Chương 5 Cân bằng hóa học Hóa Đại Cương

HĨA ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Cân bằng hóa học

CHƢƠNG 5: CÂN BẰNG HĨA HỌC
MỤC TIÊU
G1.5 Trình bày được khái niệm phản ứng một chiều, phản ứng thuận nghịch, trạng thái cân bằng, hằng số
cân bằng và nguyên lý chuyển dịch cân bằng.
G2.4. Có khả năng chủ động tự tìm kiếm tài liệu, tự nghiên cứu và trình bày các nội dung liên quan đến
một mơn học
G3. Có khả năng giao tiếp bằng văn viết.
G4. Vận dụng được lý thuyết đã học để giải thích những vấn đề thực tế liên quan.
NỘI DUNG
1. Khái niệm cân bằng - phản ứng thuận nghịch
2. Hằng số cân bằng
2.1. Hằng số cân bằng mol KC
2.2. Hằng số cân bằng áp suất riêng KP
2.3. Hằng số cân bằng phân số mol Kx
3. Phương trình cân bằng và hằng số cân bằng
4. Chiều diễn tiến của phản ứng thuận nghịch - Phương trình đẳng nhiệt Van Hoff
4.1. Mối liên hệ giữa KP và G0
4.2. Dựa vào hằng số cân bằng để dự đoán chiều diễn tiến của phản ứng
5. Sự chuyển dịch cân bằng – nguyên lý Le Chatelier
5.1. Sự chuyển dịch cân bằng - Nguyên lý chuyển dịch cân bằng Le Chatelier
5.2. Ảnh hưởng của nồng độ
5.3. Ảnh hưởng của áp suất
5.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Đọc sách HÓA HỌC ĐẠI CƢƠNG (Nguyễn Đức Chung)
Chƣơng 6: CÂN BẰNG HÓA HỌC – CÂN BẰNG PHA từ trang 208-218.

1

HĨA ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Cân bằng hóa học

Câu hỏi thực tế:
1. Vì sao chất Florua lại bảo vệ được răng ?

2


HĨA ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Cân bằng hóa học

1. Khái niệm cân bằng - phản ứng thuận nghịch
Phản ứng một chiều : tác chất biến hóa hồn tồn thành sản phẩm.
Ví dụ : Zn (r) + 2HCl (dd)  ZnCl2 (dd) + H2 (k)
Phản ứng thuận nghịch : ở cùng một điều kiện như nhau, xảy ra đồng thời hai phản ứng
ngược chiều nhau. Phản ứng xảy ra khơng hồn tồn.
Ví dụ :
Phản ứng thuận : N2O4 (k)  2 NO2 (k)

Nồng độ

Vận tốc

Phản ứng nghịch : 2 NO2 (k)  N2O4 (k)
Phản ứng thuận nghịch : N2O4 (k)  2 NO2 (k)

Đạt
cân bằng
vt = vn

Đạt
cân bằng

Thời gian

Thời gian

Cân bằng hoá học là điểm mà tại đó tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch
và nồng độ các chất (hoặc áp suất hơi riêng phần của các chất khí) khơng thay đổi nữa.
Đây là cân bằng động vì phản ứng không dừng lại mà vận tốc phản ứng thuận bằng vận tốc
phản ứng nghịch.
Một phản ứng thuận nghịch trước sau cũng sẽ đạt đến trạng thái cân bằng.
Hệ đang ở trạng thái cân bằng có các giá trị thông số trạng thái (nhiệt độ, áp suất, nồng độ,
…) không thay đổi theo thời gian.
Đại lượng đặc trưng cho trạng thái cân bằng của một phản ứng thuận nghịch là hằng số cân
bằng Kcb.
2. Hằng số cân bằng
2.1. Hằng số cân bằng mol KC
Ví dụ : Xét phản ứng cân bằng N2O4 (k)  2 NO2 (k)
Phản ứng thuận N2O4 (k)  2 NO2 (k)

vt = kt [N2O4]

Phản ứng nghịch 2 NO2 (k)  N2O4 (k)
Tại thời điểm cân bằng vt=vn

kt [N2O4]= kn [NO2]2

vn = kn [NO2]2

kt [ NO2 ]2

kn [ N 2O4 ]
Đặt KC là hằng số cân bằng của phản ứng theo nồng độ tại nhiệt độ đang khảo sát phản
ứng, bằng tỷ số giữa kt và kn:
KC 

kt [ NO2 ]2

kn [ N 2O4 ]

3


HĨA ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Cân bằng hóa học

 Trƣờng hợp tổng quát:
aA + bB  cC + dD
“Khi một hệ đồng thể đạt đến trạng thái cân bằng, tích nồng độ của sản phẩm phản ứng
với số mũ thích hợp chia cho tích nồng độ của các chất tham gia phản ứng với số mũ thích hợp
ln ln là hằng số ở một nhiệt độ không đổi ”.

