- Phản ứng một chiều là phản ứng xảy ra theo một chiều trong cùng điều kiện. Phương trình hoá học của phản ứng một chiều được biểu diễn bằng một mũi tên chỉ chiều phản ứng.
Ví dụ: NaOH + HCl → NaCl + H2O
- Phản ứng thuận nghịch
- Phản ứng thuận nghịch là phản ứng xảy ra theo hai chiều ngược nhau trong cùng điều kiện.
- Phương trình hoá học của phản ứng thuận nghịch được biểu diễn bằng hai nửa mũi tên ngược chiều nhau. Chiều từ trái sang phải là chiều phản ứng thuận, chiều từ phải sang trái là chiều phản ứng nghịch.
- Trong thực tế, các phản ứng thuận nghịch xảy ra không hoàn toàn bởi vì trong cùng một điều kiện, các chất phản ứng tác dụng với nhau tạo thành các chất sản phẩm [phản ứng thuận], đồng thời các chất sản phẩm lại tác dụng với nhau tạo thành các chất ban đầu [phản ứng nghịch].
Ví dụ: Cl2 + H2O ⇌ HCl + HClO
2. Cân bằng hóa học
- Trạng thái cân bằng
Trạng thái cân bằng của phản ứng thuận nghịch là trạng thái tại đó tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch.
Cân bằng hoá học là một cân bằng động, các chất tham gia phản ứng liên tục phản ứng với nhau để tạo thành sản phẩm và các chất sản phẩm cũng liên tục phản ứng với nhau để tạo thành các chất đầu nhưng với tốc độ bằng nhau nên ở trạng thái cần bằng, nồng độ các chất không thay đổi.
- Hằng số cân bằng
* Biểu thức của hằng số cân bằng
Xét phản ứng thuận nghịch tổng quát aA + bB ⇌ cC + dD:
Ở trạng thái cân bằng, hằng số cân bằng [Kc] của phản ứng được xác định theo biểu thức:
Trong đó: [A], [B], [C], [D] là nồng độ mol của các chất A, B, C, D ở trạng thái cân bằng. a, b, c, d là hệ số tỉ lượng của các chất trong phương trình hoá học của phản ứng. Thực nghiệm cho thấy hằng số cân bằng Kc của một phản ứng thuận nghịch chỉ phụ thuộc nhiệt độ và bản chất của phản ứng. Đối với các phản ứng có chất rắn tham gia, không biểu diễn nồng độ của chất rắn trong biểu thức hằng số cân bằng.
* Ý nghĩa của hằng số cân bằng
Hằng số cân bằng Kc phụ thuộc vào bản chất của phản ứng và nhiệt độ. Từ biểu thức xác định hằng số cân bằng Kc, ta có thể thấy rằng: Kc càng lớn thì phản ứng thuận càng chiếm ưu thế hơn và ngược lại. Kc càng nhỏ thi phản ứng nghịch càng chiếm ưu thế hơn.
3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự chuyển dịch cân bằng hóa học
- Ảnh hưởng của nhiệt độ
Khi tăng nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm nhiệt độ, tức là chiều phân ứng thu nhiệt [ Ar, Ho298> 0], nghĩa là chiều làm giảm tác động của việc tăng nhiệt độ và ngược lại
- Ảnh hưởng của nồng độ
Khi tăng nồng độ một chất trong phản ứng thì cân bằng hoá học bị phá vỡ và chuyển dịch theo chiều làm giảm nồng độ của chất đó và ngược lại.
- Nguyên lý chuyển dịch cân bằng Le Chatelier
Một phản ứng thuận nghịch đang ở trạng thái cân bằng, khi chịu một tác động bên ngoài làm thay đổi nồng độ, nhiệt độ, áp suất thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động bên ngoài đó.
Nguyên lí chuyển dịch cân bằng Le Chatelier có ý nghĩa rất lớn khi được vận dụng vào kĩ thuật công nghiệp hoá học. Người ta có thể thay đổi các điều kiện để chuyển dịch cân bằng theo chiều mong muốn, làm tăng hiệu suất của phản ứng
Sơ đồ tư duy Khái niệm về cân bằng hóa học
Bài tập tự luyện
Bài 1: Phản ứng : 2SO2 + O2 ⇆ 2SO3 ΔH < 0. Khi giảm nhiệt độ và khi giảm áp suất thì cân bằng của phản ứng trên chuyển dịch tương ứng là :
- Thuận và thuận. B. Thuận và nghịch.
- Nghịch và nghịch. D. Nghịch và thuận.
