DỊCH cân BẰNG hóa học

dịch từ sách giáo khoa trung học phổ thông của mỹ,Cân bằng hóa học được mô tả bằng biểu thức hằng số cân bằng liên quan đến nồng độ chất phản ứng và sản phẩm.Giáo dục là nền tảng của mỗi quốc gia, do đó việc phát triển giáo dục luôn được quan tâm hàng đầu. Nước ta đang từng bước phát triển và đổi mới giáo dục để phù hợp với nền tri thức chung của thế giới. Chúng ta cần nhìn nhận các ưu điểm và hạn chế trong nền giáo dục của nước nhà để phát triển những ưu điểm và khắc phục những hạn chế đó. Bên cạnh đó cần phải tiếp thu những ưu điểm và nhược điểm trong nền giáo dục của nước bạn. Từ đó tiếp thu một cách có chọn lọc nền giáo dục của nước bạn, cụ thể ở đây là Mỹ. Sau đó hướng đến một nền giáo dục hoàn thiện hơn. Đó chính là lý do nhóm em thực hiện chủ đề này.

Chương 17: CÂN BẰNG HÓA HỌC

 Ý tưởng lớn: Nhiều phản ứng và quá trình đạt đến trạng thái cân bằng hóahọc, trong đó cả chất phản ứng và sản phẩm được hình thành với tốc độ bằngnhau

17.1: Trạng thái cân bằng động : Cân bằng hóa học ý tưởng được mô tả bằng

biểu thức hằng số cân bằng liên quan đến nồng độ chất phản ứng và sản phẩm

17.2: Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học : Khi thay đổi được thực hiện

đối với một hệ thống ở trạng thái cân bằng, hệ thống sẽ chuyển sang vị trí cân bằngmới

17.3: Sử dụng hằng số cân bằng: Biểu thức hằng số cân bằng có thể được sử

dụng để tính toán nồng độ và độ hòa tan

- Bộ chuyển đổi xúc tác và thay đổi trong phụ gia xăng dầu đã làm cho ô tôsạch hơn 40% so với một thập kỷ trước

1 Đọc và hoàn thành mẫu an toàn phòng thí nghiệm

2 Đo 20 mL nước trong bình chia độ và đổ nó vào cốc 100 ml Cho 20 mlnước cất vào xilanh Thêm hai giọt màu thực phẩm vào cốc và xilanh đang chứanước đã lấy

3 Thu được hai ống thủy tinh có đường kính bằng nhau Địa điểm Mộtống trong xi lanh chia độ và ống còn lại trong cốc thủy tinh

4 Làm việc với đối tác Với các đầu của các ống ở các ống ở đáy cácthùng chứa của chúng, hãy che các đầu mở của các ống thủy tinh bằng ngón tay trỏcủa bạn để nước bị mắc kẹt trong các ống Đồng thời, di chuyển từng ống vàothùng chứa khác và giải phóng các vây của bạn để giải phóng nước.

5 Lặp lại quá trình chuyển khoảng 25 lần Ghi lại những quan sát của bạn

Phân tích:

1 Mô tả những quan sát của bạn trong quá trình chuyển giao

2 Giải thích Kết quả cuối cùng sẽ khác nếu bạn có Yêu cầu bạn có thểminh họa trạng thái cân bằng bằng thủy tinh quá trình tiếp tục quá trình chuyểnnhượng trong một thời gian dài hơn?

Yêu cầu: Bạn có thể minh họa trạng thái cân bằng bằng cách sử dụng các

ống thủy tinh có đường kính khác nhau? Giải thích?

Tổ chức học tập:

- Thay đổi ảnh hưởng đến trạng thái cân bằng

- Thực hiện như sau Có thể gập lại để giúp bạn tổ chức thông tin về các yếu tốảnh hưởng cân bằng

BƯỚC 1: Gấp một tờ giấy thành phần ba theo chiều ngang

BƯỚC 2: mở ra và gấp cạnh trên xuống khoảng 2 cm

BƯỚC 3: Mở ra và vẽ các đường dọc theo tất cả các nếp gấp

Dán nhãn các cột như sau: Thay đổi trong nồng độ,thay đôi nhiệt độ, thay đổitrong khối lượng và áp suất

NỀN TẢNG: Sử dụng Có thể gập lại này với Mục 17.2

Khi bạn đọc phần này, hãy tóm tắt cách những thay đổi này thay đổi trạng thái cânbằng của một hệ thống Bao gồm các phương trình mẫu

Hóa học trực tuyến: (Truy cập glencoe.com để )

Nghiên cứu toàn bộ chương trực tuyến

 Khám phá các khái niệm trong chuyển động

 Tự kiểm tra câu đố

 Sử dụng cá nhân gia sư để làm việc vấn đề từng bước

 Truy cập Liên kết web để biết thêm thông tin, dự án và hoạt động

 Tìm thử tại phòng thí nghiệm tại nhà, bột bắp, Độ hòa tan

Phần 17.1: Trạng thái cân bằng động :

Cân bằng hóa học được mô tả bằng biểu thức hằng số cân bằng liên quan đến nồng độ chất phản ứng và sản phẩm.

Liên kết đọc trong thế giới thực: Hãy tưởng tượng một cuộc giằng co

giữa hai đội Bởi vì sợi dây giữa họ không di chuyển, có vẻ như cả hai đội đều

không kéo Trên thực tế, cả hai đội đều kéo, nhưng các lực do hai đội tác dụng làbằng nhau và ngược nhau, vì vậy họ hoàn toàn cân bằng.

Cân bằng là gì?

Thông thường, các phản ứng hóa học đạt đến điểm cân bằng hoặc cânbằng Nếu bạn đã thực hiện Launch Lab trên trang trước, bạn sẽ thấy rằng mộtđiểm cân bằng đã đạt được trong việc chuyển nước từ cốc sang cốc có chia độ và

từ xi lanh chia độ sang cốc có mỏ

Hãy xem xét phản ứng cho sự hình thành amoniac từ nitơ và hydro mà bạnđọc trong Chương 15

N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g) Δ G° = –33.1 kJ

Amoniac rất quan trọng trong nông nghiệp như là một loại phân bón vàphụ gia cho các loại hạt thức ăn chăn nuôi Trong công nghiệp, nó là nguyên liệuthô để sản xuất nhiều sản phẩm như nylon, như trong Hình 17.1

Hình 17.1: Amoniac phản ứng với cả hai đầu của một phân tử sáu carbon

để tạo thành một diamine (1,6-diaminohexane) Đây là một bước trong sự hìnhthành của nylon polymer Ở đây, sợi nylon, được sử dụng trong sản xuất lốp xe,đang được quấn vào ống chỉ

Hình 17.2: Nồng độ của các chất phản ứng (H2và N2) lúc đầu giảm, trongkhi nồng độ của sản phẩm (NH3) tăng Sau đó, trước khi các chất phản ứng được sửdụng hết, tất cả các nồng độ trở nên không đổi

Điều gì xảy ra khi 1 mol nitơ và 3 mol hydro, số mol thể hiện là hệ sốtrong phương trình hóa học, được đặt trong bình phản ứng kín ở 723 K? Bởi vì

phản ứng là tự nhiên, nitơ và hydro phản ứng

Hình 17.2 Minh họa cho phản ứng Lưu ý rằng nồng độ của sản phẩm,

NH3, bằng 0 khi bắt đầu và tăng dần theo thời gian Các chất phản ứng, H2 và N2,được tiêu thụ trong phản ứng, do đó nồng độ của chúng giảm dần Tuy nhiên, saumột thời gian, nồng độ H2, N2 và NH3 không còn thay đổi Tất cả các nồng độ trởnên không đổi, như được hiển thị bởi các đường ngang ở bên phải của sơ đồ Nồng

độ của H2 và Ny không bằng không, vì vậy không phải tất cả các chất phản ứngđều được chuyển đổi thành sản phẩm, mặc dù Δ G° cho phản ứng này là âm tính

Kiểm tra đồ thị: Mô tả độ dốc của các đường cong cho các chất phản ứng

và cho sản phẩm ở bên trái của đường chấm dọc Làm thế nào để dốc khác nhau ởbên phải của đường chấm chấm?

