Bài giảng hóa học đại cương chương 7 GV quách an bình

Khái niệm 7.1.1 7.1.2 Phản ứng thuận nghịch Độ chuyển hóa Back Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh 7.1.1 Phản ứng thuận nghịch Xảy ra theo hai chiều ngược nhau Chỉ xảy ra một chiều Phản ứn

Trang 1

Company

LOGO

PowerPoint Template

www.themegallery.com

Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh

CHƯƠNG 7: CÂN BẰNG HÓA HỌC

7.1 Khái niệm 7.2 Cân bằng hóa học

7.4 Cân bằng pha 7.3 Sự chuyển dịch cân bằng

7.1 Khái niệm

7.1.1

7.1.2

Phản ứng thuận nghịch

Độ chuyển hóa

Back

7.1.1 Phản ứng thuận nghịch

Xảy ra theo hai chiều ngược nhau

Chỉ xảy

ra một chiều

Phản ứng hóa học

Phản ứng hóa học có thể chia làm 2 loại

Back

Phản ứng một chiều

Phản ứng 1 chiều là phản ứng hóa học

xảy ra cho đến khi chỉ còn lại một

lượng không đáng kể chất phản ứng

(phản ứng hoàn toàn) Khi viết phương

trình phản ứng này người ta sử dụng

dấu “=”

Ví dụ:

H2O2 = H2O + 1/2O2

KClO3 = KCl + 3/2O2

Phản ứng một chiều

Trang 2

Phản ứng xảy ra 2 chiều

Phản ứng thuận nghịch là phản ứng mà ở

trong cùng một điều kiện phản ứng có

thể xảy ra theo hai chiều ngược nhau Do

đó hỗn hợp cuối phản ứng còn chứa một

lượng đáng kể chất phản ứng Khi viết

phương trình phản ứng ta phải dùng 2

mũi tên ngược chiều

Phản ứng xảy ra 2 chiều

Click xem violip 1 Click xem violip 2

Back

7.1.2 Độ chuyển hóa

Vì phản ứng thuận nghịch là phản để

đánh giá mức độ hoàn toàn của phản ứng

người ta sử dụng đại lượng độ chuyển

hóa α

Vì phản ứng không hoàn toàn nên α≤1 và

có thể biểu diễn dưới dạng phần trăm hay

số thập phân

α = Số mol phản ứng

Số mol ban đầu

Back

7.2 Cân bằng hóa học

Biểu diễn hằng số cân bằng

7.2.2

Hằng số cân bằng

7.2.1

Back

7.2.1 Hằng số cân bằng

Giả sử có phản ứng thuận nghịch

Ở trạng thái cân bằng: vt = vn

Theo định luật tác dụng khối lượng thì:

Vt= kt.CAm.CBn và Vn= kn.CCp.CDq

Ở trạng thái cân bằng thì:

kt.CAm.CBn = knCCp.CDq

mA + nB pC + qD

Tức là:

Với CA, CB, CC, CD là nồng độ của chất A, B,

C, D lúc cân bằng

kt

kn =CAm.CBn

CCp.CDq

kt

kn

=

Kcb

Trang 3

Kcb là hằng số cân bằng của phản ứng hóa

học

Hằng số cb có giá trị nhất định ứng với to

Hằng số cb phụ thuộc vào chất tham gia

phản ứng và nhiệt độ phản ứng

Hằng số cb cho biết phản ứng diễn ra với

mức độ nào

Hằng số cb càng lớn thì hiệu suất càng lớn

7.2.2 Biểu diễn hằng số cân bằng

Biểu diễn hằng số cân bằng:

Theo nồng độ:

Theo áp suất:

Kp được gọi là hằng số cân bằng tính theo

áp suất hơi của các cấu tử

Kc =

CAm.CBn

CCp.CDq

Kp =

PAm.PBn

PCp.PDq

7.2.2 Biểu diễn hằng số cân bằng

Ở trạng thái cân bằng tính theo áp suất

riêng của các sản phẩm chia cho tích số

áp suất riêng của các các chất(với số mũ

thích hợp) là một hằng số Giá trị của

hằng số cân bằng chỉ phụ thuộc vào bản

chất phản ứng và nhiệt độ

Với khí lý tưởng ta dễ dàng thấy giữa hai

hscb trên có quan hệ với nhau bằng biểu

thức:

