Tốc Độ Phản Ứng Và Cân Bằng Hóa Học: Lớp 10

Khái niệm: Tốc độ phản ứng là đại lượng đặc trưng cho sự biến thiên nồng độ của một trong các chất tham gia phản ứng hoặc sản phẩm tạo thành trong một đơn vị thời gian.

Công thức tính tốc độ trung bình của phản ứng:

V = ΔC/Δt (mol/(l.s))

Trong đó:

• V: Tốc độ phản ứng
• ΔC: Sự biến thiên nồng độ (C sau – C đầu)
• Δt: Thời gian phản ứng (t sau – t đầu)

Đối với chất tham gia (nồng độ giảm dần): ΔC = C đầu – C sau

Đối với chất sản phẩm (nồng độ tăng dần): ΔC = C sau – C đầu

Đối với phản ứng tổng quát dạng:

aA + bB -> cC + dD

V = -Δ[A]/aΔt = -Δ[B]/bΔt = Δ[C]/cΔt = Δ[D]/dΔt

Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng:

• Ảnh hưởng của nồng độ: Tốc độ phản ứng tỉ lệ thuận với nồng độ các chất tham gia phản ứng. Nồng độ càng cao, tốc độ phản ứng càng nhanh.
• Ảnh hưởng của áp suất: (Đối với phản ứng có chất khí tham gia): Khi áp suất tăng, tốc độ phản ứng tăng (và ngược lại). Áp suất cao làm tăng mật độ các phân tử khí, tăng khả năng va chạm và phản ứng.
• Ảnh hưởng của nhiệt độ: Khi nhiệt độ tăng, tốc độ phản ứng tăng (và ngược lại). Nhiệt độ cao làm tăng động năng của các phân tử, tăng số lần va chạm hiệu quả.
• Ảnh hưởng của diện tích bề mặt: (Đối với phản ứng có chất rắn tham gia): Khi diện tích bề mặt tăng, tốc độ phản ứng tăng. Diện tích bề mặt lớn hơn tạo điều kiện cho nhiều phân tử tiếp xúc và phản ứng hơn.
• Ảnh hưởng của chất xúc tác: Chất xúc tác là chất làm tăng tốc độ phản ứng, nhưng không bị tiêu hao trong phản ứng. Chất xúc tác tạo ra con đường phản ứng mới với năng lượng hoạt hóa thấp hơn.

II. Cân Bằng Hóa Học

1. Phản ứng một chiều và phản ứng thuận nghịch:

• Phản ứng một chiều: Là phản ứng chỉ xảy ra theo một chiều xác định (không có chiều ngược lại).
• Phản ứng thuận nghịch: Là phản ứng mà trong điều kiện xác định có thể đồng thời xảy ra theo hai chiều ngược nhau (chiều thuận và chiều nghịch).

2. Cân bằng hóa học:

• Khái niệm: Cân bằng hóa học là trạng thái của hệ phản ứng thuận nghịch, tại đó tốc độ phản ứng thuận và nghịch bằng nhau và nồng độ các chất không thay đổi nữa.
• Cân bằng hóa học là một cân bằng động: Mặc dù nồng độ các chất không thay đổi, nhưng phản ứng thuận và nghịch vẫn tiếp tục diễn ra với tốc độ bằng nhau.

3. Hằng số cân bằng của phản ứng thuận nghịch (K):

• Đối với hệ phản ứng thuận nghịch đồng thể (hệ chỉ gồm chất khí hoặc chất tan trong dung dịch) tổng quát dạng:

aA + bB <=> cC + dD

Kc = ([C]^c.[D]^d)/([A]^a.[B]^b)

Trong đó:

• [A], [B], [C], [D]: Nồng độ mol/l của các chất A, B, C, D ở trạng thái cân bằng.

• Đối với hệ phản ứng thuận nghịch dị thể (hệ gồm chất rắn và khí) hoặc (hệ gồm chất rắn và chất tan trong dung dịch) thì nồng độ của chất rắn được coi là hằng số (không có trong biểu thức tính K).

Ví dụ:

• C(r) + CO2(k) <=> 2CO(k) => Kc = [CO]^2/[CO2]

• CaCO3(r) <=> CaO(r) + CO2(k) => Kc = [CO2]

• Hằng số cân bằng của một phản ứng xác định chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.

• Đối với một phản ứng xác định, nếu thay đổi hệ số các chất trong phản ứng thì giá trị hằng số cân bằng cũng thay đổi.

Ví dụ:

• N2(k) + 3H2(k) <=> 2NH3(k) => Kc1 = [NH3]^2/([N2].[H2]^3)
• 1/2N2(k) + 3/2H2(k) <=> NH3(k) => Kc2 = [NH3]/([N2]^1/2.[H2]^3/2)

=> Kc1 = Kc2^2 và Kc2 = sqrt(Kc1)

4. Sự chuyển dịch cân bằng hóa học:

• Khái niệm: Sự chuyển dịch cân bằng là sự phá vỡ trạng thái cân bằng cũ để chuyển sang trạng thái cân bằng mới do các yếu tố bên ngoài (nồng độ, nhiệt độ, áp suất) tác động lên cân bằng.
• Nguyên lí chuyển dịch cân bằng (Lơ Satơliê): Một phản ứng thuận nghịch đang ở trạng thái cân bằng, khi chịu một tác động từ bên ngoài như biến đổi (nồng độ, nhiệt độ, áp suất); cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động bên ngoài đó.

Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học:

• Khi tăng nồng độ một chất, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm nồng độ chất đó.
• Khi giảm nồng độ một chất, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm tăng nồng độ chất đó.
• Khi tăng nhiệt độ của hệ, cân bằng chuyển dịch theo chiều thu nhiệt.
• Khi giảm nhiệt độ của hệ, cân bằng chuyển dịch theo chiều tỏa nhiệt.

Ví dụ:

Xét phản ứng thu nhiệt: N2(k) + 3H2(k) <=> 2NH3(k)

• Khi tăng nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận (chiều thu nhiệt) để hấp thụ bớt lượng nhiệt đã cung cấp.
• Khi giảm nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch (chiều tỏa nhiệt) để bù lại lượng nhiệt đã mất đi.

Nguồn: https://truongxaydunghcm.edu.vn/