Bài 38. Cân bằng hoá học

CÂN BẰNG HOÁ HỌC
CHƯƠNG 8
Copyright © 1999 by Harcourt Brace & Company
All rights reserved.
Requests for permission to make copies of any part of the work should be mailed to: Permissions Department, Harcourt Brace & Company, 6277 Sea Harbor Drive, Orlando, Florida
Phản ứng thuận nghịch (phản ứng không hoàn toàn): ⇌
Ở cùng đk, pư xảy ra đồng thời theo hai chiều ngược nhau
Ví dụ - H2 (k) + I2 (k) ⇌ 2HI (k)

Phản ứng một chiều (phản ứng hoàn toàn): = hay 
Ví dụ - KClO3 = KCl (r) + 3/2O2(k)

Phản ứng đồng thể - pư trong thể tích 1 pha
HCl(dd) + NaOH(dd) = NaCl (dd) + H2O(l)
Phản ứng dị thể - pư diễn ra trên bề mặt phân chia pha
Zn (r) + 2HCl (dd) = ZnCl2(dd) + H2(k)
Phản ứng đơn giản - pư diễn ra qua 1 giai đoạn
(1 tác dụng cơ bản) Ví dụ: H2(k) + I2(k) = 2HI (k)

Phản ứng phức tạp – pư diễn ra qua nhiều giai đoạn
( nhiều tác dụng cơ bản)
Các giai đoạn : nối tiếp , song song, thuận nghịch…
Phân tử số - là số tiểu phân của chất phản ứng tương tác gây nên biến đổi hoá học trong 1 tác dụng cơ bản.(nguyên dương,  3)
Định luật tác dụng khối lượng (M.Guldberg và P. Waage )
Ở nhiệt độ không đổi, pư đồng thể, đơn giản:
aA + bB = cC + dD
Tốc độ phản ứng : v = k.CaA.CbB
Đối với pư đơn giản
PTS=1 → pư đơn phân tử I2 (k) = 2I(k)
PTS=2 → pư lưỡng phân tử H2(k) + I2(k) = 2HI (k)
PTS=3 → pư tam phân tử 2NO (k) + O2(k) = 2NO2(k)
Cân bằng hóa học
vt = vn

0
v
vt
vn
Phản ứng của hệ khí lý tưởng (pư đơn giản ):
aA (k) + bB(k) ⇌ cC(k) + dD(k)
 = 0 C0A C0B 0 0 (mol/l )   CA  Cb  Cc  CD 

vt = vn (CA)cb=const (CB)cb=const (Cc)cb=const (CD)cb =const
G=0 (PA)cb=const (PB)cb=const (PC)cb=const (PD)cb =const
cb
Nhận xét về trạng thái cân bằng hoá học

Trạng thái cbhh là trạng thái cân bằng động.
Trạng thái cân bằng ứng với Gpư= 0 . (A’=0)
Dấu hiệu của trạng thái cân bằng hoá học:
Tính bất biến theo thời gian
Tính linh động
Tính hai chiều.
Examples of Chemical Equilibria
Sự tạo thành thạch nhũ
CaCO3(r) + H2O(l) + CO2(k)
Ca2+(dd) + 2 HCO3-(dd)
Hằng số cân bằng cho phản ứng đồng thể
aA(k) + bB(k) ⇌ cC(k) + dD(k) (pư đơn giản )

Khi trạng thái đạt cân bằng: vt = vn


K – hằng số ở nhiệt độ xác định: hằng số cân bằng.


Hằng số cân bằng cho phản ứng đồng thể
Hệ khí lý tưởng
Xác định K
2 NOCl(K) 2 NO(k) + Cl2(k)
[NOCl] [NO] [Cl2]
Ban đầu 2.00 0 0
Phản ứng +0.33
Cân bằng
- 0.66 +0.66
1.34 0.66 0.33

Hằng số cân bằng cho phản ứng đồng thể
(Dung dịch lỏng , loãng)

aA(dd) + bB(dd) ⇌ cC(dd) + dD(dd)


Phản ứng dị pha

CaCO3(r) ⇌ CaO(r) + CO2(k)


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.
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+

Hằng số điện ly của axit
NH4OH (dd) = NH4+ (dd) + OH-(dd)
Hằng số điện ly của baze
CH3COO- (dd) + 2H2O ⇌ CH3COOH (dd) + OH- (dd)



Hằng số thuỷ phân
CH3COONa (dd) + 2H2O ⇌ CH3COOH (dd) + NaOH(dd)
NHẬN XÉT về Kp và Kc
Là hằng số ở nhiệt độ nhất định, chỉ phụ thuộc vào bản chất pư và nhiệt độ, chứ không phụ thuộc vào nồng độ hoặc áp suất riêng phần của chất pư
Phụ thuộc vào cách thiết lập các hệ số trong ptpư.
Hằng số cân bằng Kp ,Kc không có thứ nguyên.
Hằng số cân bằng không phụ thuộc vào chất xúc tác
Hằng số cân bằng có giá trị càng lớn thì hiệu suất pư càng cao.
Viết biểu thức hằng số cân bằng
S(r) + O2(k) SO2(k)


NH3(dd) + H2O(l) NH4+(dd) + OH-(dd)

S(r) + O2(k) SO2(k) K1 = [SO2] / [O2]
SO2(k) +1/2 O2(k) SO3(k)K2 = [SO3] / [SO2][O2]1/2
S(r) + 3/2 O2(k) SO3(k) K = ????
Thay đổi hệ số tỉ lượng

S(r) + 3/2 O2(k) SO3(k)

2 S(r) + 3 O2(k) 2 SO3(k)

Đổi chiều phản ứng

S(r) + O2(k) SO2(k)

SO2(k) S(r) + O2(k)

Kthuận = 1/Knghịch
Quan hệ giữa hằng số cân bằng và G
PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ

Khí lý tưởng
aA + bB ⇌ cC + dD
Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng: GT = 0
Dungdịch lỏng,loãng
Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng: GT = 0
 Kp = f(bc pư, T) Kp  f(C)
Quan hệ giữa hằng số cân bằng và G
Phản ứng dị pha : aA + bB ⇌ cC + dD



Chất khí [] → P (atm)
Dung dịch loãng [] → C (mol/l)
Rắn nc, lỏng nc, dung môi (H2O) → 1
Nếu Q < K → G < 0 → phản ứng xảy ra theo chiều thuận
Nếu Q > K → G > 0 → phản ứng xảy ra theo chiều nghịch
Nếu Q = K → G = 0 → hệ đạt trạng thái cân bằng
Ví dụ : Tính hằng số cân bằng của phản ứng:
2 NO2(k) ↔ N2O4(k)
ở 298K khi biết
Giải:
Quan hệ của Kp với nhiệt độ và nhiệt phản ứng
Ví dụ
NO(k) + ½ O2(k) ⇌ NO2(k) Tính Kp ở 3250C?
Biết: H0 = -56,484kJ và Kp = 1,3.106 ở 250C
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.
n =0 áp suất chung không ảnh hưởng đến trạng thái cân bằng.
N2(k) + 3H2(k) ⇌ 2NH3(k) ; H<0
[N2] ↑
[NH3] ↓
cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận

cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận

P ↑
cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận
T ↓
cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận

Chuyển dịch cân bằng
Co(H2O)6 2+ + 4Cl- ⇌ CoCl42- + 6 H2O Hpư >0
Làm lạnh
Đun nóng