🔥 [HÓA 11 · CHUYÊN ĐỀ] Cân Bằng Hóa Học — Kc, Qc & Le Châtelier
Masterclass Hóa 11 siêu chi tiết: cân bằng động, biểu thức Kc/Qc, nguyên lí Le Châtelier, đọc đồ thị, 12 câu nguồn được kiểm chứng, cảnh báo lỗi đơn vị và…
LUKATO AI · CHEMISTRY MASTERCLASS · HÓA 11
CÂN BẰNG HÓA HỌC
Từ phản ứng thuận nghịch đến K c , Q c , nguyên lí Le Châtelier — học bằng cơ chế, kiểm chứng bằng đồ thị, tránh bẫy bằng lập luận.
⇌ Cân bằng động K c & Q c Nồng độ · Áp suất · Nhiệt độ 12 câu nguồn được kiểm chứng 30+ đơn vị luyện tập
Chuẩn kiểm chứng: Nội dung ảnh gốc được tái cấu trúc thành bài học độc lập. Hai điểm lỗi/cắt trang của nguồn được đánh dấu minh bạch, không đoán mò.
↑ Mục lục
01 · Nền tảng02 · Cân bằng động03 · Kc & Qc04 · Le Châtelier
05 · Đồ thị06 · Giải đề nguồn07 · Luyện tập08 · Ma trận kiểm chứng
01 · Mental model
Phản ứng một chiều và phản ứng thuận nghịch
Dấu mũi tên không chỉ là kí hiệu trình bày; nó cho biết mô hình chuyển hóa mà ta đang dùng.
➡️
Phản ứng một chiều
Trong điều kiện xét, phản ứng được mô tả chủ yếu theo chiều chất phản ứng tạo sản phẩm; chiều ngược không đáng kể.
A + B → C + D
Ví dụ: NaOH + HCl → NaCl + H 2 O; Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 ↑.
Phản ứng thuận nghịch
Trong cùng điều kiện, phản ứng thuận và nghịch đều xảy ra. Sản phẩm có thể chuyển hóa trở lại thành chất ban đầu.
aA + bB ⇌ cC + dD
Ví dụ nguồn: Cl 2 + H 2 O ⇌ HCl + HClO.
Không tuyệt đối hóa. “Một chiều” là mô hình thích hợp khi chiều nghịch bỏ qua được trong điều kiện đang xét; không phải tuyên bố rằng tự nhiên tuyệt đối không thể có quá trình ngược trong mọi điều kiện.
Tiêu chí · Một chiều · Thuận nghịch
Kí hiệu · → · ⇌
Số chiều được xét · Một chiều trội · Hai chiều đối nghịch
Sản phẩm · Không tái tạo chất đầu một cách đáng kể · Có thể tham gia phản ứng nghịch
Kết thúc · Có thể gần như hết chất giới hạn · Tiến tới trạng thái cân bằng
Bẫy · “Luôn không hoàn toàn” là sai · “Cân bằng nghĩa là dừng lại” là sai
Vi mô
Phân tử va chạm liên tục; cả hai chiều có thể cùng diễn ra.
Vĩ mô
Khi cân bằng, nồng độ quan sát được không đổi theo thời gian.
Điều kiện
Cần hệ kín đủ lâu và các điều kiện ngoài được giữ ổn định.
02 · Core concept
Cân bằng là động, không phải đứng yên
Tại cân bằng, tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch. Hai phản ứng vẫn tiếp tục xảy ra.
v thuận = v nghịch \ne 0
ĐÚNG
Hai chiều tiếp tục
Chuyển hóa vi mô không dừng.
ĐÚNG
Nồng độ ổn định
Ổn định theo thời gian, không nhất thiết bằng nhau.
SAI
Nồng độ bằng nhau
Cân bằng tốc độ không kéo theo bằng nồng độ.
SAI
Không còn phản ứng
Đây là nhầm lẫn phổ biến nhất.
