Cân bằng hóa học, Sự chuyển dịch cân bằng hóa học, Nguyên lý Lơ Satơliê (Le Chatelier)
Trong nội dung này tất cả chúng ta sẽ tìm hiểu Vậy cân đối hóa học là gì? Nguyên lý Lơ Satơliê (Le Chatelier) xét sự dịch chuyển cân đối hóa học được phát biểu như vậy nào? Các yếu tố nhiệt độ, nồng độ, áp suất và chất xúc tác tác động tới sự dịch chuyển cân đối hóa học ra sao? Cân đối hóa học có ý nghĩa gì trong sản xuất hóa học?
Cân đối hóa học, Sự dịch chuyển cân đối hóa học, Nguyên lý Lơ Satơliê (Le Chatelier) thuộc phần: CHƯƠNG 7. TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG VÀ CÂN BẰNG HÓA HỌC – HÓA HỌC 10
I. Cân đối hóa học, phản ứng một chiều và phản ứng thuận nghịch
1. Phản ứng một chiều
– Phản ứng một chiều là phản ứng chỉ xảy ra theo một chiều từ trái sang phải (dùng 1 mũi tên chỉ chiều phản ứng).
* Ví dụ:
2. Phản ứng thuận nghịch
– Phản ứng thuận nghịc là những phản ứng trong cùng điều kiện xảy ra theo 2 chiều trái ngược nhau (dùng mũi tên 2 chiều chỉ phản ứng).
* Ví dụ:
3. Cân đối hóa học
– Xét phản ứng thuận nghịch:
H2(k) + I2(k) 2HI(k)
– Sự thay đổi của vận tốc phản ứng thuận vt và phản ứng nghịch vn được xác nhận như đồ thị sau:
– Khi vt = vn thì phản ứng đạt trạng thái cân đối và được gọi là cân đối hóa học, như vậy:
– Cân đối hóa học là trạng thái của phản ứng thuận nghịch khi vận tốc phản ứng thuận bằng vận tốc phản ứng nghịch.
– Cân đối hóa học là một cân đối động.
– Ở trạng thái cân đối, trong hệ luôn luôn có mặt các chất phản ứng và các chất sản phẩm.
II. Sự dịch chuyển cân đối hóa học
– Sự dịch chuyển cân đối hóa học là sự dịch chuyển từ trạng thái cân đối này sang trạng thái cân đối khác do thúc đẩy từ các yếu tố bên ngoài lên cân đối
III. Các yếu tố tác động đến cân đối hóa học
1. Tác động của nồng độ
– Thực nghiệm: C(r) + CO2(k) CO(k)
– Khi tăng CO2 thì cân đối dịch chuyển theo chiều thuận (chiều làm giảm CO2).
– Khi giảm CO2 thì cân đối dịch chuyển theo chiều nghịch (chiều làm tăng CO2).
• Tổng kết:
– Khi tăng hoặc giảm nồng độ một chất trong cân đối thì cân đối khi nào cũng dịch chuyển theo chiều làm giảm thúc đẩy của việc tăng hoặc giảm nồng độ của chất đó.
– Lưu ý: Chất rắn không làm tác động đến cân đối của hệ.
2. Tác động của áp suất
– Thực nghiệm: N2O4(khí, không màu) 2NO2(khí, nâu đỏ)
– Khi P tăng, cân đối dịch chuyển theo chiều làm giảm áp suất, hay chiều nghịch.
– Khi P giảm, cân đối dịch chuyển theo chiều làm tăng áp suất, hay chiều thuận.
• Tổng kết:
– Khi tăng hoặc giảm áp suất chung của hệ cân đối thì cân đối khi nào cũng dịch chuyển theo chiều làm giảm thúc đẩy của việc tăng hoặc giảm áp suất đó.
– Lưu ý: Khi số mol khí ở 2 vế bằng nhau (hoặc phản ứng không có chất khí) thì áp suất không tác động đến cân đối.
