TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y KHOA PHẠM NGỌC THẠCH

Bộ Môn: HÓA HỌCBÀI BÁO CÁO CÂN BẰNG

HÓA HỌC

Lớp: Y2014BTổ: 2Nhóm 36Tên: Phan Ngọc Phương Lan

Hồ Thị Kim Linh

Nguyễn Song Ngân

Bài 4: CÂN BẰNG HÓA HỌC

I. LÍ THUYẾT:

1.Hằng số cân bằng:

Tất cả các phản ứng hóa học đều có thể chia thành 2 loại: thuận nghịch và không thuận nghịch. Phản ứng thuận nghịch là phản ứng có thể xảy ra đồng thời theo chiều thuận cũng như theo chiều nghịch.

Ví dụ: mA + mB ↔ pC + qD

Hằng số cân bằng cho ta biết phản ứng thuận lớn hơn phản ứng nghịch bao nhiêu

lần, gọi là Kcb , với:

Kthuận

Knghịch

Ban đầu nồng độ các chất tham gia phản ứng rất lớn, sau đó nồng độ các chất A và B giảm dần, còn nồng độ của các sản phẩm C và D tăng dần lên, tức là vận tốc phản ứng thuận giảm dần và vận tốc phản ứng nghịch tăng dần lên, cho đến một lúc nào đó vận tốc phản ứng thuận bằng vận tốc phản ứng nghịch thì nồng độ các chất không thay đổi nữa, ta nói: Hệ đã đạt đến trạng thái cân bằng. Khi đó:

Vthuận = Vnghịch

Theo định luật tác dụng khối lượng, ta có:

Vth = Kth [A]m. [B]n và Vng = Kng [C]m. [D]n

Ở trạng thái cân bằng thì:

1

Kcb =

=

∆v

(Vthuận = Vnghịch ) = Kth [A]m. [B]n = Kng [C]m. [D]n

Kth [C]m. [D]n

Kng [A]m. [B]n

Trong biểu thức của hằng số cân bằng, nồng độ các chất có thể biểu diễn bằng mol/lit hoặc áp suất riêng phần. Khi đó K trong 2 trường hợp sẽ có trị số khác nhau.

KC: hằng số cân bằng biểu diễn theo nồng độ

KP: hằng số cân bằng biểu diễn theo áp suất

Giữa chúng có mối liên hệ: KP = KC (RT) với ∆v là hiệu số mol vế phải

và vế trái

Đối với các phản ứng không có sự thay đổi thể tích thì KP ≈ KC

Mỗi loại phản ứng hóa học được đặc trưng bằng một loại hằng số cân bằng với các tên gọi khác nhau.

Tất cả các loại hằng số cân bằng chỉ phụ thuộc vào bản chất của các chất và nhiệt độ chứ không phụ thuộc vào nồng độ và áp suất

Việc thay đổi nồng độ các chất chỉ làm thay đổi nồng độ lúc cân bằng chứ không

có tác dụng làm thay đổi trị số Kcb

Giá trị K phụ thuộc vào ∆ H và ∆S. Khi nhiệt độ thấp sự biến đổi nhiệt độ ∆ H

có giá trị quyết định, còn ở nhiệt độ cao thì độ biến đổi Entropi ∆S có giá trị quyết

định.

2.Ảnh hưởng của sự biến đổi bên ngoài đến cân bằng

2

= Kcb

-∆H/RT ∆S/R

Ảnh hưởng của sự thay đổi điều kiện bên ngoài đến vị trí cân bằng được xác định bởi nguyên lý Le Châtelier:

“Trong một phản ứng cân bằng, sự thay đổi một yếu tốt làm xáo trộn mức cân bằng, sẽ làm cân bằng dời đổi thao chiều chống lại sự thay đổi ấy”

Các yếu tố ảnh hưởng là: nồng độ, nhiệt độ và áp suất.

a) Ảnh hưởng của nồng độ:

Trong cân bằng: A+ B ↔ C + D

Khi có sự thay đổi một chất nào đó, ví dụ thêm A vào, thì [A]mới ¿ [A]cb. Muốn KC vẫn giữ nguyên trị số cũ thì A phải giảm, C và D tăng, mức cân bằng dời đổi theo chiều cho ra C và D tức là chiều làm giảm A cho đến khi nào có nồng độ mới đạt được trị số thế nào để cho:

[C]mới . [D]mới

[A]mới . [B]mới

Tương tự, nếu phản ứng đả đạt được mức cân bằng và nếu lấy bớt [C] hoặc [D] ra khỏi môi trường, mức cân bằng mới sẽ dời đổi theo chiều cho ra trở lại C và D.

b) Ảnh hưởng của nhiệt độ:

Xét cân bằng: N2 + H2 ↔ NH3 + Q

Nếu ta tăng nhiệt độ thì theo biểu thức K = e . e thì K sẽ giảm. Cân

bằng phải dịch chuyển về phía làm giảm [NH3] tăng [N2], [H2] tức là dịch

chuyển về phía trái là phía thu nhiệt (chiều nghịch).

