tốc độ phản ứng

– Ở trạng thái cân bằng , phản ứng không dừng lại, mà vẫn xãy ra với : vt =vn → Trong cùng 1 đơn vị thời gian nồng độ các chất phản ở ứng thuân giảm đi bao nhiêu, lại đươc tạo ra bấy nh

BÀI 50 : CÂN BẰNG HÓA HỌC HÓA HỌC

I Mục đích yêu cầu :

1) Kiến thức :

– Hiểu cân bằng hóa học và đại lượng đặc trưng cho nó là hằng số cân bằng

– Hiểu sự chuyển dịch cân bằng là gì và chuyển dịch như thế nàokhi biến đổi nồng độ, áp suất, nhiệt độ

2) Kỹ năng :

– Sử dụng biểu thức hằng số cân bằng để làm các bài tập đơn giản

II Đồ dùng dạy học – Phương pháp:

– Các thí nghiệm chứng minh Đề cương bài tập Hóa 10, Sách Bài tập, sách giáo khoa lớp 10 nâng cao

I PHẢN ỨNG MỘT CHIỀU, PHẢN ỨNG THUẬN NGHỊCH VÀ CÂN BẰNG HÓA HỌC :

1 Phản ứng một chiều :

0

MnO

2KClO →2KCl 3O+ – Khi đun nóng các tinh thể KClO3 có mặt chất xúc tác MnO2, KClO3 phân hủy thành KCl và O2 và không xãy ra theo chiều ngược lại trong

cùng điều kiện, đó là Phản ứng một chiều.

2 Phản ứng thuận nghịch :

– Xét phản ứng : Cl H O2+ 2 ¬ →21 HCl HClO+

– Trong cùng điều kiện phản ứng xãy ra theo

2 chiều trái ngược nhau, đó là Phản ứng thuận nghịch.

– Người ta dùng →12 để biểu diễn phản ứng thuận nghịch :

– Chiều (1) – trái → phải : Chiều thuận.

– Chiều (2) – phải → trái : Chiều nghịch.

3 Cân bằng hóa học :

– Xét phản ứng thuận nghịch :

1

H (k) I (k)+ ¬ →2HI(k)

• H2 và I2ào bình kín, nhiệt độ không đổi Lúc đầu tốc độ phản ứng thuận ( )v lớn t

vì nồng độ H2 và I2 lớn và vn =0, vì HI

C =0

• Trong quá trình diễn ra phản ứng : CH 2

v

t

n v

t

v

t n

v =v

Sự biếnthiêntốcđộphảnứng

thuậnvà phảnứngnghịchtheo thờigian

và C giảm dần nên I 2 v giảm dần Cònt n

v tăng dần vì C tăng dần.HI

• Đến thời điểm nào đó : vt =vn Nồng độ các chất trong phản ứng không đổi nữa

• → Gọi là Cân bằng hóa học.

– Ở trạng thái cân bằng , phản ứng không dừng lại, mà vẫn xãy ra với : vt =vn → Trong

cùng 1 đơn vị thời gian nồng độ các chất phản ở ứng thuân giảm đi bao nhiêu, lại đươc tạo ra bấy nhiêu → Cân bằng hóa học là Cân bầng động.

Kết luận : 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 : Phản ứng thuận nghịch không

chuyển hóa hoàn toàn thành các sản phẩm, trong hệ cân bằng luôn có mặt các chất phản ứng và sản phẩm

(Xem TD trong Sách giáo khoa)

II HẰNG SỐ CÂN BẰNG :

1 Cân bằng trong hệ đồng thể :

– Xét hệ cân bằng :

( )

1

2 4 2

N O (k) →2NO(k) 1 – Bằng thực nghiệm chứng minh được :

2 2

C

2 4

NO

– K là hằng số cân bằng của phản ứng xác C

định chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.

– Một cách tổng quát, nếu có phản ứng thuận nghịch :

1 2

aA bB+ ¬ → cC dD+

→ (A, B, C, D : chất khí hoặc chất tan trong dung dịch) Khi trạng thái cân bằng ta có :

[ ] [ ] [ ] [ ]

c d

C C Da b

K

A B

=

– Trong đó : {A}, {B}, {C}, {D} là C , M A C ,M B C

M

C , C (CM : nồng độ mol/l) ở trạng thái M D

cân bằng.

