Bài giảng Nhiệt động hoá học: Chương 10 - Hồ Thị Cẩm Hoài

Bài giảng Nhiệt động hoá học - Chương 10: Cân bằng hoá học, được biên soạn gồm các nội dung chính sau: cân bằng khí lý tưởng và khí thật; phản ứng tổng quát trong dung dịch; tương quan giữa các hằng số cân bằng; biến đổi hằng số cân bằng theo áp suất;...Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Nhiệt động hoá học: Chương 10 - Hồ Thị Cẩm Hoài Hồ Thị Cẩm Hòai, PhDhtchoai@hcmuns.edu.vnXem phản ứng đơn giản : A ↔ B(đồng phân hóa alcol cis và trans)Giả sử một lượng rất nhỏ dξ của A biến thành B, khi đó ta có: dnA = - dξ dnB = dξVới ξ là tiến độ phản ứng (extent of reaction)Năng lượng Gibbs được định nghĩa là độ dốc của đường G theo ξ  G  rG        p ,T Mà : dG = μA dnA + μBdnB = -μA dξ + μB dξ = (μB - μA )dξ  G  Nên ta có:      r G   B   A     p ,T Phản ứng xảy ra theo chiều làm giảm năng lượng tự do. Phản ứng thuận xảy ra tự nhiện khi μB < μA (ΔG μA . (ΔG Giả sử A, B là khí lý tưởng, ta có: μA = μoA + RTlnpA μB = μoB + RTlnpBΔG = μB - μA = μoB + RTlnpB – (μoA + RTlnpA) = ΔGo + RTln(pB /pA) Đặt (pB /pA) = QTa có: ΔG = ΔGo + RTlnQQ chính là thương số phản ứngTại cân bằng, ta có: ΔG = = μoB - μoA + RTlnQ = μB - μA ΔGo = μoB - μoA = - RTlnKpVậy: Kp = (pB /pA)cân bằng Kp là hằng số cân bằng, chỉ phụ thuộc TLý luận tương tự, cho phản ứng tổng quát cho khí lý tưởng: G o   i io  RT ln K p K p   ( pi ) i cbCho khí thật: G o  RT ln K f K f   ( f i ) i cb Lý luận tương tự, cho phản ứng trong dung dịch. Thay áp suất bằng nồng độ cho dung dịch lý tưởng/dung dịch loãng G   i   RT ln K c o o i Thay áp suất bằng hoạt độ cho dung dịch thật.Ta có: μi = μoi + RTlnai G   i   RT ln K a o o iTa chứng minh được: Với khí thật: K f   ( f i ) i cb   ( pi ) i  ( ) i  K p K cb Cho dung dịch: K a   (ai ) i   ( xi ) i  ( ) i  K x K cb cb Cho khí lý tưởng: Kp = Kc(RT)Δν Hằng số cân bằng phụ thuộc vào giá trị của ΔGo. Giá trị này là xác định tại áp suất đã cho. Do vậy ΔGo và K không phụ thuộc vào áp suất.  K    p   0   T Lưu ý: K không phụ thuộc áp suất nhưng thành phần tại cân bằng vẫn bị ảnh hưởng (cân bằng dịch chuyển theo nguyên lý Le Chatelier) Theo nguyên lý Le Chatelier : Phản ứng tỏa nhiệt: tăng nhiệt độ gia tăng lượng tác chất Phản ứng thu nhiệt: tăng nhiệt độ gia tăng lượng sản phẩm. Phương trình van’t Hoff:Ta có: ΔGo = - RTlnK hay lnK = - ΔGo / RT (*)Lấy vi phân của lnK theo nhiệt độ: d ln K 1 d ( r G o / T )  dT R dTVi phân là toàn chỉnh vì K và ΔGo chỉ phụ thuộc nhiệt độ. Sử dụng hệ thức Gibbs-Helmholtz,ta có: d ( r G o / T ) r H o  dT T2Kết hợp với (*), ta được hệ thức Van’t Hoff: d ln K  r H o r H o  Hay ln K   2 dT  C dT RT 2 RT Nếu ΔHo không phụ thuộc nhiệt độ T trong khoảng nhiệt độ khảo sát, ta có: r H o ln K   2 C RT Biết K ở nhiều nhiệt độ, ta có thể xác định ΔHo bằng cách vẽ lnK theo 1/T. hệ số góc của đường thẳng là – ΔHo/R Xem một lượng nhỏ dung chất hòa tan trong một hỗn hợp hai dung môi α và β không hòa tan vào nhau để tạo thành hai lớp dung dịch loãng. Ở trạng thái cân bằng: μα = μβ μo α + RTlnxA = μo β + RTlnx β  x       o o ln    x    RT     o o x  e RT  K xNghĩa là ở nhiệt độ không đổi, tỷ số phân mol của dung chất hòa tan trong hai dung môi α và β không hòa tan vào nhau là một hằng số gọi là hằng số phân bố ...