Tại nhiệt độ không đổi, ở trạng thái cân bằng: Đáp án A

Câu hỏi: Tại nhiệt độ không đổi, ở trạng thái cân bằng,

• A. nồng độ của các chất trong hỗn hợp phản ứng không thay đổi.
• B. nồng độ của các chất trong hỗn hợp phản ứng vẫn liên tục thay đổi.

Đáp án đúng là A. Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng ở nhiệt độ không đổi, nồng độ của các chất trong hỗn hợp phản ứng giữ nguyên theo thời gian, vì tốc độ phản ứng thuận đã bằng tốc độ phản ứng nghịch.

Vì sao đáp án A đúng

Tại trạng thái cân bằng hóa học, nồng độ của các chất không đổi theo thời gian. Đây là một trạng thái cân bằng động, không phải trạng thái phản ứng đã dừng lại.

Cân bằng hóa học đạt được khi tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch. Từ thời điểm đó, phản ứng vẫn tiếp diễn về cả hai chiều, nhưng mỗi khoảng thời gian lại có đúng bằng lượng phân tử chất phản ứng được tạo ra từ chiều nghịch và bằng lượng phân tử sản phẩm bị chuyển hóa ngược trở lại. Kết quả là số lượng phân tử tạo thành bằng số lượng phân tử bị phân hủy, cho nên nhìn ở tầm vĩ mô, hỗn hợp phản ứng đạt trạng thái ổn định và nồng độ các chất là không đổi.

Điều kiện nhiệt độ không đổi trong đề có vai trò quan trọng. Hằng số cân bằng của một phản ứng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, nên giữ nhiệt độ cố định là cách để trạng thái cân bằng không bị xáo trộn. Nếu thay đổi nhiệt độ, cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều thu nhiệt hoặc tỏa nhiệt tương ứng, và nồng độ các chất lại thay đổi cho đến khi đạt cân bằng mới.

Vì sao phương án B sai

Phương án B cho rằng nồng độ các chất vẫn liên tục thay đổi, điều này trái với định nghĩa trạng thái cân bằng. Đây là phương án dễ nhầm nhất trong câu hỏi, vì ở trạng thái cân bằng các phản ứng vi mô vẫn diễn ra không ngừng, dễ khiến người học nghĩ rằng nồng độ phải thay đổi theo.

Cần phân biệt hai mức độ quan sát. Ở cấp độ phân tử, các chất vẫn tương tác và chuyển hóa liên tục nên phản ứng được gọi là “phản ứng thuận nghịch, xảy ra theo cả hai chiều”. Ở cấp độ khối lượng lớn, tốc độ hai chiều cân bằng nhau nên lượng chất mỗi loại trong hệ không đổi. Sự “liên tục thay đổi” chỉ đúng trong giai đoạn trước khi hệ đạt cân bằng, lúc mà nồng độ các chất còn biến thiên cho đến khi tốc độ hai chiều bằng nhau.

Một phản ứng càng có nhiều chất tham gia thì trước khi đạt cân bằng nồng độ biến thiên càng rõ, nhưng khi đã đạt cân bằng thì mọi phản ứng đều chung một đặc điểm: nồng độ không đổi theo thời gian.

Hệ thống kiến thức liên quan

Để phân biệt cân bằng hóa học với các trạng thái khác của phản ứng, cần nắm rõ các đặc điểm sau:

• Phản ứng đạt cân bằng khi tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch, ký hiệu t_thuận = t_nghịch.
• Tại cân bằng, nồng độ của tất cả các chất tham gia và sản phẩm trong hỗn hợp phản ứng không thay đổi theo thời gian.
• Cân bằng là cân bằng động: phản ứng không dừng, vẫn xảy ra đồng thời theo hai chiều ngược nhau, nhưng tốc độ hai chiều bằng nhau.
• Trạng thái cân bằng chỉ giữ nguyên khi các điều kiện bên ngoài như nhiệt độ, nồng độ, áp suất không bị thay đổi. Tác động làm thay đổi một trong các yếu tố này sẽ khiến cân bằng chuyển dịch.

Một ví dụ quen thuộc là phản ứng giữa khí H₂ và khí I₂ tạo thành HI trong bình kín. Nếu đậy kín bình và giữ nhiệt độ cố định, ban đầu nồng độ HI tăng còn H₂, I₂ giảm; đến khi tốc độ tạo HI bằng tốc độ HI phân hủy, cả ba chất đều giữ nồng độ không đổi, dù phản ứng vẫn tiếp diễn ở hai chiều.

Mẹo nhận diện dạng câu hỏi

Với câu hỏi về trạng thái cân bằng, từ khóa quyết định là cụm “không thay đổi”: ở cân bằng, nồng độ các chất luôn không đổi theo thời gian. Phương án nào nói nồng độ vẫn liên tục thay đổi là mô tả giai đoạn trước khi đạt cân bằng, không phải trạng thái cân bằng.

Ngoài ra, bám vào các dấu hiệu điều kiện để loại nhanh: nhiệt độ không đổi là dấu hiệu cân bằng không bị xáo trộn; nếu đề cho yếu tố thay đổi nhiệt độ, áp suất hay nồng độ thì đó là tình huống làm chuyển dịch cân bằng, chứ không còn là “trạng thái cân bằng” nữa.