Title Chuyên đề 7. Cân bằng hóa học.doc ✅

Trang 1 CHUYÊN ĐỀ 7. CÂN BẰNG HÓA HỌC A. LÍ THUYẾT CƠ BẢN VÀ NÂNG CAO I. PHẢN ỨNG MỘT CHIỀU (BẤT THUẬN NGHỊCH)  Là phản ứng chỉ xảy ra theo một chiều từ trái sang phải. Ví dụ: 0 2, 322KClO2KCl3OMnOt Trong cùng điều kiện trên, KCl và 2O không thể phản ứng được với nhau tái  tạo lại KClO 3 . II. PHẢN ỨNG THUẬN NGHỊCH  Là phản ứng xảy ra theo hai chiều ngược nhau (được biểu diễn bằng hai mũi tên  ngược nhau ⇄ ). Ví dụ: 22ClHOHClHClO⇄ Ở điều kiện thường Cl2 phản ứng với H 2 O tạo thành HCl và HClO, đồng thời HCl và HClO sinh ra cũng phản ứng với nhau tạo lại Cl 2 và H 2 O. III. CÂN BẰNG HÓA HỌC  Là trạng thái của phản ứng thuận nghịch khi tốc độ của phản ứng thuận bằng tốc độ của phản ứng nghịch.  Xét phản ứng thuận nghịch:  aAbBcCdD  Tốc độ của phản ứng thuận: [][]bab ttVkAB Tốc độ của phản ứng nghịch: cd nnVk[C][D] Ban đầu tốc độ của phản ứng thuận giảm dần theo thời gian vì [A], [B] giảm, đồng thời và tăng dần  vì [C], [D] tăng. Tới một lúc nào đó: tnVV ta có cân bằng hóa học.  Hằng số cân bằng: cd abedt tntncab n k[C][D] VVk[A][B]k[C][D]K k[A][B] Vì ,tnkk không đổi (ở nhiệt độ không đổi) nên K c không đổi và được gọi là hằng số cân bằng (nồng độ). Điều đó có nghĩa là K c không phụ thuộc vào nồng độ của các chất A, B, C, D. Đối với chất khí, ngoài cách biểu diễn K c , người ta còn biểu diễn hằng số cân bằng theo áp suất K p .  cd CD pab AB PP K PP    Trong đó: , , CDABPPPvàP là áp suất riêng phần của các chất khí C, D, A và B.  Ví dụ: 
Trang 2 2232SO(k)O(k)2SO(k)Æ   2 22 22 SO3 cp22 SOO22 PSO k còn k PPSOO  Lưu ý: -Giá trị của hằng số cân bằng K phụ thuộc vào hệ số của phương trình cân bằng:  Ví dụ:    2 2 242C 24 NO NO(k)2NO(k)K NO   Nếu ta viết:    2 242C1 2 24 NO 1/2NO(k)NO(k)K NO     Ở cùng nhiệt độ 2CCKK K = (K')?. . - Hằng số cân bằng của một phản ứng nhất định (đã cân bằng) chỉ phụ thuộc vào  nhiệt độ. - Đối với các cân bằng dị thể rắn – lỏng, rắn - khí thì nồng độ các chất rắn coi như không đổi và không đa vào hằng số cân bằng.  Ví dụ: .310 32C2CaCO(r)CaO(r)CO(k)O800C,KCO4.10mol.lÆ - Quan hệ giữa CPKvàK đối với các chất khí:  Thay giá trị i ii nRT PCRT V vào biểu thức PK ta có:  cdcdcd(ah) pahab [CRT)([D]RT)CD K(RT) (|A|RT)([B]RT)[A][B [][] ]    �O CKK(RT)n P   với n là hiệu của tổng hệ số tỉ lượng của sản phẩm và tổng hệ số tỉ  lượng của các chất phản ứng. Nếu 0n thì PCKK . - Cân bằng hoá học là một cân bằng động, nghĩa là tại trạng thái cân bằng, các phản ứng thuận và nghịch vẫn xảy ra nhưng tnVV nên không nhận thấy sự biến đổi trong hệ và nồng độ các chất không đổi. IV, CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG HÓA HỌC 1. Ảnh hưởng của nồng độ: Khi tăng hoặc giảm nồng độ của một chất trong cân  bằng, thì cân bằng bao giờ cũng chuyển dịch theo chiều làm giảm hoặc tăng  nồng độ của chất đó. Chú ý: Trong hệ cân bằng có chất rắn (ở dạng nguyên chất) thì việc tăng, hoặc  giảm khối lượng