Lớp 11 Hóa 11 - Chân trời sáng tạo

Khái niệm về cân bằng hóa học

I. Phản ứng một chiều, phản ứng thuận nghịch và cân bằng hóa học

1. Tìm hiểu khái niệm phản ứng một chiều

Trong điều kiện xác định, phản ứng chỉ xảy ra theo chiều từ chất tham gia tạo thành sản phẩm mà sản phẩm không thể tác dụng với nhau để tạo lại chất ban đầu, gọi là phản ứng một chiều. Trong phương trình hóa học của phản ứng một chiều, người ta dùng kí hiệu mũi tên (→) để chỉ chiều phản ứng.

Ví dụ:

NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H2O

2. Tìm hiểu khái niệm phản ứng thuận nghịch

Trong cùng điều kiện xác định, phản ứng xảy ra theo hai chiều trái ngược nhau được gọi là phản ứng thuận nghịch. Trong phương trình hóa học của phản ứng thuận nghịch người ta dùng kí hiệu hai nửa mũi tên ngược chiều (⇌): chiều từ trái sang phải là chiều thuận, chiều từ phải sang trái là chiều nghịch.

Ví dụ: 

H2(g) + I2(g) \overset{t^{\circ} }{\rightleftharpoons} HI(g)

 N2(g) + 3H2(g) \overset{t^{\circ}, xt }{\rightleftharpoons} 2NH3(g) 

3. Tìm hiểu khái niệm trạng thái cân bằng của phản ứng thuận nghịch

Trạng thái cân bằng của phản ứng thuận nghịch là trạng thái mà tại đó tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch.

Chú ý: Cân bằng hóa học là cân bằng động, vì ở trạng thái cân bằng, phản ứng thuận và phản ứng nghịch vẫn xảy ra với tốc độ bằng nhau nên không thấy sự thay đổi thành phần của hệ.

II. Hằng số cân bằng của phản ứng thuận nghịch

Tìm hiểu hằng số cân bằng của phản ứng thuận nghịch

Cho phản ứng thuận nghịch sau:

aA + bB ⇌ mM + nN

 Khi phản ứng ở trạng thái cân bằng, ta có: 

{\mathrm K}_{\mathrm c}=\frac{{\lbrack\mathrm C\rbrack}^{\mathrm c}\lbrack\mathrm D)^{\mathrm d}}{{\lbrack\mathrm A\rbrack}^{\mathrm a}{\lbrack\mathrm B\rbrack}^{\mathrm b}}

Trong đó:

  • [A], [B], [C], [D] là nồng độ các chất A, B, C, và D ở trạng thái cân bằng.
  • a, b, c và d là hệ số tỉ lượng các chất trong phương trình hóa học.

Chú ý: 

  • Chất rắn không xuất hiện trong biểu thức hằng số cân bằng.
  • Trong phản ứng thuận nghịch, hằng số cân bằng Kc của phản ứng xác định chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.

Trong phản ứng thuận nghịch thì hằng số cân bằng Kc là một đại lượng có ý nghĩa quan trọng, nó cho biết mức độ xảy ra của một phản ứng.

III. Sự chuyển dịch cân bằng hóa học

Tìm hiểu thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ tới sự chuyển dịch cân bằng hóa học

Thí nghiệm 1: Nghiên cứu sự chuyển dịch cân bằng của phản ứng

 2NO2(g) ⇌ N2O2(g)

      (nâu đỏ)     (không màu)

Thí nghiệm 2: Nghiên cứu sự chuyển dịch cân bằng của phản ứng thủy phân sodium acetate. 

Sự chuyển dịch cân bằng hóa học là sự chuyển dịch từ trạng thái cân bằng này sang trạng thái cân bằng khác. 

IV. Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học

Nguyên lí Le Chatelier: Một phản ứng thuận nghịch đang ở trạng thái cân bằng khi 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 đó.

1. Tìm hiểu ảnh hưởng của nhiệt độ đến cân bằng hóa học

  • Khi tăng nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều phản ứng thu nhiệt nghĩa là chiều làm giảm tác động của tăng nhiệt độ.
  • Khi giảm nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều phản ứng tỏa nhiệt, chiều làm giảm tác động của việc giảm nhiệt độ.

Ví dụ: Xét phản ứng:

2NO2(g) ⇌ N2O2(g)           (1)   \triangle_{\mathrm r}\mathrm H_{298}^{\mathrm o}=-58\;\mathrm{kJ}

       (nâu đỏ)     (không màu)

Khi hỗn hợp khí trên ở trạng thái cân bằng:

  • Nếu ngâm bình vào nước nóng (tăng nhiệt độ), màu nâu đỏ của hỗn hợp khí đậm lên (cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch).
  • Nếu ngâm bình đựng hỗn hợp vào nước đá (giảm nhiệt độ), màu của hỗn hợp khí nhạt đi (cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận).

2. Tìm hiểu ảnh hưởng của áp suất đến cân bằng hóa học

  • Khi hệ đang ở trạng thái cân bằng, nếu tăng hoặc giảm áp suất của hệ, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm hoặc tăng áp suất của hệ.
  • Khi hệ cân bằng có tổng hệ số tỉ lượng của các chất khí ở hai vế của phương trình hóa học bằng nhau hoặc trong hệ không có chất khí, việc tăng hoặc giảm áp suất không làm chuyển dịch cân bằng của hệ.

Ví dụ: Xét hệ cân bằng:

2NO2(g) ⇌ N2O4(g)                          (2)     {\mathrm K}_{\mathrm c}=\frac{\lbrack{\mathrm N}_2{\mathrm O}_4\rbrack}{{\lbrack{\mathrm{NO}}_2\rbrack}^2}

(nâu đỏ)      (không màu)

Thực hiện phản ứng trong xilanh kín có pit-tông ở nhiệt độ thường không đổi. Khi hệ đạt trạng thái cân bằng:

  • Nếu đẩy pit-tông (tăng áp suất), màu nâu đỏ nhạt dần (cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận).
  • Nếu kéo pit-tông ra (giảm áp suất), màu nâu đậm dần (cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch).

Phản ứng 2NO2(g) ⇌ N2O4(g) ở áp suất khác nhau

3. Tìm hiểu ảnh hưởng của nồng độ đến cân bằng hóa học

Khi tăng hoặc giảm nồng độ một chất trong cân bằng thì cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động của việc tăng hoặc giảm nồng độ của chất đó, nghĩa là cân bằng sẽ chuyển dịch tương ứng theo chiều làm giảm hoặc tăng nồng độ của chất đó.
Ví dụ: Xét hệ cân bằng sau trong bình kín không đổi:
C(s) + CO2(g) ⇌ 2CO(g)             {\mathrm K}_{\mathrm c}=\frac{{\lbrack\mathrm{CO}\rbrack}^2}{\lbrack{\mathrm{CO}}_2\rbrack}
Khi thổi thêm khí CO2 vào hệ thì cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận cho đến khi hệ đạt trạng thái cân bằng mới. Hiện tượng sẽ xảy ra tương tự nếu giảm nồng độ CO khi hệ đang ở trạng thái cân bằng.
Lưu ý: Nếu trong hệ cân bằng có chất rắn thì việc thêm hoặc bớt lượng chất rắn hầu như không ảnh hưởng đến trạng thái cân bằng của hệ, nghĩa là cân bằng không chuyển dịch.
 
Câu trắc nghiệm mã số: 40760,40744,35266
 
  • 11 lượt xem

Nội dung cùng chủ đề

Sắp xếp theo
🖼️
Xóa Gửi bình luận

Hóa học 11 CTST