Bài 1. Khái niệm về cân bằng hóa học trang 7, 8, 9, 10, 11 SBT Hóa 11 Chân trời sáng tạo
Cho phương trình hoá học của phản ứng sản xuất ammonia trong công nghiệp:
1.1
Cho phương trình hoá học của phản ứng sản xuất ammonia trong công nghiệp:
\({N_2}(g) + 3{H_2}(g) \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} 2N{H_3}(g)\)
\({\Delta _r}H_{298}^0 = - 91,8kJ\)
Yếu tố nào không làm ảnh hưởng đến sự chuyển dịch cân bằng hoá học của phản ứng trên?
A. Nhiệt độ. B. Nồng độ. C. Áp suất. D. Chất xúc tác.
Phương pháp giải:
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:
Xét phản ứng sản xuất ammonia trong công nghiệp:
+ Nhiệt độ làm ảnh hưởng đến sự chuyển dịch cân bằng hoá học.
+ Các chất tham gia phản ứng và sản phẩm là chất khí, do đó yếu tố nồng độ làm ảnh hưởng đến chuyển dịch cân bằng hóa học.
+ Tổng hệ số tỉ lượng của các chất khí ở hai vế phương trình hoá học khác nhau, do đó yếu tố áp suất làm ảnh hưởng đến chuyển dịch cân bằng hóa học.
+ Chất xúc tác không làm chuyển dịch cân bằng.
→ Chọn D .
1.2
Cho phương trình hoá học của phản ứng sản xuất ammonia trong công nghiệp:
\({N_2}(g) + 3{H_2}(g) \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} 2N{H_3}(g)\) \({\Delta _r}H_{298}^0 = - 91,8kJ\)
Cân bằng hoá học sẽ chuyển dịch về phía tạo ra nhiều ammonia hơn khi
A. giảm nồng độ của khí nitrogen.
B. giảm nồng độ của khí hydrogen.
C. tăng nhiệt độ của hệ phản ứng.
D. tăng áp suất của hệ phản ứng.
Phương pháp giải:
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”.
Chiều tạo ra ammonia là chiều thuận.
Lời giải chi tiết:
- Khi giảm nồng độ khí nitrogen, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm tăng lượng khí nitrogen, tức cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch.
- Khi giảm nồng độ khí hydrogen, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm tăng lượng khí hydrogen, tức cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch.
- Khi tăng nhiệt độ của hệ phản ứng, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm nhiệt độ của hệ phản ứng, tức cân bằng chuyển dịch theo chiều thu nhiệt (chiều nghịch).
- Khi tăng áp suất của hệ phản ứng, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm áp suất của hệ, tức là chiều làm giảm số mol khí của hệ (chiều thuận).
→ Chọn D .
1.3
Cho phương trình hoá học của phản ứng sản xuất ammonia trong công nghiệp:
\({N_2}(g) + 3{H_2}(g) \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} 2N{H_3}(g)\) \({\Delta _r}H_{298}^0 = - 91,8kJ\)
Cân bằng hoá học sẽ chuyển dịch theo chiều nào khi
a) giảm nhiệt độ của hệ phản ứng?
b) tăng nồng độ của khí nitrogen?
c) tăng nồng độ của khí hydrogen?
d) giảm áp suất của hệ phản ứng?
Giải thích.
Phương pháp giải:
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”.
Lời giải chi tiết:
a) Khi giảm nhiệt độ của hệ phản ứng, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm tăng nhiệt độ của hệ phản ứng, tức cân bằng chuyển dịch theo chiều tỏa nhiệt (chiều thuận).
b) Khi tăng nồng độ khí nitrogen, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm lượng khí nitrogen, tức cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận.
c) Khi tăng nồng độ khí hydrogen, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm lượng khí hydrogen, tức cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận.
d) Khi giảm áp suất của hệ phản ứng, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm tăng áp suất của hệ, tức là chiều làm tăng số mol khí của hệ (chiều nghịch).
