TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG VÀ CÂN BẰNG HOÁ HỌC_02

Convert by TVDT
6
Thuviendientu.org
tốc độ phản ứng và cân bằng hoá học
A. Tóm tắt lí thuyết
I - Tốc độ phản ứng hoá học
1) Khái niệm về tốc độ phản ứng hoá học
- Tốc độ phản ứng là độ biến thiên nồng độ của một chất trong các phản ứng hoặc sản phẩm trong một đơn
vị thời gian. Trong đó theo quy -ớc : nồng độ theo
mol
/lít, thời gian có thể là giây (s), phút (ph), giờ (h)
Tốc độ phản ứng đ-ợc xác định bằng thực nghiệm.
- Tốc độ trung bình của phản ứng hoá học là tốc độ biến thiên trung bình nồng độ của một chất trong khoảng
thời gian từ t
1
đến t
2
.
Thí dụ :
Xét phản ứng aA bB
Nếu tính tốc độ phản ứng theo chất A : ở thời điểm t
1
chất A có nồng độ C
1

mol
/lít, ở thời điểm t
2

chất A có
nồng độ C
2

mol
/lít. Tốc độ trung bình của phản ứng là :
t
C
tt
CC
V
12
12

Còn nếu tính tốc độ phản ứng theo chất B : ở thời điểm t
1
chất B có nồng độ C
1


mol
/lít, ở thời điểm t
2
chất B
có nồng độ C
2


mol
/lít. Tốc độ trung bình của phản ứng là :

t
'C
tt
'C'C
V
12
12

Để tốc phản ứng là đơn giá trị ng-ời ta sử dụng biểu thức :

t
'C
.
b
1
tt
'C'C
.
b
1
t
C
.
a
1
tt
CC
.
a
1

V
12
12
12
12

2) Các yếu tố ảnh h-ởng đến tốc độ phản ứng
-
ảnh h-ởng của nồng độ
: Khi tăng nồng độ của chất phản ứng thì tốc độ phản ứng tăng. Vì khi nồng độ
tăng dẫn đến mật độ các chất phản ứng tăng nên tần số va chạm tăng và số va chạm hiệu quả tăng.
-
ảnh h-ởng của áp suất
: Đối với các phản ứng hoá học có chất khí tham gia thì khi tăng áp suất thì tốc độ
phản ứng tăng. Khi áp suất tăng, mật độ các chất khí tăng, dẫn đến tăng số va chạm giữa các chất và tăng số va
chạm hiệu quả.
-
ảnh h-ởng của nhiệt độ
: Khi tăng nhiệt độ thì tốc độ phản ứng tăng vì tốc độ chuyển động của các phân tử
tăng dẫn đến tăng tần số va chạm giữa các chất phản ứng và tần số va chạm có hiệu quả giữa các chất phản ứng
tăng nhanh.
-
ảnh h-ởng của diện tích bề mặt
: Đối với các phản ứng hoá học có chất rắn tham gia thì khi tăng diện tích
bề mặt, tốc độ phản ứng tăng, do diện tích bề mặt chất rắn tăng nên số lần va chạm của các chất khác lên phân tử
chất rắn tăng.
-
ảnh h-ởng của chất xúc tác
: Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng, nh-ng không bị tiêu hao trong quá
trình phản ứng.

-
ảnh h-ởng của chất ức chế phản ứng
: Chất ức chế phản ứng là chất làm giảm tốc độ phản ứng, nh-ng
không bị tiêu hao trong quá trình phản ứng.
- ảnh h-ởng của các yếu tố khác
: Môi tr-ờng phản ứng, tốc độ khuấy trộn


II - Cân bằng hoá học
1) Phản ứng một chiều, phản ứng thuận nghịch và cân bằng hoá học
a)

Phản ứng một chiều
: Là phản ứng trong đó các sản phẩm phản ứng không tác dụng đ-ợc với nhau để tạo
ra các chất tham gia phản ứng.