3. Tác động của nhiệt độ
• Phản ứng thu nhiệt và phản ứng tỏa nhiệt:
– Phản ứng thu nhiệt là phản ứng lấy thêm năng lượng để tạo sản phẩm. Kí hiệu ΔHvàgt;0.
– Phản ứng tỏa nhiệt là phản ứng mất bớt năng lượng. Kí hiệu ΔHvàlt;0.
• Thực nghiệm: N2O4(k) 2NO2(k) ΔH = +58kJ
– Phản ứng thuận thu nhiệt vì ΔH =+58kJ > 0
– Phản ứng nghịch tỏa nhiệt vì ΔH = −58kJ < 0
• Tác động của nhiệt độ đến cân đối hóa học:
– Khi tăng nhiệt độ, cân đối dịch chuyển theo chiều phản ứng thu nhiệt (giảm thúc đẩy tăng nhiệt độ).
– Khi giảm nhiệt độ, cân đối dịch chuyển theo chiều phản ứng tỏa nhiệt (giảm thúc đẩy giảm nhiệt độ).
• Nguyên lí dịch chuyển cân đối Lơ Sa-tơ-li-ê (Le Chatelier)
– Một phản ứng thuận nghịch đang ở trạng thái cân đối khi chịu một thúc đẩy từ bên ngoài như thay đổi nồng độ, nhiệt độ, áp suất thì cân đối sẽ dịch chuyển theo chiều làm giảm thúc đẩy bên ngoài đó
4. Vai trò của chất xúc tác
– Chất xúc tác không làm dịch chuyển cân đối hóa học (không tác động đến cân đối hóa học).
– Khi phản ứng thuận nghịch chưa ở trạng thái cân đối thì chất xúc tác có tác dụng làm cho cân đối nhanh chóng được thiết lập hơn.
– Vai trò chất xúc tác là làm tăng vận tốc phản ứng thuận và phản ứng nghịch với số lần bằng nhau.
IV. Ý nghĩa của vận tốc phản ứng và cân đối hóa học trong sản xuất hóa học
– Xem xét một số ví dụ sau để thấy ý nghĩa của vận tốc phản ứng và cân đối hóa học trong sản xuất hóa học:
* Ví dụ 1: Sản suất axit sunfuric H2SO4
2SO2(k)+O2(k) 2SO3(k) ΔHvàlt;0
– Ở nhiệt độ thường, phản ứng xảy ra chậm. Để tăng vận tốc phản ứng phải dùng chất xúc tác và tăng nhiệt độ. Nhưng đây là phản ứng tỏa nhiệt, nên khi tăng nhiệt độ, cân đối dịch chuyển theo chiều nghịch làm giảm hiệu suất phản ứng. Để hạn chế tạo dụng này, người ta dùng một lượng dư không khí, nghĩa là tăng nồng độ oxi, làm cho cân đối dịch chuyển theo chiều thuận.
* Ví dụ 2: Sản xuất amoniac NH3
N2(k)+3H2(k) 2NH3(k) ΔHvàlt;0
– Ở nhiệt độ thường, vận tốc phản ứng xảy ra rất chậm; nhưng ở nhiệt độ cao, cân đối dịch chuyển theo chiều nghịch; do đó, phản ứng này phải được thực hiện ở nhiệt độ thích hợp, áp suất cao và dùng chất xúc tác.
V. Bài tập về Cân đối hóa học
* Bài 1 trang 162 SGK Hóa 10: Ý nào sau đây là đúng:
A. Bất kể phản ứng nào cũng phải đạt đến trạng thái cân đối hóa học.
B. Khi phản ứng thuận nghịch ở trạng thái cân đối thì phản ứng dừng lại.
C. Chỉ có những phản ứng thuận nghịch mới có trạng thái cân đối hóa học.
D. Ở trạng thái cân đối, khối lượng các chất ở hai vế của phương trình phản ứng phải bằng nhau.
° Lời giải bài 1 trang 162 SGK Hóa 10:
• Chọn giải đáp: C. Chỉ có những phản ứng thuận nghịch mới có trạng thái cân đối hóa học.