1.4
Cho phương trình hoá học của phản ứng sản xuất ammonia trong công nghiệp:
\({N_2}(g) + 3{H_2}(g) \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} 2N{H_3}(g)\) \({\Delta _r}H_{298}^0 = - 91,8kJ\)
Viết biểu thức tính hằng số cân bằng Kc của phản ứng trên.
Phương pháp giải:
Tổng quát, nếu có phản ứng thuận nghịch sau: aA+bB cC +dD
Khi phản ứng ở trạng thái cân bằng, ta có: \[{{\rm{K}}_{\rm{C}}}{\rm{ = }}\frac{{{{{\rm{[C]}}}^{\rm{c}}}{{{\rm{[D]}}}^{\rm{d}}}}}{{{{{\rm{[A]}}}^{\rm{a}}}{{{\rm{[B]}}}^{\rm{b}}}}}\]
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.
Lời giải chi tiết:
Hằng số cân bằng: \[{{\rm{K}}_{\rm{C}}}{\rm{ = }}\frac{{{{{\rm{[N}}{{\rm{H}}_{\rm{3}}}{\rm{]}}}^{\rm{2}}}}}{{{\rm{[}}{{\rm{N}}_{\rm{2}}}{\rm{][}}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{{\rm{]}}^3}}}\]
1.5
Cho phương trình hoá học của phản ứng sản xuất ammonia trong công nghiệp:
\({N_2}(g) + 3{H_2}(g) \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} 2N{H_3}(g)\) \({\Delta _r}H_{298}^0 = - 91,8kJ\)
Khi tổng hợp NH 3 từ N 2 và H 2 thấy rằng nồng độ ở trạng thái cân bằng của N 2 là 0,02 M; của H 2 là 2 M và của NH 3 là 0,6 M. Tính hằng số cân bằng của phản ứng.
Phương pháp giải:
Tổng quát, nếu có phản ứng thuận nghịch sau: aA+bB cC +dD
Khi phản ứng ở trạng thái cân bằng, ta có: \[{{\rm{K}}_{\rm{C}}}{\rm{ = }}\frac{{{{{\rm{[C]}}}^{\rm{c}}}{{{\rm{[D]}}}^{\rm{d}}}}}{{{{{\rm{[A]}}}^{\rm{a}}}{{{\rm{[B]}}}^{\rm{b}}}}}\]
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.
Lời giải chi tiết:
Hằng số cân bằng: \[{{\rm{K}}_{\rm{C}}}{\rm{ = }}\frac{{{{{\rm{[N}}{{\rm{H}}_{\rm{3}}}{\rm{]}}}^{\rm{2}}}}}{{{\rm{[}}{{\rm{N}}_{\rm{2}}}{\rm{][}}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{{\rm{]}}^3}}} = \frac{{0,{6^2}}}{{0,{{02.2}^3}}} = 2,25\]
1.6
Trong quy trình sản xuất sulfuric acid (H 2 SO 4 ) có giai đoạn dùng dung dịch H 2 SO 4 98% hấp thụ sulfur trioxide (SO 2 ) thu được oleum (H 2 SO 4 .nSO 3 ). Sulfur trioxide được tạo thành bằng cách oxi hoá sulfur dioxide bằng oxygen hoặc lượng dư không khí ở nhiệt độ 450 °C – 500 °C, chất xúc tác vanadium(V) oxide (V 2 O 5 ) theo phương trình hoá học:
\(2S{O_2}(g) + {O_2}(g) \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} 2S{O_3}(g)\) \({\Delta _r}H_{298}^0 = - 198,4kJ\)
Cân bằng hoá học sẽ chuyển dịch theo chiều nào khi
a) tăng nhiệt độ của hệ phản ứng?
b) tăng nồng độ của khí SO 2 ?
c) tăng nồng độ của khí O 2 ?
d) dùng dung dịch H 2 SO 4 98% hấp thụ SO 3 sinh ra?
Giải thích.
Phương pháp giải:
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”.