Đáp án: B
Bài 2: Cho cân bằng [trong bình kín] sau:
CO [k] + H2O [k] ⇆ CO2 [k] + H2 [k]; ΔH < 0
Trong các yếu tố: [1] tăng nhiệt độ; [2] thêm một lượng hơi nước; [3] thêm một lượng H2; [4] tăng áp suất chung của hệ; [5] dùng chất xúc tác. Dãy gồm các yếu tố đều làm thay đổi cân bằng của hệ là :
- [1], [4], [5]. B. [1], [2], [3].
- [2], [3], [4]. D. [1], [2], [4].
Đáp án: B
Bài 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 :
- Toả nhiệt.
- Thu nhiệt.
- Không toả hay thu nhiệt.
- Một phương án khác.
Đáp án: A
Bài 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 :
- 3 và 6. B. 2 và 3.
- 4 và 8. D. 2 và 4.
Đáp án: A
Gọi nồng độ ban đầu của N2 và H2 là a và b
Ta có: [N2] pư = [H2]pư/3 = [[NH3]tạo thành]/2
a – 2 = [b-3]/3 = 2/2
⇒ a = 3; b = 6
Bài 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 :
- 43%. B. 10%.
- 30%. D. 25%.
Đáp án: D
[N2] = 1 mol/l; [H2] = 1,2 mol/l ⇒ H2 hết; hiệu suất tính theo H2
[NH3] = 0,2 mol/l ⇒ [H2]pư = 0,3 mol/l
H = 0,3 : 1,2 . 100% = 25%
Bài 6: Cho cân bằng hóa học:
N2 [k] + 3H2 ⇌ 2NH3 [k]
Phản ứng thuận là phản ứng tỏa nhiệt. Cân bằng hóa học không bị chuyển dịch khi
- thay đổi áp suất của hệ
- thay đổi nồng độ N2
- thay đổi nhiệt độ
- thêm chất xúc tác Fe
Đáp án: D
Bài 7: Cho các cân bằng hóa học sau:
2SO2 [k] + O2 [k] ⇌ 2SO3 [k]
N2 [k] + 3H2 ⇌ 2NH3 [k]
3CO2 [k] + H2 [k] ⇌ CO [k] + H2O [k]
2HI [k] ⇌ H2 [k] + I2 [k]
Khi thay đổi áp suất, các cân bằng hóa học đều không bị chuyển dịch là
- [1] và [3]
- [2] và [4]
- [1] và [2]
- [3] và [4]
Đáp án: D
Bài 8: Trong một bình kín có cân bằng hóa học sau:
2NO2 [k] ⇌ N2O4 [k]
Tỉ khối hơi của hỗn hợp khí trong bình so với H2 ở nhiệt độ T1 bằng 27,6 và ở nhiệt độ T2 bằng 34,5. Biết T1 > T2.
Phát biểu nào sau đây về cân bằng trên là đúng?
- Phản ứng thuận là phản ứng tỏa nhiệt.
- Khi tăng nhiệt độ, áp suất chung của hệ cân bằng giảm.
- Khi giảm nhiệt độ, áp suất chung của hệ cân bằng tăng.
- Phản ứng nghịch là phản ứng tỏa nhiệt.
Đáp án: A
Bài 9: Xét cân bằng: N2[k] + 3H2[k] ⇆ 2NH3[k]
Biểu thức hằng số cân bằng của phản ứng là :
Đáp án: B
Bài 10: Cho các cân bằng:
[1] H2 [k] + I2 [k] ⇆ 2HI [k]
[2] 2NO [k] + O2 [k] ⇆ 2NO2 [k]
[3] CO [k] + Cl2[k] ⇆ COCl2 [k]
[4] CaCO3 [r] ⇆ CaO [r] + CO2 [k]
[5] 3Fe [r] + 4H2O [k] ⇆ Fe3O4 [r] + 4H2 [k]
Các cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận khi tăng áp suất là :
- [1], [4]. B. [1], [5].
- [2], [3], [5]. D. [2], [3].
Đáp án: D
Bài 11: 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?
- [1], [2], [4], [5]
- [2], [3], [5]
- [2], [3], [4], [6]
- [1], [2], [5]
Đáp án: B
Bài 12: Cho cân bằng hóa học:
H2 [k] + I2 [k] ⇌ 2HI [k]; ΔH > 0
Cân bằng không bị chuyển dịch khi
- tăng nhiệt độ của hệ
- giảm nống độ HI
- tăng nồng độ H2
- giảm áp suất chung của hệ.
Đáp án: D
Bài 13: 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?