Hóa kỹ thuật môi trường - Chương 2: Cân bằng hóa học

1LOGO TÊN MÔN HỌC: HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG CHƯƠNG 2: CÂN BẰNG HÓA HỌC 1 Giảng viên: ThS Lê Nguyễn Kim Cương ThS Nguyễn Văn Phương 2 Chương 2: CÂN BẰNG HÓA HỌC Mục tiêu: ØHiểu thế nào là cân bằng hóa học. ØCác yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học. Ø Vận dụng để áp dụng trong kỹ thuật môi trường 3 NỘI DUNG CHƯƠNG 2 2.1 VAI TRÒ CỦA CÂN BẰNG HÓA HỌC 2.2 TRẠNG THÁI CÂN BẰNG 2.3. HẰNG SỐ CÂN BẰNG 4 2.1 Vai trò của cân bằng hóa học v Định lượng quan hệ giữa các thành phần các hợp chất hóa học trong tự nhiên và trong nước ô nhiễm: sự phân hủy, vận chuyển các hợp chất hữu cơ, vô cơ trong môi trường. v Đánh giá được các phương pháp xử lý nước và nước thải. v Tính toán cân bằng và dự đoán những biến đổi hoá học có thể xảy ra. v Ảnh hưởng cân bằng trong việc lựa chọn PP xử lý phù hợp. 25 2.2 TRẠNG THÁI CÂN BẰNG 2.2.1 Phản ứng một chiều và phản ứng thuận nghịch 2.2.2 Trạng thái cân bằng 6 a. Phản ứng một chiều Các chất phản ứng có thể chuyển hóa hoàn toàn thành sản phẩm của phản ứng và điều ngược lại không xảy ra. 7 b. Phản ứng thuận nghịch Ở cùng điều kiện, xảy ra 2 phản ứng ngược chiều nhau. VD: Trung hòa Acid yếu hay baz yếu. 7 8 2.2.2. Trạng thái cân bằng vTất cả các phản ứng thuận nghịch đều diễn ra không đến cùng mà chỉ diễn ra cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng hoá học. vTrạng thái cân bằng hoá học: khi tốc độ phản ứng thuận = tốc độ phản ứng nghịch và tỷ lệ khối lượng giữa các chất phản ứng so với sản phẩm phản ứng là không thay đổi trong những điều kiện nhất định. 39 2.3 HẰNG SỐ CÂN BẰNG 2.3.1. Định nghĩa 2.3.2. Các loại hằng số cân bằng 2.3.3. Quan hệ thế đẳng áp – hằng số cân bằng2.3.4. Cân bằng hoá học trong các hệ dị thể 2.3.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hoá học 10 2.3.1. Định nghĩa Ta có phản ứng: aA + bB ⇌ cC + dD Kc : hằng số cân bằng [ ] [ ] [ ] [ ]ba dc C BA DCK = 11 2.3.2. Các loại hằng số cân bằng aA + bB = cC + dD - Hằng số cân bằng nồng độ mol/L Kc = [ ] [ ][ ] [ ] cbba dc BA DC ÷÷ ø ö çç è æ - Hằng số cân bằng nồng độ phần mol Kx = cb b B a A d D c C xx xx ÷ ÷ ø ö ç ç è æ . . - Hằng số cân bằng số mol Kn = cb b B a A d D c C nn nn ÷ ÷ ø ö ç ç è æ . . Quan hệ giữa các hằng số cân bằng. Kp = Kc(RT)Dn = Kx ´ PDn = Kn Δn cb P P ÷ ÷ ø ö ç ç è æ å 12 2.3.3. Quan hệ thế đẳng áp – hằng số cân bằng aA + bB ⇌ cC + dD vPhương trình đẳng nhiệt Van’t – Hoff. DGoT = -RTlnKcb khi cân bằng DG = 0 vTrong đó: R: hằng số khí lý tưởng. R = 8,314 J/Kmol = 1,99 Cal/Kmol. [ ] [ ] [ ] [ ]ba dc C BA DCK = 413 2.3.4. Cân bằng hoá học trong các hệ dị thể vPhản ứng xảy ra trong hệ dị thể mà các chất trong pha rắn hoặc pha lỏng không tạo thành dung dịch thì biểu thức định nghĩa hằng số cân bằng sẽ không có mặt chất rắn và lỏng. vVí dụ: phản ứng Fe2O3(r) + 3CO(k) = 2Fe(r) + 3CO2(k) 13 14 v Áp suất phân ly FeO(r) + CO(k) ⇌ Fe(r) + CO2(k) ú û ù ê ë é = CO CO P P PK 2 15 2.3.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng HH a. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hằng số cân bằng b. Ảnh hưởng của áp suất tổng cộng c. Ảnh hưởng của các chất không tham gia phản ứng (chất trơ) d. Ảnh hưởng của thành phần hỗn hợp đầu 16 a. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hằng số cân bằng Phương trình đẳng áp Van’t – Hoff. DG0 = -RTlnKp. 2 0 p T H T G T D -=÷ ø ö ç è æ D ¶ ¶ Þ 2p RT H dT )K(lnd D = Đối với dung dịch lý tưởng: 2 x RT H dT )K(lnd D = Þ ÷÷ ø ö çç è æ - D -= 121T,p 2T,p T 1 T 1 R H K K ln . 517 b. Ảnh hưởng của áp suất tổng cộng vĐối với hệ rắn – lỏng: ảnh hưởng của áp suất không đáng kể, nếu biến thiên áp suất không quá lớn thì có thể bỏ qua. vĐối với hệ khí: khi tăng áp suất, cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm số mol khí của hệ. Điều này phù hợp với nguyên lý chuyển dịch cân bằng Le – Chartelier. 18 c. Ảnh hưởng của các chất không tham gia phản ứng (chất trơ) vThêm khí trơ sao cho áp suất hệ không đổi thì thể tích hệ nhìn chung không tăng và cân bằng chuyển dịch theo chiều tăng số mol của hệ. 19 d. Ảnh hưởng của thành phần hỗn hợp đầu vHiệu suất của phản ứng sẽ cực đại khi thành phần hỗn hợp đầu tỷ lệ với hệ số của phương trình phản ứng. vĐộ chuyển hoá của 1 chất sẽ tăng khi tăng thành phần của các chất khác trong hỗn hợp đầu. vĐộ chuyển hoá của một chất đầu là phần phản ứng của chất đó. 20 Tài liệu tham khảo vGiáo trình hóa lý. vBài tập truyền khối.