Chương II: Cân bằng hóa học | Bài giảng môn Hóa lý | Đại học Bách khoa hà nội

Chương II: Cân bằng hóa học. Tài liệu trắc nghiệm môn Hóa lý giúp bạn tham khảo, ôn tập và đạt kết quả cao. Mời bạn đọc đón xem!

Giảng viên Nguyễn Thu Hà
Nội dung chương II cần đọc
Nội dung chương II cần đọc
Chương II: CÂN BẰNG HÓA HỌC
I. KHÁI NIỆM CÂN BẰNG HÓA HỌC. HẰNG SỐ CÂN BẰNG
1. Khái niệm về cân bằng hóa học
Xét phản ứng: a
1
A
1
+ a
2
A
2
+ … b
1
B
1
+ b
2
B
2
+ …
v Quan điểm động học:
Khi tốc độ phản ứng thuận và phản ứng nghịch xảy ra với tốc độ bằng nhau, v
t
= v
n
ta nói
phản ứng đã đạt tới trạng thái cân bằng hóa học.
v Quan điểm nhiệt động:
- Khi phản ứng tự diễn biến: dF
T,V
= dG
T,P
= Sm
i
dn
i
= Dmdl < 0
Hay Dm < 0 « Sa
i
m
Ai
> Sb
i
m
Bi
- Khi phảnng đạt cân bằng: Dmdl = 0 hay Sa
i
m
Ai
= Sb
i
m
Bi
(thế hóa của chất đầu và cht cuối
bằng nhau)
2. Quan hệ giữa nhiệt động học và cân bằng hóa học. Phương trình đẳng nhiệt Van Hoff
G
T
= G
0
(T) + RTln
...
...
2
2
1
1
2
2
1
1
a
A
a
A
b
B
b
B
PP
PP
Trong đó: P
i
là áp suất riêng phần của các chất khí tham gia phản ứng
K
p
=
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
D
-
RT
G
o
T
exp
=
cb
a
A
a
A
b
B
b
B
PP
PP
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
2
2
1
1
2
2
1
1
...
Tiêu chuẩn xét chiều của phản ứng hóa học
- Khi p
p
< K
p
G <0 : phản ứng tự diễn biến theo chiều thuận
- Khi p
p
> K
p
G >0 : phản ứng tự diễn biến theo chiều nghịch
- Khi p
p
= K
p
G =0 : phn ứng đạt trạng thái cân bằng
3. Các cách biểu diễn hằng số cân bằng
a
1
A
1 k
+ a
2
A
2 k
+ … b
1
B
1 k
+ b
2
B
2 k
+ …
K
p
=
cb
a
A
a
A
b
B
b
B
PP
PP
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
2
2
1
1
2
2
1
1
...
K
c
=
cb
a
A
a
A
b
B
b
B
CC
CC
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
2
2
1
1
2
2
1
1
...
K
n
=
cb
a
A
a
A
b
B
b
B
nn
nn
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
2
2
1
1
2
2
1
1
...
K
x
=
cb
a
A
a
A
b
B
b
B
xx
xx
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
2
2
1
1
2
2
1
1
...
K
p
: hằng số cân bằng theo áp suất riêng phần của các chất phản ứng ở trạng thái cb
K
C
: hằng số cân bằng theo nồng độ của các chất phản ứng ở trạng thái cb
K
n
: hằng số cân bằng theo số mol của các chất phản ứng ở trạng thái cb
K
x
: hằng số cân bằng theo phần mol của các chất phản ứng ở trạng thái cb
K
p
= K
c
(RT)
n
= K
n
n
D
÷
ø
ö
ç
è
æ
RT
V
= K
x
P
n
4. Cân bằng trong các hệ dị thể
Xét phản ứng: a
1
A
1 k
+ a
2
A
2 r
+ … b
1
B
1 k
+ b
2
B
2
+ …
Giảng viên Nguyễn Thu Hà
Nội dung chương II cần đọc
Ta có: G
= G
0
(T) + RTln
...
...
