Lúc học môn Hóa, các em sẽ tiến hành nghe nhiều đến khái niệm cân bằng hóa học. Đó cũng là nội dung quan trọng mà các em cần nắm vững để giải quyết và xử lý các bài toán trong Khóa học Hóa học lớp 10 nói riêng, Hóa trung học cơ sở và trung học phổ thông nói chung. Vậy, cân bằng hóa học là gì? Trong nội dung bài viết này, Marathon Education sẽ cung cấp cho những em đầy đủ những tri thức về lý thuyết này.
Phản ứng một chiều và phản ứng thuận nghịch
Lúc học về cân bằng hóa học, các em sẽ tiến hành nghe biết 2 loại phản ứng. Đó đây chính là phản ứng một chiều và phản ứng thuận nghịch.
Đúng như tên gọi, phản ứng một chiều là phản ứng chỉ xẩy ra theo như đúng một chiều từ trái sang phải. Điều này còn có tức là sau phản ứng, chất phản ứng sẽ chuyển đổi thành chất sản phẩm và không xẩy ra phản ứng theo chiều trái lại. Khi viết phương trình hóa học, các em cần sử dụng mũi tên để chỉ chiều phản ứng.
Trái lại, phản ứng xẩy ra theo 2 chiều trái ngược nhau trong cùng một tham dự được gọi là phản ứng thuận nghịch. Cụ thể, chất phản ứng chuyển đổi thành chất sản phẩm và trái lại, chất sản phẩm cũng sẽ phản ứng với nhau tạo thành chất tham gia phản ứng. Vì thế, khi viết phương trình hoá học, các em nên sử dụng hai mũi tên ngược chiều nhau.
Cân bằng hóa học là gì?
Cân bằng hóa học là một trạng thái của phản ứng thuận nghịch khi tốc độ phản ứng thuận và phản ứng nghịch bằng nhau.
Như vậy, cân bằng hóa học được xác định là cân bằng động. Ở trạng thái cân bằng luôn có sự xuất hiện của chất phản ứng và chất sản phẩm.
>>> Xem thêm:
- Bài Tập Cân Bằng Phương Trình Hóa Học Và 5 Cách Cân Bằng Đơn Giản
- 8 Cách Cân Bằng Phương Trình Hóa Học Nhanh Và Chính Xác
Hằng số cân bằng hóa học
Cân bằng trong hệ đồng thể
Hệ đồng thể là hệ gồm các chất có tính chất vật lý và tính chất hóa học như nhau ở tất cả những vị trí trong hệ. Ví dụ, hệ gồm các chất tan trong dung dịch, hệ gồm các chất khí.
Chẳng hạn, một phản ứng thuận nghịch được xẩy ra như sau:
aA + bB ⇌ cC + dD
Trong số đó, A, B, C, D là những chất tan trong dung dịch hoặc chất khí có phản ứng ở trạng thái cân bằng. Ta có:
[A], [B], [C], [D] là theo trật tự là nồng độ mol/l của những chất A, B, C, D và a, b, c, d là hệ số của những chất trong phương trình phản ứng.
Hằng số cân bằng K của phản ứng xác định chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ mà không phụ thuộc vào nồng độ chất phản ứng.
Nếu cân bằng hóa học được thiết lập giữa các chất khí thì những em có thể thay nồng độ các chất trong biểu thức tính K bằng áp suất riêng phần của hỗn hợp.
Cân bằng trong hệ dị thể
Khác với hệ đồng thể, hệ dị thể là hệ gồm các chất có tính chất vật lý và hóa học rất khác nhau ở mọi vị trí ở trong hệ. Ví dụ, hệ gồm có các chất tan trong nước và chất rắn, hệ gồm có chất khí và chất rắn.
Các em hãy xét hệ cân bằng hóa học sau:
Nồng độ các chất rắn được xem là hằng số.
Sự dịch chuyển cân bằng hóa học
Sự dịch chuyển cân bằng hóa học là sự việc phá vỡ trạng thái cân bằng cũ và chuyển sang trạng thái cân bằng mới. Nguyên nhân đây chính là do các yếu tố phía bên ngoài tác động đến cân bằng.
Các yếu tố tác động đến cân bằng hóa học
Yếu tố nồng độ
Các em hãy xét cân bằng hóa học sau:
Khi CO2 tăng thì cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều thuận (làm giảm CO2). Trái lại, khi giảm CO2 thì cân bằng này sẽ dịch chuyển theo chiều nghịch, tức là chiều làm tăng CO2.
Vì thế, khi tăng hay giảm nồng độ một chất trong cân bằng hóa học thì cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều làm giảm tác động của chất đó theo phía tăng hoặc giảm nồng độ. Các em cũng nên lưu ý, chất rắn là chất không làm tác động đến cân bằng của hệ.
Yếu tố áp suất
Các em hãy xét cân bằng hóa học sau:
Khi áp suất tăng thì cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều làm giảm áp suất. Khi áp suất giảm thì cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều làm tăng áp suất.
Như vậy, khi tăng hay giảm áp suất chung của hệ cân bằng thì cân bằng hóa học sẽ dịch chuyển theo chiều làm giảm tác động của việc tăng hoặc giảm áp suất đó.
Các em cần lưu ý rằng, nếu số mol khí ở hai vế bằng nhau (hoặc không có chất khí tham gia phản ứng) thì áp suất không tác động đến cân bằng.
