Bài giảng Hóa Lý 1 - Chương 3: Cân bằng hóa học - Ngo Thanh An

Nội dung text: Bài giảng Hóa Lý 1 - Chương 3: Cân bằng hóa học - Ngo Thanh An

1. I. ÑÒNH LUAÄT TAÙC DUÏNG KHOÁI LÖÔÏNG VAØ HAÈNG SOÁ CAÂN BAÈNG 1. NOÄI DUNG ÑÒNH LUAÄT Xeùt phaûn öùng ñoàng theå: k1 bB++ dD⎯⎯⎯⎯→ gG rR k2 bd Toác ñoä p/ư thuaän: v11= k CBD C gr Toác ñoä p/ư nghòch: v22= k CGR C 1/8/2023 607010 - Chương 3 2
2. Hình 3.1. Caân baèng hoùa hoïc ñaït ñöôïc töø hai phía thuaän vaø nghòch cuûa phaûn öùng H2 + I2 = 2HI HI, % 100 2HI = H + I 2 2 80 60 H + I = 2HI 2 2 40 20 0 25 50 75 100 t (phuùt) 1/8/2023 607010 - Chương 3 4
3. 1/8/2023 607010 - Chương 3 6
4. 2. QUAN HEÄ GIÖÕA G VAØ HSCB G = gGRBD + r  − b  − d  AD caùc phöông trình : o i=+ iRTln P i o o o o G = gGRBD + r  − b  − d  +RT ( g ln PGRBD + r ln P − b ln P − d ln P ) o (1) G = G + RT ln P o o o o o Trong ñoù: G = gGRBD + r  − b  − d  PPgr vaø GR =P bd PPBD 1/8/2023 607010 - Chương 3 8
5. Khi phaûn öùng ñaït caân baèng thì G = 0, ta coù: Go = − RTln  = − RT ln K (2) ( PP)cb   P (3) G = − RTln KPP + RT ln  = RT ln KP (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). 1/8/2023 607010 - Chương 3 11
6. 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 PPCCGRGR g+ r − b − d n Kpc= b d = b d ( RT) = K( RT ) PPCC BDBD cb cb gr XXGR. g+ r − b − d n == (PKP) X ( ) XXbd. BDcb g+ r − b − d n n gr nnGR. PP RT == Kn = Kn nbd. n n n B Dcb  i cb i cb V cb 1/8/2023 607010 - Chương 3 13
7. 4. XEÙT CHIEÀU TRONG PHAÛN ÖÙNG HOÙA HOÏC P G = − RTln KPP + RT ln  = RT ln (4) KP Töø caùc pt (1), (3), (4), ta coù theå xeùt chieàu cuûa phaûn öùng hoùa hoïc töông töï nhö khi xeùt G: ➢ Neáu Kp > p phaûn öùng töï xaûy ra theo chieàu thuaän ➢ Neáu Kp = p phaûn öùng ñaït caân baèng ➢ Neáu Kp < p phaûn öùng theo chieàu nghòch Tính toaùn p gioáng nhö Kp, nhöng khaùc : - Kp öùng vôùi traïng thaùi caân baèng cuûa p/ö hh - p öùng vôùi traïng thaùi baát kyø. 1/8/2023 607010 - Chương 3 15
8. 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 ) xP. KKP=CaO CO2 ' = px p CO2 CaCO3 1/8/2023 607010 - Chương 3 17
9. 3. AÙp suaát phaân ly: Taïi moät nhieät ñoä xaùc ñònh, KP luoân laø haèng soá, töùc laø: KP= P( CO2 )CB = const Giaù trò P goïi laø aùp suaát phaân ly ( CO2 )CB Giaù trò nhieät ñoä thoûa P = PCO (khí quyeån) ( CO2 )CB 2 goïi laø nhieät ñoä phaân ly Giaù trò nhieät ñoä thoûa P = 1 atm ( CO2 )CB goïi laø nhieät ñoä phaân huûy 1/8/2023 607010 - Chương 3 19