Phản ứng thuận nghịch và cân bằng hóa học Khi phản ứng dẫn đến sự

chuyển đổi gần như hoàn toàn các chất phản ứng thành các sản phẩm, các nhà hóahọc nói rằng phản ứng đã hoàn tất - nhưng hầu hết các phản ứng không đi đến hoàn

thành Các phản ứng dường như dừng lại vì chúng có thể đảo ngược Phản ứngthuận nghịch là phản ứng hóa học có thể xảy ra theo cả hai chiều thuận và ngược.

N2 (g) + 3H2 (g) → 2NH3 (g)

N2 (g) + 3H2 (g) ← 2NH3 (g)Các nhà hóa học kết hợp hai phương trình này thành một phương trình duynhất sử dụng một mũi tên kép để chỉ ra rằng cả hai phản ứng xảy ra

N2 (g) + 3H2 (g) ↔ 2NH3 (g)Các chất phản ứng trong phản ứng thuận nằm ở bên trái của mũi tên Cácchất phản ứng trong phản ứng ngược là ở bên phải của mũi tên Trong phản ứngthuận, hydro và nitơ kết hợp với nhau tạo thành amoniac sản phẩm Trong phảnứng ngược, amoniac phân hủy thành prod dẫn hydro và nitơ

Hình 17.3: Tiến trình của phản ứng sản xuất amoniac từ hydro và nitơ

được thể hiện trong a qua d

Giải thích: Nghiên cứu các sơ đồ để trả lời các câu hỏi sau đây Trong

một, làm thế nào để bạn biết rằng phản ứng chưa bắt đầu? Trong b, bằng chứngnào chỉ ra rằng phản ứng ngược đã bắt đầu? So sánh c với d Làm thế nào để bạnbiết rằng trạng thái cân bằng đã đạt được?

a N2 (g) + 3H2 (g)

b N2 (g) + 3H2 (g) ↔ 2NH3 (g)

c N2 (g) + 3H2 (g) ↔ 2NH3 (g)

d N2 (g) + 3H2 (g) ↔ 2NH3 (g)Làm thế nào để sự đảo ngược của phản ứng này ảnh hưởng đến việc sảnxuất amoniac? Hình 17.3a cho thấy hỗn hợp nitơ và hydro giống như phản ứng bắtđầu với tốc độ ban đầu, xác định Không có amoniac có mặt, do đó chỉ có thể xảy

ra phản ứng thuận

N2 (g) + 3H2 (g) → 2NH3 (g)Khi hydro và nitơ kết hợp với nhau tạo thành amoniac, các trọng tâm củachúng giảm, như trong Hình 17.3b Nhớ lại từ Chương 16 rằng tốc độ của mộtphản ứng phụ thuộc vào nồng độ của các chất phản ứng Sự giảm nồng độ của cácchất phản ứng làm cho tốc độ phản ứng của phường chậm lại Ngay khi cóamoniac, hiện tại phản ứng ngược có thể xảy ra, từ từ, nhưng với tốc độ tăng dầnkhi nồng độ amoniac tăng

N2 (g) + 3H2 (g) ← 2NH3 (g)Khi phản ứng xảy ra, tốc độ của phản ứng thuận tiếp tục giảm và tốc độcủa phản ứng ngược tiếp tục tăng cho đến khi hai tốc độ bằng nhau Tại thời điểm

đó, amoniac được sản xuất với cùng tốc độ bị phân hủy, do đó nồng độ N2, H2 và

NH3 không đổi, như trong Hình 17.3c và 17.3d Hệ thống đã đạt đến trạng thái cânbằng hoặc cân bằng Cân bằng từ có nghĩa là các quá trình đối lập được cân bằng.Cân bằng hóa học là trạng thái trong đó các phản ứng thuận và nghịch cân bằngnhau vì chúng diễn ra với tốc độ bằng nhau

Phản ứng chuyển tiếp tốc độ = Phản ứng ngược tốc độ.

Bạn có thể nhận ra rằng phản ứng tạo thành amoniac đạt đến trạng thái cânbằng hóa học vì phương trình hóa học của nó được viết bằng một mũi tên kép nhưthế này

N2(g) + 3H2 (g) ⇌ 2NH3 (g)

Ở trạng thái cân bằng, nồng độ của chất phản ứng và sản phẩm là constant, như trong Hình 17.3c và 17.3d Tuy nhiên, điều đó không có nghĩa là sốlượng hoặc nồng độ chất phản ứng và sản phẩm là như nhau Đó là hiếm khitrường hợp Trên thực tế, không có gì bất thường khi nồng độ cân bằng của chấtphản ứng và sản phẩm khác nhau theo hệ số từ một triệu trở lên

Kiểm tra đọc: Giải thích ý nghĩa của một mũi tên kép trong hóa học

phương trình

Kết nối với Vật lý: Bản chất năng động của trạng thái cân bằng.

Một cú đẩy hoặc kéo vào một vật thể là một lực Khi bạn đẩy cửa hoặc kéodây xích chó, bạn sẽ dùng một lực Khi hai hoặc nhiều lực được tác dụng lên cùngmột vật theo cùng một hướng, chúng sẽ cộng lại với nhau Một lực trừ đi lực kianếu các lực ngược chiều nhau Do đó, trong một cuộc chiến giằng co, khi hai độikéo lên một sợi dây với lực bằng nhau, lực kết quả có độ lớn bằng 0 và sợi dâykhông di chuyển Hệ thống được cho là ở trạng thái cân bằng Tương tự, nhữngngười trên bập bênh trong Hình 17.4a đại diện cho một hệ thống ở trạng thái cânbằng Các lực bằng nhau và ngược chiều ở hai đầu của bập bênh được gọi là cáclực cân bằng Thay vào đó, nếu một lực có cường độ lớn hơn lực kia, thì lực kếthợp lớn hơn 0 và được gọi là một lực không cân bằng Một lực cưỡng bức khôngcân bằng làm cho một vật thể tăng tốc, đó là những gì đã xảy ra trong Hình 17.4b

Hình17.4: Trong một, tất cả các lực cân bằng hoàn hảo, vì vậy vị trí của

bập bênh vẫn ổn định Trong b, lực không cân bằng ở bên trái làm cho bập bênhthay đổi vị trí của nó

Giải thích sự tương tự này về mặt cân bằng hóa học

(7)Giả sử có 1 số người bị giới hạn trong hai tòa nhà, được kết nối bởi 1 lối đi vàmọi người có thể đi bộ qua lại giữa các tòa nhà Số lượng người trong mỗi tòa nhà

là không đổi chủ khi cùng một số lượng người bên tòa nhà này qua tòa nhà kia theohướng ngược lại nhau Cùng một người sẽ luôn ở cùng một tòa nhà

Áp dụng cho câu trả lời cân bằng hóa học?

Giống như các lực bằng nhau đối lập nhau, trạng thái cân bằng là trạng tháihành động, không hành động Ví dụ, hãy xem xét sự tương tự này: Lối đi được lắpkính, như trong Hình 17.5, kết nối hai tòa nhà Giả sử rằng tất cả các lối vào và lối

ra cho các tòa nhà, ngoại trừ lối đi, được đóng lại trong một ngày Và giả sử rằng

cùng một số người băng qua đường đi bộ theo mỗi hướng mỗi giờ Với nhữngtrường hợp này, số người trong mỗi tòa nhà vẫn không đổi mặc dù mọi người vẫntiếp tục giao nhau giữa hai tòa nhà Lưu ý rằng số người trong hai tòa nhà khôngnhất thiết phải bằng nhau Cân bằng chỉ yêu cầu số người đi qua lối đi theo mộthướng bằng với số người đi qua hướng ngược lại.

