Bài giảng Bài 38: Cân bằng hóa học (tiếp)

CÂN BẰNG HÓA HỌCBài38 1. Phản ứng một chiều:Ví dụ1 : Fe + 2HCl  FeCl2 + H2Trong cùng điều kiện H2 không phản ứng với FeCl2.Ví dụ 2 : Nhiệt phân KClO3 có mặt chất xúc tác MnO22KClO3  2KCl + 3O2 to, MnO2Trong cùng điều kiện (t0, MnO2 ) KCl không phản ứng được với O2 để tạo lại KClO3. Câu hỏi 1 : Viết pứhh xảy ra trong các trường hợp sau: a)Fe với dung dịch HClb)phản ứng nhiệt phân KClO3. Sản phẩm sinh ra trong mỗi pứ trên có tác dụng với nhau được không?Như vậy 2 phản ứng trên chỉ xẩy ra theo một chiều từ trái sang phải. Những phản ứng như vậy gọi là phản ứng một chiều.Phản ứng một chiều là gì?Phản ứng một chiều: là phản ứng chỉ xảy ra theo một chiều từ trái sang phải, biểu thị bằng 1 mũi tên chỉ chiều phản ứng. I/ PHẢN ỨNG MỘT CHIỀU, PHẢN ỨNG THUẬN NGHỊCH VÀ CÂN BẰNG HÓA HỌCTrong PƯHH người ta dùng kí hiệu nào để chỉ một phản ứng là phản ứng một chiều?2. Phản ứng thuận nghịch:Ở điều kiện thường Cl2 phản ứng với H2O tạo thành HClO và HCl, đồng thời HCl và HClO cũng phản ứng với nhau tạo ra Cl2 và H2O.Phản ứng thuận nghịch: là phản ứng xảy ra theo hai chiều trái ngược nhau, biểu thị bằng hai mũi tên ngược chiều nhau.* Đặc điểm của phản ứng thuận nghịch: Hỗn hợp phản ứng luôn có mặt đồng thời cả sản phẩm và chất tham gia phản ứng. Câu hỏi 2 : a) Viết phương trình phản ứng của clo với H2O. b) Biết HClO là chất oxi hóa mạnh oxi hóa được HCl là chất khử. Hãy viết phương trình phản ứng xảy ra. Cl2 + H2O HClO + HClXét phản ứng:phản ứng như vậy gọi là phản ứng thuận nghịchPhản ứng thuận nghịch là gì?Trong PƯHH người ta dùng kí hiệu nào để chỉ một phản ứng là phản ứng thuận nghịch?I/ PHẢN ỨNG MỘT CHIỀU, PHẢN ỨNG THUẬN NGHỊCH VÀ CÂN BẰNG HÓA HỌCThời gianTốc độ phản ứngVtVnTrạng thái cân bằng3. Cân bằng hóa học:XÐt ph¶n øng:H2(khÝ) + I2(khÝ) 2HI(khÝ)vt = vn Gäi Vt lµ tèc ®é cđa ph¶n øng thuËn vµ Vn lµ tèc ®é cđa ph¶n øng nghÞch.Nhận xét: Ban đầu: Vt lớn (do nồng độ I2 và H2 lớn); Vn = 0 (do nồng độ HI=0)Khi pư ùxảy ra: Vt giảm (do nồng độ I2 và H2 giảm); Vn tăng (nồng độ HI ngày càng lớn)Đến một lúc nào đó (tcb) thì Vt = Vn = const (Vcb): pứ đạt tới trạng thái cân bằng.VcbI/ PHẢN ỨNG MỘT CHIỀU, PHẢN ỨNG THUẬN NGHỊCH VÀ CÂN BẰNG HÓA HỌCtcbC©n b»ng ho¸ häc: lµ tr¹ng th¸i cđa ph¶n øng thuËn nghÞch khi tèc ®é cđa ph¶n øng thuËn b»ng tèc ®é ph¶n øng nghÞch (Vt = Vn).VËy h·y cho biÕt c©n b»ng ho¸ häc lµ g×?Ph©n tÝch sè liƯu thùc nghiƯm thu ®­ỵc tõ ph¶n øng trªn nh­ sau H2 + I2  2HIBan ®Çu: 0,5 0,5 0 (mol/l)Ph¶n øng: 0,393 0,393 0,786 (mol/l)C©n b»ng: 0,107 0,107 0,786 (mol/l)Tõ ph©n tÝch trªn h·y cho biÕt t¹i tr¹ng th¸i c©n b»ng, ph¶n øng thuËn vµ ph¶n øng nghÞch cã xÈy ra kh«ng? Tõ ®ã h·y nªu 1 ®Ỉc ®iĨm cđa c©n b»ng hãa häc?T¹i sao ë tr¹ng th¸i c©n b»ng nång ®é c¸c chÊt kh«ng ®ỉi nÕu gi÷ nguyªn ®iỊu kiƯn ph¶n øng?C©n b»ng ho¸ häc lµ c©n b»ng ®éng3. Cân bằng hóa học:XÐt ph¶n øng:H2(khÝ) + I2(khÝ) 2HI(khÝ)Số liệu phân tích:Tại trạng thái cân bằng: pứ không dừng lại mà pứ thuận và pứ nghịch vẫn tiếp tục xảy ra nhưng với tốc độ bằng nhau Vt = Vn Tại trạng thái cân bằng: Vt = Vn có nghĩa là trong 1 đơn vị thời gian, nồng