[C ]c [ D]d
KC 

[ A]a [ B]b
KC : hằng số cân bằng theo nồng độ. Hằng số cân bằng chỉ phụ thuộc nhiệt độ.
[A], [B], [C], [D] nồng độ các chất khi hệ đạt trạng thái cân bằng.
Độ lớn của hằng số cân bằng:
 Kcb càng lớn thì tại cân bằng nồng độ sản phẩm càng cao. Kcb>>1 sản phẩm chiếm ưu thế.
 Kcb càng nhỏ thì tại cân bằng nồng độ tác chất càng cao. Kcb<<1 tác chất chiếm ưu thế.
Hằng số cân bằng cho biết phản ứng đã cho diễn ra với mức độ như thế nào và cho phép
tính toán hiệu suất phản ứng. Hằng số cân bằng càng lớn, hiệu suất càng cao. Ngược lại, hằng số
cân bằng càng nhỏ, hiệu suất càng thấp.
Ví dụ : Cho 10 mol N2O vào một bình dung tích 2 lít, khi đó N2O phân hủy theo phản ứng:
2N2O (k)  2N2 (k) + O2 (k)
Tại cân bằng thấy còn 2,20 mol N2O trong bình. Xác định hằng số KC của phản ứng tại
nhiệt độ đã cho.

2.2. Hằng số cân bằng áp suất riêng KP
Đối với chất khí phản ứng trong hệ kín, nồng độ các chất có thể được thay bằng áp suất hơi
riêng phần.

PCc .PDd
KP  a b
PA .PB
KP : hằng số cân bằng theo áp suất.
PA, PB, PC, PD, áp suất riêng phần của các chất khí tại thời điểm cân bằng.
Mối liên hệ giữa KP và KC
Đối với khí lý tưởng, từ PV=nRT và
n
C  (C là nồng độ)
V
Ta có P = CRT
P c xP d [C ]c ( RT )c [ D]d ( RT ) d

K P  Ca Db 
 Kc ( RT )[( c  d )( a b )]
a
a
b
b
PA xPB [ A] ( RT ) [ B] ( RT )

KP = KC(RT)n n = (c+d) - (a+b) : biến thiên số mol khí của phản ứng.
Lưu ý : R=0,082 (l.atm.mol-1.K-1).
4


HĨA ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Cân bằng hóa học

Ví dụ : Ở 375oC, phản ứng thuận nghịch sau đây có hằng số cân bằng
N2 (k) + 3H2 (k)  2NH3 (k)
KP = 4,3x10-4.
Cho biết giá trị KC của phản ứng.

2.3. Hằng số cân bằng phâ n số mol Kx
Phân số mol (hay nồng độ phần mol) của một chất A trong hỗn hợp là tỉ số giữa số mol
chất A với tổng số mol các chất có trong hỗn hợp.
n
P
xi  i  i
ni P
Pi: áp suất riêng phần của từng chất khí.

P: áp suất tồn phần của hệ.

Kx 

xCc xDd
xAa xBb

xi : phân số mol của từng chất ở
thời điểm cân bằng.

Mối liên hệ giữa Kx và KP :
c

d

 PC   PD 
c d
   
x x
P
P
K x  Ca Db    a  b  K P ( P)[( a b )( c  d )]
xA xB  PA   PB 
   
P P
KP = Kx Pn

n = (c+d) - (a+b) : biến thiên số mol khí của phản ứng.

Ví dụ : Cho phản ứng thuận nghịch sau :

N2 (k) + 3H2  2NH3 (k)
Tại nhiệt độ 673 K, áp suất P = 1 atm, phản ứng có KP = 1,64x10-4. Xác định các hằng số
KC và Kx tại điều kiện trên.

