Bài 1. Khái niệm về cân bằng hóa học trang 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 Hóa học 11 Chân trời sáng tạo

CH tr 5

Phương pháp:

- Trong cùng điều kiện xác định, phản ứng xảy ra theo hai chiều trái ngược nhau được gọi là phản ứng thuận ngịch.

- Để tăng hiệu suất của phản ứng thuận nghịch, người ta điều chỉnh các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học: nhiệt độ, áp suất, nồng độ,... dựa theo nguyên lí Le Chatelier.

Lời giải chi tiết:

- Trong các phản ứng hoá học, loại phản ứng trong đó các chất sản phẩm có khả năng phản ứng để tạo thành các chất đầu được gọi là phản ứng thuận nghịch.

- Để tăng hiệu suất của chúng, cần điều chỉnh những điều kiện phản ứng như nhiệt độ, áp suất, nồng độ,... dựa theo nguyên lí Le Chatelier: “Một phản ứng thuận nghịch đang ở trạng thái cân bằng khi chịu một tác động bên ngoài như biến đổi nồng độ, áp suất, nhiệt độ thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động đó”.

Phương pháp:

Trong điều kiện xác định, phản ứng chỉ xảy ra theo chiều từ chất tham gia tạo thành sản phẩm mà sản phẩm không thể tác dụng với nhau để tạo lại chất ban đầu, gọi là phản ứng một chiều. Trong phương trình hóa học của phản ứng một chiều, người ta dùng kí hiệu mũi tên (→) chỉ chiều phản ứng.

Lời giải chi tiết:

Trong phản ứng điều chế khí oxygen từ KMnO₄, các sản phẩm không tác dụng với nhau để tạo thành chất ban đầu nên phản ứng trên không xảy ra theo chiều ngược lại.

Phương pháp:

Trong điều kiện xác định, phản ứng chỉ xảy ra theo chiều từ chất tham gia tạo thành sản phẩm mà sản phẩm không thể tác dụng với nhau để tạo lại chất ban đầu, gọi là phản ứng một chiều. Trong phương trình hóa học của phản ứng một chiều, người ta dùng kí hiệu mũi tên (→) chỉ chiều phản ứng.

Lời giải chi tiết:

4Cl₂    +   H₂S   +   4H₂O  $\to$  8HCl   +  H₂SO₄

Fe₃O₄ + 8HCl → 2FeCl₃ + FeCl₂ + 4H₂O

CH tr 6

Phương pháp:

Trong điều kiện xác định, phản ứng chỉ xảy ra theo chiều từ chất tham gia tạo thành sản phẩm mà sản phẩm không thể tác dụng với nhau để tạo lại chất ban đầu, gọi là phản ứng một chiều. Trong phương trình hóa học của phản ứng một chiều, người ta dùng kí hiệu mũi tên (→) chỉ chiều phản ứng.

Trong cùng điều kiện xác định, phản ứng xảy ra theo hai chiều trái ngược nhau được gọi là phản ứng thuận nghịch. Trong phương trình hóa học của phản ứng thuận nghịch, người ta dùng kí hiệu hai mũi tên ngược chiều (): chiều từ trái sang phải là chiều thuận, chiều từ phải sang trái là chiều nghịch.

Lời giải chi tiết:

Phản ứng Cl₂ tác dụng với H₂O là phản ứng xảy ra theo hai chiều trái ngược nhau (phản ứng thuận nghịch).

Cl₂(g) +   H₂O(l)   ⇌  HCl(aq)   +   HClO(aq)

Phản ứng nhiệt phân thuốc tím là phản ứng chỉ xảy ra theo chiều từ chất tham gia tạo thành sản phẩm (phản ứng một chiều).

Phương pháp:

Trong cùng điều kiện xác định, phản ứng xảy ra theo hai chiều trái ngược nhau được gọi là phản ứng thuận nghịch. Trong phương trình hóa học của phản ứng thuận nghịch, người ta dùng kí hiệu hai mũi tên ngược chiều (): chiều từ trái sang phải là chiều thuận, chiều từ phải sang trái là chiều nghịch.

Lời giải chi tiết:

Không được viết 2H₂ + O₂ ⇌ 2H₂O vì phản ứng (1) và phản ứng (2) không xảy ra trong cùng một điều kiện:

+ Phản ứng (1) diễn ra trong điều kiện nhiệt độ cao.