10. Ví duï: CaCO3 (r ) = CaO (r ) + CO2 (k ) Xeùt ôû ñieàu kieän ñaúng nhieät: (PCO2/CaCO3)cb > PCO2/KK : pö xaûy ra theo chieàu chuaän (PCO2/CaCO3)cb < PCO2/KK : pö xaûy ra theo chieàu nghòch, töùc laø chieàu taïo thaønh CaCO3 → CaCO3 beàn (PCO2/CaCO3)cb = PCO2/KK : pö caân baèng, ñaây laø giôùi haïn cuûa söï phaân ly vaø beàn cuûa CaCO3 1/8/2023 607010 - Chương 3 21
11. 1/8/2023 607010 - Chương 3 23
12. Nguyeân lyù Le Chaterlier Khi taùc duïng töø ngoaøi vaøo heä caân baèng baèng caùch thay ñoåi moät ñieàu kieän naøo ñoù coù aûnh höôûng ñeán caân baèng, thì vò trí caân baèng cuûa heä seõ dòch chuyeån veà phía laøm giaûm hieäu quaû taùc duïng ñoù. - Neáu taêng nhieät ñoä, caân baèng seõ dòch chuyeån theo chieàu THU NHIEÄT - Neáu giaûm nhieät ñoä, caân baèng seõ dòch chuyeån theo chieàu TOÛA NHIEÄT Giaûi thích: - Quaù trình thu nhieät seõ laøm giaûm söï taêng nhieät ñoä - Quaù trình toûa nhieät seõ laøm giaûm söï giaûm nhieät ñoä 1/8/2023 607010 - Chương 3 25
13. b/ Phöông trình daïng tích phaân Xuaát phaùt töø 2 phöông trình: d lnKp = dT + I ai HT = Ho +  i +1 Suy ra: ( ) 1 Ho 1 122 1 − lnKPo=− + a ln T + + a1 T a 2 T + a− 2 T + I RT 2 6 2 J trong ñoù I laø haèng soá tích phaân I = − R 1/8/2023 607010 - Chương 3 27
14. c/ Tính theo theá ñaúng aùp ruùt goïn Töø caùc coâng thöùc trong chöông 2: oo oo GHTo− GHTTo = −. T oo oo GHT − 298 GHTT = 298 −. T Suy ra: o oo oo G −(GHTT) HH RKln = −T = − −oo =  * − PTTTTT −GHoo * ( TT) T = − laø theá ruùt goïn ôû T K T 1/8/2023 607010 - Chương 3 29
15. Suy ra: - Neáu H > 0 (phaûn öùng thu nhieät): KHI T TAÊNG, THÌ KP TAÊNG CB dòch chuyeån theo chieàu thuaän = thu nhieät - Neáu H < 0 (phaûn öùng toûa nhieät): KHI T TAÊNG, THÌ KP GIAÛM CB dòch chuyeån theo chieàu nghòch = thu nhieät 1/8/2023 607010 - Chương 3 31
16. 2. AÛnh höôûng cuûa aùp suaát toång coäng ñeán HSCB: Heä ngöng tuï aùp suaát khoâng aûnh höôûng ñeán HSCB (raén vaø loûng) n Heä khí: Kp = KX P = const n * n > 0: khi aùp suaát taêng, P taêng do ñoù KX phaûi giaûm - töùc laø CB chuyeån dòch theo chieàu nghòch. n * n < 0: khi aùp suaát taêng, P giaûm do ñoù KX phaûi taêng - töùc laø CB chuyeån dòch theo chieàu thuaän. * n = 0: khi ñoù KX = Kp = const aùp suaát khoâng aûnh höôûng ñeán CB . 1/8/2023 607010 - Chương 3 33
