Giáo án NLS Hoá học 11 kết nối Bài 1: Khái niệm về cân bằng hoá học

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ

* Phản ứng một chiều

- GV giới thiệu hình ảnh phản ứng đốt cháy khí methane hoặc đốt cháy than.

CH₄ + 2O₂ CO₂ + 2H₂O (1)

- GV nêu đặc điểm của phản ứng (1):

+ Các chất sản phẩm không phản ứng được với nhau để tạo thành các chất đầu. 

+ Phản ứng có đặc điểm như vậy được gọi là phản ứng một chiều.

- GV đặt câu hỏi: Vậy có phản ứng nào mà các chất sản phẩm lại phản ứng được với nhau để tạo thành chất đầu không?

* Phản ứng thuận nghịch

- GV giới thiệu hai thí nghiệm cùng thực hiện ở 445 ^oC, trong bình kín dung tích 10 lít.

Thí nghiệm 1:

Thí nghiệm 2:

- GV yêu cầu HS: Thảo luận cặp đôi trả lời CH hoạt động mục I.2 SGK trang 6 – 7:

a) Viết phương trình hóa 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. 

- GV dẫn dắt HS đi đến kết luận: Phản ứng thuận nghịch là phản ứng xảy ra theo hai chiều trái ngược nhau trong cùng điều kiện. 

- GV yêu cầu HS: Trả lời CH1, CH2 mục I.2 SGK trang 7 – 8: 

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 hủy tạo ra CO₂ và CaCO₃ (phản ứng nghịch), hình thành các thạch nhũ, măng đá, cột đá.

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

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

- GV yêu cầu HS: Sử dụng Smartphone truy cập vào công cụ tìm kiếm hình ảnh hoặc video về sự trao đổi oxy và cacbonic trong máu người và cho biết đây là phản ứng một chiều hay thuận nghịch".

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ

- HS suy nghĩ trả lời câu hỏi của GV, CH hoạt động mục I.2, CH1, CH2 SGK trang 6 – 8. 

- GV hướng dẫn, theo dõi, hỗ trợ HS nếu cần thiết. 

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- Đại diện HS trả lời câu hỏi của GV, CH hoạt động mục I.2, CH1, CH2 SGK trang 6 – 8. 

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung. 

Bước 4: Kết luận, nhận định

GV đánh giá, nhận xét, tổng kết các đặc điểm của phản ứng một chiều và phản ứng thuận nghịch qua bảng:

	Phản ứng một chiều	Phản ứng thuận nghịch
Chiều phản ứng	Chỉ xảy ra một chiều.	Xảy ra theo hai chiều trái ngược nhau.
Các chất sản phẩm	Không phản ứng lại được với nhau tạo thành chất đầu.	Các chất sản phẩm phản ứng được với nhau để tạo thành chất đầu.  Dù chất đầu là chất phản ứng của phản ứng thuận hay nghịch thì cuối cùng đều thu được các chất giống nhau.
Biểu diễn PTHH
Phản ứng xảy ra	Hoàn toàn	Không hoàn toàn
Ví dụ	2Mg + O2 2MgO Na2CO3 + 2HCl 2NaCl + CO2 + H2O	2SO2 + O2 2SO3 CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O

I. Phản ứng một chiều và phản ứng thuận nghịch

1. Phản ứng một chiều

- Phản ứng một chiều là phản ứng chỉ xảy ra một chiều từ chất phản ứng tạo thành chất sản phẩm.

- Các chất sản phẩm không phản ứng lại được với nhau tạo thành chất đầu. 

- PTHH của phản ứng một chiều được biểu diễn bằng mũi tên chỉ chiều phản ứng

Ví dụ : NaOH + HCl NaCl + H₂O

2. Phản ứng thuận nghịch

Trả lời CH hoạt động mục I.2 SGK trang 6 – 7:

a) 

+ Thí nghiệm 1: 

H₂(g) + I₂(g) 2HI(g)

+ Thí nghiệm 2:

2HI(g) H₂(g) + I₂(g)

b)

+ Ở thí nghiệm 1: Khí H₂ tác dụng với I₂ tạo thành HI, đồng thời lại xảy ra phản ứng HI phân hủy tạo thành I₂ và H₂ nên dù thời gian phản ứng kéo dài bao lâu thì sau phản ứng các chất đầu H₂, I₂ vẫn còn. 

