Hướng dẫn giải nhanh hoá học 11 CTST bài 1: Khái niệm về cân bằng hoá học

KHỞI ĐỘNG

Câu hỏi: Trong các phản ứng hóa học, có một loại phản ứng trong đó các chất sản phẩm có khả năng phản ứng tạo để tạo thành các chất đầu. Do vậy, phản ứng xảy ra không hoàn toàn và thường có hiệu suất không cao. Phản ứng tổng hợp Amonia từ Nitrogen và hydrogen thuộc loại phản ứng này. Các phản ứng này được gọi là phản ứng gì? Để tăng hiệu suất của chúng cần điều chỉnh những điều kiện phản ứng như nhiệt độ, áp suất, nồng độ,... như thế nào?

Hướng dẫn trả lời:

Đây là phản ứng thuận nghịch

Để tăng hiệu suất phản ứng người ta thường vận dụng nguyên lí chuyển dịch cân bằng Le Chatelier để chuyển dịch cân bằng

1. PHẢN ỨNG MỘT CHIỀU, PHẢN ỨNG THUẬN NGHỊCH VÀ CÂN BẰNG HOÁ HỌC

Bài 1: Dựa vào phương trình hóa học của phản ứng điều chế khí Oxyden từ KMnO₄. Em hãy cho biết phản ứng có xảy ra theo chiều ngược lại hay không?

Hướng dẫn trả lời:

2KMnO₄ $\overset{t^{o}}{\rightarrow}$ K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂

Phản ứng không xảy ra theo chiều ngược lại

Bài 2: Viết phương trình hóa học của một số phản ứng một chiều mà em biết.

Hướng dẫn trả lời:

NaOH + 2HCl → NaCl + H₂O

Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂

Bài 3: Phản ứng Cl₂ tác dụng với H₂O có đặc điểm gì khác với phản ứng nhiệt phân thuốc tím?

Hướng dẫn trả lời:

Khi cho khí Cl₂ tác dụng với nước, sản phẩm sinh ra có khả năng phản ứng tạo để tạo thành các chất đầu. 

Cl₂(aq) + H₂O(l) ⇌ HCl(aq) + HClO(aq)

Phản ứng thuận: Cl₂ + H₂O → HCl + HClO.

Phản ứng nghịch: HCl + HClO → Cl₂ + H₂O.

Bài 4: Trên thực tế có các phản ứng sau:

2 H₂ + O₂ →  2H₂O (1)

2H₂O $\overset{dienphan}{\rightarrow}$ 2H₂ + O₂  (2)

Vậy có thể viết: 2H₂ + O₂ ⇌ 2H₂O được không? Vì sao?

Hướng dẫn trả lời:

Không thể viết: 2H₂ + O₂ ⇌ 2H₂O được vì không cùng điều kiện phản ứng

Bài 5: Quan sát hình 1.1, nhận xét sự biến thiên nồng độ của các chất trong hệ phản ứng theo thời gian (với điều kiện nhiệt độ không đổi)

Hướng dẫn trả lời:

Hai chất N₂, H₂ nồng độ giảm dần và NH₃ nồng độ tăng dần và đến một thời điểm nồng độ các chất không đổi theo thời gian

Bài 6: Quan sát hình 1.2, nhận xét về tốc độ phản ứng thuận và tốc độ phản ứng theo thời gian trong điều kiện nhiệt độ không đổi.

Hướng dẫn trả lời:

Tốc độ của phản ứng thuận bằng tốc độ của phản ứng nghịch sau một thời giam nhất định

2. HẰNG SỐ CÂN BẰNG CỦA PHẢN ỨNG THUẬN NGHỊCH

Bài 1: Sử dụng dữ liệu bảng 1.1, hãy tính giá trị của biểu    thức [N₂O₄][NO₂]² trong 5 thí nghiệm nhận xét giá trị thu được từ các thí nghiệm khác nhau

Bảng 1.1 Dữ liệu thực hiện về nồng độ các khí trước và sau khi hệ đạt trạng thái cân bằng ở 25^oC

Hướng dẫn trả lời:

Nhận xét: từ các thí nghiệm khác nhau giá trị [N₂O₄][NO₂]² gần bằng nhau (xấp xỉ)

Bài 2: Viết các biểu thức tính tốc độ phản ứng thuận và tốc độ phản ứng nghịch của phản ứng thuận nghịch sau, biết phản ứng thuận và phản ứng nghịch đều là phản ứng đơn giản

aA + bB ⇌ cC + dD

Lập tỉ lệ giữa hằng số tốc độ phản ứng thuận và hằng số tốc độ phản ứng nghịch ở trạng thái cân bằng.

