Bài tập hóa lí về cân bawfnghoas học kx năm 2024

Nội dung Text: Bài giảng Hóa lý 1 - Chương 3: Cân bằng hóa học

1. Chương III CÂN BẰNG HÓA HỌC I. Định luật tác dụng khối lượng và hằng số cân bằng II. Cân bằng hoá học trong hệ dị thể III. Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hoá học IV. Định lý nhiệt Nernst V. Các phương pháp xác định hằng số cân bằng VI. Cân bằng hóa học trong hệ thực
2. I. ĐỊNH LUẬT TÁC DỤNG KHỐI LƯỢNG VÀ HẰNG SỐ CÂN BẰNG 1. NỘI DUNG ĐỊNH LUẬT Xét phản ứng đồng thể: k1 bB + dD gG + rR k2 Tốc độ p/ư thuận: v1 = k1C C b B d D Tốc độ p/ư nghịch: v2 = k2 C C g G r R 05/18/22 607010 ­ Chương 3 2
3. k1 bB + dD gG + rR k2 Ban đầu v1 > v2, sau đó v1 giảm dần, v2 tăng lên. Khi v1 = v2 thì phản ứng đạt cân bằng. Lúc đó, ta được: g r �K = k �C C � g r k1CB CD = k2CG CR b d C 1 =� b d � G R k2 �CBCD � cb Kc được gọi là HẰNG SỐ CÂN BẰNG của pư. Giá trị của hằng số cân bằng đặc trưng cho cân bằng của phản ứng ở điều kiện xác định, nó không thay đổi khi thay đổi nồng độ chất p/ư. 05/18/22 607010 ­ Chương 3 3
4. Hình 3.1. Cân bằng hóa học đạt được từ hai phía thuận và nghịch của phản ứng H2 + I2 = 2HI HI, % 100 2HI = H2+ I 2 80 60 H2+ I 2 = 2HI 40 20 0 25 50 75 100 t (phuù t) 05/18/22 607010 ­ Chương 3 4
5. 05/18/22 607010 ­ Chương 3 5
6. 05/18/22 607010 ­ Chương 3 6
7. ĐỊNH LUẬT TÁC DỤNG KHỐI LƯỢNG (do Guldbrg và Waage đưa ra năm 1867) Khi một hệ đồng thể đạt đến trạng thái cân bằng, thì tích nồng độ của các sản phẩm phản ứng chia cho tích nồng độ của các chất phản ứng luôn luôn là một hằng số 05/18/22 607010 ­ Chương 3 7
8. 2. QUAN HỆ GIỮA G VÀ HSCB ∆G = g µG + r µ R − bµ B − d µ D AD các phương trình : µi = µ + RT ln Pi i o ∆G = g µ + r µ − bµ − d µ o G o R o B o D + RT ( g ln PG + r ln PR − b ln PB − d ln PD ) � ∆G = ∆G + RT ln Π Po (1) Trong đó: ∆G o = g µGo + r µ Ro − bµ Bo − d µ Do g r P P và ΠP = G R b d P P B D 05/18/22 607010 ­ Chương 3 8
9. 05/18/22 607010 ­ Chương 3 9
10. 05/18/22 607010 ­ Chương 3 10
11. Khi phản ứng đạt cân bằng thì G = 0, ta có: ∆G = − RT ln ( Π P ) cb = − RT ln K P o (2)  ∆G = − RT ln K P + RT ln Π P = RT Π (3) ln P KP (1) – (3) là các phương trình đẳng nhiệt Van’t Hoff, là những phương trình cơ bản của lý thuyết về CBHH  áp dụng các kết quả của nhiệt động học (tính toán dựa trên G) vào cân bằng hóa học (thông qua HSCB K). 05/18/22 607010 ­ Chương 3 11
12. 05/18/22 607010 ­ Chương 3 12
