Bài giảng Cân bằng hoá học

CÂN BẰNG HOÁ HỌC CHƯƠNG 8 
Copyright © 1999 by Harcourt Brace & Company 
All rights reserved. 
Requests for permission to make copies of any part of the work should be mailed to: Permissions Department, Harcourt Brace & Company, 6277 Sea Harbor Drive, Orlando, Florida 
Phản ứng thuận nghịch (phản ứng không hoàn toàn): ⇌ 
 Ở cùng đk, pư xảy ra đồng thời theo hai chiều ngược nhau 
Ví dụ - H 2 (k) + I 2 (k) ⇌ 2HI (k) 
Phản ứng một chiều (phản ứng hoàn toàn): = hay 
 Ví dụ - KClO 3 = KCl (r) + 3/2O 2 (k) 
phản ứng đồng thể - pư trong thể tích 1 pha HCl(dd) + NaOH(dd) = NaCl (dd) + H 2 O(l) 
Phản ứng dị thể - pư diễn ra trên bề mặt phân chia pha 
 Zn (r) + 2HCl (dd) = ZnCl 2 (dd) + H 2 (k) 
Phản ứng đơn giản - pư diễn ra qua 1 giai đoạn 
(1 tác dụng cơ bản) Ví dụ: H 2 (k) + I 2 (k) = 2HI (k) 
Phản ứng phức tạp – pư diễn ra qua nhiều giai đoạn 
( nhiều tác dụng cơ bản) 
Các giai đoạn : nối tiếp , song song, thuận nghịch 
Phân tử số - là số tiểu phân của chất phản ứng tương tác gây nên biến đổi hoá học trong 1 tác dụng cơ bản.(nguyên dương, 3) 
Định luật tác dụng khối lượng (M.Guldberg và P. Waage ) 
Ở nhiệt độ không đổi, pư đồng thể, đơn giản: 
 aA + bB = cC + dD 
Tốc độ phản ứng : v = k.C a A .C b B 
Đối với pư đơn giản 
PTS=1 → pư đơn phân tử I 2 (k) = 2I(k) 
PTS=2 → pư lưỡng phân tử H 2 (k) + I 2 (k) = 2HI (k) 
PTS=3 → pư tam phân tử 2NO (k) + O 2 (k) = 2NO 2 (k) 
Cân bằng hóa học 
v t = v n 
	  
0 
v 
v t 
v n 
Phản ứng của hệ khí lý tưởng (pư đơn giản ): 
 a A (k) + b B (k) ⇌ c C (k) + d D (k) 
 = 0 C 0 A C 0 B 0 0 (mol/l )   C A  C b  C c  C D  
v t = v n (C A ) cb =const (C B ) cb =const (C c ) cb =const (C D ) cb =const 
 G=0 (P A ) cb =const (P B ) cb =const ( P C ) c b =const (P D ) cb =const 
 cb 
Nhận xét về trạng thái cân bằng hoá học 
Trạng thái cbhh là trạng thái cân bằng động. 
Trạng thái cân bằng ứng với G pư = 0 . (A’=0) 
 Dấu hiệu của trạng thái cân bằng hoá học: 
Tính bất biến theo thời gian 
 Tính linh động 
 Tính hai chiều. 
Examples of Chemical Equilibria 
Sự tạo thành thạch nhũ 
 CaCO 3 (r) + H 2 O(l) + CO 2 (k)	 	Ca 2+ (dd) + 2 HCO 3 - (dd) 
Hằng số cân bằng cho phản ứng đồng thể 
	 a A (k) + b B (k) ⇌ c C (k) + d D (k) (pư đơn giản ) 
 Khi trạng thái đạt cân bằng:	v t = v n 
K – hằng số ở nhiệt độ xác định: hằng số cân bằng. 
Hằng số cân bằng cho phản ứng đồng thể Hệ khí lý tưởng 
Xác định K 
 2 NOCl(K) 2 NO(k) + Cl 2 (k) 
	 [NOCl]	[NO] [Cl 2 ] 
Ban đầu 	2.00	0	0 
Phản ứng 	 +0.33 
Cân bằng 	 
- 0.66 +0.66 
1.34	0.66	 0.33 
Hằng số cân bằng cho phản ứng đồng thể (Dung dịch lỏng , loãng) 
 a A (dd) + b B (dd) ⇌ c C (dd) + d D (dd) 
 Phản ứng dị pha  	 
	 CaCO 3(r) ⇌ CaO (r) + CO 2(k) 	 	 
Trong biểu thức của hằng số cân bằng K không xuất hiện các thành phần sau: chất rắn nguyên chất, chất lỏng nguyên chất, dung môi. 