Dấu hiệu đồ thị: đường nồng độ của mỗi chất trở thành đường ngang; đường tốc độ thuận và nghịch gặp nhau rồi cùng giữ một giá trị dương.
03 · Quantitative engine
Hằng số cân bằng K c và thương số phản ứng Q c
Với phản ứng tổng quát trong dung dịch hoặc pha khí:
aA + bB ⇌ cC + dD ⇒ K c = [C] c [D] d / ([A] a [B] b )
Đưa vào biểu thức
Chất khí và chất tan có nồng độ biến thiên được đưa vào biểu thức theo lũy thừa bằng hệ số cân bằng.
CO(g) + H 2 O(g) ⇌ CO 2 (g) + H 2 (g)
Không đưa vào
Hoạt độ của chất rắn tinh khiết và chất lỏng tinh khiết được quy ước bằng 1, nên bị lược khỏi biểu thức.
CaCO 3 (s) ⇌ CaO(s) + CO 2 (g): K c =[CO 2 ]
Lưu ý về phản ứng este hóa trong ảnh nguồn. Với hỗn hợp lỏng đồng thể ở mức phổ thông, đề thường viết biểu thức theo nồng độ của CH 3 COOH, C 2 H 5 OH, CH 3 COOC 2 H 5 và H 2 O. Không được máy móc loại H 2 O chỉ vì nó “là chất lỏng”; quy tắc loại áp dụng cho pha lỏng tinh khiết có hoạt độ không đổi . Vì vậy câu nguồn tương ứng chọn A theo quy ước của bài.
Q c : la bàn chỉ chiều tự diễn biến
Q c có cùng dạng đại số với K c nhưng dùng nồng độ tại thời điểm đang xét, không nhất thiết là cân bằng.
Q < K
Đi theo chiều thuận
Tăng sản phẩm, giảm chất phản ứng cho đến khi Q=K.
Q = K
Đang cân bằng
Không có xu hướng dịch chuyển thuần theo chiều nào.
Q > K
Đi theo chiều nghịch
Giảm sản phẩm, tăng chất phản ứng cho đến khi Q=K.
Ba phép biến đổi phương trình — ba phép biến đổi K
Biến đổi phản ứng · Hằng số mới · Ví dụ
Đảo chiều · K′ = 1/K · A ⇌ B có K; B ⇌ A có 1/K
Nhân mọi hệ số với n · K′ = K n · ½H 2 +½I 2 ⇌HI có K 2 ; H 2 +I 2 ⇌2HI có K 2 2
Cộng các phản ứng · K chung = K 1 K 2 … · Cộng đại số phản ứng thì nhân các K tương ứng
Bài mẫu ICE — đọc đồ thị H 2 + I 2 ⇌ 2HI
Ảnh nguồn cho giá trị đầu tương ứng 5;5;0 và cân bằng 0,68;0,68;8,64 (cùng một thang nồng độ). Đặt mức phản ứng là x:
· H 2 · I 2 · HI
Ban đầu · 5 · 5 · 0
Biến thiên · −x · −x · +2x
Cân bằng · 5−x=0,68 · 5−x=0,68 · 2x=8,64
Tìm x: x=5−0,68=4,32.
Kiểm tra hệ số: [HI]=2x=8,64, khớp đồ thị.
Tính K c : 8,64^{2}/(0,68^{2})= 161,439446 ≈ 161,44 nếu các giá trị được dùng cùng đơn vị M.
Phát hiện lỗi đơn vị ở câu 18: trục ảnh ghi nồng độ theo (10 -3 ,mathrm M), trong khi văn bản lại nói 5 mol mỗi chất trong bình 1 L và đáp án ghi đơn vị M. Quan hệ số học 5 → 0,68 và 0 → 8,64 hoàn toàn đúng theo tỉ lượng, nhưng thang đơn vị của bản chụp không nhất quán. Khi chấm theo đồ thị, đáp án là D (8,64 theo thang được hỏi); khi làm khoa học, phải giữ cùng hệ đơn vị trước khi tính K.
