NH3)2+ + Cl-* Ví dụ: Nếu thêm HNO3 vào thì cân bằng của phương trình * sẽ thay đổi như thế nào? HNO3 + NH3 NH4 + + NO3 - Khi thêm ít HNO3 vào sẽ làm giảm NH3. Việc giảm nồng độ NH3 sẽ làm phản ứng * xảy ra theo chiều tạo ra chất phản ứng, giảm độ tan AgCl.
  • 30. BÀI TẬP VỀ CÂN BẰNG HOÁ HỌC 1. XỬ LÝ CÁC HẰNG SỐ CÂN BẰNG - Nếu ta đảo ngược phản ứng thì hằng số cân bằng của phản ứng mới sẽ là nghịch đảo của phản ứng đầu. Thí dụ A + 2B  AB2 Là nghịch đảo của phản ứng AB2  A + 2B - Nếu cộng hai phản ứng với nhau để tạo ra phản ứng mới thì hằng số cân bằng của phản ứng mới là tích số của hằng số cân bằng của các phản ứng ban đầu. A + C  AC AC + C  AC2 A + 2C  AC2     2 2 1 BA AB K      2 2 1 2 1 AB BA K K      CA AC K 1     CAC AC K 2 2                2 22 213 CA AC CAC AC CA AC KKK 
  • 31. BÀI TẬP VỀ CÂN BẰNG HOÁ HỌC 2. BÀI TẬP VỀ TÍNH ÁP SUẤT CÂN BẰNG RIÊNG PHẦN Xét phản ứng: PCl5(k)  PCl3(k) + Cl2(k) Kp = 1,05 ở 2500C. Nếu áp suất riêng phần ở trạng thái cân bằng của PCl5 và PCl3 lần lượt là 0, 875 atm và 0,463 atm thì áp suất riêng phần ở trạng thái cân bằng của Cl2 ở 250 0C là bao nhiêu? Giải: trước tiên tính Kp     875,0 463.0 05,1 2 5 23 Cl PCl ClPCl p P P PP K       atmPCl 98,1 463,0 875,005,1 2  3. BÀI TẬP VỀ CHUYỂN ĐỔI KC THÀNH KP KC: HSCB theo nồng độ, KP: HSCB theo áp suất từng phần của khí Xét phương trình: aA (k)  bB (k) thì: Theo phản ứng N2 (k) + 3H2(k) ⇋ 2NH3(k) Giá trị của KP = 4,3 × 10-4 ở 375 0C. Hãy tính KC? vì T0 = 273 Kelvin và Δn = số mol sản phẩm khí – số mol chất khí tham gia) nên ta có T = 648 Kelvin và Δn = 2- 4 = -2        b B a A pa b c P P K A B K  ,   n P C T K K   0821,0   2,1 6480821,0 103,4 2 4       CK
  • 32. BÀI TẬP VỀ CÂN BẰNG HOÁ HỌC 4. BÀI TẬP VỀ DỰ ĐOÁN CHIỀU CỦA PHẢN ỨNG Cho phản ứng: N2(k) +3H2 (k)  2NH3 (k) - Ban đầu có 0,249 mol N2; 3,21 × 10-2 mol H2 và 6,42 × 10-4 mol NH3 trong một bình chứa 3,5 lít ở 375 0C. Nếu Kc= 1,2 - a. Hãy giải thích là hệ thống này có cân bằng hay không? - b. Nếu không thì phản ứng sẽ có khuynh hướng di chuyển theo chiều nào? Các bước tiến hành - Qc: là đại lượng thu được khi sử dụng các nồng độ ban đầu trong biểu thức hằng số cân bằng. Để xác định chiều phản ứng thì so sánh Qc và Kc. Có 3 trường hợp xảy ra: - Qc  Kc: Tỷ số giữa các nồng độ ban đầu của sản phẩm và chất tham gia quá lớn. Để đạt được cân bằng, sản phẩm phải chuyển thành chất tham gia => Phản ứng di chuyển theo chiều trái - Qc= Kc: phản ứng đang ở thời điểm cân bằng - Qc  Kc: Tỷ số giữa các nồng độ ban đầu của sản phẩm và chất tham gia quá nhỏ. Để đạt được cân bằng, chất tham gia phải chuyển thành sản phẩm. Phản ứng di chuyển theo chiều phải. Nếu trường hợp hằng số sử dụng là Kp thì tính Qp
  • 33. BÀI TẬP VỀ CÂN BẰNG HOÁ HỌC 4. BÀI TẬP VỀ DỰ ĐOÁN CHIỀU CỦA PHẢN ỨNG Gỉải N2 (k) + 3H2(k) ⇋ 2NH3(k) - Qc  Kc: Hệ không cân bằng và phản ứng di chuyển theo chiều phải.   M L mol N 0711,0 50,3 249,0 02    M L mol H 3 2 02 1017,9 50,3 1021,3        M L mol NH 4 4 03 1083,1 50,3 1042,6                 cQ HN NH       61,0 1017,90711,0 1083,1 33 24 3 0202 2 03
