Bài 1. Khái niệm cân bằng hóa học

🚀

I. Khởi động

Trong tự nhiên và trong hóa học, có những quá trình chỉ xảy ra theo một chiều, nhưng cũng có những quá trình có thể đảo ngược. Hãy cùng xem xét hai ví dụ sau:

Phản ứng đốt cháy

Khi đốt cháy khí methane (CH₄) trong oxygen (O₂):

CH₄ + 2O₂ ➔ CO₂ + 2H₂O

Phản ứng này chỉ xảy ra theo một chiều (tạo ra carbon dioxide và hơi nước), không thể tự đảo ngược.

Phản ứng tổng hợp

Phản ứng tổng hợp ammonia (NH₃) từ nitrogen (N₂) và hydrogen (H₂):

N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃

Phản ứng này có thể xảy ra theo cả hai chiều. Vậy trạng thái "cân bằng" của nó là gì? Chúng ta sẽ cùng tìm hiểu ngay sau đây!

📖

II. Hình thành kiến thức mới

1. Trạng thái cân bằng và Hằng số cân bằng (Kc)

Trạng thái cân bằng của phản ứng thuận nghịch là trạng thái mà tại đó tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch (v_t = v_n). Đây là một trạng thái cân bằng động.

Xét phản ứng tổng quát: aA + bB ⇌ cC + dD

Hằng số cân bằng (Kc):

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

Trong đó: [A], [B], [C], [D] là nồng độ mol ở trạng thái cân bằng. Không tính nồng độ chất rắn vào biểu thức.

2. Mô phỏng tương tác ảo: Nguyên lí Le Chatelier

Sự chuyển dịch cân bằng: Khi tác động lên hệ đang ở trạng thái cân bằng (thay đổi nồng độ, nhiệt độ, áp suất), cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động đó.

Thí nghiệm ảo: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến cân bằng

2NO₂ (màu nâu đỏ) ⇌ N₂O₄ (không màu) | Phản ứng tỏa nhiệt (∆H < 0)

Nhiệt độ: 25°C

Điều chỉnh nhiệt độ:

Lạnh (-20°C) Nóng (100°C)

Kéo thanh trượt để xem sự thay đổi màu sắc và sự chuyển dịch cân bằng.

✍️

III. Luyện tập

Hãy hoàn thành các bài tập nhỏ dưới đây để củng cố kiến thức:

Câu 1: Biểu thức hằng số cân bằng (Kc) cho phản ứng N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ là:

Câu 2: Xét phản ứng tổng hợp ammonia (tỏa nhiệt). Khi tăng nhiệt độ, cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều nào?

🌟

IV. Vận dụng

Ứng dụng trong công nghiệp: Quy trình Haber-Bosch

Trong công nghiệp hóa chất, ammonia (NH₃) được sản xuất từ nitrogen và hydrogen: