Cân bằng hóa học là gì?
Cân bằng hóa học là trạng thái mà cả chất phản ứng và siêu phẩm đều có nồng độ ko có xu hướng thay thế đổi theo thời kì, do ấy ko có sự thay thế đổi có thể xem được về tính chất của hệ thống
1. 1 số khái niệm Cân bằng hóa học
– Phản ứng thuận nghịch là phản ứng xảy ra theo 2 chiều thuận và nghịch trong cùng điều kiện.
– Cân bằng hoá học là trạng thái của hệ phản ứng thuận nghịch mà tại ấy tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch.
– Cân bằng hoá học là cân bằng động vì tại trạng thái cân bằng, phản ứng thuận và nghịch vẫn tiếp tục xảy ra nhưng sở hữu tốc độ bằng nhau nên ko khiến thay thế đổi nồng độ của những chất trong hệ phản ứng.
– Biểu thức tính hằng số cân bằng của phản ứng thuận nghịch: nA + mB ↔ pC + qD là:
Kcb =[C]p.[D]q/[A]a.[B]b
Chú ý: hằng số tốc độ của phản ứng cũng như hằng số cân bằng của phản ứng thuận nghịch chỉ phụ thuộc vào chi tiết nhiệt độ.
2. Sự chuyển dịch cân bằng hoá học
Liên quan của nhiệt độ tới sự dịch chuyển cân bằng
Những hằng số KP, KC, KN đều phụ thuộc vào nhiệt độ nên lúc T thay thế đổi thì những hằng số cân bằng thay thế đổi theo.
1 hệ đang tại trạng thái cân bằng giả dụ ta nâng cao nhiệt độ của hệ thì cân bằng dịch chuyển theo chiều thu nhiệt, lúc nhiệt độ của hệ giảm thì cân bằng dịch chuyển theo chiều tỏa nhiệt.
Thí dụ 1: N2(okay) + 3H2(okay) ⇔ 2NH3(okay) ∆Ho = -92,6kJ.
Vì ∆H0 < 0, lúc nhiệt độ nâng cao, cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch (chiều thu nhiệt), giả dụ 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 tại nhiệt độ thấp, tuy nhiên tại 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 sở hữu chi tiết động học.
Thí dụ 2: Xét phản ứng nung vôi là phản ứng thu nhiệt
CaCO3(okay) ⇔ CaO(r) + CO2(okay) có ∆Ho > 0
Trường hợp nâng cao nhiệt độ của hệ thì cân bằng dịch chuyển theo chiều thuận (chiều thu nhiệt), ngược lại lúc 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 1 hệ đang tại trạng thái cân bằng giả dụ ta thay thế 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 thế đổi ấy.
Liên quan của áp suất tới sự dịch chuyển cân bằng
Ta có KP = KN. P∆n
Vì KP ko phụ thuộc vào P, nên lúc thay thế đổi thì KP = const nên:
– Trường hợp ∆n > 0: lúc nâng cao P → KN bắt buộc giảm (để giữ KP = const) ⇒ chuyển dịch cân bằng theo chiều nghịch (khiến giảm số mol khí) và ngược lại.
– Trường hợp ∆n < 0: lúc nâng cao P → KN bắt buộc nâng cao (để giữ KP = const) ⇒ chuyển dịch cân bằng theo chiều thuận (khiến giảm số mol khí) và ngược lại lúc giảm P → KN bắt buộc giảm cân bằng dịch chuyển theo chiều nghịch (khiến nâng cao số mol khí).
– Trường hợp ∆n = 0 ⇒ ko tác động tới sự chuyển dịch cân bằng.
* Nhận xét: kết quả của sự chuyển dịch cân bằng chống lại sự thay thế đổi bên bên cạnh:
+ Trường hợp P nâng cao ⇒ cân bằng dịch chuyển theo chiều P giảm (giảm số mol khí ∆n < 0).
+ Trường hợp P giảm ⇒cân bằng dịch chuyển theo chiều P nâng cao (nâng cao số mol khí ∆n > 0).
Thí dụ 1:
N2(okay) + 3H2(okay) ⇔ 2NH3(okay)
Có ∆n = 2 – (3 + 1) = -2 < 0 (chiều thuận), chiều nghịch: ∆n > 0.
Trường hợp nâng cao áp suất chung của hệ P, cân bằng dịch chuyển theo chiều thuận là chiều khiến giảm số mol khí, nghĩa là chiều tạo thành NH3 (hiệu suất phản ứng nâng cao); giả dụ ta giảm P thì cân bằng dịch chuyển theo chiều nâng cao 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 tại áp suất 500 – 1000atm và nhiệt độ tại 400 – 500oC.
Thí dụ 2:
CO(okay) + H2O(okay) ⇔ CO2(okay) + H2(okay)
Ta có ∆n = (1 + 1) – (1 + 1) = 0 ⇒ P ko tác động tới sự chuyển dịch cân bằng.
Liên quan của nồng độ tới sự dịch chuyển cân bằng
Xét phản ứng: aA + bB ⇔ cC + dD
Có KC = const tại T = const
Trường hợp nâng cao [A], [B] cân bằng dịch chuyển theo chiều nâng cao [C], [D] (để giữ KC = const) ⇒ cân bằng dịch chuyển theo chiều thuận khiến giảm [A], [B].
Trường hợp giảm [A], [B] cân bằng dịch chuyển theo chiều giảm [C], [D] (để giữ KC = const) ⇒cân bằng dịch chuyển theo chiều nghịch khiến nâng cao [A], [B].
Tương tự động lúc nâng cao nồng độ siêu phẩm cân bằng chuyển dịch theo chiều khiến giảm nồng độ siêu phẩm (chiều nghịch) và khiến nâng cao nồng độ chất tham dự để giữ cho KC=const, hoặc ngược lại.
Vậy lúc hệ đang tại trạng thái cân bằng, giả dụ ta thay thế đổi nồng độ của 1 trong những chất thì cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều chống lại sự thay thế đổi ấy.
Thí dụ: C(r) + CO2(okay) ⇔ 2CO(okay) tại T = const, để giữ cho KC = const
Trường hợp ta nâng cao nồng độ chất tham dự CO2, cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận khiến giảm nồng độ CO2 và tạo ta thêm CO2.
Trường hợp ta giảm nồng độ chất tham dự CO2, cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch khiến nâng cao nồng độ CO2 và khiến giảm bớt CO.
Trường hợp nâng cao nồng độ CO, cân bằng dịch chuyển theo chiều nghịch khiến giảm nồng độ CO và khiến nâng cao thêm nồng độ CO2 và ngược lại.