 Phản ứng trong hệ dị thể có pha khí hoặc trong dung dịch không lý tưởng
Đối với hệ dị thể có sự tham gia của các chất khí:
Đối với phản ứng trong hệ dị thể có sự tham gia của các chất khí, do nồng độ của chất rắn
là đại lượng không đổi ở nhiệt độ nhất định nên hằng số cân bằng KP, KC chỉ phụ thuộc các chất
ở pha khí.
Ví dụ : CaCO3 (r)  CaO (r) + CO2 (k)
KC = [CO2]
KP = PCO2
5


HĨA ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Cân bằng hóa học

Đối với dung dịch:
Đối với phản ứng trong hệ dị thể diễn ra trong dung dịch, nồng độ của nước lỏng nguyên
chất là đại lượng không đổi ở nhiệt độ nhất định, nên hằng số cân bằng KC chỉ phụ thuộc nồng
độ các chất tan trong dung dịch.
Ví dụ : 2H2O (l)  H3O+ (dd) + OH- (dd)
KC = [H3O+][ OH-]
3. Phƣơng trình cân bằng và hằng số cân bằng
 Phương trình cân bằng :

N2O4 (k)  2 NO2 (k)

[ NO2 ]2
KC 
[ N 2O4 ]

 Có thể biểu diễn hệ cân bằng trên bằng phương trình :
2 NO2 (k)  N2O4 (k)

K 'C 

[ N 2O4 ]
1

2
[ NO2 ]
KC

 Giá trị K cịn phụ thuộc vào cách cân bằng phương trình :
N2O4 (k)  2 NO2 (k)

KC 

[ NO2 ]2
[ N 2O4 ]

½ N2O4 (k)  NO2 (k)

K 'C 

[ NO2 ]
 K 'C  KC

[ N 2O4 ]0,5

2 N2O4 (k)  4NO2 (k)

K ''C 

[ NO2 ]4
 K ''C  KC2
2
[ N 2O4 ]

Ví dụ : Tính hằng số cân bằng Kp3 của phản ứng : 2CO2(k)  2CO(k) + O2(k)
Biết
CO2(k) + H2(k)  CO(k) + H2O(k) Kp1
2H2O(k)
 O2(k) + 2H2(k) Kp2
ĐS : Kp3 = (Kp1)2.(Kp2)

Ví dụ : Cho cân bằng phản ứng : 2CH4(k)  C2H2(k) + 3H2(k) được thực hiện ở 298 K.
Nồng độ lúc cân bằng của CH4 là 3M, biết rằng tới trạng thái cân bằng chỉ có 25% CH4 tham gia
phản ứng.
a) Tính KC , KP của phản ứng ở nhiệt độ trên, biết rằng nồng độ ban đầu của C2H2 và H2
bằng 0
b) Tính KC’ KP’ của phản ứng : CH4(k)  ½ C2H2(k) + 3/2H2(k).
ĐS : a) KC = 0,1875 ; KP = 111,96 ; b) KC’ = 0,43 ; KP’ = 10,58

6


HĨA ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Cân bằng hóa học

4. Chiều diễn tiến của phản ứng thuận nghịch - Phƣơng trình đẳng nhiệt Vant’ Hoff
4.1. Mối liên hệ giữa KP và G0
Trong chương Nhiệt động hóa học chúng ta chỉ lưu ý đến biến thiên thế đẳng áp ở điều
kiện chuẩn G0. Tuy nhiên, trong thực tế khi bắt đầu phản ứng thì các tác chất ở điều kiện chuẩn
nhưng khi phản ứng đã xảy ra thì điều kiện phản ứng sẽ thay đổi khơng cịn là điều kiện chuẩn.
Do đó, biến thiên thế đẳng áp G cũng thay đổi. Dựa vào nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực
học người ta rút ra hệ thức sau đây cho phản ứng trong pha khí:
aA + bB  cC + dD
c
d
P .P
G  G 0  RT ln Ca Db hay G  G0  RT ln Q (xem thêm ý nghĩa của Q ở phần 4.2)
PA PB
Khi phản ứng đạt cân bằng :
G=0
P c .P d
G 0   RT ln Ca Db (các giá trị áp suất tại thời điểm cân bằng)
PA PB
Vậy G0= - RTlnKP (Phương trình đẳng nhiệt Vant’ Hoff)

ln K P  

G 0
RT

Lưu ý : Tùy theo đơn vị của G mà chọn giá trị R tương ứng
 G (kJ/mol) cần chọn R=8,314 (J.mol-1.K-1).