– Với : a, b, c, d : hệ số tỉ lượng các chất

2 Cân bằng trong hệ dị thể :

– Xét hệ cân bằng : C(r) CO (k)+ 2 ¬ →21 2CO(k)

– Nồng độ chất rắn được coi là hằng số (nên không có mặt trong biểu thức), vì vậy :

[ ]

2 C

2

CO K

CO

=

– Giá trị hằng số cân bằng có ý nghĩa rất lớn, vì nó cho biết lượng các chất phản ứng còn lại và lượng các sản phẩm được tạo thành ở vị trí cân bằng, do đó biết được hiệu suất của phản ứng TD :

1

CaCO (r) ¬ → CaO(r) CO (k) ; K+ = CO

Ở 8200C, KC = 4,28.10−3, → [ ] 3

2

CO =4,28.10 mol/l−

Ở 8800C, KC =1,06.10−2, → [ ] 2

2

CO =1,06.10 mol/l− – Vậy : → Ở nhiệt độ cao hơn, hiệu suất chuyển hóa CaCO3 thành CaO và CO2 lớn

hơn

III SỰ CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG HÓA HỌC :

1 Thí nghiệm :

– Lắp 1 dụng cụ thí nghiệm như hình hình vẽ – Nạp đầy khí NO2 vào cả 2 ống nghiệm ở nhiệt độ thường Nút kín cả 2 ống, trong đó

ta có cân bằng sau :

1 (k) 2 2 4 (k)

(không màu) (màu nâu đỏ)

2NO ¬ → N O

→ Màu của hỗn hợp khí trong cân bằng ở cả 2 ống (a) và (b) là như nhau

→ Đóng khóa K, không cho khí ở 2 ống khuếch tán vào nhau Ngâm ống vào nước đá Một lúc sau lấy ra so sánh màu ở 2 ống (a) và (b)

→ ta thấy màu ở ống (a) nhạt hơn

→ Vậy : Khi làm lạnh ống (a), các phân tử NO2 trong ống đã phản ứng thêm để tạo ra N2O4 làm nồng độ NO2 giảm bớt và nồng độ N2O4

tăng thêm Hiện tượng đó gọi là Sự chuyển

dịch cân bằng hóa học.

K Nướcđá

1 (k) 2 2 4 (k)

(không màu) (màu nâu đỏ)

Thínghiệmđểnhậnbiết sự

chuyểndịchcânbằngphảnứng

2NO → N O

2 Định nghĩa :

– Sự chuyển dịch cân bằng là sự di chuyển từ

trạng thái cân bằng này sang trạng thái cân bằng khác do tác động của các yếu tố từ bên ngoài lên cân bằng.

– Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học

là : Nồng độ, áp suất và nhiệt độ.

IV CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÂN BẰNG HÓA HỌC :

1 Ảnh hưởng của nồng độ :

– Xét hệ cân bằng sau trong 1 bình kín, nhiệt độ cao không đổi

1

C(r) CO (k)+ ¬ →2CO(k)

[ ]

2 C

2

CO K

CO

– t C 800 C0 = 0 , 2

C

K =9,2.10− (không đổi) – Nếu thêm CO2, hay lấy bớt CO : Cân bằng

chuyển dịch theo chiều thuận (1).

– Nếu thêm vào hệ khí CO hay lấy bớt khí CO2

ra : Cân bằng chuyển dịch theo chiều

nghịch (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 dụng của việc tăng hoặc giảm nồng độ của chất đó.

– Lưu ý : Việc thêm hay bớt lượng chất rắn

(nếu có trong hệ) thì không ảnh hưởng cân

bằng (cân bằng không chuyển dịch).

2 Ảnh hưởng của áp suất :

– Xét hệ cân bằng sau, nhiệt độ thường, không đổi

1

N O (k) → 2NO(k).

2 2 C

2 4

NO K

N O

– Nếu tăng áp suất, thề tích giảm 2 lần → nồng độ NO2 và N2O4 đều tăng 2 lần → biểu thức

KC có tử số tăng 4 lần, còn mẩu số tăng 2 lần Vì KC không đổi → Cân bằng chuyển

dịch theo chiều nghịch (2).

– Tương tự : Nếu giảm áp suất của hệ → Cân

bằng chuyển dịch theo chiều thuận (1).

