Cân bằng hóa học là gì? Hệ số cân bằng hóa học và sự chuyển dịch cân bằng?

Cân bằng hóa học là một trạng thái của phản ứng, vậy các em học sinh đã biết nó xảy ra trong phản ứng như thế nào và ý nghĩa của nó ra sao, qua bài viết sau đây VOH Giáo dục sẽ giúp các em giải đáp thắc mắc này.

Phản ứng một chiều và thuận nghịch.

Phản ứng một chiều là phản ứng chỉ xảy ra theo chiều từ trái sang phải.

Phản ứng thuận nghịch là phản ứng xảy ra theo 2 chiều cả từ trái sang phải và từ phải sang trái. Chất phản ứng tác dụng với nhau tạo thành sản phẩm và sản phẩm cũng tác dụng với nhau tạo ra chất phản ứng ban đầu.

Chiều từ trái sang phải được gọi là chiều của phản ứng thuận.

Chiều từ phải sang trái gọi là chiều phản ứng nghịch.

Ví dụ:

Cân bằng hóa học là gì ?

Cân bằng hóa học là trạng thái chất tham gia phản ứng và chất sản phẩm đều không thay đổi nồng độ theo thời gian của phản ứng thuận nghịch. Thực chất là phản ứng nghịch có tốc độ phản ứng tương đương với phản ứng thuận, nên nồng độ của các chất dao động ở một mức nhất định.

Hệ số cân bằng hóa học

Giả sử có một phản ứng thuận nghịch sau:

aA (rắn) + bB (lỏng)   ⇌   cC (lỏng) + dD (khí)

A, B, C, D là những chất rắn, chất tan trong dung dịch hoặc chất khí phản ứng ở trạng thái cân bằng.

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

Vì chất A là chất rắn nên nồng độ không thay đổi, ta được biểu thức tính K sau

Nếu A là chất lỏng hoặc chất khí thì ta sẽ có biểu thức tính K như sau:

Hằng số cân bằng K chỉ phụ thuộc duy nhất vào nhiệt độ.

Ví dụ 1: ở một nhiệt độ nhất định, phản ứng thuận nghịch đạt trạng thái cân bằng khi nồng độ của các chất như sau: [H2] = 1 mol/lít. [N2] = 0,02 mol/lít. [NH3] = 0,2 mol/lít. Tìm hằng số cân bằng ở nhiệt độ đó.
Hướng dẫn: 

Theo biểu thức tính K ta có: 

Ví dụ 2. Một phản ứng thuận nghịch A(k) + B(k)  C(r) + D(k).  Người ta trộn bốn chất A, B, C, D. mỗi chất 1 mol vào bình kín có thể tích v không đổi. Khi cân bằng được thiết lập, lượng chất D trong bình là 1,5 mol. Hãy tìm k = ?

Hướng dẫn:

 Vì C là chất rắn nên khi tính K ta chỉ cần quan tâm nồng độ A, B, D. Chất D tăng lên 1,5 mol suy ra phản ứng trên đã tạo ra 0,5 mol chất D, nghĩa là chất A, B giảm 0,5 mol

*Trường hợp cân bằng chỉ giữa các chất khí, có thể thay nồng độ của các chất tính K bằng áp suất riêng phần của hỗn hợp. Dựa trên nguyên lý sau:

V_x là thể tích riêng phần của từng khí cấu thành riêng lẻ (X).

V_tổng là tổng thể tích của hỗn hợp khí.

p_x là áp suất riêng phần của khí X.

p_tổng là áp suất tổng của hỗn hợp khí.

n_x là số mol của khí X.

n_tổng là tổng số mol của hỗn hợp khí.

Sự chuyển dịch cân bằng hóa học.

Sự chuyển dịch cân bằng hóa học chỉ xảy ra khi có yếu tố bên ngoài tác động lên cân bằng làm  phá vỡ trạng thái cân bằng cũ để chuyển sang một trạng thái cân bằng mới.

Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học

Một phản ứng thuận nghịch khi đang ở trạng thái cân bằng mà chịu một tác động biến đổi nồng độ, nhiệt độ, áp suất (khi phản ứng có chất khí) từ bên ngoài thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều chống lại tác động bên ngoài đó.
 Ví dụ:

• Nếu tăng nồng độ của chất A thì phản ứng chuyển dịch theo chiều làm giảm nồng độ chất A đó.
• Nếu tăng nhiệt độ phản ứng thì phản ứng chuyển dịch theo chiều làm giảm nhiệt độ.
• Nếu tăng áp suất của hệ thì cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm áp suất.

*Lưu ý: Chất xúc tác chỉ có tác dụng làm tăng tốc độ phản ứng chứ không ảnh hưởng đến cân bằng hóa học.

Sau khi tham khảo bài viết chắc các em học sinh cũng đã rõ về trạng thái cân bằng hóa học của một phản ứng. Hãy thực hành nhiều bài tập để nhớ kĩ về biểu thức tính hằng số cân bằng K nhé, nó được sử dụng rất nhiều trong bộ môn hóa về lâu về dài.