Bài 38: Cân bằng hóa học

+ Thêm CO2 vào hỗn hợp phản ứng, nồng độ CO2 tăng làm vT lớn hơn 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

Bài :

Giáo viên dạy :

Bùi Thị Chi

Kiểm tra bài cũ :

Mỗi học sinh trả lời 2 câu hỏi trắc

nghiệm với thời gian 30 giây cho 1

câu, sau đó giải thích vì sao chọn đáp án đúng.

Viết phương trình ph n ng (nếu có) ản ứng (nếu có) ứng (nếu có).

Câu hỏi 1 : Cho 5,6 gam sắt tác dụng với dung

dịch H2SO4 4M ở nhiệt độ thường Ý nào sau đây đúng ? Tốc độ phản ứng tăng khi :

A Dùng dung dịch H2SO4 2M thay dung dịch

H2SO4 4M

B Tăng thể tích dung dịch H2SO4 4M lên gấp đôi

C Giảm thể tích dung dịch H2SO4 4M xuống một nửa

D Tăng nhiệt độ phản ứng là 50oC

Câu B

Câu hỏi 2 : Một phản ứng hóa học được biểu diễn

như sau ; Chất phản ứng  sản phẩm phản ứng

Yếu tố nào sau đây không ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng ?

A Nồng độ các chất phản ứng.

B Nồng độ các sản phẩm.

C Chất xúc tác.

D Nhiệt độ.

Câu B

I/ Phản ứng một chiều, phản ứng thuận

nghịch và cân bằng hóa học :

1 Phản ứng một chiều :

Ví dụ1 : Fe + 2HCl  FeCl2 + H2Trong cùng điều kiện H2 không phản ứng với FeCl2

Ví dụ 2 : Đun nóng tinh thể KClO3 có mặt chất xúc

tác MnO2 2KClO

3 to, MnO 2KCl + 3O2 2 KClO3 phân hủy tạo KCl và O2, cũng trong điều kiện đó KCl không phản ứng được với O2 tạo KClO3

Phiếu học tập số 1 : Viết phản ứng của Fe

với dung dịch HCl, nhiệt phân KClO3 Khí

hidro có phản ứng được với dung dịch FeCl2

hay không ? Khí oxi có phản ứng được với

KCl hay không ?

Phản ứng chỉ xảy ra theo một chiều từ trái sang phải gọi là phản ứng một chiều, dùng mũi tên chỉ chiều phản ứng

2 Phản ứng thuận nghịch :

Xét phản ứng : Cl2 + H2O  HClO + HCl

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 xảy ra theo hai chiều trái ngược nhau

gọi là phản ứng thuận nghịch, dùng 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

Phiếu học tập số 2 : Viết phương trình ph n ản ứng (nếu có)

ng của clo với H

ứng (nếu có) 2O HClO là chất oxi hóa

mạnh oxi hóa được HCl là chất khử Viết

phương trình phản ứng

3 Cân bằng hóa học :

+ Xét phản ứng : H2 (k) + I2 (k)  2HI (k)

Tại thời điểm ban đầu nồng độ H2 và I2 lớn,

HI chưa sinh ra vT lớn, vN = 0  vT > vN.Khi phản ứng xảy ra nồng độ H2 và I2 giảm 

vT giảm, nồng độ HI tăng  vN tăng đến một lúc nào đó vT = vN

Nghĩa là có bao nhiêu chất phản ứng biến thành sản phẩm thì cũng có bấy nhiêu sản phẩm biến

thành chất phản ứng  hỗn hợp phản ứng có

thành phần không đổi vT và vN không đổi

Xem đồ thị minh họa

Tocdopw.swf

Trạng thái này được gọi là trạng thái cân bằng

Phiếu học tập số 3 : Xét phản ứng :

H2 (k) + I2 (k)  2HI (k) Sau khi xem mô phỏng cân bằng hóa học  định nghĩa trạng thái cân bằng hóa học

* Định nghĩa : Cân bằng hóa học là trạng thái của phản ứng thuận nghịch khi tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch vT = vN.

Cân bằng hóa học là một cân bằng động

Ví dụ : Cho 0,500 mol/lít H2 vào 0,500 mol/lít

I2 vào bình phản ứng

Khi phản ứng cân bằng có 0,786 mol/lít HI

H2 (k) + I2 (k)  2HI (k)Đầu 0,5 M 0,5M 0

0,393M 

0,107M

Vậy : Hỗn hợp phản ứng lúc cân bằng có mặt

cả chất phản ứng và sản phẩm

Phiếu học tập số 4 : Khi cho 0,500 mol/lít H2

vào 0,500 mol/lít I2 vào bình phản ứng Phản ứng cân bằng có 0,786 mol/lít HI Tính nồng độ của các chất trong hỗn hợp phản ứng lúc cân bằng

II/ Sự chuyển dịch cân bằng :

+ Nạp đầy khí NO2 vào cả

hai ống nghiệm (a) và (b) ở

nhiệt độ thường

K

Nút kín cả hai ống, trong

đó có cân bằng sau :

2NO2 (k)  N2O4 (k)(màu nâu đỏ) (không màu)Màu của hỗn hợp khí trong cân bằng ở hai

ống nghiệm như nhau

+ Đóng khóa K lại,

ngâm ống (a) vào

nước đá

Nước đá

Một lát sau, so sánh màu thấy :

Hiện tượng đó được gọi là sự chuyển dịch

Phiếu học tập số 5 : Nhận xét hiện tượng thí

nghiệm Nồng độ NO2 ở 2 ống có gì thay

đổi ?