Ngược lại, ở phản ứng thu nhiệt, ∆ H > 0. Khi tăng nhiệt độ thì K tăng, cân bằng

chuyển dịch về phía tạo thành nhiều sản phẩm, tức là chiều tỏa nhiệt (chiều thuận).

Trong phản ứng điều chế NH3 ở trên, muốn có nhiều sản phẩm, ta phải:

3

KC = cân bằng

- Tăng nồng độ N2 hoặc H2

- Hạ nhiệt độ phản ứng

c) Ảnh hưởng ion chung:

Xét cân bằng: CH3COOH ↔ CH3COO- + H+

Nếu ta thêm muối nào đó của acid này vào dung dịch thì chính là đã làm tăng nồng

độ ion CH3COO-, nên theo nguyên lý Le Châtelier, cân bằng sẽ chuyển dịch sang bên trái, nghĩa là độ phân ly của acid acetic giảm xuống.

Từ đó ta thấy rằng, việc đưa những ion cùng tên vào dung dịch chất điện ly yếu thì

độ phân ly của chất điện ly này giảm xuống, do đó [H+] giảm xuống, pH tăng vì:

pH = -lg[H+]

d) Ảnh hưởng của áp suất:

Xét phản ứng: mA(k) + nB(k) ↔ pC(k) + qD(k)

Gọi ∆v = (p + q) – (m + n)

Áp suất chỉ ảnh hưởng trên các cân bằng của phản ứng ở thể khí:

Nếu ∆v = 0: Áp suất không ảnh hưởng trên sự chuyển dịch cân bằng

Nếu tăng áp suất của hệ, chuyển dịch cân bằng sẽ dời đổi theo chiều làm giảm

tổng số mol phân tử khí (theo chiều ∆v < 0).

e) Ảnh hưởng của ion chung đến độ tan của muối:

Trong cân bằng hòa tan, hiệu ứng ion chung làm giảm độ tan của chất tan. Hiệu ứng ion chung làm giảm khả năng phân ly của axit – bazơ rất rõ rệt, và cũng có ảnh hưởng khá mạnh có thể làm giảm khả năng hoà tan của muối.

II. THỰC HÀNH

4

Khảo sát các yếu tố làm ảnh hưởng đến cân bằng hóa học.

Hóa chất:

- FeCl3 10%

- NH4SCN 10%

- Tinh thể NH4Cl

- CH3COOH 1N

- Chỉ thị Methyl da cam 1/50

- NH4OH 0,1N

- NH4Cl 1N

- Chỉ thị Phenolphtalein 1%

- Kim loại đồng

- HNO3 đậm đặc

Tiến hành

1. ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ TÁC CHẤT HOẶC SẢN PHẨM:

Phản ứng: FeCl3 + NH4SCN ↔ Fe(SCN)4 + NH4Cl

(vàng) (không màu) (đỏ máu) (không màu)

Pha dung dịch gồm 50ml nước cất

- 1ml dung dịch FeCl3 10%- 1ml dung dịch NH4SCN 10%

Khuấy đều, dùng pipette lấy vào 4 ống nghiệm mỗi ống 10ml hỗn hợp trên và:

- Ống thứ nhất cho thêm 2ml nước cất làm dung dịch so sánh- Ống thứ hai cho thêm 2ml FeCl3 10%- Ống thứ ba cho thêm 2ml NH4SCN 10%- Ống thứ tư cho thêm khoảng 1g NH4Cl tinh thể.

Hiện tượng – Nhận xét:

5

Ta có phản ứng

FeCl3 + NH4SCN ↔ Fe(SCN)4 + NH4Cl

- Ống thứ nhất: vẫn giữ màu của dung dịch cũ (vì chỉ cho thêm nước cất, không có phản ứng gì xảy ra)

- Ống thứ hai: Có màu đậm hơn ống thứ nhất do chất thêm vào là FeCl3

là tác chất của phản ứng, cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận tạo ra thêm nhiều sản phẩm Fe(SCN)4 làm cho dung dịch có màu đỏ máu của Fe(SCN)4 đậm hơn nữa

- Ống thứ ba: Cũng như ống thứ hai, ống thứ ba có màu đậm hơn ống thứ nhất do chất thêm vào là NH4SCN cũng là tác chất của phản ứng, cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận tạo ra thêm nhiều sản phẩm Fe(SCN)4 làm cho dung dịch có màu đỏ máu của Fe(SCN)4 đậm hơn nữa

- Ống thứ tư: Có màu nhạt hơn ống thứ nhất do do chất thêm vào là NH4Cl là sản phẩm của phản ứng, cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch tạo ra FeCl3 và NH4SCN làm mất đi một phần Fe(SCN)4 trong dung dịch nên dung dịch bị nhạt màu đi

Vậy đúng như nguyên lý Le Châtelier, ở trường hợp thay đổi nồng độ một chất, thì chiều của phản ứng sẽ xảy ra theo hướng tạo ra thêm chất có nồng độ ít trong hệ và làm giảm đi chất có nồng độ cao hơn.