04 · Disturbance logic
Nguyên lí Le Châtelier: hệ chống lại tác động
Khi một cân bằng bị tác động từ bên ngoài, hệ chuyển đến cân bằng mới theo chiều làm giảm tác động đó.
Tác động · Xu hướng dịch chuyển · K có đổi? · Điều kiện/bẫy
Tăng nồng độ chất phản ứng · Chiều tiêu thụ chất vừa thêm · Không · Q thay đổi tức thời
Lấy bớt sản phẩm · Chiều tạo thêm sản phẩm · Không · Không đồng nghĩa phản ứng đi hết
Giảm thể tích / tăng áp suất · Phía có tổng mol khí nhỏ hơn · Không · Chỉ hữu ích khi Δn khí \ne0
Tăng thể tích / giảm áp suất · Phía có tổng mol khí lớn hơn · Không · Chất rắn, lỏng không đếm vào mol khí
Tăng nhiệt độ · Chiều thu nhiệt · Có · Xem “nhiệt” như chất phản ứng của chiều thu nhiệt
Thêm xúc tác · Không dịch chuyển · Không · Cả hai tốc độ tăng; cân bằng đạt nhanh hơn
Ví dụ áp suất
N 2 (g)+3H 2 (g) ⇌ 2NH 3 (g)
Tăng áp suất bằng cách giảm thể tích: 4 mol khí → 2 mol khí, cân bằng dịch phải.
Ví dụ không bị áp suất chi phối
H 2 (g)+I 2 (g) ⇌ 2HI(g)
Hai vế đều 2 mol khí. Nén đồng đều không làm Q c lệch khỏi K c theo mô hình khí lí tưởng.
Ví dụ nhiệt độ
N 2 O 4 (g) ⇌ 2NO 2 (g), ΔH>0
Tăng T ưu tiên chiều thuận thu nhiệt; K tăng.
Khí trơ — câu nâng cao
Thêm khí trơ ở thể tích không đổi : áp suất riêng phần chất phản ứng không đổi, không dịch chuyển. Ở áp suất không đổi : thể tích tăng, có thể gây dịch chuyển tùy Δn khí .
Xúc tác thay đổi đường đi, không thay đổi đích
05 · Graph literacy
Đọc đồ thị như một nhà hóa học
Đồ thị (a): đi từ H 2 + I 2
[H 2 ] và [I 2 ] giảm; [HI] tăng. Khi cả ba đường nằm ngang, hệ đạt cân bằng.
Đồ thị (b): đi từ HI
[HI] giảm; [H 2 ] và [I 2 ] tăng. Khi các đường nằm ngang, hệ cũng đạt cân bằng.
Kết luận câu 17: cả hai đồ thị đều mô tả hệ đã tiến tới cân bằng. Cân bằng có thể được tiếp cận từ phía chất phản ứng hoặc từ phía sản phẩm; tại cùng nhiệt độ, tỉ số hoạt độ cuối cùng vẫn thỏa K.
Bốn câu hỏi phải hỏi trước khi chọn đáp án
Trục tung là nồng độ, số mol hay tốc độ?
Có hệ số nhân như 10 −3 không?
Các đường có nằm ngang tại cuối không?
Biến thiên có đúng tỉ lệ hệ số PTHH không?
06 · Source audit
Giải và kiểm chứng toàn bộ câu nhìn thấy trong ảnh
Kí hiệu câu theo ảnh nguồn. Câu bị cắt được đánh dấu, tuyệt đối không tự dựng lựa chọn.
Câu 12 · Biểu thức K c của phản ứng este hóa
CH 3 COOH + C 2 H 5 OH ⇌ CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O
Đáp án A. K c =[CH 3 COOC 2 H 5 ][H 2 O]/([CH 3 COOH][C 2 H 5 OH]) theo mô hình nồng độ đồng thể của bài.
Câu 13 · K c phụ thuộc vào yếu tố nào?
