Giáo trình môn Hóa học Lớp 11

Chương I Tốc độ phản ứng và cân bằng hoá học Các phản ứng hóa học xảy ra nhanh,chậm rất khác nhau,nghĩa là xảy ra với tốc độ rất khác nhau.Nếu 1 phản ứng hoá học xảy ra chậm ở điều kiện thường thì bằng cách nào có thể tăng được tốc độ của nó lên? Có phải mọi phản ứng đều chuyển hóa hoàn toàn các phản ứng thành các sản phẩm không?Nếu phản ứng chỉ xảy ra ở mức độ nào đó thì làm thế nào có thể tăng được hiệu suất chuyển hoá các chất phản ứng thành các sản phẩm? Bài 1 Tốc độ phản ứng hóa học Biết tốc độ phản ứng và chất xúc tác là gì Hiểu các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng Khái niệm về tốc độ phản ứng 1.Thí nghiệm Chuẩn bị 3 dung dịch BaCl2,Na2S2O3,và H2SO4 có cùng nồng độ là 0,1mol/l để thực hiện 2 phản ứng sau: BaCl2+H2SO4àBaSO4tủa +2HCl(1) Na2S2O3+H2SO4àS tủa+SO2+H2O+Na2SO4(2) Đổ 25mldung dịch H2SO4 vào cốc đựng 25ml dungdịch BaCl2,ta thấy xuất hiện ngay kết tủa trắng của BASO4 Đổ 25ml dung dịch H2SO4 vào cốc khác đựng 25ml dung dich NA2S2O3 một lát sau mới thấy màu trắng đục của S xuất hiện. Từ 2 thí nghiệm trên ta thấy rằng ,phản ứng 1 xảy ra nhanh hơn phản ứng 2. Nói chung các phản ứng hóa học khác nhau xảy ra nhanh, chậm rất khác nhau. Để đánh giá mức độ xảy ra nhanh hay chậm của các phản ứng hoá học,người ta dùng đại lượng tốc độ phản ứng hóa học,gọi tắt là tốc độ phản ứng. 2.Tốc độ phản ứng Mọi phản ứng hóa học đều có thể biểu diễn bằng phương trình tổng quát. Các chất phản ứng à các sản phẩm Trong quá trình diễn biến của phản ứng nồng độ các chất phản ứng giảm dẩn, đồng thời nồng độ các sản phẩm tăng dần.Phản ứng xảy ra càng nhanh thì trong 1 đơn vị thời gian ,nồng độ các chất phản ứng giảm và nồng độ các chất sản phẩm tăng càng nhiều.Như vậy, có thể dùng độ biến thiên nồng độ của 1 chất bất kỳ trong phản ứng làm thước đo tốc độ phản ứng. Tốc độ phản ứng là đại lượng đặc trưng cho độ biến thiên nồng độ của 1 trong các chất phản ứng hoặc sản phẩm phản ứng trong 1 đơn vị thời gian. Theo quy ước nồng độ được tính bằng mol/l và đơn vị thời gian có thể là giây(s), phút(ph),giờ(h) Tốc độ phản ứng được xác định bằng thực nghiệm 3.Tốc độ trung bình của phản ứng Xét phản ứng:AàB Ở thời điểm T1,nồng độ chất A(Chất phản ứng) là C1mol/l.Ở thời điểm T2 nồng độ chất A là C2mol/l(c2<c1 vì trong quá trình xảy ra phản ứng,nồng độ chất A giảm dần). Tốc độ của phản ứng tính theo chất A trong khoảng thời gian từ T1àT2 được xác định như sau: Nếu tốc độ được tính theo sản phẩm B thì : Ở thời điểm T1,Nồng độ chất B là C1mol/l.