Convert by TVDT
7
Thuviendientu.org
Để biểu diễn ph-ơng trình hoá học của phản ứng một chiều, ng-ời ta dùng
một mũi tên
chỉ h-ớng của phản
ứng
.
Thí dụ :
2KMnO
4

0
t
K
2
MnO
4
+ MnO
2
+ O
2

O
2
tạo ra không tác dụng đ-ợc với K
2
MnO
4
và MnO
2
để tạo thành KMnO
4
.
b)

Phản ứng thuận nghịch
: Phản ứng thuận nghịch là phản ứng trong đó các sản phẩm phản ứng tác dụng
đ-ợc với nhau để tạo ra các chất tham gia phản ứng.
Để biểu diễn ph-ơng trình hoá học của phản ứng thuận nghịch
,
ng-ời ta dùng

hai mũi tên ng-ợc chiều nhau.
Chiều mũi tên từ trái sang phải chỉ phản ứng thuận, mũi tên chỉ từ phải sang trái chỉ chiều của phản ứng nghịch.

Thí dụ :
H
2
+ I
2
2HI
HI đ-ợc tạo thành đồng thời bị phân huỷ sinh ra H
2
và I
2
là các chất tham gia phản ứng.
c)

Cân bằng hoá học
: Là trạng thái của phản ứng thuận nghịch khi tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ của
phản ứng nghịch.
2) Hằng số cân bằng
a)

Cân bằng trong hệ đồng thể

- Hệ đồng thể là hệ không có bề mặt phân chia trong hệ. T
hí dụ
: hệ gồm các chất khí hay hệ chứa các chất
tan trong dung dịch.
Xét phản ứng thuận nghịch trong hệ đồng thể :
aA + bB cC + dD

Trong đó A, B, C, D là những chất khí hay những chất tan trong một dung dịch. Khi phản ứng ở trạng thái
cân bằng ta có :
K
C
=
ba
dc
]B[]A[
]D[]C[

K
C
là

hằng số cân bằng nồng độ của phản ứng, chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, không phụ thuộc vào nồng độ các
chất ban đầu.
Chú ý
: Giá trị của hằng số K
C
phụ thuộc vào cách viết ph-ơng trình hoá học.
Thí dụ
: Xét phản ứng hoá học :
H
2(k)
+ I
2(k)
2HI
(k)
K
C

2
1
H
2(k)
+
2
1
I
2(k)
HI
(k)
K
C

K
C
=
]I].[H[
]HI[
22
2
; K
C
=
2
1
2
2
1

2
]I.[]H[
]HI[
; K
C
= (K
C
)
2
b) Các yếu tố ảnh h-ởng đến cân bằng hoá học
Sự chuyển dịch cân bằng hoá học là sự di chuyển từ trạng thái cân bằng này sang trạng thái cân bằng khác
do tác động của các yếu tố từ bên ngoài lên cân bằng.
-
ảnh h-ởng của nồng độ
: Khi tăng hoặc giảm nồng độ của một chất trong cân bằng thì cân bằng bao giờ
cũng chuyển dịch theo chiều làm giảm tác dụng của việc tăng hoặc giảm nồng độ của chất đó. Cần l-u ý rằng
việc tăng hay giảm l-ợng chất rắn trong hệ cân bằng dị thể (có chất rắn tham gia) thì không ảnh h-ởng tới cân
bằng.
-
ảnh h-ởng của áp suất
: Khi tăng hoặc giảm áp suất chung của hệ cân bằng thì cân bằng bao giờ cũng
chuyển dịch theo chiều làm giảm tác dụng của việc tăng hoặc giảm áp suất đó. Cần l-u ý rằng việc tăng hay
giảm áp suất trong hệ cân bằng có tổng hệ số tỉ l-ợng các chất khí ở hai vế của ph-ơng trình hoá học bằng nhau
thì không ảnh h-ởng tới cân bằng.



Convert by TVDT
8
Thuviendientu.org

-
ảnh h-ởng của nhiệt độ
: Khi tăng nhiệt độ thì cân bằng chuyển dịch theo chiều phản ứng thu nhiệt, nghĩa
là làm giảm tác dụng của việc tăng nhiệt độ. Còn khi giảm nhiệt độ thì cân bằng chuyển dịch theo chiều phản
ứng toả nhiệt, nghĩa là làm giảm tác dụng của việc giảm nhiệt độ.
-
ảnh h-ởng của chất xúc tác
: Chất xúc tác không ảnh h-ởng đấn cân bằng vì không làm thay đổi nồng độ,
áp suất và hằng số cân bằng. Nh-ng chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng cả thuận và nghịch nên hệ nhanh
chóng đạt đến cân bằng.
Thí dụ
: Xét cân bằng
C
(r)
+ CO
2 (k)
2CO
2 (k)
( H > 0) : là phản ứng thu nhiệt
+ Khi ta tăng nồng độ CO trong hệ thì cân bằng chuyển dịch sang phải để làm giảm nồng độ CO trong hệ.
Hoặc khi giảm nồng độ CO
2
cân bằng cũng chuyển dịch sang phải để tăng nồng độ CO
2
trong hệ để đảm bảo
cho
K
C
=
]CO[

