Lý thuyết Cân bằng Hóa học 10 | Sự hấp dẫn của quá trình hóa học

Hóa học là một môn học thú vị, và trong quá trình học, chúng ta sẽ tiếp cận với nhiều khái niệm quan trọng như "cân bằng hóa học". Đây là một khái niệm hết...

Hóa học là một môn học thú vị, và trong quá trình học, chúng ta sẽ tiếp cận với nhiều khái niệm quan trọng như "cân bằng hóa học". Đây là một khái niệm hết sức quan trọng và cần được nắm vững để giải quyết các bài toán hóa học trong chương trình lớp 10 cũng như trong trường THCS và THPT. Vậy, cân bằng hóa học là gì? Hãy cùng Marathon Education khám phá lý thuyết này.

Phản ứng một chiều và phản ứng thuận nghịch

Khi học về cân bằng hóa học, chúng ta sẽ gặp phải hai loại phản ứng là phản ứng một chiều và phản ứng thuận nghịch.

Đúng như tên gọi, phản ứng một chiều chỉ xảy ra theo một hướng từ trái sang phải. Sau phản ứng, chất phản ứng sẽ biến đổi thành chất sản phẩm và không có phản ứng theo chiều ngược lại. Khi viết phương trình hóa học, ta sử dụng mũi tên để chỉ chiều phản ứng.

Ngược lại, phản ứng thuận nghịch là phản ứng xảy ra theo hai hướng ngược nhau trong cùng một điều kiện. Cụ thể, chất phản ứng biến đổi thành chất sản phẩm và ngược lại, chất sản phẩm cũng sẽ phản ứng với nhau tạo ra chất tham gia vào phản ứng. Khi viết phương trình hóa học, ta sử dụng hai mũi tên ngược chiều.

Học thử với GV trường chuyên

Cân bằng hóa học là gì?

Cân bằng hóa học là trạng thái trong phản ứng thuận nghịch khi tốc độ phản ứng thuận và phản ứng nghịch bằng nhau.

Như vậy, cân bằng hóa học được xác định là cân bằng động. Ở trạng thái cân bằng, chất phản ứng và chất sản phẩm luôn hiện diện.

Hằng số cân bằng hóa học

Cân bằng trong hệ đồng thể

Hệ đồng thể là hệ gồm các chất có tính chất vật lý và tính chất hóa học như nhau ở tất cả các vị trí trong hệ. Ví dụ, hệ gồm các chất tan trong dung dịch, hệ gồm các chất khí.

Chẳng hạn, một phản ứng thuận nghịch được biểu diễn như sau:

aA + bB ⇌ cC + dD

Trong đó, A, B, C, D là các chất tan trong dung dịch hoặc chất khí tham gia phản ứng ở trạng thái cân bằng. Ta có:

[A], [B], [C], [D] lần lượt là nồng độ mol/l của các chất A, B, C, D và a, b, c, d là các hệ số trong phương trình phản ứng.

Hằng số cân bằng K của phản ứng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ mà không phụ thuộc vào nồng độ chất phản ứng.

Nếu cân bằng hóa học được thiết lập giữa các chất khí, ta có thể thay nồng độ các chất trong biểu thức tính K bằng áp suất riêng phần của hỗn hợp.

Cân bằng trong hệ dị thể

Khác với hệ đồng thể, hệ dị thể là hệ gồm các chất có tính chất vật lý và hóa học không giống nhau ở mọi vị trí trong hệ. Ví dụ, hệ bao gồm các chất tan trong nước và chất rắn, hệ bao gồm chất khí và chất rắn.

Chúng ta hãy xét một ví dụ về cân bằng hóa học:

Nồng độ các chất rắn được coi là hằng số.

Sự chuyển dịch cân bằng hóa học

Sự chuyển dịch cân bằng hóa học là sự phá vỡ trạng thái cân bằng cũ và chuyển sang trạng thái cân bằng mới. Nguyên nhân chính là do các yếu tố bên ngoài tác động đến cân bằng.

Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học

Yếu tố nồng độ

Hãy xét một ví dụ về cân bằng hóa học:

Khi CO2 tăng, cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều thuận (giảm CO2). Ngược lại, khi giảm CO2, cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều nghịch, tức là làm tăng CO2.