+ Ở thí nghiệm 2: Khí HI phân hủy tạo thành H₂ và I₂, đồng thời lại xảy ra phản ứng khi H₂ và I₂ tạo thành HI nên dù thời gian phản ứng kéo dài bao lâu thì sau phản ứng chất đầu HI vẫn còn. 

Kết luận:

- Phản ứng thuận nghịch là phản ứng xảy ra theo hai chiều ngược nhau trong cùng điều 

- PTHH của phản ứng hai chiều 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: 3O₂ 2O₃ 

Trả lời CH1 SGK trang 7:

CaCO₃(s) + H₂O(l) + CO₂(aq) Ca(HCO₃)₂(aq)

Trả lời CH2 SGK trang 8:

+ PTHH của phản ứng:

Cl₂ + H₂O HCl + HClO

+ Phản ứng thuận:

Cl₂ + H₂O HCl + HClO

+ Phản ứng nghịch:

HCl + HClO Cl₂ + H₂O

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ

- GV chia lớp thành các nhóm, yêu cầu HS thiết lập biểu thức hằng số cân bằng của phản ứng:

H₂(g) + I₂(g) 2HI(g)

- Các nhóm thảo luận trả lời CH hoạt động mục II.2 SGK trang 9:

Tính giá trị K_C = ở mỗi thí nghiệm, nhận xét kết quả thu được.

- GV giới thiệu biểu thức tính tính hằng số cân bằng của phản ứng thuận nghịch tổng quát. 

Aa + Bb Cc + dD

- GV lưu ý HS:

+ Hằng số cân bằng K_C của một phản ứng thuận nghịch, chỉ phụ thuộc nhiệt độ và bản chất của phản ứng, không phụ thuộc nồng độ ban đầu của các chất.

+ Nồng độ của chất rắn được coi bằng 1 và không có mặt trong biểu thức tính hằng số cân bằng.

- GV lấy ví dụ về phản ứng thuận nghịch có mặt của chất rắn và hướng dẫn HS viết biểu thức hằng số cân bằng của phản ứng:

C(s) + CO₂(g) 2CO(g)

- GV trình bày về ý nghĩa của hằng số cân bằng.

- GV yêu cầu HS: Trả lời CH6 mục II.2 SGK trang 10:

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)

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ

- HS thảo luận theo cặp đôi, đọc SGK và trả lời CH hoạt động mục, CH6 II.2 SGK trang 9 – 10 

- GV hướng dẫn, theo dõi, hỗ trợ HS nếu cần thiết. 

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- Đại diện HS trả lời câu hỏi CH hoạt động mục II.2, CH6 SGK trang 9 – 10 

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung. 

Bước 4: Kết luận, nhận định

GV đánh giá, nhận xét, chuẩn kiến thức về hằng số cân bằng, chuyển sang nội dung mới.

II. Cân bằng hóa học

2. Hằng số cân bằng

a) Biểu thức của hằng số cân bằng

- Xét phản ứng thuận nghịch tổng quát:

Aa + Bb Cc + dD

- Ở trạng thái cân bằng, hằng số cân bằng (K_C) của phản ứng được xác định theo biểu thức:

- Trong đó: [A], [B], [C], [D] là nồng độ mol 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 hóa học của phản ứng. 

c) Ý nghĩa của hằng số cân bằng

- K_C phụ thuộc vào bản chất của phản ứng và nhiệt độ.

- K_C càng lớn thì phản ứng thuận càng chiếm ưu thế hơn và ngược lại, K_C càng nhỏ thì phản ứng nghịch càng chiếm ưu thế hơn. 

Trả lời CH mục II.2 SGK trang 9:

Thí nghiệm 1: K_C = 64,00; thí nghiệm 2: K_C = 63, 99; thí nghiệm 3: K_C = 64,08

Nhận xét: giá trị biểu thức K_C = thay đổi không đáng kể mặc dù nồng độ ban đầu và nồng độ các chất tại thời điểm cân bằng khác nhau. 

