Bài 4 TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG VÀ CÂN BẰNG HÓA HỌC
3. Phương trình động học của các phản ứng
6.3. Những yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học Ngun lí Lechatelier
a. Sự chuyển dịch cân bằng hoá học
Trạng thái cân bằng của một phản ứng hoá học được giữ vững nếu khơng thay đổi tác động bên ngồi (nồng độ, nhiệt độ, áp suất). Nếu thay đổi các điều kiện bên ngoài cân bằng sẽ bị phá vỡ, khi đó sẽ dẫn tới sự chuyển dịch để thiết lập một trạng thái cân bằng mới.
Ví dụ: Xét phản ứng: H2 + I2 ⇄ 2HI
ở trạng thái cân bằng tốc độ phản ứng thuận là: vT = kT [H2] [I2].
Nếu tăng nồng độ H2 lên hai lần tốc độ phản ứng thuận tăng lên hai lần. Ta nói rằng cân bằng đã chuyển dịch theo chiều thuận.
Nếu không tăng nồng độ của H2 mà tăng nồng độ của HI lên 2 lần, tốc độ phản
ứng nghịch tăng lên 4 lần ( 2
N N HI
v' k .(2C ) ), nghĩa là cân bằng chuyển dịch theo chiều
nghịch.
Nếu thay đổi áp suất, nhiệt độ sự chuyển dịch cân bằng cũng xảy ra.
Quá trình biến đổi nồng độ các chất trong hỗn hợp phản ứng từ trạng thái cân bằng này đến trạng thái cân bằng khác do sự thay đổi điều kiện bên ngoài gọi là sự chuyển dịch cân bằng hoá học.
b. Nguyên lí Lechatelier
"Khi một trong những điều kiện tồn tại của cân bằng như: nồng độ, nhiệt độ. áp suất bị thay đổi thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều chống lại tác dụng thay đổi đó".
Ví dụ: FeCl3 + 3KSCN ⇄ Fe(SCN)3 + 3KCl Vàng nhạt Đỏ đậm
Khi cân bằng đã được thiết lập nếu ta thêm vào hệ một ít tinh thể KC1 sẽ nhận thấy màu nhạt đi. Điều đó chứng tỏ cân bằng đã chuyển dịch theo chiều nghịch tức là chiều làm giảm bớt nồng độ KC1. Ngược lại mầu đỏ sẽ đậm lên nếu ta thêm KSCN hay FeCl3, chứng tỏ cân bằng đã chuyển dịch theo chiều thuận để làm giảm nồng độ các chất thêm vào.
104 Ví dụ:
N2 + 3H2 ⇄ 2NH3 ∆H < 0
Phản ứng theo chiều thuận làm cho hệ nóng lên do tạo ra nhiệt đồng thời làm giảm áp suất do tạo ra ít số phân tử hơn và ngược lại. Vì vậy nếu ta tăng áp suất của hệ ví dụ bằng cách nén thì cân bằng sẽ phải chuyển dịch theo chiều thuận. Kết quả tương tự như vậy khi ta làm lạnh hệ phản ứng.
Trong tổng hợp amoniac, để tăng hiệu suất của phản ứng người ta thường thực hiện ở áp suất rất cao, tuy nhiên khơng thể hạ nhiệt độ q thấp vì điều này lại làm giảm tốc độ và do đó làm giảm năng suất của quá trình sản xuất.
Nguyên lý Lechatelier có ý nghĩa rất lớn đối với hố học. Nó cho phép tìm được các điều kiện tối ưu cho một phản ứng hoá học trong cơng nghiệp, từ đó tận dụng được tối đa nguyên liệu và sử dụng các biện pháp kĩ thuật nhằm nâng cao hiệu suất của phản ứng.
Nguyên lý Lechatelier cịn có thể áp dụng cho những quá trình cân bằng khác không liên quan với những biến đổi hóa học như q trình nóng chảy, sơi, kết tinh, hồ tan.
c. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự chuyển dịch cân bằng * Ảnh hưởng của nồng độ
- Khi tăng nồng độ của các chất trong phản ứng cân bằng chuyển theo chiều làm giảm nổng độ của các chất đó
- Khi giảm nồng độ của các chất trong phản ứng cân bằng chuyển theo chiều làm tăng nồng độ của các chất đó
* Ảnh hưởng của nhiệt độ
- Sự tăng nhiệt độ làm cho cân bằng chuyển dịch theo chiều thu nhịêt. Sự giảm nhiệt độ làm cho cân bằng chuyển dịch theo chiều toả nhiệt.
* Ảnh hưởng của áp suất
Ta có: n
p p h c b
K K P
Kph: Hằng số cân bằng của phản ứng khi thay nồng độ mol/l bằng nồng độ phần mol (Cph);
n: hiệu số giữa tổng các hệ số tỷ lượng của các chất khí tạo thành và tổng hệ số
105
- Nếu n > 0: Khi tăng áp suất của hệ thì Kph giảm, nghĩa là cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch (chiều làm giảm số mol khí). Khi giảm áp suất của hệ thì Kph tăng, nghĩa là cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận (chiều làm tăng số mol khí).
- Nếu n < 0: Khi tăng áp suất của hệ thì Kph sẽ giảm, nghĩa là cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch (chiều làm giảm số mol khí). Khi giảm áp suất thì Kph sẽ tăng, nghĩa là cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận (chiều làm tăng số mol khí).
Tổng quát: Khi tăng áp suất cân bằng chuyển dịch theo chiều giảm số mol khí và ngược lại.