Chương 3: Nhiệt động hóa học | Trường Đại học Y Dược Cần Thơ

HÓA Đ I C NG A1 CH
NG 3: NHI T Đ NG HÓA H C
I. Nguyên lý 1 nhi t đ ng h c: Q=∆U + A hay ∆ = −
a) Quy ớc dấu công và nhi t:
- Hệ thu nhiệt: Q > 0 ; Hệ phát nhiệt: Q < 0
- Hệ nhận công: A < 0 ; Hệ sinh công ( thực hiện công): A> � b) N i năng: ∆ = −
- Quá trình vòng ( chu trình): ∆ = - Quá trình m : ∆ = − =
 Nội năng U lƠ hƠm tr ng thái, biến đổi nội năng ∆U chỉ phụ thuộc
vào tr ng thái đầu và tr ng thái cuối của hệ, không phụ thuộc vào cách tiến hành quá trình - Hệ cô lập: ∆ = − = ⇔
= : Nội năng của hệ cô lập
luôn luôn đ ợc bảo toàn. c) Công A: 2 A   PdV 1 Một số quá trình th ng gặp: - Quá trình đẳng tích: = ê =
- Quá trình đẳng áp: P=const nên A= P. (V2 – V1)= P. ∆ Trong tr ng hợp:
- Nếu hệ ng ng tụ: ∆V=0, A=0 - QT xảy ra hệ khí lý t
ng và T=const : T = const thì từ PV=nRT A=P∆V=∆nRT
- QT đẳng nhiệt xảy ra trong hệ khí lý t ng: T=const, P1V1=P2V2 V 2 V 2 nRT V 2 1 P A  PdV  dV  nRT ln  nRT ln   V V1 P2 V 1 V 1
- Quá trình đun nóng hay lƠm l nh đẳng áp n mol khí lý t ng: A=P∆V=∆nRT
II. Nhi t đẳng tích, nhi t đẳng áp:
a) N i năng vƠ nhi t đẳng tích:
- điều kiện đẳng tích (V=const, ∆V=0): QV = ∆U + P∆V = ∆U
→ điều kiện đẳng tích, nhiệt cung cấp cho hệ chỉ dùng để tăng nội năng của hệ.
→ Qv là hiệu ứng nhiệt đẳng tích.
b) Entanpi và nhi t đẳng áp:
- điều kiện đẳng áp (p=const) 1 HÓA Đ I C NG A1
Qp = U + PV = (U2-U1) + P(V2-V1) = (U2 + PV2) – (U1 + PV1).
Đặt H=U+PV, enthalpy, là hàm số tr ng thái, kJ/mol hay kcal/mol. Qp = H2- H1 = H H = U + P V
Hiệu ứng nhiệt điều kiện đẳng áp chính là sự biến đổi enthalpy,
hay gọi tắt là Hiệu ứng nhiệt.
- Biến thiên entanpi phản ứng bằng tổng entanpi sản phẩm trừ tổng
entanpi tác chất (có l u ý hệ số hợp thức của ph ng trình phản ứng).
Nó đúng bằng hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học. ΔH = Hsp - Htc = Qp
d) Quan h gi a ∆U và ∆H:
- Trong các phản ứng chỉ có chất lỏng và chất rắn tham gia hoặc
phản ứng xảy ra tr ng thái dung dịch thì ∆V có giá trị không đáng kể.
 Do đó, khi quá trình nƠy đ ợc thực hiện áp suất thấp (áp suất khí
quyển) thì P∆V ≈ 0 nên ∆H ≈ ∆U.
- Trong các phản ứng có sự tham gia của pha khí, giả sử khí lý t ng: PV = nRT
∆ P∆V =∆n.RT (Điều kiện đẳng nhiệt , đẳng áp).
Nên: ∆H = ∆U +∆n.RT
Với: ∆n = ∑n khí (s n phẩm) -∑n khí (chất khí)
Nếu n=0, nhiệt đẳng áp = nhiệt đẳng tích e) Hi u ng nhi t:
-Phản ứng tỏa nhiệt là phản ứng nh
ng năng l ợng cho môi tr ng
d ới d ng n hiệt (∆U < 0 hay ∆H < 0).
- Phản ứng thu nhiệt là phản ứng nhận năng l ợng của môi tr ng
d ới d ng nhiệt (∆U > 0 hay ∆H > 0).
III. Nhi t t o thành ( sinh nhi t) :
- Nhiệt t o thành: là hiệu ứng nhiệt của phản ứng tạo thành 1 mol chất
đó từ các đơn chất ở trạng thái tự do bền vững. điều kiện tiêu chuẩn
(25°C,1atm) gọi là Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn.
- Enthalpy tiêu chuẩn, H0 , lƠ enthalpy đo 298tt
25oC, 1atm. (H0298tt hay H0298 f)
- Nhiệt t o thành tiêu chuẩn của các đ n chất bền bằng 0.
Ví dụ: Cl2 khí, Br2 lỏng, I2 rắn, C graphit, S tƠ ph ng ,P đỏ...)
- Nhiệt t o thành của các chất có giá trị càng âm thì càng bền.
IV. Nhi t đốt cháy:
- Nhi t đốt cháy tiêu chuẩn của một chất (H0298 đc hay H0298 b ) là 2 HÓA Đ I C NG A1
hiệu ứng nhiệt của phản ứng đốt cháy 1 mol chất đó bằng oxy vừa đủ
để t o thành các chất bền vững nhất điều kiện tiêu chuẩn (250C, 1 atm).
- Đối với các chất hữu c , nhiệt đốt cháy là hiệu ứng nhiệt của phản
ứng đốt cháy 1 mol chất hữu c bằng oxy vừa đủ t o thành khí CO2,
n ớc (lỏng) và một số sản phẩm khác ( N2 , X2, HX...)
V. Đ nh lu t Hess và h qu :
a) Đ nh lu t: Hiệu ứng nhiệt của quá trình hóa học chỉ phụ thuộc vào
bản chất và tr ng thái của các chất tham gia phản ứng và sản phẩm
cuối chứ không phụ thuộc vƠo đ ng đi của quá trình.
(Nghĩa lƠ hiệu ứng nhiệt không phụ thuộc vào số vƠ đặc điểm của các giai đo n trung gian).
H = H1 + H2 = H3 + H4 + H5 b) H qu :
1. Tính hiệu ứng nhiệt dựa vào Nhiệt t o thành:
- Hiệu ứng nhiệt của phản ứng bằng tổng nhiệt t o thành của các sản
phẩm trừ đi tổng nhiệt t o thành của các chất ban đầu. VD: Xét phản ứng: aA + bB = cC + dD
H1 H2 H3 H4 (nhiệt t o thành)
Hpu = cH3 + dH4 – (aH1 + bH2)
2. Tính hiệu ứng nhiệt dựa vào Nhiệt đốt cháy:
- Hiệu ứng nhiệt của phản ứng bằng tổng nhiệt đốt cháy của các chất
đầu trừ đi tổng nhiệt đốt cháy của các sản phẩm.
VD: Xét phản ứng đốt cháy: aA + bB = cC + dD
H1 H2 H3 H4 (nhiệt đốt cháy)
Hpu = aH1 + bH2 –(cH3 + dH4) VI. Entropi
 Nếu quá trình TN : S = QTN/T
 Nếu quá trình bất TN: S > QBTN/T, (T là nhiệt độ tại đó có xảy
ra sự trao đổi nhiệt) 3 HÓA Đ I C NG A1 Tổng quát:
 Entropy là hàm tr ng thái: S = S2 – S1 = SC – SĐ
 Đ n vị tính của S: j/(mol×độ), cal/(mol×độ)
 Nếu hệ là cô lập: Q = 0 => ΔS ≥ 0 .
 Nghĩa lƠ đối với hệ cô lập:
 Quá trình thuận nghịch, ΔS = 0
 Quá trình bất thuận nghịch: ΔS > 0.
 Trong h cô l p, quá trình tự x y ra là quá trình kèm theo sự tăng entropy.
* Các tính chất c a Entropy:
 Hệ càng phức t p, phân tử càng phức t p, thì entropy càng lớn.
 Ví dụ : S0298(O) < S0298(O2) < S0298(O3) S0298(NO) < S0298(NO2)
 Đối với cùng 1 chất, thì các tr ng thái rắn, lỏng, khí, entropy
của nó có giá trị khác nhau và tăng dần lên.
 Ví dụ: S của n ớc đá, n ớc lỏng, h i n ớc lần l ợt là: 41,31; 63,31; 185,60 j/(mol×độ).
