6 cân BẰNG hóa học

Các đặc trưng của của cân bằng hóa học: Tại điều kiện nhiệt độ, áp suất xác định, trạng thái khôngthay đổi theo thời gian;  Trong cùng một điều kiện nhiệt độ, áp suất, chất xúc tácphả

CÂN BẰNG HÓA HỌC

1 Phản ứng hóa học

1.1 Phản ứng một chiều: là phản ứng hóa học xảy ra cho

đến khi có ít nhất một chất tham gia phản ứng hết.

Ví dụ:

Zn (r) + 2HCl (dd) → ZnCl 2 (dd)+ H 2 ↑

H 2 SO 4 (dd) + 2NaOH (dd) → Na 2 SO 4 (dd) + H 2 O (l)

1.2 Phản ứng thuận nghịch: là phản ứng xảy ra theo 2

chiều ngược nhau.

Ví dụ:

H2↑ + I2↑ ⇌ 2HI↑

 Đặc điểm của phản ứng thuận nghịch là trong hệ cùngtồn tại tác chất và sản phẩm (không bao giờ hết được cácchất phản ứng).

Vì vậy phản ứng thuận nghịch còn gọi là phản ứng khônghoàn toàn

 Nói cách khác, tất cả các phản ứng thuận nghịch đều diễn

ra không đến cùng mà chỉ diễn ra cho đến khi đạt được trạngthái cân bằng hóa học

1.3 Trạng thái cân bằng hóa học (ở điều kiện bên ngoài nhất định): là trạng thái của phản ứng hóa học tại đó tốc độ

1.4 Các đặc trưng của của cân bằng hóa học:

 Tại điều kiện (nhiệt độ, áp suất) xác định, trạng thái khôngthay đổi theo thời gian;

 Trong cùng một điều kiện (nhiệt độ, áp suất, chất xúc tác)phản ứng thuận nghịch có thể xảy ra theo cả chiều thuận lẫnchiều nghịch

 Dù xuất phát từ các chất đầu hay từ các sản phẩm cuối, thìtrạng thái cân bằng không đổi

 Trạng thái cân bằng ứng với ΔG = 0

 P x là áp suất riêng phần của chất X

b B

a A t

T k P P

V 

d D

c C

nP Pk

V N

 Ở trạng thái cân bằng:

vt = vnSuy ra:

 Đối với phản ứng xảy ra trong dung dịch

 k c được gọi là hằng số cân bằng biểu diễn theo nồng độ;

 C x là nồng độ trong dung dịch của chất X

p b

B

a A

d D

c C

N

P P

P P k

k





b B

a A

d D

c C C

C C

C C

K 

2.2 Đặc điểm hằng số cân bằng:

 Hằng số K dựa trên áp suất riêng phần của khí, hoạt độ,nồng độ mol của tác chất và sản phẩm ở trạng thái cân bằng

 Hằng số K diễn tả tỷ lệ sản phẩm so với tác chất:

 K > 1, sản phẩm chiếm ưu thế

 K < 1, tác chất chiếm ưu thế

 Hằng số cân bằng KP, KC không có thứ nguyên

 Hằng số cân bằng không phụ thuộc vào chất xúc tác

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

ứng càng cao

 Liên hệ giữa K p và K c

a A

d D

c C b

B

a A

d D

c C

b B

a A

d D

c C

CC

CCRT

CRT

C

RTC

RTC

pp

pp

K p = K c (RT) ∆n

Trong đó: Δn = ∑n khí(sản phẩm) - ∑n khí(chất đầu)

R = 0,082 (ℓ.atm.mol-1 K)Lưu ý: Δn chỉ áp dụng cho chất khí

Ví dụ 1: Ở 375 0 C, phản ứng thuận nghịch sau có hằng số cân bằng:

N2 (k) + 3H2 (k) ⇄ 2NH3 (k) Kp = 4,3.10-4Cho biết giá trị Kc của phản ứng?

Đáp án: K c = 1,124

Ví dụ 2: Ở 375 0 C, phản ứng thuận nghịch sau có hằng số cân bằng:

b B

a A

d D

c C C

x 3 3 x 1

2x K

C C

C

C K

2.3 Phương trình cân bằng và hằng số cân bằng

 Hằng số cân bằng theo chiều thuận bằng nghịch đảo hằng

số cân bằng theo chiều nghịch

Ví dụ:

4 2

2

O N

2 NO

1 2

NO

O N

2

4 2







P P

K eq

 Hằng số cân bằng bội

Ví dụ:

 Quy ước: Khi viết hằng số cân bằng cho các phản ứng, thì viết cho các tương tác nguyên, đơn giản nhất; tức là viết cho các hệ số tỷ lượng tối giản.

N2O4(g) 2NO2(g)

4 2

2

O N

2 NO

4 NO

4 2

2

P P

K 

3 Cân bằng dị thể

Ví dụ, xét phản ứng tại trạng thái cân bằng:

CaCO 3(solid)  CaO(solid) + CO2(gas)

Nồng độ là khái niệm cho biết lượng hóa chất trong một hỗn hợp.

