Bài 1: Khái niệm về cân bằng hoá học

1. Kiến thức trọng tâm

Phản ứng thuận nghịch là phản ứng xảy ra đồng thời theo hai chiều ngược nhau trong cùng một điều kiện. Khi tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch, hệ đạt trạng thái cân bằng hoá học. Tại trạng thái này, nồng độ các chất không đổi theo thời gian, nhưng phản ứng vẫn tiếp tục xảy ra ở cấp độ vi mô, nên cân bằng hoá học là cân bằng động.

Xét phản ứng tổng quát $aA + bB \rightleftharpoons cC + dD$ , hằng số cân bằng được biểu diễn bằng $K_C = \frac{[C]^c[D]^d}{[A]^a[B]^b}$ . Giá trị $K_C$ chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và bản chất của phản ứng, không phụ thuộc vào nồng độ ban đầu. Khi $K_C$ lớn, cân bằng chuyển dịch mạnh về phía sản phẩm; khi $K_C$ nhỏ, cân bằng nghiêng về phía chất tham gia.

Nguyên lí Le Chatelier phát biểu: một hệ đang ở trạng thái cân bằng, nếu chịu tác động từ bên ngoài như thay đổi nồng độ, áp suất hay nhiệt độ, cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động đó. Tăng nồng độ một chất làm cân bằng chuyển dịch theo chiều tiêu thụ chất đó. Tăng áp suất làm cân bằng chuyển dịch theo chiều giảm số mol khí. Tăng nhiệt độ làm cân bằng chuyển dịch theo chiều thu nhiệt.

2. Ví dụ minh họa

Xét phản ứng tổng hợp ammonia: $N_2(g) + 3H_2(g) \rightleftharpoons 2NH_3(g)$ . Tại trạng thái cân bằng ở một nhiệt độ xác định, nồng độ các chất đo được là $[N_2] = 0,5$ mol/L, $[H_2] = 1,5$ mol/L, $[NH_3] = 0,8$ mol/L. Tính hằng số cân bằng $K_C$ .

Lời giải: áp dụng công thức $K_C = \frac{[NH_3]^2}{[N_2][H_2]^3} = \frac{0,8^2}{0,5 \times 1,5^3} = \frac{0,64}{0,5 \times 3,375} = \frac{0,64}{1,6875} \approx 0,38$ . Phản ứng này toả nhiệt, nên khi tăng nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch, lượng $NH_3$ giảm xuống.

3. Ghi nhớ

Cân bằng hoá học là cân bằng động: tốc độ thuận bằng tốc độ nghịch, nồng độ các chất không đổi. Hằng số $K_C$ chỉ phụ thuộc nhiệt độ và bản chất phản ứng. Vận dụng nguyên lí Le Chatelier để dự đoán chiều chuyển dịch cân bằng khi thay đổi nồng độ, áp suất và nhiệt độ.

1. Kiến thức trọng tâm

Xét phản ứng tổng quát

aA + bB \rightleftharpoons cC + dD

, hằng số cân bằng được biểu diễn bằng

K_C = \frac{[C]^c[D]^d}{[A]^a[B]^b}

. Giá trị

K_C

chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và bản chất của phản ứng, không phụ thuộc vào nồng độ ban đầu. Khi

K_C

lớn, cân bằng chuyển dịch mạnh về phía sản phẩm; khi

K_C

nhỏ, cân bằng nghiêng về phía chất tham gia.

2. Ví dụ minh họa

Xét phản ứng tổng hợp ammonia:

N_2(g) + 3H_2(g) \rightleftharpoons 2NH_3(g)

. Tại trạng thái cân bằng ở một nhiệt độ xác định, nồng độ các chất đo được là

[N_2] = 0,5

mol/L,

[H_2] = 1,5

mol/L,

[NH_3] = 0,8

mol/L. Tính hằng số cân bằng

K_C

Lời giải: áp dụng công thức

K_C = \frac{[NH_3]^2}{[N_2][H_2]^3} = \frac{0,8^2}{0,5 \times 1,5^3} = \frac{0,64}{0,5 \times 3,375} = \frac{0,64}{1,6875} \approx 0,38

. Phản ứng này toả nhiệt, nên khi tăng nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch, lượng

NH_3

giảm xuống.

3. Ghi nhớ

Cân bằng hoá học là cân bằng động: tốc độ thuận bằng tốc độ nghịch, nồng độ các chất không đổi. Hằng số

K_C

chỉ phụ thuộc nhiệt độ và bản chất phản ứng. Vận dụng nguyên lí Le Chatelier để dự đoán chiều chuyển dịch cân bằng khi thay đổi nồng độ, áp suất và nhiệt độ.