Bài giảng Hóa lý - Chương 3: Cân bằng hóa học (Bản hay)

Chöông III

CAÂN BAÈNG HOÙA HOÏC

I. Ñònh luaät taùc duïng khoái löôïng vaø haèng soá caân baèng

II. Caân baèng hoaù hoïc trong heä dò theå

III. Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán caân baèng hoaù hoïc

IV. Ñònh lyù nhieät Nernst

V. Caùc phöông phaùp xaùc ñònh haèng soá caân baèng

VI. Caân baèng hoùa hoïc trong heä thöïc

I. ÑÒNH LUAÄT TAÙC DUÏNG KHOÁI LÖÔÏNG VAØ

HAÈNG SOÁ CAÂN BAÈNG

1. NOÄI DUNG ÑÒNH LUAÄT

Xeùt phaûn öùng ñoàng theå:

⎯^k⎯¹→

bB + dD gG +rR

⎯⎯

k₂

v₁= k₁C_B^bC_D^d

Toác ñoä p/ư thuaän:

g r

v₂= k₂C_GC_R

Toác ñoä p/ư nghòch:

5/1/2022

607010 -

Chương 3

2

⎯^k⎯¹→

bB + dD gG +rR

⎯⎯

k₂

Ban ñaàu v₁> v₂, sau ñoù v₁giaûm daàn, v₂taêng leân.

Khi v₁= v₂thì phaûn öùng ñaït caân baèng. Luùc ñoù, ta

ñöôïc:

k₁C_B^bC_D^d= k₂C_G^gC_R^r

g r

 

k₁C_GC_R

 K = =

 

C

b d

k₂C C



B D _cb

K_cñöôïc goïi laø HAÈNG SOÁ CAÂN BAÈNG cuûa pö.

Giaù trò cuûa haèng soá caân baèng ñaëc tröng cho caân baèng

cuûa phaûn öùng ôû ñieàu kieän xaùc ñònh, noù khoâng thay

ñoåi khi thay ñoåi noàng ñoä chaát p/ö.

5/1/2022

607010 -

Chương 3

3

Hình 3.1. Caân baèng hoùa hoïc ñaït ñöôïc töø hai phía

thuaän vaø nghòch cuûa phaûn öùng H₂+ I₂= 2HI

HI, %

100

2HI = H₂+ I₂

80

60

H₂+ I₂= 2HI

40

20

0

25 50 75 100

t (phuùt)

5/1/2022

607010 -

Chương 3

4

5/1/2022

607010 -

Chương 3

5

5/1/2022

607010 -

Chương 3

6

ÑÒNH LUAÄT TAÙC DUÏNG KHOÁI LÖÔÏNG

(do Guldbrg vaø Waage ñöa ra naêm 1867)

Khi moät heä ñoàng theå ñaït ñeán traïng thaùi caân baèng, thì

tích noàng ñoä cuûa caùc saûn phaåm phaûn öùng chia cho

tích noàng ñoä cuûa caùc chaát phaûn öùng luoân luoân laø moät

haèng soá

5/1/2022

607010 -

Chương 3

7

2. QUAN HEÄ GIÖÕA G VAØ HSCB

G = g_G+ r_R− b_B− d_D

AD caùc phöông trình :

_i= _i^o+ RT ln P

i

G = g_G^o+ r_R^o− b_B^o− d_D^o

+ RT(g ln P + rln P − bln P − d ln P )

G

R

B

D

 G = G^o+ RT ln_P

(1)

G^o= g_G^o+ r_R^o− b_B^o− d_D^o

Trong ñoù:

P^gP^r

G R

P^bP^d

vaø

_P=

B D

607010 -

Chương 3

5/1/2022

8

5/1/2022

607010 -

Chương 3

10

Khi phaûn öùng ñaït caân baèng thì G = 0, ta coù:

G^o= −RT ln  = −RT lnK

(2)

( )

P

cb

_P

K_P



(3)

= RT ln

G = −RT ln K_P+ RT ln_P

(1) – (3) laø caùc phöông trình ñaúng nhieät Van’t Hoff,

laø nhöõng phöông trình cô baûn cuûa lyù thuyeát veà

CBHH

 aùp duïng caùc keát quaû cuûa nhieät ñoäng hoïc (tính

toaùn döïa treân G) vaøo caân baèng hoùa hoïc (thoâng

qua HSCB K).