]CO[
2
2
= hằng số.
Còn khi thêm hay bớt C thì cân bằng không thay đổi vì l-ợng C không có mặt trong biểu thức hằng số cân
bằng.
+ Khi ta tăng áp suất của hệ thì cân bằng chuyển dịch sang trái để làm giảm áp suất của hệ.
+ Khi tăng nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch sang phải để tăng nồng độ CO
2
.
Nguyên lí chuyển dịch cân bằng (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 nh- biến đổi nồng độ, áp suất, nhiệt độ sẽ chuyển dịch cân bằng theo
chiều làm giảm tác động bên ngoài đó.

B. Phần bài tập
I. B GD & T
7.1 Chọn câu đúng trong các câu sau :
A. Tốc độ phản ứng là độ biến thiên số
mol
của một chất trong các chất phản ứng hoặc sản phẩm trong một
đơn vị thời gian.
B. Tốc độ phản ứng là độ biến thiên nồng độ của một trong các chất phản ứng hoặc sản phẩm trong một đơn
vị thời gian.
C. Tốc độ phản ứng là độ biến thiên nồng độ của các chất trong các chất phản ứng hoặc sản phẩm trong một
đơn vị thời gian.
D. Tốc độ phản ứng là độ biến thiên số
mol
của các chất trong các chất phản ứng hoặc sản phẩm trong một
đơn vị thời gian.
7.2 Chọn ph-ơng án mô tả đầy đủ nhất các yếu tố ảnh h-ởng đến tốc độ phản ứng.

A. Nồng độ, nhiệt độ, chất xúc tác, áp suất.
B. Nồng độ, nhiệt độ, chất xúc tác.
C. Nồng độ, nhiệt độ, chất xúc tác, áp suất, tốc độ khuấy trộn, khối l-ợng chất rắn.
D. Nồng độ, nhiệt độ, chất xúc tác, áp suất, tốc độ khuấy trộn, diện tích bề mặt chất rắn.
7.3 Cho phản ứng hóa học sau :
2HI H
2
+ I
2
(1)
Kết luận nào sau đây là đúng đối với phản ứng hóa học (1) :
A. Tốc độ phản ứng từ trái sang phải tăng khi thêm HI vào trong bình phản ứng.
B. Tốc độ phản ứng từ trái sang phải tăng khi tăng áp suất chung của hệ.
C. Tốc độ phản ứng từ trái sang phải không thay đổi khi thêm hay bớt HI vào trong bình phản ứng.
D. Cả A và B.
7.4 Cho phản ứng hóa học sau : A
(r)
+ B
(r)
C
(r)
+ D
(r)
(1)
Kết luận nào sau đây là đúng đối với phản ứng hóa học (1) ?



