Cho phương trình hoá học của phản ứng sản xuất ammonia trong công nghiệp:

 $2N_{2}(g)+3H_{2}(g) --> 2NH_{3}(g)$

Bài 1.1: 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.

Hướng dẫn trả lời:

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: 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.

Hướng dẫn trả lời:

- 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: 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.

Hướng dẫn trả lời:

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

Hướng dẫn trả lời:

$K_{C}=\frac{[NH_{3}]^{2}}{[N_{2}][H_{2}]^{3}}$

Bài 1.5: 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.

Hướng dẫn trả lời:

$K_{C}=\frac{[NH_{3}]^{2}}{[N_{2}][H_{2}]^{3}}$ = 2,25

Bài 1.6: 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:

 $2SO_{2}(g)+O_{2}(g) --> 2SO_{3}(g)$

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.

Hướng dẫn trả lời:

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: $2SO_{2}(g)+O_{2}(g) --> 2SO_{3}(g)$

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

Hướng dẫn trả lời:

$K_{C}=\frac{[SO_{3}]^{2}}{[O_{2}][SO_{2}]^{2}}$

Bài 1.8: $2SO_{2}(g)+O_{2}(g) --> 2SO_{3}(g)$

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.

Hướng dẫn trả lời:

Nồng độ SO2 đã phản ứng:

4.80% = 3,2M

$2SO_{2}(g)+O_{2}(g) --> 2SO_{3}(g)$

Ban đầu (M):      4               2                 0

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

Cân bằng (M):       0,8            0,4           3,2

=> $K_{C}=\frac{[SO_{3}]^{2}}{[O_{2}][SO_{2}]^{2}}$ = 40

Bài 1.9: $2SO_{2}(g)+O_{2}(g) -->2SO_{3}(g)$

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.

Hướng dẫn trả lời:

Gọi x (M) là nồng độ ban đầu của O2.

Nồng độ SO2 đã phản ứng:

$2SO_{2}(g)+O_{2}(g)--> 2SO_{3}(g)$

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: KC = 40 => x = 3,825M

Bài 1.10: 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?

Hướng dẫn trả lời:

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: 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).

Hướng dẫn trả lời:

Các tác động vào cân bằng 

Chiều chuyển dịch của cân bằng

(1) tăng nhiệt độ

Nghịch.

(2) tăng áp suất chung của hệ phản ứng

Thuận.

(3) hạ nhiệt độ

Thuận.

(4) dùng thêm chất xúc tác V2O5

Không làm chuyển dịch cân bằng.

(5) giảm nồng độ SO3

Thuận.

(6) giảm áp suất chung của hệ phản ứng

Nghịch.

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

Bài 1.12: 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:

$Cl_{2}+H_{2}O --> HClO+HCl$

Acid HClO sinh ra không bền, dễ bị phân huỷ theo phản ứng:

$HClO\rightarrow HCl+O$

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.

Hướng dẫn trả lời:

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: 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.

Hướng dẫn trả lời:

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: 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.

a, $N_{2}O_{4}(g) --> 2NO_{2}(g)K_{C}=0,2$

b, $H_{2}(g)+I_{2}(g) --> 2HI(g)K_{C}=50$

c, $CO_{2}(g)+H_{2}(g) --> CO(g)+H_{2}O(g)K_{C}=0,659$

Hướng dẫn trả lời:

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: 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:

$H_{2}(g)+I_{2}(g)-->2HI(g)$

Hướng dẫn trả lời:

$H_{2}(g)+I_{2}(g) --> 2HI(g)$

Ban đầu (mol):        1                   1                     0

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

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

[H2] = [I2] = 1,56M => KC = 50,28

Bài 1.16: Bromine chloride phân huỷ tạo thành bromine và chlorine theo phương trình hoá học sau:

$2BrCl(g) --> Br_{2}(g)+Cl_{2}(g)$

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.

Hướng dẫn trả lời:

$2BrCl(g) --> Br_{2}(g)+Cl_{2}(g)$

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

Ta có: $n_{Br_{2}}=n_{Cl_{2}}=4$

 => [Br2] = [Cl2] = 4M

Ta có KC = 11,1 => [BrCl] = 1,2M

Bài 1.17: Trong dung dịch muối Fe3+ tồn tại cân bằng hoá học sau:

$Fe^{3+}+3H_{2}O --> Fe(OH)_{3}+3H^{+}$

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.

Hướng dẫn trả lời:

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: 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:

$CH_{3}COOH +(CH_{3})_{2}CHCH_{2}CH_{2}OH --> CH_{3}COOCH_{2}CH_{2}CH(CH_{3})_{2}+H_{2}O$

Hướng dẫn trả lời:

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: Trong dung dịch muối AlCl3 tồn tại các cân bằng hoá học sau:

$Al^{3+}+H_{2}O --> Al(OH)^{2+}+H^{+}(1)$

$Al(OH)^{2+}+H_{2}O --> Al(OH)_{2}^{+}+H^{+}(2)$

$Al(OH)_{2}^{+}+H_{2}O --> Al(OH)_{3}+H^{+}(3)$

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

$KlO_{3}+5KI+6H^{+}\rightarrow 3I_{2}+6K^{+}+3H_{2}O(4)$

Hướng dẫn trả lời:

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: 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.

Hướng dẫn trả lời:

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:

$CaCO_{3}(s)+H_{2}O(l)+CO_{2}(aq) --> Ca(HCO_{3})_{2}(aq)4

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:

$6CO_{2}+6H_{2}O\rightharpoonup C6H_{12}O_{6}+6O_{2}$