Bản chất động của trạng thái cân bằng hóa học có thể được minh họa bằngcách đặt các khối lượng tinh thể iot bằng nhau vào hai bình liên kết với nhau, nhưtrong Hình 17.6a Bình bên trái chứa các đồng vị iốt được tạo thành hoàn toàn từđồng vị không hoạt động I-127 Bình bên phải chứa các phân tử iốt được tạo thành

từ đồng vị phóng xạ I-131 Các bộ đếm bức xạ cho thấy sự khác biệt về mức độphóng xạ trong mỗi bình

Mỗi bình là một hệ thống khép kín Không có chất phản ứng hoặc sản phẩm

có thể nhập hoặc rời Ở 298 K và 1 atm, trạng thái cân bằng này được thiết lậptrong cả hai bình: I2(r) ⇌ I2(h)

Trong quá trình chuyển tiếp, được gọi là thăng hoa, các phân tử iốt thay đổitrực tiếp từ pha rắn sang pha khí Trong quá trình ngược lại, các phân tử iốt khí trởlại pha rắn Một trạng thái cân bằng hơi rắn được thiết lập trong mỗi bình

Khi khóa trong ống nối hai bình được mở ra, như trong Hình 17.6b, hơi iốt

có thể truyền qua lại giữa hai bình Sau một khoảng thời gian, các số đọc trên bộđếm bức xạ chỉ ra rằng bình bên trái chứa nhiều I-131 mol phóng xạ như bình ởbên phải trong cả pha và pha rắn

Bằng chứng cho thấy các phân tử iốt liên tục thay đổi từ pha rắn sang phakhí theo quy trình chuyển tiếp và các phân tử iốt dạng khí chuyển đổi trở lại pharắn theo quy trình ngược lại Các số đọc không đổi trên cả hai độ lệch bức xạ chothấy trạng thái cân bằng đã được thiết lập trong thể tích kết hợp của hai bình

(8)Hình 17.6 a Các phân tử iốt phóng xạ trong chất rắn trong bình bên phải được tách ra khỏi iốt không phóng xạ trong bình bên trái Lưu ý các bài đọc trên màn hình bức xạ b Sau khi khóa vòi được mở một thời gian, các màn hình bức xạ cho thấy các phân tử phóng xạ nằm trong cả hai bình Các hạt phải di chuyển qua lại giữa các bình và giữa các pha rắn và pha khí.

TỪ VỰNG NGUỒN GỐC

Hoàn thành xuất phát từ hoàn thành động từ Latin, có nghĩa là có tất cả các phần, yếu tố hoặc các bước cần thiết.

Biểu hiện cân bằng

Một số hệ thống hóa học có xu hướng ít phản ứng Những người khác điđến hoàn thành Phần lớn các phản ứng đạt đến trạng thái cân bằng với một số chấtphản ứng không được phát hiện Nếu các chất phản ứng không được tiêu thụ hết,thì lượng sản phẩm được sản xuất ít hơn lượng dự đoán theo phương trình hóa họccân bằng Theo phương trình phản ứng tạo amoniac, nên tạo ra 2 mol amoniac khi

1 mol nitơ và 3 mol hydro phản ứng Tuy nhiên, vì phản ứng đạt đến trạng thái cânbằng, thu được ít hơn 2 mol amoniac Định luật cân bằng hóa học Năm 1864, cácnhà hóa học người Na Uy Cato Maximilian Guldberg và Peter Waage đã cùngnhau đề xuất và phát triển trái với định luật về trạng thái cân bằng hóa học, trong

đó ở một nhiệt độ nhất định, một hệ thống hóa học có thể đạt đến trạng thái trong

đó một tỷ lệ cụ thể của chất phản ứng và nồng độ sản phẩm có giá trị không đổi.Phương trình tổng quát cho một phản ứng ở trạng thái cân bằng như sau:

Biểu thức hằng số cân bằng là tỷ lệ nồng độ mol của sản phẩm với nồng độ molcủa chất phản ứng với mỗi nồng độ được nâng lên công suất bằng hệ số của nótrong phương trình hóa học cân bằng

Hằng số cân bằng, Kcb, là giá trị bằng số của tỷ lệ nồng độ sản phẩm vớinồng độ chất phản ứng, với mỗi nồng độ được nâng lên công suất bằng hệ số của

nó trong phương trình cân bằng Giá trị của Keq không đổi chỉ ở một nhiệt độ xácđịnh

(9) Làm thế nào bạn có thể giải thích kích thước của hằng số cân bằng?

Hãy nhớ lại rằng một phân số có tử số lớn hơn mẫu số của nó có giá trị lớnhơn 1 Và một phân số có tử số nhỏ hơn mẫu số của nó có giá trị nhỏ hơn 1 Ví dụ,

so sánh các tỷ lệ 5/1 và 1/5 Năm là một số lớn hơn một phần năm Vì nồng độ sảnphẩm nằm trong tử số của biểu thức cân bằng, Keq lớn về mặt số có nghĩa là hỗn

hợp cân bằng chứa nhiều sản phẩm hơn chất phản ứng Tương tự, một Keq nhỏ vềmặt số có nghĩa là hỗn hợp cân bằng chứa nhiều chất phản ứng hơn các sản phẩm.

Kcb > 1: Sản phẩm được ưa chuộng ở trạng thái cân bằng

Kcb <1: Chất phản ứng được ưa chuộng ở trạng thái cân bằng

Biểu thức cho cân bằng đồng nhất hydro iodua khí được tạo ra bởi phản

ứng cân bằng của khí hydro với iốt Iốt và một số hợp chất của nó có công dụngquan trọng trong y học, như được minh họa trong Hình 17.7 Làm thế nào bạn sẽviết biểu thức hằng số cân bằng cho phản ứng này trong đó hydro và iốt phản ứng

để tạo thành hydro iodua?

H2 + I2 = 2HI

Phản ứng này là trạng thái cân bằng đồng nhất, có nghĩa là tất cả các

chất phản ứng và sản phẩm đều ở trạng thái vật lý giống nhau Tất cả những ngườitham gia là khí Đầu tiên, đặt nồng độ sản phẩm trong tử số và nồng độ chất phảnứng trong mẫu số

Các biểu thức hằng số cân bằng cho cân bằng đồng nhất

Hàng triệu tấn amoniac (NH3) được sản xuất mỗi năm để sử dụng trongsản xuất các sản phẩm như thuốc nổ, phân bón và sợi tổng hợp Bạn có thể đã sửdụng amoniac trong nhà như một chất tẩy rửa gia dụng, đặc biệt hữu ích cho việclau kính Amoniac được sản xuất từ các nguyên tố của nó, hydro và nitơ, sử dụngquy trình Haber Viết biểu thức hằng số cân bằng cho phản ứng sau

N2 (k) + 3H2 (k) →2NH3 (k)

1 Phân tích vấn đề

Phương trình của phản ứng cung cấp thông tin cần thiết để viết biểu thứchằng số cân bằng Trạng thái cân bằng là đồng nhất vì các chất phản ứng và sảnphẩm ở cùng trạng thái vật lý

Dạng tổng quát của biểu thức hằng số cân bằng là:

3 Đánh giá câu trả lời

Nồng độ sản phẩm nằm trong tử số và nồng độ chất phản ứng nằm trong mẫu số.Nồng độ sản phẩm và chất phản ứng được nâng lên thành sức mạnh bằng với hệ sốcủa chúng

Kcb =

[CO ]2[O 2]

[CO2]2

Hình 17.8 Ở trạng thái cân bằng, tốc độ bay hơi của etanol (C2H5OH) bằng với tốc

độ ngưng tụ Cân bằng hai pha này được gọi là trạng thái cân bằng không đồngnhất Kcb chỉ phụ thuộc vào (C2H5OH (k)

Biểu thức cho cân bằng không đồng nhất

Bạn đã học cách viết biểu thức Keq cho cân bằng đồng nhất, những biểuthức trong đó tất cả các chất phản ứng và sản phẩm đều ở cùng một trạng thái vật

lý Khi các chất phản ứng và sản phẩm có mặt ở nhiều trạng thái vật lý, trạng tháicân bằng được gọi là trạng thái cân bằng không đồng nhất Khi ethanol được đặttrong bình kín, trạng thái cân bằng hơi-lỏng được thiết lập, như minh họa tronghình 17.8

