Chemistry Labs
THPT · 12 phút

Nguyên lí Le Chatelier: làm chuyển dịch cân bằng hoá học

Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất, nồng độ và chất xúc tác lên cân bằng N₂O₄ ⇌ 2NO₂.

Mục tiêu

Dự đoán phản ứng của hệ trước một tác động và phân biệt sự chuyển dịch vị trí cân bằng với sự thay đổi K.

Dụng cụ và hoá chất

Ống kín chứa hỗn hợp N₂O₄/NO₂, bể nước nóng và bể nước đá, dụng cụ minh hoạ áp suất hoặc mô phỏng, kính bảo hộ.

Cách làm

  1. 选择初始平衡，观察 N₂O₄ 和 NO₂ 的量与颜色。
  2. Lần lượt chọn đun nóng và làm lạnh. Dự đoán chiều chuyển dịch theo ΔH° = +57 kJ mol⁻¹ cho N₂O₄(g) → 2NO₂(g), rồi so sánh màu.
  3. Chọn nén hệ. Giải thích vì sao phía có ít phân tử khí hơn được ưu tiên, đồng thời nhận ra thay đổi nồng độ tức thời tự nó chưa phải sự chuyển dịch cân bằng.
  4. So sánh thêm N₂O₄ với thêm chất xúc tác. Nêu tác động nào làm đổi K và tác động nào chỉ đổi thời gian đạt cân bằng.

Điều cần quan sát

  • Đun nóng tạo hỗn hợp nâu đậm hơn, giàu NO₂ hơn ở cân bằng; làm lạnh cho hỗn hợp nhạt màu, giàu N₂O₄ hơn. Chất xúc tác không đổi thành phần cân bằng.
  • Ở trạng thái ban đầu bình NO₂ nâu còn ít; sau khi đun nóng nó vừa nhiều hơn vừa đậm hơn, sau khi làm lạnh nó nhạt đi và giàu N₂O₄.

Giải thích

Với chiều thuận thu nhiệt, đun nóng ưu tiên sản phẩm và làm K tăng. Nén ưu tiên chiều trái (1 mol khí thay vì 2), nhưng K không đổi ở nhiệt độ cố định. Thêm chất phản ứng đẩy cân bằng sang phải; chất xúc tác tăng tốc cả hai chiều mà không làm chuyển dịch cân bằng.

Lịch sử thí nghiệm

Năm 1884, Henry Louis Le Chatelier tổng quát hoá các quan sát trước đó của van 't Hoff và những người khác thành nguyên lí: một hệ ở cân bằng khi bị thay đổi nồng độ, áp suất hay nhiệt độ sẽ dịch chuyển theo chiều chống lại tác động. Ống NX2OX4⇌2 NOX2\ce{N2O4 <=> 2NO2} sẫm màu khi đun nóng và nhạt dần khi làm lạnh trở thành minh hoạ kinh điển trong lớp học. Sau đó Fritz Haber đặt cược cả một ngành công nghiệp vào cùng nguyên lí, ép amoniac ra từ NX2+3 HX2\ce{N2 + 3H2} dưới áp suất cao.

Nhà hoá học liên quan

Jacobus Henricus van ’t HoffFritz HaberWilhelm Ostwald

Chủ đề liên quan

Cân bằng hoá học, hằng số cân bằngEnthalpy, entropy, năng lượng tự do Gibbs

Thí nghiệm ảo: một mô hình đơn giản hoá để xây dựng trực giác. Nó không thay thế thực hành thật và huấn luyện an toàn; không tự làm lại tại nhà khi không có người hướng dẫn.