Giải SGK Hoá học 11 Kết nối tri thức Bài 1: Khái niệm về cân bằng hoá học có đáp án

Phản ứng hoá học là quá trình biến đổi các chất đầu thành sản phẩm. Tuy nhiên, có nhiều phản ứng, các chất sản phẩm sinh ra lại có thể phản ứng được với nhau tạo thành chất đầu. Đối với những phản ứng này, làm thế nào để thu được nhiều sản phẩm hơn và làm tăng hiệu suất phản ứng?

Hai thí nghiệm sau đều được thực hiện ở cùng một điều kiện (bình kín dung tích 10 L, nhiệt độ 445 ^oC):

Thí nghiệm 1: Cho 1 mol H₂ và 1 mol I₂ vào bình kín. Kết quả thí nghiệm cho thấy dù thời gian phản ứng kéo dài bao lâu thì trong bình vẫn chỉ tạo ra 1,6 mol HI; còn dư 0,2 mol H₂ và 0,2 mol I₂.

Thí nghiệm 2: Thí nghiệm 2: Cho 2 mol HI vào bình. Kết quả thí nghiệm cũng cho thấy dù thời gian phản ứng kéo dài bao lâu thì trong bình vẫn chỉ tạo ra 0,2 mol H₂ và 0,2 mol I₂; còn dư 1,6 mol HI.

Thực hiện yêu cầu sau:

a) Viết phương trình hoá học của các phản ứng xảy ra trong thí nghiệm 1 và thí nghiệm 2.

b) Trong cả hai thí nghiệm trên, dù thời gian phản ứng kéo dài bao lâu thì các chất đầu đều còn lại sau phản ứng. Giải thích.

Quá trình hình thành hang động, thạch nhũ là một ví dụ điển hình về phản ứng thuận nghịch trong tự nhiên.

Nước có chứa CO₂ chảy qua đá vôi, bào mòn đá tạo thành Ca(HCO₃)₂ (phản ứng thuận) góp phần hình thành các hang động. Hợp chất Ca(HCO₃)₂ trong nước lại bị phân huỷ tạo ra CO₂ và CaCO₃ (phản ứng nghịch), hình thành các thạch nhũ, măng đá, cột đá.

Viết phương trình hoá học của các phản ứng xảy ra trong hai quá trình trên.

Phản ứng xảy ra khi cho khí Cl₂ tác dụng với nước là một phản ứng thuận nghịch. Viết phương trình hoá học của phản ứng, xác định phản ứng thuận, phản ứng nghịch.

Nhận xét nào sau đây không đúng?

Xét phản ứng thuận nghịch: H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2HI(g).

Số liệu về sự thay đổi số mol các chất trong bình phản ứng ở thí nghiệm 1 được trình bày trong Bảng 1.1 dưới đây:

Bảng 1.1. Số mol các chất trong bình phản ứng của thí nghiệm 1 thay đổi theo thời gian

Thực hiện các yêu cầu:

a) Vẽ đồ thị biểu diễn sự thay đổi số mol các chất theo thời gian.

b) Từ đồ thị, nhận xét về sự thay đổi số mol của các chất theo thời gian.

c) Viết biểu thức định luật tác dụng khối lượng đối với phản ứng thuận và phản ứng nghịch, từ đó dự đoán sự thay đổi tốc độ của mỗi phản ứng theo thời gian (biết các phản ứng này đều là phản ứng đơn giản).

d) Bắt đầu từ thời điểm nào thì số mol các chất trong hệ phản ứng không thay đổi nữa?

Cho phản ứng: 2HI(g) ⇌ H₂(g) + I₂(g)

a) Vẽ dạng đồ thị biểu diễn tốc độ của phản ứng thuận và phản ứng nghịch theo thời gian.

b) Xác định trên đồ thị thời điểm phản ứng trên bắt đầu đạt đến trạng thái cân bằng.

Cho các nhận xét sau:

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

b) Ở trạng thái cân bằng, các chất không phản ứng với nhau.

c) Ở trạng thái cân bằng, nồng độ các chất sản phẩm luôn lớn hơn nồng độ các chất đầu. d) Ở trạng thái cân bằng, nồng độ các chất không thay đổi.

Các nhận xét đúng là

Xét phản ứng thuận nghịch: H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2HI(g)

Thực hiện phản ứng trên ở trong bình kín, ở nhiệt độ 445 ^oC với các nồng độ ban đầu khác nhau. Số liệu về nồng độ các chất ở thời điểm ban đầu và trạng thái cân bằng trong các thí nghiệm được trình bày trong Bảng 1.2.

Bảng 1.2. Nồng độ các chất của phản ứng H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2HI(g) ở thời điểm ban đầu và ở trạng thái cân bằng.

Tính giá trị $K_C=\frac{{\text{[}HI]}^2}{\text{[}{H}_2\text{][}{I}_2\text{]}}$ ở mỗi thí nghiệm, nhận xét kết quả thu được.

Viết biểu thức hằng số cân bằng cho các phản ứng sau:

a) Phản ứng tổng hợp ammonia: N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g).

b) Phản ứng nung vôi: CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g)

Ammonia (NH₃) được điều chế bằng phản ứng: N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)

Ở t^oC, nồng độ các chất ở trạng thái cân bằng là:

[N₂] = 0,45 M; [H₂] = 0,14 M; [NH₃] = 0,62 M.

Tính hằng số cân bằng K_C của phản ứng trên tại t ^oC.

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự chuyển dịch cân bằng:

         2NO₂(g) ⇌ N₂O₄(g)                ${\Delta }_r{H}_{298}^o<0$

(màu nâu đỏ)           (không màu)

Chuẩn bị: 3 ống nghiệm chứa khí NO₂ nút kín có màu giống nhau, cốc nước đá, cốc nước nóng.

Tiến hành:

- Ống nghiệm (1) để so sánh.

- Ngâm ống nghiệm (2) vào cốc nước đá trong khoảng 1 – 2 phút.

- Ngâm ống nghiệm (3) vào cốc nước nóng trong khoảng 1 – 2 phút.

Lưu ý: NO₂ là một khí độc, chú ý nút kín ống nghiệm.

Quan sát sự thay đổi màu sắc của khí trong các ống nghiệm và hoàn thành vào vở theo mẫu bảng sau:

Cho các cân bằng sau:

CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g)                         ${\Delta }_r{H}_{298}^o=176kJ$

2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g)                             ${\Delta }_r{H}_{298}^o=-198kJ$

Nếu tăng nhiệt độ, các cân bằng trên chuyển dịch theo chiều nào? Giải thích.

Ester là hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, một số ester được dùng làm chất tạo mùi thơm cho các loại bánh, thực phẩm. Phản ứng điều chế ester là một phản ứng thuận nghịch:

CH₃COOH(l) + C₂H₅OH(l) ⇌ CH₃COOC₂H₅(l) + H₂O(l)

Hãy cho biết cân bằng trên chuyển dịch theo chiều nào nếu

a) Tăng nồng độ của C₂H₅OH.

b) Giảm nồng độ của CH₃COOC₂H₅.

Cho các cân bằng sau. Nếu tăng áp suất và giữ nguyên nhiệt độ, các cân bằng trên chuyển dịch theo chiều nào? Giải thích.

b) CO(g) + H₂O(g) ⇌ H₂(g) + CO₂(g)

c) PCl₅(g) ⇌ Cl₂(g) + PCl₃(g)

d) H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2HI(g)

Trong công nghiệp, khí hydrogen được điều chế như sau:

Cho hơi nước đi qua than nung nóng, thu được hỗn hợp khí CO và H₂ (gọi là khí than ướt):

C(s) + H₂O(g) ⇌ CO(g) + H₂(g)                      ${\Delta }_r{H}_{298}^o=130kJ\left(1\right)$

Trộn khí than ướt với hơi nước, cho hỗn hợp đi qua chất xúc tác Fe₂O₃:

CO(g) + H₂O(g) ⇌ CO₂(g) + H₂(g)                 ${\Delta }_r{H}_{298}^o=-42kJ\left(2\right)$

a) Vận dụng nguyên lí Le Chatelier, hãy cho biết cần tác động yếu tố nhiệt độ như thế nào để các cân bằng (1), (2) chuyển dịch theo chiều thuận.

b) Trong thực tế, ở phản ứng (2), lượng hơi nước được lấy dư nhiều (4 – 5 lần) so với khí carbon monoxide. Giải thích.

Trong cơ thể người, hemoglobin (Hb) kết hợp với oxygen theo phản ứng thuận nghịch được biểu diễn đơn giản như sau:

Hb + O₂ ⇌ HbO₂

Ở phổi, nồng độ oxygen lớn nhất nên cân bằng trên chuyển dịch sang phải, hemoglobin kết hợp với oxygen. Khi đến các mô, nồng độ oxygen thấp, cân bằng trên chuyển dịch sang trái, giải phóng oxygen. Nếu thiếu oxygen ở não, con người có thể bị đau đầu, chóng mặt.

a) Vận dụng nguyên lí chuyển dịch cân bằng Le Chatelie, em hãy đề xuất biện pháp để oxygen lên não được nhiều hơn?

b) Khi lên núi cao, một số người cũng gặp hiện tượng bị đau đầu, chóng mặt. Dựa vào cân bằng trên, em hãy giải thích hiện tượng này.