Nguyên lý Le Chatelier là gì? Cách vận dụng giải bài tập hiệu quả

Chào các em học sinh, hôm nay thầy Tuấn sẽ cùng các em tìm hiểu về một nguyên lý vô cùng quan trọng trong chương trình Hóa học lớp 10 – Nguyên lý Le Chatelier. Chắc hẳn các em đã từng nghe qua nguyên lý này rồi phải không? Vậy nguyên lý Le Chatelier là gì? Nó được ứng dụng như thế nào trong giải bài tập Hóa học? Hãy cùng thầy Tuấn đi tìm câu trả lời qua bài viết dưới đây nhé!

Định nghĩa nguyên lý Le Chatelier

Nguyên lý Le Chatelier (hay còn gọi là nguyên lý dịch chuyển cân bằng) được phát biểu như sau:

Khi một hệ cân bằng hóa học bị thay đổi bởi một tác động bên ngoài (như thay đổi nồng độ, áp suất, nhiệt độ), cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều chống lại sự thay đổi đó để thiết lập trạng thái cân bằng mới.

Nói một cách dễ hiểu hơn, khi ta tác động vào một hệ cân bằng, hệ sẽ tự điều chỉnh để giảm thiểu tác động đó. Ví dụ, nếu ta tăng nồng độ chất tham gia, cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều thuận để tạo ra nhiều sản phẩm hơn, từ đó làm giảm nồng độ chất tham gia.

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự dịch chuyển cân bằng hóa học

Theo như nguyên lý Le Chatelier, có ba yếu tố chính ảnh hưởng đến sự dịch chuyển cân bằng hóa học:

1. Ảnh hưởng của nồng độ

• Khi tăng nồng độ một chất, cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều làm giảm nồng độ chất đó.
• Ngược lại, khi giảm nồng độ một chất, cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều làm tăng nồng độ chất đó.

Ví dụ: Xét phản ứng N₂ (k) + 3H₂ (k) ⇄ 2NH₃ (k)

• Tăng nồng độ N₂ hoặc H₂: Cân bằng dịch chuyển sang phải (chiều thuận) để tạo ra nhiều NH₃ hơn.
• Tăng nồng độ NH₃: Cân bằng dịch chuyển sang trái (chiều nghịch) để tạo ra nhiều N₂ và H₂ hơn.

2. Ảnh hưởng của áp suất

• Tăng áp suất: Cân bằng dịch chuyển theo chiều giảm số mol khí.
• Giảm áp suất: Cân bằng dịch chuyển theo chiều tăng số mol khí.

Lưu ý: Áp suất chỉ ảnh hưởng đến cân bằng của những phản ứng có sự tham gia của chất khí và có sự thay đổi số mol khí (tổng số mol khí hai bên phương trình khác nhau).

Ví dụ: Xét phản ứng N₂ (k) + 3H₂ (k) ⇄ 2NH₃ (k)

• Tăng áp suất: Cân bằng dịch chuyển sang phải (chiều thuận), vì số mol khí bên phải (2) nhỏ hơn số mol khí bên trái (4).
• Giảm áp suất: Cân bằng dịch chuyển sang trái (chiều nghịch), vì số mol khí bên trái (4) lớn hơn số mol khí bên phải (2).

3. Ảnh hưởng của nhiệt độ

• Tăng nhiệt độ: Cân bằng dịch chuyển theo chiều thu nhiệt.
• Giảm nhiệt độ: Cân bằng dịch chuyển theo chiều tỏa nhiệt.

Lưu ý:

• Phản ứng thu nhiệt là phản ứng xảy ra kèm theo sự hấp thụ nhiệt lượng từ môi trường (ΔH > 0).
• Phản ứng tỏa nhiệt là phản ứng xảy ra kèm theo sự giải phóng nhiệt lượng ra môi trường (ΔH < 0).

Ví dụ: Xét phản ứng N₂ (k) + 3H₂ (k) ⇄ 2NH₃ (k) (ΔH < 0)

• Tăng nhiệt độ: Cân bằng dịch chuyển sang trái (chiều nghịch), vì chiều nghịch là chiều thu nhiệt.
• Giảm nhiệt độ: Cân bằng dịch chuyển sang phải (chiều thuận), vì chiều thuận là chiều tỏa nhiệt.

Ứng dụng nguyên lý Le Chatelier trong giải bài tập Hóa học

Nguyên lý Le Chatelier có rất nhiều ứng dụng quan trọng trong Hóa học, đặc biệt là trong việc dự đoán chiều dịch chuyển cân bằng và tối ưu hóa điều kiện phản ứng. Dưới đây là một số ví dụ về cách ứng dụng nguyên lý Le Chatelier để giải bài tập Hóa học:

Ví dụ 1:

Xét phản ứng điều chế SO₃: 2SO₂ (k) + O₂ (k) ⇄ 2SO₃ (k) (ΔH < 0)

Hãy dự đoán chiều dịch chuyển cân bằng khi:

a) Tăng nồng độ O₂.
b) Tăng áp suất.
c) Giảm nhiệt độ.

Giải:

a) Tăng nồng độ O₂: Cân bằng dịch chuyển sang phải (chiều thuận) để làm giảm nồng độ O₂.

b) Tăng áp suất: Cân bằng dịch chuyển sang phải (chiều thuận), vì số mol khí bên phải (2) nhỏ hơn số mol khí bên trái (3).

c) Giảm nhiệt độ: Cân bằng dịch chuyển sang phải (chiều thuận), vì chiều thuận là chiều tỏa nhiệt.

Ví dụ 2:

Để tăng hiệu suất phản ứng tổng hợp NH₃: N₂ (k) + 3H₂ (k) ⇄ 2NH₃ (k) (ΔH < 0), cần thực hiện biện pháp nào sau đây?

A. Tăng nhiệt độ.
B. Giảm áp suất.
C. Tăng nồng độ N₂.
D. Tăng thể tích bình phản ứng.

Giải:

• A sai, vì tăng nhiệt độ cân bằng sẽ dịch chuyển sang trái (chiều nghịch), làm giảm hiệu suất phản ứng.
• B sai, vì giảm áp suất cân bằng sẽ dịch chuyển sang trái (chiều nghịch), làm giảm hiệu suất phản ứng.
• C đúng, vì tăng nồng độ N₂ cân bằng sẽ dịch chuyển sang phải (chiều thuận), làm tăng hiệu suất phản ứng.
• D sai, vì tăng thể tích bình phản ứng tương đương với giảm áp suất, cân bằng sẽ dịch chuyển sang trái (chiều nghịch), làm giảm hiệu suất phản ứng.

Vậy đáp án đúng là C.

Kết luận

Như vậy, thầy Tuấn đã giới thiệu với các em về nguyên lý Le Chatelier – một nguyên lý cơ bản và quan trọng trong Hóa học. Hy vọng bài viết này đã giúp các em hiểu rõ hơn về nguyên lý này cũng như cách vận dụng nó để giải bài tập hiệu quả. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, hãy để lại bình luận phía dưới để thầy Tuấn giải đáp nhé! Đừng quên chia sẻ bài viết bổ ích này đến bạn bè và tiếp tục theo dõi website để cập nhật thêm nhiều kiến thức thú vị khác.