Convert by TVDT
9

Thuviendientu.org
A. Tốc độ phản ứng tăng khi thêm l-ợng A, B vào trong bình phản ứng.
B. Tốc độ phản ứng giảm khi tăng thêm l-ợng chất C, D vào trong bình phản ứng.
C. Tốc độ phản ứng tăng khi tăng áp suất chung của hệ.
D. Cả A, B, C đều đúng.
7.5 Phản ứng tổng hợp amoniac 2N
2
(k) + 3H
2
(k) 2NH
3
(k)
có ứng dụng quan trọng trong công nghiệp hoá chất. Từ amoniac, ng-ời ta sản xuất phân đạm, axit nitric,
thuốc nổ Hỏi tốc độ của phản ứng tổng hợp amoniac sẽ tăng bao nhiêu lần nếu tăng nồng độ hiđro lên 2 lần khi
nhiệt độ của phản ứng đ-ợc giữ nguyên ?
A. 2 lần. B. 4 lần. C. 8 lần. D. 16 lần.
7.6 Giải thích tại sao nhiệt độ của ngọn lửa axetilen cháy trong oxi cao hơn nhiều so với cháy trong không khí.
7.7 Khi tiếp thêm củi vào bếp lửa để cho lửa mạnh hơn, ta nên chọn ph-ơng án nào sau đây ?
A. Bỏ một thanh củi to vào bếp.
B. Chẻ mỏng thanh củi ra rồi cho vào bếp.
Hãy chọn một trong hai ph-ơng án trên và giải thích cho sự lựa chọn đó. Từ đó, có thể kết luận tốc độ phản
ứng phụ thuộc yếu tố nào ?
7.8 Vì sao nguyên liệu cho nung vôi là đá vôi và than đá lại phải đập đến một kích cỡ thích hợp, không để to quá
hoặc nhỏ quá.
7.9 a) Vì sao để nung gạch, ngói ng-ời ta th-ờng xếp gạch, ngói mộc xen lẫn với các bánh than?
b) Khói thoát ra từ lò nung gạch có làm ô nhiễm môi tr-ờng không ? Vì sao ?
7.10 Vì sao trong các viên than tổ ong, ng-ời ta tạo ra các hàng lỗ rỗng ? Giải thích vì sao khi nhóm lò than
ng-ời ta phải quạt gió vào lò bằng quạt tay hoặc quạt máy, còn khi ủ bếp than, ng-ời ta đậy nắp lò than.
7.11 Cho phản ứng: A
(k)

+ B
(k)
C
(k)
. Tốc độ phản ứng đ-ợc tính theo ph-ơng trình : V = k.[A].[B]. Giữ
nồng độ các chất không đổi trong các thí nghiệm sau:
- Thực hiện phản ứng trên ở 398
o
C thì phản ứng sẽ kết thúc trong 1 phút 36 giây.
- Thực hiện phản ứng trên ở 448
O
C thì phản ứng sẽ kết thúc trong 0 phút 3 giây. a) Nếu tăng nhiệt độ của phản
ứng lên 10
0
C thì tốc độ phản ứng tăng lên bao nhiêu lần ? Biết rằng
10
TT
TT
12
22
.kk
( gọi là hệ số nhiệt
của phản ứng hay số lần tốc độ phản ứng tăng khi tăng nhiệt độ thêm 10 độ).
b) Nếu thực hiện phản ứng trên ở 378
o
C thì tốc độ phản ứng sẽ tăng bao nhiêu lần so với phản ứng ở 398
o
C
và sẽ kết thúc trong thời gian bao lâu ?
7.12 Ng-ời ta tiến hành xác định tốc độ phản ứng ở T(K) của phản ứng :

2NO + 2H
2
N
2
+ 2H
2
O
Thu đ-ợc các số liệu thí nghiệm nh- sau.
Thí
nghiệm
Nồng độ đầu của
NO (mol/lít)
Nồng độ đầu của
H
2
(mol/lít)
Tốc độ đầu của phản ứng
(mol.lit
-1
.s
-1
)
1 0,50 1,00 0,050

2 1,00 1,00 0,200
3 1,00 2,00 V
4 1,25 A 0,125
Xác định hằng số tốc độ của phản ứng (lit
2
.

mol
-2
.s) và viết biểu thức tính tốc độ phản ứng trên theo thực
nghiệm ở T(K). Tốc độ phản ứng trên tính theo biểu thức : V = k.[NO]
a
.[H
2
]
b

Tính các giá trị a và V.
7.13 Cho phản ứng phân huỷ khí A sau : A
(k)
2B
(k)
+ C
(k)

P, xúc tác



Convert by TVDT
10
Thuviendientu.org
Xuất phát từ khí A nguyên chất, trong bình kín và giữ nhiệt độ không đổi trong thí nghiệm. Sau thời gian 10
phút, áp suất trong bình là 176
mmHg
và sau thời gian rất dài (phản ứng hoàn toàn) thì áp suất trong bình là
270

mmHg
.
a) Tính áp suất ban đầu của khí A.
b) Tính áp suất riêng phần của A sau 10 phút.
7.14 Khí N
2
O
4
kém bền, bị phân li theo ph-ơng trình hoá học sau :
N
2
O
4
2NO
2
(1)
Biết rằng, tại thời điểm cân bằng tổng nồng độ của các chất trong hệ là 0,001M. Khi khảo sát ở các nhiệt độ
khác nhau, kết quả thực nghiệm nh- sau :
Nhiệt độ (
0
C) 35 45
Khối l-ợng
mol
phân tử trung bình của hỗn hợp (g) 72,45 66,80
a) Hãy xác định độ phân li của N
2
O
4
và tính hằng số cân bằng của phản ứng (1) ở các nhiệt độ trên.
b) Phản ứng trên là tỏa nhiệt hay thu nhiệt.