Lời giải chi tiết:
a) Khi tăng nhiệt độ của hệ phản ứng, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm nhiệt độ của hệ phản ứng, tức cân bằng chuyển dịch theo chiều thu nhiệt (chiều nghịch).
b) Khi tăng nồng độ khí SO 2 , cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm lượng khí SO 2 , tức cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận.
c) Khi tăng nồng độ khí O 2 , cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm lượng khí O 2 , tức cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận.
d) Khi dùng dung dịch H 2 SO 4 98% hấp thụ SO 3 sinh ra, làm cho nồng độ khí SO 3 giảm, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm tăng lượng khí SO 3 , tức cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận.
1.7
\(2S{O_2}(g) + {O_2}(g) \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} 2S{O_3}(g)\) \({\Delta _r}H_{298}^0 = - 198,4kJ\)
Viết biểu thức tính hằng số cân bằng K C của phản ứng trên.
Phương pháp giải:
Tổng quát, nếu có phản ứng thuận nghịch sau: aA+bB cC +dD
Khi phản ứng ở trạng thái cân bằng, ta có: \[{{\rm{K}}_{\rm{C}}}{\rm{ = }}\frac{{{{{\rm{[C]}}}^{\rm{c}}}{{{\rm{[D]}}}^{\rm{d}}}}}{{{{{\rm{[A]}}}^{\rm{a}}}{{{\rm{[B]}}}^{\rm{b}}}}}\]
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.
Lời giải chi tiết:
Hằng số cân bằng: \[{{\rm{K}}_{\rm{C}}}{\rm{ = }}\frac{{{{{\rm{[S}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}}{\rm{]}}}^{\rm{2}}}}}{{{\rm{[}}{{\rm{O}}_{\rm{2}}}{\rm{][S}}{{\rm{O}}_{\rm{2}}}{{\rm{]}}^2}}}\]
1.8
\(2S{O_2}(g) + {O_2}(g) \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} 2S{O_3}(g)\) \({\Delta _r}H_{298}^0 = - 198,4kJ\)
Nồng độ ban đầu của SO 2 và O 2 tương ứng là 4 M và 2 M. Tính hằng số cân bằng của phản ứng, biết rằng khi đạt trạng thái cân bằng đã có 80% SO 2 đã phản ứng.
Phương pháp giải:
Tổng quát, nếu có phản ứng thuận nghịch sau: aA+bB cC +dD
Khi phản ứng ở trạng thái cân bằng, ta có: \[{{\rm{K}}_{\rm{C}}}{\rm{ = }}\frac{{{{{\rm{[C]}}}^{\rm{c}}}{{{\rm{[D]}}}^{\rm{d}}}}}{{{{{\rm{[A]}}}^{\rm{a}}}{{{\rm{[B]}}}^{\rm{b}}}}}\]
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.
Lời giải chi tiết:
Nồng độ SO 2 đã phản ứng: \[4 \cdot 80\% = 3,2{\rm{ (M)}}\]
\(2S{O_2}(g) + {O_2}(g) \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} 2S{O_3}(g)\)
Ban đầu (M): 4 2 0
Phản ứng (M): 3,2 → 1,6 → 3,2
Cân bằng (M): 0,8 0,4 3,2
\[ \Rightarrow {{\rm{K}}_{\rm{C}}}{\rm{ = }}\frac{{{{{\rm{[S}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}}{\rm{]}}}^{\rm{2}}}}}{{{\rm{[}}{{\rm{O}}_{\rm{2}}}{\rm{][S}}{{\rm{O}}_{\rm{2}}}{{\rm{]}}^2}}} = \frac{{3,{2^2}}}{{0,4 \cdot 0,{8^2}}} = 40\]
1.9
\(2S{O_2}(g) + {O_2}(g) \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} 2S{O_3}(g)\) \({\Delta _r}H_{298}^0 = - 198,4kJ\)
Để có 90% SO 2 đã phản ứng khi hệ đạt trạng thái cân bằng thì lúc đầu cần lấy lượng O 2 là bao nhiêu? Biết nồng độ ban đầu của SO 2 là 4 M.
