Hoá học 10 Bài 38: Cân bằng hóa học

a. Phản ứng một chiều

Là phản ứng xảy ra theo chiều xác định từ trái sang phải (dùng 1 mũi tên chỉ chiều phản ứng)

Ví dụ: KClO₃  →   KCl  + O₂

b. Phản ứng thuận nghịch

Là phản ứng xảy ra 2 chiều trái ngược nhau (dùng mũi tên 2 chiều chỉ phản ứng) (cùng điều kiện)

Ví dụ:  Cl₂ + H₂O ⇔ HCl + HClO

c. Cân bằng hóa học

Tốc độ phản ứng xảy ra chiều (1) (thuận): V_t

Tốc độ phản ứng xảy ra chiều (2) (nghịch): V_n

 Đến thời điểm V_t = V_n: cân bằng hoá học

Cân bằng hóa học là cân bằng động.

⇒ Cân bằng hóa học là trạng thái của phản ứng thuận nghịch khi tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch.

a. Thí nghiệm chuyển dịch cân bằng giữa NO₂ và N₂O₄

b. Định nghĩa

Sự chuyển dịch cân bằng hóa học là sự di chuyển từ trạng thái cân bằng này sang trạng thái cân bằng khác do tác động cùa các yếu tố từ bên ngoài lên cân bằng.

Nguyên lí chuyển dịch cân bằng Lơ-sa-tơ-li-ê: 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 bên ngoài đó.

a. Ảnh hưởng của nồng độ

Thí nghiệm:  C +  CO₂  ⇔  2CO 

Khi tăng nồng độ của CO₂ → Cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận (nhằm làm giảm nồng độ CO₂)

Khi giảm nồng độ của CO₂ → Cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch (nhằm làm tăng nồng độ CO₂)

Kết luận: Khi tăng nồng độ của một chất cân bằng hóa học chuyển dịch theo chiều làm giảm nồng độ của chất đó và ngược lại.

b. Ảnh hưởng của áp suất

Thí nghiệm: N₂O₄ (không màu) ⇔ 2NO₂ (màu nâu đỏ)

                      1 mol                         2 mol

Khi tăng áp suất→Cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch (nhằm làm giảm áp suất tức làm giảm số mol khí)

Khi giảm áp suất→Cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận (nhằm làm tăng áp suất tức tăng số mol khí)

Kết luận: Khi tăng áp suất của hệ cân bằng hóa học chuyển dịch theo chiều làm giảm áp suất (tức làm giảm số mol khí) và ngược lại.

c. Ảnh hưởng của nhiệt độ

Phản ứng thu nhiệt : ∆H >0 (làm nhiệt độ giảm)

Phản ứng tỏa nhiệt : ∆H <0 (làm nhiệt độ tăng)

Thí nghiệm: N₂O₄ (k) ⇔ 2NO₂ (k)      ∆H >0

- Khi tăng nhiệt độ → Cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận (chiều thu nhiệt nhằm làm giảm nhiệt độ).

- Khi giảm nhiệt độ → Cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch (chiều tỏa nhiệt nhằm làm tăng nhiệt độ).

Kết luận:

- Khi tăng nhiệt độ cân bằng hóa học chuyển dịch theo chiều thu nhiệt (nhằm làm giảm nhiệt độ).

- Khi giảm nhiệt độ cân bằng hóa học chuyển dịch theo chiều tỏa nhiệt (nhằm làm tăng nhiệt độ).

d. Vai trò của chất xúc tác

Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng thuận và nghịch với số lần bằng nhau nên không ảnh hưởng đến cân bằng hóa học. 

Ví dụ 1: 2SO₂ + O₂ ⇔ 2SO₃    ΔH < 0

Để thu được nhiều SO₃ phải:

Tăng nồng độ O₂ bằng cách dùng dư không khí.

Nếu giảm nhiệt độ thì tốc độ phản ứng xảy ra chậm do đó phải thực hiện ở nhiệt độ hợp lí là 450-500⁰C và dùng thêm chất xúc tác là V₂O₅

Ví dụ 2: N₂ + 3H₂ ⇔ 2NH₃    ΔH < 0 . 

