Phản ứng hóa 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 với nhau tạo thành chất đầu. Đối với những phản ứng này làm, thế nào để thu được nhiều sản phẩm hơn là và làm tăng hiệu suất phản ứng?
Bài Làm:
Để thu được nhiều sản phẩm hơn là và làm tăng hiệu suất phản ứng cần tác động biến đổi nồng độ, nhiệt độ, áp suất.
Trong: Giải Hóa học 11 Kết nối bài 1 Khái niệm về cân bằng hóa học
1. Phản ứng một chiều
2. Phản ứng thuận nghịch
Hoạt động nghiên cứu: Hai thí nghiệm sau đều được thực hiện ở cùng một điều kiện (bình kín dung tích 10 L, nhiệt độ 445°C):
Thí nghiệm 1: Cho 1 mol H$_{2}$ và 1 mol I$_{2}$, 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 H$_{2}$ và 0,2 mol l$_{2}$.
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 H$_{2}$ và 0,2 mol I$_{2}$; còn dư 1,6 mol Hl.
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.
Câu hỏi 1: 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.
Câu hỏi 2: 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.
Câu hỏi 3: Nhận xét nào sau đây không đúng?
A. Trong phản ứng một chiều, chất sản phẩm không phản ứng được với nhau tạo thành chất đầu.
B. Trong phản ứng thuận nghịch, các chất sản phẩm có thể phản ứng với nhau để tạo thành chất đầu.
C. Phản ứng một chiều là phản ứng luôn xảy ra không hoàn toàn.
D. Phản ứng thuận nghịch là phản ứng xảy ra theo hai chiều trái ngược nhau trong cùng điều kiện.
1. Trạng thái cân bằng
Hoạt động nghiên cứu: Xét phản ứng thuận nghịch: H2(g) + I2(g) $\rightleftharpoons $ 2HI(g).
Số liệu về sự thay đổi số mol các chất trong bình phản ứng ở thí nghiệm 1 được trình bảy 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
| Thời gian (giây) | t$_{0}$ | t$_{1}$ | t$_{2}$ | t$_{3}$ | t$_{4}$ | t$_{5}$ | ... | t$_{\infty }$ |
| Số mol H$_{2}$ | 1,0 | 0,6 | 0,4 | 0,3 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 |
| Số mol I$_{2}$ | 1,0 | 0,6 | 0,4 | 0,3 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 |
| Số mol HI | 0 | 0,8 | 1,2 | 1,4 | 1,6 | 1,6 | 1,6 | 1,6 |
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?
Câu hỏi 4: Cho phản ứng: 2HI (g) $\rightleftharpoons $ 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.
Câu hỏi 5: 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
A. (a) và (b).
B. (b) và (c).
C. (a) và (c).
D. (a) và (d).
2. Hằng số cân bằng
Hoạt động nghiên cứu: Xét phản ứng thuận nghịch: H2 (g) + I2 (g) $\rightleftharpoons $ 2HI (g)
Thực hiện phản ứng trên trong bình kín, ở nhiệt độ 445°C với các nồng độ ban đầu khác nhau. Số liệu về nồng độ các chất ở thời điểm ban đầu và ở 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) $\rightleftharpoons $ 2HI (g) ở thời điểm ban đầu và ở trạng thái cân bằng
|
Nồng độ các chất ở thời điểm ban đầu (mol/L) |
Nồng độ các chất ở trạng thái cân bằng (mol/L) |
|||||
| H$_{2}$ | I$_{2}$ | HI | H$_{2}$ | I$_{2}$ | HI | |
| Thí nghiệm 1 | 0,100000 | 0,100000 | 0,00000 | 0,02000 | 0,02000 | 0,16000 |
| Thí nghiệm 2 | 0,100000 | 0,200000 | 0,00000 | 0,00532 | 0,10532 | 0,18936 |
| Thí nghiệm 3 | 0,300000 | 0,100000 | 0,00000 | 0,20290 | 0,00290 | 0,19420 |
Tính giá trị $K_{C}=\frac{[HI]^{2}}{{[H_{2}].[I_{2}]}}$ ở mỗi thí nghiệm, nhận xét kết quả thu được.
Câu hỏi 6: Viết biểu thức hằng số cân bằng cho các phản ứng sau:
a) Phản ứng tổng hợp ammonia: N2(g) + 3H2(g) $\rightleftharpoons $ 2NH3(g)
b) Phản ứng nung vôi: CaCO3(s) $\rightleftharpoons $ CaO(s) + CO2(g)
Câu hỏi 7: Ammonia (NH3) được điều chế bằng phản ứng: N2(g) + 3H2(g) $\rightleftharpoons $ 2NH3(g)
Ở t$^{o}$C, 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 KC của phản ứng trên tại t$^{o}$C.
1. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Hoạt động thí nghiệm:
Thí nghiệm 1:
Quan sát sự thay đổi màu sắc của khí trong các ống nghiệm và hoàn thành vào vở theo các mẫu bảng sau:
| Tác động | Hiện tượng | Chiều chuyển dịch cân bằng (thuận/nghịch) | Chiều chuyển dịch cân bằng (tỏa nhiệt/thu nhiệt) |
| Tăng nhiệt độ | ? | ? | ? |
| Giảm nhiệt độ | ? | ? | ? |
Thí nghiệm 2:
Quan sát sự thay đổi màu sắc của dung dịch trong các ống nghiệm và hoàn thành vào vở theo các mẫu bảng sau:
| Tác động | Hiện tượng | Chiều chuyển dịch cân bằng (thuận/nghịch) | Chiều chuyển dịch cân bằng (tỏa nhiệt/thu nhiệt) |
| Tăng nhiệt độ | ? | ? | ? |
| Giảm nhiệt độ | ? | ? | ? |
2. Ảnh hưởng của nồng độ
Hoạt động nghiên cứu:
Quan sát sự thay đổi màu sắc của dung dịch trong các ống nghiệm (Hình 1.4) và hoàn thành vào vở theo các mẫu bảng sau:
| Tác động | Hiện tượng | Chiều chuyển dịch cân bằng (thuận/nghịch) | Chiều chuyển dịch cân bằng (tăng/giảm nồng độ) |
| Tăng nồng độ CH3COONa | ? | ? | ? |
| Tăng nồng độ CH3COOH | ? | ? | ? |
Câu hỏi 8: Cho các cân bằng sau:
CaCO3(s) $\rightleftharpoons $ CaO(s) + CO2(g) $\Delta _{r}H_{298}^{o}$ = 176 kJ
2SO2(g) + O2(g) $\rightleftharpoons $ 2SO3(g) $\Delta _{r}H_{298}^{o}$ = -198 kJ
Nếu tăng nhiệt độ, các cân bằng trên chuyển dịch theo chiều nào? Giải thích.
Câu hỏi 9: Ester là hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, một số ester được sử dụng 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) $\rightleftharpoons $ 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.
Câu hỏi 10: Cho các cân bằng sau:
a) 2SO2 (g) + O2(g) $\rightleftharpoons $ 2SO3(g)
b) CO(g) + H2O(g) $\rightleftharpoons $ H2(g) + CO2(g)
c) PCl5(g) $\rightleftharpoons $ Cl2(g) + PCl3(g)
d) H2(g) + I2(g) $\rightleftharpoons $ 2HI(g)
Nếu tăng áp suất và giữ nguyên nhiệt độ, các cân bằng trên chuyển dịch theo chiều nào? Giải thích.
3. Nguyên lí chuyển dịch cân bằng Le Chatelier
Câu hỏi 11: 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) $\rightleftharpoons $ CO(g) + H2(g) $\Delta _{r}H_{298}^{o}$ = 130 kJ (1)
Trộn khí than ướt với hơi nước, cho hỗn hợp đi qua chất xúc tác Fe2O3:
CO(g) + H2O(g) $\rightleftharpoons $ CO2(g) + H2(g) $\Delta _{r}H_{298}^{o}$ = - 42 kJ (2)
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.
c) Nếu tăng áp suất, cân bằng (1), (2) chuyển dịch theo chiều nào? Giải thích.
Câu hỏi 12: Trong cơ thể người, hemoglobin (Hb) kết hợp oxygen theo phản ứng thuận nghịch được biểu diễn đơn giản như sau:
Hb+ O2 $\rightleftharpoons $ HbO2
Ở phổi, nồng độ oxygen lớn 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 Chatelier, 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.
Xem thêm các bài Giải hóa học 11 kết nối tri thức được biên soạn cho Học kì 1 & Học kì 2 theo mẫu chuẩn của Bộ Giáo dục theo sát chương trình Lớp 11 giúp bạn học tốt hơn.
Giải bài tập SGK, SBT, VBT và Trắc nghiệm các môn học Lớp 11, dưới đây là mục lục các bài giải bài tập sách giáo khoa và Đề thi chi tiết với câu hỏi bài tập, đề kiểm tra 15 phút, 45 phút (1 tiết), đề thi học kì 1 và 2 (đề kiểm tra học kì 1 và 2) các môn trong chương trình Lớp 11 giúp bạn học tốt hơn.