Tiêu đề Bài 1. Khái niệm về cân bằng hoá học. - HS.docx ✅

KIẾN THỨC TRỌNG TÂM CHƯƠNG 1. CÂN BẰNG HÓA HỌC 1 I. PHẢN ỨNG MỘT CHIỀU, PHẢN ỨNG THUẬN NGHỊCH 1) Phản ứng 1 chiều: - Trong điều kiện xác định, phản ứng xảy ra từ các chất tham gia phản ứng tạo thành chất sản phẩm và các chất sản phẩm không phản ứng được với nhau để tạo thành chất đầu được gọi là phản ứng một chiều. - Kí hiệu: là một mũi tên chỉ chiều từ trái sang phải “  ”. - Ví dụ: Fe (s) + 2HCl (aq)  FeCl 2 (aq) + H 2 (g). 2) Phản ứng thuận nghịch: - Phản ứng thuận nghịch là phản ứng xảy ra theo hai chiều hướng ngược nhau trong cùng điều kiện. - Kí hiệu là hai nửa mũi tên ngược chiều nhau “ ˆˆ†‡ˆˆ ” - Ví dụ: o t,xt,p 223N3H2NH+ˆˆˆˆ†‡ˆˆˆˆ223 322 Ph¶n øng thuËn: N3H2NH Ph¶n øng nghÞch: 2NHN3H ìï+¾¾® ï ®í ï¾¾®+ ïî - 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. Ví dụ 1. Phản ứng nào sau đây là phản ứng thuận nghịch? A. 2KClO 3 ot 2KCl + 3O 2 . B. N 2 (g) + O 2 (g) ⇀ ↽ 2NO(g). C. CH 4 + 2O 2 ot CO 2 + 2H 2 O. D. Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 . Ví dụ 2. Hai thí nghiệm sau đều được thực hiện ở cùng một điều kiện (bình kín dung tích 10 L, nhiệt độ 445  o C): Thí nghiệm 1: Cho 1 mol H 2  và 1 mol I 2  vào bình kín. Kết quả thí nghiệm cho thấy dù thời gian phản ứng kéo dài bao lâu thì trong bình vẫn chỉ tạo ra 1,6 mol HI; còn dư 0,2 mol H 2  và 0,2 mol I 2 . Thí nghiệm 2: Thí nghiệm 2: Cho 2 mol HI vào bình. Kết quả thí nghiệm cũng cho thấy dù thời gian phản ứng kéo dài bao lâu thì trong bình vẫn chỉ tạo ra 0,2 mol H 2  và 0,2 mol I 2 ; còn dư 1,6 mol HI. Thực hiện yêu cầu sau: a) Viết phương trình hoá học của các phản ứng xảy ra trong thí nghiệm 1 và thí nghiệm 2. b) Trong cả hai thí nghiệm trên, dù thời gian phản ứng kéo dài bao lâu thì các chất đầu đều còn lại sau phản ứng. Giải thích. Ví dụ 3. Viết phương trình hoá học của phản ứng xảy ra trong các trường hợp sau: a) Phản ứng xảy ra khi cho khí Cl 2  tác dụng với nước. a) Quá trình hình thành hang động, thạch nhũ là một ví dụ điển hình về phản ứng thuận nghịch trong tự nhiên. Nước có chứa CO 2  chảy qua đá vôi, bào mòn đá tạo thành Ca(HCO 3 ) 2  (phản ứng thuận) góp phần hình thành các hang động. Hợp chất Ca(HCO 3 ) 2  trong nước lại bị phân huỷ tạo ra CO 2  và CaCO 3  (phản ứng nghịch), hình thành các thạch nhũ, măng đá, cột đá. Ví dụ 4. Nhận xét nào sau đây không đúng? A. Trong phản ứng một chiều, chất sản phẩm không phản ứng được với nhau tạo thành chất đầu. B. Trong phản ứng thuận nghịch, các chất sản phẩm có thể phản ứng với nhau để tạo thành chất đầu. C. Phản ứng một chiều là phản ứng luôn xảy ra không hoàn toàn.