S(rắn) < S(lỏng) < S(khí)
 Nhiệt độ và áp suất có ảnh h ng lớn đến entropy: nhiệt độ tăng
lƠm tăng entropy, áp suất tăng lƠm giảm entropy. (do sự thay đổi độ hỗn lo n). Q U  S V    T T
* Xác đ nh đ bi n đổi entropy c a các quá trình hóa h c
 Với phản ứng hóa học:  V>0   S>0 khi S<0  V<0
 Sự thay đổi entropy:
S = Ssản phẩm - Stác chất  Xét phản ứng: aA + bB = cC + dD SA SB SC SD
Spu = cSC + dSD – (aSA + bSB)
 Dấu hiệu nhận ra Entropi tăng hay giảm dựa vào ∆ . VII. Th đẳng áp:
G = H ậ TS (kj/mol, kcal/mol)
- Độ biến thiên thế đẳng áp khi hệ chuyển từ tr ng thái đầu (G1) sang
tr ng thái cuối (G2); T, P=const: ∆G =G2-G1 4 HÓA Đ I C NG A1
- ∆G tỷ lệ thuận với l ợng chất phản ứng
- Độ thay đổi G (T=const, P=const) đ ợc xác định:
G = H ậ TS
đ ợc gọi lƠ ph ng trình c bản của nhiệt động hóa học. - Tính ∆�: Xét phản ứng: Aa + bB = cC + dD G0A G0B G0C G0D
G0p = cG0C + dG0D ậ (aG0A + bG0B)
Xét một phản ứng hóa học
- G < 0 phản ứng xảy ra tự phát t i nhiệt độ khảo sát hoặc xảy ra theo
chiều thuận (đối với phản ứng thuận nghịch).
- G > 0 phản ứng không xảy ra t i nhiệt độ khảo sát hoặc xảy ra theo chiều
ng ợc l i (đối với phản ứng thuận nghịch).
- G = 0 phản ứng đ t cân bằng.
*Tác động của các yếu tố enthanpy và entropylên chiều hướng diễn
biến của một phản ứng
NH NG CÔNG TH C CÓ TRONG B NG PH L C Đ THI (1)
1) Ho = Hott,sản phẩm Hott,tác chất
2) Ho = Hođc,tác chấtHođc,sảnphẩm 3) Ho = Uo + RTn
4) So= Sosản phẩmSotác chất 5) Go = Ho TSo BÀI T P MINH H A
Ví d 1: 1 atm, 250C có phản ứng. H2(k) + 1/2O2(k) = H2O(k)
Xác định U, biết H = -58.1 kcal/mol Bài giải:
H = U + pV U = H – nRT. 5 HÓA Đ I C NG A1 n = 1 – (1 + ½) = -1/2
 U = -(58.1*1000) + [½*1.987 *(25+273)] (kcal/mol)
Ví d 2: Xác định hiệu ứng nhiệt của pư:
C (gr) + ½O2(k) → CO (k), H0298 (1)= ? Biết:
C(graphit) + O2(k) → CO2(k), H0298= -393,5 kJ (2)
CO(k) + ½O2(k) → CO2(k), H0298= -283,0 kJ (3) Giải:
 H0298 tt CO(k) = -393,5 -(- 283,0) = -110,5 kJ/mol
Ví d 3: Tính G0 ở 298 và 1000K của phản ứng:
C (gr) + H2O (k)  CO (k) + H2 (k) H0298 = -131.3 kJ S0298 = 133.67 J
 G0298 =H0298 -T S0298 = -131.3 –(298)x0.13367= 91.466 kJ
 G01000=H0298 -T S0298 = -131.3 –(1000)x0.13367= -2.37 kJ
Ví d 4: Cho phản ứng sau t i 25oC:
C2H2 (k) + 2H2O (l)↔CH3COOH (l) + H2 (k) ∆Ho298, tt (kJ/mol)
226,91 - 286,04 - 487,37 0
Cho biết: ∆Go298 của phản ứng trên bằng – 50,32 kJ
Tính ∆Ho, ∆Uo, ∆So, KP của phản ứng trên 25oC? Gi i:
∆Ho = -142,2 kJ, ∆Uo = ∆Ho = -142,2 kJ
∆Go = ∆Ho – T.∆So → ∆So = - 308,3 J/oK
∆Go = - RTlnKp → KP = 6,61.108 6 HÓA Đ I C NG A1 CH NG 4: Đ NG HÓA H C I. B c ph n ng:
- Bậc phản ứng v = k[A]p[B]q (bậc phản ứng bằng p+q) đ ợc xác định từ thực
nghiệm. Nếu tổng số mũ đó lƠ 1, 2, 3,..thì bậc phản ứng đó t ng ứng đ ợc xác
định lƠ ph n ng b c 1, b c 2, b c 3, … II. Tốc đ ph n ng:
- Đối với phản ứng tổng quát: aA + bB = eE + dD
Ta có vận tốc tức th i của phản ứng lƠ : dC dC dC dC A B E D V         . a dt . b dt . e dt . e dt - Tóm l i:
+ Đối với phản ứng tổng quát: aA + bB = cC + dD ta có : v = k [A]m[B]n 4.4
Ph ng trình 4.4 (rút ra từ thực nghiệm) đ ợc gọi lƠ ph ng trình tốc độ phản
ứng hay phương trình động học.
