Sự chuyển dịch cân bằng hóa học và các yếu tố ảnh hưởng

Sự chuyển dịch cân bằng hóa học và các yếu tố ảnh hưởng được chúng tôi sưu tầm và tổng hợp lí thuyết trong chương trình giảng dạy. Nội dung tài liệu sẽ giúp các bạn học sinh học tốt môn Hóa học lớp 10 hiệu quả hơn. Mời các bạn tham khảo.

I. Cân bằng hóa học

- Là trạng thái của phản ứng thuận nghịch, ở đó trong cùng một đơn vị thời gian có bao nhiêu phân tử chất sản phẩm được hình thành từ những chất ban đầu thì có bấy nhiêu phân tử chất sản phẩm phản ứng với nhau để tạo thành chất ban đầu. Trạng thái này của phản ứng thuận nghịch được gọi là cân bằng hóa học.

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

II. Các yếu tố ảnh hưởng

1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự dịch chuyển cân bằng

- Các hằng số KP, KC, KN đều phụ thuộc vào nhiệt độ nên khi T thay đổi thì các hằng số cân bằng thay đổi theo.

- Một hệ đang ở trạng thái cân bằng nếu ta tăng nhiệt độ của hệ thì cân bằng dịch chuyển theo chiều thu nhiệt, khi nhiệt độ của hệ giảm thì cân bằng dịch chuyển theo chiều tỏa nhiệt.

Ví dụ 1: N₂(k) + 3H₂(k) ⇔ 2NH₃(k) ∆Ho = -92,6kJ.

- Vì ∆H0 < 0, khi nhiệt độ tăng, cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch (chiều thu nhiệt), nếu nhiệt độ của hệ giảm xuống thì cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận (chiều tỏa nhiệt). Như vậy phản ứng tổng hợp amoniac sẽ đạt hiệu suất cao ở nhiệt độ thấp, tuy nhiên ở nhiệt độ thấp tốc độ phản ứng xảy ra chậm. Thực tế cần chấp nhận sự dung hòa giữa hiệu suất nhiệt động lực học với yếu tố động học.

Ví dụ 2: Xét phản ứng nung vôi là phản ứng thu nhiệt

CaCO₃(k) ⇔ CaO(r) + CO₂(k) có ∆Ho > 0

- Nếu tăng nhiệt độ của hệ thì cân bằng dịch chuyển theo chiều thuận (chiều thu nhiệt), ngược lại khi giảm nhiệt độ xuống thì cân bằng dịch chuyển theo chiều nghịch (chiều tỏa nhiệt). Vậy để thu được CaO có hiệu suất cao cần nhiệt độ cao.

- Vậy một hệ đang ở trạng thái cân bằng nếu ta thay đổi nhiệt độ của hệ thì cân bằng của phản ứng sẽ dịch chuyển theo chiều của phản ứng nào có tác dụng chống lại sự thay đổi đó.

2. Ảnh hưởng của áp suất đến sự dịch chuyển cân bằng

- Ta có KP = KN. P∆n

- Vì KP không phụ thuộc vào P, nên khi thay đổi thì KP = const nên:

- Nếu ∆n > 0: khi tăng P → KN phải giảm (để giữ KP = const) ⇒ chuyển dịch cân bằng theo chiều nghịch (làm giảm số mol khí) và ngược lại.

- Nếu ∆n < 0: khi tăng P → KN phải tăng (để giữ KP = const) ⇒ chuyển dịch cân bằng theo chiều thuận (làm giảm số mol khí) và ngược lại khi giảm P → KN phải giảm cân bằng dịch chuyển theo chiều nghịch (làm tăng số mol khí).

- Nếu ∆n = 0 ⇒ không ảnh hưởng đến sự chuyển dịch cân bằng.

* Nhận xét: kết quả của sự chuyển dịch cân bằng chống lại sự thay đổi bên ngoài:

+ Nếu P tăng ⇒ cân bằng dịch chuyển theo chiều P giảm (giảm số mol khí ∆n < 0).

+ Nếu P giảm ⇒cân bằng dịch chuyển theo chiều P tăng (tăng số mol khí ∆n > 0).

Ví dụ 1:

N₂(k) + 3H₂(k) ⇔ 2NH₃(k)

Có ∆n = 2 – (3 + 1) = -2 < 0 (chiều thuận), chiều nghịch: ∆n > 0.

- Nếu tăng áp suất chung của hệ P, cân bằng dịch chuyển theo chiều thuận là chiều làm giảm số mol khí, nghĩa là chiều tạo thành NH₃ (hiệu suất phản ứng tăng); nếu ta giảm P thì cân bằng dịch chuyển theo chiều tăng số phân tử khí nghĩa là theo chiều tạo thành N₂ và H₂ nghĩa là hiệu suất phản ứng giảm. Vì vậy trong công nghiệp, phản ứng tổng hợp NH₃ được duy trì ở áp suất 500 – 1000atm và nhiệt độ ở 400 – 500^oC.

Ví dụ 2:

CO(k) + H₂O(k) ⇔ CO₂(k) + H₂(k)

Ta có ∆n = (1 + 1) – (1 + 1) = 0 ⇒ P không ảnh hưởng đến sự chuyển dịch cân bằng.

3. Ảnh hưởng của nồng độ đến sự dịch chuyển cân bằng

- Xét phản ứng: aA + bB ⇔ cC + dD

Có KC = const ở T = const

- Nếu tăng [A], [B] cân bằng dịch chuyển theo chiều tăng [C], [D] (để giữ KC = const) ⇒ cân bằng dịch chuyển theo chiều thuận làm giảm [A], [B].

- Nếu giảm [A], [B] cân bằng dịch chuyển theo chiều giảm [C], [D] (để giữ KC = const) ⇒cân bằng dịch chuyển theo chiều nghịch làm tăng [A], [B].

- Tương tự khi tăng nồng độ sản phẩm cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm nồng độ sản phẩm (chiều nghịch) và làm tăng nồng độ chất tham gia để giữ cho KC=const, hoặc ngược lại.

- Vậy khi hệ đang ở trạng thái cân bằng, nếu ta thay đổi nồng độ của một trong các chất thì cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều chống lại sự thay đổi đó.

Ví dụ: C(r) + CO₂(k) ⇔ 2CO(k)

ở T = const, để giữ cho KC = const

- Nếu ta tăng nồng độ chất tham gia CO₂, cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận làm giảm nồng độ CO₂ và tạo ra thêm CO₂.

Nếu ta giảm nồng độ chất tham gia CO₂, cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch làm tăng nồng độ CO₂ và làm giảm bớt CO.

Nếu tăng nồng độ CO, cân bằng dịch chuyển theo chiều nghịch làm giảm nồng độ CO và làm tăng thêm nồng độ CO₂ và ngược lại.

4. Vai trò chất xúc tác

- Chất xúc tác không làm biến đổi nồng độ các chất trong cân bằng và không làm biến đổi hằng số cân bằng nên không làm cân bằng chuyển dịch.

----------------------------------------

Trên đây VnDoc đã giới thiệu tới các bạn nội dung bài Sự chuyển dịch cân bằng hóa học và các yếu tố ảnh hưởng. Để có kết quả học tập tốt và hiệu quả hơn, VnDoc xin giới thiệu tới các bạn học sinh tài liệu Giải bài tập Hóa học 10, Chuyên đề Vật Lý 10, Chuyên đề Hóa học 10, Giải bài tập Toán 10. Tài liệu học tập lớp 10 mà VnDoc tổng hợp biên soạn và đăng tải.