Yếu tố nhiệt độ
Yếu tố nhiệt độ liên quan đến phản ứng thu nhiệt và phản ứng tỏa nhiệt. Cụ thể, phản ứng thu nhiệt là phản ứng lấy thêm năng lượng để tạo ra sản phẩm, được kí hiệu là ΔHvàgt;0. Phản ứng tỏa nhiệt là phản ứng giảm bớt năng lượng, được kí hiệu là ΔHvàlt;0.
Xét phản ứng trên các em sẽ thấy:
Phản ứng thuận thu nhiệt vì ΔH = +58kJ > 0
Phản ứng nghịch tỏa nhiệt vì ΔH= −58kJ < 0
Tóm lại, nhiệt độ có tác động đến cân bằng hóa học. Khi nhiệt độ tăng, cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều phản ứng thu nhiệt (để giảm tác động tăng nhiệt độ). Khi nhiệt độ giảm, cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều phản ứng tỏa nhiệt (để giảm tác động hạ nhiệt độ).
Theo nguyên lí dịch chuyển cân bằng Lơ Sa-tơ-li-ê thì một phản ứng thuận nghịch đang ở trạng thái cân bằng nếu chịu một tác động từ phía bên ngoài như sự chuyển đổi nồng độ, áp suất hay nhiệt độ thì cân bằng hóa học sẽ dịch chuyển theo chiều làm giảm tác động phía bên ngoài đó.
Yếu tố chất xúc tác
Chất xúc tác không tác động đến cân bằng hóa học. Sự xuất hiện của chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng thuận và phản ứng nghịch với số lần bằng nhau. Khi phản ứng chưa cân bằng thì chất xúc tác sẽ làm cho cân bằng được thiết lập nhanh hơn.
Ý nghĩa của tốc độ phản ứng và cân bằng hóa học trong sinh sản hóa học
Trong sinh sản hóa học, các nhà hóa học có thể dựa vào các yếu tố làm tác động đến phản ứng và cân bằng hóa học để lựa chọn ra những chất sinh sản họa hóc hiệu quả, tăng tốc độ phản ứng hóa học hay quyết định chất tạo thành dựa trên phản ứng thuận nghịch của phương trình hóa học.
Cụ thể, ta xét ví dụ sinh sản Axit Sunfuric:
2SO2 (k) + O2 (k) ⇌ 2SO3 ∆H = -198kJ < 0.
Trong phản ứng trên, phản ứng sẽ dịch chuyển theo chiều nghịch nếu tăng nhiệt độ (giảm hiệu suất phản ứng). Do đó, để tăng hiệu suất phản ứng (phản ứng dịch chuyển theo chiều thuận), các nhà hóa học tăng nồng độ Oxi cho phản ứng.
>>> Xem thêm: Tổng Hợp Các Công Thức Hóa Học Từ Lớp 8 Đến Lớp 12 Cần Nhớ
Bài tập cân bằng hóa học
Bài tập 1: Cho hệ cân bằng sau được thực hiện trong bình kín:
2SO2 (k) + O2 (k) ⇌ 2SO3 ∆H < 0
Yếu tố nào tiếp sau đây không làm nồng độ các chất trong hệ cân bằng chuyển đổi?
a. Nhiệt độ
b. Áp suất
c. Chất xúc tác
d. Dung tích của bình
Lời giải: c là đáp án chuẩn xác. Trong phản ứng thuận nghịch, chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng cả hai chiều với tỷ lệ bằng nhau. Vì vậy, nồng độ các chất trong hệ cân bằng không bị chuyển đổi do chất xúc tác.
Bài tập 2: Cho Clo phản ứng với H2O theo phương trình phản ứng sau:
Cl2 + H2O ⇌ HClO + HCl
HClO bị phân hủy dưới tác dụng của ánh sáng theo phương trình phản ứng:
2HClO ⇌ 2HCl + O2
Vì sao nước Clo không dữ gìn và bảo vệ được lâu?
Lời giải: Dưới tác dụng của ánh sáng, HClO không bền 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. Sau đó, HCl và O2 lại tiếp tục tác dụng với nhau tạo thành HClO. Theo thời kì, HClO bị phân hủy từ từ cho tới hết. Do đó, nước Clo không dữ gìn và bảo vệ được lâu.
Bài tập 3: Cho phương trình phản ứng:
4CuO (r) ⇌ 2Cu2O (r) + O2 (k) ∆H > 0
Để tăng hiệu suất chuyển hóa CuO thành Cu2O có những phương pháp nào?
Lời giải: Ta có thể thực hiện 2 phương pháp sau
- Tăng nhiệt độ phản ứng để phản ứng dịch chuyển theo chiều thuận (do ∆H > 0)
- Giảm áp suất phản ứng bằng phương pháp rút bớt khí Oxi
Tham khảo ngay các khoá học trực tuyến của Marathon Education
Từ những thông tin mà các Marathon Education đã san sớt ở trên, chắc hẳn các em đã có đủ tự tín để trả lời vướng mắc cân bằng hóa học là gì rồi cũng như nắm vững các yếu tố liên quan đến dịch chuyển cân bằng hóa học. Các em hãy cố gắng nỗ lực học thuộc, ghi nhớ toàn bộ lý thuyết liên quan đến cân bằng hóa học vì đây là tri thức quan trọng sẽ tương trợ các em rất nhiều trong quá trình giải bài tập.
Hãy liên hệ ngay với Marathon để được tư vấn nếu các em có nhu cầu học trực tuyến nâng cao tri thức nhé! Marathon Education chúc các em được điểm trên cao trong các bài kiểm tra và kỳ thi sắp tới!