C2H5OH(l) = C2H5OH(k)

Để viết biểu thức hằng số cân bằng cho quá trình này, bạn sẽ tạo thành một

tỷ lệ của sản phẩm với chất phản ứng Ở một nhiệt độ nhất định, tỷ lệ sẽ có giá trịkhông đổi K

K = [C 2 H 5 OH (k )]

[C 2 H 5 OH (l)]

Lưu ý rằng nồng độ của ethanol lỏng nằm trong mẫu số Ethanol lỏng làmột chất nguyên chất, vì vậy nồng độ của nó là mật độ được biểu thị bằng mol trênmỗi lít Nhớ lại rằng ở bất kỳ nhiệt độ nào, mật độ không đổi Cho dù có bao nhiêuhay ít C2H5OH, nồng độ của nó vẫn không đổi Do đó, thuật ngữ trong mẫu số làmột hằng số và có thể được kết hợp với K trong biểu thức cho Kcb

K[C2H5OH(l)] = [C2H5OH(k)] = Kcb

Biểu thức hằng số cân bằng cho sự thay đổi pha này là [C2H5OH(k)] = Kcb

Chất rắn cũng là các chất tinh khiết với nồng độ không thay đổi, do đó cân bằngliên quan đến chất rắn được đơn giản hóa theo cách tương tự Nhớ lại thí nghiệmliên quan đến sự thăng hoa của tinh thể iốt trong Hình 17.6

I2(r) ¿ I2(h)

Kcb = [I2(h)]

Hằng số cân bằng, Kcb, chỉ phụ thuộc vào nồng độ iốt khí trong hệ thống

Cân bằng hằng số biểu hiện cho trạng thái không đồng nhất

Ngoài việc sử dụng trong làm bánh và như một chất chống axit và làm sạch,baking soda thường được đặt trong các hộp mở trong tủ lạnh để làm mát không khínhư trong

Hình 17.9 Viết biểu thức hằng số cân bằng cho sự phân hủy baking soda (natrihydro cacbonat)

[A] = [NaHCO3], hệ số NaHCO3 = 2

Không xác định biểu thức hằng số cân bằng =?

2 Giải quyết những điều chưa biết

[D] = [CO2], [E] = [H2O],

Kcb =

[Na 2CO 3][CO 2][ H 2O ]

[NaHCO3]2 thay a=2, c=1, d=1, e=1

Kcb = [CO2] [H20] Bỏ qua các điều khoản liên quan đến các chất rắn

3 Đánh giá câu trả lời

Biểu thức áp dụng chính xác định luật cân bằng hóa học cho phương trình.Hình 17.9 Natri cacbonat xe (baking soda) hấp thụ mùi và làm mát không khí trong

tủ lạnh Nó cũng là một thành phần quan trọng trong một số loại kem đánh răng.Luyện tập

Nồng độ cân bằng Khi cân bằng được thiết lập, nồng độ của từng chất

được xác định bằng thực nghiệm Lưu ý rằng nồng độ cân bằng không giống nhautrong ba thử nghiệm, tuy nhiên khi mỗi bộ nồng độ cân bằng được đưa vào biểuthức hằng số cân bằng, giá trị của Kcb là như nhau Mỗi tập hợp nồng độ cân bằngđại diện cho một vị trí cân bằng

Giá trị của Kcb Mặc dù một hệ thống cân bằng chỉ có một giá trị cho Kcb

ở một nhiệt độ cụ thể, nhưng nó có số lượng vị trí cân bằng không giới hạn Vị trícân bằng phụ thuộc vào nồng độ ban đầu của các chất phản ứng và sản phẩm Giátrị lớn của Kcb cho phản ứng H2 (g) + 12 (g) = 2HI (g) có nghĩa là ở trạng thái cân

bằng, sản phẩm có mặt với lượng lớn hơn các chất phản ứng Tuy nhiên, nhiềuđiểm cân bằng có giá trị Kcb nhỏ Đối với trạng thái cân bằng

N2 (g) + O2 (g) = 2NO (g), Kcb bằng 4,6 x 10 Tiết31 tại 298 K

Đặc điểm cân bằng Bạn có thể nhận thấy một số đặc điểm của tất cả các

phản ứng hóa học đạt đến trạng thái cân bằng Đầu tiên, phản ứng phải diễn ratrong một hệ thống kín - không có chất phản ứng hoặc sản phẩm nào có thể xâmnhập hoặc rời khỏi hệ thống Thứ hai, nhiệt độ phải không đổi Thứ ba, tất cả cácchất phản ứng và sản phẩm đều có mặt, và chúng ở trong chuyển động động liêntục Điều này có nghĩa là trạng thái cân bằng là động, không tĩnh

Đọc Kiểm tra Giải thích tại sao điều quan trọng là tất cả các chất phản ứng

và sản phẩm phải có mặt ở trạng thái cân bằng

Nhà văn khoa học Để truyền đạt thông tin khoa học cho người đọc không

khoa học, một nhà văn phải có kiến thức rộng về khoa học và khả năng viết vănxuôi rõ ràng, súc tích và dễ hiểu Các nhà văn khoa học làm cho các chủ đề phứctạp, như trạng thái cân bằng hóa học, có thể truy cập được đối với những độc giảkhông có kiến thức trước về chủ đề này Để biết thêm thông tin về nghề nghiệp hóahọc, hãy truy cập glencoe.com

Cẩm nang toán học giải toán đại số

2 Giải quyết những điều chưa biết

Keq= =

[0.933]2[0.533][ 1600 ] ^3 = 0.399

(NH 3 )=0.933 mol/L, [N 2] = 0.533 mol/L, [H2]= 1.600 mol/L

3 Đánh giá câu trả lời

Câu trả lời được nêu chính xác với ba chữ số Giá trị nồng độ lớn nhất nằm ở mẫu

số và được nâng lên lũy thừa thứ ba, vì vậy giá trị nhỏ hơn 1 là hợp lý

5 Tính toán Keq cho trạng thái cân bằng trong Bài tập thực hành 1a trên trang 601bằng cách sử dụng dữ liệu

[N2O4] = 0,0185 mol / L và [NO2] = 0,0627 mol / L

6 Tính khóa cho trạng thái cân bằng trong Bài tập thực hành 1c ở trang 601 bằngcách sử dụng dữ liệu

[CO] = 0,0613 mol / L, [H2] = 0,1839 mol / L, [CH4] = 0,0387 mol / L và [H20] =0,0387 mol / L

7 Thử thách Phản ứng CoCl2 (g) = CO (g) + Cl2 (g) đạt trạng thái cân bằng ở 900K

Keq là 8.2 x 10-2 Nếu nồng độ cân bằng của CO và Cl2 là 0,150M thì nồng độ cânbằng của COCl là bao nhiêu?

