›
›

Giáo trình Hóa đại cương - Chương 4: Động hóa học và cân bằng hóa học

pdf 40 trang huongle 7400
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Hóa đại cương - Chương 4: Động hóa học và cân bằng hóa học", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_hoa_dai_cuong_chuong_4_dong_hoa_hoc_va_can_bang_h.pdf

Nội dung text: Giáo trình Hóa đại cương - Chương 4: Động hóa học và cân bằng hóa học

  1. CHƯƠNG 4: ĐỘNG HÓA HỌC & CÂN BẰNG HÓA HỌC 1
  2. Nội dung I. ĐỘNG HÓA HỌC 1. Một số khái niệm 2. Phương trình động học một số phản ứng đơn giản 3. Các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng II. CÂN BẰNG HÓA HỌC 1. Hằng số cân bằng 2. Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng 2
  3. I. ĐỘNG HÓA HỌC I.1. Một số khái niệm  Vận tốc phản ứng 3
  4. Tại t = 0 [A] = 8 [B] = 8 [C] = 0 Tại t = 16 [A] = 4 [B] = 4 [C] = 4 4
  5. Tại t = 32 [A] = 2 [B] = 2 [C] = 6 Tại t = 48 [A] = 0 [B] = 0 [C] = 8 5
  6.  Vận tốc phản ứng C A v t t Vận tốc tức thời tại thời điểm t: dC dA v dt dt 6
  7.  Biểu thức vận tốc phản ứng Xét phản ứng: A B C D v kAm Bn Trong đó: k: được gọi là hằng số vận tốc m: bậc phản ứng theo A n: bậc phản ứng theo B (m+n): bậc phản ứng tổng quát Hai giá trị m,n được suy ra từ giá trị thực nghiệm, có thể mang giá trị dương, âm, là số nguyên hay số thập phân 7
  8. Nếu tác chất tham gia phản ứng là chất khí, thì dùng áp suất các khí để tính vận tốc phản ứng A ( k ) B ( k ) C D m n v k.pA .pB 8
  9.  Phản ứng đơn giản & phức tạp  Phản ứng đơn giản (phản ứng sơ cấp) là phản ứng xảy ra một giai đoạn (bậc phản ứng trùng với hệ số tỷ lượng của phản ứng) 2 NO(k) + O2(k) 2 NO2(k) 2 v = k[NO] [O2]  Phản ứng phức tạp là phản ứng xảy ra nhiều giai đoạn (bậc phản ứng là các giá trị thực nghiệm) 9
  10. Ví dụ: Phản ứng Pt vận tốc 3/2 CH3CHO CH4 + CO v = k[CH3CHO] 2 N2O5 4 NO2 + O2 v = k[N2O5] 1/2 H2 + Br2 2 HBr v = k[H2][Br2] 10
  11.  Hợp chất trung gian & năng lượng hoạt hóa Hợp chất trung gian Năng lượng hoạt hóa Tác chất Sản phẩm 11
  12. Ví dụ: 12
  13. Hợp chất trung gian Năng lượng hoạt hóa Ea 13
  14. I.2. Phương trình động học một số phản ứng đơn giản  Phản ứng bậc không Tốc độ phản ứng không phụ thuộc vào nồng độ của chất phản ứng A → Sản phẩm v kA0 k const 14
  15.  Phản ứng bậc một A → Sản phẩm v kA v = k [N2O4] 15
  16.  Phản ứng bậc hai 2A → Sản phẩm v kA2 2 v = k [NO2] A + B → Sản phẩm v k AB  16
  17. I.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng  Ảnh hưởng của nồng độ tác chất A B C D v kAm Bn  Nồng độ tác chất tăng thì vận tốc phản ứng tăng  Vận tốc phản ứng giảm theo thời gian 17
  18. + Đối với phản ứng thuận nghịch A B m Theo chiều thuận (A B) vth k th A n Theo chiều nghịch (B A) v ng k ng B  Theo thời gian . [A] giảm vth giảm . [B] tăng vng tăng  Khi vth = vng phản ứng đạt cân bằng 18
  19.  Ảnh hưởng của nhiệt độ Quy tắc Van’t Hoff Khi tăng nhiệt độ lên 100 thì vận tốc phản ứng tăng lên 2 4 lần Số lần tăng này gọi là hệ số nhiệt độ: γ v k T 2 2  10 v1 k1 Với v2 , k2 là vận tốc và hằng số vận tốc của phản ứng ở nhiệt độ T2 v1 , k1 là vận tốc và hằng số vận tốc của phản ứng ở nhiệt độ T1 ΔT = T2 - T1 19
  20. Hệ thức Arrhenius E a k A.e RT Ea : năng lượng hoạt hóa của phản ứng A : thừa số tần số (thể hiện xác suất va chạm hữu hiệu của các phân tử tham gia phản ứng) 20
  21. Ví dụ: Xét phản ứng 21
  22. E a k A.e RT E ln k ln A a RT Xác định được A & Ea 22
