Nguyên lý chuyển dịch cân bằng Lơ Sa-tơ-li-ê

Nguyên lý Lơ Sa-tơ-li-ê (Le Chatelier) xét sự chuyển dịch cân bằng hóa học được phát biểu như thế nào? Đây là câu hỏi mà rất nhiều bạn đang thắc mắc. Qua bài viết này, Toploigiai sẽ đưa ra chi tiết nguyên lý dịch chuyển cân bằng Lơ Satơliê cùng với đó là một số kiến thức liên quan. Các bạn hãy cùng đọc và theo dõi nhé!

1. Nguyên lí Lơ Sa-tơ-li-ê

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 câng bằng theo chiều làm giảm tác động bên ngoài đó.

Ví dụ minh họa:

C(r) + CO₂(k)  ⇌⇌   2CO(k)              ∆H > 0

- Nồng độ: Khi ta cho thêm vào một lượng khí CO2 nồng độ trong hệ sẽ tăng lên làm cho cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận tức là phản ứng chuyển dịch theo chiều làm giảm nồng độ CO2.

- Nhiệt độ: Khi ta tăng nhiệt độ thấy cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận tức là phản ứng chuyển dịch theo chiều thu nhiệt.

- Áp suất: Khi ta tăng áp suất của hệ thấy cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch tức là cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm số mol phân tử khí (giảm áp suất).

2. Cân bằng hóa học, phản ứng một chiều và phản ứng thuận nghịch

2.1. Phản ứng một chiều

- Phản ứng một chiều là phản ứng chỉ xảy ra theo 1 chiều từ trái sang phải (dùng 1 mũi tên chỉ chiều phản ứng).

* Ví dụ:

2.2. Phản ứng thuận nghịch

- Phản ứng thuận nghịch là những phản ứng trong cùng điều kiện xảy ra theo 2 chiều trái ngược nhau (dùng mũi tên 2 chiều chỉ phản ứng).

* Ví dụ:

2.3. Cân bằng hóa học

- Xét phản ứng thuận nghịch:

H₂(k) + I₂(k)  2HI(k)

- Sự biến đổi của tốc độ phản ứng thuận vt và phản ứng nghịch vn được xác định như đồ thị sau:

- Khi vt = vn thì phản ứng đạt trạng thái cân bằng và được gọi là cân bằng hóa học, như 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.

- Cân bằng hóa học là một cân bằng động.

- Ở trạng thái cân bằng, trong hệ luôn luôn có mặt các chất phản ứng và các chất sản phẩm.

3. Sự chuyển dịch cân bằng hóa học

- Định nghĩa: Sự chuyển dịch cân bằng hóa học là sự dịch chuyển từ trạng thái cân bằng này sang trạng thái cân bằng khác do tác động từ các yếu tố bên ngoài lên cân bằng

4. Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học

4.1. Ảnh hưởng của nồng độ

- Thí nghiệm: C(r) + CO₂(k)  CO(k)

- Khi tăng CO₂ thì cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận (chiều làm giảm CO₂).

- Khi giảm CO₂ thì cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch (chiều làm tăng CO₂).

* Kết luận:

- Khi tăng hoặc giảm nồng độ một chất trong cân bằng thì cân bằng bao giờ cũng chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động của việc tăng hoặc giảm nồng độ của chất đó.

- Lưu ý: Chất rắn không làm ảnh hưởng đến cân bằng của hệ.

4.2. Ảnh hưởng của áp suất đến sự dịch chuyển cân bằng

Ta có KP  = KN. P∆n

Vì KP không phụ thuộc vào P, nên khi thay đổi thì KP = const nên:

- Nếu ∆n > 0: khi tăng P → KN phải giảm (để giữ KP = const) ⇒ chuyển dịch cân bằng theo chiều nghịch (làm giảm số mol khí) và ngược lại.