Để thu được nhiều NH₃ phải:

Thực hiện ở áp suất cao.

Nếu giảm nhiệt độ thì tốc độ phản ứng xảy ra chậm do đó phải thực hiện ở nhiệt độ hợp lí là 450-500^oC và dùng thêm chất xúc tác là Fe, K₂O và Al₂O₃.  

Bài 1: Phản ứng thuận nghịch là phản ứng

A. trong cùng điều kiện, phản ứng xảy ra theo hai chiều trái ngược nhau.             

B. có phương trình hoá học được biểu diễn bằng mũi tên một chiều.

C. chỉ xảy ra theo một chiều nhất định.      

D. xảy ra giữa hai chất khí.

Hướng dẫn giải

Phản ứng thuận nghịch là phản ứng trong cùng điều kiện, phản ứng xảy ra theo hai chiều trái ngược nhau.

Đáp án A

Bài 2: Cân bằng hoá học

A. là một trạng thái cân bằng động vì khi hệ đạt cân bằng hoá học, các phản ứng thuận và phản ứng nghịch vẫn tiếp tục xảy ra với tốc độ bằng nhau.

B. là một cân bằng tĩnh vì khi đó, các phản ứng thuận và phản ứng nghịch đều dừng lại.

C. là một trạng thái cân bằng động vì khi hệ đạt cân bằng hoá học, các phản ứng thuận và phản ứng nghịch vẫn tiếp tục xảy ra nhưng với tốc độ không bằng nhau.

D. là một trạng thái cân bằng động vì khi hệ đạt cân bằng hoá học, phản ứng thuận dừng lại còn phản ứng nghịch vẫn tiếp tục xảy ra.

Hướng dẫn giải

Định nghĩa cân bằng hóa học: là một trạng thái cân bằng động vì khi hệ đạt cân bằng hoá học, các phản ứng thuận và phản ứng nghịch vẫn tiếp tục xảy ra với tốc độ bằng nhau.

Đáp án A

Bài 3: Hằng số cân bằng của một phản ứng thuận nghịch phụ thuộc vào những yếu tố nào sau đây?

A. Nhiệt độ.

B. Chất xúc tác.             

C. Áp suất.

D. Nồng độ các chất phản ứng.

Hướng dẫn giải

Hằng số cân bằng của một phản ứng thuận nghịch chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, nếu nhiệt độ không đổi, hằng số cân bằng được giữ nguyên và ngược lại.

Đáp án A

Bài 1: Một bình kín có thể tích là 0,5 lít chứa 0,5 mol H₂ và 0,5 mol N₂, ở nhiệt độ (t^oC), khi ở trạng thái cân bằng có 0,2 mol NH₃ tạo thành. Hằng số cân bằng K_C của phản ứng tổng hợp NH₃ là :

A. 1,278. 

B. 3,125.

C. 4,125. 

D. 6,75.

Hướng dẫn giải

Nồng độ mol của H₂ ban đầu là: 0,5 : 0,5 = 1M

Nồng độ mol của N₂ ban đầu là: 0,5 : 0,5 = 1M

Nồng độ mol của NH₃ sau phản ứng là: 0,2 : 0,5 = 0,4M

Ta có phương trình phản ứng:

            N₂ + 3H₂ ↔  2NH₃

Bđ        1        1

Pu       0,2      0,6     0,4

Spu      0,8     0,4     0,4

→ \({K_C} = \frac{{{{\left[ {N{H_3}} \right]}^2}}}{{\left[ {{N_2}} \right].{{\left[ {{H_2}} \right]}^3}}} = \frac{{0,{4^2}}}{{0,8.0,{4^3}}} = 3,125\)

Đáp án B

Bài 2: Một bình phản ứng có dung tích không đổi, chứa hỗn hợp khí N₂ và H₂ với nồng độ tương ứng là 0,3M và 0,7M. Sau khi phản ứng tổng hợp NH₃ đạt trạng thái cân bằng ở t^oC, H₂ chiếm 50% thể tích hỗn hợp thu được. Hằng số cân bằng K_C ở t^oC của phản ứng có giá trị là :