Ở thời điểm T2 nồng độ chất B là C2mol/l(c2>c1 vì nồng độ của chất B tăng theo thời gian phản ứng).Ta có: Do đó , công thức tổng quát tính tốc độ phản ứng trong khoảng thời gian từ T1àT2 là: Trong đó,V là tốc độ trung bình của phản ứng trong khoảng thời gian từ T1àT2 ,dấu – ứng với việc tính tốc độ theo chất phản ứng, dấu cộng ứng với việc tính tốc độ theo sản phẩm phản ứng. Ví dụ,xét phản ứng sau xảy ra trong dung dịch CCl4 ở 45độ C. N2O5àN2O4+1/2O2 bay lên Bằng cách đo thể tích oxi thoát ra ta có thể tính được nồng độ N2O5 ở từng thời điểm của phản ứng.Từ đó lấp được bảng 1.1 . Bảng 1.1.Sự phân hủy của N2O5 trong dung môi CCl4 ở 45 độ C Thời gian,s Delta t,s Nồng độ N2O5,mol/l -delta C,mol/l V,mol/l(l,s) 0 2,33 184 184 2,08 0,25 1,36.10-3 319 135 1,91 0,17 1,26.10-3 526 207 1,67 0,24 1,16.10-3 867 341 1,36 0,31 9.1.10-4 Từ cách số liệu trong bảng 1.1,ta thấy tốc độ trung bình của phản ứng giảm dần theo thời gian,ứng với sự giảm dần của nồng độ chất phản ứng(N2O5),do đó tốc độ trung bình chỉ là đại lượng gần đúng trong khoảng thời gian xét.Một cách chính xác,phải xác định tốc độ ở từng thời điểm gọi là tốc độ tức thời(Vt). II Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng. 1.Aûnh hưởng của nồng độ Thí nghiệm 1 :thực hiện phản ứng 2 với nồng độ Na2S2O3 khác nhau. Chuẩn bị 2 cốc sau: cốc A đựng 25 ml dung dịch Na2S2O3 0,1M,cốc B đựng 10ml dung dịch Na2S2O3 0,1M,thêm vào cốc B 15ml nước cất để pha loãng dung dịch. Đặ cốc A trên tờ giấy trắng có vẻ + .Đổ vào cốc A 25ml dung dịch H2SO4 0,1M.lắc nhẹ. Dùng đồng hồ xác định thời gian từ lúc mới đổ dung dịch H2SO4 vào cho đến lúc lưu huỳnh tạo thành che lấp dấu cộng khi nhìn xuyên qua dung dịch trong cốc đặt tr6n tờ giấy(hình 1.1A).Làm tương tự với cốc B(hình 1.1B). So sánh thời gian phản ứng trong 2 cốc,ta thấy thời gian phản ứng trong cốc A ít hơn nghĩa là tốc độ phản ứng trong cốc A lớn hơn. Giải thích. Điều kiện để các chất phản ứng được với nhau(thí dụ Na2S2O3 và H2SO4)là chúng phải va chạm vào nhau,tần số va chạm (số va chạm trong 1 đơn vị thời gian) càng lớn thì tố độ phản ứng càng lớn. Khi nồng độ các chất phàn ứng tăng,tần số va chạm tăng nên tốc độ phản ứng tăng.Tuy nhiên, không phải mọi va chạm đều gây ra phản ứng, chì có những va chạm có hiệu quả mới xảy ra phản ứng.Tỷ số giữa số va chạm có hiệu quả và số va chạm chung phụ thuộc vào bản chất của các chất phản ứng nên các phản ứng khác nhau có tốc độ phản ứng không giống nhau. Kết luận: khi nồng độ các chất phản ứng tăng, tốc độ phản ứng tăng 2.Aûnh hưởng của áp suất Aùp suất ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng có chất khí tham gia.Khi áp suất tăng,nồng độ chất khí tăng theo,nên ảnh hưởng của áp suất đến tốc độ phản ứng giống như ảnh hưởng của nồng độ. Ví dụ, xét phản ứng sau được thực hiện ở nhiệt độ 302 độ C: 2HI(K)àH2(K)+I2(K) Khi áp suất của HI là 1 atm,tốc độ phản ứng đo được là 1,22.10 –8mol/(l.s) Khi áp suất của HI là 2 