Giải bài tập Hoá học 11 Chân trời sáng tạo 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?

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

1. Tìm hiểu khái niệm phản ứng một chiều

Thảo luận 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?

Luyện tập. Viết phương trình hóa học của một số phản ứng một chiều mà em biết.

Thảo luận 2. 

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

Luyện tập. Trên thực tế có các phản ứng sau:

2 H₂ + O₂ →  2H₂O (1)

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

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

Tìm hiểu khái niệm trạng thái cân bằng của phản ứng thuận nghịch

Thảo luận 3. 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)

Thảo luận 4. 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.

2. HẰNG SỐ CÂN BẰNG CỦA PHẢN ỨNG THUẬN NGHỊCH

Tìm hiểu khái niệm cân bằng của phản ứng thuận nghịch

Thảo luận 5. Sử dụng dữ liệu bảng 1.1, hãy tính giá trị của biểu thức $\frac{\left [ N_{2}O_{4} \right ]}{\left [NO_{2}  \right ]^{2}}$ 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

Vận dụng 6. 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.

Luyện tập. 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.

3. SỰ CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG HOÁ HỌC

Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và chuyển dịch cân bằng

Thảo luận 7. 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).

Thảo luận 8. Nhận xét hiện tượng xảy ra trong thí nghiệm 2 

Thảo luận 9. Khi đun nóng phản ứng trong bình (1) chuyển dịch xảy ra theo chiều nào?

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

Tìm hiểu ảnh hưởng của nhiệt độ đến cân bằng hóa học

Thảo luận 10. Cho biết chiều nào của phản ứng (1) là chiều thu nhiệt và chiều nào là chiều tỏa nhiệt?

Thảo luận 11. 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.

Luyện tập. 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)  $\Delta _{r}H_{298}^{o}$ = 178,49 kJ

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

Tìm hiểu ảnh hưởng của áp suất đến cân bằng hóa học

Thảo luận 12. Khi đẩy hoặc kéo pit-tong thì số mol khí ở hệ (2) thay đổi như thế nào?

Luyện tập. 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?

Tìm hiểu ảnh hưởng của nồng độ đến cân bằng hóa học

Thảo luận 13. Hãy cho biết cân bằng chuyển dịch theo chiều nào khi thêm một lượng khí CO vào hệ cân bằng (3)

Vận dụng. 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.

BÀI TẬP

Bài tập 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.

Bài tập 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.

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

(1) CaCO_3(s) ⇌ CaO_(s) + CO₂(g)

(2) Cu₂O_(s) + $\frac{1}{2}$ O_2(g) ⇌ 2CuO(s)

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

a) C(s) + H₂O(g) ⇌ CO(g) + H₂(g) $\Delta _{r}H_{298}^{o}$ = 131 kJ

b) CO(g) + H₂O(g) ⇌ CO₂(g) + H₂(g) $\Delta _{r}H_{298}^{o}$ = - 41 kJ

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 

Bài tập 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?