Bài 38: Cân bằng hóa học

I. Cân bằng hóa học:

1. Phản ứng thuận nghịch:

- Phản ứng một chiều (phản ứng hoàn toàn): là phản ứng hóa học xảy ra cho đến khi có ít nhất một chất tham gia phản ứng hết.

Ví dụ: 2KClO₃ 2KCl + 3O₂

_-Phản ứng thuận nghịch (phản ứng không hoàn toàn): là phản ứng có thể xảy ra theo hai chiều ngược nhau trong cùng một điều kiện.

Ví dụ: Fe_3O4(r) + 4H₂₍k) ↔3Fe(r) + 4H_2O(k)

Phản ứng theo chiều mũi tên từ trái sang phải được gọi là phản ứng thuận. Phản ứng theo chiều ngược lại được gọi là phản ứng nghịch.

* Đặc điểm của phản ứng thuận nghịch là: không có chất ban đầu nào tham gia phản ứng hết, hỗn hợp phản ứng lúc nào cũng có đủ các chất của phương trình phản ứng, hay nói cách khác phản ứng không có thời điểm kết thúc mà chỉ đạt đến trạng thái cân bằng hóa học.

2. Trạng thái cân bằng hóa học

a. Định nghĩa: Cân bằng hóa học là trạng thái của phản ứng thuận nghịch tại đó tốc độ phản ứng của hai chiều là bằng nhau hay nồng độ các chất không thay đổi nữa ứng với điều kiện bên ngoài xác định.

- Trạng thái cân bằng ứng với ΔG = 0

II. Hằng số cân bằng

Xét phản ứng đồng thể đơn giản tổng quát: aA + bB ⇄ cC + dD

- Khi hệ đạt trạng thái cân bằng: v_t = v_n

Với k_t, k_n là hằng số tốc độ của phản ứng thuận và phản ứng nghịch.

- Vì k_t và k_n là những hằng số ở nhiệt độ xác định nên K_c cũng là hằng số ở nhiệt độ xác định. Hằng số K_c được gọi là hằng số cân bằng biểu diễn theo nồng độ.

- Trường hợp cân bằng được thiết lập giữa các chất khí, ta có thể thay nồng độ các chất bằng áp suất riêng phần của các chất đó trong biểu thức tính hằng số cân bằng:

=> K_p = K_c (RT)^∆n Trong đó: Δn = ∑n _{khí(sản phẩm)} - ∑n _{khí(chất đầu)}

R = 0,082 ℓ.atm/mol⁰K

=> Khi Δn = 0 ( phản ứng không có chất khí hoặc số mol khí không đổi) thì K_p = K_c

TD: Ở 375⁰C, phản ứng thuận nghịch dưới đây có hằng số cân bằng:

N₂(k) + 3H₂(k) ⇄ 2NH₃ (k) , K_p = 4,3.10^-4

Nồng độ ban đầu(M): 1 3

Xác định nồng độ các chất ở trạng thái cân bằng ?

Giải:

Tính hằng số cân bằng theo nồng độ:

K_c = K_p (RT)^-∆n= 4,3.10^-4 (0,082.(375+273))^-(2-(1+3)) = 1,214

Thiết lập 3 dòng:

N₂(k) + 3H₂(k) ⇄ 2NH₃(k)

Ban đầu (M): 1 3 0

Phản ứng: x 3x 2x

Cân bằng: 1-x 3-3x 2x

Tại cân bằng, quan hệ được thiết lập:

(Điều kiện: 0 < x < 1 )

Nghiệm phù hợp của phương trình trên là x = 0,558.

Vậy nồng độ các chất ở trạng thái cân bằng là:

[N₂] = 1 – x = 0,4420 M

[H₂] = 3 – 3x = 1,3260 M

[NH₃] = 2x = 1,1160 M

III. Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học:

1. Sự chuyển dịch cân bằng:

Nếu hệ đang ở trạng thái cân bằng mà ta thay đổi một trong các thông số trạng thái của hệ (p, C, T…) thì nói chung hệ thức trên sẽ thay đổi () và hệ sẽ trở nên không cân bằng, tức là v_t v_n. Phản ứng xảy ra (theo chiều thuận hoặc chiều nghịch) cho đến khi hệ đạt trạng thái cân bằng mới, tương ứng với các điều kiện mới.

Sự chuyển từ trạng thái cân bằng này sang trạng thái cân bằng khác dưới ảnh hưởng của tác động bên ngoài lên hệ được gọi là sự chuyển dịch cân bằng.

2. Nguyên lý chuyển dịch cân bằng Le Châtelier (1850 – 1936)

Một hệ đang ở trạng thái cân bằng nếu ta thay đổi một trong các thông số trạng thái của hệ (nồng độ, nhiệt độ, áp suất) thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều nào có tác dụng chống lại sự thay đổi trên.

a. Ảnh hưởng của nồng độ tới sự chuyển dịch cân bằng

Xét phản ứng: Fe³⁺ + 3SCN^- ⇄ Fe(SCN)₃

Đỏ

Khi hệ đạt trạng thái cân bằng: v_t = v_n

Nếu tăng nồng độ Fe³⁺ lên 2 lần:

Khi tăng nồng độ Fe³⁺, v_t tăng lên làm tăng nồng độ của Fe(SCN)₃ (màu đỏ của dung dịch đậm hơn) → cân bằng đã chuyển dịch theo chiều thuận → nồng độ Fe³⁺ ↓.

Bài tập

Có thể bạn quan tâm

Hỏi đáp

MÔN HỌC

Bài 38: Cân bằng hóa học

I. Cân bằng hóa học:

II. Hằng số cân bằng

III. Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học:

Bài tập

Có thể bạn quan tâm

Có thể bạn quan tâm