+ Phản ứng (2) diễn ra trong quá trình điện phân nước.

Phương pháp:

- Đồ thị đi xuống: nồng độ giảm.

- Đồ thị đi lên: nồng độ tăng.

- Đồ thị là đường thẳng: nồng độ không thay đổi.

Lời giải chi tiết:

Trong điều kiện nhiệt độ không đổi

- Nồng độ của các chất phản ứng (N₂ và H₂):

+ Ban đầu, nồng độ giảm dần theo thời gian.

+ Sau đó, nồng độ không thay đổi.

- Nồng độ của sản phẩm (NH₃):

+ Ban đầu, nồng độ tăng dần theo thời gian.

+ Sau đó, nồng độ không thay đổi.

Phương pháp:

- Đồ thị đi xuống: tốc độ phản ứng giảm.

- Đồ thị đi lên: tốc độ phản ứng tăng.

- Đồ thị là đường thẳng: tốc độ phản ứng không thay đổi.

Trạng thái cân bằng của phản ứng thuận nghịch là trạng thái mà tại đó, tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch.

Lời giải chi tiết:

Trong điều kiện nhiệt độ không đổi

- Ban đầu, tốc độ phản ứng thuận giảm dần theo thơi thời gian. Sau đó, tốc độ phản ứng thuận không thay đổi theo thời gian.

- Ban đầu, tốc độ phản ứng nghịch tăng dần theo thơi thời gian. Sau đó, tốc độ phản ứng nghịch không thay đổi theo thời gian.

Vậy sau một thời gian phản ứng, tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch, phản ứng đạt trạng thái cân bằng.

CH tr 7

Phương pháp:

Trạng thái cân bằng của phản ứng thuận nghịch là trạng thái mà tại đó, tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch.

(N₂O₄) và (NO₂) là nồng độ ở trạng thái cân bằng (mol/l) của N₂O₄ và NO₂.

Lời giải chi tiết:

Nhận xét giá trị $\frac{(N_2{O}_4)}{{(N{O}_2)}^2}$ thu được từ 5 thí nghiệm trên xấp xỉ bằng nhau.

Phương pháp:

- Công thức tính tốc độ phản ứng aA+bB → cC + dD dựa vào định luật tác dụng khối lượng: ${v=kC}_A^a{C}_B^b$

- (A), (B), (C), (D) là nồng độ mol của các chất A, B, C, D ở trạng thái cân bằng.

- Ở trạng thái cân bằng, tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch.

Lời giải chi tiết:

aA+bB ⇌  cC + dD

- Tốc độ phản ứng thuận ở trạng thái cân bằng: $v_t=k_t{\left(A\right)}^a{\left(B\right)}^b$

- Tốc độ phản ứng nghịch ở trạng thái cân bằng: $v_n=k_n{\left(C\right)}^c{\left(D\right)}^d$

- Ở trạng thái cân bằng, tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch:

$\begin{array}{c}{v}_t=v_n\\ \iff k_t{\left(A\right)}^a{\left(B\right)}^b=k_n{\left(C\right)}^c{\left(D\right)}^d\end{array}$

$\Rightarrow$$\frac{k_t}{k_n}=\frac{{\left(C\right)}^c{\left(D\right)}^d}{{\left(A\right)}^a{\left(B\right)}^b}$

Phương pháp:

Tổng quát, nếu có phản ứng thuận nghịch sau: aA+bB  cC +dD

Khi phản ứng ở trạng thái cân bằng, ta có: $K_C=\frac{{\left(C\right)}^c{\left(D\right)}^d}{{\left(A\right)}^a{\left(B\right)}^b}$

Trong đó (A), (B), (C) và (D) là nồng độ mol các chất A, B, C và D ở trạng thái cân bằng; a, b, c và d là hệ số tỉ lượng các chất trong phương trình hoá học. Chất rắn không xuất hiện trong biểu thức hằng số cân bằng.

Trong phản ứng thuận nghịch, hằng số cân bằng K_C của phản ứng xác định chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.

Lời giải chi tiết:

Hằng số cân bằng: $K_C=\frac{{(S{O}_3)}^2}{{(S{O}_2)}^2(O_2)}$

Phương pháp:

Sử dịch chuyển cân bằng hóa học là sự dịch chuyển từ trạng thái cân bằng này sang trạng thái cân bằng khác.