KIẾN THỨC TRỌNG TÂM CHƯƠNG 1. CÂN BẰNG HÓA HỌC 2 D. Phản ứng thuận nghịch là phản ứng xảy ra theo hai chiều trái ngược nhau trong cùng điều kiện. II. CÂN BẰNG HÓA HỌC 1) Trạng thái cân bằng: - 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 ( tnn=n ). - Cân bằng hóa học là một cân bằng động, phản ứng vẫn diễn ra theo 2 chiều nhưng với tốc độ bằng nhau nên ở trạng thái cân bằng nồng độ các chất không thay đổi. - Ví dụ: Cho phản ứng thuận nghịch: o t,xt,p 223N3H2NH+ˆˆˆˆ†‡ˆˆˆˆ + 22 3 223 3tn ttNH tn 2 nnNH NHNH ,:Tèc ®é ph¶n øng thuËn, tèc ®é ph¶n øng nghÞch k.C.C , trong ®ã k,k: H»ng sè tèc ®é ph¶n øng k.C C,C,C: Nång ®é mol ìï nn ïìï n=ï ïïï íí ïïn= ïï ïîï ïî . + Thời điểm ban đầu: t (max)ntn,0 vµ v gi¶m dÇn, t¨ng dÇn; nn=n + 3 223 22 2 NH32 t tntNHnNH3 nNH Ck Sau 1 thêi gian th× k.C.Ck.C kC.Cn=n®=®= 2) Hằng số cân bằng: a) Biểu thức của hằng số cân bằng: - Cho phản ứng thuận nghịch: aA + bB ˆˆ†‡ˆˆ cC + dD cd C Cab K: Haèng soá caân baèng[C][D] - ÔÛ traïng thaùi caân baèng: K; [A].[B][A], [B], [C], [D]: noàng ñoä mol cuûa A, B, C, D ìï ï =í ï ïî + Thực nghiệm cho thấy: hằng số cân bằng K C của một phản ứng thuận nghịch chỉ phụ thuộc nhiệt độ và bản chất của phản ứng. + Đối với phản ứng có chất rắn tham gia, không biểu diễn nồng độ của chất rắn trong biểu thức hằng số cân bằng. Ví dụ: C (s) + CO 2 (g) ˆˆ†‡ˆˆ 2CO (g) 2 C 2 [CO] K [CO]= . b) Ý nghĩa của hằng số cân bằng: - Hằng số cân bằng K C phụ thuộc vào nhiệt độ và bản chất của phản ứng. - K C càng lớn thì phản ứng thuận càng chiếm ưu thế, K C càng nhỏ thì phản ứng nghịch càng chiếm ưu thế. Ví dụ 1. Xét phản ứng thuận nghịch: H 2 (g) + I 2 (g) ⇌ 2HI(g). Số liệu về sự thay đổi số mol các chất trong bình phản ứng ở thí nghiệm 1 được trình bày trong Bảng 1.1 dưới đây:
KIẾN THỨC TRỌNG TÂM CHƯƠNG 1. CÂN BẰNG HÓA HỌC 3 Bảng 1.1. Số mol các chất trong bình phản ứng của thí nghiệm 1 thay đổi theo thời gian Thực hiện các yêu cầu: a) Vẽ đồ thị biểu diễn sự thay đổi số mol các chất theo thời gian. b) Từ đồ thị, nhận xét về sự thay đổi số mol của các chất theo thời gian. c) Viết biểu thức định luật tác dụng khối lượng đối với phản ứng thuận và phản ứng nghịch, từ đó dự đoán sự thay đổi tốc độ của mỗi phản ứng theo thời gian (biết các phản ứng này đều là phản ứng đơn giản). d) Bắt đầu từ thời điểm nào thì số mol các chất trong hệ phản ứng không thay đổi nữa? Ví dụ 2. Cho phản ứng: 2HI(g) ⇌ H 2 (g) + I 2 (g). a) Vẽ dạng đồ thị biểu diễn tốc độ của phản ứng thuận và phản ứng nghịch theo thời gian. b) Xác định trên đồ thị thời điểm phản ứng trên bắt đầu đạt đến trạng thái cân bằng. Ví dụ 3. Cho các nhận xét sau: a) Ở trạng thái cân bằng, tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch. b) Ở trạng thái cân bằng, các chất không phản ứng với nhau. c) Ở trạng thái cân bằng, nồng độ các chất sản phẩm luôn lớn hơn nồng độ các chất đầu. d) Ở trạng thái cân bằng, nồng độ các chất không thay đổi. Các nhận xét đúng là A. (a) và (b). B. (b) và (c). C. (a) và (c). D. (a) và (d). Ví dụ 4. Xét phản ứng thuận nghịch: H 2 (g) + I 2 (g) ⇌ 2HI(g) Thực hiện phản ứng trên ở trong bình kín, ở nhiệt độ 445 o C với các nồng độ ban đầu khác nhau. Số liệu về nồng độ các chất ở thời điểm ban đầu và trạng thái cân bằng trong các thí nghiệm được trình bày trong Bảng 1.2. Bảng 1.2. Nồng độ các chất của phản ứng H 2 (g) + I 2 (g) ⇌ 2HI(g) ở thời điểm ban đầu và ở trạng thái cân bằng. Tính giá trị  ở mỗi thí nghiệm, nhận xét kết quả thu được. Ví dụ 5. Viết biểu thức hằng số cân bằng cho các phản ứng sau: a) Phản ứng tổng hợp ammonia: N 2 (g) + 3H 2 (g) ⇌ 2NH 3 (g). b) Phản ứng nung vôi: CaCO 3 (s) ⇌ CaO(s) + CO 2 (g). Ví dụ 6. Cho hai phản ứng thuận nghịch sau: (1) H 2 (g) + I 2 (g) 2HI(g) (2) H 2 (g) + I 2 (g) HI(g)
