Xét các cân bằng hóa học sau: I. \(F{{\rm{e}}_3}{O_{4\,\,(r)}} + 4C{O_{(k)}} \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} 3F{{\rm{e}}_{(r)}} + 4C{O_2}_{\,(k)}\) II.\(Ba{O_{(r)}} + C{O_{2\,\,(k)}} \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} BaC{{\rm{O}}_{3\,\,(r)}}\) III.\({H_{2\,\,(k)}} + B{r_{2\,\,(k)}} \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} 2HB{r_{(k)}}\) IV.\(2NaHC{O_3}(r) \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} N{a_2}C{O_3}(r) + C{O_2}(k) + {H_2}O(k)\) Khi tăng áp suất, các cân bằng hóa học không bị dịch chuyển là: Copyright © 2022 Hoc247.net Đơn vị chủ quản: Công Ty Cổ Phần Giáo Dục HỌC 247 GPKD: 0313983319 cấp ngày 26/08/2016 tại Sở KH&ĐT TP.HCM Giấy phép Mạng Xã Hội số: 638/GP-BTTTT cấp ngày 29/12/2020 Địa chỉ: P401, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM Một hệ cân bằng được đặc trưng bởi các giá trị hoàn toàn xác định của các thông số như nhiệt độ áp suất, nồng độ các chất của các chất v.v... Nếu như bằng một cách nào đó người ta làm thay đổi một trong các yếu tố này thì trạng thái của hệ sẽ bị thay đổi, các thông số của hệ sẽ nhận những giá trị mới và do đó, hệ chuyển sang một trạng thái mới. Thế nhưng, khi tác động bên ngoài ấy bị loại bỏ thì hệ quay lại trạng thái đầu. Hiện tượng trên được gọi là sự chuyển dịch cân bằng hóa học. Ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài gây nên sự chuyển dịch cân bằng được nhà bác học người Pháp nghiên cứu và ông đã đưa ra nguyên lý gọi là nguyên lý Le Chatelier. Phát biểu nguyên lý Le Chatelier:“Khi hệ đang ở trạng thái cân bằng, nếu ta thay đổi một trong các thông số trạng thái của hệ (T, P và C ) thì cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều chống lại sự thay đổi đó.” 4.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự dịch chuyển cân bằng Các hằng số KP, KC, KN đều phụ thuộc vào nhiệt độ nên khi T thay đổi thì các hằng số cân bằng thay đổi theo. Một hệ đang ở trạng thái cân bằng nếu ta tăng nhiệt độ của hệ thì cân bằng dịch chuyển theo chiều thu nhiệt, khi nhiệt độ của hệ giảm thì cân bằng dịch chuyển theo chiều tỏa nhiệt. Ví dụ 1: N2(k) + 3H2(k) ⇔ 2NH3(k) ∆Ho = -92,6kJ. Vì ∆H0 < 0, khi nhiệt độ tăng, cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch (chiều thu nhiệt), nếu nhiệt độ của hệ giảm xuống thì cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận (chiều tỏa nhiệt). Như vậy phản ứng tổng hợp amoniac sẽ đạt hiệu suất cao ở nhiệt độ thấp, tuy nhiên ở nhiệt độ thấp tốc độ phản ứng xảy ra chậm. Thực tế cần chấp nhận sự dung hòa giữa hiệu suất nhiệt động lực học với yếu tố động học. Ví dụ 2: Xét phản ứng nung vôi là phản ứng thu nhiệt CaCO3(k) ⇔ CaO(r) + CO2(k) có ∆Ho > 0 Nếu tăng nhiệt độ của hệ thì cân bằng dịch chuyển theo chiều thuận (chiều thu nhiệt), ngược lại khi giảm nhiệt độ xuống thì cân bằng dịch chuyển theo chiều nghịch (chiều tỏa nhiệt). Vậy để thu được