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

CHƯƠNG 1. CÂN BẰNG HÓA HỌC

BÀI 1: KHÁI NIỆM VỀ CÂN BẰNG HÓA HỌC

HOẠT ĐỘNG KHỞI ĐỘNG

GV yêu cầu HS thảo luận và trả lời:

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 thế này, làm thế nào để thu được nhiều sản phẩm hơn và làm tăng hiệu suất phản ứng?

HOẠT ĐỘNG HÌNH THÀNH KIẾN THỨC

I. PHẢN ỨNG MỘT CHIỀU VÀ PHẢN ỨNG THUẬN NGHỊCH

Hoạt động 1: Phản ứng một chiều

HS thảo luận trả lời câu hỏi: 

• Phản ứng một chiều là gì?

• Phản ứng một chiều được biểu diễn như thế nào?

• Em hãy cho ví dụ về phản ứng một chiều.

Sản phẩm dự kiến:

- 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

Hoạt động 2: Phản ứng thuận nghịch

HS thảo luận trả lời câu hỏi: 

• Viết phương trình hóa học của các phản ứng xảy ra trong thí nghiệm 1 và thí nghiệm 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.

• Phản ứng thuận nghịch là gì?

• Phản ứng thuận nghịch được biểu diễn như thế nào?

• Em hãy cho ví dụ về phản ứng thuận nghịch.

Sản phẩm dự kiến:

+ Thí nghiệm 1: H₂(g) + I₂(g) ⟶ 2HI(g)

+ Thí nghiệm 2: 2HI(g) ⟶ H₂(g) + I₂(g)

+ 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 

II. CÂN BẰNG HÓA HỌC

Hoạt động 1: Trạng thái cân bằng

HS thảo luận trả lời câu hỏi: 

• Vẽ đồ thị biểu diễn sự thay đổi số mol các chất theo thời gian

• Từ đồ thị, nhận xét sự thay đổi số mol của các chất theo thời gian.

• Viết biểu thức định luật tác dụng khối lượng 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).

• Bắt đầu từ thời điểm nào thì số mol các chất trong hệ phản ứng thay đổi nữa?

• Trạng thái cân bằng của phản ứng thuận nghịch là gì?

• Em hãy nêu đặc điểm của cân bằng hoá học.

Sản phẩm dự kiến:

a)

b)

Theo thời gian, số mol H₂ và I₂ giảm dần và từ thời điểm t₄, số mol của H₂ và I₂ không thay đổi nữa.

Theo thời gian, số mol HI tăng dần và từ thời điểm t₄, số mol HI cũng không thay đổi nữa.

c) 

Biểu thức định luật tác dụng khối lượng đối với phản ứng thuận:

v_t = k_t[H₂].[I₂]

Biểu thức định luật tác dụng khối lượng đối với phản ứng nghịch:

v_n = k_n[HI]²

Từ hai biểu thức cho thấy:

- Theo thời gian, số mol H₂, I₂ giảm dần nên [H₂] và [I₂] giảm, tốc độ phản ứng thuận giảm.

- Theo thời gian, số mol HI tăng dần nên [HI] tăng dần, tốc độ phản ứng nghịch tăng. 

d) Từ thời điểm t₄ thì số mol các chất trong hệ phản ứng không thay đổi.

- Khái niệm: 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. 

- Đặc điểm: 

+ Cân bằng hóa học là một cân bằng động

+ Các chất tham gia phản ứng/sản phẩm liên tục phản ứng với nhau để tạo thành sản phẩm/chất đầu nhưng với tốc độ bằng nhau. 

Ở trạng thái cân bằng, nồng độ các chất không đổi. 

Hoạt động 2: Hằng số cân bằng

HS thảo luận trả lời câu hỏi: 

• Em hãy trình bày biểu thức của hằng số cân bằng của phản ứng thuận nghịch tổng quát.

• Ở trạng thái cân bằng, hằng số cân bằng của phản ứng được xác định như thế nào?

• Ý nghĩa của hằng số cân bằng là gì?

• Em hãy trả lời câu hỏi mục 2 SGK trang 9.

Sản phẩm dự kiến:

* 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:

KC=[C]c[D]d[A]a[B]b

- 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. 

* 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. 

