Lớp 11 · Hóa Học
Bài 1
Khái Niệm Về Cân Bằng Hóa Học
Phản ứng thuận nghịch, hằng số cân bằng KC và nguyên lí Le Chatelier
1
Phản ứng một chiều & phản ứng thuận nghịch
▼
▸ Phản ứng một chiều
ĐỊNH NGHĨA
Phản ứng một chiều là phản ứng trong đó các chất sản phẩm không phản ứng được với nhau để tạo lại các chất đầu trong cùng điều kiện.
Phương trình được biểu diễn bằng một mũi tên chỉ chiều phản ứng:
$\text{CH}_4 + 2\text{O}_2 \xrightarrow{t^\circ} \text{CO}_2 + 2\text{H}_2\text{O}$
$\text{NaOH} + \text{HCl} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}$
▸ Phản ứng thuận nghịch
ĐỊNH NGHĨA
Phản ứng thuận nghịch là phản ứng xảy ra theo hai chiều ngược nhau trong cùng điều kiện.
Phương trình được biểu diễn bằng hai nửa mũi tên ngược chiều ($\rightleftharpoons$):
$\text{H}_2(g) + \text{I}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{HI}(g)$
$\text{Cl}_2(g) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons \text{HCl}(aq) + \text{HClO}(aq)$
| Đặc điểm | Một chiều | Thuận nghịch |
|---|---|---|
| Chiều xảy ra | 1 chiều | 2 chiều ngược nhau |
| Kí hiệu | $\rightarrow$ | $\rightleftharpoons$ |
| Khả năng tạo lại chất đầu | Không | Có |
💡
Ví dụ thực tiễn: Quá trình hình thành hang động và thạch nhũ trong tự nhiên là một phản ứng thuận nghịch:
$\text{CaCO}_3 + \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{Ca(HCO}_3\text{)}_2$
• Chiều thuận: nước chứa CO₂ bào mòn đá vôi → hang động.
• Chiều nghịch: Ca(HCO₃)₂ phân huỷ → thạch nhũ.
$\text{CaCO}_3 + \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{Ca(HCO}_3\text{)}_2$
• Chiều thuận: nước chứa CO₂ bào mòn đá vôi → hang động.
• Chiều nghịch: Ca(HCO₃)₂ phân huỷ → thạch nhũ.
2
Cân bằng hóa học & hằng số KC
▼
▸ Trạng thái cân bằng hóa học
ĐỊNH NGHĨA
Trạng thái cân bằng của phản ứng thuận nghịch là trạng thái tại đó tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch.
ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG
$v_{\text{thuận}} = v_{\text{nghịch}}$
▸ Đặc điểm của cân bằng hoá học
- Cân bằng hoá học là một cân bằng động: các chất vẫn liên tục phản ứng với nhau nhưng với tốc độ bằng nhau.
- Ở trạng thái cân bằng, nồng độ các chất không thay đổi theo thời gian.
- Cân bằng không có nghĩa là phản ứng dừng lại.
Tốc độ thuận giảm dần, tốc độ nghịch tăng dần, đến khi bằng nhau → cân bằng động
▸ Hằng số cân bằng KC
Xét phản ứng thuận nghịch tổng quát:
$aA + bB \rightleftharpoons cC + dD$
Ở trạng thái cân bằng, hằng số cân bằng được xác định:
BIỂU THỨC HẰNG SỐ CÂN BẰNG
$K_C = \dfrac{[C]^c \cdot [D]^d}{[A]^a \cdot [B]^b}$
Trong đó:
- $[A], [B], [C], [D]$: nồng độ mol của các chất ở trạng thái cân bằng (mol/L).
- $a, b, c, d$: hệ số tỉ lượng trong phương trình hoá học.
⚠️
Lưu ý quan trọng: Đối với phản ứng có chất rắn (s) hoặc chất lỏng nguyên chất (l) tham gia, KHÔNG biểu diễn nồng độ của chúng trong biểu thức KC.
📝 Ví dụ minh hoạ
Viết biểu thức KC cho phản ứng:
$\text{C}(s) + \text{CO}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{CO}(g)$
$\text{C}(s) + \text{CO}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{CO}(g)$
Bước 1: Xác định trạng thái các chất.
• C: chất rắn (s) → không đưa vào KC.
• CO₂, CO: chất khí (g) → đưa vào KC.
• C: chất rắn (s) → không đưa vào KC.
• CO₂, CO: chất khí (g) → đưa vào KC.