atm,tốc độ phản ứng là 4,88.10 –8mol/(l,s) Vậy đối với phản ứng có chất khí tham gia,khi áp suất tăng,tốc độ phản ứng tăng 3.Aûnh hưởng của nhiệt độ. Thí nghiệm 2 :thực hiện phản ứng 2 ở hai nhiệt độ khác nhau(hình 1.2). Để thực hiện phản ứng trong cốc B,cần đun nóng trước cả 2 dung dịch Na2S2O3 và H2SO4 sau đó mới trộn dung dịch với nhau.Cách đo thời gian phản ứng được thực hiện giống như ở thí nghiệm ảnh hưởng của nồng độ.Kết quả là tốc độ phản ứng ở nhiệt độ cao lớn hơn ở nhiệt độ thấp. Giải thích.Khi nhiệt độ phản ứng tăng dẫn đến 2 hệ quả sau: Tốc độ chuyển động của các phân tử tăng dẫn đến tần số va chạm của các chất phản ứng tăng. Tần số va chạm có hiệu quả giữa các chất phản ứng tăng nhanh.Đây là yếu tố chính làm cho tốc độ phản ứng tăng nhanh khi  nhiệt độ tăng. Kết luận: Khi nhiệt độ tăng, tốc độ phản ứng tăng. 4.Aûnh hưởng của diện tích bề mặt. Thí nghiệm 3 : dùng 2 mẩu đá vôi (CaCO3) có khối lượng bằng nhau, 1 mẫu có kích thước hạt nhỏ hơn mẩu còn lại.Cho 2 mẩu đá cùng tác dụng với 2 thể tích bằng nhau của dung dịch HCl cùng nồng độ(hình 1.3) Phản ứng xảy ra như sau: CaCO3+2HClàCaCl2+ CO2 bay lên + H2O. Ta thấy thời gian để CaCO3 phản ứng hết trong cốc B ít hơn cốc A. Giải thích , chất rắn với kích thước hạt nhỏ (CaCO3 hạt nhỏ) có tổng diện tích bề mặt tiếp xúc với chất phản ứng(HCl) lớn hơn so với chất rắn có kích thứơc hạt lớn hơn(CaCO3 dạng khối) cùng khối lượng,nên có tốc độ phản ứng lớn hơn. Kết luận : đối với phản ứng có chất rắn tham gia,khi diện tích bề mặ tăng,tốc độ phản ứng tăng. V Aûnh hưởng của chất xúc tác. Chất xúc tác là chất làm tăng tốc độ phản ứng,nhưng không bị tiêu hao trong phản ứng. Thí dụ,H2O2 phân hủy chậm trong dung dịch ở nhiệt độ thừơng theo phản ứng sau: 2H2O2à2H2O+O2 bay lên. Nếu cho vào dung dịch nào ít bột MnO2,bọt O2 sẽ thoát ra rất mạnh,khi phản ứng kết thúc,bột MnO2 vẫn còn nguyên vẹn, vậy MnO2 là chất xúc tác cho phản ứng phân hủy H2O2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng được vận dụng nhiều trong đời sống và sản xuất.Thí dụ, nhiệt độ của ngọn lủa axetilen cháy trong O2 cao hơn nhiều so với cháy trong không khí,tạo nhiệt độ hàn cao hơn.Nấu thực phẩm trong nồi áp suất chóng chín hơn.Các chất đốt rắn như than,củi có kích thứơc nhỏ sẽ cháy nhanh hơn.Để tăng tốc độ tổng hợp NH3 từ N2 và H2 người ta phải dùng chất xúc tác, tăng nhiệt độ và thực hiện ở áp suất cao. Bài tập 1.Tìm 1 số ví dụ cho mỗi loại phản ứng nhanh và chậm mà em quan sát được trong cuộc sống và trong phòng thí nghiệm. 2. Tốc độ phản ứng là gì? 3. Hãy cho biết các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng và ảnh hưởng như thế nào?Giải thích. 