Bài 38. Cân bằng hoá học

Bài
38
1. Phản ứng một chiều:
Ví dụ1 : Fe + 2HCl ? FeCl2 + H2?
Trong cùng điều kiện H2 không phản ứng với FeCl2.
Ví dụ 2 : Nhiệt phân KClO3 có mặt chất xúc tác MnO2
Trong cùng điều kiện (t0, MnO2 ) KCl không phản ứng được với O2 để tạo lại KClO3.
Câu hỏi 1 : Viết pứhh xảy ra trong các trường hợp sau:
a)Fe với dung dịch HCl
b)phản ứng nhiệt phân KClO3.
Sản phẩm sinh ra trong mỗi pứ trên có tác dụng với nhau được không?
Như vậy 2 phản ứng trên chỉ xẩy ra theo một chiều từ trái sang phải. Những phản ứng như vậy gọi là phản ứng một chiều.
Phản ứng một chiều là gì?
Phản ứng một chiều: là phản ứng chỉ xảy ra theo một chiều từ trái sang phải, biểu thị bằng 1 mũi tên chỉ chiều phản ứng.
I/ PHẢN ỨNG MỘT CHIỀU, PHẢN ỨNG THUẬN NGHỊCH VÀ CÂN BẰNG HÓA HỌC
Trong PƯHH người ta dùng kí hiệu nào để chỉ một phản ứng là phản ứng một chiều?
2. Phản ứng thuận nghịch:
Ở điều kiện thường Cl2 phản ứng với H2O tạo thành HClO và HCl, đồng thời HCl và HClO cũng phản ứng với nhau tạo ra Cl2 và H2O.
Phản ứng thuận nghịch: là phản ứng xảy ra theo hai chiều trái ngược nhau, biểu thị bằng hai mũi tên ngược chiều nhau.
* Đặc điểm của phản ứng thuận nghịch: Hỗn hợp phản ứng luôn có mặt đồng thời cả sản phẩm và chất tham gia phản ứng.
Câu hỏi 2 :
a) Viết phương trình ph?n ?ng của clo với H2O.
b) Biết HClO là chất oxi hóa mạnh oxi hóa được HCl là chất khử. Hãy viết phương trình phản ứng xảy ra.
Xét phản ứng:
phản ứng như vậy gọi là phản ứng thuận nghịch
Phản ứng thuận nghịch là gì?
Trong PƯHH người ta dùng kí hiệu nào để chỉ một phản ứng là phản ứng thuận nghịch?
I/ PHẢN ỨNG MỘT CHIỀU, PHẢN ỨNG THUẬN NGHỊCH VÀ CÂN BẰNG HÓA HỌC
Thời gian
Tốc độ phản ứng
Vt
Vn
Trạng thái cân bằng
3. Cân bằng hóa học:
Xét phản ứng:
vt = vn
Gọi Vt là tốc độ của phản ứng thuận và Vn là tốc độ của phản ứng nghịch.
Nhận xét:
Ban đầu: Vt lớn (do nồng độ I2 và H2 lớn); Vn = 0 (do nồng độ HI=0)
Khi pư �xảy ra: Vt giảm (do nồng độ I2 và H2 giảm); Vn tăng (nồng độ HI ngày càng lớn)
Đến một lúc nào đó (tcb) thì Vt = Vn = const (Vcb): pứ đạt tới trạng thái cân bằng.
Vcb
I/ PHẢN ỨNG MỘT CHIỀU, PHẢN ỨNG THUẬN NGHỊCH VÀ CÂN BẰNG HÓA HỌC
tcb
?Cân bằng hoá học: là trạng thái của phản ứng thuận nghịch khi tốc độ của phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch (Vt = Vn).
Vậy hãy cho biết cân bằng hoá học là gì?
Phân tích số liệu thực nghiệm thu được từ phản ứng trên như sau
H2 + I2 ? 2HI
Ban đầu: 0,5 0,5 0 (mol/l)
Phản ứng: 0,393 0,393 0,786 (mol/l)
Cân bằng: 0,107 0,107 0,786 (mol/l)
Từ phân tích trên hãy cho biết tại trạng thái cân bằng, phản ứng thuận và phản ứng nghịch có xẩy ra không? Từ đó hãy nêu 1 đặc điểm của cân bằng hóa học?
Tại sao ở trạng thái cân bằng nồng độ các chất không đổi nếu giữ nguyên điều kiện phản ứng?
