Trạng thái cân bằng hóa học: đáp án và giải thích chi tiết

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. Nồng độ của các chất trong hỗn hợp phản ứng không thay đổi. Vì ở trạng thái cân bằng hóa học, tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch, nên lượng mỗi chất tạo ra đúng bằng lượng bị tiêu hao và nồng độ giữ nguyên theo thời gian.

Vì sao đáp án A đúng?

Căn cứ là định nghĩa: cân bằng hóa học là trạng thái của phản ứng thuận nghịch khi tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch (v thuận = v nghịch). Khi điều kiện này thỏa mãn, về mặt vi mô các phân tử vẫn tiếp tục tương tác và chuyển hóa theo cả hai chiều, nhưng số phân tử mỗi chất tạo thành trong một đơn vị thời gian đúng bằng số phân tử bị phân hủy. Kết quả là ở mức vĩ mô — những đại lượng ta đo được như nồng độ, thành phần hỗn hợp — hệ trở nên ổn định: nồng độ của tất cả các chất tham gia cũng như sản phẩm không còn thay đổi theo thời gian.

Điều kiện “nhiệt độ không đổi” trong đề không phải ngẫu nhiên. Hằng số cân bằng K chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ; giữ nguyên nhiệt độ (và không thêm, bớt chất, không đổi áp suất đối với hệ có chất khí) thì cân bằng hiện có được duy trì. Ví dụ với phản ứng N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃: khi đã đạt cân bằng, lấy mẫu khí phân tích ở các thời điểm khác nhau luôn cho cùng nồng độ N₂, H₂ và NH₃.

Vì sao đáp án B sai?

B khẳng định nồng độ “vẫn liên tục thay đổi” — đây là đặc trưng của hệ chưa đạt cân bằng, tức giai đoạn phản ứng vẫn đang chạy mạnh theo một chiều để dần thiết lập trạng thái cân bằng. Một hệ đã cân bằng mà nồng độ còn đổi liên tục thì chưa thể gọi là cân bằng.

B đúng ở chỗ dễ đánh lừa: nhiều học sinh nghe thuật ngữ “cân bằng động” — phản ứng vẫn xảy ra ở hai chiều ngược nhau — rồi vội suy ra nồng độ cũng vẫn thay đổi. Cần tách bạch hai ý: phản ứng tiếp diễn (đúng) và nồng độ thay đổi (sai), vì hai chiều chạy cùng tốc độ nên bù trừ cho nhau. Nếu tại nhiệt độ không đổi mà nồng độ vẫn liên tục thay đổi, kết luận duy nhất là hệ chưa đạt cân bằng hoặc đang có tác động từ bên ngoài vào hệ.

Hệ thống kiến thức liên quan

Câu hỏi này kiểm tra khả năng phân biệt giữa cân bằng động và sự thay đổi nồng độ liên tục. Các ý cần nắm:

• Cân bằng hóa học chỉ xảy ra với phản ứng thuận nghịch trong hệ kín.
• Dấu hiệu nhận biết cân bằng: tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch; nồng độ (thành phần) của hỗn hợp phản ứng không đổi theo thời gian.
• Tính chất của cân bằng: là cân bằng động — phản ứng không ngừng diễn ra theo hai chiều, nhưng hai chiều có tốc độ bằng nhau nên trạng thái vĩ mô đứng yên.
• Điều kiện duy trì cân bằng: nhiệt độ không đổi thì hằng số cân bằng không đổi; nếu thay đổi nồng độ, áp suất (với hệ có chất khí) hoặc nhiệt độ, cân bằng sẽ chuyển dịch và nồng độ các chất được thiết lập ở giá trị mới (nguyên lí chuyển dịch Le Chatelier).

Mẹo ghi nhớ và nhận diện nhanh

Thuộc câu chốt: “Cân bằng: phản ứng vẫn chạy, nồng độ đứng yên.” Gặp cụm “ở trạng thái cân bằng” trong đề, phương án nói “nồng độ, khối lượng, thành phần không đổi” gần như luôn đúng; còn “liên tục thay đổi” mô tả giai đoạn trước khi cân bằng. Chú ý đề cố tình ghi “tại nhiệt độ không đổi”: điều kiện này loại trừ trường hợp cân bằng chuyển dịch — chỉ khi nhiệt độ hoặc các yếu tố khác thay đổi thì nồng độ các chất mới có giá trị mới khác ban đầu.