 G (kcal/mol) cần chọn R=1,987 (cal.mol-1.K-1).
Ví dụ : Dựa vào các dữ liệu dưới đây, hãy tính biến thiên thế đẳng áp tiêu chuẩn G0 và
hằng số cân bằng KP của phản ứng ở 25oC.
NO (k) + O3 (k)  NO2 (k) + O2 (k)
0
-1
G tt,298 (kJ.mol )
86,55
163,2
51,29
0

Ví dụ : Thế đẳng áp tạo thành tiêu chuẩn của NO và NO2 lần lượt là 20,72 và 12,39 Kcal/mol
a) Tính Go298 của phản ứng : NO + ½ O2  NO2
b) Tính KP của phản ứng trên ở 25oC. Cho biết đơn vị của KP nếu áp suất được biểu diễn
bằng atm?
ĐS : Go = -8,33 Kcal; KP = 1,29.106

7


HĨA ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Cân bằng hóa học

 Lưu ý : Đối với phản ứng xảy ra trong dung dịch
[C ]c .[ D]d
hay G  G0  RT ln Q (xem thêm ý nghĩa của Q ở phần 4.2)
G  G 0  RT ln
[ A]a .[ B]b

G 0
RT
Công thức liên hệ giữa G0 và hằng số KC chỉ áp dụng khi n=0 (khơng có sự biến thiên
số mol khí) hoặc phản ứng xảy ra trong dung dịch.
4.2. Dựa vào hằng số cân bằng để dự đoán chiều diễn tiến của phản ứng
Chỉ số phản ứng (Q)
aA + bB  cC + dD
[C ]c [ D]d
Q
[ A]a [ B]b
[A], [B], [C], [D] nồng độ các chất ở thời điểm bất kỳ. Đối với phản ứng trong pha khí có
thể thay nồng độ bằng áp suất riêng phần.
Có thể xem như chỉ số phản ứng Q là thước đo quá trình phản ứng.
ln KC  

G  G0  RT ln Q   RT ln K  RT ln Q

G  RT ln

Q
K cb

Ban đầu, khi chỉ có tác chất, nồng độ sản phẩm bằng 0 thì Q=0. Theo tiến trình phản ứng,
nồng độ tác chất giảm dần, nồng độ sản phẩm tăng lên. Do đó, khi hệ chỉ có sản phẩm thì Q tăng
lên đến vơ cùng (Q=) (phản ứng hồn tồn, nồng độ tác chất bằng 0).
Q=0
(chỉ có tác chất)
Phản ứng theo chiều thuận
Tạo nhiều sản phẩm

Tăng Q 
Kcb

Q=
(chỉ có sản phẩm)
Phản ứng theo chiều nghịch
Tạo nhiều tác chất

Các phản ứng thuận nghịch ln có xu thế đạt trạng thái cân bằng, do đó:
 Khi Q < Kcb  Q/Kcb<1  G < 0 phản ứng thuận chiếm ưu thế cho đến khi hệ đạt cân
bằng.
 Khi Q>Kcb  Q/Kcb>1  G > 0 phản ứng nghịch chiếm ưu thế cho đến khi hệ đạt cân
bằng.
 Khi Q=Kcb  Q/Kcb=1  G = 0 hệ đạt trạng thái cân bằng.
Ví dụ : Ở một nhiệt độ rất cao, phản ứng sau đây có KC=65,0
2HI (k)  H2 (k) + I2 (k)
Tại một thời điểm người ta đo được [HI] = 0,50M, [H2] = 2,80M và [I2] = 3,40M. Hỏi
tại thời điểm này hệ có cân bằng khơng ? Nếu không, phản ứng phải theo hướng nào để hệ đạt
cân bằng?

