hoa dai cuong ĐH KTCN TN

Chương 4 CÂN BẰNG HOÁ HỌC- Các loại hằng số cân bằng - Mối liên hệ giữa các hằng số cân bằng - Các yếu tố ảnh hưởng đến hằng số cân bằng - Ứng dụng của hiện tượng chuyển dịch cân bằng...

Chương 4 CÂN BẰNG HOÁ HỌC

- Các loại hằng số cân bằng

- Mối liên hệ giữa các hằng số cân bằng

- Các yếu tố ảnh hưởng đến hằng số cân bằng

- Ứng dụng của hiện tượng chuyển dịch cân bằng

Chương 4 CÂN BẰNG HOÁ HỌC1.Một số khái niệm

1.1 Phản ứng thuận nghịch và bất thuận nghịch

a Phản ứng thuận nghịch

H 2 + I 2 2HI N 2 + 3H 2 2NH 3

Định nghĩa pư thuận nghịch?

-Là PU có thể xảy ra theo hai chiều ngược nhau

Vậy đặc điểm của pu là gì?

- Đặc điểm

+ Ở cùng điều kiện phản ứng (nhiệt độ, p) thì phản ứng có thể xảy ra theo hai chiều: thuận và nghịch + Dù xuất phát từ các chất đầu hay các sản phẩm , cuối cùng người ta cũng thu được một kết quả: tỉ

lệ số mol giữa các chất là cố định.

+ Nếu điều kiện phản ứng không thay đổi thì dù

kéo dài phản ứng đến bao lâu trạng thái cuối

cùng của hệ vẫn giữ nguyên Người ta nói hệ

phản ứng đã đạt đến trạng thái cân bằng hoá học

b Phản ứng bất thuận nghịch

H2O2 → H2O + 1/2O2

- Là PƯ chỉ xảy ra theo 1 chiều nhất định ở đk

xác định, lượng sản phẩm vượt xa nhiều với

cho đến khi tất cả các chất phản ứng đều

chuyển thành sản phẩm

c Tính chất của cân bằng hoá học

- Không thay đổi theo t.gian nếu đ.kiện bên ngoài giữ

α = Số mol chất đã chuyển hoá

Số mol chất ban đầu

2 Hằng số cân bằng.Mối quan hệ giữa K P , K C , K N , K n 2.1 Hằng số cân bằng

a.K P

- Là hằng số cân bằng được biểu diễn theo áp suất

(theo đơn vị atm) riêng phần của từng chất lúc cân bằng

Xét phản ứng ở T, P = const

aA(k) + bB(k)  cC(k) + dD(k)

b B

a A

d D

c C P

P P

P

P K

.

.



VD1: Cho phản ứng 2X + 3Y = Z + 2T Các chất đều ở thể khí, lúc cân bằng áp suất của X, Y, Z, T lần lượt là 0,1; 0,3; 0,4 và 0,2 atm Vậy hằng số cân bằng KP của phản ứng là bao nhiêu?

- Tính KP theo biến thiên thế đẳng áp

G = G0 + RTlnKPKhi phản ứng đạt trạng thái cân bằng thì G = 0

b K C

- KC là HSCB của phản ứng khi biểu diễn thành

phần các chất theo nồng độ mol/l của chúng

aA(k) + bB(k)  cC(k) + dD(k)

- VD3: Cho phản ứng 2A + B  2C Cho biết tại

trạng thái cân bằng nồng độ các chất như sau: [A] = 0,2M; [B] = 0,5M; [C] = 0,4M Vậy hằng

số cân bằng của phản ứng là

A 8 B 16 C 4 D.6

A B



c K N

KN là HSCB của phản ứng khi biểu diễn thành phần các

chất theo nồng độ phần mol của chúng

VD4: Cho phản ứng 2A + B  2C, cho biết số mol của A,

B, C lúc cân bằng là 0,1; 0,2; 0,3mol Vậy hằng số cân bằng KN của phản ứng là

A 27 B 3 C 36 D 9

d K n

- là HSCB của phản ứng khi biểu diễn thành phần các

chất theo số mol của chúng

D A

c d C

B

N N K

N N



2.2 Mối quan hệ giữa K P , K C , K N , K n

a Mối liên hệ giữa K P và K C

- Các khí được coi là lý tưởng, dựa vào PT trạng thái khí

và biểu thức tính KP hãy tìm mối liên hệ giữa KP và KC?