độ các chất pứ giảm đi bao nhiêu theo pứ thuận thì lại được tạo ra bấy nhiêu theo pứ nghịchI/ PHẢN ỨNG MỘT CHIỀU, PHẢN ỨNG THUẬN NGHỊCH VÀ CÂN BẰNG HÓA HỌC3. Cân bằng hóa học:XÐt ph¶n øng:H2(khÝ) + I2(khÝ) 2HI(khÝ)C©n b»ng ho¸ häc lµ tr¹ng th¸i cđa ph¶n øng thuËn nghÞch khi tèc ®é cđa ph¸n øng thuËn b»ng tèc ®é ph¶n øng nghÞch (Vt = Vn).C©n b»ng ho¸ häc lµ c©n b»ng ®éngC¸c chÊt ph¶n øng kh«ng chuyĨn ho¸ hoµn toµn thµnh s¶n phÈm nªn trong hƯ c©n b»ng lu«n lu«n cã mỈt chÊt ph¶n øng vµ chÊt s¶n phÈm.I/ PHẢN ỨNG MỘT CHIỀU, PHẢN ỨNG THUẬN NGHỊCH VÀ CÂN BẰNG HÓA HỌC1/ Thí nghiệm:+ Cho hai ống nghiệm (1) và (2) chứa lượng khí NO2 như nhau, trong mỗi ống nghiệm đều tồn tại cân bằng sau:(1)(2)+ Màu của hỗn hợp khí trong cân bằng ở hai ống nghiệm như nhau.Nước đá(1)(2)Câu hỏi: Nhận xét hiện tượng thí nghiệm. Nồng độ NO2 ở 2 ống có gì thay đổi ?Sau khi ngâm ống (1) vào nước đá, ống (1) màu nhạt hơn ống (2) chứng tỏ nồng độ khí NO2 trong ống (1) đã giảmII/ SỰ CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNGN2O4(k) 2NO2 (k)(không màu) (màu nâu đỏ)2/ Định nghĩa :Sự chuyển dịch cân bằng hóa học là sự di chuyển từ trạng thái cân bằng này đến trạng thái cân bằng khác do tác động của các yếu tố bên ngoài lên cân bằng.+ Các yếu tố làm chuyển dịch cân bằng là nồng độ, áp suất, nhiệt độ. 1/ Thí nghiệmHiện tượng trong thí nghiệm vừa nêu được gọi là sự chuyển dịch cân bằng.II/ SỰ CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG1/ Ảnh hưởng của nồng độ :Xét một hệ cân bằng sau trong một bình kín ở nhiệt độ cao và không đổi : 	C(r) + CO2 (k)  2CO (k) (1) Khi ở trạng thái cb : vt = vn, nồng độ của các chất không đổi. Câu hỏi: 1/ So sánh vt và vn khi phản ứng ở trạng thái cân bằng.2/ Khi thêm CO2 vào thì hệ cân bằng sẽ biến đổi như thế nào?2/ Khi lấy bớt khí CO2 ra khỏi hệ thì cân bằng sẽ biến đổi như thế nào?Khi thêm CO2 vào hệ, nồng độ CO2 tăng làm vt > vn Cân bằng đã chuyển dời theo chiều phản ứng thuận - chiều làm giảm nồng độ CO2.Khi lấy bớt khí CO2 ra khỏi hệ, nồng độ CO2 giảm làm vt 0CaO + H2O  Ca(OH)2 , H = -65 kJCaCO3  CaO + CO2 , H = +178 kJto Trong các PƯHH, năng lượng được giải phóng hoặc hấp thu dưới dạng nhiệt, gọi là nhiệt phản ứng, kí hiệu H III/ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÂN BẰNG HÓA HỌCb)Ảnh hưởng của nhiệt độ:Xét cân bằng trong bình kín:-Phản ứng thuận: H = +58 kJ > 0 phản ứng thu nhiệt.-Phản ứng nghịch: H = -58 kJ < 0 phản ứng tỏa nhiệt.3/ Ảnh hưởng của nhiệt độ: a) Nhiệt phản ứng:Thí nghiệm: Ngâm hỗn hợp pứ trong nước đá và nước sôi.Kết luận: -Khi tăng nhiệt độ, cb chuyển dịch theo chiều pứ thu nhiệt nghĩa là làm giảm tác dụng của việc tăng nhiệt độ-Khi giảm nhiệt độ, cb chuyển dịch theo chiều pứ tỏa nhiệt - chiều làm giảm tác dụng của việc giảm nhiệt độ.III/ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÂN BẰNG HÓA HỌC N2O4(k) 2NO2 (k)(không màu) (màu nâu đỏ)H = 58 kJKết luận: 3 yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học là nồng độ, áp suất, nhiệt độ được tổng kết thành nguyên lí chuyển dịch cân bằng:Câu hỏi: Nêu điểm giống nhau của chiều chuyển dịch cân bằng khi chịu tác động của nồng độ, áp suất, nhiệt độ. Từ đó phát biểu nguyên lí chuyển dịch cân bằng.