4. Hãy cho biết người ta lợi dụng yếu tố nào để tăng tốc độ phản ứng trong các trường hợp sau: Con bọ cánh cứng Brachinus tự vệ như thế nào? Brachinus có 2 tuyến ở gần hậu môn.Mỗi tuyến có 2 ngăn: ngăn trong chứa dung dịch hidroquinon và hydro peoxit,ngăn ngoài chứa hỗn hợp men(enzim) và chất xúc tác.Khi bị đe doạ con bọ tiết dung dịch từ ngăn trong ra ngăn ngoài. Dùng không khí nén,nóng thổi vào lò cao để đốt cháy than cốc (trong ) Nung đá vôi ở nhietä độ cao để sàn xuất vôi sống. Nghiền nguyên liệu trước khi đưa vào lò nung để sản xuất ( xi măng) 5.Cho 6g kẽm hạt vào 1 cốc đựng dung dịch H2SO4 4M ở nhiết độ thừơng,mỗi biến đổi sau đây sẽ làm cho tốc độ phản ứng tăng lên, giảm xuống. a.Thay 6g kẽm hạt bằng 6g kẽm bột b.Dùng dung dịch H2SO4 2M thay dung dịch H2SO4 4M c.Tăng nhiệt độ phản ứng lên 50 độ C d.Tăng thể tích dung dịch H2SO4 4M lên gấp đôi 6.Ý nào sau đây là đúng ? a.Bất cứ phản ứng nào cũng chỉ vận dụng được 1 trong các yếu tố tốc độ phản ứng b.Bất cứ phản ứng nào cũng phải vận dụng đủ các yếu tố ảnh hưởng thì phản ứng mới tăng được tốc độ phản ứng. c.Tuỳ theo phản ứng mà vận dụng 1,một số hay tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng để tăng tốc độ phản ứng 7.Một phản ứng hoá học được biểu diễn như sau: các chất phản ứng àcác sản phẩm. Yếu tố nào sau đây không ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng? a.Nhiệt độ b.Chất xúc tác c.Nồng độ các sản phẩm d.Nồng độ các chất phản ứng 8.Giải thích tại sao nhiệt độ của ngọn lửa axetylen cháy trong O2 cao hơn cháy trong không khí 9.Hai mẫu đá vôi hình cầu có cùng thể tích là 10cm3 a.Tính diện tích mặ cầu của mỗi mẫu đá đó b.Nếu chia mẫu đá trên thành 8 quả cầu bằng nhau,mỗi quả cầu là 1,25cm3.So sánh tổng diện tích mặ t cầu của 8 quả cầu đó với thể tích mẫu đá 10cm3. Cho mỗi mẫu đá trên( 1mẫu với thể tích 10cm3, mẫu kia gồm 8 quả cầu vào mỗi cốc đều chứa dung dịch HCl cùng nồng độ,hỏi tốc độ phản ứng nào lớn hơn,giải thích. BÀI 2 CÂN BẰNG HÓA HỌC Kiểu cân bằng hóa học và đại lượng đặc trưng cho nó là hằng số cân bằng. Hiểu sự chuyển dịch cân bằng là gì và chuyển dịch như thế nào khi biến đổi nồng độ,áp suất, nhiệt độ. Sử dụng biểu thức hằng số cân bằng để làm một số bài tập. I PHẢN ỨNG HÓA HỌC MỘT CHIỀU, PHẢN ỨNG THUẬN NGHỊCH VÀ CÂN BẰNG HÓA HỌC MnO2 to 1.Phản ứng một chiều Xét phản ứng: 2KClO3 2KCl+3O2 Đun nóng các tinh thể KClO3 khi có mặt chất xúc tác MnO2 ,KClO3 phân hủy thành KCl và O2. Cũng trong điều kiện đó,KCl và O2. Cũng trong điều kiện đó, KCl và O2 không phản ứng được với nhau tạo lại KClO3, nghĩa là phản ứng chỉ xảy ra theo một chiều từ trái sang phải. Phản ứng như thế được gọi là phản ứng một chiều. Trong phương trình phản ứng một chiều, người ta dùng một mũi tên chỉ chiều phản ứng. 2.Phản ứng thuận nghịch Xét phản ứng Cl2+H2O= HCl+HOCl Ở điều