A. 3,125. 

B. 0,500.

C. 0,609.

D. 2,500.

Hướng dẫn giải

Ta có phương trình:

            N₂     +     3H₂   ↔  2NH₃

Bđ        0,3           0,7

pư        x              3x           2x

spư   0,3 –x        0,7 – 3x     2x

Theo đề bài sau phản ứng, lượng H2 chiếm 50% thể tích hỗn hợp thu được

→ \(\frac{{0,7 - 3x}}{{0,3 - x + 0,7 - 3x + 2x}} = \frac{1}{2}\).

→ x = 0,1

Sau phản ứng số mol của N₂, H₂, NH₃ lần lượt là 0,2; 0,4; 0,2

→ K = \(\frac{{0,{2^2}}}{{0,2.0,{4^3}}} = 3,125\)

Đáp án A.

Bài 1: Người ta cho N₂ và H₂ vào trong bình kín dung tích không đổi và thực hiện phản ứng:

N₂  +  3H₂ ↔ 2NH₃

Sau một thời gian, nồng độ các chất trong bình như sau: [N₂] = 2M ; [H₂] = 3M ; [NH₃] = 2M. Nồng độ mol/l của N₂ và H₂ ban đầu lần lượt là :

A. 3 và 6.  

B. 2 và 3.

C. 4 và 8. 

D. 2 và 4.

Hướng dẫn giải

Xét lượng N₂, H₂ tham gia phản ứng, thì ta có phương trình:

N₂ + 3H₂ → 2NH₃ (1)

(1)   C_M N₂ phản ứng = ½ C_M NH₃ sinh ra = 1M

(1) C_M H₂ = 3/2 C_M NH₃ sinh ra = 3M

↔ C_M N₂ ban đầu = 1 + 2 = 3M

C_M H₂ ban đầu = 3 + 3 = 6M

Đáp án A.

Bài 2: Cho phản ứng hóa học:  CO (k)  +   Cl₂ (k)  ↔ COCl₂ (k)   K_C = 4

Biết rằng ở t^oC nồng độ cân bằng của CO là 0,20 mol/l và của Cl₂ là 0,30 mol/l. Nồng độ cân bằng của COCl₂  ở t^oC là :

A. 0,024 (mol/l).

B. 0,24 (mol/l).

C. 2,400 (mol/l).

D. 0,0024 (mol/l).

Hướng dẫn giải

Từ phương trình hóa học

\(\begin{array}{*{20}{l}}
{{K_C} = \frac{{\left[ {COC{l_2}} \right]}}{{\left[ {CO} \right].\left[ {C{l_2}} \right]}} = \frac{{\left[ {COC{l_2}} \right]}}{{0,2.0,3}} = 4}\\
{ \to \left[ {COC{l_2}} \right] = 4.0,2.0,3 = 0,024M}
\end{array}\)

Đáp án A

Câu 1: Tốc độ của phản ứng A + B →C sẽ tăng lên bao nhiêu lần khi tăng nhiệt độ phản ứng từ 25⁰C lên 55⁰C, biết rằng khi tăng nhiệt độ lên 10⁰C thì tốc độ phản ứng tăng lên 3 lần?

Câu 2: Cho cân bằng hóa học sau: 2SO₂ (k) + O₂ (k) ⇄ 2SO₃ (k); ∆H < 0

Cho các biện pháp: (1) tăng nhiệt độ, (2) tăng áp suất chung của hệ phản ứng, (3) hạ nhiệt độ, (4) dùng thêm chất xúc tác V₂O₅, (5) giảm nồng độ SO₃, (6) giảm áp suất chung của hệ phản ứng. Những biện pháp nào làm cân bằng trên chuyển dịch theo chiều thuận?

