Giải SGK Hóa 11 Cánh diều Bài 1: Mở đầu về cân bằng hoá học có đáp an

Khí NO₂ (màu nâu đỏ) liên tục chuyển thành khí N₂O₄ (không màu) và ngược lại, tại một điều kiện xác định. Cũng tại điều kiện này, bình khí NO₂ hay bình khí N₂O₄ (Hình 1.1), sau những khoảng thời gian xác định 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 không?

Hãy nêu một số ví dụ về phản ứng thuận nghịch mà em biết.

Phản ứng thuận nghịch có xảy ra hoàn toàn được không? Vì sao?

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 I₂ 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?

Cho hai đồ thị (a) và (b) dưới đây. Mỗi đồ thị biểu diễn sự thay đổi tốc độ của phản ứng thuận và tốc độ của 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?

Vì sao giá trị $\frac{k_t}{k_n}$ là một hằng số ở nhiệt độ xác định?

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)

Trong công nghiệp, halogen 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 ^oC.

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 cân bằng lần lượt là 0,126 M; 0,242 M; 1,150 M và 0,126 M.

b*) Ở 760 ^oC, 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.

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

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⁺.

Methanol (CH₃OH) là nguyên liệu quan trọng trong công nghiệp hoá học. Dựa vào hằng số cân bằng của các phản ứng ở 25 ^oC, 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)

Chuẩn bị: Ba ống nghiệm (1), (2), (3) chứa NO₂ (có màu giống nhau), một cốc nước nóng (70 – 80 ^oC) và một cốc nước đá.

Tiến hành: Ống nghiệm thứ nhất (1) được để ở nhiệt độ phòng (khoảng 25 ^oC). Ống nghiệm thứ hai (2) được nhúng vào cốc nước nóng. Ống nghiệm thứ ba (3) được nhúng vào cốc nước đá.

Yêu cầu: Quan sát hiện tượng và giải thích.

Biết NO₂ có thể chuyển hoá thành N₂O₄ theo phản ứng thuận và ngược lại N₂O₄ có thể chuyển lại thành NO₂ theo phản ứng nghịch. Quá trình này được biểu diễn theo phản ứng thuận nghịch sau:

2NO₂(g)      ⇌       N₂O₄(g)      

                    màu nâu đỏ            không màu

Chú ý an toàn: Khí NO₂ độc nên tránh hít phải khí NO₂. Nên làm thí nghiệm này trong tủ hốt.

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?

Chuẩn bị: CH₃COONa tinh thể; ống nghiệm, cốc thuỷ tinh.

Tiến hành: Cho một thìa thuỷ tinh tinh thể sodium acetate (CH₃COONa) vào ống nghiệm A chứa khoảng 5 mL nước cất, lắc đều cho tan hết, rồi thêm vào ống nghiệm 2 – 3 giọt chất chỉ thị phenolphthalein. Rót khoảng một nửa dung dịch từ ống nghiệm A sang ống nghiệm B, sau đó đặt ống nghiệm B vào một cốc nước nóng (khoảng 70 ^oC – 80 ^oC). Sau khoảng 2 phút, quan sát và so sánh màu sắc của dung dịch trong hai ống nghiệm A và B.

Cho biết giữa ion acetate và nước có phản ứng thuận nghịch sau:

                                $C{H}_{3}CO{O}_{}^{-}+H_{2}O\rightleftharpoons C{H}_{3}COOH+O{H}_{}^{-}\left(9\right)$

Yêu cầu: Thảo luận về chiều chuyển dịch cân bằng trên khi nhiệt độ tăng lên.

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

Cân bằng sau chuyển dịch theo chiều nào khi tăng nhiệt độ?

2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g)     ${\Delta }_r{H}_{298}^o=-197,8kJ.$

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.

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 –.

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 SO₃ trong bình là 0,3 mol. Tính hằng số cân bằng K_C của phản ứng tổng hợp SO₃ ở nhiệt độ trên.

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.