Mg(OH) 2 (r) ⇌ Mg 2+ (dd) + 2OH - (dd) K = [Mg 2+ ] cb .[OH - ] 2 cb = T Mg(OH)2 - Tích số tan 
CH 3 COOH(dd) + H 2 O ⇌ CH 3 COO - (dd) + H 3 O + 
Hằng số điện ly của axit 
NH 4 OH (dd) = NH 4 + (dd) + OH - (dd) 
Hằng số điện ly của baze 
 CH 3 COO - (dd) + 2H 2 O ⇌ CH 3 COOH (dd) + OH - (dd) 
Hằng số thuỷ phân 
CH 3 COONa (dd) + 2H 2 O ⇌ CH 3 COOH (dd) + NaOH(dd) 
NHẬN XÉT về K p và K c 
Là hằng số ở nhiệt độ nhất định, chỉ phụ thuộc vào bản chất pư và nhiệt độ, chứ không phụ thuộc vào nồng độ hoặc áp suất riêng phần của chất pư 
Phụ thuộc vào cách thiết lập các hệ số trong ptpư. 
Hằng số cân bằng K p ,K c 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 pư càng cao. 
Viết biểu thức hằng số cân bằng 
	S(r) + O 2 (k) 	SO 2 (k) 
NH 3 (dd) + H 2 O(l) NH 4 + (dd) + OH - (dd) 
S(r) + O 2 (k) SO 2 (k) K 1 = [SO 2 ] / [O 2 ] 
SO 2 (k) +1/2 O 2 (k) SO 3 (k) K 2 = [SO 3 ] / [SO 2 ][O 2 ] 1/2 
S(r) + 3/2 O 2 (k) SO 3 (k) K = ???? 
Thay đổi hệ số tỉ lượng 
 	 S(r) + 3/2 O 2 (k) SO 3 (k) 
 2 S(r) + 3 O 2 (k) 2 SO 3 (k) 
Đổi chiều phản ứng 
 S(r) + O 2 (k) 	 SO 2 (k) 
 SO 2 (k) S(r) + O 2 (k) 
K thuận = 1/K nghịch 
Quan hệ giữa hằng số cân bằng và G 
 PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ 
Khí lý tưởng 
a A + b B ⇌ c C + d D 
Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng: G T = 0 
Dungdịch lỏng,loãng 
Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng: G T = 0 
 	 K p = f(bc pư, T)	K p f(C) 
Quan hệ giữa hằng số cân bằng và G Phản ứng dị pha : a A + b B ⇌ c C + d D  
Chất khí [] → P (atm) 
Dung dịch loãng [] → C (mol/l) 
Rắn nc, lỏng nc, dung môi (H 2 O) → 1 
Nếu Q < K → G < 0 → phản ứng xảy ra theo chiều thuận 
Nếu Q > K → G > 0 → phản ứng xảy ra theo chiều nghịch 
Nếu Q = K → G = 0 → hệ đạt trạng thái cân bằng 
Ví dụ : Tính hằng số cân bằng của phản ứng:	 
	 2 NO 2(k) 	↔	N 2 O 4(k) 
ở 298K khi biết 
Giải: 	 
Quan hệ của K p với nhiệt độ và nhiệt phản ứng 
÷ 
÷ 
ø 
ö 
ç 
ç 
è 
æ 
- 
D 
= 
2 
1 
0 
1 
2 
1 
1 
ln 
T 
T 
R 
H 
K 
K 
D 
+ 
D 
- 
= 
0 
2 
0 
2 
ln 
R 
S 
RT 
H 
K 
D 
+ 
D 
- 
= 
0 
1 
0 
1 
ln 
R 
S 
RT 
H 
K 
Ví dụ 
	 NO (k) + ½ O 2(k) ⇌ NO 2(k) 	Tính K p ở 325 0 C? 
Biết: H 0 = -56,484kJ và K p = 1,3.10 6 ở 25 0 C 
02 
. 
14 
325 
= 
K 
64 
. 
2 
ln 
325 
= 
K 
437 
, 
11 
598 
1 
298 
1 
314 
, 
8 
56484 
10 
. 
3 
, 
1 
ln 
6 
598 
- 
= 
÷ 
ø 
ö 
ç 
è 
æ 
- 
- 
= 
K 
1 
1 
ln 
598 
298 
0 
298 
598 
÷ 
÷ 
ø 
ö 
ç 
ç 
è 
æ 
- 
D 
= 
T 
T 
R 
H 
K 
K 
 Nguyên lý chuyển dịch cân bằng Le Chatelier 
	 Phát biểu : Một hệ đang ở trạng thái cân bằng mà ta thay đổi một trong các thông số trạng thái của hệ (nồng độ, nhiệt độ, áp suất) thì cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều có tác dụng chống lại sự thay đổi đó. 
 n =0 áp suất chung không ảnh hưởng đến trạng thái cân bằng. 
N 2 (k) + 3H 2 (k) ⇌ 2NH 3 (k) ; H<0 
[N 2 ] ↑ 
[NH 3 ] ↓ 
cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận 
cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận 
P ↑ 
cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận 
T ↓ 
cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận 
Chuyển dịch cân bằng 
 Co(H 2 O) 6 2+ + 4Cl - ⇌ CoCl 4 2- + 6 H 2 O H pư >0 
Làm lạnh 
Đun nóng