Giải bài tập SGK Hóa 10 Nâng cao Bài 51: Luyện tập tốc độ phản ứng và cân bằng hóa học

Nội dung nào thể hiện trong các câu sau đây là sai?

A. Nhiên liệu cháy ở tầng khí quyển trên cao nhanh hơn khi cháy ở mặt đất.

B. Nước giải khát được nén khí CO₂ ở áp suất cao hơn có độ chua (độ axit) lớn hơn.

C. Thực phẩm được bảo quản ở nhiệt độ thấp hơn sẽ giữ được lâu hơn.

D. Than cháy trong oxi nguyên chất nhanh hơn khi cháy trong không khí.

Phương pháp giải

Để giải bài tập này các em cần nắm vững lý thuyết về tốc độ phản ứng, cân bằng hóa học

Hướng dẫn giải

Nhiên liệu cháy ở tầng khí quyển trên cao nhanh hơn khi cháy ở mặt đất → Sai

Đáp án A

Nội dung nào thể hiện trong các câu sau đây là đúng?

A. Hằng số cân bằng K_C của mọi phản ứng đều tăng khi tăng nhiệt độ.

B. Hằng số cân bằng K_C càng lớn, hiệu suất phản ứng càng nhỏ.

C. Khi một phản ứng thuận nghịch ở trạng thái cân bằng cũ chuyển sang trạng thái cân bằng mới ở nhiệt độ không đổi, hằng số cân bằng K_C biến đổi.

D. Khi thay đổi hệ số tỉ lượng các chất trong phương trình hóa học của một phản ứng, giá trị của hằng số cân bằng K_C thay đổi.

Phương pháp giải

Áp dụng công thức \({K_C} = \frac{{{{[C]}^c}{{[D]}^d}}}{{{{[A]}^a}{{[B]}^b}}}\)

Hướng dẫn giải

Khi thay đổi hệ số tỉ lượng các chất trong phương trình hóa học của một phản ứng, giá trị của hằng số cân bằng K_C thay đổi.

Đáp án D

Trong các cặp phản ứng sau, phản ứng nào có tốc độ lớn hơn?

a) Fe + CuSO₄ (2M) và Fe + CuSO₄ (4M) (cùng nhiệt độ).

b) Zn + CuSO₄ (2M, 25^oC) và Zn + CuSO₄ (2M, 50°C).

c) Zn (hạt) + CuSO₄ (2M) và Zn (bột) + CuSO₄ (2M) (cùng nhiệt độ).

d) 2H₂ + O₂ → 2H₂O (đk: nhiệt độ thường) và 2H₂ + O₂ → 2H₂O (đk: nhiệt độ thường, Pt)

Phương pháp giải

Để giải bài tập này các em cần nắm vững lý thuyết về tốc độ phản ứng, cân bằng hóa học

Hướng dẫn giải

Phản ứng có tốc độ lớn hơn:

Câu a: Fe + CuSO₄ (4M).

Câu b: Zn + CuSO₄ (2M, 50^oC).

Câu c: Zn (bột) + CuSO₄ (2M).

Câu d: 2H₂ + O₂ → 2H₂O (đk: nhiệt độ thường, Pt)

Cho phản ứng thuận nghịch sau:

2NaHCO₃(r) ⇌ Na₂CO₃(r) + CO₂(k) + H₂O(k); ΔH = 129kJ

Có thể dùng những biện pháp gì để chuyển hóa nhanh và hoàn toàn NaHCO₃ thành Na₂CO₃?

Phương pháp giải

Để giải bài tập này các em cần nắm vững lý thuyết về tốc độ phản ứng, cân bằng hóa học

- Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng:

+ Nồng độ: Tăng nồng độ → tốc độ phản ứng tăng.

+ Áp suất: Đối với phản ứng có chất khí, tăng áp suất → tốc độ phản ứng tăng.

+ Nhiệt độ: Tăng nhiệt độ → tốc độ phản ứng tăng.

+ Diện tích bề mặt: Tăng diện tích bề mặt → tốc độ phản ứng tăng.

+ Chất xúc tác: tùy từng phản ứng, chất xúc tác giúp tăng tốc độ phản ứng.

Hướng dẫn giải

Biện pháp để cân bằng chuyển dịch hoàn toàn theo chiều thuận: Đun nóng.

- Giảm áp suất bằng cách thực hiện phản ứng trong bình hở

Khi đun nóng HI trong một bình kín, xảy ra phản ứng sau:  2HI(k) ⇌ H₂(k) + I₂(k)

a) Ở một nhiệt độ nào đó, hằng số cân bằng K_C của phản ứng bằng 1/64. Tính xem có bao nhiêu phần trăm HI bị phân hủy ở nhiệt độ đó.

b) Tính hằng số cân bằng K_C của hai phản ứng sau ở cùng nhiệt độ như trên:

HI(k) ⇆ 1/2 H₂(k) + 1/2 I₂(k) và H₂(k) + I₂(k) ⇆ 2HI(k)

Phương pháp giải

Áp dụng công thức \({K_C} = \frac{{{{[C]}^c}{{[D]}^d}}}{{{{[A]}^a}{{[B]}^b}}}\)

Hướng dẫn giải

Gọi K_C1,K_C2,K_C3 lần lượt là các hằng số cân bằng của các phản ứng đã cho.

