BÀI 1: KHÁI NIỆM VỀ CÂN BẰNG HÓA HỌC
Trang bìa
Trang bìa
Ảnh
BÀI 1: KHÁI NIỆM VỀ CÂN BẰNG HÓA HỌC
CHƯƠNG 1: CÂN BẰNG HÓA HỌC
Mục tiêu
Mục tiêu
MỤC TIÊU
- Trình bày được khái niệm phản ứng thuận nghịch và trạng thái cân bằng của phản ứng thuận nghịch - Viết được biểu thức hằng số cân bằng (Latex(K_C)) của phản ứng thuận nghịch - Thực hiện được thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ tới chuyển dịch cân bằng: (1) Phản ứng: (2) Phản ứng thủy phân sodium acetate - Vận dụng được nguyên lí chuyển dịch cân bằng Le Chateller để giải thích ảnh hưởng của nhiệt độ, nông độ, áp suất đến cân bằng hóa học
Ảnh
PƯ một chiều, PƯ thuận nghịch
PƯ một chiều
I. PHẢN ỨNG MỘT CHIỀU VÀ PHẢN ỨNG THUẬN NGHỊCH
1. Phản ứng một chiều
Xét phản ứng đốt cháy khí methano trong không khí oxygen:
Ảnh
Khi đốt cháy khí methane, thu được sản phẩm là khí carbon dioxide và hơi nước. Trong điều kiện này, các chất snar phẩm không phản ứng được với nhau để tạo thành các chất đầu. Phản ứng như trên được gọi là phản ứng một chiều Phương trình hóa học của phản ứng một chiều đuợc biểu diễn bằng một mũi tên chỉ chiều phản ứng. Ví dụ:
Ảnh
PƯ thuận nghịch (Thí nghiệm)
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: 1. Viết phương trình hoá học của các phản ứng xảy ra trong thí nghiệm 1 và thí nghiệm 2. 2. 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.
2. Phản ứng thuận nghịch
PƯ thuận nghịch (thí nghiệm)
1. Ở nhiệt độ Latex(445^oC) trong bình chưa xảy ra đồng thời hai phản ứng:
Ảnh
2. 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. Do hai phản ứng trên là phản ứng thuận nghịch, trong cùng một điều kiện, các chất phản ứng tác dụng với nhau tạo thành các chất sản phẩm (phản ứng thuận), đồng thời các chất sản phẩm lại tác dụng với nhau tạo thành các chất ban đầu (phản ứng nghịch).
PƯ thuận nghịch (KN)
Phản ứng thuận nghịch là phản ứng xảy ra theo hai chiều ngược nhau trong cùng điều kiện. Phương trình hoá học của phản ứng thuận nghịch được biểu diễn bằng hai nửa mũi tên ngược chiều nhau. Chiều từ trái sang phải là chiều phản ứng thuận, chiều từ phải sang trái là chiều phản ứng nghịch. Ví dụ:
Ảnh
Trong thực tế, các phản ứng thuận nghịch xảy ra không hoàn toàn, bởi vì trong cùng một điều kiện, các chất phản ứng tác dụng với nhau tạo thành chất sản phẩm (phản ứng thuận), đồng thời các chất sản phẩm lại tác dụng với nhau tạo thành các chất ban đầu (phản ứng nghịch).
Cân bằng hóa học
Trạng thái cân bằng (HĐ t8)
II. CÂN BẰNG HÓA HỌC
1. Trạng thái cân bằng
Hoạt động trang 8 Hóa học 11:
Lời giải: 1.
Ảnh
Trạng thái cân bằng (HĐ t8)
2. Từ đồ thị ta thấy: Lúc đầu số mol sản phẩm chưa có, theo thời gian, số mol chất tham gia (hydrogen, iodine) giảm dần, số mol chất sản phẩm (hydrogen iodide) tăng dần, đến khi số mol của các chất hydrogen, iodine, hydrogen iodide không thay đổi nữa. 3. Biểu thức định luật tác dụng khối lượng: - Đối với phản ứng thuận: - Đối với phản ứng nghịch: Dự đoán: - Ban đầu tốc độ phản ứng thuận giảm dần, sau một thời gian tốc độ phản ứng thuận không thay đổi theo thời gian. - Ban đầu tốc độ phản ứng nghịch tăng dần, sau một thời gian tốc độ phản ứng nghịch không thay đổi theo thời gian. 4. Tại thời điểm phản ứng thuận nghịch đạt tới trạng thái cân bằng thì số mol các chất trong hệ phản ứng không thay đổi nữa.
