Giải sách bài tập Hóa học 11 Kết nối bài 1: Khái niệm về cân bằng hóa học

Bài tập 1.1: Phản ứng nào sau đây là phản ứng thuận nghịch?

A. Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂.

B. 2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃.

C. C₂H₅OH + 3O₂ $\overset{t^{o}}{\rightarrow}$ 2CO₂ + 3H₂O.

D. 2KClO₃ $\overset{t^{o}}{\rightarrow}$ 2KCl + 3O₂.

Hướng dẫn trả lời:

Chọn đáp án B.

Phản ứng thuận nghịch là phản ứng xảy ra theo 2 chiều trái ngược nhau trong cùng điều kiện.

Bài tập 1.2: Cho 5 mol H₂ và 5 mol I₂ vào bình kín dung tích 1 lít và nung nóng đến 227^oC. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi nồng độ các chất theo thời gian được cho trong hình sau:

Nồng độ của HI ở trạng thái cân bằng là

A. 0,68 M.

B. 5,00 M.

C. 3,38 M.

D. 8,64 M.

Hướng dẫn trả lời:

Chọn đáp án D.

Phương trình phản ứng: H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2HI(g)

Nhìn vào đồ thị ta thấy ở trạng thái cân bằng, ta có:

[H₂] = [I₂] = 0,68 M ; [HI] = 8,64M.

Bài tập 1.3: Cho phản ứng hoá học sau: Br₂(g) + H₂(g) ⇌ 2HBr(g)

Biểu thức hằng số cân bằng (K_C) của phản ứng trên là

A. K_C = $\frac{2[HBr]}{[Br_{2}][H_{2}]}$

B. K_C = $\frac{[HBr]^{2}}{[H_{2}][Br_{2}]}$

C. K_C = $\frac{[H_{2}][Br_{2}]}{[HBr]^{2}}$

D. K_C = $\frac{[H_{2}][Br_{2}]}{2[HBr]}$

Hướng dẫn trả lời:

Chọn đáp án B.

Biểu thức hằng số cân bằng (Kc) của phản ứng trên là:

K_C = $\frac{[HBr]^{2}}{[H_{2}][Br_{2}]}$.

Bài tập 1.4: Cho phản ứng hoá học sau: PCl₃(g) + Cl₂ ⇌ PCl₅(g)

Ở T °C, nồng độ các chất ở trạng thái cân bằng như sau: [PCl₅] = 0,059 mol/L; [PCl₃] = [Cl₂] = 0,035 mol/L.

Hằng số cân bằng (K_C) của phản ứng tại T °C là

A. 1,68.                      B. 48,16.                      C. 0,02.                      D. 16,95.

Hướng dẫn trả lời:

Chọn đáp án B.

Hằng số cân bằng K_C của phản ứng tại T °C là :

$K_{C}=\frac{[PCl_{5}]}{[PCl_{3}][Cl_{2}]}=\frac{0,059}{0,035.0,035}$ = 48,16.

Bài tập 1.5: Cho phản ứng hoá học sau:

N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)                                 $\Delta _{r}H^{o}_{298}$ = -92 kJ

Yếu tố nào sau đây cần tác động để cân bằng trên chuyển dịch sang phải?

A. Thêm chất xúc tác.

B. Giảm nồng độ N₂ hoặc H₂.

C. Tăng áp suất.

D. Tăng nhiệt độ.

Hướng dẫn trả lời:

Chọn đáp án C.

Khi tăng áp suất, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm áp suất tức là chuyển dịch theo chiều giảm số mol khí => Khi tăng áp suất, cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận (chuyển dịch sang phải).

Bài tập 1.6: Cân bằng hoá học nào sau đây không bị chuyển dịch khi thay đổi áp suất?

A. 2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g)

B. C(s) + H₂O(g) ⇌ CO(g) + H₂(g)

C. PCl₃(g) + Cl₂(g) ⇌ PCl₅(g)

D. 3Fe(s) + 4H₂O(g) ⇌ Fe₃O₄(s) + 4H₂(g)

Hướng dẫn trả lời:

Chọn đáp án D.

Khi thay đổi áp suất, cân bằng không bị chuyển dịch khi tổng số mol khí ở chất phản ứng bằng tổng số mol khí ở sản phẩm.