Phương pháp giải:
Tổng quát, nếu có phản ứng thuận nghịch sau: aA+bB cC +dD
Khi phản ứng ở trạng thái cân bằng, ta có: \[{{\rm{K}}_{\rm{C}}}{\rm{ = }}\frac{{{{{\rm{[C]}}}^{\rm{c}}}{{{\rm{[D]}}}^{\rm{d}}}}}{{{{{\rm{[A]}}}^{\rm{a}}}{{{\rm{[B]}}}^{\rm{b}}}}}\]
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.
Lời giải chi tiết:
Gọi x (M) là nồng độ ban đầu của O 2 .
Nồng độ SO 2 đã phản ứng:
\(2S{O_2}(g) + {O_2}(g) \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} 2S{O_3}(g)\)
Ban đầu (M): 4 x 0
Phản ứng (M): 3,6 → 1,8 → 3,6
Cân bằng (M): 0,4 x – 1,8 3,6
Ta có: K C = 40
\[\begin{array}{l} \Leftrightarrow \frac{{{{{\rm{[S}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}}{\rm{]}}}^{\rm{2}}}}}{{{\rm{[}}{{\rm{O}}_{\rm{2}}}{\rm{][S}}{{\rm{O}}_{\rm{2}}}{{\rm{]}}^2}}} = 40\\ \Leftrightarrow \frac{{3,{6^2}}}{{(x - 1,8) \cdot 0,{4^2}}} = 40\\ \Leftrightarrow x = 3,825{\rm{ (M)}}\end{array}\]
1.10
\(2S{O_2}(g) + {O_2}(g) \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} 2S{O_3}(g)\) \({\Delta _r}H_{298}^0 = - 198,4kJ\)
Nếu tăng áp suất của hệ phản ứng và giữ nhiệt độ không đổi thì cân bằng của hệ sẽ chuyển dịch theo chiều nào?
Phương pháp giải:
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”.
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.
Lời giải chi tiết:
Cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận vì:
Khi tăng áp suất của hệ phản ứng, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm áp suất của hệ, tức là chiều làm giảm số mol khí của hệ (chiều thuận).
1.11
\(2S{O_2}(g) + {O_2}(g) \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} 2S{O_3}(g)\) \({\Delta _r}H_{298}^0 = - 198,4kJ\)
Cho các biện pháp: (1) tăng nhiệt độ, (2) tăng áp suất chung của hệ phản ứng, (3) hạ nhiệt độ, (4) dùng thêm chất xúc tác V 2 O 5 , (5) giảm nồng độ SO 3 , (6) giảm áp suất chung của hệ phản ứng. Những biện pháp nào làm cân bằng trên chuyển dịch theo chiều thuận?
A. (1), (2), (4), (5). B. (2), (3), (5).
C. (2), (3), (4), (6). D. (1), (2), (4).
Phương pháp giải:
- 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”.
- 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:
|
Các tác động vào cân bằng |
Chiều chuyển dịch của cân bằng |
|
(1) tăng nhiệt độ |
Nghịch. |
|
(2) tăng áp suất chung của hệ phản ứng |
Thuận. |
|
(3) hạ nhiệt độ |
Thuận. |
|
(4) dùng thêm chất xúc tác V 2 O 5 |
Không làm chuyển dịch cân bằng. |
|
(5) giảm nồng độ SO 3 |
Thuận. |
|
(6) giảm áp suất chung của hệ phản ứng |
Nghịch. |
Những biện pháp làm cân bằng trên chuyển dịch theo chiều thuận: (2), (3), (5).
→ Chọn B .