kiện thường, Cl2 phản ứng với H2O tạo thành HCl và HOCl, đồng thời HCl và HOCl sinh ra cũng tác dụng được với nhau tạo lại Cl2 và H2O, nghĩa là trong cùng một điều kiện phản ứng xảy ra theo hai chiều trái ngược nhau. Phản ứng như thế được gọi là phản ứng thuận nghịch. Trong chương trình phản ứng thuận nghịch, người ta dùng hai mũi tên ngược chiều nhau thay cho một mũi tên đối với phản ứng một chiều. Chiều mũi tên từ trái sang phải là chiều phản ứng thuận, chiều mũi tên từ phải sang trái là chiều phản ứng nghịch. 3.Cân bằng hóa học Đặc điểm của phản ứng thuận nghịch lá các chất phản ứng không chuyển hoá hoàn toàn thành các sản phẩm, nên trong hệ luôn luôn có mặt các chất phản ứng và các sản phẩm. Thí dụ, xét phản ứng thuận nghịch sau: H2 (k) + I2 (k)=2HI (k) Cho 0,500 mol H2 và 0,500 mol I2 vào trong một bình kín ở nhiệt độ 430oC. Nếu phản ứng là một chiều thì H2 và I2 sẽ phản ứng hết tạo thành 1,000 mol HI. Nhưng đây là phản ứng thuận nghịch, nên chỉ thu được 0,786 mol HI và còn lại là 0,107 mol H2 ;0,107 mol I2 Tình hình tương tự khi đun nóng 1,000 mol HI trong bình khí ở 430oC kết quả chỉ tạo thành 0,107 mol H2 ; 0,107 mol I2 và còn lại 0,786 mol HI. Số mol các chất trong phản ứng thuận nghịch trên đây được giữ nguyên, nếu nhiệt độ không biến đổi. Trạng thái này của phản ứng thuận nghịch được gọi là cân bằng hóa học. Ở trạng thái cân bằng không phải là phản ứng dừng lại, mà phản ứng thuận và phản ứng nghịch vẫn xảy ra, nhưng với tốc độ bằng nhau(Vth=Vngh). Điều này có nghĩa là trong một đơn vị thời gian số mol các chất phản ứng giảm đi bao nhiêu theo phản ứng thuận lại được tạo ra bấy nhiêu theo phản ứng nghịch. Do đó, cân bằng hóa học là cân bằng động. Vậy cân bằng hóa học là trạng thái của phản ứng thuận nghịch khi tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch. II HẰNG SỐ CÂN BẰNG HÓA HỌC Cân bằng trong hệ đồng thể (*) Xét hệ cân bằng sau: N2O4 (k) 2NO2 (k) (1) Nghiên cứu bằng thực nghiệm hệ cân bằng này ở 25oC, người ta đã thu được các số liệu trong bảng 1.2 Bảng 1.2. Hệ cân bằng N2O4 (k) 2NO2 (k) ở 25oC Nồng độ ban đầu, M Nồng độ ở trạng thái cân bằng Tỉ số nồng độ lúc cân bằng [N204]o [NO2]o [N204] [NO2] 0,6700 0,0000 0,6430 0,0547 4,65.10-3 0,4460 0,0500 0,4480 0,0457 4,66.10-3 0,5000 0,0300 0,4910 0,0475 4,60.10-3 0,6000 0,0400 0,5940 0,0523 4,60.10-3 0,0000 0,2000 0,0890 0,0204 4,63.10-3 Từ các số liệu trong bảng 1.2 cho thấy, tỉ số nồng độ lúc cân bằng: hầu như không đổi với giá trị trung bình là 4,63.10-3, dù cho nồng độ ban đầu của N2O4 và NO2 biến đổi. Giá trị không đổi này được xác định ở 25oC và nồng độ các chất lúc cân bằng, nên được gọi là hằng số cân bằng của phản ứng ở 25oC. Hằng số cân bằng được ký hiệu bằng chữ K. đối với phản ứng (1) ta có biểu thức hằng số cân bằng như sau: K(*) = = 4,63.10-3 ở 25oC Trong đó: [NO2] và [N204] là nồng độ của NO2 và N2O4 ở trạng thái cân bằng, được tính bằng mol/l. Số mũ 2 ở nồng độ NO2 và số mũ 1 ở nồng độ N2O4 ứng đúng với hệ số của chúng trong phương trình phản ứng (1). Hằng số cân bằng K củaphản ứng xác định chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ. Một cách tổng quát, nếu có phản ứng thuận nghịch sau: aA + bB cC + dD A, B, C, D là những chất khí hoặc những chất tan trong dung dịch. Khi phản ứng ở trạng thái cân bằng, ta có: Cân bằng trong hệ dị thể (*) Xét hệ cân bằng sau: C(r) + CO2(k)=2CO(k) Nồng độ của chất rắn được coi là hằng số, nên nó không có mặt trong biểu thức hằng số cân bằng K. Đối với cân bằng trên ta có: Giá trị hằng số cân bằng có ý nghĩa rất lớn, vì nó cho biết lượng các chất phản ứng còn lại và lượng Cân bằng, được tính bằng mol/l : a, b, c và d là hệ số các chất trong phương trình phản ứng. Nồng độ các sản phẩm (ở vế phải phương trình phản ứng) được đặt ở tử số, còn nồng độ các chất phản ứng (ở vế trái phương trình phản ứng) được đặt ở mẫu số. Lưu ý rằng giá trị của hằng số cân bằng K phụ thuộc vào phương trình cân bằng. Thí dụ: N2O4(k) 2NO2(k); Nếu ta viết: Ở cùng nhiệt độ K = (K’)2. 2. Cân bằng trong hệ dị thể: Xét hệ cân bằng sau: C(r) + CO2(k) 2CO(k) Nồng độ của chất rắn được coi là hằng số, nên nó không có mặt trong biểu thức hằng số cân bằng K. Đối với cân bằng trên ta có: Giá trị hằng số cân bằng có ý nghĩa rất lớn, vì nó cho biết lượng các chất phản ứng còn lại và lượng sản phẩm được tạo thành ở vị trí cân bằng, do đó biết được hiệu suất của phản ứng. Thí dụ: CaCO3 (r) CaO (r) + CO2 (k); K=[CO2] Ở 820OC, K=4,28.10-3, do đó [CO2] = 4,28.10-3 mol/l; Ở 820OC, K=1,06.10-2, nên [CO2] = 1,06.10-2 mol/l; Vậy ở nhiệt độ cao hơn lượng CO2 (đồng thời lượng CaO) tạo thành theo phản ứng nhiều hơn, nghĩa là ở nhiệt độ cao hơn hiệu suất chuyển hóa CaCO3 thành CaO và CO2 lớn hơn. III – Sự Chuyển dịch cân bằng hóa học Thí nghiệm Lắp một dụng cụ gồm hai ống nghiệm có nhánh (a) và (b), được nối với nhau bằng một ống nhựa mềm, khóa K mở (hình 1.4). Nạp đầy khí NO2 vào cả hai ống (a) và (b) ở nhiệt độ thường. Nút kín cả hai ống, trong đó có cân bằng sau: 2NO2(k) N2O4(k) (màu nâu đỏ) (không màu) Màu của hỗn hợp khí trong cân bằng ở cả hai ống (a) và (b) là như nhau. Đóng khóa K lại ngăn không cho khí ở hai ống khuếch tán vào nhau. Ngâm ống (a) vào nước đá. Một lát sau lấy ra so sánh màu ở ống (a) với ống (b), ta thấy màu ở ống (a) nhạt hơn. Như vậy, khi ta làm lạnh ống (a), các phân tử NO2 trong ống đó đã phản ứng thêm để tạo ra N2O4, làm nồng độ NO2 giảm bớt và nồng độ N2O4 tăng thêm. Hiện tượng đó được gọi là sự chuyển dịch cân