Bài tập 1.7: Cho cân bằng hoá học sau:

4NH₃(g) + 5O₂(g) ⇌ 4NO(g) + 2H₂O(g)               $\Delta _{r}H^{o}_{298}$ = - 905 kJ

Yếu tố nào sau đây cần tác động để cân bằng trên chuyển dịch sang phải?

A. Giảm nhiệt độ.

B. Tăng áp suất.

C. Giảm nồng độ của O₂.

D. Thêm xúc tác Pt.

Hướng dẫn trả lời:

Chọn đáp án A.

$\Delta _{r}H^{o}_{298}$ = - 905 kJ < 0 => Phản ứng tỏa nhiệt.

Khi giảm nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm tăng nhiệt độ (chiều tỏa nhiệt) tức là chiều thuận (chuyển dịch sang phải).\

Bài tập 1.8: Cho phản ứng hoá học sau: N₂O₄(g) ⇌ 2NO₂(g)                K_C = 4,84.10^-3

Phương án nào sau đây là nồng độ của các chất tại thời điểm cân bằng?

A. [N₂O₄(g)] = 4,84.10^-1 M; [NO₂(g)] = 1,0.10^-4 M.

B. [N₂O₄(g)] = 1,0.10^-1 M; [NO₂(g)] = 4,48.10^-4 M.

C. [N₂O₄(g)] = 1,0.10^-1 M; [NO₂(g)] = 2,20.10^-2 M.

D. [N₂O₄(g)] = 5,0.10^-2 M; [NO₂(g)] = 1,10.10^-2 M.

Hướng dẫn trả lời:

Chọn đáp án C.

Tại thời điểm cân bằng: $K_{C}=\frac{[NO_{2}]^{2}}{[N_{2}O_{4}]}$ = 4,84.10^-3.

Vậy cặp giá trị [N₂O₄(g)] = 1,0.10^-1 M; [NO₂(g)] = 2,20.10^-2 M là thỏa mãn.

Bài tập 1.9: Cho các phản ứng hoá học sau:

(1) 2NO(g) + O₂(g) ⇌ 2NO₂(g)                          $\Delta _{r}H^{o}_{298}$ = -115 kJ

(2) 2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g)                          $\Delta _{r}H^{o}_{298}$ = -198 kJ

(3) N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)                           $\Delta _{r}H^{o}_{298}$ = -92 kJ

(4) C(s) + H₂O(g) ⇌ CO(g) + H₂(g)                  $\Delta _{r}H^{o}_{298}$ = 130 kJ

(5) CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g)                     $\Delta _{r}H^{o}_{298}$ = 178 kJ

a) Các phản ứng toả nhiệt là

A. (1); (2) và (3).

B. (1) và (3).

C. (1), (2), (4) và (5).

D. (1); (2); (3) và (5).

b) Khi tăng nhiệt độ, các cân bằng hoá học chuyển dịch theo chiều thuận là

A. (1); (2) và (3).

B. (1); (2) và (5).

C. (4) và (5).

D. (3) và (5).

c) Khi tăng áp suất, các cân bằng hoá học chuyển dịch theo chiều thuận là

A. (1); (2) và (3).

B. (1); (3) và (5).

C. (2); (3) và (4).

D. (3); (4) và (5).

Hướng dẫn trả lời:

a) Chọn đáp án A

Phản ứng tỏa nhiệt là phản ứng có $\Delta _{r}H^{o}_{298}$ < 0.

=> Các phản ứng tỏa nhiệt là (1); (2) và (3).

b) Chọn đáp án C

Khi tăng nhiệt độ, các cân bằng hoá học chuyển dịch theo chiều làm giảm nhiệt độ, tức là chiều thu nhiệt. Các phản ứng thu nhiệt là các phản ứng có $\Delta _{r}H^{o}_{298}$ > 0.

Vậy khi tăng nhiệt độ, các cân bằng hoá học chuyển dịch theo chiều thuận là các phản ứng (4) và (5).

c) Chọn đáp án A

Khi tăng áp suất, các cân bằng hoá học chuyển dịch theo chiều làm giảm áp suất, tức là giảm số mol khí. Vậy các phản ứng chuyển dịch theo chiều thuận khi tăng áp suất là phản ứng (1); (2) và (3).

