Cân Bằng Hóa Học: Khái Niệm, Yếu Tố Ảnh Hưởng và Cách Cân Bằng

Cân bằng hóa học là một trong những khái niệm quan trọng trong hóa học. Giúp hiểu rõ cách phản ứng hóa học diễn ra và bị tác động như thế nào. Nắm vững nguyên tắc cân bằng hóa học giúp tối ưu hóa các quá trình công nghiệp, nghiên cứu và ứng dụng trong đời sống.

1. Cân bằng hóa học là gì

Cân bằng hóa học là trạng thái trong một phản ứng thuận nghịch khi tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch, khiến nồng độ các chất phản ứng và sản phẩm không thay đổi theo thời gian.

Ví dụ về cân bằng hóa học trong phản ứng tổng hợp amoniac

N2 + 3H2 ⇌ 2NH3

Ở trạng thái cân bằng, dù phản ứng vẫn tiếp tục diễn ra theo cả hai chiều, nhưng tỉ lệ các chất không thay đổi.

pt

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

Cân bằng hóa học có thể bị thay đổi khi có tác động từ bên ngoài, theo nguyên lý Le Chatelier

2.1 Nhiệt độ

  • Tăng nhiệt độ: Nếu phản ứng thuận là tỏa nhiệt, cân bằng dịch chuyển theo chiều nghịch nhằm giảm nhiệt độ.
  • Giảm nhiệt độ: Nếu phản ứng thuận là thu nhiệt, cân bằng dịch chuyển theo chiều thuận giúp hấp thụ nhiệt.

Ví dụ: Phản ứng tổng hợp NH3 là tỏa nhiệt

N2 + 3H2 ⇌ 2NH3 + Q

Khi tăng nhiệt độ, cân bằng dịch chuyển sang trái, làm giảm lượng NH3 tạo thành.

2.2 Áp suất

  • Tăng áp suất: Cân bằng sẽ dịch chuyển về phía có số mol khí nhỏ hơn.
  • Giảm áp suất: Cân bằng sẽ dịch chuyển về phía có số mol khí lớn hơn.

Ví dụ

N2 + 3H2 ⇌ 2NH3

Có 4 mol khí ở vế trái và 2 mol khí ở vế phải. Khi tăng áp suất, cân bằng dịch chuyển về phía phải giúp giảm số mol khí, giúp tăng lượng NH3 thu được.

2.3 Nồng độ

  • Tăng nồng độ chất phản ứng: Cân bằng dịch chuyển theo chiều thuận tạo sản phẩm.
  • Tăng nồng độ sản phẩm: Cân bằng dịch chuyển theo chiều nghịch trong giảm lượng sản phẩm.

Ví dụ: Nếu thêm H2 vào hệ cân bằng của phản ứng tổng hợp NH3, cân bằng sẽ dịch chuyển sang phải tạo thêm NH3.

2.4 Chất xúc tác

  • Chất xúc tác không làm thay đổi vị trí cân bằng, nhưng giúp phản ứng đạt trạng thái cân bằng nhanh hơn bằng cách làm tăng tốc độ phản ứng thuận và nghịch đồng thời.

3. Cách cân bằng phương trình hóa học

Có hai phương pháp chính giúp cân bằng phương trình hóa học

3.1 Phương pháp cân bằng theo hệ số

  • Xác định số nguyên tử của từng nguyên tố ở hai vế.
  • Điều chỉnh hệ số sao cho số nguyên tử của mỗi nguyên tố ở vế trái bằng vế phải.

Ví dụ: Cân bằng phương trình đốt cháy etanol

C2H5OH + O2 → CO2 + H2O

  • Cân bằng nguyên tố C: C2H5OH → 2CO2
  • Cân bằng nguyên tố H: C2H5OH → 3H2O
  • Cân bằng nguyên tố O: 3O2 → 2CO2 + 3H2O

Phương trình sau khi cân bằng

C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O

3.2 Phương pháp cân bằng electron

Dùng khi phản ứng có sự thay đổi số oxi hóa phản ứng oxi hóa – khử.

Ví dụ: Cân bằng phản ứng giữa Fe và HNO3

Fe + HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + H2O

  • Xác định số oxi hóa
    • Fe từ 0 → +3 (mất 3e).
    • N trong NO3⁻ từ +5 → +2 (nhận 3e).
  • Cân bằng số electron trao đổi và hệ số

Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O

4. Bài tập cân bằng hóa học

Bài tập 1: Cân bằng phương trình phản ứng nhiệt phân kali clorat

KClO3 → KCl + O2

Giải

  • K có 1 nguyên tử mỗi vế (không cần thay đổi).
  • Cl có 1 nguyên tử mỗi vế (không cần thay đổi).
  • O có 3 ở vế trái, 2 ở vế phải → Nhân hệ số

2KClO3 → 2KCl + 3O2

Bài tập 2: Cân bằng phản ứng oxi hóa khử giữa MnO2 và HCl

MnO2 + HCl → MnCl2 + Cl2 + H2O

Giải

  • Mn từ +4 → +2 (mất 2e).
  • Cl trong HCl từ -1 → 0 (nhận 2e).
  • Cân bằng nguyên tố

MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2 + 2H2O

Cân bằng hóa học giúp hiểu rõ sự biến đổi của các chất trong phản ứng và tối ưu hóa quá trình công nghiệp. Nắm vững các phương pháp cân bằng giúp giải quyết nhiều bài toán hóa học thực tế và ứng dụng vào sản xuất, nghiên cứu.

Bóng đá trực tuyến Xoilac