8


HĨA ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Cân bằng hóa học

5. Sự chuyển dịch cân bằng – nguyên lý Le Chatelier
5.1. Sự chuyển dịch cân bằng

Trạng thái cân bằng hóa học sẽ khơng thay đổi nếu các điều kiện bên ngoài vẫn giữ
nguyên.
Các điều kiện bên ngoài chủ yếu quyết định trạng thái cân bằng của hệ là: nhiệt độ, áp
suất, nồng độ.
Khi thay đổi một trong những điều kiện bên ngoài này thì trạng thái cân bằng hóa học sẽ bị
thay đổi do tốc độ các phản ứng thuận và nghịch dưới tác dụng của sự thay đổi đó sẽ biến đổi
khác nhau. Tuy nhiên, sau một thời gian hệ cũng đạt tới trạng thái cân bằng mới với những điều
kiện mới.
Sự thay đổi trạng thái cân bằng khi thay đổi điều kiện bên ngoài được gọi là sự chuyển
dịch cân bằng.
Nguyên lý Le Chatelier:
“Với một hệ đang ở trạng thái cân bằng, nếu ta thay đổi bất kỳ một yếu tố xác định điều
kiện cân bằng (áp suất, nồng độ, nhiệt độ) thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều chống lại sự
thay đổi đó”.
5.2. Ảnh hưởng của nồng độ
Khi thêm một lượng tác chất hoặc sản phẩm vào hệ cân bằng thì chỉ số phản ứng Q sẽ thay
đổi và khác Kcb, hệ khơng cịn cân bằng nữa.
Nếu thêm sản phẩm vào hệ ([C] và [D] tăng lên) thì Q > K, phản ứng nghịch sẽ chiếm ưu
thế chuyển dịch về phía chiều tạo thành tác chất cho đến khi hệ đạt cân bằng trở lại.
Và ngược lại, khi thêm tác chất ([A] và [B] tăng lên) vào hệ thì Q < K, phản ứng thuận sẽ
chiếm ưu thế, cân bằng chuyển dịch về phía chiều thuận tạo thành sản phẩm đến khi hệ đạt được
cân bằng.
“Khi thêm một lƣợng tác chất hoặc sản phẩm vào hệ cân bằng, cân bằng sẽ chuyển dịch
theo hƣớng tiêu thụ bớt chất thêm đó”.
Ví dụ : Quy trình Haber trong tổng hợp NH3 từ H2 và N2
N2 (g) + 3H2 (g) 
2NH3 (g) H0 = -92.6 kJ/mol
5.3. Ảnh hưởng của áp suất
Sự thay đổi áp suất không ảnh hưởng nhiều đối với nồng độ chất rắn và chất lỏng, nhưng
rất có ý nghĩa đối với chất khí.

Áp suất và nồng độ có mối liên hệ nhau:
Từ phương trình trạng thái khí lý tưởng
PV=nRT và
n
C  (C là nồng độ)
V
Ta có P = CRT.
Ở một nhiệt độ xác định, nếu tăng áp suất, thể tích chất khí sẽ giảm, dẫn đến nồng độ tăng.
Ví dụ: Xét phản ứng cân bằng N2O4 (k)  2 NO2 (k)

[ NO2 ]0 2
KC 
[ N 2O4 ]0

9


HĨA ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Cân bằng hóa học

Ở một nhiệt độ xác định, khi hệ đang ở trạng thái cân bằng, nếu ta tăng áp suất của hệ gấp
đôi bằng cách nén hỗn hợp phản ứng (bằng cách đẩy piston) thì thể tích của hệ giảm xuống cịn
một nửa. Điều này làm nồng độ các chất trong hệ tăng lên gấp đôi.
Với
[ NO2 ]2 (2[ NO2 ]0 )2
Q

 2 KC
[ N 2O4 ]

2[ N 2O4 ]0
Do đó, Q > KC  G>0 cân bằng chuyển dịch về phía chiều ngược lại, về phía giảm số
mol khí.
Vậy khi tăng áp suất, cân bằng chuyển dịch về phía chiều giảm số mol khí.
Và ngược lại, khi giảm áp suất của hệ (bằng cách kéo piston) thì thể tích của hệ tăng lên.
Nồng độ các chất giảm, Q < K, cân bằng chuyển dịch về phía chiều thuận, về phía chiều tăng số
mol khí.
Tóm lại, với hệ khơng có sự khác nhau về số mol khí ở hai vế của phương trình hóa học thì
việc tăng hay giảm áp suất khơng ảnh hƣởng đến sự chuyển dịch cân bằng.
Đối với hệ có sự khác nhau về số mol khí ở hai vế của phương trình hóa học “Trong hệ
cân bằng, khi tăng áp suất, cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều giảm số phân tử khí; và ngƣợc
lại”.
Ví dụ : Áp suất có ảnh hưởng gì đến trạng thái cân bằng của các phản ứng sau :
FeO(r) + CO(k)  Fe(r) + CO2(k)
4HCl(k) + O2(k) 
C(gr)

2H2O(k) + 2Cl2 (k)

+ CO2 (k) 

2CO(k)

5.4. Ảnh hƣởng của nhiệt độ
Dựa vào biểu thức :