  • 34. BÀI TẬP VỀ CÂN BẰNG HOÁ HỌC 5. BÀI TẬP VỀ TÍNH HẰNG SỐ CÂN BẰNG Môt hệ gồm một cặp đồng phân hình học trong một dung môi hữu cơ Kc = 24,0 ở 2000C Cis – stilben  Trans - stilben Giả thuyết lúc đầu chỉ có Cis – stilben có mặt và nồng độ là 0,850 mol /lít. Hãy tính nồng độ của 2 đồng phân này ở thời điểm cân bằng? Các bước tiến hành: Bước 1: Diễn tả nồng độ cân bằng của tất cả các chất theo nồng độ ban đầu và chỉ bằng một ẩn số Bước 2: Diễn tả hằng số cân bằng theo nồng độ cân bằng. Giá trị của hằng số cân bằng biết được sẽ dùng để giải phương trình theo x Bước 3: Sau khi xác định giá trị x, tính nồng độ cân bằng của tất cả các chất Cis – stilben Trans - stilben Nồng độ ban đầu (M) 0,850 0 Thay đổi về nồng độ (M) -x +x Nồng độ cân bằng 0,850 -x x
  • 35. BÀI TẬP VỀ CÂN BẰNG HOÁ HỌC 5. BÀI TẬP VỀ TÍNH HẰNG SỐ CÂN BẰNG Viết biểu thức hằng số cân bằng theo nồng độ cân bằng x = 0,816 M Đáp số: a. [Cis – stilben] = 0,034M b. [Trans – stilben] = 0,816 M    stilbenCis stilbenTrans Kc    x x   850,0 0,24
  • 36. BÀI TẬP VỀ CÂN BẰNG HOÁ HỌC 6. BÀI TẬP VỀ TÍNH ĐỘ TAN CỦA MỘT CHẤT TRONG NƯỚC Xác định nồng độ của Pb2+ và IO3 và độ tan của Pb(IO3)2 trong dung dịch bão hòa khi cho Pb(IO3)2 vào nước cất. Phản ứng cân bằng Pb(IO3)2  Pb2+ + 2IO3 - Và hằng số cân bằng của nó Khi cân bằng được thiết lập, 2IO3 được tạo ra tương ứng với mỗi ion Pb2+. Giả sử nồng độ mol của Pb2+ ở điểm cân bằng là x => nồng độ của IO3 là 2x.    132 3 2 105.2   IOPbKsp **
  • 37. BÀI TẬP VỀ CÂN BẰNG HOÁ HỌC 6. BÀI TẬP VỀ TÍNH ĐỘ TAN CỦA MỘT CHẤT TRONG NƯỚC Pb(IO3)2 Pb2+ 2IO3 - Nồng độ ban đầu Chất rắn 0 0 Thay đổi về nồng độ Chất rắn +x +2x Nồng độ cân bằng Chất rắn 0 + x = x 0 + 2x = 2x Thế nồng độ cân bằng vào phương trình ** Do đó nồng độ cân bằng của Pb2+ và IO3 - là Vì một mol Pb(IO3)2 chứa một mol Pb2+, độ tan của Pb(IO3)2 bằng nồng độ của Pb2+; do đó độ tan của Pb(IO3)2 là 4,0  10-5 M    132 105.22  xx 133 105.24  x 5 1097.3  x   MxPb 52 100.4     MxI 5 109.72  
  • 38. BÀI TẬP VỀ CÂN BẰNG HOÁ HỌC 7. BÀI TẬP TÍNH ĐỘ TAN CỦA MỘT CHẤT TRONG DUNG DỊCH CÓ ION CÙNG TÊN Độ tan của Pb(IO3)2 sẽ bị ảnh hưởng như thế nào nếu vào dung dịch Pb(NO3)2 0,1 M? Thiết lập bảng theo dõi nồng độ của Pb2+ và IO3 - trong hệ thống. Pb(IO3)2 Pb2+ 2IO3 - Nồng độ ban đầu Chất rắn 0,10 0 Thay đổi về nồng độ Chất rắn +x +2x Nồng độ cân bằng Chất rắn 0,1 + x 0 + 2x = 2x Thế nồng độ cân bằng vào biểu thức độ tan sản phẩm của phương trình ** Và khai triển    132 105.2210.0   xx 1323 105.240.04   xx ***
  • 39. BÀI TẬP VỀ CÂN BẰNG HOÁ HỌC 7. BÀI TẬP TÍNH ĐỘ TAN CỦA MỘT CHẤT TRONG DUNG DỊCH CÓ ION CÙNG TÊN Dùng phương pháp ước lượng để giải Thế vào phương trình *** Giải ra thu được x là: Trước khi chấp nhận nghiệm này, hãy kiểm tra để xem sự ước lượng có hợp lý không. Trong trường hợp này ước lượng 0,1 + x = 0,1 dường như hợp lý vì sự khác nhau giữa hai giá trị có thể bỏ qua. Do đó nồng độ cân bằng của Pb2+ và IO3 - là Độ tan của Pb(IO3)2 bằng sự bổ sung của Pb2+ trong dung dịch hay 7,9 10-7 mol/L. Đúng như suy đoán, độ tan của Pb(IO3)2 bị giảm trong dung dịch có chứa một trong những ion của nó. Điều này được gọi là hiệu ứng ion chung.   MxPb 10.010.02     132 105.2210.0  x 132 105.240.0  x 7 1091.7  x   MxPb 10.010.02    6 106.12   xI
  • 40. KẾT LUẬN Các loại phản ứng Khái niệm về sự cân bằng hóa học Hằng số cân bằng Hoạt độ Nồng độ => Hiểu một cách tổng quát cân bằng hóa học của các phương pháp sử dụng trong hóa học phân tích để vận dụng trong tính toán.
  • 41. Chuùc caùc baïn ñaït keát quaû cao trong hoïc taäp
Download

Từ khóa » Cách Tính Hằng Số Cân Bằng Kp