Giải bài tập Hóa 10 Bài 38: Cân bằng hóa học

§38. CÂN BẰNG HÓA HỌC
A. LÍ THUYẾT
I. PHẢN ỨNG MỘT CHIỀU, PHẢN ÚNG THUẬN NGHỊCH VÀ CÂN BẰNG HÓA HỌC
Phản ứng một chiều
Là phản ứng thực tế chỉ xảy ra một chiều. Điển hình là phản ứng cháy, nổ, hòa tan kim loại trong axit.
Vi dụ:	2KC1O.3 	M"°2 ■> 2KC1 + 30,;
CH4 + 20, —> CO, + 2H,0
Trong phương trình hóa học của phản ứng một chiều, người ta dùng một mũi tên chỉ chiều phản ứng.
Phản ứng thuận nghịch
Là phản ứng xảy ra theo hai chiều trái ngược nhau (trong cùng điều kiện). Điển hình là phản ứng trong hóa hữu cơ.
Ví dụ:	CH3COOH + C,H3OH ■ CH3COOC2H5 + H,0
Hh
Cl2 + H2O HC1 + HC1O
Phản ứng nghịch
CaCO.3 + CO, + H,0 Ca(HCO3)2
Trong phương trình hóa học của phản ứng thuận nghịch, người ta dùng hai mũi tên ngược chiều nhau ().
Cân bằng hóa học
Xét phản ứng thuận nghịch sau:
H,(k) + I2(k) 2HI (k)
Ban đầu v( > vn, trong quá trình phản ứng vt giảm dần, vn tàng dần, đến một lúc nào đó vt bằng v„. Trạng thái này cua phản ứng thuận nghịch được gọi là cân bàng /lóa học.
ở trạng thái cân bằng, không phải là phản ứng dừng lại, mà là phản ứng thuận và phản ứng nghịch vẫn xảy ra, nhưng với tốc độ bằng nhau (vt = vn). Do đó, cân bằng lióa học là cân bằng dộng.
Vậy, cân bằng hóa học là trạng thái của phản ứng thuận nghịch khi tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phan ứng nghịch.
Đặc điểm của phản ứng thuận nghịch là các chát phản ứng không chuyển hóa hoàn toàn thành các sản phẩm, nên trong hệ cân bằng luôn luôn có mặt các chất phản ứng và các sàn phẩm.
lí. sự CHUYỂN DỊCH CÂN BANG HÓA HỌC
Thí nghiệm
Nạp đầy khí NCL (màu nâu đỏ) vào hai ôììg nghiệm, dậy kín và đặt một ôììg nghiệm vào chậu nước đá, ô'ng nghiệm còn lại để ngoài không khí. Sau một thời gian, khí trong ông nghiệm bị làm lạnh 'sẽ nhạt dần theo cân bằng:
' 2N(Ụ(k) N,o., (k)
(màu náu đỏ) (không màu)
Hiện tượng đó được gọi là sự chuyến dịch cân bằng hóa học.
Định nghĩa
Sự chuyển dịch cân bàng hóa học là sụ' chuyến clịch tử trạng thúi cũn bằng này sang trạng thái, cán being khác du tác động cùa các yếu tô' từ bên ngoài lên cân bàng.
III. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN cân bang hóa học
Anh hưởng của nồng dộ
Khi tăng hoặc giảm nồng độ một chất trong cán bằng, thì cân being bao giờ cũng chuyên dịch theo chiều làm giam tác dụng diu việc tăng hoặc giảm nồng độ cùa chái đó.
Chú ý: Nếu trong cân bằng có chất rán (ớ dạng nguyên chất) tham gia, thì việc thêm hoặc bớt lượng chất, rắn không ánh hướng đến cân bằng, nghĩa là cân bằng không chuyến dịch.
Anh hưởng của áp suất
• Khi tăng hoặc giảm áp suàt chung cua hệ cũn bằng, thì cán bàng bao giờ cũng chuyển dịch theo chiều làm giám túc dụng của việc tăng hoặc giam áp suất dó.
Chứ ý: Nếu phán ứng có sô' mol khí ở hai vế cùa phương trình hóa học bằng nhau hocặc phán ứng không có chát, khí, thì áp suất không ánh hướng đến cân bằng.