G 0
H 0 S 0



RT
RT
R
 Khi H>0 phản ứng thu nhiệt, khi nhiệt độ tăng thì KP tăng, cân bằng chuyển dịch theo
chiều thuận (chiều của phản ứng thu nhiệt).
 Khi H<0 phản ứng tỏa nhiệt, khi nhiệt độ tăng thì KP giảm, cân bằng chuyển dịch theo
chiều nghịch (chiều của phản ứng thu nhiệt).
“Khi nhiệt độ của một hệ cân bằng tăng, cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều hấp thu
nhiệt; ngƣợc lại, khi nhiệt độ của hệ giảm, cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều tỏa nhiệt”.
Lƣu ý: Hằng số cân bằng Kcb phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi Kcb càng lớn thì sản phẩm càng
chiếm ưu thế.
ln K P  

Ví dụ : Xét phản ứng cân bằng N2O4 (k)

2 NO2 (k)
H0 = 58kJ > 0
(khơng màu)
(màu nâu)
o
0C
50oC
Ví dụ : nhiệt độ có ảnh hưởng gì đến trạng thái cân bằng của các phản ứng sau :
4HCl(k) + O2(k)  2H2O(k) + 2Cl2 (k) H < 0
C(gr) + CO2 (k)  2CO(k)
H > 0
10


HĨA ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Cân bằng hóa học

TỔNG KẾT CHƢƠNG 5
1.Các khái niệm
2.Hằng số cân bằng

PCc .PDd
KP  a b
PA .PB
KP

[C ]c [ D]d
KC 
[ A]a [ B]b

xCc xDd
Kx  a b
x A xB

= KC(RT)n (khí)
= KxPn (khí)
Lưu ý: R = 0,082 (l.atm.mol-1.K-1)
Các giá trị tại thời điểm cân bằng
K phụ thuộc nhiệt độ

Lưu ý:
 Giá trị hằng số cân bằng của một phản ứng phụ thuộc vào cách viết phản ứng đó (về
chiều và về cách cân bằng phương trình phản ứng).
 Đối với phản ứng trong hệ dị thể (chất rắn và chất khí), hằng số cân bằng KP, KC chỉ phụ

thuộc các chất ở pha khí.
 Mối liên hệ KP và G:

G  G0  RT ln Q
Phản ứng trong pha khí:

ln K P  

G 0
RT

Phản ứng trong dung dịch:

G 0
ln KC  
RT
0
Chọn giá trị R phù hợp theo G : R = 8,314 (J.mol-1.K-1) hoặc R = 1,987 (cal.mol-1.K-1)
3. Dự đoán chiều diễn tiến của phản ứng thuận nghịch:
Tính tốn chỉ số phản ứng Q (lưu ý: cơng thức tính Q giống như tính K nhưng các giá trị
nồng độ hoặc áp suất ở thời điểm khảo sát, khác thời điểm cân bằng).
 Khi Q < Kcb  G < 0 phản ứng thuận chiếm ưu thế cho đến khi hệ đạt cân bằng.
 Khi Q > Kcb  G > 0 phản ứng nghịch chiếm ưu thế cho đến khi hệ đạt cân bằng.
 Khi Q = Kcb  G = 0 hệ đạt trạng thái cân bằng.
4. Nguyên lý chuyển dịch cân bằng Le Chatelier
“Với một hệ đang ở trạng thái cân bằng, nếu ta thay đổi bất kỳ một yếu tố xác định điều kiện cân
bằng (áp suất, nồng độ, nhiệt độ) thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều chống lại sự thay đổi
đó”.
 Nồng độ:
Khi thêm một chất, cân bằng chuyển dịch theo chiều tiêu thụ bớt chất thêm đó, và ngược

lại.
 Áp suất: chỉ ảnh hƣởng đến những phản ứng có sự thay đổi số mol khí
Khi tăng áp suất, cân bằng chuyển dịch theo chiều giảm số mol khí, và ngược lại.
 Nhiệt độ:
Khi tăng nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều thu nhiệt (H>0) , và ngược lại.

11


HĨA ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Cân bằng hóa học

BÀI TẬP:
1. Tính hằng số cân bằng ở 25oC của các phản ứng :
a) ½ N2 (k) + 3/2H2 (k)  NH3 (k)
b) N2(k) + 3H2 (k)  2NH3(k)
c) NH3(k)  ½ N2(k) + 3/2 H2(k)
Biết Gott,298(NH3 (k)) = -16,5 Kj/mol
ĐS : a) 780,35 ; b) 6,09.105 ; c) 1,29.10-3
2. Tính hằng số cân bằng Kp3 của phản ứng : 2CO2(k)  2CO(k) + O2(k)
Biết CO2(k) + H2(k)  CO(k) + H2O(k) Kp1
2H2O(k)  O2(k) + 2H2(k)
Kp2
ĐS : Kp3 = (Kp1)2.(Kp2)
3. Cho phản ứng : I2(k) + H2(k)  2HI (k)
Nồng độ ban đầu của I2 và H2 đều bằng 0,03M. Ở một nhiệt độ nào đó khi cân bằng, nồng độ
của HI là 0,04M.
a) Tính nồng độ lúc cân bằng của I2 và H2.
b) Tính hằng số cân bằng KC và KP.