Bước 2: Viết biểu thức:
$K_C = \dfrac{[\text{CO}]^2}{[\text{CO}_2]}$
$K_C = \dfrac{[\text{CO}]^2}{[\text{CO}_2]}$
▸ Ý nghĩa của KC
- KC chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và bản chất của phản ứng.
- KC càng lớn → phản ứng thuận càng chiếm ưu thế (nhiều sản phẩm).
- KC càng nhỏ → phản ứng nghịch càng chiếm ưu thế (ít sản phẩm).
📝 Ví dụ tính KC
Cho phản ứng $\text{H}_2(g) + \text{I}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{HI}(g)$ ở 445°C. Nồng độ cân bằng: $[\text{H}_2] = 0{,}02$ M; $[\text{I}_2] = 0{,}02$ M; $[\text{HI}] = 0{,}16$ M. Tính KC.
Bước 1: Viết biểu thức: $K_C = \dfrac{[\text{HI}]^2}{[\text{H}_2] \cdot [\text{I}_2]}$
Bước 2: Thay số:
$K_C = \dfrac{(0{,}16)^2}{0{,}02 \times 0{,}02} = \dfrac{0{,}0256}{0{,}0004}$
$K_C = \dfrac{(0{,}16)^2}{0{,}02 \times 0{,}02} = \dfrac{0{,}0256}{0{,}0004}$
Bước 3: $K_C = 64$.
3
Yếu tố ảnh hưởng — Nhiệt độ
▼
Khi thay đổi nhiệt độ, cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều ngược lại với chiều thay đổi để giảm bớt tác động.
| Tác động | Chiều chuyển dịch |
|---|---|
| Tăng nhiệt độ | Chiều thu nhiệt ($\Delta_r H^\circ > 0$) |
| Giảm nhiệt độ | Chiều tỏa nhiệt ($\Delta_r H^\circ < 0$) |
🔑
Cách nhớ nhanh:
• $\Delta_r H^\circ < 0$ → phản ứng thuận tỏa nhiệt (toả ra) → nghịch là thu nhiệt.
• $\Delta_r H^\circ > 0$ → phản ứng thuận thu nhiệt (thu vào) → nghịch là toả nhiệt.
• Cân bằng luôn dịch theo chiều "chống lại" sự thay đổi.
• $\Delta_r H^\circ < 0$ → phản ứng thuận tỏa nhiệt (toả ra) → nghịch là thu nhiệt.
• $\Delta_r H^\circ > 0$ → phản ứng thuận thu nhiệt (thu vào) → nghịch là toả nhiệt.
• Cân bằng luôn dịch theo chiều "chống lại" sự thay đổi.
📝 Ví dụ minh hoạ
Cho cân bằng: $2\text{SO}_2(g) + \text{O}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{SO}_3(g)$ với $\Delta_r H^\circ_{298} = -198$ kJ. Khi tăng nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều nào?
Bước 1: $\Delta_r H^\circ_{298} = -198 < 0$ → phản ứng thuận tỏa nhiệt, phản ứng nghịch thu nhiệt.
Bước 2: Tăng nhiệt độ → cân bằng dịch theo chiều thu nhiệt = chiều nghịch.
Kết luận: Cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch (giảm SO₃).
4
Yếu tố ảnh hưởng — Nồng độ & Áp suất
▼
▸ Ảnh hưởng của nồng độ
| Tác động | Chiều chuyển dịch |
|---|---|
| Tăng nồng độ một chất | Chiều làm giảm nồng độ chất đó |
| Giảm nồng độ một chất | Chiều làm tăng nồng độ chất đó |
⚡
Quy tắc nhanh:
• Tăng chất phản ứng (vế trái) → chiều thuận.
• Tăng chất sản phẩm (vế phải) → chiều nghịch.
• Giảm chất phản ứng → chiều nghịch; giảm sản phẩm → chiều thuận.
• Tăng chất phản ứng (vế trái) → chiều thuận.
• Tăng chất sản phẩm (vế phải) → chiều nghịch.
• Giảm chất phản ứng → chiều nghịch; giảm sản phẩm → chiều thuận.
📝 Ví dụ minh hoạ
Cho cân bằng: $\text{CH}_3\text{COOH}(l) + \text{C}_2\text{H}_5\text{OH}(l) \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COOC}_2\text{H}_5(l) + \text{H}_2\text{O}(l)$
a) Tăng nồng độ C₂H₅OH (vế trái) → cân bằng dịch theo chiều làm giảm C₂H₅OH = chiều thuận (tạo thêm ester).
b) Giảm nồng độ CH₃COOC₂H₅ (vế phải) → cân bằng dịch theo chiều làm tăng ester = chiều thuận.