7.15 Cho 14,224
g
I
2
và 0,112
g
H
2
vào bình có dung tích 1,12 lit ở 400
o
C. Tốc độ đầu của phản ứng là V
o
= 9.10
-
5
mol.lit
-1
.phút
-1
, sau một thời gian (thời điểm t) nồng độ
mol
[HI] là 0,04
mol.lit
-1
và khi phản ứng H
2
+

I
2

2HI
đạt cân bằng thì nồng độ [HI] = 0,06
mol.lit
-1
. Biết tốc độ phản ứng trên đ-ợc tính theo biểt thức : V
thuận
=
k
t
.
22
HI
C.C
; V
nghịch
= k
n
.C
HI
2
.
a) Tính hằng số tốc độ của phản ứng thuận và phản ứng nghịch. Viết đơn vị của các đại l-ợng tính đ-ợc.
b) Tốc độ tạo thành HI tại thời điểm t là bao nhiêu ?
7.16 Xét phản ứng : 2A + B C + D.
Tốc độ phản ứng đ-ợc tính theo biểu thức : V = k
t
.
y
B
x

A
.CC
, trong đó k
t
là hằng số tốc độ phản ứng theo đơn
vị (thứ nguyên)
mol
-1
.lit.s
-1
. Kết quả một số thí nghiệm nh- sau:
Thí
nghiệm
Nhiệt độ (
o
C) Nồng độ đầu
của A (
mol/lít
)
Nồng độ đầu
của B (
mol/lít
)
Tốc độ đầu của phản
ứng (
mol.lit
-1
.s
-1
)

1 25 0,25 0,75 4,0.10
-4
2 25 0,75 0,75 1,2.10
-3
3 55 0,25 1,50 6,4.10
-3
Xác định giá trị x (bậc phản ứng theo A), y (bậc của phản ứng theo B) và hằng số tốc độ k của phản ứng ở
25
o
C. Tốc độ phản ứng tăng bao nhiêu lần nếu tăng nhiệt độ của phản ứng từ 25
o
C lên 55
o
C ?
7.17 Luyện gang từ quặng, ng-ời ta sử dụng phản ứng khử sắt oxit bằng cacbon monooxit (CO). Tại sao trong
thành phần của khí lò cao có CO ?
A. Do lò xây ch-a đủ độ cao.
B. Do thời gian tiếp xúc của quặng sắt với CO ch-a đủ.
C. Do nhiệt độ của phản ứng hoá học ch-a đủ.
D. Do phản ứng hoá học là thuận nghịch.
7.18 Trong phản ứng oxi hoá SO
2
thành SO
3
dùng trong nhà máy sản xuất axit sunfuric, ng-ời ta đã sử dụng
những biện pháp nào sau đây để có hiệu quả kinh tế cao nhất ?
A. Làm lạnh hỗn hợp các chất phản ứng để cân bằng chuyển dịch sang chiều thuận, vì phản ứng toả nhiệt.
B. Dùng chất xúc tác V
2
O

5
để tăng tốc độ phản ứng.
C. Dùng d- oxi để cân bằng chuyển sang chiều thuận và chọn nhiệt độ thích hợp.
D. Cả B, C đều đúng.
7.19 Hiện nay, khi giá nhiên liệu từ dầu mỏ tăng cao (~ 70 USD/thùng dầu thô), thì việc sử dụng các nhiên liệu
thay thế là rất cần thiết. Trong công nghiệp, để điều chế khí than -ớt, một nhiên liệu khí, ng-ời ta thổi hơi n-ớc
qua than đá đang nóng đỏ. Phản ứng hoá học xảy ra nh- sau :
C
(r)
+ H
2
O
(k)
CO
(k)
+ H
2 (k)
H = 131kJ
Điều khẳng định nào sau đây là đúng ?