* Câu hỏi mục 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 = HI2H2[I2] thay đổi không đáng kể mặc dù nồng độ ban đầu và nồng độ các chất tại thời điểm cân bằng khác nhau. 

a) KC=[NH3]2[H2]3[N2]

b) K_C = [CO₂]

III. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG HÓA HỌC.

Hoạt động 1: Ảnh hưởng của nhiệt độ

HS thảo luận trả lời câu hỏi: 

• Trả lời câu hỏi hoạt động mục 1 SGK trang 11. Quan sát sự thay đổi màu sắc của dung dịch trong các ống nghiệm và hoàn thành vào vở theo mẫu bảng sau:

• Em hãy nêu ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự chuyển dịch cân bằng hoá học.

Sản phẩm dự kiến:

Thí nghiệm 1: 

Thí nghiệm 2: 

=> Kết luận: Khi tăng nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm nhiệt độ, tức là chiều phản ứng thu nhiệt (∆rH298o > 0), nghĩa là chiều làm giảm tác động của việc tăng nhiệt độ và ngược lại

Hoạt động 2: Ảnh hưởng của nồng độ

HS thảo luận trả lời câu hỏi: 

• Trả lời câu hỏi hoạt động mục 2 SGK trang 12: Quan sát sự thay đổi màu sắc của dung dịch trong các ống nghiệm (Hình 1.4) và hoàn thành vào vở theo mẫu bảng sau:

• Em hãy nêu ảnh hưởng của nồng độ đến sự chuyển dịch cân bằng hoá học.

Sản phẩm dự kiến:

=> 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

HOẠT ĐỘNG LUYỆN TẬP

Câu 1: Cho cân bằng hóa học: 2SO₂ (g) + O₂ (g) ⇌ 2SO₃ (g)

Khi tăng nhiệt độ thì tỉ khối của hỗn hợp khí so với H₂ giảm đi. Phát biểu nào sau đây đúng khi nói về cân bằng hóa học này?

A. Phản ứng thuận thu nhiệt, cân bằng dịch chuyển theo chiều nghịch khi tăng nhiệt độ.

B. Phản ứng nghịch tỏa nhiệt, cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận khi tăng nhiệt độ.

C. Phản ứng nghịch thu nhiệt, cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận khi tăng nhiệt độ.

D. Phản ứng thuận tỏa nhiệt, cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch khi tăng nhiệt độ.

Câu 2: Thực hiện phản ứng tổng hợp amoniac N₂ + 3H₂ ⇆ 2NH₃.

Nồng độ mol ban đầu của các chất như sau: [N₂] = 1 mol/l; [H₂] = 1,2 mol/l. Khi phản ứng đạt cân bằng nồng độ mol của [NH₃] = 0,2 mol/l. Hiệu suất của phản ứng là :

A. 43%.     

B. 30%.

C. 25%.     

D. 10%.

Câu 3: Cho cân bằng hóa học: CaCO₃ (s) ⇄ CaO (s) + CO₂ (g)

Biết phản ứng thuận là phản ứng thu nhiệt. Tác động nào sau đây vào hệ cân bằng để cân bằng đã cho chuyển dịch theo chiều thuận?

A. Tăng nồng độ khí CO₂.

B. Tăng áp suất.           

C. Giảm nhiệt độ.      

D. Tăng nhiệt độ.

Sản phẩm dự kiến:

Câu 1: D

Câu 2: C

Câu 3: D

HOẠT ĐỘNG VẬN DỤNG

Vận dụng kiến thức, GV yêu cầu HS trả lời câu hỏi:

Câu 1: Cho phương trình phản ứng:

N₂(g) + O₂(g) 2NO(g)

Ở 1 500K, hằng số cân bằng K_C = 1,00.10^-4. Giả sử một mẫu không khí có nồng độ N₂ và O₂ trước khi phản ứng lần lượt là 0,80 M và 0,20 M. Tính nồng độ ở thời điểm cân bằng của các chất phản ứng và sản phẩm sau khi hỗn hợp được đốt nóng ở 1 500K.

Câu 2: Nếu tăng áp suất và giữ nguyên nhiệt độ, cân bằng nào dưới đây chuyển dịch theo chiều thuận? Giải thích

(1) CO(g) + H₂O(g)  H₂(g) + CO₂(g)

(2) PCl₅(g)  Cl₂(g) + PCl₃(g)

(3) H₂(g) + I₂(g)  2HI(g)

(4) 2SO₂(g) + O₂(g)  2SO₃