Lời giải chi tiết:

                          2NO₂(g)        ⇌            N₂O₄(g)

                         (nâu đỏ)                     (không màu)

- Bình 1: Dùng để đối chứng.

- Bình 2: Ngâm vào cốc nước đá. Màu của bình 2 nhạt dần, bình 2 có màu nhạt hơn bình 1. Cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận

- Bình 3: Ngâm vào cốc nước nóng. Màu của bình 3 đậm dần, bình 3 có màu đậm hơn bình 1. Cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch.

CH tr 8

Phương pháp:

Sử dịch chuyển cân bằng hóa học là sự dịch chuyển từ trạng thái cân bằng này sang trạng thái cân bằng khác.

Lời giải chi tiết:

CH₃COONa(aq) + H₂O(l) ⇌ CH₃COOH(aq) + NaOH(aq)

Hiện tượng: Khi đun nhẹ bình (1), dung dịch trong bình (1) hóa hồng.

Nhận xét: Sau khi đun nhẹ, phản ứng thủy phân diễn ra tạo NaOH làm hoa hồng chỉ thị phenolphthalein.

Phương pháp:

Sử dịch chuyển cân bằng hóa học là sự dịch chuyển từ trạng thái cân bằng này sang trạng thái cân bằng khác.

Lời giải chi tiết:

Khi đun nóng, phản ứng thủy phân diễn ra tạo NaOH làm hoa hồng chỉ thị phenolphthalein. Phản ứng chuyển dịch theo chiều thuận.

CH tr 9

Phương pháp:

${\Delta }_r{H}_{298}^0$ > 0: Phản ứng thu nhiệt.

${\Delta }_r{H}_{298}^0$ < 0: Phản ứng tỏa nhiệt.

Lời giải chi tiết:

2NO₂(g)   ⇌  N₂O₄(g) (1)    ${\Delta }_r{H}_{298}^0$= -58 kJ

(nâu đỏ)     (không màu)

Theo chiều thuận: ${\Delta }_r{H}_{298}^0$= -58 kJ < 0 → Chiều thuận tỏa nhiệt.

Theo chiều nghịch: ${\Delta }_r{H}_{298}^0$= 58 kJ > 0 → Chiều nghịch thu nhiệt.

Phương pháp:

Nguyên lí Le Chatelier: Một phản ứng thuận nghịch đang ở trạng thái cân bằng khi chịu một tác động từ bên ngoài như biến đổi nồng độ, áp suất, nhiệt độ thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động đó.

Khi tăng nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều phản ứng thu nhiệt, nghĩa là chiều làm giảm tác động của việc tăng nhiệt độ. Ngược lại, khi giảm nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều phản ứng toả nhiệt, chiều làm giảm tác động của việc giảm nhiệt độ.

Lời giải chi tiết:

Ngâm vào cốc nước đá. Màu của bình (2) nhạt dần, cân bằng chuyển dịch theo chiều tỏa nhiệt.

Ngâm vào cốc nước nóng. Màu của bình (3) đậm dần, cân bằng chuyển dịch theo chiều thu nhiệt.

Phương pháp:

Nguyên lí Le Chatelier: Một phản ứng thuận nghịch đang ở trạng thái cân bằng khi chịu một tác động từ bên ngoài như biến đổi nồng độ, áp suất, nhiệt độ thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động đó.

Khi hệ đang ở trạng thái cân bằng, nếu tăng hoặc giảm áp suất của hệ, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm hoặc tăng áp suất của hệ.

Khi hệ cân bằng có tổng hệ số tỉ lượng của các chất khí ở hai vế của phương trình hoá học bằng nhau hoặc trong hệ không có chất khí, việc tăng hoặc giảm áp suất không làm chuyển dịch cân bằng của hệ.

Lời giải chi tiết:

                          2NO₂(g)         ⇌             N₂O₄(g) (2)   

                        (nâu đỏ)                       (không màu)

Khi đẩy pít-tông, áp suất của hệ tăng, thể tích của hệ giảm, số mol khí của hệ (2) giảm.

Khi kéo pít-tông, áp suất của hệ giảm, thể tích của hệ tăng, số mol khí của hệ (2) tăng.

