Bài 38: CÂN BẰNG HÓA HỌC
CÂN BẰNG HÓA HỌC
I. Phản ứng một chiều,phản ứng thuận nghịch và cân bằng hóa học.
II.Sự dịch chuyển cân bằng hóa học
III.Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học.
IV.Ý nghĩa của tốc độ phản ứng và cân bằng hóa học trong sản xuất đời sống.
1.Phản ứng một chiều.
2.Phản ứng thuận nghịch.
3.Cân bằng hóa học.
1. Phản ứng một chiều
Phương trình hóa học:
H2 + Cl2
HCl
Video thí nghiệm
Xét các phản ứng
a.Zn với dung dịch HCl
Zn + 2HCl ZnCl2 + H2
Trong cùng điều kiện trên H2 không phản ứng với ZnCl2 tạo Zn.
b.Đun nóng tinh thể KClO3 có mặt chất xúc tác MnO2
KClO3 KCl + O2

Trong cùng điều kiện đó thì KCl không phản ứng với O2 tạo ra KClO3
Phản ứng một chiều là phản ứng xảy ra theo một chiều từ trái sang phải.
Dùng mũi tên để chỉ chiều phản ứng.


MnO2
.
.
-Phản ứng hai chiều là gì?
-Phản ứng thuận nghịch là gì?
-Có phải phản ứng hai chiều là phản ứng thuận nghịch hay không?
Xét ví dụ 1:




Xét ví dụ 2:
Cl2 + H2O HCl + HClO

Ở điều kiện thường: Cl2 + H2O tạo thành HCl và HClO,đồng thời HClO và HCl sinh ra phản ứng với nhau tạo lại Cl2 và H2O.
2 H2 + O2
Xt, to
2 H2O
2H2O
2H2 + O2
Điện phân
.
.
Phản ứng 2 chiều là gì ?
P hản ứng thuận nghịch là gì ?
Phản ứng thuận nghịch là phản ứng xảy ra theo đồng thời theo hai chiều trái ngược nhau trong cùng một điều kiện.
Phản ứng hai chiều là phản ứng xảy ra theo 2 chiều ngược nhau(phản ứng thuận và phản ứng nghịch) nhưng hai phản ứng này xảy ra ở hai điều kiện khác nhau.
.
.
3. CÂN BẰNG HÓA HỌC
Xét phản ứng :
H2 (Khí) + I2(Khí) 2HI(Khí)
Ban đầu (t= 0): 0,5 M 0,5 M 0
Phản ứng 0,393M 0,393 M 0,786 M
Cân bằng : 0,107M 0,107 M 0,786 M
Gọi vt là tốc độ phản ứng thuận
vn là tốc độ phản ứng nghịch.
Nhận xét :
-Lúc đầu : nồng độ H2 và I2 lớn,nồng độ HI =0
nên vt lớn ,vn =0.
-Khi phản ứng xảy ra : nồng độ H2 , I2 giảm dần,
Nồng độ HI tăng dần nên vt giảm dần ,vn tăng dần.
-Đến lúc nào đó nồng độ các chất được giữ nguyên
Và vt =vn được gọi là trạng thái 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.
-Đặc điểm của phản ứng thuận nghịch là các chất phản ứng không chuyển hóa hoàn toàn thành sản phẩm,nên trong hệ cân bằng luôn có mặt các chất phản ứng và các sản phẩm.
Cân bằng hóa học là cân bằng động
Cân bằng hóa học là trạng thái của phản ứng thuận nghịch khi tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch
3.Cân bằng hóa học.
II. Sự dịch chuyển cân bằng hóa học
.
1.Thí nghiệm
Quan sát thí nghiệm sau.
Nhận xét và giải thích hiện tượng thí nghiệm trước và sau ?
Video thí nghiệm
1.Thí nghiệm
- Sự chuyển dịch cân bằng hóa học là sự chuyển dịch từ trạng thái này sang trạng thái khác do tác động của các yếu tố từ bên ngoài lên cân bằng.

