Bài giảng Hóa học - Chương 5: Cân bằng hóa học

Trạng thái cân bằng hóa học là trạng thái của phản ứng hóa học và tỉ lệ lượng chất giữa các chất phản ứng với sản phẩm phản ứng không thay đổi ở những điều kiện bên ngoài nhất định. Mời các bạn tham khảo chương 5.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Hóa học - Chương 5: Cân bằng hóa họcCHƯƠNG 5: CÂN BẰNG HÓA HỌC (3T LT + 1T BT) 1. Cân bằng hóa học 1.1 Cân bằng hóa học – Phản ứng thuận nghịch• Phản ứng 1 chiều: chỉ xảy ra theo 1 chiều trong bất kỳ điều kiện nào hay ít ra là trong điều kiện tiến hành phản ứng.• Ví dụ: KClO3 = 2KCl + 3O2 MnO2, to• 2H2 + O2 Pt = H2O• Phản ứng 2 chiều hay phản ứng thuận-nghịch: trong cùng điều kiện tiến hành phản ứng xảy ra theo 2 chiều ngược nhau. Phản ứng thuận-nghịch chỉ xảy ra cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng.• Ví dụ: H2 + I2 to 2 HI 1.2 Trạng thái cân bằng hóa học• Xét phản ứng 356oC • H2 + I2  2 HI• Định nghĩa: Trạng thái cân bằng hóa học là trạng thái của phản ứng hóa học có vt = vn và tỉ lệ lượng chất giữa các chất phản ứng với sản phẩm phản ứng không thay đổi ở những điều kiện bên ngoài nhất định. Các đặc điểm của trạng thái cân bằng hóa học:• Tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứngnghịch.• Tỉ lệ lượng chất giữa các chất tham gia phản ứngkhông thay đổi ở những điều kiện bên ngoài nhấtđịnh.• Cân bằng hóa học là cân bằng động. Không thay đổi theo thời gian nếu những điều kiệnbên ngoài quyết định trạng thái cân bằng không thay 2. Hằng số cân bằng và mức độ diễn ra của phản ứng hóa họcv Hằng số cân bằng• Xét phản ứng đồng thể tổng quát: • aA + bB  cC + dDỞ trạng thái cân bằng: vt = kt [A]a [B]b = vn = kn [C]c [D]d kt, kn: hằng số tốc độ phản ứng thuận và phản ứng c d nghịch; kt [C ] [ D ]KC = = a b [ ] : nồng độ cân bằng. k n [ A] [ B ] KC: hằng số cân bằng biểu diễn qua nồng độØ Hằng số cân bằng có thể biểu diễn qua áp suấtriêng phần của các chất khí tham gia phản ứng. Nếucác chất A, B, C, D là những chất khí ta có: c d P P P: áp suất riêng phần lúc cân KP = Ø C D P Pa b bằng của các chất A, B, C, D A BLưu ý :Ø Nếu tham gia vào phản ứng có cả chất khí, lỏngvà rắn (phản ứng dị thể) thì khi viết biểu thức hằngsố cân bằng chỉ chú ý đến chất khí. Vì nồng độ hayáp suất hơi bão hòa của chất rắn hoặc lỏng là đạilượng không đổi ở nhiệt độ nhất địnhv Hằng số cân bằng tính theo nồng độphần mol, Kx Xi: nồng độ phần mol của từng chất ở trạng thái cân bằng Theo Dalton, PA = xA.P KP = KX (P)nv Hằng số cân bằng tính theo số mol, Kn n: số mol của từng chất ở trạng thái cân bằng Theo Dalton, PA = xA.P KP = Kn (P / tổng mol)n Mối liên quan giữa các hằng số cân bằngXét phản ứng tổng quát: aA + bB  cC + dD KP = KC (R T)n với : n = (c + d)  (a + b) và R = 0.082 Ý nghĩa của hằng số cân bằng§ Đối với phản ứng đã cho K là hằng số tại nhiệtđộ nhất định.§ K cho biết mức độ xảy ra của phản ứng về địnhtính (nông, sâu) và định lượng (hiệu suất): K cànglớn phản ứng xảy ra càng sâu, hiệu suất càng lớnvà ngược lại. Một số ví dụVí dụ 1: Cho phản ứng thuận nghịch PCl5(k) ⇔ PCl3(k) + Cl2(k)Ở 300oC nồng độ lúc cân bằng của PCl5 bằng4,08.10-4, của PCl3 và Cl2 đều bằng 0,01 mol/l. Tínhhằng số cân bằng KC và KP của phản ứng ở 300oC.Ví dụ 2: Trong bình kín chứa các khí H2 và I2 ở600oK áp suất riêng phần ban đầu của chúng tươngứng là 1,980 và 1,710 atm. Cho Kp = 92,6a.Tính áp suất riêng phần của các khí trong bình cũngnhư áp suất chung của hệ sau khi phản ứng xảy rađạt trạng thái cân bằng ở nhiệt độ đã cho.b. Tính hieu suat phan ung?Ví dụ 3: Cho phản ứng: FeO(r) + CO(k)  Fe(r) + CO2(k)a. Tính nồng độ CO, CO2 lúc cân bằng ở 1000oC, biết ở nhiệt độ này phản ứng có hằng số cân bằng KC = 0,5 và nồng độ ban đầu của CO là 0,06 mol/litb. Sau khi cân bằng phản ứng trên được thiết lập (ở điều kiện đã cho) thêm vào lượng CO tương ứng 1 mol/lit . Tính nồng độ CO, CO2 lúc cân bằng mới được thiết lập.c. Tính hiệu suất tổng cộng của phản ứng . 3. Hằng số cân bằng và thế đẳng ápỞ điều kiện chuẩn: GoT = Ho298 - T So298 = RT ln KP L ưu ý Ø Trong biểu thức GoT: chính xác là KP, còn chỉ áp dụng được KC khi KC = KP (tức là khi n = 0) hoặc khi phản ứng diễn ra trong dung dịch. Các ví dụ• Ví dụ: Cho phản ứng: • 2 NO2 (k)  N2O4 (k)• H0298,tt(kcal/mol) 8,019 2,309• S0298 (cal/mol.độ) 57,46 72,73•a. Ở 25oC và áp suất riêng phần mỗi khí là 1 atm phản ứng có xảy ra không? Nếu có thì hiệu suất là bao nhiêu?b. Xác định chiều xảy ra của phản ứng đã cho ở các điều kiện 25oC. 4. Hằng số cân bằng và hiệu ứng nhiệtKết hợp các biểu thức nhiệt động ta có:- RTlnK = ∆Ho -T∆So lnK = - ∆Ho/RT +∆So/RTrong một khoảng nhiệt độ không lớn thì ∆Ho ∆Sokhông thay đổi theo nhiệt độ nên: Phương trình cho phép tính K của một phản ứng ở nhiệt độ bất kỳ khi biết K và hiệu ứng nhiệt của phản ứng ở một nhiệt độ khác Ví dụ• Cho phản ứng NO (k) + 1/2O2 ↔ NO2 (k)• Tính hằng số cân bằng Kp của phản ứng ở 325oC biết hiệu ứng nhiệt tiêu chuẩn của phản ứng bằng• -57,07kJ/mol và hằng số cân bằng Kp ở 25oC bằng 1,3.106. • ...