Đánh giá Mục 17.1

Tóm tắt phần

Một phản ứng ở trạng thái cân bằng khi tốc độ của phản ứng thuận bằng tốc

độ của phản ứng ngược Biểu thức hằng số cân bằng là tỷ lệ nồng độ mol của sảnphẩm với nồng độ mol của các chất phản ứng với mỗi nồng độ được nâng lên côngsuất bằng hệ số của nó trong phương trình hóa học cân bằng Giá trị của biểu thứchằng số cân bằng, Keq, là một hằng số cho một nhiệt độ nhất định

8 Giải thích kích thước của hằng số cân bằng liên quan đến lượng sản phẩm đượchình thành ở trạng thái cân bằng

9 So sánh cân bằng đồng nhất và không đồng nhất.

10 Liệt kê ba đặc tính mà hỗn hợp phản ứng phải có nếu đạt được trạng thái cânbằng hóa học

11 Tính toán Xác định giá trị của Keq tại 400 K cho phương trình này:

PCI; (g) = PCI (g) + Cl2 (g) nếu [PC] 5] = 0.135 mol / L, [PC13] = 0.550 mol / L,

và [Cl2] = 0,550 mol / L

12 Dữ liệu diễn giải Bảng dưới đây cho thấy giá trị của hằng số cân bằng cho mộtphản ứng ở ba nhiệt độ khác nhau Ở nhiệt độ nào thì nồng độ của sản phẩm là lớnnhất? Giải thích câu trả lời của bạn

Mục 17.2

Mục tiêu

Mô tả các yếu tố khác nhau ảnh hưởng đến cân bằng hóa học

Giải thích nguyên tắc của Le Châtelier áp dụng cho các hệ cân bằng

Viết lại từ vựng

Tốc độ phản ứng: sự thay đổi nồng độ của chất phản ứng hoặc sản phẩm trên mộtđơn vị thời gian, thường được tính toán và thể hiện bằng số mol trên lít mỗi giây

Từ vựng mới

Nguyên tắc của Le Châtelier Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học

<MAInIdea> Khi các thay đổi được thực hiện đối với một hệ thống ở trạng tháicân bằng, hệ thống sẽ chuyển sang vị trí cân bằng mới

Liên kết đọc trong thế giới thực Khi nhu cầu về một sản phẩm bằng với nguồncung sẵn có, giá vẫn không đổi Nếu cầu vượt quá cung, giá của sản phẩm tăng.Giá trở nên không đổi một lần nữa khi cung và cầu lấy lại trạng thái cân bằng Các

hệ thống ở trạng thái cân bằng hoạt động theo cách tương tự

Nguyên tắc của Le Châtelier

Giả sử các sản phẩm phụ của một quy trình công nghiệp là các khí carbonmonoxide và hydro, và một nhà hóa học của công ty tin rằng các khí này có thểđược kết hợp để tạo ra khí metan (CH4) Khi CO và H2 được đặt trong bình kín ở

1200 K, phản ứng tỏa nhiệt này (AH = -206,5 kJ) sẽ thiết lập trạng thái cân bằng(Vị trí cân bằng 1)

bộ được hiển thị trong Hình 17.10 Nếu người chạy tăng tốc độ của máy chạy bộ,

cô ấy cũng phải tăng tốc độ của mình để khôi phục trạng thái cân bằng

- Hình 17.10 Một người chạy tăng dần tốc độ của máy chạy bộ Với mỗi thay đổi,

cô phải tăng tốc độ chạy để khôi phục trạng thái cân bằng ở cài đặt máy chạy bộmới Tương tự như vậy, một nhà hóa học có thể thay đổi các điều kiện của phảnứng ở trạng thái cân bằng để tăng lượng sản phẩm

Vào năm 1888, nhà hóa học người Pháp Henri-Louis Le Châtelier đã pháthiện ra rằng có nhiều cách để kiểm soát cân bằng để làm cho các phản ứng có năngsuất cao hơn Ông đã đề xuất nguyên tắc được gọi là nguyên tắc của Le Châtelier:Nếu một áp lực được áp dụng cho một hệ thống ở trạng thái cân bằng, hệ thống sẽdịch chuyển theo hướng làm giảm căng thẳng Ứng suất là bất kỳ loại thay đổi nàotrong một hệ thống ở trạng thái cân bằng làm đảo lộn trạng thái cân bằng

Áp dụng nguyên tắc của LeChâtelier

Làm thế nào các nhà hóa học công nghiệp có thể áp dụng nguyên tắc củaLeChâtelier để tăng sản lượng khí mê-tan của cô ấy? Cô ấy sẽ cần phải điều chỉnhbất kỳ yếu tố nào sẽ chuyển cân bằng sang phía sản phẩm của phản ứng Thay đổinồng độ Điều chỉnh nồng độ của chất phản ứng hoặc sản phẩm gây căng thẳng lêntrạng thái cân bằng Trong Chương 16, bạn đọc về lý thuyết va chạm, trong đó nêu

rõ các hạt phải va chạm để phản ứng Số lượng va chạm giữa các hạt ing phản ứngphụ thuộc vào nồng độ của các hạt, vì vậy có lẽ nhà hóa học có thể thay đổi trạngthái cân bằng bằng cách thay đổi nồng độ Thêm chất phản ứng Giả sử bổ sungcarbon monoxide vào bình phản ứng, nâng nồng độ carbon monoxide từ 0,30000Mlên 1,00000M Nồng độ carbon monoxide cao hơn ngay lập tức làm tăng số lượng

va chạm hiệu quả giữa các phân tử CO và H2 và làm đảo lộn trạng thái cân bằng.Tốc độ của phản ứng phường tăng lên, như được chỉ ra bởi mũi tên dài hơn ở bênphải

CO (g) + 3H2 (g)  CH2 (g) + H2O (g)

Trong thời gian, tốc độ của phản ứng thuận chậm lại khi các nồng độ CO và

H2 giảm Đồng thời, tốc độ của phản ứng ngược tăng lên khi có nhiều phân tử CH4

và H2O được tạo ra Cuối cùng, một vị trí cân bằng mới (Vị trí 2) được thiết lập

Lưu ý rằng mặc dù Keq không thay đổi, vị trí cân bằng mới dẫn đến hiệu ứngmong muốn - tăng nồng độ metan Kết quả của thí nghiệm này được tóm tắt trongBảng 17.2.

Bạn có thể dự đoán kết quả này bằng nguyên tắc của Le Châtelier không?Vâng Hãy nghĩ về sự tăng nồng độ CO như là một sự căng thẳng đối với trạng tháicân bằng Hệ thống cân bằng phản ứng với căng thẳng bằng cách tiêu thụ Co vớitốc độ tăng Phản ứng này, được gọi là dịch chuyển sang phải, tạo thành nhiều CH4

và H2O hơn Bất kỳ sự gia tăng nồng độ của chất phản ứng đều dẫn đến sự dịchchuyển sang phải và sản phẩm bổ sung

TỪ VỰNG

SỬ DỤNG KHOA HỌC V SỬ DỤNG THÔNG TIN

Sử dụng khoa học căng thẳng: bất kỳ loại thay đổi nào trong một hệ thống ởtrạng thái cân bằng làm đảo lộn trạng thái cân bằng Sự căng thẳng của việc thêmnhiều phản ứng vào hỗn hợp phản ứng làm cho tốc độ của phản ứng thuận tăng lên

Sử dụng phổ biến: căng thẳng về thể chất hoặc tinh thần hoặc áp lực

Anh cảm thấy căng thẳng khi đảm nhận một nhiệm vụ khác sẽ quá lớn

Loại bỏ sản phẩm Giả sử thay vì tiêm thêm chất phản ứng, nhà hóa họcquyết định loại bỏ sản phẩm (H20) bằng cách thêm chất hút ẩm vào bình phản ứng.Nhớ lại từ Chương 10 rằng chất hút ẩm là chất hấp thụ nước Nguyên lý của LeChâtelier dự đoán trạng thái cân bằng sẽ làm gì để đối phó với việc giảm lượngnước rút ngắn? Trạng thái cân bằng dịch chuyển theo hướng sẽ có xu hướng đưanồng độ nước trở lại Đó là, trạng thái cân bằng dịch chuyển sang phải và dẫn đếnsản phẩm bổ sung

Hãy suy nghĩ về cách các kệ siêu thị được lưu trữ, như trong Hình 17.11.Khi khách hàng mua các mặt hàng từ kệ, công việc của ai đó là thay thế bất cứ thứ

gì bị loại bỏ Tương tự, phản ứng cân bằng phục hồi một phần nước đã mất bằngcách tạo ra nhiều nước hơn Trong bất kỳ trạng thái cân bằng nào, việc loại bỏ mộtsản phẩm dẫn đến sự dịch chuyển sang phải và sản xuất nhiều sản phẩm hơn Thêmsản phẩm Vị trí cân bằng cũng có thể được dịch chuyển sang trái, về phía các chấtphản ứng Nguyên tắc của Le Châtelier dự đoán rằng nếu thêm sản phẩm vào phảnứng ở trạng thái cân bằng, phản ứng sẽ dịch chuyển sang trái Sự căng thẳng đượcgiảm bớt bằng cách chuyển đổi các sản phẩm để phản ứng Nếu một trong các chấtphản ứng được loại bỏ, một sự thay đổi tương tự bên trái sẽ xảy ra

Khi dự đoán kết quả của sự căng thẳng đối với trạng thái cân bằng theonguyên tắc của Le Châtelier, có phương trình cho phản ứng theo quan điểm Ảnhhưởng của việc thay đổi nồng độ được tóm tắt trong Hình 17.12.