21
21
AA
BB
PP
PP
Tại một nhiệt độ xác định, áp suất hơi của chất lỏng và cht rắn nguyên chất giá trị xác
định và bằng áp suất hơi bão hòa của chúng
Như vậy: nếu phản ứng xảy ra trong hệ dị thể mà pha ngưng tụ (rắn hoặc lỏng) thì biểu
thức hằng số cân bằng chỉ có thành phần chất khí mà không có thành phần chất lỏng và rắn.
II. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÂN BẰNG
1. Ảnh hưởng của nhiệt độ
a. Phương trình đẳng nhiệt Van Hoff
2
ln
RT
H
dT
Kd
p
D
=
b. Các dạng gần đúng của phương trình Van’t Hoff
Trong khoảng nhit độ tương đối hẹp: coi ∆H = const, vy:
lnK
p
= -
2
RT
H
D
+ I
Nếu lấy tích phân có cận: ln
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
-
D
-=
21
11
2
1
TTR
H
K
K
T
T
c. Nhận xét ảnh hưởng của nhiệt độ
- Nếu phản ứng thu nhiệt: ∆H > 0 thì
dT
Kd
p
ln
>0. Vậy:
+ Khi nhiệt độ tăng thì K
p
tăng, cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận (chiều thu nhiệt)
+ Khi nhiệt độ giảm thì K
p
giảm, cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch (chiều tỏa nhiệt)
- Nếu phản ứng tỏa nhiệt: ∆H < 0 thì
dT
Kd
p
ln
<0. Vậy:
+ Khi nhiệt độ tăng thì K
p
giảm, cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch (chiều thu nhiệt)
+ Khi nhiệt độ giảm thì K
p
tăng, cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận (chiều tỏa nhiệt)
2. Ảnh hưởng của áp suất tổng cộng
3. Ảnh hưởng của chất trơ
4. Nguyên lý chuyển dịch cân bằng Le Chatelie
Nội dung: Nếu 1 hệ đang trạng thái cân bằng ta thay đổi một trong các thông số trạng
thái của hệ (nhiệt độ, nồng độ, áp suất) thì cân bằng chuyển dịch theo chiều có tác dụng chống lại
sự thay đổi đó.
III. CÂN BẰNG TRONG HỆ THỰC
1. Hệ khí thc
a. Khái nim hoạt áp: hoạt áp (kí hiu f) mt hàm của áp sut khi thay vào vị trí áp
sut trong những phương trình nhit động của khí tưởng thì ta được c phương trình
đúng cho khí thc
VD: thế hóa học đối vi khí lý tưởng: m
i
= m
0
+ RTlnP
i
thế hóa học đối vi khí thc: m
i
= m
0
+ RTlnf
i
b. Tính cht:
Giảng viên Nguyễn Thu Hà
Nội dung chương II cần đọc
- Để đặc trưng cho sự sai khác gia trạng thái thc trạng thái tưởng, người ta đưa ra
khái nim hsố hoạt áp:
P
f
=
g
vi 1lim
0
0
=
®
®
g
T
P
c. Ý nghĩa: hoạt áp là phn áp sut hu hiu mà khí phi có để gây ra tác dụng như một khí lý
tưởng. Vy hoạt áp là một đại lượng hình thc
d. c phương pháp c định hoạt áp:
2. Dung dịch thc
a. Khái nim hoạt đ
Hoạt độ 1 hàm s của phn mol (hay nồng đ) khi thay vào vị tcủa phn mol (hay
nồng độ) trong các phương trình nhiệt động thì c phương trình này vn ginguyên dạng đơn
giản như đối vi dung dịch lý tưởng.