c) Tính Go của phản ứng ở 298oK.
ĐS : [I2] = [H2] = 0,01M ; KC = KP =16; G0 = -6,87 kJ
4. Cho phản ứng : 2NO(k) + Cl2(k)  2NOCl(k)
Nồng độ ban đầu của NO là 0,5M và của Cl2 là 0,2M. Tính KP , KC của phản ứng biết rằng ở
o
25 C khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng có 20% NO đã phản ứng.
ĐS : KC = 0,42 ; KP = 0,017
5. Cho cân bằng phản ứng : 2CH4(k)  C2H2(k) + 3H2(k) được thực hiện ở 298K.
Nồng độ lúc cân bằng của CH4 là 3M, biết rằng tới trạng thái cân bằng chỉ có 25% CH4 tham gia
phản ứng.
a). Tính KC , KP của phản ứng ở nhiệt độ trên, biết rằng nồng độ ban đầu của C2H2 và H2
bằng 0.
b) Tính KC’ KP’ của phản ứng : CH4(k)  ½ C2H2(k) + 3/2H2(k).
ĐS : a) KC = 0,1875 ; KP = 111,96 ; b) KC’ = 0,43 ; KP’ = 10,58
6. Khi đun nóng HI đến một nhiệt độ nào đó thì xảy ra cân bằng phản ứng:
2HI (k)  H2 (k) + I2(k) với KC = 1/64. Tính xem có bao nhiêu % HI bị phân hủy?
ĐS : 20%
7. Khi đun nóng NO2 trong một bình kín tới một nhiệt độ nào đó thì cân bằng của phản ứng:
2NO2(k)  2NO(k) + O2(k) được thiết lập.
Bằng thực nghiệm quang phổ xác định được nồng độ NO2 ở lúc cân bằng 0,06M. Xác
định hằng số cân bằng KC của phản ứng trên, biết rằng nồng độ ban đầu của NO2 bằng 0,3M
ĐS : 1,92
8. Hằng số cân bằng của phản ứng : CO(k) + H2O(k) 
H2(k) +
CO2 (k) ở
858oC bằng 1. Tính nồng độ các chất lúc cân bằng, biết ban đầu nồng độ CO là 1M và H 2O là
3M.
ĐS : [CO] = 0,25M ; [H2O] = 2,25M ; [H2] = [CO2] = 0,75M

12

HĨA ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Cân bằng hóa học

9. Nhiệt độ và áp suất có ảnh hưởng gì đến trạng thái cân bằng của các phản ứng sau :
a) FeO(r) + CO(k)  Fe(r) + CO2(k)
H > 0
b) N2 (k) + O2(k)  2NO(k)
H > 0
c) 4HCl(k) + O2(k)  2H2O(k) + 2Cl2 (k) H < 0
d) C(gr) + CO2 (k)  2CO(k)
H > 0
e) N2O4(k)

2NO2(k)
H > 0
10. Cho phản ứng H2(k) + CO2(k)  H2O(k) + CO(k)
Hott,298 (KJ/mol) -393,509
-241,818 -110,525
o
S 298 (J/mol.K) 130,575 213,630
188,716 197,565
a) Tính hằng số cân bằng KP , KC của phản ứng ở nhiệt độ 25oC.
b) Hãy nêu ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất đến cân bằng phản ứng trên.
ĐS : KP = KC = 9,78.10-6
11. Cho cân bằng phản ứng sau :
2SO2(k) + O2(k)  2SO3(k)
0