* Bài 2 trang 162 SGK Hóa 10: Hệ cân đối sau được thực hiện trong bình kín:
2SO2(k) + O2 (k) 2SO3 (k) ΔH < 0
Yếu tố nào sau đây không làm nồng độ các chất trong hệ cân đối thay đổi?
A. Thay đổi nhiệt độ.
B. Thay đổi áp suất.
C. Sự có mặt chất xúc tác.
D. Thay đổi dung tích của bình phản ứng.
° Lời giải bài 2 trang 162 SGK Hóa 10:
• Chọn giải đáp: C. Sự có mặt chất xúc tác.
– Chất xúc tác làm tăng vận tốc phản ứng thuận và vận tốc phản ứng nghịch với số lần bằng nhau. Do vậy, chất xúc tác không làm dịch chuyển cân đối hóa học hay không làm nồng độ các chất trong cân đối thay đổi.
* Bài 3 trang 163 SGK Hóa 10: Cân đối hóa học là gì? Vì sao nói cân đối hóa học là cân đối động?
° Lời giải bài 3 trang 163 SGK Hóa 10:
– Cân đối hóa học là trạng thái của phản ứng thuận nghịch khi vận tốc phản ứng thuận bằng vận tốc phản ứng nghịch.
– Cân đối hóa học là cân đối động vì: Ở trạng thái cân đối không phải là phản ứng dừng lại, mà phản ứng thuận và phản ứng nghịch vẫn xảy ra, nhưng vận tốc bằng nhau (vthuận = vnghịch).
– Có nghĩa là trong một nhà cung cấp thời gian số mol chất phản ứng giảm đi bao nhiêu theo phản ứng thuận lại được tạo ra từng ấy theo phản ứng nghịch. Do đó cân đối hóa học là cân đối động.
* Bài 4 trang 163 SGK Hóa 10: Thế nào là sự dịch chuyển cân đối? Những yếu tố nào tác động đến cân đối hóa học? Chất xúc tác có tác động đến cân đối hóa học không? Vì sao?
° Lời giải bài 4 trang 163 SGK Hóa 10:
– Sự dịch chuyển cân đối hóa học là sự phá vỡ trạng thái cân đối cũ để chuyển sang một trạng thái cân đối mới do các yếu tố bên ngoài thúc đẩy lên cân đối.
– Những yếu tố làm dịch chuyển cân đối là nhiệt độ, nồng độ và áp suất.
– Chất xúc tác không có tác động đến cân đối hóa học, vì chất xúc tác không làm thay đổi nồng độ các chất trong cân đối và cũng không làm thay đổi hằng số cân đối. Chất xúc tác làm tăng vận tốc phản ứng thuận và vận tốc phản ứng nghịch với số lần bằng nhau, nên nó có tác dụng làm cho phản ứng thuận nghịch đạt tới trạng thái cân đối nhanh chóng hơn.
* Bài 5 trang 163 SGK Hóa 10: Phát biểu nguyên lý Lơ Sa-tơ-li-ê và dựa vào cân đối sau để minh họa:
C(r) + CO2 2CO(k) ΔHvàgt;0
° Lời giải bài 5 trang 163 SGK Hóa 10:
• Nguyên lý Lơ Sa-tơ-li-ê:
– Một phản ứng thuận nghịch đang ở trạng thái cân đối khi chịu một thúc đẩy bên ngoài, như thay đổi nhiệt độ, nồng độ hay áp suất sẽ dịch chuyển cân đối theo chiều giảm thúc đẩy bên ngoài đó.
• Minh họa bằng cân đối sau:
C(r) + CO2(k) 2CO(k) ∆Hvàgt;0
– Nồng độ: Khi ta cho thêm vào một lượng khí CO2 nồng độ trong hệ sẽ tăng trưởng làm cho cân đối dịch chuyển theo chiều thuận (từ trái sang phải) tức là phản ứng dịch chuyển theo chiều làm giảm nồng độ CO2.