- Những yếu tố ảnh hưởng đến chuyển dịch cân bằng: nồng độ , áp suất , nhiệt độ.
2.Định nghĩa
Xét hệ cân bằng sau trong một bình kín ở nhiệt độ cao và không đổi:
C(r)+CO2(k) 2CO(k)
KC = [CO]2
[CO2]
Ở 8000C, hằng số cân bằng KC không biến đổi và bằng 9,2.10-2.
Nhận xét: khi tăng hoặc giảm nồng độ một chất trong cân bằng, thì cân bằng bao giờ cũng chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động của việc tăng hoặc giảm nồng độ của chất đó.
Khi ở trạng thái cân bằng : vt = vn , nồng độ của các chất không đổi.
Thêm CO2 vào hỗn hợp phản ứng ,nồng độ CO2 tăng làm vt > vn phản ứng tạo nhiều CO hơn.
nồng độ CO2 giảm, nồng độ CO tăng
vt giảm, vn tăng đến một lúc nào đó vt = vn thì phản ứng đạt đến trạng thái cân bằng mới có nồng độ CO2 nhỏ hơn, nồng độ CO lớn hơn so với trạng thái cân bằng đầu.
Cân bằng đã chuyển dời theo phản ứng thuận
1. Ảnh hưởng của nồng độ

Xét một hệ cân bằng sau trong một bình kín ở nhiệt độ cao và không đổi:


C(r) + CO2(k)
2CO (k) (1)
Tương tự khi lấy bớt CO ra khỏi hỗn hợp: cân bằng chuyển dời theo chiều thuận.
Thêm CO vào: cân bằng chuyển dời theo chiều nghịch.

Kết luận: Khi tăng hoặc giảm nồng độ của một chất trong cân bằng thì cân bằng bao giờ cũng chuyển dịch theo chiều làm giảm tác dụng của việc tăng hoặc giảm nồng độ của chất đó .
Chú ý : Khi thêm hoặc bớt lượng chất rắn không ảnh hưởng đến cân bằng (cân bằng không chuyển dịch)
2.Ảnh hưởng của áp suất
Video thí nghiệm

Quan sát hiện tượng thí nghiệm
1.Khi nén(tăng) áp suất màu hỗn hợp khí như thế nào ? ...(1)

2.Khi giảm áp suất màu hỗn hợp khí như thế nào?...(2).

Cơ sở lý thuyết
1.Viết về một phương trình vật lý hay hóa học đã biết về mối quan hệ giữa số mol và áp suất…(3)
2.Từ phương trình trên cho biết mối tương quan (tỷ lệ thuận hay nghịch ) giữa hai đại lượng số mol và áp suất?....(4)
3. Từ phương trình phản ứng : N2O4(k) NO2(k)
Phản ứng thuận :số mol…(5) áp suất…(6).
Phản ứng nghịch:số mol…(7) áp suất…(8).
nhạt dần (tạo N2O4)

đậm dần (tạo NO2)

PV=nRT
tỉ lệ thuận
tăng
tăng
giảm
giảm
Kết luận: Khi tăng hoặc giảm áp suất chung của hệ cân bằng thì bao giờ cũng chuyển dịch theo chiều làm giảm tác dụng của việc tăng hay giảm áp suất đó.
Chú ý : Nếu phản ứng có số mol khí ở hai vế bằng nhau hoặc phản ứng không có chất khí thì áp suất không ảnh hưởng đến cân bằng.
2. Ảnh hưởng của áp suất
Hằng số lí tưởng
1.Cân bằng trong hệ đồng thể
Khái niệm :Hệ đồng thể là hệ không có bề mặt phân chia trong hệ.

Xét hệ cân bằng sau:
N2O4(K) 2NO2(K)
(Xét hệ cân bằng ở 25oC)



Hệ cân bằng N2O4 (K) 2NO2 (K) Ở 25OC
1: CÂN BẰNG TRONG HỆ SỐ ĐỒNG THỂ

KC(*) =

Hằng số cân bằng Kc của phản ứng xác định chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.
Phương trình tổng quát:
aA + bB Cc+dD
Kc =