Nồng độ của chất rắn và chất lỏng tinh khiết là những tính chất cường

độ, không phụ thuộc vào lượng chất Do đó, trong biểu thức cân bằng

ở trên, nồng độ không thay đổi.

Do đó

] CO

[ ] CaCO [

CaO]

[

2 3

constant]

CO

[]CaCO[

CaO]

[

2

2 3

Như vậy:

Kc=[CO2] Tương tự, ta cũng có thể viết:

Kp = P CO2

Tóm lại, chất rắn và chất lỏng tinh khiết (nồng độ hay áp suất) không có mặt trong biểu thức hằng số cân bằng.

Một số ví dụ

1) N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g)

KC = [NH3]2/([N2].[H2]3)2) S(s) + O2(g) ⇌ SO2(g)

KC = [SO2] / [O2]3) SO2(g) +1/2 O2(g) ⇌ SO3(g)

KC = [SO3] / [SO2][O2]1/2

Để tính K p , sử dụng biểu thức: K P = K C (RT)n

Mg(OH) 2 (liq) ⇌ Mg 2+ (liq) + 2OH- (liq)

K = [Mg2+]cb [OH-]2cb = T Mg(OH)2

CH 3COOH (liq) + H2 O ⇌ CH 3 COO - (liq) + H3 O +

NH 4OH (liq) ⇌ NH 4 + (liq) + OH- (liq)

CH COOH 

COO CH





4 Hằng số cân bằng và các đại lượng nhiệt động

4.1 Liên hệ giữa hằng số cân bằng với năng lượng tự do (∆G)

Biểu thức trên chỉ chính xác đối với K p , trong khi đó K c chỉ đúng khi n = 0 hoặc phản ứng trong dung dịch.

P

KlnRTS

TH



4.2 Liên hệ giữa hằng số cân bằng với nhiệt độ và

entanpi của phản ứng

Với K1, K2 tương ứng với nhiệt độ T1, T2

Như vậy, khi biết K ở nhiệt độ biết trước, sẽ tính được K T ở nhiệt độ T.

0

1 2

2

0

1

0 2

1

1 1

576

4 T T

H K

K

lg

RT

H RT

H K

ln K

ln

R

SRT

HK

ln

0 0

0 0

0 0

ln

, ln

S T H

K RT

S T H

G

K RT

Nguyên lý dịch chuyển cân bằng Le Châtelier: “Khi hệ

đang ở trạng thái cân bằng, nếu ta thay đổi một trong các thông số trạng thái của hệ (nhiệt độ, áp suất khí, nồng độ), thì cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều chống lại sự thay đổi đó”.

5.1 Nồng độ: Khi tăng nồng độ một chất khi hệ đang đạt

cân bằng, hệ sẽ dịch chuyển theo chiều làm giảm nồng độ chất đó và thiết lập cân bằng mới.

 Nếu giảm [A], [B] cân bằng dịch chuyển theo chiều giảm [C], [D] (để giữ KC = const) ⇒ cân bằng dịch chuyển theo chiều nghịch làm tăng [A], [B];

 Tương tự khi tăng nồng độ sản phẩm cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm nồng độ sản phẩm (chiều nghịch) và làm tăng nồng độ chất tham gia để giữ cho KC=const, hoặc ngược lại.

5.2 Áp suất khí

 Nếu ∆n > 0: khi tăng P → KN phải giảm (để giữ KP = const)

⇒ chuyển dịch cân bằng theo chiều nghịch (làm giảm số mol khí) và ngược lại;

 Nếu ∆n < 0: khi tăng P → KN phải tăng (để giữ KP = const)

⇒ chuyển dịch cân bằng theo chiều thuận (làm giảm số mol khí) và ngược lại khi giảm P → KN phải giảm cân bằng dịch chuyển theo chiều nghịch (làm tăng số mol khí);

 Nếu ∆n = 0 ⇒ không ảnh hưởng đến sự chuyển dịch cân bằng.

5.3 Nhiệt độ

 Phản ứng phát nhiệt H < 0: Nếu T tăng thì K giảm, hay

cân bằng chuyển về phía nghịch (tạo chất đầu), nhằm làmgiảm nhiệt độ

 Phản ứng thu nhiệt H > 0: Nếu T tăng thì K tăng, hay

cân bằng chuyển dịch về phía thuận (chiều thu nhiệt), nhằmlàm giảm nhiệt độ

 Khi hệ đạt cân bằng, nếu tăng (hay giảm), nhiệt độ của hệ

thì hệ sẽ dịch chuyển theo chiều làm giảm (hay tăng) nhiệt độ.

5.4 Chất xúc tác

 Xúc tác làm giảmnăng lượng hoạt hóacủa phản ứng;

 Làm giảm thời gianphản ứng;

 Xúc tác không làmảnh hưởng đến thànhphần và tỷ lệ các chấtkhi đạt cân bằng;