Hướng dẫn trả lời:

Biểu thức

- Tốc độ phản ứng thuận: v_t=k_t[A]^a[B]^b

- Tốc độ phản ứng nghịch: v_n=k_n[C]^c[D]^d

Ở trạng thái cân bằng vt= v_n ⇔ k_t[A]^a[B]^b = k_n[C]^c[D]^d

$\Leftrightarrow \frac{[C]^{c}[D]^{d}}{[A]^{a}[B]^{b}}=\frac{k_{t}}{k_{n}}$

Bài 3: Cho hệ cân bằng sau: 

2SO₂ (g) + O₂ (g) ⇌ 2SO₃ (g)

Viết biểu thức tính hằng số cân bằng K_C của phản ứng trên.

Hướng dẫn trả lời:

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

3. SỰ CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG HOÁ HỌC

Bài 1: Nêu hiện tượng xảy ra trong thí nghiệm 1, từ đó cho biết chiều chuyển dịch cân bằng của phản ứng trong bình (2) và bình (3).

Hướng dẫn trả lời:

Chuyển dịch cân bằng của phản ứng:

- Ở bình (2) Khi giảm nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều phản ứng thuận (giảm tác động giảm nhiệt độ).

- Ở bình (3): Khi tăng nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều phản ứng nghịch (giảm tác động tăng nhiệt độ).

Bài 2: Nhận xét hiện tượng xảy ra trong thí nghiệm 2

Hướng dẫn trả lời:

Hiện tượng: Bình 1 làm phenolphthalein chuyển màu hồng --> có sinh ra NaOH --> phản ứng xảy ra theo chiều thuận

Bài 3: Khi đun nóng phản ứng trong bình (1) chuyển dịch xảy ra theo chiều nào?

Hướng dẫn trả lời:

Phản ứng xảy ra theo chiều thuận

4. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÂN BẰNG HOÁ HỌC

Bài 1: Cho biết chiều nào của phản ứng (1) là chiều thu nhiệt và chiều nào là chiều tỏa nhiệt?

Hướng dẫn trả lời:

Phản ứng thuận tỏa nhiệt vì ΔH = −58kJ < 0

Phản ứng nghịch thu nhiệt vì ΔH =+58kJ > 0

Bài 2: Từ hiện tượng ở thí nghiệm 1, cho biết khi làm lạnh bình (2) và khi làm nóng bình (3) thì cân bằng trong mỗi bình chuyển dịch theo chiều toả nhiệt hay thu nhiệt.

Hướng dẫn trả lời:

- Bình (2) cân bằng chuyển dịch theo chiều phản ứng tỏa nhiệt (giảm tác động giảm nhiệt độ).

- Bình (3) cân bằng chuyển dịch theo chiều phản ứng thu nhiệt (giảm tác động tăng nhiệt độ).

Bài 3: Người ta thường sản xuất vôi bằng phản ứng nhiệt phân Calcium carbonate theo phương trình phản ứng hóa học sau

CaCO_{3 (s)} ⇌ CaO(s) + CO₂(s)  ΔrH⁰₂₉₈ = 178,49 kJ

Để nâng cao hiệu suất phản ứng ảnh sản xuất vôi cần điều chỉnh nhiệt độ như thế nào. Giải thích.

Hướng dẫn trả lời:

-Cần tăng nhiệt độ phản ứng

vì ΔrH^o₂₉₈ > 0 --> phản ứng thu nhiệt

Khi tăng nhiệt phản ứng --> phản ứng xảy ra theo chiều thuận ( chiều phản ứng thu nhiệt) --> nâng cao hiệu suất.