Các giá trị n, m đ ợc xác định bằng thực nghiệm. Bậc phản ứng = m + n
+ Đối với phản ứng đơn giản: n, m trùng với hệ số a, b trong ph ng trình hóa học. III. Ph n ng b c 1 :
Xét phản ứng đ n giản đồng thể : aA  sản phẩm
Từ biểu thức vận tốc phản ứng bậc nhất ta có: � = [ ] (1) Mặt khác: � = − [ ] (2) � [ ] Suy ra ln[A ] – ln [A]0 = -akt Hay = � [ ]
Hằng số vận tốc lúc này có thứ nguyên không phụ thuộc vào nồng độ
Khi [A] = ½[A]0 lúc đó t = t1/2 : gọi là chu kỳ bán hủy [ ] ,69 / = = � [ ] = � �
t1/2 : còn gọi lƠ th i gian nửa phản ứng. Th i gian nửa phản ứng của phản ứng bậc
nhất không phụ thuộc vào nồng độ và tỷ lệ nghịch với hằng số tốc độ phản ứng. 7 HÓA Đ I C NG A1 IV. Ph n ng b c 2 :
Xét phản ứng bậc 2 đ n giản đồng thể có d ng aA  s n phẩm � = [ ] (1) Mặt khác: � = − [ ] (2) � Kết hợp [ ] (1) và (2): suy ra = −� [ ] � [ ]
Lấy tích phơn xác định hai vế : ∫ � = − ∫ [ ] [ ] với [A] [ ] 0 là nồng độ ban đầu của A Suy ra : � = − [ ] [ ] Hay = − � [ ] [ ]
Thứ nguyên của hằng số vận tốc k của phản ứng bậc hai phụ thuọcc vƠo đ n vị
biểu thị nồng độ, nó có thứ nguyên nghịch đảo th i gian.
Giả sử sau th i gian t = t1/2, thì A phản ứng hết một nửa l ợng chất, [A] = [A]0/2 ta có: / = �.[ ]
Th i gian nửa phản ứng của phản ứng bậc hai tỷ lệ nghịch với nồng độ đầu.
V. Qui t c Van’t Hoff
Sự tăng nhiệt độ trong đa số các tr ng hợp đều lƠm tăng vận tốc phản ứng.
Từ kết quả nghiên cứu một số l ợng lớn phản ứng, Van’t Hoff đư rút ra quy tắc kinh nghiệm sau:
Nếu nhiệt độ phản ứng tăng thêm 10oC thì vận tốc của đa số phản ứng sẽ tăng
2 – 4 lần. Số lần tăng nƠy đ ợc gọi lƠ hệ số nhiệt độ của tốc độ phản ứng k T 10     24 kT k Tổng quát: n T n.10     (2 4)n kT
Quy tắc kinh nghiệm Vant Hoff đ ợc biểu diễn bằng công thức sau :  2 T 1 T 10 v  v . (4. 5) 2 1
trong đó : v1 và v2 lƠ vận tốc phản ứng t ng ứng với nhiệt độ T1 và T2.
 - chỉ số nhiệt độ (hệ số Van’t Hoff).