1.12
Khi hoà tan khi chlorine vào nước tạo thành dung dịch có màu vàng lục nhạt gọi là nước chlorine. Trong nước chlorine xảy ra cân bằng hoá học sau:
\(C{l_2} + {H_2}O \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} HClO + HCl\)
Acid HClO sinh ra không bền, dễ bị phân huỷ theo phản ứng:
\(HClO \to HCl + O\)
Nước chlorine sẽ nhạt màu dần theo thời gian, không bảo quản được lâu. Vận dụng nguyên lí chuyển dịch cân bằng hoá học, hãy giải thích hiện tượng trên.
Phương pháp giải:
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”.
Lời giải chi tiết:
Vì HClO không bền, dễ bị phân hủy, nồng độ HClO giảm nên cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm tăng nồng độ HClO – cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận (phản ứng giữa chlorine và nước). Phản ứng thuận xảy ra, chlorine phản ứng đến hết làm nước chlorine nhạt màu dần theo thời gian, không bảo quản được lâu.
1.13
Hãy cho biết sự thay đổi áp suất có gây ra sự chuyển dịch cân bằng của mọi phản ứng thuận nghịch không. Giải thích.
Phương pháp giải:
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”.
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:
Sự thay đổi áp suất không gây ra sự chuyển dịch cân bằng của mọi phản ứng thuận nghịch. Vì sự thay đổi áp suất chỉ gây ra chuyển dịch cân bằng đối với hệ phản ứng có chất khí và số mol chất khí ở hai vế của phương trình là khác nhau.
1.14
Dựa vào giá trị hằng số cân bằng của các phản ứng dưới đây, hãy cho biết phản ứng nào có hiệu suất cao nhất và phản ứng nào có hiệu suất thấp nhất.
\(\begin{array}{l}(a){N_2}{O_4}(g) \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} 2N{O_2}(g){K_C} = 0,2\\(b){H_2}(g) + {I_2}(g) \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} 2HI(g){K_C} = 50\\(c)C{O_2}(g) + {H_2}(g) \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} CO(g) + {H_2}O(g){K_C} = 0,659\end{array}\).
Phương pháp giải:
Hằng số cân bằng càng lớn (hay nhỏ) cho biết mức độ phản ứng thuận diễn ra thuận lợi hay không thuận lợi.
Lời giải chi tiết:
Ta có: \[{{\rm{K}}_{{\rm{C(b)}}}}{\rm{ > }}{{\rm{K}}_{{\rm{C(c)}}}}{\rm{ > }}{{\rm{K}}_{{\rm{C(a)}}}}\]
=> Phản ứng thuận trong phản ứng (b) diễn ra thuận lợi nhất, phản ứng thuận của phản ứng (a) diễn ra không thuận lợi. Do đó, phản ứng (b) có hiệu suất cao nhất, phản ứng (a) có hiệu suất thấp nhất.
1.15
Cho vào bình kín (dung tích 1 L) 1 mol H 2 và 1 mol I 2 , sau đó thực hiện phản ứng ở 350 °C – 500 °C theo phương trình hoá học sau:
\({H_2}(g) + {I_2}(g) \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} 2HI(g)\)
Phương pháp giải:
Tổng quát, nếu có phản ứng thuận nghịch sau: aA+bB cC +dD
Khi phản ứng ở trạng thái cân bằng, ta có: \[{{\rm{K}}_{\rm{C}}}{\rm{ = }}\frac{{{{{\rm{[C]}}}^{\rm{c}}}{{{\rm{[D]}}}^{\rm{d}}}}}{{{{{\rm{[A]}}}^{\rm{a}}}{{{\rm{[B]}}}^{\rm{b}}}}}\]
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.