KIẾN THỨC TRỌNG TÂM CHƯƠNG 1. CÂN BẰNG HÓA HỌC 4 a) Viết biểu thức tính hằng số cân bằng (K C ) của hai phản ứng trên và cho biết chúng có bằng nhau không? b) Nếu hằng số cân bằng của phản ứng (1) bằng 64 thì hằng số cân bằng của phản ứng (2) bằng bao nhiêu xét ở cùng nhiệt độ? Ví dụ 7. Hằng số cân bằng K C của một phản ứng thuận nghịch phụ thuộc vào yếu tố nào sau đây? A. Nồng độ. B. Nhiệt độ. C. Áp suất. D. Chất xúc tác. Ví dụ 8. Methanol (CH 3 OH) là nguyên liệu quan trọng trong công nghiệp hoá học. Dựa vào hằng số cân bằng của các phản ứng ở 25°C, hãy lựa chọn phản ứng thích hợp để điều chế CH 3 OH. Giải thích? (1) CO(g) +2H 2 (g)  CH 3 OH(g)  K C  = 2,26.10 4   (2) CO 2 (g) + 3H 2 (g)  CH 3 OH(g) + H 2 O(g)  K C  = 8,27.10 −1   III. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỚNG ĐẾN CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG HÓA HỌC 1) Ảnh hưởng của nhiệt độ: + Khi giảm nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều ( Δ0 r298H0 , phản ứng tỏa nhiệt). + Khi tăng nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều ( Δ0 r298H0 , phản ứng thu nhiệt). 2) Ảnh hưởng của nồng độ: + Khi tăng nồng độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm nồng độ chất đó. + Khi giảm nồng độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm tăng nồng độ chất đó. (Lưu ý: Tăng hay giảm lượng chất rắn không làm chuyển dịch cân bằng) 3) Ảnh hưởng của áp suất: + Khi tăng áp suất, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm số mol khí. + Khi giảm áp suất, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm tăng số mol khí. (Lưu ý: Đối với hệ phản ứng thuận nghịch mà có tổng số phân tử khí ở phản ứng thuận bằng tổng số phân tử khí ở phản ứng nghịch, thì áp suất không làm chuyển dịch cân bằng.) 4. Vai trò của chất xúc tác: - Chất xúc tác không ảnh hưởng đến cân bằng hóa học. - Vai trò chất xúc tác là làm tăng tốc độ phản ứng thuận và phản ứng nghịch với số lần bằng nhau. - Khi chưa cân bằng thì chất xúc tác làm cho cân bằng thiết lập nhanh hơn. 5. Nguyên lí chuyển dịch cân bằng Le Chatelier (Lơ Sa-tơ-li-ê): - Một phản ứng thuận nghịch đang ở trạng thái cân bằng, khi chịu sự tác động từ bên ngoài làm thay đổi nồng độ, nhiệt độ, áp suất thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động đó. - Nguyên lí chuyển dịch cân bằng Le Chatelier có ý nghĩa rất lớn khi được vận dụng vào kĩ thuật công nghiệp hóa học. Người ta có thể thay đổi các điều kiện để chuyển dịch cân bằng theo mong muốn, làm tăng hiệu suất phản ứng. Ví dụ 1. Thí nghiệm 1: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự chuyển dịch cân bằng: Δ0 224r2982NO(g)NO(g), H0ˆˆ†‡ˆˆ (Màu nâu đỏ) (Không màu) Chuẩn bị: 3 ống nghiệm (1), (2), (3) chứa khí NO 2 (có màu giống nhau), 1 cốc nước đá, 1 cốc nước nóng (70 – 80 o C). + Ống nghiệm 1: Dùng để so sánh. + Ống nghiệm 2: Ngâm vào cốc nước đá khoảng 1 – 2 phút + Ống nghiệm 3: Ngâm vào cốc nước nóng khoảng 1 – 2 phút Δ0 r229833CHCOONa HO  CHCO OH NaO H0Hˆˆ†‡ˆˆ 323CHCOONaHOCHCOOHNaOHˆˆ†‡ˆˆ 22Cl+ HO HClO + HCl⇌ HClOHCl + O