Bài tập 1.10: Các kết quả trong bảng sau đây được ghi lại từ hai thí nghiệm giữa khí sulfur dioxide và khí oxygen để tạo thành khí sulfur trioxide ở 600 °C. Tính giá trị K_C ở hai thí nghiệm và nhận xét kết quả thu được.

Hướng dẫn trả lời:

Phương trình hóa học: 2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g)

Hằng số cân bằng của phản ứng là:

$K_{C}=\frac{[SO_{3}]^{2}}{[SO_{2}]^{2}][O_{2}]}$

Thí nghiệm 1: $K_{C}=\frac{[SO_{3}]^{2}}{[SO_{2}]^{2}][O_{2}]}=\frac{3,5^{2}}{1,5^{2}.1,25}$ = 4,355.

Thí nghiệm 1: $K_{C}=\frac{[SO_{3}]^{2}}{[SO_{2}]^{2}][O_{2}]}=\frac{0,26^{2}}{0,59^{2}.0,045}$ = 4,315.

Nhận xét: Giá trị Kc ở hai thí nghiệm gần bằng nhau, mặc dù nồng độ các chất khác nhau.

Bài tập 1.11: Polystyrene là một loại nhựa thông dụng được dùng để làm đường ống nước. Nguyên liệu để sản xuất polystyrene là styrene  (C₆H₅CH=CH₂). Styrene được điều chế từ phản ứng sau:

C₆H₅CH₂CH₃(g) ⇌ C₆H₅CH=CH₂(g) + H₂(g)                   $\Delta _{r}H^{o}_{298}$ = 123 kJ

Cân bằng hoá học của phản ứng trên sẽ chuyển dịch theo chiều nào nếu:

a) Tăng áp suất của bình phản ứng.

b) Tăng nhiệt độ của phản ứng.

c) Tăng nồng độ của C₆H₅CH₂CH₃.

d) Thêm chất xúc tác.

e) Tách styrene ra khỏi bình phản ứng.

Hướng dẫn trả lời:

C₆H₅CH₂CH₃(g) ⇌ C₆H₅CH=CH₂(g) + H₂(g)

a) Tăng áp suất của bình phản ứng: Cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch là chiều làm giảm số mol khí.

b) Tăng nhiệt độ của phản ứng: Cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận tức chiều phản ứng thu nhiệt.

c) Tăng nồng độ của C₆H₅CH₂CH₃: Cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận, là chiều làm giảm nồng độ của C₆H₅CH₂CH₃.

d) Thêm chất xúc tác: Cân bằng không chuyển dịch. Chất xúc tác chỉ làm tăng tốc độ của cả phản ứng thuận và phản ứng nghịch, làm phản ứng nhanh đạt đến trạng thái cân bằng.

e) Tách styrene ra khỏi bình phản ứng: Cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận, là chiều làm tăng nồng độ styrene.

Bài tập 1.12: Phosphorus trichloride (PCl₃) phản ứng với chlorine (Cl₂) tạo thành phosphorus pentachloride (PCl₅) theo phản ứng:

PCl₃(g) + Cl₂ ⇌ PCl₅(g)

Cho 0,75 mol PCl₃ và 0,75 mol Cl₂ vào bình kín dung tích 8 lít ở 227°C. Tính nồng độ các chất ở trạng thái cân bằng, biết giá trị hằng số cân bằng K_C ở 227°C là 49.

Hướng dẫn trả lời:

PTHH:                  PCl₃(g)       +           Cl₂             ⇌           PCl₅(g)

Ban đầu:              $\frac{0,75}{8}$       $\frac{0,75}{8}$                                 (mol/L)

Cân bằng:            $\frac{0,75-x}{8}$   $\frac{0,75-x}{8}$       x                      (mol/L)

Ta có: K_C = $K_{C}=\frac{[PCl_{5}]}{[PCl_{3}][Cl_{2}]}=\frac{x}{\left ( \frac{0,75-x}{8} \right )^{2}}$ = 49.

=> x = [PCl₅] ≈ 0,059 mol/L.

[PCl₃] = [Cl₂] ≈ 0,0347 mol/L.