VD: thế hóa học đối vi dung dịch lý tưởng: m
i
= m
0
+ RTlnx
i
thế hóa học đối vi dung dịch thc: m
i
= m
0
+ RTlna
i
Các loại nồng độ: C
M
C
m
(m) C% C
x
(x)
Hoạt độ tương ng: a
m
a
x
b. Quan hgia hoạt độ và hoạt áp
Nếu vùng áp sut thp, khí được coi là lý tưởng thì a
i
=
chuân
i
i
P
P
Giá trị a
i
phthuc o vic chọn trạng thái chun của dung dịch. Nguyên tc chọn trạng thái
chuẩn được quy ước như sau: chọn trạng thái nào mà a
i
≈ x
i
. Vy:
+ Đối vi dung môi: trạng thái chun là trạng thái của dung môi nguyên cht
+ Đối vi cht tan: trạng thái chun là trạng thái của dung dịch vô cùng loãng
| 1/3

Preview text:

Giảng viên Nguyễn Thu Hà
Nội dung chương II cần đọc Chương II: CÂN BẰNG HÓA HỌC
I. KHÁI NIỆM CÂN BẰNG HÓA HỌC. HẰNG SỐ CÂN BẰNG
1. Khái niệm về cân bằng hóa học
Xét phản ứng: a1A1 + a2A2 + … → b1B1 + b2B2 + … v Quan điểm động học:
Khi tốc độ phản ứng thuận và phản ứng nghịch xảy ra với tốc độ bằng nhau, vt = vn ta nói
phản ứng đã đạt tới trạng thái cân bằng hóa học.
v Quan điểm nhiệt động:
- Khi phản ứng tự diễn biến: dFT,V = dGT,P = Smidni = Dmdl < 0 Hay Dm < 0 « Sa m m i Ai > Sbi Bi
- Khi phản ứng đạt cân bằng: Dmdl = 0 hay Sa m m i Ai = Sbi
Bi (thế hóa của chất đầu và chất cuối bằng nhau)
2. Quan hệ giữa nhiệt động học và cân bằng hóa học. Phương trình đẳng nhiệt Van Hoff 1 b 2 b P P ... 1 B 2 B ∆GT = ∆G0 (T) + RTln 1 a 2 a P P ... 1 A 2 A
Trong đó: Pi là áp suất riêng phần của các chất khí tham gia phản ứng æ D b b G o ö æ P 1P 2...ö K exp - T B B ç 1 2 ÷ p = çç ÷÷ = è RT ø a a ç P 1P 2 ÷ è A A 1 2 øcb
Tiêu chuẩn xét chiều của phản ứng hóa học
- Khi pp < Kp → ∆G <0 : phản ứng tự diễn biến theo chiều thuận
- Khi pp > Kp → ∆G >0 : phản ứng tự diễn biến theo chiều nghịch
- Khi pp = Kp → ∆G =0 : phản ứng đạt trạng thái cân bằng
3. Các cách biểu diễn hằng số cân bằng
a1A1 k + a2A2 k + … → b1B1 k + b2B2 k + … b b æ P 1P 2...ö b b æ C 1C 2 ... ö b b æ n 1n 2 ...ö b b æ x 1 x 2 ...ö K B B ç 1 2 ÷ B B ç 1 2 ÷ B B ç 1 2 ÷ B B ç 1 2 ÷ p = K K K a a ç c = n = x = P ç ç ç 1 2 ÷ 1 2 ÷ 1 2 ÷ 1 P 2 ÷ è a a C C a a n n a a x x A A è è è 1 2 ø 1 2 ø 1 2 ø 1 2 ø A A A A A A cb cb cb cb
Kp: hằng số cân bằng theo áp suất riêng phần của các chất phản ứng ở trạng thái cb
KC: hằng số cân bằng theo nồng độ của các chất phản ứng ở trạng thái cb
Kn: hằng số cân bằng theo số mol của các chất phản ứng ở trạng thái cb
Kx: hằng số cân bằng theo phần mol của các chất phản ứng ở trạng thái cb n D K æ V ö p = Kc(RT)∆n = Kn ç ÷ = KxP∆n è RT ø
4. Cân bằng trong các hệ dị thể Xét phản ứng:
a1A1 k + a2A2 r + … → b1B1 k + b2B2 ℓ + …
Nội dung chương II cần đọc
Giảng viên Nguyễn Thu Hà P P ... Ta có: ∆G B B pư = ∆G0 (T) + RTln 1 2 P P ... 1 A 2 A
Tại một nhiệt độ xác định, áp suất hơi của chất lỏng và chất rắn nguyên chất có giá trị xác
định và bằng áp suất hơi bão hòa của chúng
Như vậy: nếu phản ứng xảy ra trong hệ dị thể mà có pha ngưng tụ (rắn hoặc lỏng) thì biểu
thức hằng số cân bằng chỉ có thành phần chất khí mà không có thành phần chất lỏng và rắn.
II. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÂN BẰNG
1. Ảnh hưởng của nhiệt độ
a. Phương trình đẳng nhiệt Van Hoff d ln K D p H = 2 dT RT
b. Các dạng gần đúng của phương trình Van’t Hoff
Trong khoảng nhiệt độ tương đối hẹp: coi ∆H = const, vậy: H D lnKp = - + I 2 RT KT DH æ 1 1 ö
Nếu lấy tích phân có cận: ln 1 = - çç - ÷÷ K R T T 2 T è 1 2 ø
c. Nhận xét ảnh hưởng của nhiệt độ d ln K
- Nếu phản ứng thu nhiệt: ∆H > 0 thì p >0. Vậy: dT
+ Khi nhiệt độ tăng thì K tăng, cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận (c p hiều thu nhiệt)
+ Khi nhiệt độ giảm thì Kp giảm, cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch (chiều tỏa nhiệt) d ln K
- Nếu phản ứng tỏa nhiệt: ∆H < 0 thì p <0. Vậy: dT
+ Khi nhiệt độ tăng thì Kp giảm, cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch (chiều thu nhiệt)
+ Khi nhiệt độ giảm thì K tăng, cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận (chiều tỏa nhiệt) p
2. Ảnh hưởng của áp suất tổng cộng
3. Ảnh hưởng của chất trơ
4. Nguyên lý chuyển dịch cân bằng Le Chatelie
Nội dung: Nếu 1 hệ đang ở trạng thái cân bằng mà ta thay đổi một trong các thông số trạng
thái của hệ (nhiệt độ, nồng độ, áp suất) thì cân bằng chuyển dịch theo chiều có tác dụng chống lại sự thay đổi đó.
III. CÂN BẰNG TRONG HỆ THỰC 1. Hệ khí thực
a. Khái niệm hoạt áp: hoạt áp (kí hiệu là f) là một hàm của áp suất mà khi thay vào vị trí áp
suất trong những phương trình nhiệt động của khí lý tưởng thì ta được các phương trình đúng cho khí thực
VD: thế hóa học đối với khí lý tưởng: mi = m0 + RTlnPi
thế hóa học đối với khí thực: mi = m0 + RTlnfi
b. Tính chất:
Nội dung chương II cần đọc
Giảng viên Nguyễn Thu Hà
- Để đặc trưng cho sự sai khác giữa trạng thái thực và trạng thái lý tưởng, người ta đưa ra
khái niệm hệ số hoạt áp: f g = với limg = 1 P P ®0 T ®0
c. Ý nghĩa: hoạt áp là phần áp suất hữu hiệu mà khí phải có để gây ra tác dụng như một khí lý
tưởng. Vậy hoạt áp là một đại lượng hình thức
d. Các phương pháp xác định hoạt áp: 2. Dung dịch thực
a. Khái niệm hoạt độ
Hoạt độ là 1 hàm số của phần mol (hay nồng độ) mà khi thay nó vào vị trí của phần mol (hay
nồng độ) trong các phương trình nhiệt động thì các phương trình này vẫn giữ nguyên dạng đơn
giản như đối với dung dịch lý tưởng.
VD: thế hóa học đối với dung dịch lý tưởng: mi = m0 + RTlnxi
thế hóa học đối với dung dịch thực: mi = m0 + RTlnai Các loại nồng độ: CM Cm (m) C% Cx (x) Hoạt độ tương ứng: am ax
b. Quan hệ giữa hoạt độ và hoạt áp P
Nếu ở vùng áp suất thấp, khí được coi là lý tưởng thì a i i = chuân Pi Giá trị a phụ i
thuộc vào việc chọn trạng thái chuẩn của dung dịch. Nguyên tắc chọn trạng thái
chuẩn được quy ước như sau: chọn trạng thái nào mà ai ≈ xi. Vậy:
+ Đối với dung môi: trạng thái chuẩn là trạng thái của dung môi nguyên chất
+ Đối với chất tan: trạng thái chuẩn là trạng thái của dung dịch vô cùng loãng
Nội dung chương II cần đọc