17. 3. AÛnh höôûng cuûa caùc chaát khoâng tham gia phaûn öùng (chaát trô): - n TRONG DUNG DÒCH: Kc = Kn(V) = const Khi chaát trô hay dung moâi taêng laøm cho V taêng, ñeå giöõ Kc= const baét buoäc Kn phaûi thay ñoåi ➔ CB bò chuyeån dòch veà phía laøm taêng soá mol leân. n TRONG HEÄ KHÍ : Kp = Kn (P /  ni ) = const Khí khoâng tham gia phaûn öùng taêng töùc laø ni taêng ➔ (giaûi thích aûnh höôûng töông töï phaàn III.3.2 ). Löu yù: Kc chæ phuï thuoäc vaøo T Kn phuï thuoäc vaøo T vaø P vaø ni 1/8/2023 607010 - Chương 3 35
18. 1/8/2023 607010 - Chương 3 37
19. Bieåu thöùc toaùn hoïc bieåu dieãn ñònh lyù nhieät Nernst:  HG  lim = lim TT→→00 TT lim HG = lim TT→→00 Heä quaû: 1) Tieáp tuyeán chung cuûa hai ñöôøng cong H= f(T) vaø G= (T) taïi 0 K thì song song vôùi truïc nhieät ñoä  HG  Nghóa laø: lim == lim 0 TT→→00 TT 1/8/2023 607010 - Chương 3 39
20. 2. AÙp duïng ñònh lyù nhieät Nernst AÙp duïng ñònh lyù Nernst ñeå tính ñöôïc entropy tuyeät ñoái, tính ñöôïc caùc haèng soá I, J vaø töø ñoù tính ñöôïc G vaø KP theo lyù thuyeát. 1) Heä ngöng tuï ôû gaàn 0 K Ta coù: =CP 0 H = const 11 maø : H = H + a T + a T23 + a T + T o o 2313  H 11 T = a + a T + a T + = 0 T o 2313 Suy ra: ao = 0 1/8/2023 607010 - Chương 3 41
21. 2) Heä khí Trong heä khí Nernst thu ñöôïc phöông trình coù daïng sau: H ln K=K dT + j P RT 2 Trong ñoù: j laø haèng soá hoaù hoïc thöïc: j =  jcuoái -  jñaàu Giaù trò cuûa j ñöôïc cho trong soå tay caùc ñaïi löôïng nhieät ñoäng. Caùc ñaïi löôïng khaùc trong phöông trình chæ tính cho pha khí (neáu phaûn öùng dò theå ). 1/8/2023 607010 - Chương 3 43
22. V. CAÙC PHÖÔNG PHAÙP XAÙC ÑÒNH HSCB (TÖÏ ÑOÏC) * Phöông phaùp tröïc tieáp: xaùc ñònh noàng ñoä hay aùp suaát ôû traïng thaùi caân baèng * Phöông phaùp giaùn tieáp: phaân tích caùc ñaïi löôïng hoùa lyù (P, V, d, cöôøng ñoä maøu, ñoä daãn ñieän, chieát suaát ) coù quan heä noàng ñoä hay aùp suaát * Phöông phaùp nhieät ñoäng: tính toaùn caùc ñaïi löôïng nhieät ñoäng (nhö G) ñeå suy ra HSCB * Phöông phaùp ñieän hoùa: xaùc ñònh söùc ñieän ñoäng E cuûa pin ñieän hoùa ñeå tính HSCB 1/8/2023 607010 - Chương 3 45
23. Fugat f laø moät haøm soá cuaû aùp suaát maø khi thay noù vaøo vò trí cuûa aùp suaát trong caùc phöông trình nhieät ñoäng thì nhöõng phöông trình naøy vaãn giöõ nguyeân daïng ñôn giaûn nhö ñoái vôùi khí lyù töôûng f = ( P ). f Heä soá fugat:  = P  =1 f  Khí lyù töôûng: ➔ lim== lim 1 Khí thöïc:  1 TT→→00P  Haèng soá caân baèng: KKKfP=  . 1/8/2023 607010 - Chương 3 47
24. BAØI TAÄP 1/8/2023 607010 - Chương 3 49