Anh hưởng của nhiệt dộ
Khi tăng nhiệt độ, cân bàng chuyên dịch theo chiểu phan ứng thu nhiệt, nghĩa là chiều làm giảm tác dụng cùa việc tăng nhiệt độ và khi giảm nhiệt độ, cân bằng chiều dịch theo chiếu phán ứng tỏa nhiệt, chiều làm giam tác dụng của việc giâm nhiệt độ.
Kết luận:
Ba yếu tố nồng độ, áp suất và nhiệt độ ánh hướng đến cân bàng hóa học đà được Lơ Sa-tơ-li-ê (H.L.Le Chatelier, 1850 - 1936, nhà hóa học Pháp) tổng kết thành nguyên lí được gọi là nguyên lí chuyển dịch căn bằng Lơ Sa-tơ-li-ê như sau:
Một phản ứng thuận nghịch đang ở trạng thủi cân bằng khi chịu một tác dộng từ bên ngoài như biến dổi nồng độ, áp suất, nhiệt độ, thì căn bàng sẽ chuyển dịch theo chiều làm giám tác động bên ngoài dó.
Vai trò của chất xúc tác
Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng thuận và phán ứng nghịch với số lần bằng nhau, nên chất xúc tác không ánh hưởng đến cân bằng hóa học.
Ý NGHĨA CỦA TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG VÀ CÂN BANG HÓA HỌC TRONG SẢN XUẤT HÓA HỌC Xét các vị trí sau:
Ví dụ 1:	Trong quá trình sán xuât khí axit sunfuric phải thực hiện
phán ứng như sau:
2SO2(k) + 02(k) 2SO;l(k)	AH < 0
Trong phán ứng này người ta dùng oxi không khí. Đế tăng tốc độ phán ứng, phái dùng chất xúc tác (V2O.-,) và thực hiện phản ứng ỏ' nhiệt độ cao (450"C).
Vi dụ 2:	Quá trình tổng hợp NH.-itừ N-2 và IỤ.
N2(k, + 3H2(k) 2NH;ỉ(k)	AH < 0.
Đặc điểm cua phán ứng này là xáy ra chậm ớ nhiệt độ thường, tóa nhiệt và sô mol khí của san phẩm ít hơn số mol khí chất phán ứng, nên phái thực hiện phan ứng mày ở nhiệt độ cao, áp suất cao và chát xúc tác. Tuy nhiên phải ó' nhiệt độ xác định chứ không quá cao.
B. BÀI TẬP
y nào sau dày là dùng:
Bất cứ phan ứng nào cùng phái đạt (len trạng thãi cùn being hóa học.
Khi phân ứng thuận nghịch ớ trạng thái cân bang thì phún ứng dừng lại. c. Chi có những phán ứng thuận nghịch mới co trạng thài càn bang hóa học.
D. ơ trạng thái cân bằng, khối htựng các clìât ờ hai vế của phương trình hóa học phai bằng nhau.
Câu C đúng
Hệ càn bằng sau được thực hiện trong binh lìin:
2SO-Jk) + 0,11 2SO,tlíl, \H<()
Yen tó nào sau đày không lùm nóng ilộ các chút trong hệ cun búng biến ílối?
,4. Biến dối nhiệt dộ.
B. Biến dối áp suất, c. Sự có mặt chát xúc tác.
D. Biên đôi dung tích cùa binh phún ứng.
Càu C đúng. (Chát xúc tác làiii tăng tốc độ phán ứng thuận và tòc độ phán ứng nghịch với số lẩn bằng nhau. Do vậy, chất xúc tác không làm chuyền dịch cân bằng hóa học hay không làm nồng dộ các chất trong cán bàng biến đối).
Cán bằng hóa học là gi? Tại sao nói cân bàng hóa học là cân bàng dộng?
Giải
Cân bằng hóa học là trạng thái của phản ứng thuận nghịch khi tô’c độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch.
