Sách bài tập Hóa 11 Bài 1 (Chân trời sáng tạo): Khái niệm về cân bằng hóa học

Giải SBT Hóa 11 Bài 1: Khái niệm về cân bằng hóa học

Bài 1.1 trang 5 SBT Hóa học 11: Cho phương trình hoá học của phản ứng sản xuất ammonia trong công nghiệp:

$N_2\left(g\right)+3H_2\left(g\right)\stackrel{}{\rightleftharpoons }2N{H}_3\left(g\right)$

 ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^0=-91,8kJ$

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.

Lời giải:

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.

Bài 1.2 trang 5 SBT Hóa học 11: Cho phương trình hoá học của phản ứng sản xuất ammonia trong công nghiệp:

$N_2\left(g\right)+3H_2\left(g\right)\stackrel{}{\rightleftharpoons }2N{H}_3\left(g\right)$   ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^0=-91,8kJ$

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.

Lời giải:

- 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.

Bài 1.3 trang 5 SBT Hóa học 11: Cho phương trình hoá học của phản ứng sản xuất ammonia trong công nghiệp:

$N_2\left(g\right)+3H_2\left(g\right)\stackrel{}{\rightleftharpoons }2N{H}_3\left(g\right)$ ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^0=-91,8kJ$

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.

Lời giải:

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).

Bài 1.4 trang 5 SBT Hóa học 11: Cho phương trình hoá học của phản ứng sản xuất ammonia trong công nghiệp:

$N_2\left(g\right)+3H_2\left(g\right)\stackrel{}{\rightleftharpoons }2N{H}_3\left(g\right)$ ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^0=-91,8kJ$

Viết biểu thức tính hằng số cân bằng Kc của phản ứng trên.

Lời giải:

Hằng số cân bằng:$${\mathrm{K}}_{\mathrm{C}}=\frac{{[\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3]}^2}{[{\mathrm{N}}_2][{\mathrm{H}}_2{]}^3}$$

Bài 1.5 trang 5 SBT Hóa học 11: Cho phương trình hoá học của phản ứng sản xuất ammonia trong công nghiệp:

$N_2\left(g\right)+3H_2\left(g\right)\stackrel{}{\rightleftharpoons }2N{H}_3\left(g\right)$ ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^0=-91,8kJ$

Khi tổng hợp NH₃ từ N₂ và H₂ thấy rằng nồng độ ở trạng thái cân bằng của N₂ là 0,02 M; của H₂ là 2 M và của NH₃ là 0,6 M. Tính hằng số cân bằng của phản ứng.

Lời giải:

Hằng số cân bằng:$${\mathrm{K}}_{\mathrm{C}}=\frac{{[\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3]}^2}{[{\mathrm{N}}_2][{\mathrm{H}}_2{]}^3}=\frac{0,6^2}{0,{02.2}^3}=2,25$$

Bài 1.6 trang 6 SBT Hóa học 11: Trong quy trình sản xuất sulfuric acid (H₂SO₄) có giai đoạn dùng dung dịch H₂SO₄ 98% hấp thụ sulfur trioxide (SO₂) thu được oleum (H₂SO₄.nSO₃). 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 (V₂O₅) theo phương trình hoá học:

$2S{O}_2\left(g\right)+O_2\left(g\right)\stackrel{}{\rightleftharpoons }2S{O}_3\left(g\right)$  ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^0=-198,4kJ$

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 SO₂?

c) tăng nồng độ của khí O₂?

d) dùng dung dịch H₂SO₄ 98% hấp thụ SO₃ sinh ra?

Giải thích.

Lời giải:

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 SO₂, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm lượng khí SO₂, tức cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận.

c) Khi tăng nồng độ khí O₂, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm lượng khí O₂, tức cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận.

d) Khi dùng dung dịch H₂SO₄ 98% hấp thụ SO₃ sinh ra, làm cho nồng độ khí SO₃ giảm, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm tăng lượng khí SO₃, tức cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận.

Bài 1.7 trang 6 SBT Hóa học 11: $2S{O}_2\left(g\right)+O_2\left(g\right)\stackrel{}{\rightleftharpoons }2S{O}_3\left(g\right)$  ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^0=-198,4kJ$

Viết biểu thức tính hằng số cân bằng K_C của phản ứng trên.

Lời giải:

Hằng số cân bằng:$${\mathrm{K}}_{\mathrm{C}}=\frac{{[\mathrm{S}{\mathrm{O}}_3]}^2}{[{\mathrm{O}}_2][\mathrm{S}{\mathrm{O}}_2{]}^2}$$

Bài 1.8 trang 6 SBT Hóa học 11: $2S{O}_2\left(g\right)+O_2\left(g\right)\stackrel{}{\rightleftharpoons }2S{O}_3\left(g\right)$  ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^0=-198,4kJ$

Nồng độ ban đầu của SO₂ và O₂ 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% SO₂ đã phản ứng.