Vì vậy, khi tăng hoặc giảm nồng độ một chất trong cân bằng hóa học, cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động của chất đó theo hướng tăng hoặc giảm nồng độ. Hãy lưu ý rằng, chất rắn không làm ảnh hưởng đến cân bằng của hệ.

Yếu tố áp suất

Hãy xét một ví dụ về cân bằng hóa học:

Khi áp suất tăng, cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm áp suất. Khi áp suất giảm, cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm tăng áp suất.

Như vậy, khi tăng hoặc giảm áp suất chung của hệ cân bằng, cân bằng hóa học sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động của việc tăng hoặc giảm áp suất đó. Hãy lưu ý rằng, nếu số mol khí ở hai vế bằng nhau (hoặc không có chất khí tham gia phản ứng), áp suất không ảnh hưởng đến cân bằng.

Yếu tố nhiệt độ

Yếu tố nhiệt độ liên quan đến phản ứng thu nhiệt và phản ứng tỏa nhiệt. Cụ thể, phản ứng thu nhiệt là phản ứng cần thêm năng lượng để tạo ra sản phẩm, được kí hiệu là ΔH > 0. Phản ứng tỏa nhiệt là phản ứng giải phóng năng lượng, được kí hiệu là ΔH < 0.

Xét phản ứng trong ví dụ:

Phản ứng thuận thu nhiệt vì ΔH = +58kJ > 0. Phản ứng nghịch tỏa nhiệt vì ΔH = −58kJ < 0.

Tóm lại, nhiệt độ có ảnh hưởng đến cân bằng hóa học. Khi nhiệt độ tăng, cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều phản ứng thu nhiệt (để giảm tác động tăng nhiệt độ). Khi nhiệt độ giảm, cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều phản ứng tỏa nhiệt (để giảm tác động giảm nhiệt độ).

Theo nguyên lý chuyển dịch cân bằng Le Chatelier, một phản ứng thuận nghịch đang ở trạng thái cân bằng nếu chịu một tác động từ bên ngoài như thay đổi nồng độ, áp suất hoặc nhiệt độ, cân bằng hóa học sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động bên ngoài đó.

Yếu tố chất xúc tác

Chất xúc tác không ảnh hưởng đến cân bằng hóa học. Sự xuất hiện của chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng thuận và nghịch với số lần bằng nhau. Khi phản ứng chưa cân bằng, chất xúc tác sẽ làm cho cân bằng được thiết lập nhanh hơn.

Ý nghĩa của tốc độ phản ứng và cân bằng hóa học trong sản xuất hóa học

Trong quá trình sản xuất hóa học, các nhà hóa học có thể dựa vào các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng và cân bằng hóa học để chọn ra các chất sản xuất hóa học hiệu quả, tăng tốc độ phản ứng hóa học hay quyết định chất tạo thành dựa trên phản ứng thuận nghịch của phương trình hóa học.

Cụ thể, hãy xét ví dụ về sản xuất Axit Sunfuric:

2SO2 (k) + O2 (k) ⇌ 2SO3 ∆H = -198kJ < 0.

Trong phản ứng trên, phản ứng sẽ chuyển dịch theo chiều nghịch nếu tăng nhiệt độ (giảm hiệu suất phản ứng). Do đó, để tăng hiệu suất phản ứng (phản ứng chuyển dịch theo chiều thuận), các nhà hóa học tăng nồng độ Oxi cho phản ứng.

Từ những thông tin mà Marathon Education đã chia sẻ ở trên, chắc chắn các bạn đã có đủ tự tin để trả lời câu hỏi "cân bằng hóa học là gì" cũng như nắm vững các yếu tố liên quan đến chuyển dịch cân bằng hóa học. Hãy cố gắng nắm vững và ghi nhớ toàn bộ lý thuyết liên quan đến cân bằng hóa học, vì đây là kiến thức quan trọng sẽ hỗ trợ rất nhiều trong quá trình giải các bài tập.

Hãy liên hệ ngay với Marathon để được tư vấn và học trực tuyến nâng cao kiến thức. Marathon Education chúc các bạn đạt điểm cao trong các bài kiểm tra và kỳ thi sắp tới!

1