A. Nồng độ
B. Nhiệt độ
C. Áp suất
D. Chất xúc tác
B. Với phương trình phản ứng đã cố định, K chỉ thay đổi khi nhiệt độ thay đổi.
Câu 14 · Từ cân bằng cũ sang cân bằng mới do tác động ngoài gọi là gì?
B — Sự dịch chuyển cân bằng. Đây là định nghĩa trực tiếp.
Câu 15 · Bộ yếu tố có thể ảnh hưởng đến vị trí cân bằng
C — nồng độ, nhiệt độ và áp suất. Xúc tác không làm đổi vị trí; diện tích bề mặt chủ yếu ảnh hưởng tốc độ.
Câu 16 · Yếu tố luôn không làm dịch chuyển cân bằng
D — chất xúc tác. Xúc tác hạ năng lượng hoạt hóa cho cả hai chiều và không đổi K.
Câu 17 · Hai đồ thị H 2 /I 2 /HI
A — cả hai đều đạt cân bằng. Ở cả (a) và (b), các nồng độ đều tiến đến giá trị không đổi; điểm xuất phát khác nhau không làm mất điều kiện cân bằng cuối.
Câu 18 · Nồng độ HI tại cân bằng
D — 8,64 theo số đọc trên đồ thị. Tỉ lượng kiểm tra: H 2 và I 2 mỗi chất giảm 4,32; HI tăng 2\times4,32=8,64. Cảnh báo: nhãn 10 −3 M của trục không khớp dữ kiện “5 mol trong 1 L” và cách ghi đáp án M.
Câu 19 · Nhận xét không đúng
C. “Phản ứng một chiều luôn xảy ra không hoàn toàn” là sai. Nhiều phản ứng một chiều có thể diễn ra gần như hoàn toàn đối với chất giới hạn.
Câu 20 · Phát biểu sai về phản ứng thuận nghịch tại cân bằng
C. Nồng độ chất phản ứng không bắt buộc bằng nồng độ sản phẩm. Điều bắt buộc là tốc độ thuận bằng tốc độ nghịch và các nồng độ không đổi theo thời gian.
Câu 21 · Phát biểu không đúng tại trạng thái cân bằng
C. Lặp lại bẫy “nồng độ hai phía bằng nhau”. Phương án A trong bản chụp diễn đạt chưa thật chuẩn; ý đúng phải là tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch , không phải “tốc độ thay đổi là như nhau”.
Câu 22 · Quan hệ giữa K c(1) và K c(2)
(1) H 2 +I 2 ⇌2HI (2) ½H 2 +½I 2 ⇌HI
B — K c(1) =[K c(2) ] 2 . Phương trình (1) bằng 2 lần phương trình (2), nên K được bình phương.
Câu 23 · 2SO 2 (g)+O 2 (g)⇌2SO 3 (g)
Không chấm đáp án. Ảnh chỉ hiển thị phần mở đầu, toàn bộ yêu cầu và lựa chọn nằm ngoài khung. Dữ liệu đủ để nhận xét: nén hệ ưu tiên chiều thuận vì 3 mol khí → 2 mol khí; nhưng không đủ để suy ra câu hỏi gốc muốn gì.
Biên bản nguồn: 11 câu trọn vẹn đã được giải; 1 câu mở đầu bị cắt không được suy diễn. Hai điểm diễn đạt/đơn vị có rủi ro đã được chỉ rõ để học sinh không ghi nhớ lỗi.
07 · Deliberate practice
Luyện tập phân tầng — từ nhận biết đến vận dụng cao
A. 12 câu trắc nghiệm nền tảng
1. Tại cân bằng động, phát biểu nào đúng?
A. Phản ứng dừng
B. Nồng độ mọi chất bằng nhau
C. v thuận =v nghịch
D. K=0
C. Hai tốc độ bằng nhau và thường khác 0.
2. Với CaCO 3 (s) ⇌ CaO(s)+CO 2 (g), K c là:
A. [CaO][CO₂]/[CaCO₃]
B. [CO₂]
C. 1/[CO₂]
D. [CaO][CO₂]
B. Hai chất rắn tinh khiết bị lược khỏi biểu thức.
3. Nếu Q c <K c , hệ biến đổi theo chiều nào?
Chiều thuận. Hệ cần tăng tử số hoặc giảm mẫu số để Q tăng đến K.