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

Chúng được gọi là các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học

III/ Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học :

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 cân bằng : vT = vN, nồng độ của

các chất không đổi

Phiếu học tập số 6 : So sánh vT và vN khi phản ứng ở trạng thái cân bằng

C(r) + CO2 (k)  2CO(k)

Khi thêm CO2 vào thì hệ cân bằng sẽ biến đổi như thế nào ?

Bớt CO hệ cân bằng biến đổi như thế nào ?

Thêm CO hệ cân bằng biến đổi như thế nào ?

 Cân bằng đã chuyển dời theo chiều phản

ứng thuận

+ Thêm CO2 vào hỗn hợp phản ứng, nồng độ

CO2 tăng làm vT lớn hơn 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 ban đầu

+ 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 :

kín có pít tông ở nhiệt độ thường không đổi

N2O4 (k)  2NO2 (k)(màu nâu đỏ) (không màu)

+ Đẩy pít tông vào làm tăng áp suất của hệ,

màu của hỗn hợp khí nhạt hơn

Phiếu học tập số 7 : 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 ?

Câu hỏi tương tự khi kéo pít tông ra

+ Thí nghiệm chứng tỏ : khi tăng áp suất số mol khí NO2 giảm, số mol N2O4 tăng  cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch.

+ Nhận xét : Phản ứng nghịch từ 2 mol NO2 tạo

1 mol N2O4  số mol khí giảm  áp suất giảm

Vậy khi tăng áp suất chung của hệ cân bằng

chuyển dịch theo chiều nghịch làm giảm áp suất chung của hệ.

+ Khi giảm áp suất chung của hệ bằng cách kéo pít tông ra cho thể tích của hệ tăng, số mol NO2

tăng, số mol N2O4 giảm bớt  cân bằng chuyển

dịch theo chiều thuận  làm tăng áp suất

 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

+ Chú ý : Nếu phản ứng có số mol khí ở hai

vế bằng nhau hoặc phản ứng không có chất khi thì áp suất không ảnh hưởng đến cân

bằng

3/ Ảnh hưởng của nhiệt độ :

* Nhiệt phản ứng :

+ Cho vôi sống vào nước, nước sôi  phản

ứng tỏa nhiệt

+ Nung đá vôi thành vôi sống phải cung cấp

nhiệt  phản ứng thu nhiệt

 Để chỉ lượng nhiệt kèm theo mỗi phản ứng hóa học người ta dùng đại lượng nhiệt phản ứng (H)

+ 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

* Ảnh hưởng của nhiệt độ :

Ví dụ : CaO + H2O  Ca(OH)2 H = -65 kJ

CaCO3  CaO + CO2 H = +178 kJ

Xét cân bằng trong bình kín :

N2O4 (k)  2NO2 (k) H = 58 kJ

(màu nâu đỏ) (không màu)

Phản ứng thuận H = +58 kJ > 0 phản ứng thu nhiệt

Phản ứng nghịch H = -58 kJ < 0 phản ứng tỏa nhiệt

t o

Ngâm hỗn hợp phản ứng trong nước đá và nước sôi

Nước đá Nước sôi

+ Hỗn hợp ở trạng thái cân bằng, ngâm bình đựng hỗn hợp vào nước sôi, màu nâu đỏ của hỗn hợp đậm lên  cân bằng chuyển dịcch theo chiều

nghịch  chiều của phản ứng thu nhiệt

+ Ngâm bình vào nước đá, màu của hỗn hợp khí nhạt đi  cân bằng chuyển dời theo chiều thuận

 chiều của phản ứng tỏa nhiệt

Phiếu học tập số 8 : 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

 Kết luận : Khi tăng nhiệt độ, cân bằng

chuyển dịch theo chiều phản ứng thu nhiệt

nghĩa là làm giảm tác dụng của việc tăng nhiệt độ và khi giảm nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều phản ứng tỏa nhiệt chiều làm giảm tác dụng của việc giảm nhiệt độ

Ba 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 :

Phiếu học tập số 9 : 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 Satơlie) 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 tốc độ phản ứng thuận và tốc độ phản ứng nghịch với số lần bằng nhau nên

không ảnh hưởng đến cân bằng hóa học

Chất xúc tác làm cho phản ứng nhanh đạt

đến trạng thái cân bằng

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 kJPhản ứng này dùng oxi không khí, ở nhiệt độ

thường, phản ứng xảy ra rất chậm 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

Phiếu học tập số 10 : 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, tỏa nhiệt và phản ứng thuận 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)

Phiếu học tập số 11 : 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