Trang chủ » Giải hóa học 11 Cánh diều mới

Giải chi tiết Hóa học 11 Cánh diều mới bài 1: Mở đầu về cân bằng hóa học

Giải bài 1: Mở đầu về cân bằng hóa học sách Hóa học 11 cánh diều. Phần đáp án chuẩn, hướng dẫn giải chi tiết cho từng bài tập có trong chương trình học của sách giáo khoa. Hi vọng, các em học sinh hiểu và nắm vững kiến thức bài học.

MỞ ĐẦU

Khí NO₂ (màu nâu đỏ) liên tục chuyển hoá thành khí N₂O₄ (không màu) và ngược lại, tại một điều kiện xác định. Tại điều kiện này, khí NO₂ cũng như khí N₂O₄ trong các bình riêng biệt (Hình 1.1), sau một thời gian đều chuyển thành hỗn hợp khí có thành phần như nhau và không đổi theo thời gian.

Khí NO2 (màu nâu đỏ) liên tục chuyển hoá thành khí N2O4 (không màu) và ngược lại, tại một điều kiện xác định. Tại điều kiện này, khí NO2 cũng như khí N2O4 trong các bình riêng biệt (Hình 1.1), sau một thời gian đều chuyển thành hỗn hợp khí có thành phần như nhau và không đổi theo thời gian.

Tại thời điểm hỗn hợp khí trong hai bình có thành phần như nhau, có phản ứng diễn ra trong hai bình này hay không?

Hướng dẫn trả lời:

Tại thời điểm hỗn hợp khí trong hai bình có thành phần như nhau, có phản ứng diễn ra trong hai bình này nhưng tại trạng thái này tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch nên thành phần khí như nhau và không đổi.

I. KHÁI NIỆM PHẢN ỨNG THUẬN NGHỊCH VÀ TRẠNG THÁI CÂN BẰNG

Câu hỏi 1: Hãy nêu một số ví dụ về phản ứng thuận nghịch mà em biết.

Hướng dẫn trả lời:

Than cháy trong điều kiện thiếu không khí:

C + CO₂ ⇌ 2CO

Phản ứng thuận nghịch tạo thạch nhũ trong hang động

CaCO₃ + CO₂ + H₂O ⇌ Ca(HCO₃)₂

Ngoài ra

Cl₂ + H₂O ⇌ HCl + HClO

H₂O + CO₂ ⇌ H₂CO₃

Luyện tập 1: Phản ứng thuận nghịch có xảy ra hoàn toàn được không? Vì sao?

Hướng dẫn trả lời:

Phản ứng thuận nghịch không xảy ra hoàn toàn được.

Vì phản ứng thuận nghịch là phản ứng trong đó ở cùng điều kiện, xảy ra đồng thời sự chuyển chất phản ứng thành chất sản phẩm và sự chuyển chất sản phẩm thành chất phản ứng.

Câu hỏi 2: Xét Ví dụ 2:

a) Giải thích vì sao màu tím của hỗn hợp khí lại nhạt dần so với lúc mới bắt đầu trộn hai khí H₂ và l₂ với nhau.

b) Sau một khoảng thời gian, màu tím của hỗn hợp không thay đổi, chứng tỏ nồng độ của chất nào không thay đổi?

Hướng dẫn trả lời:

a) Vì H2 và l₂ phản ứng với nhau tạo HI là khí không màu, nồng độ I₂ giảm dần làm màu tím nhạt dần.

b) Sau một khoảng thời gian, màu tím của hỗn hợp không thay đổi, chứng tỏ nồng độ của I₂ không thay đổi.

Câu hỏi 3: Cho hai đồ thị (a) và (b) dưới đây. Mỗi đồ thị biểu diễn sự thay đổi tốc độ phản ứng thuận và tốc độ phản ứng nghịch theo thời gian.

Cho hai đồ thị (a) và (b) dưới đây. Mỗi đồ thị biểu diễn sự thay đổi tốc độ phản ứng thuận và tốc độ phản ứng nghịch theo thời gian.