của chất rắn không làm chuyển dịch cân bằng Ví dụ: Xét hệ cân bằng sau trong bình kín ở nhiệt độ không đổi  *2C(r)CO(k)2CO(k)⇄ Khi phản ứng đang ở trạng thái cân bằng, nếu ta tăng nồng độ CO 2 (hoặc giảm nồng độ CO) thì cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều thuận. Nếu ta chỉ tăng hoặc giảm khối lượng C thì cân bằng không chuyển dịch. 2. Ảnh hưởng của áp suất: Khi tăng hoặc giảm áp suất chung của hệ cân bằng  thì cân bằng bao giờ cũng chuyển dịch theo chiều làm giảm tác dụng của việc tăng hay giảm áp suất đó. Nghĩa là, nếu tăng áp suất thì cân bằng sẽ chuyên dịch theo chiều làm giảm số mol khí và ngược lại. Chẳng hạn, trong phản ứng  (*), nếu ta giảm áp suất của hệ thì cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều thuận.
Trang 3 Chú ý: Nếu phản ứng có số mol khí tham gia ở hai vế của phương trình hoá học  bằng nhau hoặc phản ứng không có chất khí tham gia thì áp suất không ảnh hưởng đến cân bằng. Ví dụ: 22H(k)I(k)2HI(k)  2NaOH()HCl()NaCl()HO()llll 3. Ảnh hưởng của nhiệt độ: Khi tăng nhiệt độ, cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều phản ứng thu nhiệt 0AH . Khi giảm nhiệt độ, cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều phản ứng tỏa nhiệt 0AH . Ví dụ: 223N(k)3H(k)2NH(k)H46,19kJ  . Phản ứng trên là phản ứng tỏa nhiệt, vì vậy một trong những biện pháp để thu  được nhiều NH 3 là giảm nhiệt độ. Chú ý: Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng thuận và phản ứng nghịch với số lần  bằng nhau. Do vậy, chất xúc tác có tác dụng làm cho cân bằng nhanh chóng được thiết lập, không ảnh hưởng đến việc chuyển dịch cân bằng hoá học. Nguyên lí Lơ Sa - tơ – li –ê: Một phản ứng đang ở trạng thái cân bằng chịu một tác động từ bên ngoài như biến đổi nồng độ, áp suất, nhiệt độ, thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động bên ngoài đó. 5. Năng lượng tự do Gipxơ và hằng số cân bằng  Xét phản ứng tổng quát:  bBdDeEfF.  (5.1) Biến thiên thế đăng áp được tính như sau:  EFBDGeGfGbGdG (5.2) Trong đó G là thế đẳng áp hay hàm Gipxơ của 1 mol chất khảo sát trong hệ tại áp suất P xác định ( G được gọi là thế đẳng áp mol riêng phần). Nếu xét ở điều kiện chuẩn: 1 mol chất nguyên chất tại 1 atm cho toàn bộ các chất thì ta có:  00000FBDeGeGfGbGdG (5.3) Biểu thức liên hệ 0 G hay G với hóa thế, kết hợp (5.2) với (5.3) ta sẽ có phương trình:  ef 0es hd BD aa GGRTln aa    (5.4)  Khi phản ứng (5.1) đạt trạng thái cân bằng thì:  cf 0EF ahd BD aa G0GRTlnRTlnK aa    ⋯ (5.5)  Thay CaK cho K ta được:  0 CGRTlnK (5.6) Với các phản ứng ở pha khí, ta có:  p 0 GRTlnK (5.7) Tóm lại:  0 GRTInK2,303RTIgK (5.8) 6. Các ví dụ minh họa Ví dụ 1: Cho 8 gam lá Al vào một cốc đựng dung dịch H 2 SO 4 3M (dư) ở nhiệt độ thường. Nếu giữ nguyên các điều kiện khác, chỉ biến đổi một trong các điều kiện sau đây thì tốc độ phản ứng biến đổi như thế nào (tăng lên, giảm xuống hay không đổi)? a) Thay 8 gam nhôm lá bằng 8 gam bột nhôm.