CaO có hiệu suất cao cần nhiệt độ cao. Vậy một hệ đang ở trạng thái cân bằng nếu ta thay đổi nhiệt độ của hệ thì cân bằng của phản ứng sẽ dịch chuyển theo chiều của phản ứng nào có tác dụng chống lại sự thay đổi đó. 4.2.2 Ảnh hưởng của áp suất đến sự dịch chuyển cân bằng Ta có KP = KN. P∆n Vì KP không phụ thuộc vào P, nên khi thay đổi thì KP = const nên: - Nếu ∆n > 0: khi tăng P → KN phải giảm (để giữ KP = const) ⇒ chuyển dịch cân bằng theo chiều nghịch (làm giảm số mol khí) và ngược lại. - Nếu ∆n < 0: khi tăng P → KN phải tăng (để giữ KP = const) ⇒ chuyển dịch cân bằng theo chiều thuận (làm giảm số mol khí) và ngược lại khi giảm P → KN phải giảm cân bằng dịch chuyển theo chiều nghịch (làm tăng số mol khí). - Nếu ∆n = 0 ⇒ không ảnh hưởng đến sự chuyển dịch cân bằng. * Nhận xét: kết quả của sự chuyển dịch cân bằng chống lại sự thay đổi bên ngoài: + Nếu P tăng ⇒ cân bằng dịch chuyển theo chiều P giảm (giảm số mol khí ∆n < 0). + Nếu P giảm ⇒cân bằng dịch chuyển theo chiều P tăng (tăng số mol khí ∆n > 0). Ví dụ 1: N2(k) + 3H2(k) ⇔ 2NH3(k) Có ∆n = 2 – (3 + 1) = -2 < 0 (chiều thuận), chiều nghịch: ∆n > 0. Nếu tăng áp suất chung của hệ P, cân bằng dịch chuyển theo chiều thuận là chiều làm giảm số mol khí, nghĩa là chiều tạo thành NH3 (hiệu suất phản ứng tăng); nếu ta giảm P thì cân bằng dịch chuyển theo chiều tăng số phân tử khí nghĩa là theo chiều tạo thành N2 và H2 nghĩa là hiệu suất phản ứng giảm. Vì vậy trong công nghiệp, phản ứng tổng hợp NH3 được duy trì ở áp suất 500 – 1000atm và nhiệt độ ở 400 – 500oC. Ví dụ 2: CO(k) + H2O(k) ⇔ CO2(k) + H2(k) Ta có ∆n = (1 + 1) – (1 + 1) = 0 ⇒ P không ảnh hưởng đến sự chuyển dịch cân bằng. 4.2.3 Ảnh hưởng của nồng độ đến sự dịch chuyển cân bằng Xét phản ứng: aA + bB ⇔ cC + dD Có KC = const ở T = const Nếu tăng [A], [B] cân bằng dịch chuyển theo chiều tăng [C], [D] (để giữ KC = const) ⇒ cân bằng dịch chuyển theo chiều thuận làm giảm [A], [B]. Nếu giảm [A], [B] cân bằng dịch chuyển theo chiều giảm [C], [D] (để giữ KC = const) ⇒cân bằng dịch chuyển theo chiều nghịch làm tăng [A], [B]. Tương tự khi tăng nồng độ sản phẩm cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm nồng độ sản phẩm (chiều nghịch) và làm tăng nồng độ chất tham gia để giữ cho KC=const, hoặc ngược lại. Vậy khi hệ đang ở trạng thái cân bằng, nếu ta thay đổi nồng độ của một trong các chất thì cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều chống lại sự thay đổi đó. Ví dụ: C(r) + CO2(k) ⇔ 2CO(k) ở T = const, để giữ cho KC = const Nếu ta tăng nồng độ chất tham gia CO2, cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận làm giảm nồng độ CO2 và tạo ta thêm CO2. Nếu ta giảm nồng độ chất tham gia CO2, cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch làm tăng nồng độ CO2 và làm giảm bớt CO. Nếu tăng nồng độ CO, cân bằng dịch chuyển theo chiều nghịch làm giảm nồng độ CO và làm tăng thêm nồng độ CO2 và ngược lại. |