Bài 4: Khi đẩy hoặc kéo pit-tong thì số mol khí ở hệ (2) thay đổi như thế nào?

Hướng dẫn trả lời:

Khi đẩy pit-tong ---> thể tích của hệ giảm ---> lúc này màu nâu đỏ nhạt dần ---> số mol khí của hệ giảm

Khi kéo pit tong ra ---> thể tích hệ tăng ---> màu nâu đậm dần ---> số mol khí của hệ tăng

Bài 5: Phản ứng tổng hợp Amonia

  N_2(g) + 3H₂(g)  ⇌ 2NH_3(g)

Để thu được NH₃ với hiệu suất cao, cần điều chỉnh áp suất như thế nào?

Hướng dẫn trả lời:

Vì phản ứng theo chiều thuận nên ta phải tăng áp suất.

Bài 6: Hãy cho biết cân bằng chuyển dịch theo chiều nào khi thêm một lượng khí CO vào hệ cân bằng (3)

Hướng dẫn trả lời:

Cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch 

Bài 7: Trong các hang động đá vôi thường xảy ra hiện tượng hình thành thạch nhũ và xâm thực của nước mưa vào đá vôi theo phương trình hóa học sau

CaCO₃ + H₂O + CO₂ ⇌ Ca(HCO₃)₂

Hãy giải thích các quá trình này.

Hướng dẫn trả lời:

Phản ứng theo chiều thuận giải thích sự xâm thực đá vôi của nước mưa do Nước mưa khí quyển có chứa CO₂ sẽ hòa tan rất mạnh các khoáng vật thuộc nhóm carbonate, sulfate, chuyển thành Calcium carbonate.

Phản ứng theo chiều nghịch giải thích sự tạo thành thạch nhũ trong các hang động do khi Calcium hydrogencarbonate hòa tan trong nước đi gặp chướng ngại vật, nhỏ giọt rơi xuống đáy hang. Do không khí trong hang có nhiệt độ cao nên xảy ra phản ứng nghịch chuyển thành Calcium carbonate, carbon dioxide và hơi nước. Calcium carbonate là chất khó hòa tan nên tách ra khỏi dung dịch và kết tủa lại nơi giọt nước rơi xuống, cứ thế tạo thành các nhũ đá trên trần hang có hình nón lộn ngược.

BÀI TẬP

Bài 1: Hằng số cân bằng K_C của một phản ứng thuận nghịch phụ thuộc vào yếu tố nào sau đây?

A. Nồng độ.        B. nhiệt độ              C. Áp suất.            D. Chất xúc tác.

Hướng dẫn trả lời:

Đáp án: B

Bài 2: Yếu tố nào sau đây luôn luôn không làm chuyển dịch cân bằng của hệ phản ứng?

A. Nồng độ.        B. nhiệt độ              C. Áp suất.            D. Chất xúc tác.

Hướng dẫn trả lời:

Đáp án: D

Bài 3: Viết biểu thức tính K_C cho các phản ứng sau...

Hướng dẫn trả lời:

(1) $K_{C}=\frac{[CaO].[CO_{2}]}{[CaCO_{3}]}$

(2) $K_{C}=\frac{[CuO]^{2}}{[CuO]^{2}[O_{2}]^{1/2}}$

Bài 4: Xét các hệ cân bằng sau trong một bình kín...

Các cân bằng trên chuyển dịch theo chiều nào khi thay đổi một trong các yếu tố sau 

(1) Tăng nhiệt độ 

(2) Thêm lượng hơi nước vào hệ 

(3) Thêm khí H₂ vào hệ 

(4) Tăng áp suất chung bằng cách nén cho thể tích của hệ giảm xuống

(5) Dùng chất xúc tác 

Hướng dẫn trả lời:

Bài 5: Cho phản ứng sau

COCl₂ ⇌ Cl₂ + CO K_c = 8,2 .10⁻² ở 900k

Tại trạng thái cân bằng nếu nồng độ CO và Cl₂ đều bằng 0,15 M thì nồng độ độ COCl₂ là bao nhiêu?

Hướng dẫn trả lời:

Ta có biểu thức

--> [COCl₂] = $\frac{0,15.0,15}{8,2.10^{-2}}$= 0,2744M