Lời giải:

Nồng độ SO₂ đã phản ứng:$$4\cdot 80\mathrm{\%}=3,2(\mathrm{M})$$

                          $2S{O}_2\left(g\right)+O_2\left(g\right)\stackrel{}{\rightleftharpoons }2S{O}_3\left(g\right)$

Ban đầu (M):      4               2                 0

Phản ứng (M):      3,2  →      1,6          → 3,2

Cân bằng (M):       0,8            0,4           3,2$$\Rightarrow {\mathrm{K}}_{\mathrm{C}}=\frac{{[\mathrm{S}{\mathrm{O}}_3]}^2}{[{\mathrm{O}}_2][\mathrm{S}{\mathrm{O}}_2{]}^2}=\frac{3,2^2}{0,4\cdot 0,8^2}=40$$

Bài 1.9 trang 6 SBT Hóa học 11:  $2S{O}_2\left(g\right)+O_2\left(g\right)\stackrel{}{\rightleftharpoons }2S{O}_3\left(g\right)$  ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^0=-198,4kJ$

Để có 90% SO₂ đã phản ứng khi hệ đạt trạng thái cân bằng thì lúc đầu cần lấy lượng O₂ là bao nhiêu? Biết nồng độ ban đầu của SO₂ là 4 M.

Lời giải:

Gọi x (M) là nồng độ ban đầu của O₂.

Nồng độ SO₂ đã phản ứng:

                                 $2S{O}_2\left(g\right)+O_2\left(g\right)\stackrel{}{\rightleftharpoons }2S{O}_3\left(g\right)$   

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

$$\begin{array}{l}\iff \frac{{[\mathrm{S}{\mathrm{O}}_3]}^2}{[{\mathrm{O}}_2][\mathrm{S}{\mathrm{O}}_2{]}^2}=40\\ \iff \frac{3,6^2}{(x-1,8)\cdot 0,4^2}=40\\ \iff x=3,825(\mathrm{M})\end{array}$$

Bài 1.10 trang 6 SBT Hóa học 11:  $2S{O}_2\left(g\right)+O_2\left(g\right)\stackrel{}{\rightleftharpoons }2S{O}_3\left(g\right)$  ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^0=-198,4kJ$

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?

Lời giải:

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).

Bài 1.11 trang 6 SBT Hóa học 11:  $2S{O}_2\left(g\right)+O_2\left(g\right)\stackrel{}{\rightleftharpoons }2S{O}_3\left(g\right)$  ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^0=-198,4kJ$

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 V₂O₅, (5) giảm nồng độ SO₃, (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).

Lời giải:

Những biện pháp làm cân bằng trên chuyển dịch theo chiều thuận: (2), (3), (5).

→ Chọn B.

Bài 1.12 trang 6 SBT Hóa học 11: 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:

$C{l}_2+H_{2}O\stackrel{}{\rightleftharpoons }HClO+HCl$

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.

Lời giải:

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.

Bài 1.13 trang 7 SBT Hóa học 11: 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.

Lời giải:

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.

Bài 1.14 trang 7 SBT Hóa học 11: 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.

$\begin{array}{l}\left(a\right)N_2{O}_4\left(g\right)\stackrel{}{\rightleftharpoons }2N{O}_2\left(g\right)K_C=0,2\\ \left(b\right)H_2\left(g\right)+I_2\left(g\right)\stackrel{}{\rightleftharpoons }2HI\left(g\right)K_C=50\\ \left(c\right)C{O}_2\left(g\right)+H_2\left(g\right)\stackrel{}{\rightleftharpoons }CO\left(g\right)+H_{2}O\left(g\right)K_C=0,659\end{array}$

Lời giải:

Ta có:$${\mathrm{K}}_{\mathrm{C}(\mathrm{b})}>{\mathrm{K}}_{\mathrm{C}(\mathrm{c})}>{\mathrm{K}}_{\mathrm{C}(\mathrm{a})}$$

=> 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.

Bài 1.15 trang 7 SBT Hóa học 11: Cho vào bình kín (dung tích 1 L) 1 mol H₂ và 1 mol I₂, sau đó thực hiện phản ứng ở 350 °C – 500 °C theo phương trình hoá học sau:

$H_2\left(g\right)+I_2\left(g\right)\rightleftarrows 2HI\left(g\right)$

Lời giải:

                          $H_2\left(g\right)+I_2\left(g\right)\rightleftarrows 2HI\left(g\right)$

Ban đầu (mol):        1                   1                     0

Phản ứng (mol):   0,78 ←         0,78 ←                 1,56

Cân bằng (mol):   0,22              0,22                     1,56

$$\Rightarrow [{\mathrm{H}}_2]=[{\mathrm{I}}_2]=\frac{0,22}{1}=0,22(\mathrm{M});[\mathrm{H}\mathrm{I}]=\frac{1,56}{1}=1,56(\mathrm{M})$$

$$\Rightarrow {\mathrm{K}}_{\mathrm{C}}=\frac{{[\mathrm{H}\mathrm{I}]}^2}{[{\mathrm{H}}_2][{\mathrm{I}}_2]}=\frac{1,{56}^2}{0,22\cdot 0,22}\approx 50,28$$

Bài 1.16 trang 7 SBT Hóa học 11: Bromine chloride phân huỷ tạo thành bromine và chlorine theo phương trình hoá học sau:

$2BrCl\left(g\right)\rightleftarrows B{r}_2\left(g\right)+C{l}_2\left(g\right)$

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 Cl₂. Tính nồng độ mol của BrCl ở trạng thái cân bằng.