2. KHẢO SÁT HIỆU ỨNG ION CHUNG

Thí nghiệm 1: Dùng 2 ống nghiệm đánh số, cho vào mỗi ống 5ml CH3COOH 1N

- Ống 1: thêm vào 5ml nước cất + 2 giọt methyl da cam 1/50- Ống 2 : thêm vào 5ml CH3COONH4 1 N + 2 giọt methyl da cam 1/50

Quan sát sự đổi màu của các ống nghiệm. Giải thích

Hiện tượng – Nhận xét:

- Ống 1: Dung dịch có màu vàng do nồng độ ion H+ trong dung dịch không cao rơi vào khoảng chuyển màu của Methyl da cam ở pH > 4,4

- Ống 2 (hỗn hợp CH3COOH + CH3COONH4): Dung dịch có màu đỏ.

Ta có phương trình phân ly:

6

CH3COOH ↔ CH3COO- + H+

Thêm CH3COONH4 vào ống 2 ta đã gia tăng nồng độ CH3COO- trong dung dịch (còn NH4OH trong dung dịch chỉ là một chất điện ly quá yếu) nên cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều nghịch tạo ra nhiều acid làm cho pH dung dịch giảm đến khoảng chuyển màu đỏ (khoảng pH <3) của Methyl da cam

Hoặc giải thích cách khác (vì trong dung dịch ta có cả hai điện ly yếu là CH3COOH và NH4OH):

Ta có phản ứng:

CH3COONH4 + H2O ↔ NH4OH + CH3COOH

Mà NH4OH là bazơ rất yếu: NH4OH ↔ NH3 + H2O

CH3COOH và NH4OH có hằng số phân ly khác nhau và cụ thể trong dung dịch của ống 2 ta có được CH3COOH chiếm ưu thế hơn NH4OH nên hỗn hợp (CH3COOH + CH3COONH4) của ống 2 có nồng độ H+ tương đối cao, dung dịch trong ống 2 có màu đỏ ứng với khoảng chuyển màu ở pH<3 của Methyl da cam.

Thí nghiệm 2: Dùng 2 ống nghiệm đánh số, cho vào mỗi ống 5ml NH4OH 0,1N

- Ống 1: thêm vào 5ml nước cất + 2 giọt Phenolphtalein 1%- Ống 2: thêm vào 5ml NH4Cl 1N + 2 giọt Phenolphtalein 1%

Hiện tượng – Nhận xét:

- Ống 1: Dung dịch có màu hồng của Phenolphtalein trong môi trường bazơ (là NH4OH)

- Ống 2 ( hỗn hợp NH4OH + NH4Cl) : Dung dịch có màu hồng nhạt:

Ta có phương trình phân ly:

NH4OH ↔ NH3 + H2O

và NH4Cl + H2O ↔ NH4OH + H+ + Cl-

Do khi NH4Cl được thêm vào, dung dịch có thêm ion NH4+, nên theo nguyên lý Le

Châtelier cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm nồng độ NH4OH, lượng OH- trong dung dịch cũng vì vậy mà giảm đi làm cho tính bazơ của dung dịch càng yếu hơn. Hay nói cách khác, theo hiệu ứng ion chung, NH4

+ tạo ra từ muối bị proton phân ly và ngăn cản sự phân ly của NH4OH làm tăng nồng độ H+ trong dung dịch, tức là làm giảm pH, làm màu hồng của Phenolphtalein nhạt đi.

7

Vậy khi ta thêm vào dung dịch các ion chung của acid hay base đó, tùy theo độ mạnh yếu của acid, base đó và các acid liên hợp, base liên hợp liên kết với chúng, chất nào chiếm ưu thế hơn sẽ thể hiện tính chất của mình lên dung dịch, làm cho tính chất của dung dịch ban đầu thay đổi bởi sự ảnh hưởng của nó.

3. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ

Dùng bình kín điều chế NO2 :

Cu + 4HNO3 đđ → Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O

Bình khí NO2 được nhúng vào hỗn hợp sinh hàn (nước đá + muối) qua một thời gian thì bị mất màu:

2NO2 ↔ N2O4

(nâu) (không màu)

Giải thích: Ở trạng thái cân bằng của một phản ứng thuận nghịch, nếu ta làm tăng nhiệt độ của hệ, cân bằng chuyển dịch theo chiều thu nhiệt, ngược lại nếu ta hạ thấp nhiệt độ của hệ cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều tỏa nhiệt. Khi nhiệt độ hạ thấp, cứ 2 phân tử khí NO2 kết hợp với nhau tạo thành N2O4, vậy chiều thuận là phản ứng tỏa nhiệt (∆H < 0).

8