Cân bằng hóa học là cân bằng động vì ỏ' trạng thái cân bằng không phải là phản ứng dừng lại mà vt = vn. Điều này có nghĩa là trong một đơn vị thời gian số mol ở các chất tham gia phản ứng giảm đi bao nhiêu theo phản ứng thuận lại được tạo ra bấy nhiêu theo phản ứng nghịch.
Thê nào là sự chuyến dịch cân bang? Những yếu tô nào ảnh hưởng dẽn cân bồng hóa học?
Chất xúc tác có anh hướng đến căn bàng hóa học không? Vị sao?
Giải
Sự chuyển dịch cân bằng hóa học là sự pliá vỡ trạng thái cản bằng cũ đế chuyển sang một trạng thái cân bằng mới do các yếu tô’ bên ngoài tác động lên cân bằng.
Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học là: nồng độ, áp suất và nhiệt độ.
Chất xúc tác không làm biến đổi nồng độ các chất trong cân bằng và cũng không làm biến đổi hằng sô’ cân bằng nên không làm cân bằng chuyển dịch. Châ’t xúc tác làm tăng tô’c độ phản ứng thuận và tô’c độ phán ứng nghịch với sô’ lần bằng nhau nên nó có tác dụng làm cho phản ứng thuận nghịch đạt tới trạng thái cân bàng nhanh chóng hơn.
Phát biếu nguyên li Lo Sa-to-li-ê và dựa vào càn bằng sau dể minh họa:
Ctr) + còựk) '2COtk) \H> 0
Giải
Nội dung nguyên lí Lơ Sa-tơ-li-ê:
“Một phản ứng thuận nghịch đang ở trạng thái cân bằng lihi chịu một túc động bên ngoài, như biến đổi. nồng độ, áp suất, nhiệt dộ, thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm giám tác dộng bên ngoài đó”.
Minh họa:	C(r) + co2(ỉi) 2CO(7íl	AH > 0
Khi thêm vào hệ một lượng khí co2: cân bằng chuyến dịch theo chiều thuận.
Khi tăng nhiệt độ: cân bằng chuyến dịch theọ chiều thuận.
Khi giảm áp suâ’t chung của hệ: cân bằng chuyến dịch theo chiều thuận.
Xét các hệ càn bầng sau trong một bình kin:
Ctrl + LTO(h) ^2 COtk) + Hgk)	,\ỈI > 0	(1)
coi/i) + HỉO(k) CO-Jtk) + Hgk)	\H < 0	12)
Các căn bàng trên chuyến dịch như thể nào khi biển dối một trong các diều kiện sau:
Tăng nhiệt độ.
Thêm lượng hoi nước vào.
Thêm khi H>.
Tăng áp suãt chung bằng cách nón cho thê tích cùa hệ gidm xuống, ẹ) Dùng chất xúc tác.
AH > 0
Giải
(1)
Xét cân bằng: C(r) + H2O(7ỉJ CO(k) + H2(7e>
Tăng nhiệt độ: cân bằng chuyến dịch theo chiều thuận.
Thêm lượng hơi nước vào: cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận.
Thêm khí H2 vào: cân bằng chuyến dịch theo chiều nghịch.
Tăng áp suất chung bằng cách nén cho thể tích của hệ giảm xuống: cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch.
Dùng chất xúc tác: không làm chuyến dịch cân bằng.
Xét cân bằng: COCk) + H2O6U ccw + H/W AH < 0	(2)
Làm tương tự như trên.
Clo phán ứng vái nước theo phương trình hóa học sau:
CI-, + H-,0 HCIO + HCI
Dưới tác dụng cua ánh sáng, HCIO bị phân hủy theo phản ứng:
2HC10 -> 2HCI + O-, ĩ
Giải thích tại sao nước clo (dung dịch clo trong nước) /thông bao quán dược lâu.
Giải
Nước clo (dung dịch clo trong nước) không bảo quản được lâu vì: cân bằng hóa học theo chiều thuận, Cl2 tác dụng từ từ với H2O đến hết.
0 (rì + O-Ị(k), .\H > 0
Có thế dùng những biện pháp gỉ dế tăng hiệu suất chuyến hóa CuO thành Cu-ịO?
Giải
Đun nóng hoặc hút khí 02 ra.