Bài tập của chúng ta như sau:
Cho cân bằng sau trong bình kín:
2NO2 (k) <=> N2O4 (k)
(màu nâu đỏ) (không màu)
Dự đoán sự biến đổi màu sắc của bình kín đựng khí NO2 trong các trường hợp sau:
a, Ngâm bình vào cốc nước đá
b, Nén hỗn hợp khí để tăng áp suất của hệ

Đây là một bài tập vận dụng trực tiếp nguyên lí chuyển dịch cân bằng hóa học. Cô sẽ hướng dẫn các em giải từng bước một.

Bước 1: Xác định phản ứng thuận và phản ứng nghịch
Dựa vào phương trình phản ứng đã cho:
2NO2 (k) <=> N2O4 (k)
– Phản ứng thuận: 2NO2 (k) -> N2O4 (k)
– Phản ứng nghịch: N2O4 (k) -> 2NO2 (k)

Bước 2: Xác định dấu của sự thay đổi enthalpy (ΔH) của phản ứng
Để xác định sự biến đổi màu sắc khi thay đổi nhiệt độ, chúng ta cần biết phản ứng thu nhiệt hay tỏa nhiệt. Tuy nhiên, đề bài chưa cho rõ thông tin này. Trong chương trình Hóa học 11, đối với cân bằng giữa NO2 và N2O4, phản ứng thuận (tổng hợp N2O4 từ NO2) là phản ứng tỏa nhiệt.
Do đó:
– Phản ứng thuận (2NO2 -> N2O4) là phản ứng tỏa nhiệt (ΔH < 0). - Phản ứng nghịch (N2O4 -> 2NO2) là phản ứng thu nhiệt (ΔH > 0).

Bước 3: Áp dụng nguyên lí Lơ-sa-tơ-li-ê để dự đoán sự chuyển dịch cân bằng

Câu a: Ngâm bình vào cốc nước đá
– Phân tích tác động: Ngâm bình vào cốc nước đá nghĩa là chúng ta hạ nhiệt độ của hệ.
– Áp dụng nguyên lí Lơ-sa-tơ-li-ê: Khi thay đổi yếu tố tác động (nhiệt độ, áp suất, nồng độ) đến một hệ cân bằng, cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều chống lại sự thay đổi đó. Ở đây, chúng ta hạ nhiệt độ, do đó cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm tăng nhiệt độ.
– Xác định chiều làm tăng nhiệt độ: Chiều làm tăng nhiệt độ là chiều thu nhiệt. Như đã xác định ở Bước 2, phản ứng nghịch (N2O4 -> 2NO2) là chiều thu nhiệt.
– Dự đoán sự chuyển dịch cân bằng: Cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều nghịch.
– Dự đoán sự biến đổi màu sắc: Chiều nghịch là sự phân hủy N2O4 (không màu) thành NO2 (màu nâu đỏ). Do đó, nồng độ NO2 sẽ tăng lên.
– Kết luận: Màu nâu đỏ của bình sẽ sậm hơn.

Câu b: Nén hỗn hợp khí để tăng áp suất của hệ
– Phân tích tác động: Nén hỗn hợp khí để tăng áp suất nghĩa là chúng ta tăng áp suất của hệ.
– Áp dụng nguyên lí Lơ-sa-tơ-li-ê: Tương tự như câu a, cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều chống lại sự thay đổi áp suất. Ở đây, chúng ta tăng áp suất, do đó cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm áp suất.
– Xác định chiều làm giảm áp suất: Áp suất của hệ khí phụ thuộc vào số mol khí.
– Phản ứng thuận: 2 mol khí NO2 tạo ra 1 mol khí N2O4. Tổng số mol khí giảm (từ 2 xuống 1).
– Phản ứng nghịch: 1 mol khí N2O4 tạo ra 2 mol khí NO2. Tổng số mol khí tăng (từ 1 lên 2).
– Chiều làm giảm áp suất là chiều có số mol khí giảm. Đó chính là chiều thuận.
– Dự đoán sự chuyển dịch cân bằng: Cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều thuận.
– Dự đoán sự biến đổi màu sắc: Chiều thuận là sự tổng hợp NO2 (màu nâu đỏ) thành N2O4 (không màu). Do đó, nồng độ NO2 sẽ giảm đi.
– Kết luận: Màu nâu đỏ của bình sẽ nhạt hơn.

Tổng kết:
a, Khi ngâm bình vào cốc nước đá (hạ nhiệt độ), cân bằng chuyển dịch theo chiều thu nhiệt (chiều nghịch). Màu nâu đỏ của bình sẽ sậm hơn.
b, Khi nén hỗn hợp khí để tăng áp suất (tăng áp suất), cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm số mol khí (chiều thuận). Màu nâu đỏ của bình sẽ nhạt hơn.

Các em thấy đó, chỉ cần nắm vững nguyên lí Lơ-sa-tơ-li-ê và phân tích kĩ các yếu tố tác động, chúng ta có thể dễ dàng dự đoán được sự chuyển dịch cân bằng và biến đổi màu sắc của hệ. Cô hy vọng bài giảng này đã giúp các em hiểu rõ hơn về bài tập này. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, đừng ngần ngại hỏi cô nhé!