Lời giải chi tiết:
\({H_2}(g) + {I_2}(g) \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} 2HI(g)\)
Ban đầu (mol): 1 1 0
Phản ứng (mol): 0,78 ← 0,78 ← 1,56
Cân bằng (mol): 0,22 0,22 1,56
\[ \Rightarrow {\rm{[}}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{] = [}}{{\rm{I}}_{\rm{2}}}{\rm{] = }}\frac{{{\rm{0,22}}}}{{\rm{1}}}{\rm{ = 0,22 (M); [HI] = }}\frac{{{\rm{1,56}}}}{{\rm{1}}}{\rm{ = 1,56 (M)}}\]
\[ \Rightarrow {{\rm{K}}_{\rm{C}}}{\rm{ = }}\frac{{{{{\rm{[HI]}}}^{\rm{2}}}}}{{{\rm{[}}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{][}}{{\rm{I}}_{\rm{2}}}{\rm{]}}}} = \frac{{1,{{56}^2}}}{{0,22 \cdot 0,22}} \approx 50,28\]
1.16
Bromine chloride phân huỷ tạo thành bromine và chlorine theo phương trình hoá học sau:
\(2BrCl(g) \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} B{r_2}(g) + C{l_2}(g)\)
Ở nhiệt độ xác định, hằng số cân bằng của phản ứng trên có giá trị là 11,1. Giả sử BrCl được cho vào vào bình kín có dung tích 1 L. Kết quả phân tích cho biết hỗn hợp phản ứng ở trạng thái cân bằng có 4 mol Cl 2 . Tính nồng độ mol của BrCl ở trạng thái cân bằng.
Phương pháp giải:
Tổng quát, nếu có phản ứng thuận nghịch sau: aA+bB cC +dD
Khi phản ứng ở trạng thái cân bằng, ta có: \[{{\rm{K}}_{\rm{C}}}{\rm{ = }}\frac{{{{{\rm{[C]}}}^{\rm{c}}}{{{\rm{[D]}}}^{\rm{d}}}}}{{{{{\rm{[A]}}}^{\rm{a}}}{{{\rm{[B]}}}^{\rm{b}}}}}\]
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.
Lời giải chi tiết:
\(2BrCl(g) \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} B{r_2}(g) + C{l_2}(g)\)
Ở trạng thái cân bằng (mol): 4 ← 4
Ta có: \[{{\rm{n}}_{{\rm{B}}{{\rm{r}}_{\rm{2}}}}}{\rm{ = }}{{\rm{n}}_{{\rm{C}}{{\rm{l}}_{\rm{2}}}}}{\rm{ = 4 (mol)}}\]
\[ \Rightarrow {\rm{[B}}{{\rm{r}}_{\rm{2}}}{\rm{] = [C}}{{\rm{l}}_{\rm{2}}}{\rm{] = }}\frac{{\rm{4}}}{{\rm{1}}}{\rm{ = 4(M)}}\]
Ta có: K C = 11,1
\[\begin{array}{l}{\rm{ }} \Leftrightarrow {\rm{ }}\frac{{{\rm{[B}}{{\rm{r}}_2}{\rm{][C}}{{\rm{l}}_2}{\rm{]}}}}{{{{{\rm{[BrCl]}}}^2}}} = 11,1\\{\rm{ }} \Leftrightarrow \frac{{4.4}}{{{{{\rm{[BrCl]}}}^{\rm{2}}}}}{\rm{ }} = 11,1\\{\rm{ }} \Rightarrow [{\rm{BrCl}}] = \sqrt {\frac{{4.4}}{{11,1}}} \approx 1,2{\rm{ (M)}}\end{array}\]
1.17
Trong dung dịch muối Fe 3+ tồn tại cân bằng hoá học sau:
\(F{e^{{3^ + }}} + 3{H_2}O \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} Fe{(OH)_3} \downarrow + 3{H^ + }\)
Trong phòng thí nghiệm, để bảo quản dung dịch Fe 3+ , người ta thường thêm vào bình đựng vài giọt dung dịch acid HCl hoặc H 2 SO 4 loãng. Giải thích.
Phương pháp giải:
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”.
Lời giải chi tiết:
Trong dung dịch muối Fe 3+ tồn tại cân bằng hoá học sau:
\(F{e^{{3^ + }}} + 3{H_2}O \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} Fe{(OH)_3} \downarrow + 3{H^ + }\)
Khi nhỏ thêm vài giọt dung dịch acid HCl hoặc H 2 SO 4 loãng, nồng độ H + tăng, cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch. Hạn chế được sự tạo thành Fe(OH) 3 , dung dịch muối Fe 3+ được bảo quản tốt hơn.