Hãy cho biết đồ thị nào thể hiện đúng Ví dụ 2. Đường màu xanh trong đồ thị đó biểu diễn tốc độ phản ứng thuận hay tốc độ phản ứng nghịch?

Hướng dẫn trả lời:

Đồ thị a) thể hiện đúng Ví dụ 2 vì ở trạng thái cân bằng, tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch.

Đường màu xanh trong đồ thị đó biểu diễn tốc độ phản ứng nghịch.

Câu hỏi 4: Vì sao giá trị $\frac{k_{t}}{k_{n}}$ là một hằng số ở nhiệt độ xác định?

Hướng dẫn trả lời:

Vì $\frac{k_{t}}{k_{n}}$ chỉ phụ thuộc vào bản chất của các chất trong cân bằng và nhiệt độ.

=> Giá trị $\frac{k_{t}}{k_{n}}$ là một hằng số ở nhiệt độ xác định

II. BIỂU THỨC HẰNG SỐ CÂN BẰNG VÀ Ý NGHĨA

1. Biểu thức hằng số cân bằng

Câu hỏi 5: Viết biểu thức hằng số cân bằng K_C cho phản ứng thuận nghịch:

a) N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)

b) CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g)

Hướng dẫn trả lời:

a, $K_{C}=\frac{[NH_{3}]^{2}}{[N_{2}].[H_{2}]^{3}}$

b, K_C = [CO₂]

Câu hỏi 6: Viết biểu thức hằng số cân bằng K_C cho phản ứng (*), (**) dưới đây.

H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2HI(g) (*)

$\frac{1}{2}$ H₂(g) + $\frac{1}{2}$ I₂(g) ⇌ HI(g) (**)

Theo em, giá trị hai hằng số cân bằng này có bằng nhau không?

Hướng dẫn trả lời:

Hằng số cân bằng:

(*) $K_{C}=\frac{[HI]^{2}}{[H_{2}].[I_{2}]$

(**) $K_{C}=\frac{[HI]}{[H_{2}]^{\frac{1}{2}}.[I_{2}]^{\frac{1}{2}}$

2. Ý nghĩa của biểu thức hằng số cân bằng

Luyện tập 2: Trong công nghiệp, hydrogen được sản xuất từ phản ứng:

CH₄(g) + H₂O(g) ⇌ 3H₂(g) + CO(g)

a) Tính hằng số cân bằng K_C của phản ứng trên ở 760°C.

Biết ở nhiệt độ này, tất cả các chất đều ở thể khí và nồng độ mol của CH₄, H₂O, H₂ và CO ở trạng thái cần bằng lần lượt là 0,126 M; 0,242 M; 1,150 M và 0,126 M.

b*) Ở 760 °C, giả sử ban đầu chỉ có CH₄ và H₂O có nồng độ bằng nhau và bằng x M. Xác định x, biết nồng độ của H₂ ở trạng thái cân bằng là 0,6 M.

Hướng dẫn trả lời:

a, $K_{C}=\frac{[H_{2}]^{3}[CO]}{[CH_{4}].[H_{2}O]}$ = 5,46

b) Ở trạng thái cân bằng 3nH₂ = nCO.

=> [CO] = 0,6 : 3 = 0,2 M

[CH4] = [H2O] = x - 0,2

$K_{C}=\frac{[H_{2}]^{3}[CO]}{[CH_{4}].[H_{2}O]}$ = 5,46

=> x = 0,29M

Vận dụng 1: Hãy cho biết trong công nghiệp, để thu được nhiều NH₃ hơn thì cần tăng hay giảm nồng độ N₂ và H₂.

Hướng dẫn trả lời:

Để thu được nhiều NH3 hơn thì cần tăng nồng độ N2 và H2.

