Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển dịch cân bằng hóa học — Mô phỏng 3D Tương tác (Hóa học THPT)
Câu hỏi trọng tâm: Khi thay đổi một điều kiện, dựa vào đâu để biết cân bằng sẽ "chuyển dịch về phía nào"?
Phương trình / Nguyên lý cốt lõi: Fe³⁺ + 3SCN⁻ ⇌ Fe(SCN)₃
Đối chiếu Chương trình GDPT 2018: Hóa học 11 — SGK GDPT 2018 · Chương 1: Cân bằng hóa học — Thực hành thí nghiệm (CHEM-34)
Chuỗi bước khám phá và kết luận khoa học (9 bước)
- Bước 1 (Làm quen bàn thí nghiệm): Màu sắc không đổi có phải là phản ứng đã dừng lại không? — Kết luận: Cân bằng hóa học là cân bằng động: v(thuận) = v(nghịch) ≠ 0, nồng độ các chất không đổi. "Màu sắc không đổi" không có nghĩa là phản ứng dừng lại; để xác định "chuyển dịch về phía nào" cần so sánh Q với K. |
Fe³⁺ + 3SCN⁻ ⇌ Fe(SCN)₃ - Bước 2 (Thêm FeCl₃ vào ống sắt): Nhỏ thêm 5 giọt FeCl₃, tại sao màu đỏ máu lại đậm hơn? — Kết luận: Tại thời điểm vừa thêm chất phản ứng, Q giảm xuống (< K), tốc độ phản ứng thuận lớn hơn phản ứng nghịch nên cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận; khi đạt cân bằng mới thì Q bằng K trở lại. |
Fe³⁺ + 3SCN⁻ ⇌ Fe(SCN)₃ - Bước 3 (Thêm bột sắt giảm Fe³⁺): Tại sao sau khi thêm bột sắt thì màu đỏ lại nhạt đi? — Kết luận: Bột sắt khử Fe³⁺ thành Fe²⁺ (2Fe³⁺ + Fe = 3Fe²⁺), làm nồng độ c(Fe³⁺) giảm xuống → Q tăng lên lớn hơn K → cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch. |
2Fe³⁺ + Fe = 3Fe²⁺ - Bước 4 (Thêm kiềm vào ống Cr): Nhỏ 5 giọt NaOH, tại sao dung dịch từ màu da cam lại chuyển sang màu vàng? — Kết luận: Thêm kiềm (OH⁻) trung hòa ion H⁺ làm Q giảm (< K) → cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận: Cr₂O₇²⁻ + H₂O ⇌ 2CrO₄²⁻ + 2H⁺ chuyển dịch theo chiều tạo ra CrO₄²⁻ (màu vàng). |
Cr₂O₇²⁻ + H₂O ⇌ 2CrO₄²⁻ + 2H⁺ - Bước 5 (Thêm acid vào ống Cr): Tiếp tục nhỏ dung dịch H₂SO₄ vào, tại sao màu vàng lại chuyển ngược về màu da cam? — Kết luận: Thêm acid làm tăng nồng độ c(H⁺), khiến Q tăng (> K) → cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch, dung dịch trở về màu da cam của Cr₂O₇²⁻. |
Cr₂O₇²⁻ + H₂O ⇌ 2CrO₄²⁻ + 2H⁺ - Bước 6 (Bể nóng và bể đá): Cùng một bình cầu khí, tại sao ngâm trong nước nóng màu nâu đỏ đậm lên, còn ngâm trong nước đá màu lại nhạt đi? — Kết luận: Phản ứng 2NO₂ (nâu đỏ) ⇌ N₂O₄ (không màu) có chiều thuận tỏa nhiệt (ΔH = −56.9 kJ/mol): nhiệt độ làm thay đổi trực tiếp hằng số K. Khi tăng nhiệt độ thì K giảm → Q > K → chuyển dịch theo chiều nghịch (tạo thêm NO₂, màu nâu đỏ đậm lên); khi hạ nhiệt độ thì K tăng → Q < K → chuyển dịch theo chiều thuận (màu nhạt đi). |
2NO₂ ⇌ N₂O₄ ΔH = −56.9 kJ/mol - Bước 7 (Quan sát vi mô): Đằng sau sự đổi màu, các hạt vi mô đang hoạt động như thế nào? — Kết luận: Trạng thái cân bằng không phải là "các hạt đứng yên", mà là tốc độ chuyển hóa thuận và nghịch bằng nhau; khi điều kiện thay đổi, hai tốc độ không còn bằng nhau làm số lượng hạt biến đổi cho đến khi thiết lập lại Q = K mới. |
v(thuận) = v(nghịch) (Cân bằng động) - Bước 8 (Sai số · Đọc số đo): Tại sao khi khảo sát ảnh hưởng của nồng độ, bắt buộc phải đợi nhiệt độ trở về nhiệt độ phòng rồi mới so sánh màu sắc? — Kết luận: Khi nhiệt độ chưa hồi phục về nhiệt độ phòng, màu sắc quan sát được bị trộn lẫn thêm hiệu ứng nhiệt độ làm số đo lệch cao; muốn khảo sát riêng ảnh hưởng của nồng độ thì bắt buộc phải cố định nhiệt độ (nguyên tắc kiểm soát biến số). |
Cùng thời điểm, cùng nhiệt độ, cùng thể tích mới có thể so sánh - Bước 9 (Thực hành đánh giá): Khảo sát: Bạn có thể điều chỉnh độ đậm màu đỏ đạt c ≥ 1.00 mmol/L và giữ ổn định không? — Kết luận: Chọn đúng thuốc thử và nhỏ đúng lượng theo SGK (5 giọt FeCl₃ → 1.095 mmol/L), đồng thời dựa vào chỉ số nồng độ c chứ không chỉ ước lượng bằng mắt. |
Fe³⁺ + 3SCN⁻ ⇌ Fe(SCN)₃
Xem trang chi tiết bài giảng, hướng dẫn lớp học và câu hỏi ôn tập Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển dịch cân bằng hóa học · Trang chủ VietLab 3D