• Nhận xét : Khi tăng hoặc giảm áp suất

chung của hệ cân bằng thì bao giờ cân bằng cũng chuyển dịch theo chiều làm giảm tác dụng của việc tăng hoặc giảm áp suất đó.

→ Khi hệ cân bằng có : số mol khí ở 2 vế của

phương trình hóa học bằng nhau hoặc trong

hệ không có chất khí → việc tăng, giảm áp suất chung không làm cho cân bằng chuyển dịch TD :

1

H (k) I (k)+ ¬ → 2HI(k)H

1

Fe O (r) 3CO(k)+ ¬ → 2Fe(r) 3CO (k)+

1

CaO(r) SiO (r)+ ¬ → CaSiO (r)

3 Ảnh hưởng của nhiệt độ :

– Hằng số cân bằng KC của phản ứng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ → Khi nhiệt độ biến đổi cân bằng chuyển dịch sang trạng thái cân bằng mới ứng với giá trị mới của cân bằng

TD :

1

(Không màu) (Màu nâu đỏ)

N O (k) ¬ →2NO (k) ; ∆ =H 58kJ 0>

→ Phản ứng thuận thu nhiệt, phản ứng nghịch tỏa nhiệt

→ Nếu tăng nhiệt độ → CB chuyển dịch theo chiều thuận (1) → thu nhiệt

→ Nếu giảm nhiệt độ → CB chuyển dịch theo chiều nghịch (2) → tỏa nhiệt

Kết luận :

– Khi tăng nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều phản ứng thu nhiệt, nghĩa là chiều 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 làm giảm nhiệt độ.

• Nguyên lý Le Chtelier : Một phản

Hệ

cân

bằng

2 4

Thínghiệmchứngminhảnhhưởng

củaápsuất đếncânbằng sau:N O (k) → 2NO(k)

ứng thuận nghịch đang ở trạng thái cân bằng khi chịu 1 tác động từ bên ngoài, như biến đổi nồng độ, áp suất, nhiệt độ thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động bên ngoài đó.

2 Vai trò của chất xúc tác :

– Chất xúc tác không làm biến đổi nồng độ các chất trong cân bằng, không biến đổi hằng số cân bằng → nên không làm cân bằng

chuyển dịch.

– Chất xúc tác làm thay đổi tốc độ phản ứng thuận và phản ứng nghịch như nhau

→ Chất xúc tác làm cho cân bằng được thiết lập nhanh chóng hơn

V Ý NGHĨA CỦA TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG VÀ CÂN BẰNG HÓA HỌC TRONG SẢN XUẤT HÓA HỌC :

→ Có ứng dụng trong sản xuất hóa học

TD1 : Quá trình sản xuất H2SO4, phải thực hiện phản ứng sau :

1

2SO (k) O (k)+ ¬ →2SO (k) ; H∆ = −198kJ 0<

→ Trong phản ứng, có dùng không khí :

→ Nhiệt độ thường, phản ứng xảy ra rất chậm Để tăng tốc độ → tăng nhiệt độ, chất xúc tác Nhưng đây là phản ứng tỏa nhiệt → tăng nhiệt độ → cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch → làm giảm hiệu suất phản ứng Để hạn chế , người ta dùng 1 lượng dư không khí (tăng nồng độ oxi) → làm cân bắng chuyển dịch theo chiều thuận

TD2 : Trong công nghiệp, Amoniac được tổng hợp theo phản ứng sau :

1

N (k) 3H (k)+ ¬ → 2NH (k) ; H∆ = −92kJ 0< – Đặc điểm : phản ứng rất chậm ở nhiệt độ

thường, tỏa nhiệt và số mol khí của sản phẩm

ít hơn số số molkhí của các chất phản ứng

Do đó người ta phải thực hiện phản ứng này

ở nhiệt độ cao, áp suất cao và dùng chất xúc tác Ở áp suất cao, cân bắng sẽ chuyển dịch về phía tạo ra NH3, nhưng ở nhiệt độ cao cân

bằng chuyển dịch ngược lại, nên chỉ thực hiện phản ứng ở nhiệt độ thích hợp,

• CỦNG CỐ :

1) Bài tập 1 → 10 SGK và các Bài tập SBT

2) Các câu hỏi trắc nghiệm