?Cân bằng hoá học là cân bằng động
3. Cân bằng hóa học:
Xét phản ứng:
Số liệu phân tích:
Tại trạng thái cân bằng: pứ không dừng lại mà pứ thuận và pứ nghịch vẫn tiếp tục xảy ra nhưng với tốc độ bằng nhau Vt = Vn
Tại trạng thái cân bằng: Vt = Vn có nghĩa là trong 1 đơn vị thời gian, nồng độ các chất pứ giảm đi bao nhiêu theo pứ thuận thì lại được tạo ra bấy nhiêu theo pứ nghịch
I/ PHẢN ỨNG MỘT CHIỀU, PHẢN ỨNG THUẬN NGHỊCH VÀ CÂN BẰNG HÓA HỌC
3. Cân bằng hóa học:
Xét phản ứng:
?Cân bằng hoá học là trạng thái của phản ứng thuận nghịch khi tốc độ của phán ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch (Vt = Vn).
?Cân bằng hoá học là cân bằng động
?Các chất phản ứng không chuyển hoá hoàn toàn thành sản phẩm nên trong hệ cân bằng luôn luôn có mặt chất phản ứng và chất sản phẩm.
I/ PHẢN ỨNG MỘT CHIỀU, PHẢN ỨNG THUẬN NGHỊCH VÀ CÂN BẰNG HÓA HỌC
1/ Thí nghiệm:
+ Cho hai ống nghiệm (1) và (2) ch?a lu?ng khí NO2 nhu nhau, trong m?i ?ng nghi?m d?u t?n t?i cân b?ng sau:
+ Màu của hỗn hợp khí trong cân bằng ở hai ống nghiệm như nhau.
Nước đá
(1)
(2)
Câu hỏi: Nhận xét hiện tượng thí nghiệm. Nồng độ NO2 ở 2 ống có gì thay đổi ?
Sau khi ngâm ống (1) vào nước đá, ống (1) màu nhạt hơn ống (2) chứng tỏ nồng độ khí NO2 trong ống (1) đã giảm
II/ SỰ CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG
2/ Định nghĩa :
Sự chuyển dịch cân bằng hóa học là sự di chuyển từ trạng thái cân bằng này đến trạng thái cân bằng khác do tác động của các yếu tố bên ngoài lên cân bằng.
+ Các yếu tố làm chuyển dịch cân bằng là nồng độ, áp suất, nhiệt độ.
1/ Thí nghiệm
Hiện tượng trong thí nghiệm vừa nêu được gọi là sự chuyển dịch cân bằng.
II/ SỰ CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG
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)
Khi ở trạng thái cb : vt = vn, nồng độ của các chất không đổi.
Câu hỏi:
1/ So sánh vt và vn khi phản ứng ở trạng thái cân bằng.
2/ Khi thêm CO2 vào thì hệ cân bằng sẽ biến đổi như thế nào?
2/ Khi lấy bớt khí CO2 ra khỏi hệ thì cân bằng sẽ biến đổi như thế nào?
Khi thêm CO2 vào hệ, nồng độ CO2 tăng làm vt > vn? Cân bằng đã chuyển dời theo chiều phản ứng thuận - chiều làm giảm nồng độ CO2.
Khi lấy bớt khí CO2 ra khỏi hệ, nồng độ CO2 giảm làm vt < vn? Cân bằng đã chuyển dời theo chiều phản ứng nghịch - chiều làm tăng [CO2] .
III/ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÂN BẰNG HÓA HỌC
+ Khi lấy bớt CO: cân bằng chuyển dời theo làm tăng [CO] ? chiều thuận.
+ Khi thêm CO vào : cân bằng chuyển dời theo chiều làm giảm [CO]? 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.
1/ Ảnh hưởng của nồng độ:
Câu hỏi áp dụng: Em hãy cho biết cân bằng hóa học sẽ chuyển dịch về phía nào?
1/ Khi thêm khí CO vào hệ
2/ Khi lấy bớt khí CO ra khỏi hệ
C(r) + CO2 (k) ? 2CO (k) (1)
Tương tự:
III/ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÂN BẰNG HÓA HỌC
+ Đẩy pít tông vào làm tăng áp suất của hệ? tăng số mol khí của hệ
+Phản ứng nghịch từ 2 mol NO2 tạo 1 mol N2O4 ? số mol khí giảm ? áp suất giảm.
+ Màu của hỗn hợp khí nhạt hơn? số mol khí NO2 giảm, số mol khí N2O4 tăng
Nhận xét TN:
III/ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÂN BẰNG HÓA HỌC
2/ Ảnh hưởng của áp suất:
Thí nghiệm : Xét hệ cân bằng trong xi lanh kín có pít tông ở nhiệt độ thường không đổi.