Câu hỏi 7: Hai acid HA và HB cùng nồng độ ban đầu là 0,5 M, phân li trong nước theo các cân bằng:

HA ⇌ H+ + A−

HB ⇌ H+ + B−

Với các hằng số cân bằng (hay gọi là hằng số phân li acid) tương ứng là K_C(HA) = 0,2 và K_C(HB) = 0,1. Tính nồng độ H+ của mỗi dung dịch acid. Rút ra kết luận về mối liên hệ giữa độ mạnh của acid với độ lớn của hằng số phân li acid. Biết rằng acid càng mạnh khi càng dễ tạo ra H+.

Hướng dẫn trả lời:

Gọi nồng độ mol H+ ở hai phản ứng ở trạng thái cân bằng lần lượt là x và y (x, y < 0,5)

$K_{C(HA)}=0,2=\frac{[H^{+}][A^{-}]}{[HA]}$

=> x = 0,23M

$K_{C(HB)}=0,1=\frac{[H^{+}][B^{-}]}{[HB]}$

=> y = 0,18M

Acid càng mạnh, hằng số phân li acid càng lớn.

Luyện tập 3: Methanol (CH₃OH) là nguyên liệu quan trọng trong công nghiệp hoá học. Dựa vào hằng số cân bằng của các phản ứng ở 25°C, hãy lựa chọn phản ứng thích hợp để điều chế CH₃OH. Giải thích.

CO(g) +2H₂(g) ⇌ CH₃OH(g) K_C = 2,26.104 (1)

CO₂(g) + 3H₂(g) ⇌ CH₃OH(g) + H₂O(g) K_C = 8,27.10−1 (2)

Hướng dẫn trả lời:

Phản ứng (1).

Vì hằng số cân bằng lớn hơn 1, phản ứng thuận diễn ra thuận lợi, các chất ở trạng thái cân bằng chủ yếu là sản phẩm CH₃OH.

III. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ, NỒNG ĐỘ VÀ ÁP SUẤT ĐẾN CÂN BẰNG HÓA HỌC

1. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới cân bằng hóa học

Câu hỏi 8: Từ Thí nghiệm 1, hãy cho biết:

a) Dựa vào dấu hiệu nào để biết trạng thái cân bằng của phản ứng (8) bị chuyển dịch khi thay đổi nhiệt độ.

b*) Khi tăng nhiệt độ hoặc giảm nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều thu nhiệt hay toả nhiệt?

Hướng dẫn trả lời:

a) Dựa vào dấu hiệu màu sắc (màu khí trong ống nghiệm đậm hơn) để biết trạng thái cân bằng của phản ứng (8) bị chuyển dịch khi thay đổi nhiệt độ.

b) Khi tăng nhiệt độ cân bằng chuyển dịch theo chiều thu nhiệt.

Khi giảm nhiệt độ cân bằng chuyển dịch theo chiều toả nhiệt.

Luyện tập 4: Dựa vào thí nghiệm 2, cho biết khi tăng nhiệt độ thì cân bằng (9) dịch chuyển theo chiều thuận hay chiều nghịch?

Hướng dẫn trả lời:

CH₃COO− + H₂O ⇌ CH₃COOH + OH−

Khi tăng nhiệt độ thì cân bằng dịch chuyển theo chiều thuận vì màu dung dịch đậm hơn.

2. Nguyên lí dịch chuyển cân bằng Le Chatelier

Luyện tập 5: Cân bằng sau dịch chuyển theo chiều nào khi tăng nhiệt độ?

2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g) $\Delta _{r}H_{298}^{o}=-197,8KJ$

Hướng dẫn trả lời:

Nếu tăng nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm nhiệt độ, tức là theo chiều thu nhiệt. Mặt khác $\Delta _{r}H_{298}^{o}=-197,8KJ$ < 0, chiều thuận là chiều tỏa nhiệt, vì vậy nếu tăng nhiệt độ cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch.

Câu hỏi 9: Cân bằng 2NO₂(g) ⇌ N₂O₄(g) chuyển dịch theo chiều nào khi tăng áp suất của hỗn hợp (bằng cách nén hỗn hợp) ở điều kiện nhiệt độ không đổi. Biết rằng áp suất tỉ lệ với số mol chất khí.