Ảnh
Ảnh
Trng thái cân bằng (KN)
Trạng thái cân bằng của phản ứng thuận nghịch là trạng thái tại đó, tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch. Cân bằng hoá học là một cân bằng động, các chất tham gia phản ứng liên tục phản ứng với nhau để tạo thành sản phẩm và các chất sản phẩm cũng liên tục phản ứng với nhau để tạo thành các chất đầu nhưng với tốc độ bằng nhau nên ở trạng thái cân bằng, nồng độ các chất không thay đổi.
Câu hỏi 4 SGK
Câu hỏi 4 trang 9 Hóa học 11: Cho phản ứng: 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.
Lời giải: a) Dạng đồ thị biểu diễn tốc độ của phản ứng thuận và phản ứng nghịch theo thời gian:
Ảnh
b) Tại thời điểm số mol của các chất hydrogen, iodine, hydrogen iodide không thay đổi nữa thì phản ứng đạt trạng thái cân bằng.
Ảnh
Hằng số cân bằng (HĐ t9)
Hoạt động trang 9 Hóa học 11:
2. Hằng số cân bằng
Xét phản ứng thuận nghịch:
Tính giá trị ở mỗi thí nghiệm, nhận xét kết quả thu được.
Ảnh
Ảnh
Lời giải: Giá trị hằng số cân bằng ở mỗi thí nghiệm: - Thí nghiệm 1:
- Thí nghiệm 2:
- Thí nghiệm 3:
Ảnh
Ảnh
Ảnh
Nhận xét: Hằng số cân bằng KC của một phản ứng thuận nghịch chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và bản chất của phản ứng.
Biểu thức của hằng số cân bằng
a. Biểu thức của hằng số cân bằng Xét phản ứng thuận nghịch tổng quát: Ở trạng thái cân bằng, hằng số cân bằng (KC) của phản ứng được xác định theo biểu thức: Trong đó: [A], [B], [C], [D] là nồng độ của các chất A, B, C, D ở trạng thái cân bằng. a, b, c, d là hệ số tỉ lượng của các chất trong phương trình hoá học của phản ứng. Chú ý: - Thực nghiệm cho thấy: hằng số cân bằng KC của một phản ứng thuận nghịch chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và bản chất của phản ứng. - Đối với các phản ứng có chất rắn tham gia, không biểu diễn nồng độ của chất rắn trong biểu thức hằng số cân bằng.
Ảnh
Ảnh
Câu hỏi 6 SGK
Câu hỏi 6 trang 10 Hóa học 11: Viết biểu thức hằng số cân bằng cho các phản ứng sau: a) Phản ứng tổng hợp ammonia: b) Phản ứng nung vôi:
Ảnh
Ảnh
Lời giải: Biểu thức hằng số cân bằng của các phản ứng: a) b) Chú ý: Đối với các phản ứng có chất rắn tham gia, không biểu diễn nồng độ của chất rắn trong biểu thức hằng số cân bằng.
Ảnh
Ảnh
Ý nghĩa hàng số cân bằng
b. Ý nghĩa của hằng số cân bằng Hằng số cân bằng phụ thuộc vào bản chất của phản ứng và nhiệt độ. Biểu thức xác định hằng số cân bằng cho thấy: càng lớn thì phản ứng thuận càng chiếm ưu thế hơn và ngược lại càng nhỏ thì phản ứng nghịch càng chiếm ưu thế hơn.
Ảnh
Ảnh
Ảnh
Ảnh
Các yếu tố ảnh hưởng
Nhiệt độ (TN1)
I. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG HÓA HỌC
1. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Thí nghiệm 1: Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự chuyển dịch cân bằng:
Ảnh
Ảnh
Lời giải:
Nhiệt độ (KN)
Khi tăng nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm nhiệt độ, tức là chiều phản ứng thu nhiệt ( ),nghĩa là chiều làm giảm tác động của việc tăng nhiệt độ và ngược lại.