Kp=Kc(RT)∆n

Click xem violip Back

7.3 Sự dịch chuyển cân bằng 7.3.1 Sự dịch chuyển cân bằng 7.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ 7.3.3 Ảnh hưởng của nồng độ 7.3.4 Ảnh hưởng của áp suất

7.3.1 Sự dịch chuyển cân bằng

Khi một hệ phản ứng đang ở trạng thái

cân bằng thì áp suất riêng phần(nồng độ)

của các chất không đổi

Sự thay đổi trạng thái cân bằng khi điều

kiện bên ngoài thay đổi gọi là sự dịch

chuyển cân bằng

Dịch chuyển cân bằng có ý nghĩa lớn về

điều khiển hóa học

Mọi sự dịch chuyển cân bằng đều tuân

theo nguyên lý Le Chartalier

Trang 4

Back Enter

Trang 5

Click xem violip 1 Click xem violip 2 Click xem violip 3 Click xem violip 4 Click xem violip 5

Back

7.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Từ phương trình:

lnKp =-∆H0 ∆S0

Thu nhiệt

∆H<0 ∆H>0

Phản ứng tỏa nhiệt ∆H<0

Khi T tăng thì Kp giảm, phản ứng dịch

chuyển theo chiều nghịch là chiều thu

nhiệt

Khi T giảm thì Kp tăng, phản ứng dịch

chuyển theo chiều thuận là chiều tỏa

nhiệt

lnKp =-∆H0 ∆S0

Back

Phản ứng thu nhiệt ∆H>0

Khi T tăng thì Kp tăng, phản ứng dịch chuyển theo chiều thuận là chiều thu nhiệt

Khi T giảm thì Kp giảm, phản ứng dịch chuyển theo chiều nghịch là chiều tỏa nhiệt

lnKp =-∆H0 ∆S0

Có thể tính được hscb tại một nhiệt độ

bất kỳ khi biết hscb và hiệu ứng nhiệt ở

một nhiệt độ khác

Giả sử ở T1 có K1, ở T2 có K2 Trong một

khoảng nhiệt độ không lớn lắm từ T1 đến

T2 thì ∆H0 và ∆S0 không thay đổi theo

nhiệt độ

lnK1 =-∆H0 ∆S0

RT1 + R

K2

=-∆H0

-R

K1

T2

1

T1

Trang 6

Ví dụ: Xét phản ứng:

2NO(k)+O2(k) 2NO2(k) Biết ở 250C

có hiệu ứng nhiệt(∆H) là -13,6 kcal/mol

và kp= 1,3.106 Hãy xác định Kp ở nhiệt

độ 3250C

Áp dụng CT:

Suy ra:K598=12,94

K2

=-∆H0

-R

K1

ln 1

T2

1

T1

-K598

1,987

K298

598

1 298

Back

7.3.3 Ảnh hưởng của nồng độ

Phản ứng: mA + nB pC + qD

Ta có phương trình:

∆G= ∆G0 + RTlnK = ∆G0 + RTln Trong đó: ∆G0 =-RTlnKcb

Khi pư đạt trạng thái cân bằng thì ∆G =0 Khi tăng nồng độ chất A và B thì biểu thức sau dấu ln sẽ giảm làm ∆G giảm và trở nên

âm do đó phản ứng tự xảy ra(chiều thuận) cho đến khi ∆G=0(cân bằng)

CAm.CBn

CCp.CDq

Khi tăng nồng độ C và D thì ∆G tăng và

trở nên dương và phản ứng xảy ra theo

chiều nghịch

Kết luận:

- Khi tăng nồng độ tác chất tham gia phản

ứng thì cân bằng chuyển dịch theo chiều

thuận và ngược lại

Ví dụ1: Xét phản ứng ở 8500C và có Kc=1

CO2(k) + H2(k) CO(k) + H2O(k)

- Nồng độ CO2(k)=0,04 mol/l ; H2= 0,64 mol/l

- Nồng độ CO(k)=0,16 mol/l ; H2O= 0,16 mol/l

- Hỏi khi tăng nồng độ CO2(k) hoặc nước lên 10 lần thì cân bằng chuyển dịch theo chiều nào Giải:

- Khi tăng nồng độ CO2:

∆G=∆G0+RTln =-RTlnKc+RTln

CCO21.CH21

CCO1.CH2O1

CCO21.CH21

CCO1.CH2O1

Trang 7

∆G= -RTlnKc + RTln

∆G=-1,987.1123.ln1+1,987.1123ln

=-5140(cal)

