CHƯƠNG 6 cân BẰNG hóa học

Các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng Nồng độ chất phản ứng Nhiệt độ Xúc tác... Ảnh hưởng của xúc tác tới tốc độ phản ứng tác hóa học với các phản ứng ở giai đoạn trung gian lượng

Trang 2

6.1 Tốc độ phản ứng hóa học

2

Trang 5

Bậc của phản ứng được xác định bởi giai đoạn

chậm nhất  bậc của phản ứng không trùng với

phân tử số

Trang 7

 Tốc độ phản ứng

là số tác dụng đơn giản của phản ứng hóa học diễn

ra trong một đơn vị thời gian và một đơn vị thể tích (đối với phản ứng đồng thể) hoặc trên một đơn vị diện tích bề mặt phân chia pha (đối với phản ứng dị thể)

t

C v

Trang 8

Tốc độ tức thời của phản ứng tỷ lệ với tích số nồng

độ tại thời điểm đó của các chất tham gia phản ứng (với số mũ xác định nào đó)

Trang 9

Định luật tác dụng khối lượng Phản ứng tổng quát: aA + bB  cC + dD

B

n

A C C

k

v : tốc độ tức thời của phản ứng ở thời điểm xác định

Trang 10

Ý nghĩa vật lý : hằng số tốc độ k là tốc độ riêng của phản

ứng khi nồng độ các chất tham gia phản ứng bằng nhau và bằng 1mol/l

k phụ thuộc vào bản chất PƯ, nhiệt độ và chất xúc tác

RT

E

e k

Trang 11

Định luật tác dụng khối lượng v = k CA n CB m

Hằng số tốc độ k

→ Năng lượng hoạt hóa E*

E

e Ze

Trang 12

trong khi khoảng cách giữa các nguyên tử B tăng dần:

A B – B → A B B → A – B B

suy yếu liên kết B – B và đủ để tạo ra A B B, gọi là

phức chất hoạt động

phải có để đạt được phức hoạt động gọi là năng lượng

hoạt hóa của phản ứng

phân hoạt động

R

S RT

E

e Ze

Trang 13

Hằng số tốc độ k

→ Năng lượng hoạt hóa E*

Năng lượng hoạt hóa của phản ứng càng nhỏ thì càng có nhiều tiểu phân trở thành hoạt động, do đó tốc độ của phản ứng càng lớn

R

RT e Ze

- Entropi hoạt hóa S*

Không chỉ có năng lượng hoạt hóa có ảnh hưởng đến tốc

độ của phản ứng Kết quả nghiên cứu cho thấy kích thước, hình dạng và nhất là vị trí không gian khi va chạm của các tiểu phân hoạt động cũng đóng vai trò quan trọng

Xác suất định hướng có hiệu quả khi va chạm được đặc

Trang 15

6.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng

Nồng độ chất phản ứng

Nhiệt độ

Xúc tác

Trang 16

A B B

C C C

ln

1 -

Trang 17

1 Ảnh hưởng của nồng độ chất phản ứng

Trong hệ dị thể:

Tốc độ phản ứng không những phụ thuộc vào nồng

độ chất phản ứng mà còn phụ thuộc vào diện tích

bề mặt tiếp xúc pha Diện tích tiếp xúc càng lớn thì tốc độ càng cao

Trang 18

18

Chương 6: Cân bằng hóa học

2 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới tốc độ phản ứng

Khi tăng nhiệt độ thêm 100C, tốc độ phản ứng tăng lên

từ 2 tới 4 lần

4 2

γ : hệ số nhiệt độ (là số lần tăng lên của tốc độ phản ứng

k : hằng số tốc độ

Quy tắc này đúng trong khoảng nhiệt độ không lớn

T

n T

Trang 19

o Giải thích sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nhiệt độ

Nhiệt độ tăng  chuyển động nhiệt của các tiểu phân tăng

 số va chạm giữa chúng tăng  tốc độ phản ứng tăng lên Tuy nhiên khi nhiệt độ tăng, số va chạm tăng không đáng kể

Khi nhiệt độ tăng số tiểu phân trở thành hoạt động tăng

Theo định luật Boltzmann:

N’: số tiểu phân hoạt động

RT

E

e N

Trang 20

20

Trang 21

3 Ảnh hưởng của xúc tác tới tốc độ phản ứng

tác hóa học với các phản ứng ở giai đoạn trung gian)

lượng, về thành phần và tác chất hóa học

Chất xúc tác  làm thay đổi cơ chế phản ứng  giảm năng lượng hoạt hóa  làm tăng tốc độ phản ứng

Trang 22

22

động của hệ phản ứng  Nếu một phản ứng không thể xảy ra về mặt nhiệt động thì việc dùng chất xúc tác cũng không thể làm nó xảy ra được