▸ Ảnh hưởng của áp suất
| Tác động | Chiều chuyển dịch |
|---|---|
| Tăng áp suất | Chiều làm giảm số mol khí |
| Giảm áp suất | Chiều làm tăng số mol khí |
⚠️
Lưu ý: Nếu tổng số mol khí ở hai vế bằng nhau thì áp suất không ảnh hưởng đến cân bằng. Ngoài ra, chỉ tính các chất ở thể khí (g), bỏ qua chất rắn (s) và chất lỏng (l).
📝 Ví dụ minh hoạ
Cho cân bằng: $2\text{SO}_2(g) + \text{O}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{SO}_3(g)$. Khi tăng áp suất, cân bằng dịch theo chiều nào?
Bước 1: Đếm số mol khí: Vế trái = 2 + 1 = 3 mol; Vế phải = 2 mol.
Bước 2: Tăng áp suất → dịch theo chiều giảm mol khí = chiều có ít mol khí hơn = chiều thuận.
Kết luận: Cân bằng dịch theo chiều thuận.
5
Chất xúc tác & Nguyên lí Le Chatelier
▼
▸ Vai trò của chất xúc tác
- Chất xúc tác giúp hệ phản ứng nhanh đạt đến trạng thái cân bằng.
- Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng thuận và nghịch với số lần bằng nhau → KHÔNG làm chuyển dịch cân bằng.
▸ Nguyên lí Le Chatelier
PHÁT BIỂU NGUYÊN LÍ
Một phản ứng thuận nghịch đang ở trạng thái cân bằng, khi chịu một tác động bên ngoài (nồng độ, nhiệt độ, áp suất) thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động bên ngoài đó.
| Yếu tố | Tóm tắt |
|---|---|
| Nhiệt độ | Tăng → chiều thu nhiệt ; Giảm → chiều tỏa nhiệt |
| Nồng độ | Tăng [X] → chiều giảm [X] ; Giảm [X] → chiều tăng [X] |
| Áp suất | Tăng P → chiều giảm số mol khí ; Giảm P → chiều tăng số mol khí |
| Xúc tác | Không làm chuyển dịch cân bằng |
▸ Ứng dụng: Tổng hợp ammonia (NH₃)
$\text{N}_2(g) + 3\text{H}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{NH}_3(g) \quad \Delta_r H^\circ_{298} = -91{,}8$ kJ
| Điều kiện | Lý do |
|---|---|
| Áp suất cao (~200 bar) | Vế trái 4 mol khí, vế phải 2 mol khí → tăng P dịch chiều thuận, tạo nhiều NH₃. |
| Nhiệt độ ~450°C | Phản ứng tỏa nhiệt, nhiệt độ thấp có lợi nhưng tốc độ sẽ quá chậm → cần nhiệt độ vừa phải để cân bằng tốc độ và hiệu suất. |
| Xúc tác bột Fe | Giúp phản ứng nhanh đạt cân bằng (không làm chuyển dịch cân bằng). |
Quá trình Haber: áp suất cao + nhiệt độ vừa phải + xúc tác Fe → tối ưu sản xuất NH₃
6
Xem đầy đủ lý thuyết
▼
Để xem lý thuyết đầy đủ kèm các công thức mở rộng, phương pháp giải chi tiết các dạng bài tập và bài tập có lời giải, các em hãy đọc bài viết bên dưới:
📚
Bài 1 — Khái niệm về cân bằng hóa học (Lý thuyết & Bài tập đầy đủ)
Toàn bộ lý thuyết, 6 dạng bài tập, ví dụ mẫu có lời giải chi tiết, và các bài tập SGK + nâng cao.
Xem ngay →
Toàn bộ lý thuyết, 6 dạng bài tập, ví dụ mẫu có lời giải chi tiết, và các bài tập SGK + nâng cao.
Sau khi đã nắm vững lý thuyết, các em hãy chuyển sang tab Bài Tập để luyện 25 câu bám sát chương trình Hoá học 11!
1
—
Điểm: 0/25
⚗️
Luyện tập Bài 1 – Cân bằng hóa học!
25 câu: 20 trắc nghiệm · 2 đúng/sai · 3 tự luận
🏆
Tuyệt vời!
0/25
💡 Gợi ý
ThS. Lê Thị Mai Nhi
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Hoá Học THPT
Trình độ: Thạc sĩ Hóa học, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 10+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Chuyên Nguyễn Huệ