Câu a: Ta có:  \({K_C}_{_1} = \frac{{[{H_2}][{I_2}]}}{{{{[HI]}^2}}}\)

Giả sử ban đầu nồng độ HI là 1 mol/l

Tại thời điểm cân bằng nồng độ HI phân hủy là 2x: [H₂] = [I₂] = x.

[HI] = ( 1- 2x) ⇒ \(\frac{{{x^2}}}{{{{(1 - 2x)}^2}}} = \frac{1}{{64}} \to x = 0,1\)

Phần trăm HI bị phân hủy = 0,1.2.100 = 20%

Câu b: HI ⇔   1/2H₂ + 1/2I₂

\({K_C}_{_2} = \frac{{{{[{H_2}]}^{\frac{1}{2}}}{{[{I_2}]}^{\frac{1}{2}}}}}{{[HI]}} = \sqrt {{K_{{C_1}}}}  = \frac{1}{8}\)

H₂ + I₂ ⇔ 2HI 

\[(K_C}_{_3} = \frac{{{{[HI]}^2}}}{{[{I_2}][{H_2}]}} = \frac{1}{{{K_{{C_1}}}}} = 64\)

Phản ứng nung vôi xảy ra như sau trong một bình kín:

CaCO₃ (r) ⇌ CaO(r) + CO₂(k); ΔH = 178kJ

Ở 820^oC hằng số cân bằng KC = 4,28.10^-3

a) Phản ứng trên là tỏa nhiệt hay thu nhiệt ?

b) Khi phẳn ứng đang ở trạng thái cân bằng, nếu biến đổi một trong những điều kiện sau đây thì hằng số cân bằng KC có biến đổi không và biến đổi như thế nào? Giải thích.

- Thêm khí CO₂ vào.

- Lấy bớt một lượng CaCO₃ ra.

- Tăng dung tích của bình phản ứng lên.

- Giảm nhiệt độ của phản ứng xuống.

c) Tại sao miệng của các lò nung vôi lại để hở? Nếu đậy kín xảy ra hiện tượng gì? Tại sao?

Phương pháp giải

Nguyên lí Lơ Sa-tơ-li-ê: Một phản ứng thuận nghịch đang ở trạng thái cân bằng, khi chịu 1 tác động từ bên ngoài như biến đổi nồng độ, áp suất, nhiệt độ thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều ngược lại.

Hướng dẫn giải

Phản ứng nung vôi: CaCO₃ (r) ⇌ CaO(r) + CO₂(k); ΔH = 178kJ

Câu a: Phản ứng trên là thu nhiệt

Câu b:

- Khi thêm khí CO₂, hằng số cân bằng K_C tăng vì K_C = [CO₂]:

- Lượng CaCO₃(r) không ảnh hưởng đến K_C.

- Khi tăng dung tích của bình phản ứng, K_C giảm vì [CO₂] giảm.

- Khi giảm nhiệt độ, cân bằng của phản ứng nung vôi chuyển dịch theo chiều nghịch. Nồng độ CO₂ giảm dẫn đến K_C giảm.

Câu c: Miệng các lò nung vôi để hở vì làm như vậy áp suất khí CO₂ giảm, cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận.

Nếu đậy kín, áp suất khí CO₂ tăng, cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch.

Giải thích: Áp dụng nguyên lí La Sơ-tơ-li-ê nên Kc = [CO₂].

Cho 0,1 mol CaCO₃(r) vào bình chân không dung tích 1 lít để thực hiện phản ứng sau:

CaCO₃ (r) ⇌ CaO(r) + CO₂(k);

Ở nhiệt độ 820^oC , hằng số cân bằng K_C = 4,28.10^-3

Ở nhiệt độ 880^oC, hằng số cân bằng K_C = 1,06.10^-2.

Tính hiệu suất chuyển hóa CaCO₃ thành CaO và CO₂ (%CaCO₃ bị phân hủy) khi đạt đến trạng thái cân bằng ở hai nhiệt độ trên. So sánh các kết quả thu được hãy rút ra kết luận và giải thích.

Phương pháp giải

Áp dụng công thức \({K_C} = \frac{{{{[C]}^c}{{[D]}^d}}}{{{{[A]}^a}{{[B]}^b}}}\)

Hướng dẫn giải

Phản ứng xảy ra: CaCO₃ (r) ⇌ CaO(r) + CO₂(k);  K = [CO₂].

+ Ở nhiệt độ 820^oC: K_C = 4,28.10^-3 , do đó [CO₂] = 4,28.10 ^-3 (mol/l)

\(\% H = \frac{{4,{{28.10}^{ - 3}}}}{1}.100\%  = 4.28\% \)

+ Ở nhiệt độ 880^oC: K_C = 1,06.10^-2 , do đó [CO₂] = 1,06.10^-2 (mol/l)

\(\% H = \frac{{{{1.06.10}^{ - 2}}}}{{0,1}}.100 = 10,6\% \)

Vậy ở nhiệt độ cao hơn, lượng CaO, CO₂ tạo thành theo phản ứng nhiều hơn, nghĩa là ở nhiệt độ cao hơn hiệu suất chuyển hóa CaCO₃ thành CaO và CO₂ lớn hơn.

Giải thích: Phản ứng nung vôi là phản ứng thu nhiệt. Cân bằng phản ứng dịch chuyển theo chiều thuận khi tăng nhiệt độ.