* Nguyên lý chuyển dịch cân bằng (nguyên lý Lơ- Sa-tơ-li-e) le Chatelier: Một phản ứng thuận nghịch đang ở trạng thái cân bằng khi chịu một tác động bên ngoài như biến đổi nồng độ, nhiệt độ, áp suất sẽ chuyển dịch cân bằng theo chiều làm giảm tác động bên ngoài đó. 4/ Vai trò của chất xúc tác :Chất xúc tác làm tăng vt và vn với số lần bằng nhau nên không ảnh hưởng đến cân bằng hóa học mà chỉ làm cho phản ứng nhanh đạt đến trạng thái cb.III/ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÂN BẰNG HÓA HỌCIV/ Ý NGHĨA CỦA TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG VÀ CÂN BẰNG HÓA HỌC TRONG SẢN XUẤT HÓA HỌCVí dụ1: Trong quá trình sản xuất axit sunfuric có phản ứng : 2SO2 (k) + O2 (k)  2SO3 (k) H = -198 kJĐặc điểm của phản ứng: Phản ứng này dùng oxi không khí, ở nhiệt độ thường phản ứng xảy ra rất chậm, phản ứng thuận tỏa nhiệt và làm giảm áp suất chung của hệ.. Do đó: Để tăng tốc độ phản ứng phải dùng chất xúc tác và thực hiện phản ứng ở nhiệt độ khá cao. Nhưng đây là phản ứng tỏa nhiệt, tăng nhiệt độ làm cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch làm giảm hiệu suất của phản ứng, để hạn chế tác dụng này người ta dùng một lượng dư không khí (tăng nồng độ oxi) làm cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận.Câu hỏi: Xét phản ứng : 2SO2 (k) + O2 (k)  2SO3 (k) H < 0Ở nhiệt độ thường phản ứng xảy ra rất chậm, làm thế nào để cân bằng phản ứng chuyển dịch theo chiều thuận thu được nhiều SO3 ?- Nêu đặc điểm của phản ứng.- Dự kiến các cách làm cân bằng phản ứng chuyển dịch theo chiều thuận.Ví dụ2 : N2 (k) + 3H2 (k)  2NH3 (k) H = 192 kJĐặc điểm của phản ứng : tốc độ phản ứng rất chậm ở nhiệt độ thường, phản ứng thuận tỏa nhiệt và làm giảm áp suất chung của hệ.Do đó phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ cao, áp suất cao và dùng chất xúc tác. Tuy nhiên nhiệt độ cao làm cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch, nên chỉ thực hiện ở nhiệt độ thích hợp (không cao quá).Câu hỏi: Xét phản ứng : N2 (k) + 3H2 (k)  2NH (k) H < 0Ở nhiệt độ thường phản ứng xảy ra rất chậm, làm thế nào để cân bằng phản ứng chuyển dịch theo chiều thuận thu được nhiều NH3 ?- Nêu đặc điểm của phản ứng :- Dự kiến các cách làm cân bằng phản ứng chuyển dịch theo chiều thuận.IV/ Ý NGHĨA CỦA TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG VÀ CÂN BẰNG HÓA HỌC TRONG SẢN XUẤT HÓA HỌCBài học kết thúc!Nước đáNước sôiKhi hỗn hợp ở trạng thái cân bằng:+ Ngâm bình đựng hỗn hợp vào nước sôi (tăng t0): màu nâu đỏ của hỗn hợp đậm lên  cân bằng chuyển dịch theo chiều tạo ra thêm nhiều NO2 -chiều nghịch. Vậy cb chuyển dịch theo chiều của phản ứng thu nhiệt.+ Ngâm bình vào nước đá (giảm t0): màu của hỗn hợp khí nhạt đi  cân bằng chuyển dời theo chiều làm giảm nồng độ NO2 -chiều thuận  chiều của phản ứng tỏa nhiệt.Thí nghiệm: Ngâm hỗn hợp phản ứng trong nước đá và nước sôi.Ban đầuCâu hỏi : Sau khi xem mô phỏng thí nghiệm, nhận xét màu của hỗn hợp khí  xác định chiều chuyển dịch của cân bằng  kết luận về ảnh hưởng của nhiệt độ đến cân bằng hóa học.