chương ii cân bằng hóa học

CÂN BẰNG HÓA HỌC Chemical Equilibrium Ts.. Phạm Trần Nguyên Nguyên ptnnguyen@hcmus.edu.vn How to understand reactions that can go in either direction CÂN BẰNG HÓA HỌC II.1 Phản ứng thuậ

Trang 1

CÂN BẰNG HÓA HỌC

(Chemical Equilibrium)

Ts Phạm Trần Nguyên Nguyên

ptnnguyen@hcmus.edu.vn

How to understand reactions that

can go in either direction

CÂN BẰNG HÓA HỌC

II.1 Phản ứng thuận nghịch và cân bằng hóa học

II.2 Năng lượng tự do và hằng số cân bằng

II.3 Vận dụng hằng số cân bằng

II.4 Hằng số cân bằng của một số phản ứng

A Phản ứng kết tủa

B Phản ứng Acid-base

C Phản ứng tạo phức

D Phản ứng Oxy hóa-khử

II.5 Nguyên lý Le Châtelier

II.6 Một số tính toán từ hằng số cân bằng

Trang 2

Analytical Chemistry/ II Chemical Equilibrium PTNNguyen-HCMUS 3 Saline Lake Natron, Rift Valley, Tanzania

II.1 Phản ứng thuận nghịch và cân bằng hóa học (Reversible Reactions and Chemical Equilibria)

Claude Berthollet (1798)

Na 2 CO 3 + CaCl 2→ 2 NaCl + CaCO 3

CaCO 3 + 2 NaCl→Na 2 CO 3 + CaCl 2

Na CO + CaCl U 2NaCl+ CaCO

Claude Berthollet (1748–1822)

II.1 Phản ứng thuận nghịch và cân bằng hóa học

(Reversible Reactions and Chemical Equilibria)

Na CO + CaCl U 2NaCl+ CaCO

thời gian

trạng thái cân bằng

CaCO3

Ca2+

• Tại cân bằng:

lượng tác chất & sản phẩm giữ không đổi theo thời gian

Trang 3

Analytical Chemistry/ II Chemical Equilibrium PTNNguyen-HCMUS 5

II.1 Phản ứng thuận nghịch & cân bằng hóa học (Reversible Reactions and Chemical Equilibria)

Waage & Guldberg (1864, Law of mass action)

•Tại cân bằng:

tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch

Na CO + CaCl R2NaCl+ CaCO

→Cân bằng động (dynamic equilibrium)

static equilibrium

Waage & Guldberg (1864, Law of mass action)

• Tại cân bằng:

tốc độ phản ứng thuận bằng

tốc độ phản ứng nghịch

[ ] [ ] [ ] [ ]

f f

r r

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

[ ] [ ] [ ] [ ]

f

r

k K k

• kf, kr: hằng số tốc độ

• K: hằng số cân bằng

Trang 4

©Gary Christian, Analytical Chemistry, 6th Ed (Wiley)

II.2 Năng lượng tự do và hằng số cân bằng

(Gibbs Free Energy & Equilibrium Constants)

ΔG = ΔH - TΔS

• Phản ứng có khuynh hướng xảy ra tự nhiên theo chiều có năng lượng tự do thấp

• Năng lượng tự do của một p.ứ = năng lượng tự do Gibb

• ΔH: sai biệt năng lượng enthalpy giữa sản phẩm và tác chất

→Đo nhiệt tỏa ra hay thu vào của hệ p.ứ

→ΔH > 0: p.ứ thu nhiệt; ΔH < 0: p.ứ tỏa nhiệt

• ΔS: sai biệt năng lượng entropy giữa sản phẩm và tác chất

→Đo độ tự do hay hỗn loạn của hệ p.ứ

Trang 5

ΔG = ΔH - TΔS

• ΔG dùng để dự đoán hướng p.ứ dịch chuyển đến cân bằng

→ΔG < 0: p.ứ ưu đãi nhiệt động học (ΔH < 0, ΔS > 0)

