Bài 2: Cân bằng hóa học
I. PHẢN ỨNG MỘT CHIỀU, PHẢN ỨNG THUẬN NGHỊCH
1. Phản ứng một chiều
Xét phản ứng sau:
2KClO3 →2KCl + 3O2
Khi đun nóng các tinh thể KClO3 có mặt chất xúc tác MnO2. 2KClO3 phân hủy thành KCl và O2
Cũng trong điều kiện đó KCl và O2 không phản ứng với nhau theo chiều ngược lại. Phản ứng như thế gọi là phản ứng một chiều
2. Phản ứng thuận nghịch
Xét phản ứng sau:
Cl2+H2O ⇔ HCl + HClO
3. Cân bằng hóa học
Ở điều kiện thường, Cl2 phản ứng với H2O tạo thành HCl và HClO, đồng thời HCl và HClO sinh ra cũng tác dụng được với nhau tạo lại Cl2 và H2O, nghĩa là trong cùng điều kiện, phản ứng xảy ra theo hai chiều trái ngược nhau. Phản ứng như thế được gọi là phản ứng thuận nghịch.
Xét phản ứng thuận nghịch sau:
2HI(k) ⇔ H2 (k) + I2 (k)
Đây là một phản ứng thuận nghịch, đến một lúc vận tốc theo chiều thuận bằng với vận tốc theo chiều nghịch được gọi là phản ứng cân bằng.
Ở trạng thái cân bằng vẫn luôn có phản ứng xảy ra theo hai chiều nhưng tốc độ bằng nhau nên nồng độ các chất không thay đổi. Do đó cân bằng hóa học là cân bằng động.
Vậy, cân bằng hóa học là trạng thái của phản ứng thuận nghịch khi tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch
II. SỰ CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG HÓA HỌC
1. Thí nghiệm
Lắp một dụng cụ gồm hai ống nghiệm có nhánh (hình 7.5 SGK trang 158).
Nạp khí NO2 vào cả hai ống. Nút kín hai ống lúc đó có cân bằng:
2NO2 (k) ⇔ N2O4
Nhún một ống nghiệm vào nước đá, một lát sau lấy ra, so sánh màu hai ống nghiệm thấy ống ngâm vào nước đá có màu nhạt hơn chứng tỏ nồng độ NO2 giảm bớt. Hiện tượng đó gọi là sự chuyển dịch cân bằng hóa học
2. Định nghĩa
Sự chuyển dịch cân bằng hóa học là sự dịch 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.
III. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÂN BẰNG HÓA HỌC
1. Ảnh hưởng của nhiệt độ
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 hay giảm nồng độ của chất đó.
2. Ảnh hưởng của áp suất
Khi tăng hoặc giảm áp suất của hệ cân bằng, thì bao giờ cũng chuyển dịch theo chiều làm giảm tác dụng của việc tăng hoặc giảm áp suất đó.
3. Ảnh hưởng của nhiệt độ
-Phản ứng giải phóng năng lượng là phản ứng tỏa nhiệt
- Phản ứng hấp thu năng lượng là phản ứng thu nhiệt
- 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 củng chuyển dịch theo chiều phản ứng tỏa nhiệt, chiều làm giảm tác dụng của việc giảm nhiệt độ
* Nguyên lí chuyển dịch cân bằng của Lơ- Sa-tơ-li-ê:
-Một phản ứng thuận nghịch đang ở trạng thái cân bằng khi chịu một tác động từ bên ngoài như biến đổi nồng độ, áp suất, nhiệt độ, thì cân bằng sẻ chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động bên ngoài đó.
4. Vai trò của xúc tác:
- Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng thuận và tốc phản ứng nghịch với số lần bằng nhau, nên chất xúc tác không 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
- Để tăng tốc độ một phản ứng hóa học trong sản xuất, dựa vào nguyên lí dịch chuyển cân bằng, người ta có thể vận dụng để lựa chọn các yếu tố tác động để thu được sản phẩm mong muốn có hiệu suất cao.