Phương pháp:

Nguyên lí Le Chatelier: Một phản ứng thuận nghịch đang ở trạng thái cân bằng khi chịu một tác động từ bên ngoài như biến đổi nồng độ, áp suất, nhiệt độ thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động đó.

Khi tăng nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều phản ứng thu nhiệt, nghĩa là chiều làm giảm tác động của việc tăng nhiệt độ. Ngược lại, khi giảm nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều phản ứng toả nhiệt, chiều làm giảm tác động của việc giảm nhiệt độ.

Lời giải chi tiết:

Vì ${\Delta }_r{H}_{298}^0$ = 178,1 kJ > 0 nên phản ứng theo chiều thuận là chiều thu nhiệt. Để cân bằng chuyển dịch theo chiều thu nhiệt, ta cần tăng nhiệt độ.

Vậy để nâng cao hiệu suất phản ứng sản xuất vôi (CaO) ta cần tăng nhiệt độ.

Phương pháp:

Nguyên lí Le Chatelier: Một phản ứng thuận nghịch đang ở trạng thái cân bằng khi chịu một tác động từ bên ngoài như biến đổi nồng độ, áp suất, nhiệt độ thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động đó.

Khi hệ đang ở trạng thái cân bằng, nếu tăng hoặc giảm áp suất của hệ, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm hoặc tăng áp suất của hệ.

Khi hệ cân bằng có tổng hệ số tỉ lượng của các chất khí ở hai vế của phương trình hoá học bằng nhau hoặc trong hệ không có chất khí, việc tăng hoặc giảm áp suất không làm chuyển dịch cân bằng của hệ.

Lời giải chi tiết:

Tổng số mol khí ở vế trái: 1 + 3 = 4 (mol)

Số mol khí ở vế phải: 2 (mol)

Khi tăng áp suất, hệ cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm áp suất của hệ (giảm số mol khí của hệ). Cân bằng trên chuyển dịch theo chiều thuận (chiều tạo NH₃).

Khi giảm áp suất, hệ cân bằng chuyển dịch theo chiều làm tăng áp suất của hệ (tăng số mol khí của hệ). Cân bằng trên chuyển dịch theo chiều nghịch (chiều phân hủy NH₃).

Vậy để thu được NH₃ với hiệu suất cao, ta cần tăng áp suất.

CH tr 10

Phương pháp:

Nguyên lí Le Chatelier: Một phản ứng thuận nghịch đang ở trạng thái cân bằng khi chịu một tác động từ bên ngoài như biến đổi nồng độ, áp suất, nhiệt độ thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động đó.

Khi tăng hoặc giảm nồng độ một chất trong cân bằng thì cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động của việc tăng hoặc giảm nồng độ của chất đó, nghĩa là cân bằng sẽ chuyển dịch tương ứng theo chiều làm giảm hoặc tăng nồng độ của chất đó.

Nếu trong hệ cân bằng có chất rắn thì việc thêm hoặc bớt lượng chất rắn hầu như không ảnh hưởng đến trạng thái cân bằng của hệ, nghĩa là cân bằng không chuyển dịch.

Lời giải chi tiết:

Khi thêm một lượng khí CO vào hệ cân bằng, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm lượng CO, nghĩa là cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch.

Phương pháp:

Nguyên lí Le Chatelier: Một phản ứng thuận nghịch đang ở trạng thái cân bằng khi chịu một tác động từ bên ngoài như biến đổi nồng độ, áp suất, nhiệt độ thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động đó.

Khi tăng hoặc giảm nồng độ một chất trong cân bằng thì cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động của việc tăng hoặc giảm nồng độ của chất đó, nghĩa là cân bằng sẽ chuyển dịch tương ứng theo chiều làm giảm hoặc tăng nồng độ của chất đó.

Nếu trong hệ cân bằng có chất rắn thì việc thêm hoặc bớt lượng chất rắn hầu như không ảnh hưởng đến trạng thái cân bằng của hệ, nghĩa là cân bằng không chuyển dịch.

Lời giải chi tiết:

Phản ứng xâm thực nước mưa vào đá vôi là phản ứng xảy ra theo chiều thuận. Đá vôi tiếp xúc với nước và carbon dioxide có trong không khí tạo calcium hydrogen carbonate.