→ΔG > 0: p.ứ không ưu đãi nhiệt động học, không xảy ra

→ΔG = 0: p.ứ đạt cân bằng

• Khi hệ p.ứ chuyển từ vi trí chưa cb sang cb, ΔG chuyển từ giá trị ban đầu đến giá trị zero ⇔ có sự chuyển đổi nồng độ của các chất trong hệ p.ứ

ΔG = ΔH - TΔS

→ΔG hàm phụ thuộc vào nồng độ của tác chất & sản phẩm

0

• ΔG0: năng lượng Gibbs ở đk chuẩn (1atm, 298K,1M)

[ ] [ ] [ ] [ ]

Q =

• Q: phần không chuẩn

→Tại cân bằng: ΔG = 0

0

ΔG = ln RT K

[ ] [ ] [ ] [ ]

cb cb

K =

[khí]: atm [lỏng]: mol/l [rắn] = 0

Trang 6

II.3 Vận dụng hằng số cân bằng

(Manipulating equilibrium constants)

Hằng số cb của p.ứ nghịch = nghịch đảo hằng số cb thuận

2

A + 2B R AB

[ ][ ]2

1 2

AB

A B

K =

2

[ ][ ] [ ]

2 2

2

A B AB

Hằng số cb của tổng 2 p.ứ = tích các hằng số cb

2

AC + C R AC

2 2

[AC ] [AC][C]

K =

1

[AC]

[A][C]

K =

2

2 1

1

K K

=

2 2

[AC ] [A][C]

K =

biết

2A + B R C + 3D

VD1: Tính hằng số cb của p.ứ sau

1 2 3 4

Rxn 1: A + B D 0.40

Rxn 3: C + E B 2.0 Rxn 4: F + C D + B 5.0

K K K K

=

R R R R 2A + B R C + 3D Rxn1 + Rxn2 - Rxn3 + Rxn4

- Rxn3 = Rxn5

→K5= 1/K3 = 0.50

→K = K1 x K2 x K5 x K4= 0.10

5

B R C + D K = ?

Rxn1 + Rxn2 + Rxn5 + Rxn4

Trang 7

biết

N O(g) + 1 2O R 2NO

VD2: Tính Kc của p.ứ

18

31

K K

−

R R

- Rxn1 + Rxn2 Rxn3 = - Rxn1

Rxn3 + Rxn2

N O(g) + 1 2O R 2NO K = ?

Rxn 3: N O R N (g) +1 2 O K = ?

13

1

1.7 10

c

K

−

→

3

1

K

Hằng số cb của pha khí, Kp

2 3 2

2 2

SO

O SO

c

• Hỗn hợp khí hòa tan vào nhau như trong chất lỏng

• Hằng số cb thường biểu diễn dưới dạng áp suất riêng phần,

Kp

[ ] SO 3 SO 3

3

SO

V RT

= = [ ] SO 2 SO 2

2 SO

V RT

= = [ ] O 2 O 2

2 O

V RT

3

2 SO

SO 3

SO O

2 2

RT SO

O SO

RT RT

c

P

⎛ ⎞

⎜ ⎟

⎝ ⎠

⎛ ⎞

⎜ ⎟

⎝ ⎠

( )

Trang 8

Hằng số cb của pứ có sự hiện diện của đơn nguyên chất

C(s) + H O(g) R CO( ) H ( ) g + g

[ ][ ] [ 2 ]2

CO H

H O

c

→

• Nồng độ của đơn nguyên chất lỏng hay rắn xem như = 1

→Hằng số cb không chứa thành phần của đơn nguyên chất

[ ]C =1

2

CO H

H O

c

P P

P

Hằng số cb của pứ có sự hiện diện của đơn nguyên chất

CaCO (s) CaO( ) CO ( ) R s + g

[CO2]

c

K

[CaCO3]=1; CaO[ ]=1

2

CO

c

Định dạng
Số trang	8
Dung lượng	727,93 KB