H tt,298 (KJ/mol)
-296,1
-395,2
0
S 298 (J/mol.K)
248,5
205
256,2
0
0
0
a) Tính H 298, S 298 , G 298 , KP , KC của phản ứng ở 298K
b) Nhiệt độ và áp suất có ảnh hưởng gì đến cân bằng trên khơng?
ĐS : H = -198,2 KJ ; S = -189,6 J ; G = -141,7 KJ
KP = 6,89.1024 , KC = 1,68.1026
12. Thế đẳng áp tạo thành tiêu chuẩn của NO và NO2 lần lượt là 20,72 và 12,39 Kcal/mol
a) Tính G0298 của phản ứng : NO(k) + ½ O2(k)  NO2(k)
b) Tính KP của phản ứng trên ở 25oC. Cho biết đơn vị của KP nếu áp suất được biểu diễn
bằng atm?
ĐS : G0 = -8,33 Kcal; KP = 1,29.106
13. Cho phản ứng :
4HCl(k) + O2(k)  2H2O(k) + 2Cl2(k)
0
Cho H tt,298 (KJ/mol) -92,3
-241,8
0
S 298 (J/mol.K)
187,0
205,0
188,7

223,0
a) Tính H, S, G, KP, KC của phản ứng ở điều kiện tiêu chuẩn.
b) Phản ứng thu nhiệt hay tỏa nhiệt, ở điều kiện chuẩn tự xảy ra theo chiều nào ?
c) Nhiệt độ ảnh hưởng đến cân bằng phản ứng như thế nào (xem H, S không phụ thuộc
vào nhiệt độ)
d) Hằng số cân bằng KP đã cho sẽ thay đổi như thế nào khi phản ứng đã cho được viết dưới
dạng:
2HCl(k) + 1/2O2(k)  H2O(k) + Cl2(k)
ĐS : H = -114,4 kJ , S = -129,6 J ; G = -75,77 kJ
KP = 1,92.1013 ; KC = 4,69.1014, K’P = 4,38.106
14. Cho phản ứng :
H2S(k) + 1/2O2(k)  H2O(k) + S(r)
0
Cho H tt,298 (KJ/mol) -20,63
0
-241,82
0
0
S 298 (J/mol.K)
205,68
205,03
188,72
31,8
a)Tính H, S, G, KP, KC của phản ứng ở điều kiện tiêu chuẩn (1 atm, 25oC).
b) Nhiệt độ và áp suất có ảnh hưởng gì đến cân bằng phản ứng trên (xem H, S không
phụ thuộc vào nhiệt độ).
13


HĨA ĐẠI CƯƠNG

Chương 5: Cân bằng hóa học

15. Trong một bình kín có thể tích 1,5 lít, trộn 1 mol khí SO2 và 2 mol khí O2. Sau đó nâng
nhiệt độ lên 100oC để thực hiện phản ứng:
2SO2(k) + O2(k)  2SO3(k) H0 = -47,98 kcal
a) Tính số mol từng chất cịn lại trong bình khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng. Biết ở
100oC hằng số cân bằng của phản ứng KC=18,94.
b) Để thu được thật nhiều SO3 thì áp suất và nhiệt độ của hệ nên thay đổi như thế nào sau
khi phản ứng đạt được trạng thái cân bằng ? Tại sao?
16. Cho phản ứng:
H2 (k) + I2 (k)  2HI (k)
a) Biết hằng số cân bằng K=49 ở 450oC, hãy tính nồng độ các chất lúc cân bằng biết nồng
độ ban đầu của H2 và I2 đều bằng 3M.
b) Ở một nhiệt độ nào đó K=64, hãy tính hiệu suất phản ứng trên ở nhiệt độ đó biết rằng
nồng độ ban đầu của tác chất bằng nhau.
17. Cho phản ứng:
FeO (r) + CO (k)  Fe (r) + CO2 (k)
Biết hằng số cân bằng tại nhiệt độ phản ứng bằng 0,5. Hãy tính nồng độ các chất lúc cân
bằng tại nhiệt độ đó biết nồng độ ban đầu của CO (k) và CO2 (k) lần lượt là 0,05 M và
0,01M.
18. Tìm điều kiện nhiệt độ, áp suất để các cân bằng sau chuyển dịch theo chiều thuận:
a) CaCO3 (r)  CaO (r) + CO2 (k) Ha > 0
b) N2 (k) + 3H2 (k)  2NH3 (k) Hb < 0
c) O2 (k)  2O (k)
19. Trộn 52 g khí C2H2, 12g khí H2 và 16 g khí CH4 trong một bình kín thể tích 2 lít thì xảy
ra phản ứng : C2H2 (k) + 3H2 (k)  2CH4 (k)
Sau khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng thì hiệu suất của phản ứng là 60% tính theo
C2H2. Tính hằng số cân bằng KC, KP và nồng độ các chất có trong bình ở trạng thái cân
bằng.

ĐS: 0,4 M; 1,2 M; 1,7 M; 4,18; 7.10-3.

14