D A

c d C

B

n n K

n n



b Mối liên hệ giữa K P và K N

- Xét PU aA(k) + bB(k) = cC(k) + dD(k)

- Gọi P là áp suất của hỗn hợp khí lúc cân bằng; NC,ND,

NA , NB lần lượt là nồng độ phần mol của C, D, A, B, lúc cân bằng

VD8: N2O4 phân huỷ theo phản ứng N2O4(K) 2 NO2(K)

Ở 270C và 1 atm hằng số cân bằng KP = 1/6 Vậy hằng

số cân bằng KN =?

- Qua nghiên cứu KP, KC, KN, Kn các em hãy nhận xét: các hằng số cân bằng này phụ thuộc vào những yếu

Kết luận

nhiệt độ Đối với một phản ứng đã cho sẵn nó chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.

chất tham gia, nhiệt độ còn phụ thuộc vào áp suất chung của hỗn hợp lúc cân bằng.

chất tham gia, nhiệt độ còn phụ thuộc vào áp suất chung, số mol của hỗn hợp lúc cân bằng.

- Khi tổng số phân tử khí của hai vế bằng nhau thì KP = KC = KN = Kn Trong trường hợp này

các phản ứng đã cho chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.

- VD9: trong các phản ứng sau phản ứng nào có KP = KC

- Đối với phản ứng dị thể, trạng thái cân bằng chỉ phụ

thuộc vào pha khí hoặc lỏng, không phụ thuộc vào

pha rắn

NH4Cl(r)  HCl(k) + NH3(k)

- Ở nhiệt độ không đổi khi phản ứng đạt tới trạng thái

cân bằng, áp suất riêng phần và do đó nồng độ các

chất không thay đổi

Chú ý:

- Khi thiết lập HSCB bằng người ta quy ước áp suất

riêng phần(nồng độ) của các chất viết ở vế phải của PTHH (các sản phẩm) đặt ở tử số, còn các chất tham gia ở mẫu số

- Các số mũ trong biểu thức của HSCB ứng với hệ số tỉ lượng trong PTHH của phản ứng, nên phải sử dụng đúng hệ số cân bằng của phản ứng

Ví dụ: Phản ứng giữa N2(K) và H2(K) có thể viết theo hai cách Mỗi cách ứng với một g.trị của HSCB KP

NH P

N H

P K

P K

P P



nồng độ của các chất còn lại ở lúc cân bằng bằng

cách dựa vào phương trình phản ứng

VD10: Trộn 2 mol HCOOH với 2 mol CH3OH lúc cân

bằng thì thấy 75% axit đã chuyển thành este Tính

hằng số cân bằng KP của phản ứng Giả sử V của hệ không thay đổi

ĐS: Vì ∆n = 0 → KP = KC = 9

b Xác định hằng số cân bằng dựa vào các dữ kiện nhiệt động hoá học

c Xác định hằng số cân bằng của phản ứng theo hằng số cân bằng của các phản ứng đã biết

4 Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng

4.1 Ảnh hưởng của nồng độ

- Xét phản ứng aA + bB cC + dD

- Khi cân bằng const ở T = const

- Như vậy khi 1 hệ đang ở trạng thái CB mà ta thay đổi nồng độ của chất thì CB chuyển dịch theo chiều

chống lại sự thay đổi đó

VD13: Khi trộn 1 mol C2H5OH với 1mol CH3COOH và để cho phản ứng xảy ra ỏ nhiệt độ thường Lúc cân bằng thấy có 2/3 mol este đã tạo thành Nếu người ta trộn 3 mol C2H5OH với 1mol CH3COOH thì bao nhiêu mol

este sẽ tạo thành lúc cân bằng Cho rằng thể tích của

d D

c C

C C

C C

Kc

Ví dụ: xét PƯ thuận nghịch sau

FeCl3 + 3KSCN Fe(SCN)3 + 3KCl

Không màu màu đỏ máu

Khi CB được thiết lập thì ta có

- nếu thêm FeCl3 hoặc KSCN vào hỗn hợp lúc cb thì ta thấy cb bị phá vỡ và chuyển dịch sang bên phải làm cho màu đỏ của dd đậm lên hay nói cách khác là làm tăng nồng độ các chất sp

- Nếu thêm KCl vào hỗn hợp lúc cb thì ta thấy cb bị phá

vỡ và chuyển dịch sang bên trái làm cho màu đỏ của

dd giảm dần hay nói cách khác là làm tăng nồng độ các chất tg

4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ

∆G0 = ∆H0 - T∆S0 =- RT ln KP

R

S RT

K

0

0

ln     

- Xét phản ứng tỏa nhiệt, khi tăng nhiệt độ thì cân bằng

sẽ chuyển dịch theo chiều nào?

