Cân bằng hóa học: phản ứng thuận nghịch, trạng thái cân bằng động và bài tập có đáp án Hóa 11
Cân bằng hóa học là trạng thái của phản ứng thuận nghịch khi tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch và nồng độ các chất không đổi. Định nghĩa phản ứng thuận nghịch, cân bằng động, ví dụ N2 + H2, N2O4 và bài tập có đáp án Hóa 11.
Cân bằng hóa học là gì?
Cân bằng hóa học là trạng thái của một phản ứng thuận nghịch tại đó tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch, do đó nồng độ của các chất trong hệ không đổi theo thời gian. Đây là khái niệm trung tâm của chương cân bằng hóa học lớp 11.
Phản ứng thuận nghịch
- $\ce{N2 + 3H2 <=> 2NH3}$
- $\ce{H2 + I2 <=> 2HI}$
- $\ce{N2O4 <=> 2NO2}$ (khí không màu $\rightleftharpoons$ khí nâu đỏ)
- $\ce{2SO2 + O2 <=> 2SO3}$
Ngược lại, phản ứng một chiều xảy ra gần như hoàn toàn, như $\ce{2KClO3 -> 2KCl + 3O2}$ hay phản ứng tạo kết tủa.
Trạng thái cân bằng
Ban đầu tốc độ thuận lớn, tốc độ nghịch bằng $0$. Khi nồng độ sản phẩm tăng, tốc độ nghịch tăng còn tốc độ thuận giảm, cho đến khi $v_t = v_n$ thì hệ đạt cân bằng.
- Cân bằng hóa học là cân bằng động: phản ứng thuận và nghịch vẫn tiếp diễn với tốc độ bằng nhau.
- Nồng độ các chất không đổi nhưng không nhất thiết bằng nhau và không nhất thiết đã chuyển hóa hết.
- Cân bằng đạt được trong hệ kín; thay đổi điều kiện (nồng độ, nhiệt độ, áp suất) sẽ làm cân bằng dịch chuyển.
Ví dụ 1
Cho $\ce{N2O4 <=> 2NO2}$ trong bình kín. Khi hệ đạt cân bằng, màu sắc hỗn hợp thế nào?
Màu nâu đỏ nhạt không đổi theo thời gian vì nồng độ $\ce{NO2}$ không đổi, dù cả hai phản ứng vẫn diễn ra.
Ví dụ 2
Cân bằng hóa học có nghĩa là phản ứng đã dừng lại?
Không, phản ứng vẫn diễn ra theo cả hai chiều với tốc độ bằng nhau (cân bằng động).
Dấu hiệu nhận biết hệ đạt cân bằng
Nồng độ (hoặc màu sắc, áp suất) các chất không đổi theo thời gian; $v_t = v_n$; tỉ lệ nồng độ thỏa mãn hằng số cân bằng $K_C$.
Những lỗi thường gặp
Bài tập thực hành
- Phản ứng thuận nghịch là gì? Cho một ví dụ.
- Điều kiện để một hệ đạt trạng thái cân bằng hóa học là gì?
- Vì sao cân bằng hóa học gọi là cân bằng động?
- Phản ứng nào là thuận nghịch: $\ce{N2 + 3H2 <=> 2NH3}$ hay $\ce{AgNO3 + NaCl -> AgCl + NaNO3}$?
- Ở cân bằng, nồng độ các chất thay đổi hay không đổi?
Đáp án
- Phản ứng xảy ra theo hai chiều trong cùng điều kiện, ví dụ $\ce{H2 + I2 <=> 2HI}$.
- Hệ kín và tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch.
- Vì phản ứng thuận và nghịch vẫn tiếp diễn với tốc độ bằng nhau.
- $\ce{N2 + 3H2 <=> 2NH3}$ là thuận nghịch; phản ứng tạo kết tủa là một chiều.
- Không đổi.
Tổng kết
Bài học liên quan
Bài tiếp theo: Hằng số cân bằng KC
Xem tất cả bài học chủ điểm Cân bằng hóa học
Câu hỏi thường gặp
Cân bằng hóa học là gì?
Là trạng thái khi tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch.
Phản ứng thuận nghịch là gì?
Là phản ứng xảy ra đồng thời theo hai chiều trái ngược nhau.
Cân bằng động nghĩa là gì?
Phản ứng thuận và nghịch vẫn diễn ra liên tục với tốc độ bằng nhau.
Nồng độ ở cân bằng có bằng nhau không?
Không nhất thiết, chỉ cần không đổi theo thời gian.