Hằng số cân bằng KC: biểu thức, cách tính, ý nghĩa và bài tập có đáp án Hóa 11

Hằng số cân bằng KC của phản ứng thuận nghịch bằng tích nồng độ sản phẩm chia tích nồng độ chất phản ứng, mỗi nồng độ mũ hệ số. Cách viết biểu thức, chất rắn không có trong KC, ý nghĩa của giá trị KC, ví dụ tính nồng độ cân bằng và bài tập có đáp án.

Hằng số cân bằng là gì?

Hằng số cân bằng $K_C$ của một phản ứng thuận nghịch là tỉ số giữa tích nồng độ các sản phẩm và tích nồng độ các chất phản ứng khi hệ đạt cân bằng, mỗi nồng độ lũy thừa với số mũ bằng hệ số trong phương trình. Hằng số cân bằng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.

Biểu thức hằng số cân bằng

Với phản ứng $\ce{aA + bB <=> cC + dD}$:

$$K_C = \frac{[C]^c\,[D]^d}{[A]^a\,[B]^b}$$

$[X]$ là nồng độ mol/L của chất X ở trạng thái cân bằng.
Chỉ viết các chất khí và chất tan trong dung dịch; không viết chất rắn tinh khiết và dung môi (nước).
$K_C$ chỉ phụ thuộc nhiệt độ, không phụ thuộc nồng độ ban đầu hay chất xúc tác.

Ví dụ 1

Viết $K_C$ của $\ce{N2 + 3H2 <=> 2NH3}$ và $\ce{CaCO3(s) <=> CaO(s) + CO2(g)}$.

$K_C = \dfrac{[\ce{NH3}]^2}{[\ce{N2}][\ce{H2}]^3}$ và $K_C = [\ce{CO2}]$ (chất rắn không viết).

Tính $K_C$ và nồng độ cân bằng

Ví dụ 2

Ở cân bằng $\ce{N2 + 3H2 <=> 2NH3}$, $[\ce{N2}] = 0{,}1$ M, $[\ce{H2}] = 0{,}2$ M, $[\ce{NH3}] = 0{,}05$ M. Tính $K_C$.

$K_C = \dfrac{0{,}05^2}{0{,}1 \cdot 0{,}2^3} = \dfrac{0{,}0025}{0{,}0008} = 3{,}125$.

Ví dụ 3

$\ce{H2 + I2 <=> 2HI}$ có $K_C = 50$ ở nhiệt độ T. Cho $1$ M $\ce{H2}$ và $1$ M $\ce{I2}$. Tính nồng độ ở cân bằng.

Gọi $x$ là nồng độ $\ce{H2}$ phản ứng: $\dfrac{(2x)^2}{(1-x)^2} = 50$ nên $\dfrac{2x}{1-x} = \sqrt{50} \approx 7{,}07$, $x \approx 0{,}78$. $[\ce{HI}] \approx 1{,}56$ M; $[\ce{H2}] = [\ce{I2}] \approx 0{,}22$ M.

Xem bài: Cân bằng hóa học

Ý nghĩa của giá trị $K_C$

$K_C$ lớn ($\gg 1$): ở cân bằng sản phẩm chiếm ưu thế, phản ứng thuận xảy ra mạnh.
$K_C$ nhỏ ($\ll 1$): chất phản ứng chiếm ưu thế.
Khi đảo chiều phản ứng, $K_C' = 1/K_C$; khi nhân hệ số với $n$, $K_C' = K_C^n$.

Ví dụ 4

Biết $K_C$ của $\ce{N2 + 3H2 <=> 2NH3}$ là $3$. Tính $K_C$ của $\ce{2NH3 <=> N2 + 3H2}$.

$K_C' = 1/3 \approx 0{,}33$.

Những lỗi thường gặp

Bài tập thực hành

Viết biểu thức $K_C$ của $\ce{2SO2 + O2 <=> 2SO3}$.
Viết biểu thức $K_C$ của $\ce{N2O4 <=> 2NO2}$.
Ở cân bằng, $[\ce{N2O4}] = 0{,}2$ M, $[\ce{NO2}] = 0{,}04$ M. Tính $K_C$.
Với $\ce{H2 + I2 <=> 2HI}$ có $K_C = 50$, tính $K_C$ của $\ce{2HI <=> H2 + I2}$.
$K_C$ phụ thuộc vào yếu tố nào?

Đáp án

$K_C = \dfrac{[\ce{SO3}]^2}{[\ce{SO2}]^2[\ce{O2}]}$.
$K_C = \dfrac{[\ce{NO2}]^2}{[\ce{N2O4}]}$.
$K_C = 0{,}04^2 : 0{,}2 = 0{,}008$.
$1/50 = 0{,}02$.
Chỉ phụ thuộc nhiệt độ.

Tổng kết

Bài học liên quan

Bài trước: Phản ứng thuận nghịch và trạng thái cân bằng hóa học

Bài tiếp theo: Sự chuyển dịch cân bằng và nguyên lí Le Chatelier

Xem tất cả bài học chủ điểm Cân bằng hóa học

Câu hỏi thường gặp

Hằng số cân bằng KC là gì?

Là tỉ số tích nồng độ sản phẩm trên tích nồng độ chất phản ứng ở cân bằng, có số mũ là hệ số.

KC phụ thuộc vào yếu tố nào?

Chỉ phụ thuộc nhiệt độ.

Chất rắn có viết vào KC không?

Không.

KC lớn cho biết điều gì?

Phản ứng thuận chiếm ưu thế ở cân bằng.