Câu 3: Trong phòng thí nghiệm người ta điều chế NO₂ bằng cách cho Cu tác dụng với HNO₃ đặc, đun nóng. NO₂ có thể chuyển thành N₂O₄ theo cân bằng: 2NO₂ ⇆ N₂O₄

Cho biết NO₂ là khí có màu nâu và N₂O₄ là khí không màu. Khi ngâm bình chứa NO2 vào chậu nước đá thấy màu trong bình khí nhạt dần. Hỏi phản ứng thuận trong cân bằng trên là?

Câu 4: Người ta cho N₂ và H₂ vào trong bình kín dung tích không đổi và thực hiện phản ứng: N₂ + 3H₂ ⇆ 2NH₃

Sau một thời gian, nồng độ các chất trong bình như sau: [N₂] = 2M; [H₂] = 3M; [NH₃] = 2M. Nồng độ mol/l của N₂ và H₂ ban đầu lần lượt là?

Câu 5: Thực hiện phản ứng tổng hợp amoniac N₂ + 3H₂ ⇆ 2NH₃.

Nồng độ mol ban đầu của các chất như sau: [N₂] = 1 mol/l; [H₂] = 1,2 mol/l. Khi phản ứng đạt cân bằng nồng độ mol của [NH₃] = 0,2 mol/l. Hiệu suất của phản ứng là?

Câu 1: Cho cân bằng hóa học sau:

2SO₂ (k) + O₂ (k) ⇌ 2SO₃ (k); ΔH < 0

Cho các biện pháp:

Tăng nhiệt độ;

Tăng áp suất chung của hệ phản ứng;

Hạ nhiệt độ;

Dùng thêm chất xúc tác V₂O₅;

Giảm nồng độ SO₃;

Giảm áp suất chung của hệ phản ứng.

Trong các biện pháp trên, những biện pháp nào làm cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận?

A. (1), (2), (4), (5)

B. (2), (3), (5)

C. (2), (3), (4), (6)

D. (1), (2), (5)

Câu 2: Cho cân bằng hóa học:

H₂ (k) + I2 (k) ⇌ 2HI (k); ΔH > 0

Cân bằng không bị chuyển dịch khi

A. tăng nhiệt độ của hệ

B. giảm nống độ HI

C. tăng nồng độ H₂

D. giảm áp suất chung của hệ.

Câu 3: Cho cân bằng hóa học:

2SO₂ (k) + O₂ (k) ⇌ 2SO₃ (k)

Khi tăng nhiệt độ thì tỉ khối của hỗn hợp khí so với H₂ giảm đi. Phát biểu nào sau đây đúng khi nói về cân bằng hóa học này?

A. Phản ứng thuận thu nhiệt, cân bằng dịch chuyển theo chiều nghịch khi tăng nhiệt độ.

B. Phản ứng nghịch tỏa nhiệt, cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận khi tăng nhiệt độ.

C. Phản ứng nghịch thu nhiệt, cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận khi tăng nhiệt độ.

D. Phản ứng thuận tỏa nhiệt, cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch khi tăng nhiệt độ.

Câu 4: Cho cân bằng hóa học sau trong bình kín:

2NO₂ (k)      ⇌      N₂O₄ (k)

(màu nâu đỏ)     (không màu)

Biết khi hạ nhiệt độ của bình thì màu nâu đỏ nhạt dần. Phản ứng thuận có

A. ΔH > 0, phản ứng tỏa nhiệt

B. ΔH < 0, phản ứng tỏa nhiệt

C. ΔH > 0, phản ứng thu nhiệt

D. ΔH <0, phản ứng thu nhiệt

Câu 5: Cho cân bằng hóa học:

2SO₂ (k) + O₂ (k) ⇌ 2SO₃ (k)

Phản ứng thuận là phản ứng tỏa nhiệt. Phát biểu nào sua đây đúng?

A. Cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận khi tăng nhiệt độ

B. Cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch khi giảm nồng độ O₂

C. Cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận khi giảm áp suất hệ phản ứng

D. Cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch khi giảm nồng độ SO₃

Sau bài học cần nắm:

• Cân bằng hóa học và sự chuyển dịch cân bằng hóa học
• Vận dụng được nguyên lí Sơ-sa-tơ-li-ê để xét đoán sự chuyển dịch hóa học.