Câu hỏi : Khi đẩy pít tông vào thì áp suất của hệ thay đổi như thế nào ? Nhận xét về màu của hỗn hợp khí ? số mol khí nào tăng ? Cân bằng chuyển dịch theo chiều nào (thuận/nghịch)?
Câu hỏi tương tự khi kéo pít tông ra.
2/ Ảnh hưởng của áp suất:
Thí nghiệm : Xét hệ cân bằng trong xi lanh kín có pít tông ở nhiệt độ thường không đổi.
Câu hỏi : Khi đẩy pít tông vào thì áp suất của hệ thay đổi như thế nào ? Nhận xét về màu của hỗn hợp khí ? số mol khí nào tăng ? Cân bằng chuyển dịch theo chiều nào (thuận/nghịch)?
Câu hỏi tương tự khi kéo pít tông ra.
Vậy khi tăng áp suất chung của hệ , cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch làm giảm áp suất chung của hệ.
+ Thí nghiệm chứng tỏ: khi tăng áp suất? số mol khí NO2 giảm, số mol khí N2O4 tăng ? cb chuyển dịch theo chiều nghịch- chiều làm giảm số mol khí của hệ? làm giảm áp suất.
III/ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÂN BẰNG HÓA HỌC
+ Khi kéo pít tông ra?thể tích của hệ tăng?áp suất chung giảm: màu của hỗn hợp đậm hơn? chứng tỏ số mol NO2 tăng, số mol N2O4 giảm? cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận ? chiều làm tăng áp suất-làm tăng số mol khí của hệ (1mol?2mol).
III/ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÂN BẰNG HÓA HỌC
2/ Ảnh hưởng của áp suất:
Thí nghiệm : Xét hệ cân bằng trong xi lanh kín có pít tông ở nhiệt độ thường không đổi.
Câu hỏi : Khi đẩy pít tông vào thì áp suất của hệ thay đổi như thế nào ? Nhận xét về màu của hỗn hợp khí ? số mol khí nào tăng ? Cân bằng chuyển dịch theo chiều nào (thuận/nghịch)?
Câu hỏi tương tự khi kéo pít tông ra.
2/ Ảnh hưởng của áp suất:
Thí nghiệm : Xét hệ cân bằng trong xi lanh kín có píttông ở nhiệt độ thường không đổi.
Khi giaûm aùp suaát  caân baèng chuyeån dòch theo chieàu laøm taêng soá mol khí cuûa heä: chieàu thuaän
? Kết luận: Khi tăng hoặc giảm áp suất chung của hệ cân bằng thì cân bằng bao giờ cũng chuyển dịch theo chiều làm giảm tác dụng của việc tăng hay giảm áp suất đó.
?Khi tăng áp suất ? cb chuyển dịch theo chiều làm giảm số mol khí của hệ: chiều nghịch (2 mol NO2 ? 1mol N2O4).
Lưu ý: Nếu số mol khí ở 2 vế phản ứng bằng nhau thì áp suất không ảnh hưởng và không làm chuyển dịch sự cân bằng.
III/ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÂN BẰNG HÓA HỌC
3/ Ảnh hưởng của nhiệt độ :
a) Nhiệt phản ứng:
+VD1: Cho vôi sống vào nước, nước sôi ? phản ứng tỏa nhiệt:
+ VD2: Nung đá vôi thành vôi sống phải cung cấp nhiệt ? pứ thu nhiệt:
Phản ứng tỏa nhiệt : các chất phản ứng mất bớt năng lượng ?H < 0, năng lượng tỏa vào môi trường làm nhiệt độ tăng.
Phản ứng thu nhiệt : các chất phản ứng phải lấy thêm năng lượng để tạo thành sản phẩm ?H > 0
CaO + H2O ? Ca(OH)2 , ?H = -65 kJ
Trong các PƯHH, năng lượng được giải phóng hoặc hấp thu dưới dạng nhiệt, gọi là nhiệt phản ứng, kí hiệu ?H
III/ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÂN BẰNG HÓA HỌC
b)Ảnh hưởng của nhiệt độ:
Xét cân bằng trong bình kín:
-Phản ứng thuận: ?H = +58 kJ > 0 phản ứng thu nhiệt.
-Phản ứng nghịch: ?H = -58 kJ < 0 phản ứng tỏa nhiệt.
3/ Ảnh hưởng của nhiệt độ:
a) Nhiệt phản ứng:
Thí nghiệm: Ngâm hỗn hợp pứ trong nước đá và nước sôi.