∆G<0: vậy khi tăng CO2 cân bằng chuyển

dịch theo chiều thuận giảm CO2

CCO21.CH21

CCO1.CH2O1

0,04.0,64 0,16.0,16

Khi tăng nồng độ nước:

∆G=-1,987.1123.ln1+1,987.1123ln =5140(cal)

∆G>0: vậy khi tăng nồng độ nước, cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch giảm nồng độ nước

0,04 0,64 0,16.1,6

Click xem violip 1 Click xem violip 2

Ví dụ 2: Tại T xác định có 0.80 mole N2

và 0.90 mole H2 để trong bình 1l Khi

cân bằng 0.20 mole NH3 xuất hiện.Tính

Kc. Giải:

N + 3 H 2 NH

Initial 0.80 0.90 0

Change - 0.10 - 0.30 + 0.20

Equilibrium 0.70 0.60 0.20

K NH

N H

c

3

2 2

↔

2

3

2

3

0 20

0 70 0 60 0 26

7.3.4 Ảnh hưởng của áp suất

Khi thay đổi áp suất của hệ thì Kp của

hệ sẽ thay đổi làm thay đổi ∆G của hệ,

do đó cân bằng sẽ chuyển dịch

Giả sử có phản ứng:

aA + bB = cC + dD

Kp =

PAa.PBb

PCc.PDd

Gọi P là áp suất tổng của hệ

Ta có Pi= Ni.P Với:

- Ni: nồng độ phần mol của khí i

- Pi: áp suất riêng phần của khí i

Do đó:

=

Kp =(NC.P)c(ND.P)d

(NA.P)a(NB.P)b

(NCc.NDd) (NAa.NBb)b x P(c+d)-(a-b)

Kp = KN.P∆n

Với:

- KN: hscb tính theo nồng độ phần mol

- NA, NB, NC, ND: nồng độ phần mol của chất A, B, C, D ở trạng thái cân bằng

KN =

NAa.NBb

NCc.NDd

Trang 8

Vì nên khi thế vào biểu

thức hscb Kp ta có:

Với: nA, nB, nC, nD là số mol của chất A, B,

C, D ở trạng thái cân bằng

=

Ni

∑ni

ni

Kn =

nAa.nBb

nCc.nDd

Kp=Kn

∑ni

Như vậy hscb KC phụ thuộc vào nhiệt độ

và bản chất của các chất tham gia phản ứng Hscb KP, KN, Kn ngoài phụ thuộc vào nhiệt độ và bản chất của tác chất còn phụ thuộc vào áp suất chung của hỗn hợp lúc cân bằng

Khi ∆n =0 tức tổng số mol khí ở hai vế bằng nhau thì:

KP= KN= Kn=KC

Ở trạng thái cân bằng thì:

∆G= ∆G0 + RTlnKp= ∆G0 + RTlnKN.P∆n = 0

-Ở nhiệt độ cố định, khi thay đổi P(P chung

của hệ) hoặc số mol khí của tác chất hay

của sản phẩm thay đổi tức là ∆n thay đổi

thì ∆G thay đổi

- Cụ thể có 3 trường hợp:

∆n < 0

∆n = 0

∆n > 0

Cụ thể có 3 trường hợp

Kết luận

Back

Khi ∆n=0: ta có ∆G = ∆G0 =0 tức là

trạng thái cân bằng của hệ không thay

đổi khi áp suất chung của hệ không thay

đổi

Back

Khi ∆n>0: tức là số phân tử khí của sản phẩm lớn hơn của tác chất

- Khi áp suất chung của hệ tăng thì phản ứng dịch chuyển theo chiều nghịch (giảm

số phân tử khí)

- Khi áp suất chung của hệ giảm thì phản ứng dịch chuyển theo chiều thuận (tăng

Back

Trang 9

Khi ∆n<0: tức là số phân tử khí của sản

phẩm nhỏ hơn của tác chất

- Khi áp suất chung của hệ tăng thì phản

ứng dịch chuyển theo chiều thuận (tăng

- Khi áp suất chung của hệ giảm thì phản

ứng dịch chuyển theo chiều nghịch (giảm

Back

- Khi tăng áp suất của hệ cân bằng, cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều giảm số phân tử khí của hệ