Trang 4 b) Thay dung dịch F 2 SO 4 3M bằng dung dịch H 2 SO 4 2M. c) Thực hiện phản ứng ở nhiệt độ cao hơn (khoảng 40 0 C). d) Dùng thể tích dung dịch H 2 SO 4 3M gấp đôi ban đầu.  Giải Phương trình hóa học của phản ứng:  24242 32Al3HSOAlSO3H a) Tốc độ phản ứng tăng vì diện tích tiếp xúc giữa nhôm và axit H 2 SO 4 tăng b) Tốc độ phản ứng giảm vì khi giảm nồng độ axit H 2 SO 4 thì tốc độ va chạm giữa các phân tử chất phản ứng giảm. c) Tốc độ phản ứng tăng vì khi tăng nhiệt độ thì tần số va chạm giữa các phân tử chất phản ứng tăng. d) Tốc độ phản ứng không đổi vì khi dùng thể tích dung dịch H 2 SO 4 3M gấp đôi thì nồng độ axit vẫn không thay đổi. Ví dụ 2: Xét cân bằng sau trong một bình kín:  32CaCO(r)CaO(r)CO(k)H178KJ  Ở 820 0 C hằng số cân bằng 3 CK4,28.10 . a) Phản ứng trên là phản ứng tỏa nhiệt hay thu nhiệt ? b) Khi phản ứng đang ở trạng thái cân bằng, nếu biến đổi một trong những điều kiện sau đây thì hằng số cân bằng CK biến đổi như thế nào ? Giải thích.  • Giảm nhiệt độ của phản ứng xuống  • Thêm khí CO 2 vào  • Tăng dung tích của bình phản ứng lên  •Lấy bớt một lượng CaCO 3 ra  Giải 32CaCO(r)CaO(r)CO(k)H178KJ⇄ a) Phản ứng thu nhiệt vì H0 b) C2KCO • Khi giảm nhiệt độ của phản ứng xuống thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều nghịch (chiều tỏa nhiệt) để đến trạng thái cân bằng mới và ở trạng thái cân bằng mới này thì nồng độ CO 2 giảm => K C giảm  • Khi thêm khí CO 2 vào  Nồng độ CO 2 tăng  Cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận nhưng ở trạng thái cân bằng mới nồng độ CO 2 không thay đổi  K C không đổi  • Khi tăng dung tích của bình phản ứng lên  Áp suất của hệ giảm nồng độ CO 2  giảm)  Cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận làm tăng nồng độ CO 2 nhưng chỉ tăng đến khi bằng nồng độ CO 2 trước khi tăng dung tích của bình lên thì dừng lại và cân bằng được thiết lập  K C không đổi.  •Lấy bớt một lượng CaCO 3 ra thì cân bằng không chuyển dịch  Kc không đổi Ví dụ 3: Cho 0,1 mol CO tác dụng với 0,15 mol H 2 trong bình có dung tích 1 lít, ở nhiệt độ cao, xảy ra phản ứng: 23CO(k)2H(k)CHOH(k)  Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng thì 3CHOH0,05mol . Tính hằng số cân bằng K C của phản ứng trên.  Giải 23CO(k)2H(k)CHOH(k) 0,050,10,05   ⇄ 2[CO]0,10,050,05M;H0,150,10,05M C2 0,05 K400 0,05.0,05