  23.  Ảnh hưởng của xúc tác  Chất xúc tác là những chất có khả năng làm tăng vận tốc phản ứng. Chất xúc tác tham gia vào phản ứng, nhưng sau phản ứng được phục hồi, không bị biến đổi về khối lượng và chất lượng Phân loại chất xúc tác:  Xúc tác đồng thể: có cùng pha với chất tham gia phản ứng  Xúc tác dị thể: không cùng pha với chất tham gia phản ứng, phản ứng hoá học xảy ra trên bề mặt chất xúc tác  Xúc tác enzym 23
  24.  Chất xúc tác làm tăng vận tốc phản ứng (thuận & nghịch), không làm thay đổi mức độ cân bằng của phản ứng thuận nghịch  Chất xúc tác làm tăng vận tốc phản ứng bằng cách làm giảm năng lượng hoạt hóa không có xúc E khi không tác a có xúc tác Ea khi có có xúc tác xúc tác 2H 2O2 2H 2O O2 24
  25. Ví dụ: N2 (k) 3H 2 (k) 2NH3 (k) Tốc độ phản ứng trên thay đổi như thế nào khi tăng thể tích bình phản ứng lên 2 lần a. Tăng lên 4 lần b. Tăng lên 16 lần c. Giảm xuống 16 lần d. Giảm xuống 4 lần 25
  26. Ví dụ: Một phản ứng kết thúc sau 3h ở 200C. Ở nhiệt độ nào phản ứng sẽ kết thúc sau 20 phút, biết hệ số nhiệt độ của phản ứng là 3. a. 300C b. 400C c. 500C d. 600C 26
  27. Ví dụ: Khi thực hiện một phản ứng ở 200C thì hằng số tốc độ của phản ứng là k. Khi tăng nhiệt độ phản ứng lên 300C thì hằng số tốc độ phản ứng tăng lên 2 lần. Tính năng lượng hoạt hóa của phản ứng. 27
  28. II. CÂN BẰNG HÓA HỌC II.1. Hằng số cân bằng Xét phản ứng (đơn giản) thuận nghịch aA + bB cC + dD a b • vth = kth [A] [B] c d • vn = kn [C] [D] Ở trạng thái cân bằng: vt = vn a b c d kt [A] [B] = kn [C] [D] . c d kt [C] [D] K = = a b kn [A] [B] 28
  29. +Nếu phản ứng trong dung dịch c d CC CD Kc = a b CA CB +Nếu hỗn hợp phản ứng là chất khí aA(k) + bB(k) cC + dD a b PA .PB K P c d PC .PD 29
  30. H2(g) + I2(g) 2 HI(g) Nồng độ Nồng Thời gian 30
  31. Cách viết biểu thức hằng số cân bằng CaCO3 (r)  CaO(r) CO2 (k) K P P CO2 NH 4Cl(r)  NH3 (k) HCl(k) K P .P P NH3 HCl CH3COOCH3 H 2O  CH3COOH CH3OH dư [CH3COOH].[CH3OH ] KC [CH 3COOCH3 ].[H 2O] [CH3COOH ].[CH3OH ] KC [CH 3COOCH3 ] 31
  32. aA + bB cC + dD cC + dD aA + bB Cc D d A a Bb K K 1 A a Bb 2 Cc D d 1 K 1 K 2 32
  33. aA + bB cC 2aA + 2bB 2cC 2 c c C C K 2 2 a 2b K 1 a b A  B A  B 2 Cc a b A  B 2 K 2 K 1 33
  34. (1) aA bB (3) aA cC (2) bB cC Bb Cc K K 3 a 1 A a A  B b C c c     [C ] a b K A  B 2 [B]b K3 K1 K2 34
  35. Ví dụ: Cho các cân bằng ở 8500C 14 C(r) CO2 (k) 2CO(k) Kp1 1,3.10 atm 3 1 CO(k) Cl2 (k) 2COCl2 (k) Kp2 5,4.10 atm Tính hằng số cân bằng KP của phản ứng: C(r) CO2 (k) 2Cl2 (k) COCl2 (k) 11 a)7,54.10 b)3,79.109 c)7,54.10 11 d)4,37.10 9 35
  36. Sự liên hệ giữa ΔG0 và K G 0 RT ln K . Nếu K >1 thì G0 0 phản ứng diễn ra theo chiều nghịch . Nếu K = 0 thì G0 = 0 hệ đạt trạng thái cân bằng 36
  37. Ví dụ: 2NO2 (k) N2O4 (k) Có ∆H và ∆S lần lượt là -57,4Kcal và -176,74 cal.độ-1 a. Tính nhiệt độ ở trạng thái cân bằng b. Tính giá trị hằng số cân bằng ở 250C 37
  38. II.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng Nguyên lý Le Chatelier về sự chuyển dịch cân bằng: Với một hệ ở trạng thái cân bằng, nếu ta thay đổi bất kỳ một yếu tố xác định điều kiện cân bằng (p, T, C) thì cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều chống lại sự thay đổi đó 38
  39. Ví dụ: 2SO 2 (k) O2 (k)  2SO3 0 H pu 198,4kJ Để thu được nhiều SO3 cần phải: a) Tăng áp suất, tăng nhiệt độ b) Giảm áp suất, tăng nhiệt độ c) Tăng áp suất, giảm nhiệt độ d) Giảm áp suất, giảm nhiệt độ 39
  40. Xét các hệ cân bằng sau trong một bình kín 1/ C(r) H 2O(k) CO(k) H 2 (k) H 131kJ 2 / CO(k) H 2O(k) CO2 (k) H 2 (k) H 41kJ Các cân bằng trên sẽ chuyển dịch như thế nào khi thay đổi một trong các điều kiện sau: a. Tăng nhiệt độ b. Thêm lượng hơi nước vào c. Thêm khí H2 vào d. Giảm thể tích của bình kín e. Dùng thêm chất xúc tác 40