bằng hóa học. Định nghĩa Sự chuyển dịch cân bằng hóa học là sự phá vỡ trạng thái cân bằng cũ để chuyển sang một trạng thái cân bằng mới do các yếu tố bên ngoài tác động lên cân bằng. Những yếu tố làm chuyển dịch cân bằng là nồng độ, áp suất và nhiệt độ. Chúng được gọi là các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học. IV – Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học Ảnh hưởng của nồng độ Xét hệ cân bằng sau trong một bình kín ở nhiệt độ không đổi: C(r) + CO2 2CO(k) (2) (*) Ở 800OC, hằng số cân bằng K không biến đổi và bằng 9,2.10-2. Nếu ta cho thêm khí CO2 vào hệ cân bằng thì nồng độ CO2 tăng lên làm cho giá trị tỉ tố (*) sẽ nhỏ hơn 9,2.10-2. Để cho giá trị tỉ số (*) không biến đổi, lượng CO2 được thêm vào phải giảm và bớt lượng CO phải tăng thêm, nghĩa là CO2 phản ứng thêm với C tạo ra CO cho tới khi đạt được cân bằng mới, ứng với giá trị tỉ số (*) bằng 9,2.10-2. Vậy khi thêm CO2 vào hệ cân bằng, cân bằng sẽ chuyển dịch từ trái sang phải (theo chiều thuận). Hiện tượng sẽ xảy ra tương tự như trên khi ta lấy bớt khí CO ra khỏi cân bằng. Ngược lại, nếu ta cho thêm một lượng khí CO vào hệ cân bằng (2), hoặc lấy bớt khí CO2 ra, thì cân bằng sẽ chuyển dịch từ phải sang trái (theo chiều nghịch). Nhận xét: Từ sự khảo sát ở trên ta thấy rằng, khi tăng hoặc giảm nồng độ một chất trong cân bằng, thì cân bằng bao giờ cũng chuyển dịch theo chiều làm giảm tác dụng của việc tăng hoặc giảm nồng độ của chất đó. Lưu ý rằng, nếu trong cân bằng có chất rắn tham gia thì việc thêm hoặc bớt lượng chất rắn không ảnh hưởng gì đến cân bằng, nghĩa là cân bằng không chuyển dịch. Thí dụ, khi cho thêm hoặc lấy bớt lượng C trong hệ cân bằng (2) không ảnh hưởng gì đến cân bằng, vì hằng số cân bằng K không phụ thuộc vào lượng C. Aûnh hưởng của áp suất Xét lại hệ cân bằng (1) trong xi lanh kín có pít tông ( hình 1.5) ở nhiệt độ thường và không đổi: N2O4(k) 2NO2 (k) (1) Khi hệ đang ở trạng thái cân bằng, nếu ta tăng áp suất chung của hệ, thí dụ tăng hai lần, bằng cách đẩy pít tông vào để cho thể tích chung của hệ giảm hai lần, ngay lúc đó nồng độ của NO2 và N2O4 đều tăng hai lần. Kết quả là tử số trong biểu thức tính K tăng 4 lần trong khi mẫu số chỉ tăng 2 lần. Ở nhiệt độ xác định, hằng số cân bằng K không đổi, nên để bù lại việc tăng ít của mẫu số, số mol khí N2O4 phải được tạo thêm, đồng thời số mol khí NO2 phải giảm bớt, nghĩa là cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch. Hình 1.5 Thí nghiệm chứng minh ảnh hưởng của áp suất Nhận xét: Từ phản ứng (1) ta thấy, cứ hai mol khí NO2 phản ứng tạo ra một nol khí N2O4, nghĩa là phản ứng nghịch làm giảm số mol khí trong hệ, do đó làm giảm áp suất chung của hệ. Như vậy, khi tăng áp suất chung của hệ cân bằng