Hóa đại Cương: Cân Bằng Hóa Học - Tài Liệu Text - 123doc

Có thể bạn quan tâm

Tải bản đầy đủ (.doc) (8 trang)

Trang chủ

Giáo Dục - Đào Tạo

Cao đẳng - Đại học

Hóa đại cương: Cân bằng hóa học

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (164.86 KB, 8 trang )

Chương VIII: Cân bằng hóa học ThS Lê Minh Tâm CHƯƠNG VIII: CÂN BẰNG HÓA HỌCI. Cân bằng hóa học:1. Phản ứng thuận nghịch:- Phản ứng một chiều (phản ứng hoàn toàn): là những phản ứng hóa học xảy ra cho đến khi hết toàn bộ hoặc một trong các tác chất phản ứng. Khi viết phương trình phản ứng ta dùng dấu “=”Ví dụ: 2t,MnO33O2KCl2KClO02+=- Phản ứng thuận nghịch (phản ứng không hoàn toàn): là phản ứng ở cùng điều kiện có thể xảy ra theo hai chiều ngược nhau. Khi viết phương trình phản ứng ta dùng dấu “”Ví dụ: Fe3O4(r) + 4H2(k)  3Fe(r) + 4H2O(k)Phản ứng theo chiều mũi tên từ trái sang phải được gọi là phản ứng thuận. Phản ứng theo chiều ngược lại được gọi là phản ứng nghịch. Đặc điểm của phản ứng thuận nghịch là không bao giờ hết được một trong các chất ban đầu mà chỉ đạt đến trạng thái cân bằng hóa học.2. Trạng thái cân bằng hóa họca. Định nghĩa: là trạng thái của hệ phản ứng hóa học khi có tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch và tỉ lệ lượng chất giữa các chất phản ứng với sản phẩm là không đổi ở những điều kiện bên ngoài nhất định. Ví dụ: Thí nghiệm 1: H2(k)+ I2(k) →←C03602 HI(k) Trước phản ứng (mol) 1 1 0Hệ đạt cân bằng (mol) 0,2 0,2 1,6Đến một lúc nào đó vận tốc phản ứng thuận bằng vận tốc phản ứng nghịch. Lúc đó trong một đơn vị thời gian và một đơn vị thể tích có bao nhiêu phân tử HI được tạo thành thì cũng sẽ bấy nhiêu phân tử HI bị phân hủy. Do đó tỉ lệ khối lượng giữa các chất phản ứng và sản phẩm phản ứng không thay đổi nữa (10% H2, 10%I2, 80% HI). Hệ đạt đến trạng thái cân bằng. Từ đó dù có để phản ứng diễn ra bao lâu đi nữa tỉ lệ này vẫn không đổi nếu giữ nguyên các điều kiện bên ngoài.53Chương VIII: Cân bằng hóa học ThS Lê Minh Tâm b. Đặc điểm của phản ứng thuận nghịch:- Ở cùng điều kiện (nhiệt độ, áp suất) phản ứng thuận nghịch có thể xảy ra theo cả chiều thuận lẫn chiều nghịch- Trạng thái cân bằng không thay đổi theo thời gian nếu không có điều kiện bên ngoài nào thay đổi. - Dù xuất phát từ các chất đầu hay từ các sản phẩm cuối, người ta thu được cùng một kết quả như nhau: Thí nghiệm 2 (ngược TN1) 2HI(k) →←C0360H2(k)+ I2(K)Trước phản ứng (mol) 2 0 0Sau phản ứng (mol) 1,6 0,2 0,2 80% 10% 10%- Trạng thái cân bằng hóa học là trạng thái cân bằng động- Trạng thái cân bằng ứng với ∆G = 0II. Hằng số cân bằng và mức độ diễn ra của các quá trình hóa học:1. Hằng số cân bằng: Xét phản ứng đồng thể đơn giản tổng quát: aA + bB  cC + dD- Khi hệ đạt trạng thái cân bằng: vt = vn dDcCnbBaAt.C.Ck.C.Ck =bBaAdDcCntCCCCCkkK ==với kt, kn là hằng số tốc độ của phản ứng thuận và phản ứng nghịch. - Vì kt và kn là những hằng số ở nhiệt độ xác định nên Kc cũng là hằng số ở nhiệt độ xác định. Hằng số Kc được gọi là hằng số cân bằng biểu diễn qua nồng độ.