Lời giải:

                                             $2BrCl\left(g\right)\rightleftarrows B{r}_2\left(g\right)+C{l}_2\left(g\right)$

Ở trạng thái cân bằng (mol):       4 ←       4

Ta có:$${\mathrm{n}}_{\mathrm{B}{\mathrm{r}}_2}={\mathrm{n}}_{\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2}=4(\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l})$$

$$\Rightarrow [\mathrm{B}{\mathrm{r}}_2]=[\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2]=\frac{4}{1}=4(\mathrm{M})$$

Ta có:             K_C = 11,1

$$\begin{array}{l}\iff \frac{[\mathrm{B}{\mathrm{r}}_2][\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2]}{{[\mathrm{B}\mathrm{r}\mathrm{C}\mathrm{l}]}^2}=11,1\\ \iff \frac{4.4}{{[\mathrm{B}\mathrm{r}\mathrm{C}\mathrm{l}]}^2}=11,1\\ \Rightarrow [\mathrm{B}\mathrm{r}\mathrm{C}\mathrm{l}]=\sqrt{\frac{4.4}{11,1}}\approx 1,2(\mathrm{M})\end{array}$$

Bài 1.17 trang 7 SBT Hóa học 11: Trong dung dịch muối Fe³⁺ tồn tại cân bằng hoá học sau:

$F{e}^{3^{+}}+3H_{2}O\leftrightarrows Fe(OH{)}_3\downarrow +3H^{+}$

Trong phòng thí nghiệm, để bảo quản dung dịch Fe³⁺, người ta thường thêm vào bình đựng vài giọt dung dịch acid HCl hoặc H₂SO₄ loãng. Giải thích.

Lời giải:

Trong dung dịch muối Fe³⁺ tồn tại cân bằng hoá học sau:

$F{e}^{3^{+}}+3H_{2}O\leftrightarrows Fe(OH{)}_3\downarrow +3H^{+}$

Khi nhỏ thêm vài giọt dung dịch acid HCl hoặc H₂SO₄ loãng, nồng độ H⁺ tăng, cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch. Hạn chế được sự tạo thành Fe(OH)₃, dung dịch muối Fe³⁺ được bảo quản tốt hơn.

Bài 1.18* trang 7 SBT Hóa học 11: 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 H₂SO₄ đặc, đun nóng xảy ra theo phương trình hoá học sau:

Lời giải:

Dung dịch H₂SO₄ đặc có tính háu nước, do đó dung dịch H₂SO₄ 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.

Bài 1.19* trang 8 SBT Hóa học 11: Trong dung dịch muối AlCl₃ tồn tại các cân bằng hoá học sau:

$\begin{array}{l}A{l}^{3+}+H_{2}O\leftrightarrows Al(OH{)}^{2+}+H^{+}\left(1\right)\\ Al(OH{)}^{2+}+H_{2}O\leftrightarrows Al(OH{)}_2^{+}+H^{+}(2)\\ Al(OH{)}_2^{+}+H_{2}O\leftrightarrows Al(OH{)}_3\downarrow +H^{+}(3)\end{array}$

Khi thêm hỗn hợp KIO₃ và KI vào dung dịch AlCl₃ thì xảy ra phản ứng:

KIO₃ + 5KI + 6H⁺ → 3I₂ + 6K⁺ + 3H₂O (4)

Hãy giải thích sự xuất hiện kết tủa keo trắng trong thí nghiệm trên.

Lời giải:

Khi thêm hỗn hợp KIO₃ và KI vào dung dịch AlCl₃, 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.

Bài 1.20* trang 8 SBT Hóa học 11: 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 CO₂ 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.

Lời giải:

Lượng khí CO₂ 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 CO₂ trong khí quyển như:

+ Trong lòng đại dương có tồn tại cân bằng hóa học:

$CaC{O}_3\left(s\right)+H_{2}O\left(l\right)+C{O}_2\left(aq\right)\leftrightarrows Ca(HC{O}_3{)}_2\left(aq\right)$

Khi nồng độ CO₂ tăng, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm nồng độ CO₂.

+ Cây xanh, tảo biển sử dụng CO₂ để quang hợp dưới ánh sáng mặt trời và chất xúc tác là diệp lục (chlorophyll), theo phương trình:

$6C{O}_2+6H_{2}O\to C_6{H}_{12}{O}_6+6O_2$

Xem thêm lời giải Sách bài tập Hóa học lớp 11 bộ sách Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Bài 2: Cân bằng trong dung dịch nước

Ôn tập chương 1

Bài 3: Đơn chất nitrogen

Bài 4: Ammonia và một số hợp chất ammonium

Bài 5: Một số hợp chất với oxygen của nitrogen