Kết luận:
-Khi tăng nhiệt độ, cb chuyển dịch theo chiều pứ thu nhiệt nghĩa là làm giảm tác dụng của việc tăng nhiệt độ
-Khi giảm nhiệt độ, cb chuyển dịch theo chiều pứ tỏa nhiệt - chiều làm giảm tác dụng của việc giảm nhiệt độ.
III/ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÂN BẰNG HÓA HỌC
H = 58 kJ
Kết luận: 3 yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học là nồng độ, áp suất, nhiệt độ được tổng kết thành nguyên lí chuyển dịch cân bằng:
Câu hỏi: Nêu điểm giống nhau của chiều chuyển dịch cân bằng khi chịu tác động của nồng độ, áp suất, nhiệt độ. Từ đó phát biểu nguyên lí chuyển dịch cân bằng.
* Nguyên lý chuyển dịch cân bằng (nguyên lý Lơ- Sa-tơ-li-e) 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.
4/ Vai trò của chất xúc tác :
Chất xúc tác làm tăng vt và vn với số lần bằng nhau nên không ảnh hưởng đến cân bằng hóa học mà chỉ làm cho phản ứng nhanh đạt đến trạng thái cb.
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 HÓA HỌC
Ví dụ1: Trong quá trình sản xuất axit sunfuric có phản ứng :
2SO2 (k) + O2 (k) ? 2SO3 (k) ?H = -198 kJ
Đặc điểm của phản ứng: Phản ứng này dùng oxi không khí, ở nhiệt độ thường phản ứng xảy ra rất chậm, phản ứng thuận tỏa nhiệt và làm giảm áp suất chung của hệ..
Do đó: Để tăng tốc độ phản ứng phải dùng chất xúc tác và thực hiện phản ứng ở nhiệt độ khá cao. Nhưng đây là phản ứng tỏa nhiệt, tăng nhiệt độ làm cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch làm giảm hiệu suất của phản ứng, để hạn chế tác dụng này người ta dùng một lượng dư không khí (tăng nồng độ oxi) làm cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận.
Câu hỏi: Xét phản ứng :
2SO2 (k) + O2 (k) ? 2SO3 (k) ?H < 0
Ở nhiệt độ thường phản ứng xảy ra rất chậm, làm thế nào để cân bằng phản ứng chuyển dịch theo chiều thuận thu được nhiều SO3 ?
- Nêu đặc điểm của phản ứng.
- Dự kiến các cách làm cân bằng phản ứng chuyển dịch theo chiều thuận.
Ví dụ2 :
N2 (k) + 3H2 (k) ? 2NH3 (k) ?H = 192 kJ
Đặc điểm của phản ứng : tốc độ phản ứng rất chậm ở nhiệt độ thường, phản ứng thuận tỏa nhiệt và làm giảm áp suất chung của hệ.
Do đó phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ cao, áp suất cao và dùng chất xúc tác. Tuy nhiên nhiệt độ cao làm cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch, nên chỉ thực hiện ở nhiệt độ thích hợp (không cao quá).
Câu hỏi: Xét phản ứng :
N2 (k) + 3H2 (k) ? 2NH (k) ?H < 0
Ở nhiệt độ thường phản ứng xảy ra rất chậm, làm thế nào để cân bằng phản ứng chuyển dịch theo chiều thuận thu được nhiều NH3 ?
- Nêu đặc điểm của phản ứng :
- Dự kiến các cách làm cân bằng phản ứng chuyển dịch theo chiều thuận.
IV/ Ý NGHĨA CỦA TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG VÀ CÂN BẰNG HÓA HỌC TRONG SẢN XUẤT HÓA HỌC
Nước đá
Nước sôi
Khi hỗn hợp ở trạng thái cân bằng:
+ Ngâm bình đựng hỗn hợp vào nước sôi (tăng t0): màu nâu đỏ của hỗn hợp đậm lên ? cân bằng chuyển dịch theo chiều tạo ra thêm nhiều NO2 -chiều nghịch. Vậy cb chuyển dịch theo chiều của phản ứng thu nhiệt.
+ Ngâm bình vào nước đá (giảm t0): màu của hỗn hợp khí nhạt đi ? cân bằng chuyển dời theo chiều làm giảm nồng độ NO2 -chiều thuận ? chiều của phản ứng tỏa nhiệt.
Thí nghiệm: Ngâm hỗn hợp phản ứng trong nước đá và nước sôi.
Ban đầu
Câu hỏi : Sau khi xem mô phỏng thí nghiệm, nhận xét màu của hỗn hợp khí ? xác định chiều chuyển dịch của cân bằng ? kết luận về ảnh hưởng của nhiệt độ đến cân bằng hóa học.