Qui tắc nƠy chỉ đúng trong khoảng nhiệt độ không lớn. 8 HÓA Đ I C NG A1 CH
NG 5: CÂN B NG HÓA H C I. H ng số cân b ng
a) H ng số cân b ng mol (KC)
aA + bB  cC + dD [ ] [ ] � = [ ] [ ]
KC : hằng số cơn bằng theo nồng độ.
[A], [B], [C], [D] nồng độ các chất khi hệ đ t tr ng thái cơn bằng.
b) H ng số cân b ng áp suất riêng KP . � = .
KP : hằng số cơn bằng theo áp suất. P
, áp suất riêng phần của các chất khí t i th i điểm cơn A, PB, PC, PD bằng.
 Mối liên h gi a Kp vƠ Kc
Đối với khí lý t ng, từ PV = nRT và = : à ồ � độ � Ta có: P = CRT . [ ] [ ] � = = . [ ] [ ] = � [ + − + ] Hay
�� = �� �� ��
Δn = (c + d) – (a + b): biến thiên số mol khí của phản ứng
L u ý: R = 0,082 (L.atm/mol.K)
c) H ng số cơn b ng phơn số mol (Kx)
- Phơn số mol hay nồng độ phần mol của một chất A trong hỗn hợp lƠ
tỷ số giữa số mol chất A với tổng số mol các chất có trong hỗn hợp. � � � � � � = ⅀� = � �
Pi: áp suất riêng phần của từng chất khí
P: Áp suất toàn phần của hệ. 9 HÓA Đ I C NG A1 � � �� = � �
x : phần số mol của từng chất th i điểm cơn bằng i
 Mối liên h gi a Kx và KP � � �� = = = � [ + − + ] � � �� = �� � ��
Δn = (c + d) – (a + b): biến thiên số mol khí của phản ứng
II. Ph ng trình cơn b ng và h ng số cân b ng
 PT cân bằng : N2O4 (k)  2 NO2 (k) � = [ ] [ 4]
Có thể biểu diễn hệ cơn bằng trên ng ợc l i bằng ph ng trình:
2 NO2 (k)  N2O4 (k) �′ = [ 4] = [ ] ��
→Giá trị K phụ thuộc vào cách viết ph ng trình.
 Giá tr K ph thu c vào cách cân b ng ph ng trình:
N2O4 (k)  2 NO2 (k) � = [ ] [ 4]
½ N2O4 (k)  NO2 (k) �′ = [ ] → �′ = √� [ 4] /
2 N2O4 (k)  4NO2 (k) �′′ = [ ]4 → �′′ = � [ 4]
III. Mối liên h gi a KP vƠ ΔG0
Dựa vƠo nguyên lý 2 của nhiệt động lực học ng i ta đư thiết lập đ ợc
biểu thức sau đơy cho phản ứng trong pha khí:
aA + bB  cC + dD P P ΔG = ΔG + RTln P P 10 HÓA Đ I C NG A1
PA, PB, PC, PD lƠ áp suất riêng phần của các chất A, B, C, D điều kiện bất kỳ.
- Khi phản ứng đ t cơn bằng: ΔG = 0 Ta có: ΔG = − RTln P P P P
đơy PA, PB, PC, PD lƠ áp suất riêng phần của các chất A, B, C, D lúc cơn bằng.
Vậy ΔG0 = - RTlnKp (Ph ng trình đẳng nhiệt Vant’Hoff) ΔG lnKP = − RT
L u ý: Tùy theo đ n v c a ΔG mƠ ch n giá tr R t ng ng
+ ΔG (kj/mol) cần chọn R=8,314 (J.mol-1.K-1).
+ ΔG (kcal/mol) cần chọn R=1,987 (cal.mol-1.K-1). Nh vơy:
- Nếu Go < 0 thì KP > 1. Nếu Go càng âm thì KP cƠng lớn, tức lƠ
phản ứng xảy ra hoƠn toƠn, lúc cơn bằng nồng độ sản phẩm cƠng lớn. - Nếu Go > 0 thì K cƠng nhỏ, nồng độ
P < 1. Nếu Go cƠng lớn thì KP sản phẩn cƠng ít.