ứng mà chỉ làm cho cân bằng nhanh đạt được hơn

dụng xúc tác cho một phản ứng hay một loại phản ứng nhất định

2 3

/ , 5

2H OH CH CHO H

O H H

C OH

H

C2 5 T,Al2 O3  2 4 + 2

Trang 23

Cơ chế của quá trình xúc tác

 +

 -

 +

3

2

E , K AB

B AK

E , AK K

A K

A

Trang 24

Sự thay đổi cơ chế phản ứng khi có mặt xúc tác

Trang 25

6.2 Cân bằng hóa học

và mức độ diễn ra của các quá trình hóa học

Trang 26

6.2.1 Khái niệm về cân bằng hoá học

26

 là phản ứng hóa học xảy ra cho đến khi có ít nhất một chất tham gia phản ứng hết

 Khi viết phương trình phản ứng ta dùng dấu “=” hoặc “”

 Ví dụ

MnO2,t0

 Phản ứng một chiều (phản ứng hoàn toàn)

 Phản ứng thuận nghịch (phản ứng không hoàn toàn)

 là phản ứng có thể xảy ra theo hai chiều ngược nhau trong cùng một điều kiện

 Khi viết phương trình phản ứng ta dùng dấu “⇄”

 Ví dụ:

Fe3O4(r) + 4H2(k) ⇄ 3Fe(r) + 4H2O(k)

 Phản ứng thuận: từ trái sang

 Phản ứng nghịch: từ phải sang

Trang 27

 Phản ứng thuận nghịch (phản ứng không hoàn toàn)

 Đặc điểm của phản ứng thuận nghịch:

phương trình phản ứng

 Phản ứng không có thời điểm kết thúc mà chỉ đạt

đến trạng thái cân bằng hóa học

 Phản ứng một chiều (phản ứng hoàn toàn)

Trang 28

28

 Trạng thái cân bằng hoá học

 là trạng thái của phản ứng thuận nghịch tại đó tốc độ phản ứng của hai chiều là bằng nhau

 nồng độ các chất không thay đổi nữa ứng với điều kiện bên ngoài xác định

 Nhắc lại Định luật tác dụng khối lượng (M.Guldberg và P Waage)

Ở nhiệt độ không đổi, phản ứng đồng thể, đơn giản:

CA, CB: nồng độ của chất A, B

a,b,c,d: các hệ số tỉ lượng

Trang 29

 Xét phản ứng của hệ khí lý tưởng (pư đơn giản)

aA (k) + bB(k) ⇌ cC(k) + dD(k)

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

b B

a A t

Trạng thái cân bằng hoá học

Trang 30

 Ví dụ về cân bằng hoá học trong tự nhiên

Sự tạo thành thạch nhũ

CaCO3(r) + H2O(l) + CO2(k) ⇄ Ca2+(aq) + 2 HCO3- (aq)

30

Trạng thái cân bằng hoá học

Trang 31

 Đặc điểm của cân bằng hóa học:

 Trong cùng một điều kiện (nhiệt độ, áp suất, chất xúc tác) 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

 Trạng thái cân bằng hóa học là trạng thái cân bằng động (phản ứng vẫn diễn ra)

 Trạng thái cân bằng ứng với ΔG = 0

 Dù xuất phát từ các chất đầu hay từ các sản phẩm cuối, cũng thu được cùng một kết quả như nhau

VD1: H2(k) + I2(k) ⇄ 2 HI(k)

VD2: 2HI(k) ⇄ H2(k) + I2(k)

Trang 32

32

 Đặc điểm của cân bằng hóa học:

Trang 33

1 Xét phản ứng đồng thể đơn giản tổng quát: aA + bB ⇄ cC + dD

 Khi hệ đạt trạng thái cân bằng: vt = vn

d D

c C n

b B

a A

kt, kn là hằng số tốc độ của phản ứng thuận và phản ứng nghịch

 Trường hợp cân bằng được thiết lập giữa các chất khí:

 thay nồng độ các chất bằng áp suất riêng phần

( c d) ( a b )

b B

a A

d D

c C b

B

a A

d D

c C

b B

a A

d D

c C

C C

C C RT

C RT

C

RT C

p p

K = K (RT)∆n Với: Δn = ∑n - ∑n

Trang 34

34

2 Cân bằng trong hệ dị thể:

 Với phản ứng dị thể có sự tham gia của các chất khí:

Áp suất riêng phần của chất rắn thăng hoa và chất lỏng bay hơi

 Với phản ứng dị thể diễn ra trong dung dịch:

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

-> Hằng số cân bằng KC chỉ phụ thuộc vào nồng độ các chất tan trong dung dịch

6.2.2.Hằng số cân bằng hóa học

Trang 35

Ví dụ 2: Viết biểu thức hằng số cân bằng Kc

S(r) + O2(k) ⇄ SO2(k) K1

SO2(k) + 1/2 O2(k) ⇄ SO3(k) K2

Trang 36

Ví dụ 2: Viết biểu thức hằng số cân bằng Kc

36

Trang 37

• Thay đổi hệ số tỉ lượng

O

SO

 3 2

2 3 2

Trang 38

38

3 Hằng số cân bằng và độ thay đổi thế đẳng áp

Phản ứng thuận nghịch: aA + bB ⇄ cC + dD

 Nếu phản ứng diễn ra trong dung dịch:

(ở mọi thời điểm) Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng

0

ΔGT =

τ

b B

a A

d D

c C 0

T T

C C

C

C RTln ΔG

=

C cb

b B

a A

d D

c C 0

C C

C

C RTln

=

 Nếu phản ứng diễn ra trong pha khí:

(ở mọi thời điểm) Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng

0

ΔGT =

τ

b B

a A

d D

c C 0

T T

pp

p

pRTlnΔG

=

p cb

b B

a A

d D

c C 0

p p

p

p RTln

=

Trang 39

3 Hằng số cân bằng và độ thay đổi thế đẳng áp

0 o

o

S T.

ΔH lnK

0 0

p = - +

Gọi K1 và K2 là hằng số cân bằng ở các nhiệt độ T1 và T2

R

ΔSRT

ΔHlnK

4 Hằng số cân bằng với nhiệt độ và nhiệt phản ứng

Trang 40

 Thông thường Kp ,Kc không có thứ nguyên

 Hằng số cân bằng có giá trị càng lớn thì hiệu suất phản ứng càng cao

5 Nhận xét về hằng số cân Kc và Kp

Trang 41

6.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới cân bằng hóa học

Nếu hệ đang ở trạng thái cân bằng mà ta thay đổi một trong các thông số trạng thái của hệ (P, C, T…):

• Các hệ thức sẽ thay đổi ( )

• Hệ 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

Trang 42

2 Nguyên lý chuyển dịch cân bằng Le Châtelier

42

Một hệ đang ở trạng thái cân bằng nếu ta thay đổi một trong các thông số trạng thái của hệ (nồng độ, nhiệt độ, áp suất) thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều nào có tác dụng chống lại sự thay đổi trên

Henri Le Châtelier (1850 – 1936)

6.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới cân bằng hóa học

Trang 43

 Ảnh hưởng của nồng độ đến sự chuyển dịch cân bằng

Một hệ đang ở trạng thái cân bằng, nếu tăng nồng độ của một chất nào đó thì cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều làm giảm nồng độ của chất đó và ngược lại

Xét phản ứng: Fe3+ + 3 SCN- ⇄ Fe(SCN)3

Đỏ

Khi hệ đạt trạng thái cân bằng: vt = vn

Khi tăng nồng độ của Fe3+ lên 2 lần:

3

3 +

-=

SCN Fe

t

t SCN

Fe t

v' = ( 2 3 + ) 3 - = 2 v =n' vn

Khi tăng nồng độ Fe3+, v tăng lên làm tăng nồng độ của Fe(SCN)

Trang 44

44

 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự chuyển dịch cân bằng:

Một hệ đang ở trạng thái cân bằng, nếu tăng nhiệt độ của hệ, cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều phản ứng thu nhiệt (H >0)

và ngược lại

Ví dụ: Xét cân bằng :

2NO2(k) ⇄ N2O4(k) H0 = -58,04kJ Màu nâu Không màu

Khi làm lạnh hỗn hợp cân bằng (nhúng bình đựng hỗn hợp vào nước đá): màu nâu nhạt dần

-> Cân bằng đã dịch chuyển về phía tạo thành N2O4 (không màu): Chiều tỏa nhiệt (chiều thuận)

Trang 45

 Ảnh hưởng của áp suất đến sự chuyển dịch cân bằng:

Khi hệ đang ở trạng thái cân bằng, nếu tăng áp suất

chung của hệ, cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều có tác dụng làm giảm số mol khí của hệ và ngược lại

• Phản ứng không có chất khí (ở trạng thái dung dịch hoặc rắn) hoặc có chất khí nhưng số mol khí không đổi: sự thay đổi áp suất (hoặc thể tích) không làm ảnh hưởng đến trạng thái cân bằng của hệ

Trang 46

46

Ví dụ: Cho cân bằng sau:

Trang 48

48

Định dạng
Số trang	48
Dung lượng	1,11 MB