Kiểm tra đọc Mô tả cách cân bằng dịch chuyển nếu chất phản ứng là

loại bỏ Thay đổi về thể tích và áp suất Xem xét lại phản ứng tạo khí metan từ cácsản phẩm phụ

CO (g) + 3H2 (g) = CH4 (g) + H2O (g)

Phản ứng này có thể bị buộc phải tạo ra nhiều metan hơn bằng cách thay đổithể tích của bình phản ứng? Giả sử âm lượng có thể được thay đổi bằng cách sửdụng một thiết bị giống như pít-tông tương tự như thiết bị trong Hình 17.13 Nếupiston bị ép xuống, khối lượng của hệ thống giảm Nhớ lại từ Chương 13 rằng luậtcủa Boyle nói rằng việc giảm âm lượng ở nhiệt độ không đổi sẽ làm tăng áp suất

Sự chắc chắn tăng lên là một sự căng thẳng đối với phản ứng ở trạng thái cân bằng.Làm thế nào để cân bằng phản ứng với sự xáo trộn và giảm bớt căng thẳng?

Hình 17.11 Thủ kho biết rằng tất cả

các sản phẩm nên có sẵn tại mọi thời điểm,

vì vậy khi cổ phiếu xuống thấp, chúng phải

được thay thế Giải thích sự tương tự này

theo nguyên tắc của Le Châtelier

Hình 17.12 Việc bổ sung hoặc loại bỏ chất phản ứng hoặc sản phẩm làmthay đổi trạng thái cân bằng theo hướng làm giảm căng thẳng Lưu ý các mũi tênkhông bằng nhau, cho biết hướng của sự thay đổi Mô tả cách phản ứng sẽ thay đổinếu bạn thêm Hz Nếu bạn loại bỏ CH4

Phản ứng giữa CO và H 2 ở trạng thái cân bằng Hạ thấp piston làm giảm thể tích và tăng áp suất Kết quả là, nhiều phân tử

của các sản phẩm hình thành Sự hình thành của chúng làm giảm căng thẳng cho hệ thống

Hình 17.13 Đối với phản ứng giữa CO và H2 ở nhiệt độ không đổi, việc thay đổithể tích của bình phản ứng làm thay đổi nồng độ của các chất và chất phản ứngdạng khí Tăng áp lực làm dịch chuyển trạng thái cân bằng sang phải và tăng lượngsản phẩm

So sánh số lượng phân tử sản phẩm ở bên trái với số bên phải

Áp suất tác động bởi một loại khí lý tưởng phụ thuộc vào số lượng hạt khí

va chạm với thành bình Càng nhiều hạt khí chứa trong tàu, áp suất sẽ càng lớn.Nếu số lượng hạt khí tăng ở nhiệt độ không đổi, áp suất của khí tăng Nếu số lượnghạt khí giảm, áp suất giảm Làm thế nào mối quan hệ này giữa số lượng hạt khí và

áp suất áp dụng cho phản ứng tạo khí mêtan?

Số mol chất phản ứng so với số mol của sản phẩm So sánh số mol chất phảnứng dạng khí trong phương trình với số mol của sản phẩm khí Cứ hai mol sảnphẩm khí, bốn mol chất phản ứng khí được tiêu thụ, giảm hai nốt ruồi Nếu bạn ápdụng nguyên tắc của Le Châtelier, bạn có thể thấy rằng rium Equilib có thể làmgiảm căng thẳng của áp lực tăng lên bằng cách dịch chuyển sang phải Hình 17.13cho thấy sự dịch chuyển này làm giảm tổng số mol khí và do đó áp suất bên trongbình phản ứng giảm Mặc dù sự dịch chuyển sang phải không làm giảm áp lực lêngiá trị origi nal của nó, nhưng nó có tác dụng mong muốn - nhiều khí metan đượctạo ra

Việc thay đổi thể tích (và áp suất) của hệ cân bằng chỉ làm thay đổi trạngthái cân bằng nếu số mol chất phản ứng dạng khí khác với số mol của các sảnphẩm khí Nếu số mol khí giống nhau ở cả hai phía của phương trình, thì sự thayđổi về thể tích và áp suất không ảnh hưởng đến trạng thái cân bằng

Sự thay đổi nhiệt độ Sự thay đổi nhiệt độ làm thay đổi cả vị trí cân bằng vàhằng số cân bằng Hãy nhớ lại rằng hầu như mọi phản ứng hóa học là phản ứngnhiệt hoặc tỏa nhiệt Phản ứng tạo ra metan có AH âm, có nghĩa là phản ứng củaphường là tỏa nhiệt và phản ứng ngược là phản ứng nhiệt

Hình 17,14 Khi được đặt trong bể nước ấm, trạng thái

cân bằng sẽ dịch chuyển theo hướng nhiệt nội, sang

phải, tạo ra NO2 màu nâu đỏ hơn Hỗn hợp trở nên có

màu nhạt hơn khi được đặt trong bể nước đá vì trạng

thái cân bằng dịch chuyển theo hướng tỏa nhiệt, sang

trái, trong đó nhiều NO2 được chuyển thành N2O4

không màu

Vị trí cân bằng nhiệt và cân bằng Theo nguyên lý của Le Châtelier, nếu nhiệtđược thêm vào hệ cân bằng, trạng thái cân bằng sẽ dịch chuyển theo hướng sửdụng nhiệt; nghĩa là, trạng thái cân bằng dịch chuyển sang trái và làm giảm nồng

độ metan (CH4) Hạ nhiệt độ làm dịch chuyển trạng thái cân bằng sang phải vìphản ứng thuận giải phóng nhiệt và làm giảm căng thẳng Khi dịch chuyển sangphải, trạng thái cân bằng tạo ra nhiều khí mê-tan hơn

Nhiệt độ và K eq Mọi thay đổi về nhiệt độ đều dẫn đến thay đổi Keq Hãynhớ lại rằng giá trị của Keq càng lớn, sản phẩm càng được tìm thấy trong hỗn hợpcân bằng Do đó, đối với phản ứng tạo metan, Keq tăng giá trị khi nhiệt độ hạ thấp

và giảm giá trị khi nhiệt độ tăng

Sự chuyển đổi giữa dinitrogen tetroxide (N204) và nitơ dioxide (NO2) đápứng với những thay đổi về nhiệt độ theo cách có thể quan sát được Cân bằng nhiệtnội này được mô tả bởi phương trình sau

N204 (g)  2NO2 (g) AH ° = 55,3 kJ

N204 là chất khí không màu; NO2 là khí màu nâu đỏ Hình 17,14 cho thấymàu của hỗn hợp cân bằng, khi được làm lạnh trong bể nước đá, nhẹ hơn nhiều sovới khi hỗn hợp được đun nóng trong nước ấm Việc loại bỏ nhiệt bằng cách làmmát làm dịch chuyển trạng thái cân bằng sang trái và tạo ra N2O4 không màu hơn.Thêm nhiệt làm dịch chuyển trạng thái cân bằng sang phải và tạo ra NO2 màu nâu

đỏ hơn Hình 17.15 cho thấy ảnh hưởng của sưởi ấm và làm mát đối với các phảnứng bạn đã đọc

- Hình 17.15 Đối với phản ứng

tỏa nhiệt giữa CO và H2 , việc nâng

nhiệt độ sẽ làm dịch chuyển trạng thái

cân bằng sang trái (Phương trình 1) Hạ

nhiệt độ dẫn đến dịch chuyển sang phải

(Công thức 2) Điều ngược lại là đúng

đối với phản ứng nhiệt nội liên quan

đến NO và N2O4 (Phương trình 3 và 4)

Quan sát sự dịch chuyển ở trạng thái cân bằng

Nếu một ứng suất được đặt vào một phản ứng ở trạng thái cân bằng, hệ thống sẽthay đổi như thế nào để giảm bớt căng thẳng?