Từ hệ thức trên ta cũng thấy mối liên hệ giữa KP vƠ nhiệt độ. Go = Ho - TSo Go = - RTlnKP Ta có : - RTlnKP = Ho - TSo  o o S  ln K    P RT R 1 lnK T , ta có t ng ứng P lƠ hƠm bậc nhất của . 2 nhiệt độ T1 và T2 K K 1 P và 2 P , với o H   1 1 
ln K  ln K      1 P 2 P R T T  1 2  11 HÓA Đ I C NG A1 o K H   1 1  1 ln      Hay K R T T 2  1 2 
Với hệ thức nƠy có thể tính KP bất kỳ nhiệt độ nƠo nếu biết hằng số K K K T
P một nhiệt độ khác. VƠ nếu biết 1 P và 2 P 1 và T2 ta có thể tính
đ ợc Ho của phản ứng.
* Đối với ph n ng x y ra trong dung d ch: [C] [D]
ΔG = ΔG + RTln [A] [B]
Khi phản ứng đ t cơn bằng ta cũng có: �� � = −
ΔG = − RTln [ ] [ ] = -RTlnKc [ ] [ ] Hay:
L u ý: công thức liên hệ giữa Go vƠ hằng số Kc chỉ áp dụng khi n =
0 (không có sự biến thiên số mol khí) hoặc phản ứng xảy ra trong dung dịch.
IV. Dựa vƠo h ng số cơn b ng để dự đoán chi u di n ti n c a ph n ng
Chỉ số phản ứng (Q)
aA + bB  cC + dD
Đặt Q = [ ] [ ] [ ] [ ]
[A], [B], [C], [D] lƠ nồng độ các chất th i điểm bất kỳ. Đối với
phản ứng trong pha khí có thể thay nồng độ bằng áp suất riêng phần.
• Có thể xem nh chỉ số phản ứng Q lƠ th ớc đo quá trình phản ứng.
G = Go + RTlnQ = RTlnK + RTlnQ Q Hay G = RTln K 12 HÓA Đ I C NG A1
Các phản ứng thuận nghịch luôn có xu thế đ t tr ng thái cơn bằng, do đó:
• Khi Q < Kcb  Q/Kcb < 1  G < 0 phản ứng thuận chiếm
u thế đến khi hệ đ t cơn bằng.
• Khi Q > Kcb  Q/Kcb > 1  G > 0 phản ứng nghịch chiếm
u thế đến khi hệ đ t cơn bằng.
• Khi Q = Kcb  G = 0 hệ đ t tr ng thái cơn bằng.
V. Sự chuyển d ch cơn b ng
Nguyên lý Le Chatelier:
“Với một hệ đang ở trạng thái cân bằng, nếu ta thay đổi bất kỳ
một yếu tố xác định điều kiện cân bằng (áp suất, nồng độ, nhiệt độ) thì
cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều chống lại sự thay đổi đó”.
VI. nh h ởng c a nồng đ
Khi thêm một l ợng tác chất hoặc sản phẩm vƠo hệ cơn bằng thì chỉ
số phản ứng Q sẽ thay đổi vƠ khác K , hệ không còn cơn bằng nữa. cb  Q G = RTln K
Từ biểu thức trên ta thấy:
- Nếu thêm sản phẩm vƠo hệ thì Q > K  ΔG > 0  phản ứng nghịch
chiếm u thế vƠ cơn bằng chuyển dịch về phía t o thƠnh các tác chất cho
đến khi hệ đ t đến tr ng thái cơn bằng tr l i.
- VƠ ng ợc l i khi thêm tác chất Q < K  ΔG < 0  phản ứng thuận
chiếm u thế vƠ cơn bằng chuyển dịch về phía chiều thuận t o thƠnh các
sản phẩm cho đến khi hệ đ t đến tr ng thái cơn bằng tr l i.
Nh vậy, “Khi thêm một lượng tác chất hoặc sản phẩm vào hệ
cân bằng, cân bằng sẽ chuyển dịch theo hướng tiêu thụ bớt chất thêm đó”.
VII. nh h ởng c a áp suất
Sự thay đổi áp suất không ảnh h ng nhiều đối với nồng độ chất
rắn vƠ chất lỏng, nh ng rất có ý nghĩa đối với chất khí. 13 HÓA Đ I C NG A1
Xét phản ứng thuận nghịch của các chất khí: 2A(k) + B(k) ↔ C(k) + 3D(k) vt = kt [A]2[[B] vn = kn [C][[D]3
Nếu sau khi phản ứng đ t cơn bằng, chúng ta tăng áp suất của hệ
lên hai lần, bằng cách giảm thể tích của hệ xuống 2 lần thì cơn bằng sẽ thay đổi nh thế nƠo?