4. Yếu tố nào có thể làm K thay đổi?
Nhiệt độ. Nồng độ, áp suất và xúc tác không làm đổi K tại nhiệt độ cố định.
5. Nén cân bằng H 2 +I 2 ⇌2HI làm gì?
Không làm dịch chuyển theo mô hình khí lí tưởng. Tổng hệ số khí hai vế đều bằng 2.
6. Thêm xúc tác vào hệ đang cân bằng?
Không đổi thành phần cân bằng. Tốc độ vi mô hai chiều cùng tăng; hệ vẫn thỏa Q=K.
7. Đảo chiều phản ứng có K=25. K mới bằng?
1/25=0,04.
8. Nhân toàn bộ hệ số phản ứng với 3 thì K mới bằng?
K^{3}. Không phải 3K.
9. Với phản ứng tỏa nhiệt, tăng nhiệt độ làm cân bằng dịch theo chiều nào?
Chiều nghịch, tức chiều thu nhiệt.
10. Lấy bớt NH 3 khỏi N 2 +3H 2 ⇌2NH 3 ?
Dịch phải. Q giảm vì tử số giảm, hệ tạo thêm NH 3 .
11. Thêm một ít CaCO 3 (s) vào cân bằng CaCO 3 (s)⇌CaO(s)+CO 2 (g), các pha rắn đều còn?
Không đổi áp suất cân bằng CO₂. Hoạt độ chất rắn tinh khiết không xuất hiện trong K.
12. “K rất lớn” có đồng nghĩa tốc độ phản ứng thuận rất nhanh?
Không. K nói về nhiệt động học/vị trí cân bằng, không cho biết động học nhanh chậm.
B. 10 mệnh đề Đúng/Sai có giải thích
# · Mệnh đề · Kết luận · Lý do
1 · Tại cân bằng, số mol chất phản ứng bằng số mol sản phẩm. · Sai · Chỉ tốc độ hai chiều bằng nhau.
2 · K c của phản ứng đã viết phụ thuộc nhiệt độ. · Đúng · Nhiệt độ làm đổi phân bố cân bằng.
3 · Xúc tác làm K tăng. · Sai · Xúc tác không đổi ΔG° nên không đổi K.
4 · Q<K thì tốc độ thuận đang lớn hơn tốc độ nghịch theo xu hướng thuần ban đầu. · Đúng · Hệ tạo sản phẩm cho Q tăng.
5 · Chất rắn tinh khiết không xuất hiện trong K. · Đúng · Hoạt độ quy ước bằng 1.
6 · Tăng áp suất luôn làm cân bằng dịch chuyển. · Sai · Có thể Δn khí =0 hoặc không có chất khí.
7 · K của phản ứng nghịch bằng −K. · Sai · Bằng 1/K.
8 · Cộng hai phản ứng thì cộng hai hằng số K. · Sai · Phải nhân K.
9 · Cân bằng có thể đạt từ phía sản phẩm. · Đúng · Đồ thị nguồn (b) minh họa điều này.
10 · Nồng độ cân bằng không đổi dù các phản ứng vi mô vẫn xảy ra. · Đúng · Hai tốc độ bằng nhau nên không có biến thiên thuần.
C. 8 bài tính có lời giải rút gọn
Bài 1 · Tính K c
H 2 +I 2 ⇌2HI. Tại cân bằng: [H 2 ]=0,20 M; [I 2 ]=0,20 M; [HI]=1,20 M.
K c =1,20^{2}/(0,20\times0,20)= 36 .
Bài 2 · Dự đoán chiều
Cùng phản ứng, K=36. Tại thời điểm xét: [H 2 ]=[I 2 ]=0,50 M, [HI]=1,00 M.