1.18
Phản ứng tổng hợp 3-methylbutyl acetate (isoamyl acetate) trong phòng thí nghiệm từ acetic acid và 3-methylbutan-1-ol (isoamyl alcohol) với xúc tác dung dịch H 2 SO 4 đặc, đun nóng xảy ra theo phương trình hoá học sau:
\[C{H_3}COOH + {(C{H_3})_2}CHC{H_2}C{H_2}OH \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} C{H_3}COOC{H_2}C{H_2}CH{(C{H_3})_2} + {H_2}O\]
Phương pháp giải:
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”.
Lời giải chi tiết:
Dung dịch H 2 SO 4 đặc có tính háu nước, do đó dung dịch H 2 SO 4 đặc hút nước trong phản ứng, làm cân bằng chuyển dịch theo chiều tạo nước (chiều thuận), từ đó hiệu suất của phản ứng được nâng cao.
1.19
Trong dung dịch muối AlCl 3 tồn tại các cân bằng hoá học sau:
\(\begin{array}{l}A{l^{3 + }} + {H_2}O \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} Al{(OH)^{2 + }} + {H^ + }(1)\\Al{(OH)^{2 + }} + {H_2}O \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} Al(OH)_2^ + + {H^ + }(2)\\Al(OH)_2^ + + {H_2}O \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} Al{(OH)_3} \downarrow + {H^ + }(3)\end{array}\)
Khi thêm hỗn hợp KIO 3 và KI vào dung dịch AlCl 3 thì xảy ra phản ứng:
KIO 3 + 5KI + 6H + → 3I 2 + 6K + + 3H 2 O (4)
Hãy giải thích sự xuất hiện kết tủa keo trắng trong thí nghiệm trên.
Phương pháp giải:
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”.
Lời giải chi tiết:
Khi thêm hỗn hợp KIO 3 và KI vào dung dịch AlCl 3 , phản ứng (4) xảy ra. Phản ứng (4) xảy ra làm giảm nồng độ H + trong các cân bằng (1), (2) và (3); do đó các cân bằng trên chuyển dịch theo chiều làm tăng nồng độ H + , tức là chiều thuận, tạo kết tủa keo trắng Al(OH) 3 .
1.20
Theo báo cáo mới nhất vừa được Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi khí hậu (IPCC) công bố ngày 09/8/2021, lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính do các hoạt động của con người là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng ấm lên khoảng 1,1 °C của Trái Đất trong khoảng thời gian từ năm 1850 – 1900. Hãy giải thích vì sao dù lượng khí CO 2 thải ra từ các hoạt động công nghiệp hằng năm rất lớn nhưng nồng độ của chất khí này trong khí quyển lại tăng chậm.
Phương pháp giải:
Trong tự nhiên có các quá trình điều tiết, làm chậm quá trình tăng nồng độ CO 2 trong khí quyển.
Lời giải chi tiết:
Lượng khí CO 2 thải ra từ các hoạt động công nghiệp hằng năm rất lớn nhưng nồng độ của chất khí này trong khí quyển lại tăng chậm vì trong tự nhiên có các quá trình điều tiết, làm chậm quá trình tăng nồng độ CO 2 trong khí quyển như:
+ Trong lòng đại dương có tồn tại cân bằng hóa học:
\(CaC{O_3}(s) + {H_2}O(l) + C{O_2}(aq) \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} Ca{(HC{O_3})_2}(aq)\)
Khi nồng độ CO 2 tăng, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm nồng độ CO 2 .
+ Cây xanh, tảo biển sử dụng CO 2 để quang hợp dưới ánh sáng mặt trời và chất xúc tác là diệp lục (chlorophyll), theo phương trình:
\(6C{O_2} + 6{H_2}O \to {C_6}{H_{12}}{O_6} + 6{O_2}\)