Thủ tục SẠCH

1 Đọc và hoàn thành mẫu an toàn phòng thí nghiệm

2 Đặt khoảng 2 ml dung dịch CoCl2 0,1M vào ống nghiệm Ghi lại màu củadung dịch

3 Thêm khoảng 3 ml HCl đậm đặc vào xét nghiệm

ống Ghi lại màu của dung dịch

CẢNH BÁO: HCl có thể làm bỏng da và quần áo

4 Thêm đủ nước vào ống nghiệm để thay đổi màu xảy ra Ghi lại màu sắc

5 Thêm khoảng 2 ml COCl2 0,1M vào một thử nghiệm khác

ống Thêm HCl đậm đặc một giọt cho đến khi dung dịch chuyển sang màu tím.Nếu dung dịch trở thành màu xanh, thêm nước cho đến khi nó chuyển sang màutím

6 Đặt ống nghiệm vào bồn nước đá đã có một ít muối ăn rắc vào nước đá

Ghi lại màu của dung dịch trong ống nghiệm

7 Đặt ống nghiệm vào bồn nước nóng Sử dụng một

nhiệt kế không áp suất để xác định rằng nhiệt độ ít nhất là 70 ° C Ghi lại màu củadung dịch

Phân tích

1 Giải thích Sử dụng phương trình cho phản ứng bạn vừa quan sát để giải thíchnhững quan sát về màu sắc của bạn trong Bước 2 - 4 Phương trình như sau

bằng nhanh hơn nhưng không có

sự thay đổi về lượng sản phẩm

được hình thành.

13 Giải thích cách hệ thống ở trạng

thái cân bằng phản ứng với ứng suất và

liệt kê các yếu tố có thể gây căng thẳng

trên hệ cân bằng

14 Giải thích cách giảm thể tích củabình phản ứng ảnh hưởng đến từngtrạng thái cân bằng

a 2SO2 (g) + O2 (g) 2SO3 (g)

b H2 (g) + Cl2 (g)  2HCl (g)

15 Quyết định xem nhiệt độ cao hơnhay thấp hơn sẽ tạo ra nhiều CH3CHOhơn ở trạng thái cân bằng sau

C2H2(g) +H2O (g) CH3CHO (g) AH °

= 151 kJ

16 Trình bày bảng dưới đây cho thấynồng độ các chất A và B trong hai hỗnhợp phản ứng A và B phản ứng theophương trình 2A  B; Keq = 200 Làhai hỗn hợp tại các vị trí cân bằng khác

nhau?

17 Thiết kế bản đồ khái niệm chothấy các cách mà nguyên tắc của LeChâtelier có thể được áp dụng để tăngcác sản phẩm trong một hệ thống ởTTCB và để tăng các chất phản ứng

trong một hệ thống như vậy.

Biểu thức hằng số cân bằng có thể được sử dụng để tính toán nồng độ và độhòa tan

Liên kết đọc trong thế giới thực Nếu bạn đã từng cố ép mình vào hàng ghếsau của một chiếc xe đã bị một số bạn bè của bạn chiếm giữ, bạn sẽ biết có giớihạn số lượng ghế có thể giữ Một hợp chất ion gặp phải tình huống tương tự khi bịhòa tan trong dung dịch

Tính nồng độ cân bằng Làm thế nào biểu thức hằng số cân bằng có thểđược sử dụng để tính nồng độ của sản phẩm? Chìa khóa cho phản ứng hình thànhCH4 từ H2 và CO là 3.933 ở 1200 K Nếu biết nồng độ của H2, CO và H20, có thểtính được nồng độ CH4

CO (g) + 3H2 (g)  CH4 (g) + H2O (g)

0.850M 1.333M ?M 0.286M

Giải biểu thức cho ẩn số (CH4] bằng cách nhân cả hai vế của phương trìnhvới [CO] [H2]3 và chia cả hai vế cho (H2O]

Thay thế nồng độ đã biết và giá trị của Keq (3.933)

Nồng độ cân bằng của CH4 là 27,7 mol / L

Sản lượng 27,7 mol / L có đủ để biến CO và H and thành chất thải thành metanthực tế không? Điều đó phụ thuộc vào chi phí của mêtan Hình 17.16 cho thấy mộttàu chở dầu vận chuyển khí tự nhiên, đó là primari ly methane, đến các cảng trênkhắp thế giới

- Hình 17.16 Các bến cảng mới đang được lên kế hoạch để chứa tàu chở dầu, manglượng khí đốt tự nhiên ngày càng tăng trên khắp thế giới để đáp ứng cả nhu cầu

công nghiệp và gia đình Khí tự nhiên, chủ yếu là metan, được sử dụng để sưởi ấm

và nấu ăn

 Tính toán nồng độ cân bằng:

Làm thế nào biểu thức hằng số cân bằng có thể được sử dụng để tính nồng

độ của sản phẩm? Chìa khóa cho phản ứng hình thành CH4 từ H2 và CO là 3.933 ở

1200 K Nếu biết nồng độ của H2, CO và H20, có thể tính được nồng độ CH4

CO(g) + 3H2(g) ↔ CH4(g) + H2O(g)0,850M 1,333M ?M 0,286M

 Nồng độ cân bằng của CH4 là 27,7 mol / L

Sản lượng 27,7 mol / L có đủ để biến CO và H2 và thành chất thải thànhmetan thực tế không? Điều đó phụ thuộc vào chi phí của mêtan

Hình 17.16: Các nhà ga cảng mới đang được lên kế hoạch để chứa tàu chở

dầu, nơi mang lượng khí đốt tự nhiên ngày càng tăng trên khắp thế giới để đáp ứng

cả nhu cầu công nghiệp và gia đình Khí tự nhiên, chủ yếu là metan, được sử dụng

để sưởi ấm và nấu ăn => cho thấy một tàu chở dầu vận chuyển khí tự nhiên, đó làprimari ly methane, đến các cảng trên khắp thế giới

*Ví dụ 17.4: Tính toán nồng độ cân bằng:

Ở 1405 K, hydro sunfua, có mùi hôi giống như trứng thối, bị phân hủy tạothành hydro và một phân tử lưu huỳnh diatomic, S2 Hằng số cân bằng cho phảnứng là 2,27 x 10-3

2H2S(g) ↔ 2H2(g) + S2(g)Nồng độ khí hydro là bao nhiêu nếu [S2] = 0,0540 mol / L và [H2S] =0,184 mol / L?

1 Phân tích vấn đề:

Bạn đã được đưa ra Keq và hai trong ba biến trong biểu thức hằng số cânbằng Biểu thức cân bằng có thể được giải cho [H2] Keq nhỏ hơn một, vì vậy nhiềuchất phản ứng hơn các sản phẩm nằm trong hỗn hợp cân bằng Do đó, bạn có thể

dự đoán rằng [H2] sẽ nhỏ hơn 0,184 mol / L, nồng độ của chất phản ứng H2S

Keq = 2,27 x 10-3

[S2] = 0.0540 mol/L[H2S] = 0.184 mol/L

[H2] = ? mol/L

2 Giải quyết những điều chưa biết:

[S2][H¿¿ 2] 2

[H¿¿2 S ]2¿ ¿= Keq: Biểu thức hằng số cân bằng.