- Nếu ∆n < 0: khi tăng P → KN phải tăng (để giữ KP = const) ⇒ chuyển dịch cân bằng theo chiều thuận (làm giảm số mol khí) và ngược lại khi giảm P → KN phải giảm  cân bằng dịch chuyển theo chiều nghịch (làm tăng số mol khí).

- Nếu ∆n = 0 ⇒ không ảnh hưởng đến sự chuyển dịch cân bằng.

* Nhận xét: kết quả của sự chuyển dịch cân bằng chống lại sự thay đổi bên ngoài:

+ Nếu P tăng ⇒ cân bằng dịch chuyển theo chiều P giảm (giảm số mol khí ∆n < 0).

+ Nếu P giảm ⇒cân bằng dịch chuyển theo chiều P tăng (tăng số mol khí ∆n > 0).

Ví dụ 1:

N₂(k)  +  3H₂(k)  ⇔  2NH₃(k)

Có ∆n = 2 - (3 + 1) = -2 < 0 (chiều thuận), chiều nghịch: ∆n > 0.

Nếu tăng áp suất chung của hệ P, cân bằng dịch chuyển theo chiều thuận là chiều làm giảm số mol khí, nghĩa là chiều tạo thành NH₃ (hiệu suất phản ứng tăng); nếu ta giảm P thì cân bằng dịch chuyển theo chiều tăng số phân tử khí nghĩa là theo chiều tạo thành N₂ và H₂ nghĩa là hiệu suất phản ứng giảm. Vì vậy trong công nghiệp, phản ứng tổng hợp NH₃ được duy trì ở áp suất 500 - 1000atm và nhiệt độ ở 400 - 500^oC.

Ví dụ 2:

CO(k)  +  H₂O(k)  ⇔ CO₂(k)  +  H₂(k)

Ta có ∆n = (1 + 1) – (1 + 1) = 0 ⇒ P không ảnh hưởng đến sự chuyển dịch cân bằng.

4.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ

 Phản ứng thu nhiệt và phản ứng tỏa nhiệt:

- Phản ứng thu nhiệt là phản ứng lấy thêm năng lượng để tạo sản phẩm. Kí hiệu ΔH>0">ΔH>0.

- Phản ứng tỏa nhiệt là phản ứng mất bớt năng lượng. Kí hiệu ΔH0">ΔH0.

* Thí nghiệm: N₂O₄(k)  2NO₂(k) ΔH = +58kJ

- Phản ứng thuận thu nhiệt vì ΔH=+58kJ>0">ΔH =+58kJ > 0

- Phản ứng nghịch tỏa nhiệt vì ΔH=−58kJ0">ΔH = −58kJ 0

* Ảnh hưởng của nhiệt độ đến cân bằng hóa học:

- Khi tăng nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều phản ứng thu nhiệt (giảm tác động tăng nhiệt độ).

- Khi giảm nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều phản ứng tỏa nhiệt (giảm tác động giảm nhiệt độ)

4.4. Vai trò của chất xúc tác

- Chất xúc tác không làm chuyển dịch cân bằng hóa học (không ảnh hưởng đến cân bằng hóa học).

- Khi phản ứng thuận nghịch chưa ở trạng thái cân bằng thì chất xúc tác có tác dụng làm cho cân bằng nhanh chóng được thiết lập hơn.

- Vai trò chất xúc tác là làm tăng tốc độ phản ứng thuận và phản ứng nghịch với số lần bằng nhau.

-------------------------------

Như vậy qua bài viết, Toploigiai đã đưa ra câu trả lời về nguyên lý chuyển dịch cân bằng lơ satơlie, cùng với đó đã đưa ra một số kiến thức liên quan như Cân bằng hóa học, Sự chuyển dịch cân bằng hóa học trong Hóa 10. Qua bài viết này, mong các bạn sẽ thu thập được nhiều kiến thức hơn, phục vụ tốt cho việc học của bạn. Cảm ơn các bạn đã đọc và theo dõi. Chúc các bạn học tốt!