[NO2]2
[N2O4]
[C]c[D]d
[A]a[B]b
Khái niệm:Hệ dị thể là hệ có bề mặt phân chia trong hệ , qua bề mặt này có sự thay đổi đột ngột tính chất.
2.Cân bằng trong hệ dị thể
2: Cân bằng trong hệ dị thể
Xét hệ cân bằng :
C(r) + CO2 (k) 2CO(k)
Nồng độ của chât rắn được coi là hằng số, nên nó không có mặt trong biểu thức hằng số cân bằng Kc. Đối với cân bằng trên ta có :
Kc = [CO]2
[CO2]
Gía trị hằng số cân bằng có ý nghĩa rất lớn, vì nó cho biết lượng chất phản ứng còn lại và lượng sản phẩm thu được tạo thành ở vị trí cân bằng, do đó biết được hiệu suất của phản ứng. Thhis dụ :
CaCO3 (r) CaO (r) +CO2(k) ; KC=[CO2]
Ở 8200C, KC = 4,28.10-3, do đó [CO2] = 4,28.10-3 mol//l
Ở 8800C, KC = 1,06.10-2, nên [CO2] = 1,06.10-2mol/l
Vậy ở nhiệt độ cao hơn, khi phản ứng ở trạng thái cân bằng, lượng CO2 ( đồng thời lượn
CaO) tạo thành theo phản
ứng nhiều hơn nghĩa là ở nhiệt
độ cao hơn hiệu xuât chuyển
hóa CaCO3 thành CaO và CO2
lớn hơn
 
3. Ảnh hưởng của nhiệt độ
 
Đậm lên
thuận
thu
Nhạt đi
Nghịch
Toả nhiệt
thu
tăng
tỏa
giảm
Nêu điểm giống nhau của chiều chuyển dịch cân bằng khi chịu tác dụng của nồng độ, áp suất, nhiệt độ. Từ đó phát biểu nguyên lí chuyển dịch cân bằng?
Nguyên lý chuyển dịch cân bằng (nguyên lí lơ sa –tơ –li-ê ) le chatelier
Một phản ứng thuận nghịch đang ở trạng thái cân bằng khi chịu một tác động bên ngoài như biến đổi nồng độ, nhiệt độ, áp suất sẽ chuyển dịch cân bằng theo chiều làm giảm tác động bên ngoài đó.

Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng thuận và tốc
độ phản ứng nghịch với số lần bằng nhau nên không
làm ảnh hưởng đến cân bằng hóa học.
Chất xúc tác làm cho phản ứng nhanh đạt đến trạng
thái cân bằng.
4. Vai trò của chất xúc tác:


VD1: Xét quá trình sản xuất axit sunfuric có phản ứng:
2SO2(k) + O2(k) 2SO3(k) , ΔH= -198kJ< 0

Ở nhiệt độ thường phản ứng này thường xảy ra rất chậm.









IV. Ý nghĩa của tốc độ phản ứng và cân bằng hóa học trong sản xuất hóa học:
Làm thế nào để cân bằng phản ứng chuyển dịch theo chiều thuận thu được nhiều SO3?

2SO2(k) + O2(k) 2SO3(k) , ΔH= -198kJ< 0

Để tăng tốc độ của phản ứng thì:
Tăng nhiệt độ.
Dùng chất xúc tác.
Nhưng đây là phản ứng tỏa nhiệt nên khi tăng nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch làm giảm hiệu suất của phản ứng. Để hạn chế tác dụng này thì người ta đã dùng một lượng dư oxi, nghĩa là tăng nồng độ oxi nên sẽ làm cho cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận.
VD2: Xét quá trình tổng hợp amoniac:

N2(k) + 3H2(k) 2NH3(k) ΔH =-92kJ

Ở nhiệt độ thường phản ứng này thường xảy ra rất chậm.












Làm thế nào để cân bằng phản ứng chuyển dịch theo chiều thuận thu được nhiều NH3?
N2(k) + 3H2(k) 2NH3(k) ΔH =-92kJ

Để tăng tốc độ của phản ứng thì phải thực hiện:
Ở nhiệt độ cao.
Ở áp suất cao.
Dùng chất xúc tác.
Ở áp suất cao, cân bằng sẽ chuyển dịch sang phía tạo ra NH3, nhưng ở nhiệt độ cao cân bằng chuyển dịch theo chiều ngược lại, nên chỉ thực hiện phản ứng ở nhiệt độ thích hợp.
THE END