– Nhiệt độ: Khi ta tăng nhiệt độ thấy cân đối dịch chuyển theo chiều thuận tức là phản ứng dịch chuyển theo chiều thu nhiệt.
– Áp suất: Khi ta tăng áp suất của hệ thấy cân đối dịch chuyển theo chiều nghịch (từ phải sang trái) tức là cân đối dịch chuyển theo chiều làm giảm số mol phân tử khí (giảm áp suất).
* Bài 6 trang 163 SGK Hóa 10: Xét các hệ cân đối sau trong một bình kín:
C(r) + H2O(k) CO(k) + H2(k) ΔHvàgt;0 (1)
CO(k) + H2O(k) CO2(k) + H2(k) ΔHvàlt;0 (2)
Các cân đối trên dịch chuyển như vậy nào khi thay đổi trong một các điều kiện sau?
a) Tăng nhiệt độ.
b) Thêm lượng hơi nước vào.
c) Thêm khí H2 ra.
d) Tăng áp suất chung bằng cách nén cho thể tích của hệ giảm xuống.
e) Dùng chất xúc tác.
° Lời giải bài 6 trang 163 SGK Hóa 10:
– Cân đối trong bình kín:
C(r) + H2O(k) CO(k) + H2(k) ΔHvàgt;0 (1)
CO(k) + H2O(k) CO2(k) + H2(k) ΔHvàlt;0 (2)
– Dựa vào nguyên lí dịch chuyển ta có bảng sau:
Phản ứng (1)
Phản ứng (2)
Tăng nhiệt độ
→
←
Thêm hơi nước
→
→
Thêm khí H2
←
←
Tăng áp suất
←
Tổng số mol khí 2 vế bằng nhau nên áp suất không tác động tới dịch chuyển cân đối.
Chất xúc tác
Không đổi
Không đổi
* Bài 7 trang 163 SGK Hóa 10: Clo phản ứng với nước theo phương trình hóa học sau:
Cl2 + H2O HClO + HCl
Dưới tác dụng của ánh sáng, HClO bị phân hủy theo phản ứng:
2HClO 2HCl + O2.
Giải thích vì sao nước clo (dung dịch clo trong nước) không giữ gìn được lâu.
° Lời giải bài 7 trang 163 SGK Hóa 10:
– Nước Clo không giữ gìn được lâu vì HClO không bền dưới ánh sáng nên bị phân hủy hoàn toàn tạo thành HCl và O2. Khi đó phản ứng dịch chuyển theo chiều thuận do nồng độ HClO giảm, Cl2 tác dụng từ từ với H2O cho tới hết, HClO cũng bị phân hủy dần đến hết.
* Bài 8 trang 163 SGK Hóa 10: Cho biết phản ứng sau:
4CuO(r) 2Cu2O(r) + O2(k) ΔH > 0
Có thể dùng những biện pháp gì để tăng hiệu suất chuyển hóa CuO thành Cu2O?
° Lời giải bài 8 trang 163 SGK Hóa 10:
• Để tăng hiệu suất chuyển hóa CuO thành Cu2O tức là làm cân đối dịch chuyển theo chiều thuận có thể dùng 2 biện pháp sau:
– Tăng nhiệt độ vì phản ứng thuận là phản ứng thu nhiệt.
– Hút khí O2 ra (nhằm giảm áp suất).
Cân đối hóa học, Sự dịch chuyển cân đối hóa học, Nguyên lý Lơ Satơliê (Le Chatelier) – Hóa 10 bài 38 được biên soạn theo SGK mới và được đăng trong mục Soạn Hóa 10 và giải bài tập Hóa 10 gồm các bài Soạn Hóa 10 được hướng dẫn biên soạn bởi đội ngũ giáo viên dạy giỏi hóa tư vấn và những bài Hóa 10 được soanbaitap.com trình bày dễ hiểu, dễ sử dụng và dễ tìm kiếm, giúp bạn học giỏi hóa 10. Nếu thấy hay hãy chia sẻ và comment để nhiều bạn khác học tập cùng.