- Khi H < 0 thì khi tăng nhiệt độ cân bằng chuyển dịch

về phía phản ứng nghịch tức là phản ứng thu nhiệt

- Xét phản ứng thu nhiệt, khi tăng nhiệt độ thì cân bằng chuyển dịch theo chiều nào?

- Khi H > 0 thì khi tăng nhiệt độ cân bằng chuyển dịch

về phía phản ứng thuận, tức là phản ứng thu nhiệt

Như vậy, trong cả hai trường hợp khi tăng nhiệt độ thì

CB đều chuyển dịch về phía PU thu nhiệt và ngược lại

- Nếu cho hằng số cân bằng ở nhiệt độ T1 và hiệu ứng nhiệt của phản ứng thì ta có thể tìm được

)

1

1 (

ln

2 1

0

1

2

T T

R

H K

ĐS:3,59

4.3 Ảnh hưởng của áp suất

aA + bB cC + dD

∆G = ∆G0 + RT ln KP = ∆G0 + RT ln KN.P∆n

ở T = const thì ∆G chỉ phụ thuộc vào P

- Xét trường hợp ∆n = 0 thì ta có P không ảnh hưởng đến CB

- Xét trường hợp ∆n > 0 thì khi ta tăng áp suất CB

chuyển dịch theo chiều nghịch

- Xét trường hợp ∆n < 0 thì khi tăng áp suất CB chuyển dịch theo chiều thuận

- Vậy khi ta tăng áp suất của hệ thì cb chuyển dịch theo chiều nào?và ngược lại?

4.4 Nguyên lý chuyển dịch cb Lơ satơlie

- Nếu một hệ đang ở trạng thái cân bằng mà ta thay đổi một trong các thông số trạng thái của

hệ (P, T, C) thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều có tác dụng chống lại sự thay đổi đó.

4.5 ứng dụng của hiện tượng chuyển dịch cb

+ tăng áp suất

Thảo luận

Câu 1: Ở 8500C phản ứng:

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

phản ứng có HSCB là 1 Ở nhiệt độ đó nếu trộn 1 mol

CO + 1 mol H2O + 1 mol CO2 + 2 mol H2 vào bình

dung tích 10 l thì phản ứng sẽ tự xảy ra

A Theo chiều nghịch B Theo chiều thuận

C Ở trạng thái cân bằng D Không xác định

Câu 2: Phản ứng phân huỷ Clo phân tử thành Clo

nguyên tử có KC = 4 10-4 Nồng độ Clo khi cân bằng

là 0,04 mol/l Phần trăm Clo đã bị phân huỷ là:

A 5% B 10%

C 4,76% D 9,52%

Câu 3: Hằng số cân bằng KP là đại lượng

A Không đơn vị B có đơn vị atm

C Có đơn vị mol/l C có đơn vị atm-1

Câu 4: Giả sử có các phản ứng cân bằng

Câu 6: Xét phản ứng diễn ra trong bình kín V = 1lit

N2O4(k) 2NO2 Ban đầu có 0,02mol N2O4 lúc cân bằng

có 0,015mol N2O4 Vậy

A KP = 6,67.10-3 B KN = 6,67.10-3

C KC = 6,67.10-3 D KP = 6,67.10-2

Câu 7: Xét phản ứng CaCO3(r) + 2HCl  CaCl2(l) + H2O +

CO2(k) Vậy hằng số cân bằng KC của pu là

A [CO2][H2O][CaCl2]/[HCl]2.[CaCO3]

Câu 9: Cho phản ứng 2CO(k) + O2(k)  2CO2(k) + 568,48kJ Muốn cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận thì ta

cần

A giảm nhiệt độ, giảm áp suất, tăng nồng độ CO

B giảm nhiệt độ, tăng áp suất, tăng nồng độ CO

C tăng nhiệt độ, giảm áp suất, tăng nồng độ O2

D tăng nhiệt độ, tăng áp suất, tăng nồng độ O2

Câu 14: Tại nhiệt độ xác định pu 2A(k)  B(k) có

HSCB là 0,25 Cho nồng độ ban đầu của A là 4M Vậy nồng độ các chất lúc cân bằng là

A [A] = [B] = 2M B [A] = 2,67M; [B] = 0,67M C.[A] = 2M; [B] = 1M D [A] = 3,2M; [B] = 0,8M