Trả lời CH6 SGK trang 10:

a)

b)

K_C = [CO₂]

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ

- GV chia lớp thành các nhóm, thực hiện thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ tới chuyển dịch cân bằng thông qua phản ứng thủy phân dung dịch sodium acetate :

CH₃COONa + H₂O CH₃COOH + NaOH 

- GV yêu cầu HS: Trả lời CH hoạt động mục III.2 SGK trang 12:

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

- GV kết luận về ảnh hưởng của nồng độ đến sự chuyển dịch cân bằng hóa học

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ

- HS đọc SGK và thực hiện thí nghiệm, trả lời CH hoạt động mục III.2 SGK trang 12

- GV hướng dẫn, theo dõi, hỗ trợ HS nếu cần thiết. 

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- Đại diện HS báo cáo kết quả thực hiện thí nghiệm, CH hoạt động mục III.2 SGK trang 12. 

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung. 

Bước 4: Kết luận, nhận định

GV đánh giá, nhận xét, chuẩn kiến thức về ảnh hưởng của nồng độ đến sự chuyển dịch cân bằng hóa học.

2. Ảnh hưởng của nồng độ

Trả lời CH hoạt động mục III.2 SGK trang 12:

Kết luận: Khi tăng nồng độ một chất trong phản ứng thì cân bằng hóa học bị phá vỡ và chuyển dịch theo chiều làm giảm nồng độ của chất đó và ngược lại

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ

- Qua nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố nhiệt độ, nồng độ, áp suất đến sự chuyển dịch cân bằng, GV giới thiệu cho HS về nguyên lí chuyển dịch cân bằng Le Chatelier. 

- GV phân tích ví dụ về các điều kiện thực tế về nhiệt độ, áp suất trong quá trình sản xuất NH₃:

N₂(g) + 3H₂(g) 2NH₃(g)      = - 91,8 kJ 

Yếu tố áp suất: Khi phản ứng trên xảy ra, số mol khí của hệ giảm. Theo nguyên lí Le Chatelier, khi tăng áp suất thì cân bằng trên chuyển dịch theo chiều thuận, tức là theo chiều tạo ra nhiều ammonia hơn. 

Yếu tố nhiệt độ: Phản ứng trên là phản ứng tỏa nhiệt nên để cần bằng chuyển dịch về phía tạo thành ammonia, cần thực hiện phản ứng ở nhiệt độ rất thấp. Thực tế, ammonia được tổng hợp ở nhiệt độ khoảng 450 ^oC vì ở nhiệt độ thấp tốc độ phản ứng này rất chậm.

- GV yêu cầu HS: Thảo luận trả lời CH11 SGK trang 14: 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) = 130 kJ (1)

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

CO(s) + H₂O(g)   CO₂ (g) + H₂(g) = - 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. 

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ

- HS đọc SGK và trả lời CH11 SGK trang 14

- GV hướng dẫn, theo dõi, hỗ trợ HS nếu cần thiết. 

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- Đại diện HS trả lời CH11 SGK trang 14

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung. 

Bước 4: Kết luận, nhận định

GV đánh giá, nhận xét, chuẩn kiến thức về nguyên lí Le Chatelier

3. 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. 

Trả lời CH11 SGK trang 14:

a) Phản ứng (1) có > 0, chiều thuận là thu nhiệt, nên để cân bằng chuyển dịch về bên phải thì cần tăng nhiệt độ (thực tế phản ứng được thực hiện ở khoảng 1 000 ^oC)

Phản ứng (2) có   < 0, chiều thuận là tỏa nhiệt, nên để cân bằng chuyển dịch về bên phải thì cần giảm nhiệt độ (thực tế phản ứng được thực hiện ở khoảng 450 ^oC, nhiệt độ không quá thấp để làm tăng tốc độ phản ứng).

b) Ở phản ứng (2), người ta lấy lượng hơi nước dư nhiều (thường dư 4 – 5 lần) so với khí carbon monoxide, tức là làm tăng nồng độ của hơi nước, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm nồng độ của hơi nước, tức là theo chiều thuận. 

c) Nếu tăng áp suất, các cân bằng (1), (2) không chuyển dịch theo chiều nào vì số mol khí ở cả hai vế bằng nhau.