Bài tập 1.13: Trong một bình kín xảy ra cân bằng hoá học sau:

H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2HI(g)

Cho 1 mol H₂ và 1 mol I₂ vào bình kín, dung tích 2 lít. Lượng HI tạo thành theo thời gian được biểu diễn bằng đồ thị sau:

a) Xác định nồng độ các chất ở thời điểm cân bằng.

b) Tính hằng số cân bằng K_C.

c) Tính hiệu suất của phản ứng.

Hướng dẫn trả lời:

a) Số mol HI tại thời điểm cân bằng là 1,5 mol => Số mol H₂ và I₂ phản ứng là 0,75 mol.

Nồng độ các chất tại thời điểm cân bằng:

[H₂] = [I₂] = 1,0 - $\frac{0,075}{2}$ = 0,0125 (mol/L)

[HI] = $\frac{1,5}{2}$ = 0,75 (mol/L)

b)                                        H₂(g)   +   I₂(g) ⇌ 2HI(g)

Lượng chất ban đầu :           1              1           0               (mol)

Lượng chất phản ứng:        0,85           0,85      1,7            (mol)

Nồng độ tại cân bằng:  $\frac{0,25}{2}$    $\frac{0,25}{2}$    $\frac{1,5}{2}$          (mol/L)

Hằng số cân bằng (K_C): $K_{C}=\frac{\left ( \frac{1,5}{2} \right )^{2}}{\frac{0,25}{2}.\frac{0,25}{2}}$ = 36.

c) Hiệu suất phản ứng: H% = $\frac{0,75.100\%}{1,0}$ = 75%

Bài tập 1.14: Khi xăng cháy trong động cơ ô tô sẽ tạo ra nhiệt độ cao, lúc đó N₂ phản ứng với O₂ tạo thành NO:

N₂(g) + O₂(g) ⇌ 2NO(g)             (1)

NO khi được giải phóng ra không khí nhanh chóng kết hợp với O₂ tạo thành NO₂ là một khí gây ô nhiễm môi trường. Ở 2000^oC, hằng số cân bằng K_C của phản ứng (1) là 0,01.

Nếu trong bình kín dung tích 1 lít có 4 mol N₂ và 0,1 mol O₂ thì ở 2000^oC lượng khí NO tạo thành là bao nhiêu (giả thiết NO chưa phản ứng với O₂)?

Hướng dẫn trả lời:

Phương trình phản ứng: N₂(g)   + O₂(g)        ⇌       2NO(g)

Ban đầu:                          4                  0,1               0        (mol/L)

Cân bằng:               $\frac{4-x}{1}$    $\frac{0,1-x}{1}$   2x      (mol/L)

Hằng số cân bằng: $K_{C}=\frac{4x^{2}}{(0,1-x).(4-x)}$ = 0,01 => x ≈ 0,027.

Vậy số mol khí NO tạo thành là: 2x.1 = 0,054 (mol).

Bài tập 1.15: Trong dung dịch muối CoCl₂ (màu hồng) tồn tại cân bằng hoá học sau:

[Co(H₂O)₆]²⁺ + 4Cl- ⇌ [CoCl₄]^2- + 6H₂O                    $\Delta _{r}H^{o}_{298}$ > 0

màu hồng                    màu xanh

Dự đoán sự biến đổi màu sắc của ống nghiệm đựng dung dịch CoCl₂ trong các trường hợp sau:

a) Thêm từ từ HCl đặc.

b) Ngâm ống nghiệm vào cốc nước nóng.

c) Thêm một vài giọt dung dịch AgNO₃.

Hướng dẫn trả lời:

Xét cân bằng:

[Co(H₂O)₆]²⁺ + 4Cl- ⇌ [CoCl₄]^2- + 6H₂O                    $\Delta _{r}H^{o}_{298}$ > 0

màu hồng                    màu xanh

a) Thêm HCl: Cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm nồng độ [Cl^-], tức là chuyển dịch theo chiều thuận, dung dịch chuyển màu xanh.

b) Ngâm ống nghiệm vào cốc nước nóng: Cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận (chiều thu nhiệt), dung dịch chuyển màu xanh.

c) Thêm một vài giọt dung dịch AgNO₃: Ag⁺ + Cl^- → AgCl (kết tủa trắng), nồng độ Cl^- giảm, cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch, dung dịch màu hồng.