Giải phương trình cho [H2]

 Nồng độ cân bằng của H2 là 0,0377 mol / L

3 Đánh giá câu trả lời:

Câu trả lời được nêu chính xác với ba con số quan trọng Theo dự đoán,nồng độ cân bằng của H2 nhỏ hơn 0,184 mol / L

b [H2] trong hỗn hợp cân bằng chứa 1,09 mol/L CO và 0,325 mol/LCH3OH

C [CH3OH] trong hỗn hợp cân bằng chứa 0,0661 mol/L H2 và 3,85 mol/LCO

19 Thử thách: Trong phản ứng chung A + B ↔ C + D, 1,00 mol A và 1,00

mol B được phản ứng trong bình 1L cho đến khi cân bằng được thiết lập Nếu nồng

độ cân bằng của A là 0,450 m/L thì nồng độ cân bằng của mỗi chất khác là baonhiêu? Keq là gì?

HÌNH 17.17: Nước của hồ Great Salt mặn hơn nhiều so với nước biển.

Nồng độ muối cao làm cho nước đủ đậm đặc mà hầu hết mọi người có thể nổitrong đó Salar de Uyuni, hay Uyuni Salt Flats, bên phải, bị bỏ lại phía sau khi một

hồ nước thời tiền sử tương tự khô

Hằng số sản phẩm hòa tan

Một số hợp chất ion, chẳng hạn như natri clorua, dễ dàng hòa tan trong nước

và một số, chẳng hạn như bari sunfat (BaSO4) hầu như không hòa tan Khi hòa tan,tất cả các hợp chất ion phân ly thành các ion

NaCl → Na+ + Cl

-* Kết nối với khoa học trái đất: Do độ hòa tan của NaCl cao, đại dương và

một số hồ chứa một lượng lớn muối Hình 17,17 cho thấy Hồ Great Salt bên cạnhmột trong những căn hộ Uyuni ở Bolivia, bị bỏ lại khi một hồ nước thời tiền sửkhô

Đôi khi độ hòa tan thấp cũng rất quan trọng Mặc dù các ion barium gây độccho con người, bệnh nhân phải ăn bari sunfat trước khi chụp X quang đường tiêuhóa Bệnh nhân có thể ăn BaSO4 một cách an toàn? Bari sunfat phân ly trong nướctheo phương trình này

BaSO4 → Ba2+ +SO4

2-Ngay khi các ion sản phẩm đầu tiên hình thành, phản ứng ngược lại bắt đầu

BaSO4 → Ba2+ +SO4

2-Trong thời gian, trạng thái cân bằng được thiết lập.

BaSO4 ↔ Ba2+ + SO4

2-Đối với các hợp chất hòa tan ít như BaSO4, tỷ lệ trở nên bằng nhau khi nồng

độ của các ion nước cực nhỏ Tuy nhiên, giải pháp ở trạng thái cân bằng là một giảipháp bão hòa

*Viết biểu thức hằng số sản phẩm hòa tan:

Biểu thức hằng số cân bằng cho sự hòa tan của một hợp chất hòa tan ít đượcgọi là hằng số sản phẩm hòa tan, Ksp Biểu thức hằng số sản phẩm hòa tan là tíchcủa nồng độ của các ion hòa tan, mỗi ion được nâng lên công suất bằng với hệ sốcủa ion trong phương trình hóa học Nhớ lại từ trang 602 rằng sự tập trung của mộtchất nguyên chất là mật độ của nó tính bằng mol trên một lít, được đặt ở một nhiệt

độ nhất định Do đó, trong trạng thái cân bằng không đồng nhất, chất rắn và chất

lỏng tinh khiết được bỏ qua từ các biểu thức cân bằng

Bây giờ bạn có thể viết biểu thức hằng số sản phẩm hòa tan để hòa tanbarium sulfate (BaSO4) trong nước Ksp cho quá trình là 1,1 x 10-10 tại 298 K

Ksp = [Ba2+][SO42-] = 1,1 x 10-10

Giá trị nhỏ của Ksp cho BaSO4 chỉ ra rằng các sản phẩm không được ưachuộng ở trạng thái cân bằng Nồng độ của các ion bari ở trạng thái cân bằng chỉ là1,0 x 10-5M, và một bệnh nhân, như người trong hình 17.18, có thể uống dung dịchbari sulfat một cách an toàn

Hằng số sản phẩm hòa tan cho magie hidroxit (Mg(OH)2) cung cấp một ví

dụ khác

Mg(OH)2 (s) ↔ Mg2+ (aq) + 2OH- (aq)

Ksp = [Mg2+][OH-]2

nhiên, một số chất rắn không hòa tan, dù lượng nhỏ đến đâu, phải có mặt trong hỗnhợp cân bằng

Các hằng số sản phẩm hòa tan cho một số hợp chất ion được liệt kê trongBảng 17.3 Lưu ý rằng tất cả chúng đều là số nhỏ Hằng số sản phẩm hòa tan được

đo và ghi lại chỉ cho các hợp chất hòa tan ít

Sử dụng hằng số sản phẩm hòa tan: Các thành phần sản phẩm hòa tan

trong Bảng 17.3 đã được xác định thông qua các thí nghiệm cẩn thận Giá trị Ksprất quan trọng vì chúng có thể được sử dụng để xác định độ tan của hợp chất ít tan.Hãy nhớ lại rằng độ hòa tan của một hợp chất trong nước là lượng chất sẽ hòa tantrong một thể tích nước nhất định ở một nhiệt độ nhất định

Bảng 17.3: Hằng số sản phẩm hòa tan ở 298 K

Hợp chất Ksp Hợp chất Ksp Hợp chất Ksp

BaCO 3 2,6 x 10 -9 CaF 2 3,5 x 10 -11 Al(OH) 3 4,6 x 10 -33

BaCrO 4 1,2 x 10 -10 AlPO 4 9,8 x 10 -21 CaSO 4 4,9 x 10 -5

PbCrO 4 2,3 x 10 -13 Ca 3 (PO 4 ) 2 2,1 x 10 -33 PbSO 4 2,5 x 10 -8

Ag 2 CrO 4 1,1,x 10 -12 Mg 3 (PO 4 ) 2 1,0 x 10 -24 Ag 2 SO 4 1,2 x 10 -5

Giả sử bạn muốn xác định độ hòa tan của bạc iốt (AgI) tính bằng mol/L ở

298 K Phương trình cân bằng và biểu thức hằng số sản phẩm hòa tan như sau:

AgI (s) ↔ Ag+ (aq) + I- (aq)

Ksp = [Ag+][I-] = 8,5 x 10-17 ở 298K

Thật thuận tiện khi để s đại diện cho độ hòa tan của Agl, nghĩa là, số ber củamol AgI hòa tan trong một lít dung dịch Phương trình chỉ ra rằng với mỗi mol AgIhòa tan, một số mol bằng nhau của các ion Ag+ hình thành trong dung dịch Do đó,[Ag+] bằng s Mỗi Ag+ đều có ion I- đi kèm, vì vậy [I-] cũng bằng s Thay thế s cho[Ag+] và [I-], biểu thức Ksp trở thành như sau:

[Ag+][I-] = (s)(s) = s2 = 8,5 x 10-17

s = √8,5 x 10−17 = 9,2 x 10-9 (mol/L)

 Độ hòa tan của AgI là 9,2 x 10-9 mol/L ở mức 298 K.

*Ví dụ 17.5: Tính toán độ tan mol: Sử dụng giá trị Ksp từ Bảng 17.5 để tính

độ hòa tan tính bằng mol/L của CuCO3 ở 298 K?

Ksp(CuCO3) = 2,5 x 10-10

s = ? mol/L

2 Giải quyết những điều chưa biết:

CuCO3(s) ↔ Cu2+(aq) + CO32-(aq)

Ksp = [Cu2+][CO3+] = 2,5 x 10-10

s = [Cu2+] = [CO32-] [s][s] = s2 = 2,5 x 10-10

S = √2,5 x 10−10 = 1,6 x 10-5 (mol/L)

 Độ hòa tan mol của CuCO3 trong nước ở 298 K là 1,6 x 10-5 mol/L

3.Đánh giá câu trả lời:

=> Giá trị Ksp có hai số liệu có ý nghĩa, vì vậy câu trả lời được thể hiệnchính xác bằng hai chữ số Theo dự đoán, độ hòa tan mol của CuCO3 là khoảng