Ảnh
Nồng độ, áp suất
2. Ảnh hưởng của nồng độ Khi tăng nồng độ của một chất trong phản ứng thì cân bằng hoá học bị phá vỡ và chuyển dịch theo chiều làm giảm nồng độ của chất đó và ngược lại. * Ảnh hưởng của áp suất Khi tăng áp suất chung của hệ, thì cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm áp suất, tức là chiều làm giảm số mol khí và ngược lại. Đối với phản ứng thuận nghịch có tổng hệ số tỉ lượng của các chất khí ở hai vế của phương trình hoá học bằng nhau thì trạng thái cân bằng của hệ không bị chuyển dịch khi thay đổi áp suất chung của hệ.
Câu hỏi 8 SGK
Câu hỏi 8 trang 13 Hóa học 11: Cho các cân bằng sau: Nếu tăng nhiệt độ, các cân bằng trên chuyển dịch theo chiều nào? Giải thích.
Lời giải: 1. Cân bằng: Cho các cân bằng sau: ⇒ Chiều thuận thu nhiệt. Khi tăng nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận, tức là chiều phản ứng thu nhiệt, nghĩa là chiều làm giảm tác động của việc tăng nhiệt độ 2. Cân bằng: Cho các cân bằng sau: ⇒ Chiều thuận toả nhiệt. Khi tăng nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch, tức là chiều phản ứng thu nhiệt, nghĩa là chiều làm giảm tác động của việc tăng nhiệt độ.
Ảnh
Ảnh
Ảnh
Ảnh
Ảnh
Câu hỏi 10 SGK
Câu hỏi 10 trang 14 Hóa học 11: 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.
Ảnh
Lời giải: a) Nếu tăng áp suất và giữ nguyên nhiệt độ, cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều thuận, tức chiều làm giảm áp suất (hay chiều làm giảm số mol khí). b) Nếu tăng áp suất và giữ nguyên nhiệt độ, cân bằng sẽ không chuyển dịch, do đối với phản ứng thuận nghịch có tổng hệ số tỉ lượng của các chất khí ở hai vế của phương trình hoá học bằng nhau thì trạng thái cân bằng của hệ không bị chuyển dịch khi thay đổi áp suất chung của hệ. c) Nếu tăng áp suất và giữ nguyên nhiệt độ, cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều nghịch, tức chiều làm giảm áp suất (hay chiều làm giảm số mol khí). d) Nếu tăng áp suất và giữ nguyên nhiệt độ, cân bằng sẽ không chuyển dịch, do đối với phản ứng thuận nghịch có tổng hệ số tỉ lượng của các chất khí ở hai vế của phương trình hoá học bằng nhau thì trạng thái cân bằng của hệ không bị chuyển dịch khi thay đổi áp suất chung của hệ.
Nguyên lí Le Chatelier
4. Nguyên lí chuyển dịch cân bằng Le Chatelier Một phản ứng thuận nghịch đang ở trạng thái cân bằng, khi chịu một tác động bên ngoài làm thay đổi nồng độ, nhiệt độ, áp suất thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động bên ngoài đó. Nguyên lí chuyển dịch cân bằng Le Chatelier có ý nghĩa rất lớn khi được vận dụng vào kĩ thuật công nghiệp hoá học. Người ta có thể thay đổi các điều kiện để chuyển dịch cân bằng theo chiều mong muốn, làm tăng hiệu suất của phản ứng. Chú ý: Ngoài ra, để tăng tốc độ phản ứng người ta còn sử dụng chất xúc tác. Chất xúc tác là chất làm tăng tốc độ phản ứng nhưng không bị biến đổi (cả về chất và lượng) sau khi phản ứng kết thúc.
Câu hỏi 11 SGK
Câu hỏi 11 trang 14 Hóa học 11
Lời giải: a) Cân bằng 1: ⇒ Chiều thuận thu nhiệt. Vậy để cân bằng (1) chuyển dịch theo chiều thuận cần tăng nhiệt độ của hệ. Cân bằng 2: ⇒ Chiều thuận toả nhiệt Vậy để cân bằng (2) chuyển dịch theo chiều thuận cần giảm nhiệt độ của hệ. b) Trong thực tế, ở phản ứng (2), lượng hơi nước được lấy dư nhiều (4 – 5 lần) so với khí carbon monoxide. Do: + Tăng lượng hơi nước ⇒ cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận (tức chiều làm giảm lượng hơi nước) ⇒ tăng hiệu suất thu khí hydrogen. + Ngoài ra, hơi nước có giá thành rẻ hơn và không độc hại so với sử dụng lượng dư carbon monoxide.
Ảnh
Ảnh
Ảnh
Ảnh