Để trả l i cơu hỏi đặt ra cần phải xét tốc độ phản ứng thuận và nghịch.
Áp suất và nồng độ có mối liên hệ với nhau qua ph ng trình tr ng thái khí lý t ng : PV = nRT hay = và = � �
một nhiệt độ xác định, nếu tăng áp suất của hệ lên hai lần bằng
cách giảm thể tích của hệ 2 lần thì nồng độ các chất có trong hệ đều tăng 2 lần. Do đó:
v’t = kt. 4[A]2.2[[B] = 8 kt [A]2[[B] = 8vt
v’n = kn. 2[C].8[[D]3 = 16kn [C][[D]3 = 16vn
Nh vậy, khi tăng áp suất của hệ lên hai lần thì tốc độ phản ứng
nghịch tăng lên gấp 2 lần phản ứng thuận. nh vậy cơn bằng dịch chuyển
theo chiều nghịch lƠ chiều có số phơn t khí ít h n. Vậy khi tăng áp
suất, cơn bằng dịch chuyển về phía lƠm giảm số phơn tử khí.
Tóm l i: - Đối với hệ có sự khác nhau v số mol khí hai vế
của ph ng trình hóa học. Khi tăng áp suất của hệ của hệ cân bằng,
cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều giảm số phân tử khí và ngược lại. -
Đối với hệ không có sự khác nhau v số mol khí hai vế của
ph ng trình hóa học thì việc tăng hay gi m áp suất không nh h ởng
đến sự chuyển dịch cơn bằng.
VIII. nh h ởng c a nhi t đ
Quan hệ giữa entanpi và hằng số cân bằng đ ợc biểu thị qua công thức: 14 HÓA Đ I C NG A1 o o  S  ln K    P RT R
Từ biểu thức trên ta nhận thấy:
- Khi ∆H > 0 (phản ứng thu nhiệt – nhiệt đ ợc hấp thụ khi phản ứng
xảy ra theo chiều thuận), khi nhi t đ tăng, thì hằng số K tăng. Có nghĩa
là cân bằng dịch chuyển theo chiều thuận (chiều hấp th nhi t).
- Với ∆H < 0 (phản ứng toả nhiệt – nhiệt tỏa ra môi tr ng khi phản
ứng xảy ra theo chiều thuận), khi nhi t đ tăng thì K sẽ giảm. Có nghĩa
là cân bằng dịch chuyển theo chiều nghịch (chiều hấp th nhi t).
Tóm l i: Khi nhiệt độ của một hệ cân bằng tăng, cơn bằng sẽ chuyển
dịch theo chiều hấp thu nhiệt. Khi nhiệt độ của hệ giảm, cân bằng sẽ
chuyển dịch theo chiều tỏa nhiệt”.
NH NG CÔNG TH C CÓ TRONG B NG PH L C Đ THI (2)
6) Đối với phản ứng bậc 0 = − ) �
7) Đối với phản ứng bậc 1: = �) �
8) Đối với phản ứng bậc 2 có nồng độ ban đầu các tác chất bằng nhau: = −
9) Qui tắc thực nghiệm Vant’ Hoff � � −� � = � = � � 10)Ph ng trình Arrhenius: − ∗ = +
11) KP = KC (RT)n = KX (P)Δn BÀI T P MINH H A 0
Ví d 1: 375 C, xét phản ứng thuận nghịch sau: -4
N (k) + 3H (k) ⇄ 2NH (k) , K = 4,3.10 2 2 3 p
Nồng độ ban đầu của N (k) và H (k) lần l ợt lƠ =1, 3 mol/L. Xác định nồng độ các 2 2
chất tr ng thái cơn bằng ? Bài làm: 15 HÓA Đ I C NG A1
Ví d 2: 472oC, hỗn hợp t i cơn bằng của phản ứng d ới đơy có 0.1207M H
. Tính hằng số cơn bằng Kc 2, 0.0402M N2 và 0.0272M NH3 và Kp. N (k) + 3H (k) ⇌ 2NH (k) 2 2 3 BƠi gi i: 2 3 K = [NH ] /([N ].[H ] ) C 3 2 2 n
Để tính K , sử dụng biểu thức: K = K (RT) p P C H t 16