Phản ứng hình thành thạch nhũ là phản ứng xảy ra theo chiều nghịch. Dung dịch calcium hydrogencarbonate chảy qua kẽ đá vôi cho đến khi gặp vách đá hay trần đá thì nhỏ giọt xuống. Không khí trong hang có nhiệt độ cao, calcium hydrogencarbonate bị phân hủy thành đá vôi, nước và carbon dioxide. Calcium carbonate là kết tủa khó tan nên tách ra khỏi dung dịch tại nơi giọt nước rơi xuống, cứ thế tạo thành các nhũ đá trên trần hang có hình nón lộn ngược.

CH tr 11

Phương pháp:

Tổng quát, nếu có phản ứng thuận nghịch sau: aA+bB ⇌ cC +dD

Khi phản ứng ở trạng thái cân bằng, ta có: $K_C=\frac{{\left(C\right)}^c{\left(D\right)}^d}{{\left(A\right)}^a{\left(B\right)}^b}$

Trong đó (A), (B), (C) và (D) là nồng độ mol các chất A, B, C và D ở trạng thái cân bằng; a, b, c và d là hệ số tỉ lượng các chất trong phương trình hoá học. Chất rắn không xuất hiện trong biểu thức hằng số cân bằng.

Trong phản ứng thuận nghịch, hằng số cân bằng K_C của phản ứng xác định chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.

Lời giải chi tiết:

Trong phản ứng thuận nghịch, hằng số cân bằng K_C của phản ứng xác định chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.

→ Chọn B.

Phương pháp:

Các yếu tố làm ảnh hưởng đến chuyển dịch cân bằng hóa học là: nồng độ, áp suất và nhiệt độ.

Lời giải chi tiết:

Chất xúc tác không làm thay đổi nồng độ các chất trong hệ cân bằng và cũng không làm thay đổi hằng số cân bằng nên không làm chuyển dịch cân bằng. Chất xúc tác có tác dụng làm tăng tốc độ phản ứng thuận và phản ứng nghịch nên làm cho hệ nhanh chóng đạt trạng thái cân bằng.

→ Chọn D.

Phương pháp:

Tổng quát, nếu có phản ứng thuận nghịch sau: aA+bB ⇌ cC +dD

Khi phản ứng ở trạng thái cân bằng, ta có: $K_C=\frac{{\left(C\right)}^c{\left(D\right)}^d}{{\left(A\right)}^a{\left(B\right)}^b}$

Trong đó (A), (B), (C) và (D) là nồng độ mol các chất A, B, C và D ở trạng thái cân bằng; a, b, c và d là hệ số tỉ lượng các chất trong phương trình hoá học. Chất rắn không xuất hiện trong biểu thức hằng số cân bằng.

Trong phản ứng thuận nghịch, hằng số cân bằng K_C của phản ứng xác định chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.

Lời giải chi tiết:

Chất rắn không xuất hiện trong biểu thức hằng số cân bằng.

- Phản ứng (1): K_C = (CO₂)

- Phản ứng (2): $K_C=\frac{1}{{\left(O_2\right)}^{\frac{1}{2}}}=(O_2{)}^{-\frac{1}{2}}$

Phương pháp:

Nguyên lí Le Chatelier: Một phản ứng thuận nghịch đang ở trạng thái cân bằng khi chịu một tác động từ bên ngoài như biến đổi nồng độ, áp suất, nhiệt độ thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động đó.

Khi tăng nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều phản ứng thu nhiệt, nghĩa là chiều làm giảm tác động của việc tăng nhiệt độ. Ngược lại, khi giảm nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều phản ứng toả nhiệt, chiều làm giảm tác động của việc giảm nhiệt độ.

Khi tăng hoặc giảm nồng độ một chất trong cân bằng thì cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động của việc tăng hoặc giảm nồng độ của chất đó, nghĩa là cân bằng sẽ chuyển dịch tương ứng theo chiều làm giảm hoặc tăng nồng độ của chất đó.

Khi hệ đang ở trạng thái cân bằng, nếu tăng hoặc giảm áp suất của hệ, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm hoặc tăng áp suất của hệ.

Chất xúc tác không làm thay đổi nồng độ các chất trong hệ cân bằng và cũng không làm thay đổi hằng số cân bằng nên không làm chuyển dịch cân bằng.

Lời giải chi tiết:

a)

b)

Lý thuyết

>> Xem chi tiết: Lý thuyết Khái niệm về cân bằng hóa học - Hóa học 11 - Chân trời sáng tạo