Kết luận

Back

7.4 Cân bằng pha

Khái niệm pha và cân bằng pha

7.4.1

Giản đồ trạng thái của nước

7.4.2

7.4.1Khái niệm pha và cân bằng pha

7.4.1.1 Khái niệm

7.4.1.2

Số bậc

tự do

Trang 10

Pha là tập hợp các phần tử đồng nhất của

một hệ có thành phần tính chất lý học và

hóa học giống nhau và có bề mặt phân

chia với các phần tử khác của hệ được gọi

là pha (f)

Cấu tử

Back

Hệ đồng thể

Hệ đồng thể: là hệ có các phần có các

tính chất đồng nhất và không có bề mặt

phân chia pha

Ví dụ: Cốc nước đường, một hỗn hợp

không khí

Back

Hệ dị thể

Hệ dị thể: là hệ có các phần có các tính chất khác nhau, giữa các phần đó có bề mặt phân chia pha

Ví dụ: một cốc nước đá đang tan

Back

Cấu tử

Cấu tử là phần hợp thành của hệ có thể

tách ra khỏi hệ và tồn tại bên ngoài hệ

được gọi là cấu tử

Ví dụ: hỗn hợp rượu và nước là hai cấu

tử

Số cấu tử độc lập là số cấu tử tối thiểu

cần thiết để xác định thành phần các pha

của hệ và được ký hiệu là k

Cấu tử

Nếu trong hệ không có phản ứng hóa học thì số cấu tử độc lập đúng bằng số cấu tử của hệ

Số cấu tử độc lập = Số cấu tử- Số phương trình liên hệ giữa các cấu tử

Ví dụ:

Số cấu tử độc lập là 3 vì có một phương trình liên hệ giữa các cấu tử

Fe2O3(r)+ 3CO(k) ↔ 2Fe + 3CO2(k)

Trang 11

7.4.1.2 Số bậc tự do

Bậc tự do là số thông số của hệ mà người

ta có thể thay đổi tùy thích mà không làm

thay đổi trạng thái của hệ Ký hiệu là C

Quy tắc pha do nhà khoa học Gibbs phát

minh năm 1874 Giữa bậc tự do, cấu tử,

pha và n(yếu tố tác động vào hệ)

n: yếu tố bên ngoài tác động vào hệ

thường là nhiệt độ và áp suất(n=2)

C = k – f + n

C = k – f + 2

Back

7.4.2 Giản đồ trạng thái của nước

Violip

2

1

3

Giản đồ biểu diễn sự phụ thuộc trạng thái của hệ và cân bằng pha trong hệ đó vào điều kiện bên ngoài được gọi là giản đồ trạng thái

o

c

B

A

Các đường OA, OB, OC là đường ranh giới giữa các vùng Các đường này biểu diễn cân bằng giữa các pha:

- OA:cân bằng lỏng-hơi(đườnghóa hơi)

- OB:cân bằng Rắn-hơi(đườngthăng hoa)

- OC:cân bằng Lỏng-rắn(đường nóngchảy)

- Điểm O biểu diễn cân bằng của ba pha Rắn-lỏng-hơi gọi là điểm ba

Trang 12

Temperature

Điểm ba

Click violip 1 Click violip 2 Click violip 3

Các vùng Rắn, lỏng và hơi riêng biệt:

- Chỉ là một chất là nước nên k=1

- Chỉ có một pha(rắn, lỏng, khí) nên f=1

- n=2

- Suy ra C= k-f+n = 1-1+2=2

- Hệ có hai bậc tự do nghĩa là ta có thể

thay đổi tùy ý cả nhiệt độ và áp suất mà

vẫn giữ được trạng thái rắn lỏng khí

tương ứng

Đường OA, OB, OC

- Gồm 2 pha nên f=2

- n=2

- Suy ra C= k-f+n = 1-2+2=1

- Hệ có một bậc tự do nghĩa là để duy trì

hệ ở trạng thái cân bằng 2 pha ta có thể thay đổi thay đổi một trong 2 là nhiệt độ

và áp suất

Tạo điểm O(điểm ba)

- Gồm 3 pha nên f=3

- n=2

- Suy ra C= k-f+n = 1-3+2=0

- Bậc tự do bằng 0 nên hệ là bất biến

Muốn duy trì cân bằng ba pha không thể

thay đổi cả nhiệt độ và áp suất

Company

LOGO

Add your company slogan

Back

Định dạng
Số trang	12
Dung lượng	1,18 MB