trên, cân bằng chuyển dịch theo chiều nghiẹch, chiều làm giảm áp suất của hệ, nghĩa là chuyển dịch về phía làm giảm tác dụng của việc tăng áp suất chung. Bây giờ nếu ta làm giảm áp suất chung của hệ cân bằng trên bằng cách kéo pít tông ra để cho thể tích chung của hệ tăng, cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều thuận, chiều làm tăng số mol khí trong hệ, nghĩa là về phía làm giảm tác dụng của việc giảm áp suất chung. Vậy khi tăng hoặc giảm áp suất chung của hệ cân bằng thì bao giờ cân bằng cũng chuyển dịch theo chiều làm giảm tác dụng của việc tăng hoặc giảm áp suất đó. Từ việc khảo sát ở trên ta suy ra rằng, khi hệ cân bằng có số mol khí ở hai vế của phương trình phản ứng bằng nhau hoặc trong hệ không có chất khí thì việc tăng hoặc giảm áp suất không làm cho cân bằng chuyển dịch. Thí dụ, áp suất không ảnh hưởng đến các cân bằng sau: H2(k) + I2(k) 2HI (k) Fe2O3(r) + 3CO(k) 2Fe(r) + 3CO2(k) CaO(r) + SiO2(r) CaSiO3(r) Ảnh hưởng của nhiệt độ Hằng số cân bằng K của phản ứng xác định chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, nên khi nhiệt độ biến đổi, cân bằng sẽ chuyển dịch sang một trạng thái cân bằng mới ứng với giá trị mới của hằng số cân bằng. Thí dụ: N2O4(k) 2NO2(k); rH = 58 kJ > 0 (không màu) (màu nâu đỏ) Giá trị 58 kJ là nhiệt của phản ứng thuận, phản ứng thu nhiệt. Phản ứng nghịch là phản ứng tỏa nhiệt với rH = -58 kJ < 0. Khi hỗn hợp khí trên đang ở trạng thái cân bằng, nếu đun nóng hỗn hợp khí bằng cách ngâm bình đựng hỗn hợp vào nước sôi, màu nâu đỏ của hỗn hợp khí đậm lên, nghĩa là cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận, chiều của phản ứng thu nhiệt. Nếu làm lạnh bằng cách ngâm bình đựng hỗn hợp khí vào nước đá, màu của hỗn hợp khí nhạt đi, nghĩa là cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch, chiều của phản ứng tỏa nhiệt. Như vậy khi tăng nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều phản ứng thu nhiệt, nghĩa là làm giảm tác dụng của việc tăng nhiệt độ và khi giảm nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều phản ứng tỏa nhiệt, chiều làm giảm tác dụng của việc giảm nhiệt độ. Kết luận: Các yếu tố nồng độ, áp suất và nhiệt độ ảnh hưởng đến cân bằng hóa học đã được Lơ Sa-tơ-li-ê (H.L. Le Chatelier, 1850 – 1936, nhà hóa học Pháp) tổng kết thành nguyên lí được gọi là nguyên lí Lơ Sa-tơ-li-ê như sau: Một phản ứng thuận nghịch đang ở trạng thái cân bằng khi chịu một tác động bên ngoài, như biến đổi nồng độ, áp suất, nhiệt độ, sẽ chuyển dịch cân bằng theo chiều làm giảm tác động bên ngoài đó. Vai trò của chất xúc tác Chất xúc tác không làm biến đổi nồng độ các chất trong cân bằng và cũng không làm biến đổi hằng số cân bằng, nên không làm cân bằng chuyển dịch. Chất xúc tác làm ta