13. 3. CÁC DẠNG KHÁC NHAU CỦA HSCB Các chất có thể biểu diễn bởi các nồng độ khác nhau nên cũng có các dạng HSCB khác nhau. �PGg .PRr � �CGg .CRr � K p = � b d � = � b d � ( RT ) = K c ( RT ) g + r −b − d ∆n �PB .PD � cb �CB .CD � cb �X Gg . X Rr � = � b d � ( P) = KX ( P) g + r −b − d ∆n �X B . X D � cb g + r −b − d ∆n ∆n �n .n � � P � g r �P � �RT � =� G �� � R � � = Kn � ��n � � = K n� � �n .n � b cb � B � i �cb d n D � i � cb �V �cb 05/18/22 607010 ­ Chương 3 13
14. Các dạng khác nhau của HSCB: ∆n ∆n �P � �RT � K p = K c ( RT ) = K X ( P ) ∆n ∆n = Kn � � = Kn � � � n� �V � � �i ∆n = 0 khi thì K p = K x = K X = Kn 05/18/22 607010 ­ Chương 3 14
15. 4. XÉT CHIỀU TRONG PHẢN ỨNG HÓA HỌC ΠP ∆G = − RT ln K P + RT ln Π P = RT ln (4) KP Từ các pt (1), (3), (4), ta có thể xét chiều của phản ứng hóa học tương tự như khi xét G:  Nếu Kp > p phản ứng tự xảy ra theo chiều thuận  Nếu Kp = p phản ứng đạt cân bằng  Nếu Kp
16. II. CÂN BẰNG HOÁ HỌC TRONG HỆ DỊ THỂ 1.Áp dụng phương trình Van’t Hoff trong DUNG DỊCH Có thể biểu diễn HSCB theo các loại nồng độ khác nhau, trừ trường hợp biểu diễn theo áp suất. Hóa thế của cấu tử i: µi = µi + RT ln X i o* G T = GT0* + RT ln Suy ra các hệ X thức: GT0* = ­ RTln KX = KX ( ni ) ∆n Kn = Kc ( V ) Quan hệ của các ∆n HSCB: 05/18/22 607010 ­ Chương 3 16
17. 2. CÁC PHẢN ỨNG TRONG HỆ DỊ THỂ: Thường gặp phản ứng trong hệ dị thể, mà trong đó các chất tồn tại trong các pha khác nhau, ví dụ: Fe2O3 (r) + 3 CO(k) = 2 Fe(r) + 3 CO2 (k) Br2 (l) + H2 (k) = 2 HBr(k) Nếu các chất rắn và lỏng trong phản ứng không tạo dung dịch, HSCB chỉ phụ thuộc vào thành phần khí: CaCO3 (r ) = CaO (r ) + CO2 (k ) xCaO .PCO2 Kp = � K p' = PCO2 xCaCO3 05/18/22 607010 ­ Chương 3 17
18. CaCO3 (r ) = CaO (r ) + CO2 (k ) • ` 05/18/22 607010 ­ Chương 3 18
19. 3. Áp suất phân ly: Tại một nhiệt độ xác định, KP luôn là hằng số, tức là: K P = PCO2 ( ) CB = const ( PCO2 ) Giá trị g CB ọi là áp suất phân ly PCO2 ( Giá trị nhiệt độ thỏa = ) CB PCO2 (khí quyển) gọi là nhiệt độ phân ly PCO2 ( Giá trị nhiệt độ thỏa = 1 atm CB ) gọi là nhiệt độ phân hủy 05/18/22 607010 ­ Chương 3 19
20. Ví dụ: Áp suất phân ly của CaCO3 phụ thuộc vào nhiệt độ theo phương trình: lg PCO2 (CaCO3 )= ­ 8695/T + 7,54 cho PCO2 (CaCO3 ) = PCO2 (khí quyển) = 3,0.10—4atm tìm được Tphânly = 512oC cho PCO2 (CaCO3 ) = 1 atm tìm được Tphân huỷ =880oC. 05/18/22 607010 ­ Chương 3 20