- Trường hợp cân bằng được thiết lập giữa các chất khí, ta có thể thay nồng độ các chất bằng áp suất riêng phần của các chất đó trong biểu thức tính hằng số cân bằng:( ) ( )( ) ( )( )( )badcbBaAdDcCbBaAdDcCbBaAdDcCpRTCCCCRTCRTCRTCRTCppppK−−+===( )ΔnCpRTKK = Trong đó: n∆ - số mol khí thay đổi trước và sau phản ứng.54Chương VIII: Cân bằng hóa học ThS Lê Minh Tâm Ví dụ: ở 3750C, phản ứng thuận nghịch dưới đây có hằng số cân bằng: N2 (k) + 3H2 (k)  2NH3 (k) Kp = 4,3.10-4Nồng độ ban đầu, M: 1 3Xác định nồng độ các chất lúc cân bằng thiết lập?Giải:Tính hằng số cân bằng theo nồng độ: Kc = Kp (RT)-∆n = 4,3.10-4 (0,082.(375+273))-(2-(1+3)) = 1,214Xác định trạng thái cân bằng: N2 (k) + 3H2 (k)  2NH3 (k) Nồng độ ban đầu, M: 1 3 0Lượng tham gia phản ứng: x 3x 2xNồng độ tại cân bằng 1-x 3-3x 2xTại cân bằng, quan hệ được thiết lập: ( )( )( )32bBaAdDcCCx3x12x1,214CCCCK−−=⇔=Nghiệm phù hợp của phương trình trên là x = 0,558Vậy nồng độ các chất ở trạng thái cân bằng là: [N2] = 1 – x = 0,4420 M[H3] = 3 – 3x = 1,3260 M[NH3] = 2x = 1,1160 M2. Cân bằng trong hệ dị thể:- Đối với phản ứng dị thể, có sự tham gia của các chất khí, do áp suất riêng phần của chất rắn thăng hoa và chất lỏng bay hơi ở nhiệt độ xác định là hằng số nên hằng số cân bằng Kp, KC chỉ phụ thuộc các chất ở pha khí:Ví dụ: phản ứng thuận nghịch: CaCO3(r)  CaO(r) + CO2(k)32CaCOCOCaOppppK =′ 23COCaOCaCOpppppKK =′=55Chương VIII: Cân bằng hóa học ThS Lê Minh Tâm - Đối với phản ứng dị thể diễn ra trong dung dịch, do độ tan của chất khí và chất rắn khó tan là hằng số ở nhiệt độ xác định, nồng độ của dung môi coi như không thay đổi trong quá trình phản ứng, nên hằng số cân bằng KC chỉ phụ thuộc vào nồng độ các chất tan trong dung dịch.3. Hằng số cân bằng và các đại lượng nhiệt độnga. Quan hệ giữa hằng số cân bằng và độ thay đổi thế đẳng áp: Đối với phản ứng: aA + bB ↔ cC + dD• Nếu phản ứng diễn ra trong pha khí:τbBaAdDcC0TTppppRTlnΔGΔG+=Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng: TΔG= 0(1)• Nếu phản ứng diễn ra trong pha lỏng:τbBaAdDcC0TTCCCCRTlnΔGΔG+=Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng: 0ΔGT=(2)Biểu thức (1) và (2) cho biết mối quan hệ giữa hằng số cân bằng Kp và Kc với độ biến đổi thế đẳng áp. Hằng số cân bằng không những phụ thuộc vào bản chất phản ứng (∆G0) mà còn phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi ∆G0 càng âm (∆G0 << 0), hằng số cân bằng càng lớn, quá trình diễn ra càng sâu, hiệu suất quá trình càng cao. Ví dụ: Tính hằng số cân bằng của phản ứng:2 NO2(k)  N2O4(k)ở 298K khi biết 176,6J/K ΔS và58,040kJΔH0298pu0298pu−=−=Giải: Ta có: 5412,3J - 298.176,6 58040- TΔΔΔHΔG029802980298=+=−=mà:2,1858,314x2985412,3RTΔGlnKp==−= 56CcbbBaAdDcC0TRTlnKCCCCRTlnΔG−=−=pcbbBaAdDcC0TRTlnKppppRTlnΔG −=−=Chương VIII: Cân bằng hóa học ThS Lê Minh Tâm Kp = 8,9Hay:8,9pp2NOON242=Như vậy nếu lúc ban đầu ta lấy 1atmpp242NOON==, ở nhiệt độ thường phản ứng tự xảy ra tạo nên N2O4 với tỉ lệ lớn hơn.b. Quan hệ của hằng số cân bằng với nhiệt độ và nhiệt phản ứngTừ phương trình: 0ooSTΔHΔG ∆−=Và hệ thức: poRTlnKΔG −=→RΔSRTΔHlnK00p+−=Gọi K1 và K2 là hằng số cân bằng ở các nhiệt độ T1 và T2, ta có:202020101RΔSRTΔHlnKRΔSRTΔHlnK+−=+−=Ví dụ: Tính hằng số cân bằng Kp ở 325oC của phản ứng:NO(k) + ½ O2(k)  NO2(k)Biết: oΔH= -57,07kJ/mol và Kp = 1,3.106 ở 250CGiải: ta có: 12,45K598129818,314570701,3.10KlnT1T1RΔHKKln32565985982980298598=−−=−=57−=21012T1T1RΔHKKlnChương VIII: Cân bằng hóa học ThS Lê Minh Tâm III. Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học:1. Sự dịch chuyển cân bằng: Nếu hệ đang ở trạng thái cân bằng mà ta thay đổi một trong các thông số trạng thái của hệ (p, C, T…) thì nói chung hệ thức trên sẽ thay đổi (0≠∆TG) và hệ sẽ trở nên không cân bằng, tức là vt ≠ vn. Phản ứng xảy ra (theo chiều thuận hoặc chiều nghịch) cho đến khi hệ đạt trạng thái cân bằng mới, tương ứng với các điều kiện mới.Sự chuyển từ trạng thái cân bằng này sang trạng thái cân bằng khác dưới ảnh hưởng của tác động bên ngoài lên hệ được gọi là sự chuyển dịch cân bằng.2. Nguyên lý chuyển dịch cân bằng Le Chatelier (1850 – 1936)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.a. Ảnh hưởng của nồng độ tới sự dịch chuyển cân bằngXét phản ứng: Fe3+ + 3SCN- ↔ Fe(SCN)3 33KSCNFeClttCCkv=Đỏ3)(SCNFennCkv = Khi hệ đạt trạng thái cân bằng: vt = vn b Nếu tăng nồng độ Fe3+ lên 2 lần:tSCNFettvCCkv 223'3==−+nnvv ='Khi tăng nồng độ Fe3+, vt tăng lên làm tăng nồng độ của Fe(SCN)3 (màu đỏ của dung dịch đậm hơn) → cân bằng đã chuyển dịch theo chiều thuận → nồng độ Fe3+ ↓b. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới sự dịch chuyển cân bằngDựa vào hệ thức:RSRTHKp00ln∆+∆−= Ta thấy rằng biến đổi của hằng số cân bằng theo nhiệt độ được quyết định bởi dấu của oH∆ Nếu ∆H0 > 0 (phản ứng thu nhiệt), khi T ↑ → ↑=ntcbkkK→ Khi T ↑: kt tăng mạnh hơn kn, nghĩa là vt > vn và cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận (chiều của phản ứng thu nhiệt). Ngược lại, khi giảm nhiệt độ, K giảm, nghĩa là cân bằng dịch chuyển theo chiều nghịch (chiều của phản ứng tỏa nhiệt).58Chương VIII: Cân bằng hóa học ThS Lê Minh Tâm  Nếu ∆H0 < 0 (phản ứng tỏa nhiệt), khi T ↑ → ↓=ntcbkkK → Khi T ↑: kn tăng mạnh hơn kt, nghĩa là vn > vt và cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch (chiều của phản ứng thu nhiệt). Ngược lại, khi giảm nhiệt độ, K tăng, nghĩa là cân bằng dịch chuyển theo chiều thuận (chiều của phản ứng tỏa nhiệt).