Hướng dẫn trả lời:

Cân bằng 2NO2(g) ⇌ N2O4(g) chuyển dịch theo chiều làm giảm áp suất (giảm số mol) => là chiều thuận.

Vận dụng 2: Quá trình tổng hợp NH₃ trong công nghiệp từ N₂ và H₂ nên thực hiện ở áp suất cao hay áp suất thấp? Giải thích. Tìm hiểu thông tin, cho biết phản ứng tổng hợp NH₃ ở các nhà máy thường được thực hiện ở áp suất nào.

Hướng dẫn trả lời:

N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃

Quá trình tổng hợp NH₃ trong công nghiệp từ N₂ và H₂ nên thực hiện ở áp suất cao.

Giải thích: khi tăng áp suất, cân bằng dịch chuyển theo chiều làm giảm áp suất (giảm số mol khí) => cân bằng dịch chuyển theo chiều thuận.

Phản ứng tổng hợp NH₃ ở các nhà máy thường được thực hiện ở áp suất 200 – 300 atm.

Vận dụng 3: Thành phần chính của tinh dầu chuối là ester CH₃COOCH₂CH₂CH(CH₃)₂. Để thu được hỗn hợp chất chứa nhiều ester này thì cần thay đổi nồng độ các chất như thế nào trong cân bằng:

CH₃COOH(aq) + ROH(aq) ⇌ CH3CHOOR(aq) + H₂O(l)

Với R là (CH₃)₂CHCH₂CH₂.

Hướng dẫn trả lời:

Tăng nồng độ CH3COOH và ROH: (CH3)2CHCH2CH₂OH.

BÀI TẬP

Bài 1: Phát biểu nào sau đây về một phản ứng thuận nghịch tại trạng thái cân bằng là sai?

A. Tốc độ của phản ứng thuận bằng tốc độ của phản ứng nghịch.

B. Nồng độ của tất cả các chất trong hỗn hợp phản ứng là không đổi.

C. Nồng độ mol của chất phản ứng luôn bằng nồng độ mol của chất sản phẩm phản ứng.

D. Phản ứng thuận và phản ứng nghịch vẫn diễn ra.

Hướng dẫn trả lời:

Đáp án C.

Bài 2: Cho 0,4 mol SO₂ và 0,6 mol O₂ vào một bình dung tích 1 lít được giữ ở một nhiệt độ không đổi. Phản ứng trong bình xảy ra như sau:

2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g)

Khi phản ứng đạt đến trạng thái cân bằng, lượng SO₂ trong bình là 0,3 mol. Tính hằng số cân bằng K_C của phản ứng tổng hợp SO₃ ở nhiệt độ trên.

Hướng dẫn trả lời:

2SO2(g) + O2(g) ⇌ 2SO3(g)

0,3 mol 0,15 mol 0,3 mol

Khi ở trạng thái cân bằng nồng độ mol các chất là:

[SO2] = (0,4 - 0,3)/1 = 0,1 M

[O2] = (0,6 - 0,15)/1 = 0,45 M

[SO3] = 0,3/1 = 0,3 M

K_C = 20

Bài 3: Nhũ đá được hình thành trong các hang động liên quan đến cân bằng sau đây:

Ca(HCO₃)₂(aq) ⇌ CaCO₃(s) + CO₂(aq) + H₂O(l)

Nếu nồng độ CO₂ hoà tan trong nước tăng lên thì có thuận lợi cho sự hình thành nhũ đá hay không? Giải thích.

Hướng dẫn trả lời:

Khi nồng độ CO₂ tăng, cân bằng dịch chuyển theo chiều làm giảm nồng độ CO₂, tức là chiều nghịch, nhũ đã CaCO₃ bị hòa tan => Không có lợi cho sự hình thành nhũ đá.

Tìm kiếm google: Giải Hóa học 11 Cánh diều bài 1, giải Hóa học 11 CD bài 1, Giải Hóa học 11 sách cánh diều mới bài 1 Mở đầu về cân bằng hóa học