5/1/2022

607010 -

Chương 3

11

5/1/2022

607010 -

Chương 3

12

3. CAÙC DAÏNG KHAÙC NHAU CUÛA HSCB

Caùc chaát coù theå bieåu dieãn bôûi caùc noàng ñoä khaùc nhau

neân cuõng coù caùc daïng HSCB khaùc nhau.

g r

G R

g r

   

P .P C_G.C_R

g+r−b−d

n

K =

=

RT = K RT

( )

_c( )

   

p

P^b.P^dC^b.C^d



B D _cb B D _cb

g

r

 

X_G.X_R

g+r−b−d

P = K P

( ) _X( )

n

=

 

X_B^b.X_D^d

 _cb

 ^g+r−b−d

 ^n

g r

RT

 

n_G.n_R

 

P

= K_n

=

= K

 

_n 

 

b d

 

n .n

n

V

_ _

 _cb

B D

i

 _cb

cb

5/1/2022

607010 -

Chương 3

13

Caùc daïng khaùc nhau cuûa HSCB:

 ^n

n

P

RT

n

 

K = K RT = K P = K

_c( ) _X( )

= K_n

_n 

p

 

n

V

 

_



_

i

K_p= K_x= K_X= K_n

n = 0

khi

thì

5/1/2022

607010 -

Chương 3

14

4. XEÙT CHIEÀU TRONG PHAÛN ÖÙNG HOÙA HOÏC

_P

K_P

G = −RT ln K_P+ RT ln_P= RT ln

(4)

Töø caùc pt (1), (3), (4), ta coù theå xeùt chieàu cuûa phaûn öùng

hoùa hoïc töông töï nhö khi xeùt G:

➢ Neáu K_p> _pphaûn öùng töï xaûy ra theo chieàu thuaän

➢ Neáu K_p= _pphaûn öùng ñaït caân baèng

➢ Neáu K_p< _pphaûn öùng theo chieàu nghòch

Tính toaùn _pgioáng nhö K_p, nhöng khaùc :

- K_pöùng vôùi traïng thaùi caân baèng cuûa p/ö hh

- _pöùng vôùi traïng thaùi baát kyø.

5/1/2022

607010 -

Chương 3

15

II. CAÂN BAÈNG HOAÙ HOÏC TRONG HEÄ DÒ THEÅ

1.AÙp duïng phöông trình Van’t Hoff trong DUNG DÒCH

Coù theå bieåu dieãn HSCB theo caùc loaïi noàng ñoä khaùc

nhau, tröø tröôøng hôïp bieåu dieãn theo aùp suaát.

_i= _i^o*+ RT ln X_i

Hoùa theá cuûa caáu töû i:

0*

G_T= G_T+ RT ln _X

Suy ra caùc heä thöùc:

0*

G_T= - RTln K_X

n

Quan heä cuûa caùc

HSCB:

K = K V = K n

_c( )

( )



n

X

i

5/1/2022

607010 -

Chương 3

16

2. CAÙC PHAÛN ÖÙNG TRONG HEÄ DÒ THEÅ:

Thöôøng gaëp phaûn öùng trong heä dò theå, maø trong

ñoù caùc chaát toàn taïi trong caùc pha khaùc nhau, ví duï:

Fe₂O₃(r) + 3 CO(k) = 2 Fe(r) + 3 CO₂(k)

Br₂(l) + H₂(k) = 2 HBr(k)

Neáu caùc chaát raén vaø loûng trong phaûn öùng khoâng taïo

dung dòch, HSCB chæ phuï thuoäc vaøo thaønh phaàn khí:

CaCO₃(r ) = CaO (r ) + CO₂(k )

x .P

CaO CO₂

K_p=

 K_p^'= P

CO₂

x

CaCO₃

5/1/2022

607010 -

Chương 3

17

CaCO₃(r ) = CaO (r ) + CO₂(k )

`

5/1/2022

607010 -

Chương 3

18

3. AÙp suaát phaân ly:

Taïi moät nhieät ñoä xaùc ñònh, K_Pluoân laø haèng soá, töùc laø:

K = P

( )

P

CO₂

= const

CB

Giaù trò

goïi laø aùp suaát phaân ly

P

( )

CO₂

CB

P

Giaù trò nhieät ñoä thoûa

=

( )

CO₂

(khí quyeån)

CO₂

CB

goïi laø nhieät ñoä phaân ly

P

Giaù trò nhieät ñoä thoûa

= 1 atm

( )

CO₂

CB

goïi laø nhieät ñoä phaân huûy

5/1/2022

607010 -

Chương 3

19

Ví duï: AÙp suaát phaân ly cuûa CaCO₃phuï thuoäc vaøo

nhieät ñoä theo phöông trình:

lg P_{CO2 (CaCO3 )}= - 8695/T + 7,54

cho P_{CO2 (CaCO3 )}= P_{CO2 (khí quyeån)}= 3,0.10^—4atm

tìm ñöôïc T_phaânly= 512^oC

cho P_{CO2 (CaCO3 )}= 1 atm tìm ñöôïc T_{phaân huyû}=880^oC.

5/1/2022

607010 -

Chương 3

20

Ví duï: CaCO₃(r ) = CaO (r ) + CO₂(k )

Xeùt ôû ñieàu kieän ñaúng nhieät:

(P_CO2/CaCO3)_cb> P_CO2/KK: pö xaûy ra theo chieàu chuaän

(P_CO2/CaCO3)_cb< P_CO2/KK: pö xaûy ra theo chieàu nghòch,

töùc laø chieàu taïo thaønh CaCO₃→ CaCO₃beàn

(P_CO2/CaCO3)_cb= P_CO2/KK: pö caân baèng, ñaây laø giôùi haïn

cuûa söï phaân ly vaø beàn cuûa CaCO₃

5/1/2022

607010 -

Chương 3

21