→ Khi một hệ đang ở trạng thái cân bằng, nếu tăng nhiệt độ của hệ, cân bằng sẽ dịch chuyển về phía phản ứng thu nhiệt và ngược lại. Ví dụ: Xét cân bằng : 2NO2(k) ↔ N2O4(k), ∆H0 = -58,04kJMàu nâu không màuỞ 2980K ta có Kp = 8,9, nghĩa là 22429,8NOONpp =Khi làm lạnh hỗn hợp cân bằng đó bằng cách nhúng bình đựng hỗn hợp vào nước đá, màu nâu nhạt đi vì cân bằng đã dịch chuyển về phía tạo thành phân tử N2O4 không màu.Thật vậy, ở 2730K ta có:nghĩa là 224202,76NOONpp =Như vậy ở 00C, tỷ lệ N2O4 trong hỗn hợp tăng lên so với khi ở 250Cc. Ảnh hưởng của áp suất tới sự dịch chuyển cân bằngGiả sử có một hệ phản ứng gồm các chất khí ở trạng thái cân bằng:Ví dụ: 2NO(k)+ O2(k) ↔ 2NO2(k)22ONOttCCkv =22NOnnCkv = Lúc cân bằng có: vt = vn Khi tăng áp suất chung của hệ lên 2 lần bằng cách giảm thể tích xuống một nửa, nồng độ các chất đều tăng gấp đôi. Lúc này:5902,76331,4145,2186,2ln145,2)10.07,3(314,8580409,8ln27312981ln27327342730298273==+==−−=−∆=−KKxKRHKKChương VIII: Cân bằng hóa học ThS Lê Minh Tâm ( )( )nNOnNOnntONOtONOttvCkCkvvCCkCCkv4428.82.222'22'2222======→ Khi tăng áp suất chung của hệ lên 2 lần, ''ntvv >, cân bằng chuyển dịch về bên phải → tạo thêm NO2 → tổng số phân tử trong hỗn hợp ↓ → áp suất chung của hệ ↓. Ngược lại, khi giảm áp suất chung của hệ xuống 2 lần bằng cách tăng thể tích lên gấp đôi. Lập luận tương tự ta thấy cân bằng dịch chuyển về phía phân hủy NO2 thành NO và O2, phía làm tăng áp suất của hệ.Như vậy, một hệ phản ứng của các chất khí đang ở trạng thái cân bằng, nếu làm tăng áp suất chung của hệ, cân bằng sẽ chuyển dịch về phía làm giảm áp suất của hệ và ngược lại.60

Tài liệu liên quan

Đại cương về sóng cơ học - Bản in
- 12
- 1
- 7
Đại cương về quản trị học
- 31
- 653
- 7
Chuyên đề đại cương về sóng cơ học
- 7
- 884
- 5
Gián án ĐẠI CƯƠNG LỊCH SỬ TRIẾT HỌC
- 70
- 791
- 8
Bài soạn Tin hoc dai cuong (can ban)
- 27
- 586
- 0
Tài liệu Một số vấn đề về hóa Đại Cương cần lưu ý pptx
- 24
- 1
- 18
Tài liệu Đề thi hết môn tin học đại cương căn bản ppt
- 4
- 1
- 8
Đề thi tin học đại cương căn bản1 pptx
- 5
- 2
- 11
Đề thi hết học phần lần 1 môn tin học đại cương căn bản trường đại học ngân hàng mã đề Mã số đề: IT001.0809.11.15 pot
- 4
- 712
- 3
ĐỀ THI HẾT HỌC PHẦN LẦN 1 MÔN TIN HỌC ĐẠI CƯƠNG ĐỀ THI HẾT HỌC PHẦN LẦN 1 -. Mã 0809.11.19. pdf
- 6
- 792
- 3