Bài giảng Bài 50 cân bằng hoá học

Bài 50 cân bằng hoá học I– Mục tiêu – Hiểu được các khái niệm : + Cân bằng hoá học, hằng số cân bằng và ý nghĩa của hằng số cân bằng. + Sự chuyển dịch cân bằng, các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hoá học và nguyên lí chuyển dịch cân bằng. – Biết vận dụng các yếu tố trên để giải thích các quá trình hoá học trong tự nhiên và trong sản suất. Biết sử dụng hằng số cân bằng để tính toán các bài toán hoá học. II– Chuẩn bị – Hóa chất : dd HCl 1,0 mol/l, kẽm viên, một bình khí NO2, phích nước đá xay nhỏ, dd K2CrO4 0,2 mol/l, dd K2Cr2O7 0,1 mol/l, dd NaOH 1,0 mol/l, H2O2 thị trường. – Bộ dụng cụ : cốc 500 ml, hai ống nghiệm chứa khí NO2 giống nhau (có thể chuẩn bị 2 ống nghiệm có nhánh chứa NO2 được nối với nhau bằng ống nhựa hay ống cao su có kẹp). 1 xilanh hàn kín một đầu chứa đầy khí NO2 (có thể thay bằng ống nghiệm và nút cao su làm pitong) – Nếu có điều kiện thì chuẩn bị 4 bộ dụng cụ, hoá chất cho bốn nhóm HS làm thí nghiệm. – Chuẩn bị các phiếu học tập, và chuẩn bị nội dung, bài giải của các phiếu học tập vào máy tính (nếu có), projector. Phiếu học tập Nội dung 1 : Câu hỏi 1 : Quan sát hiện tượng xảy ra trong lọ đựng nước oxi già (H2O2), giải thích hiện tượng bằng PTHH. Người ta có thể điều chế H2O2 bằng cách cho O2 phản ứng với H2O được không ? Câu hỏi 2 : a. Khi hoà tan Cl2 vào H2O có phản ứng gì xảy ra, viết PTHH cho phản ứng đó. Mặt khác khi cho HCl vào dd chứa HClO sẽ có phản ứng hoá học nào xảy ra, viết PTHH. Nhận xét về hai phản ứng hoá học này. b. Khi trộn rượu etylic (C2H5OH) và axit axetic (CH3COOH) có những phản ứng nào xảy ra ? Nội dung 2 : Trong thí nghiệm cho H2 tác dụng với I2, tốc độ của phản ứng : H2 + I2 đ 2HI và tốc độ của phản ứng : 2HI đ H2 + I2 thay đổi như thế nào theo thời gian ? Hãy vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng các phản ứng trên theo thời gian. Nhận xét về sự thay đổi tốc độ của hai phản ứng hoá học trên và khi tốc độ phản ứng của hai phản ứng bằng nhau thì khi đó nồng độ của các chất thay dổi như thế nào ? Nội dung 3 : Cho cân bằng hoá học : C(r) + CO2 (k) 2CO 1. Hoàn thành bảng kết quả sau: 1. Hoàn thành bảng kết quả sau: So sánh tốc độ của phản ứng thuận và phản ứng nghịch Nồng độ của CO2 Nồng độ của CO Ban đầu X X Thêm CO2 vào hệ Thêm CO vào hệ Bớt CO2 ra khỏi hệ Bớt CO ra khỏi hệ Thêm C vào hệ Giảm C trong hệ Nhận xét về sự chuyển dịch cân bằng trong hệ. 2. Mối liên hệ giữa tốc độ phản ứng thuận, phản ứng nghịch vào nồng độ của CO2 và CO và C. Nội dung 4 : Cho các cân bằng hoá học : 2SO2 (k) + O2 (k) 2SO3 (k) DH = – 198 kJ< 0 (1) 3H2 (k) + N2 (k) 2NH3 (k) DH = – 92 kJ < 0 (2) C (r) + CO2 (k) 2CO (k) DH = + 131 kJ > 0 (3) Để tăng hiệu suất trong sản suất hoá học người ta có thể áp dụng các biện pháp làm cân bằng chuyển dịch theo hướng tạo ra sản phẩm (theo chiều phản ứng thuận). Hãy đưa ra những gợi ý về áp suất, nhiệt độ, nồng độ để đạt mục đích trên: Phản ứng (1) Phản ứng (2) Phản ứng (3) Nhiệt độ (tăng hoặc giảm) Thêm (hoặc bớt) O2 vào hệ đối với phản ứng (1), thêm (hoặc bớt) H2 vào hệ đối với phản ứng (2), thêm CO2 (hoặc bớt) vào hệ với phản ứng (3). áp suất chung của hệ (tăng hoặc giảm) Lấy bớt sản phẩm ra khỏi hệ Nội dung 5 : Câu hỏi 1 : Hằng số cân bằng của phản ứng : C (r) + CO2 (k) 2CO (k) DH = + 131 kJ > 0 (3) Phụ thuộc vào những yếu tố nào : A. Nhiệt độ B. Nồng độ của CO và CO2 C. áp suất chung của hệ D. Nồng độ của CO, CO2 và C Hãy khoanh tròn vào đáp án đúng. Câu hỏi 2 : Viết biểu thức hằng số cân bằng cho các cân bằng sau : 2SO2 (k) + O2 (k) 2SO3 (k) (1) SO2 (k) + O2 (k) SO3 (k) (2) C (r) + CO2 (k) 2CO (k) (3) Câu hỏi 3 : Tính hằng số cân bằng của cân bằng sau : H2 (k) + I2 (k) 2HI (k) Biết tại thời điểm cân bằng ở nhiệt độ 430oC nồng độ các chất như sau : [HI] = 0,786 mol/l, [H2] = [I2] = 0,107 mol/l. III– Thiết kế hoạt động dạy học Hoạt động của GV Hoạt động của HS Hoạt động 1. Tổ chức tình huống học tập – GV cho HS hoàn thành nội dung 1 của phiếu học tập số. – GV nhận xét đưa đáp án nội dung 1. – HS hoàn thành nội dung 1 của phiếu học tập, trình bày kết quả nội dung 1 của phiếu học tập. – HS khác nhận xét. Hoạt động 2 : Phản ứng một chiều – phản ứng thuận nghịch – GV kết luận về phản ứng một chiều và phản ứng thuận nghịch. – Phản ứng một chiều là phản ứng trong một điều kiện nhất định chỉ có một hướng các chất tham gia phản ứng tác dụng với nhau để tạo thành sản phẩm. – Phản ứng thuận nghịch là phản ứng trong một điều kiện nhất định chỉ có mmột hướng các chất tham gia phản ứng tác dụng với nhau để tạo thành sản phẩm và ngược lại. Hoạt động 3 : Cân bằng hoá học – GV cho HS hoàn thành nội dung 2 của phiếu học tập. – GV nhận xét đưa đáp án nội dung 2 và kết luận. – HS hoàn thành nội dung 2 của phiếu học tập. – HS trình bày kết quả nội dung của phiếu học tập. Kết luận về cân bằng hoá học. ở trạng thái đó phản ứng thuận và phản ứng nghịch vẫn diễn ra nhưng với tốc độ bằng nhau, vì vậy cân bằng hoá học là cân bằng động. Hoạt động 4 : Hằng số cân bằng – Trong hệ đồng thể – GV giải thích cho HS khái niệm hệ đồng thể và hệ dị thể. – GV yêu cầu HS đọc các số liệu thực nghiệm khi nghiên cứu cân bằng : N2O4 2NO2 trong bảng 7.2 và phần giới thiệu về hằng số cân bằng trong SGK. Nhận xét về tỉ số : trong các thí nghiệm với nồng độ ban đầu khác nhau. – HS đọc và nhận xét về tỉ số giữa nồng độ của NO2 và N2O4 với số mũ theo hệ số tỉ lượng phản ứng. – Hằng số cân bằng của cân bằng : aA + bB cC + dD KC = Trong đó [A], [B], [C] và [D] là nồng độ mol/l 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 PTHH. Hoạt động 5: Hằng số cân bằng – Trong hệ dị thể – GV yêu cầu HS đọc SGK phần cân bằng trong hệ dị thể, nhận xét sự khác nhau giữa hệ đồng thể và hệ dị thể. – HS đọc và nhận xét cân bằng trong hệ dị thể, trong biểu thức hằng số cân bằng nồng độ của các chất rắn được coi là hằng số nên không có mặt trong biểu thức, các giá trị đó được đưa vào giá trị của hằng số cân bằng. – Thí dụ với cân bằng : C + CO2 2CO KC = Hoạt động 6 : Sự chuyển dịch cân bằng – GV tiến hành thí nghiệm theo SGK (hình 7.5) : + Bước 1 : quan sát màu của hai ống ngiệm ở nhiệt độ phòng. + Bước 2 : cho một ống ngiệm vào cốc nước đá (trộn thêm NaCl để có nhiệt độ thấp hơn) một thời gian và so sánh màu giữa hai ống nghiệm. + Bước 3 lấy ống nghiệm trong cốc nước đá để ra không khí một thời gian – GV nhận xét ý kiến HS và rút ra kết luận về sự chuyển dịch cân bằng : – HS quan sát so sánh màu giữa hai ống nghiệm và giải thích sự nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi đó. Trong hệ chứa NO2 luôn diễn ra cân bằng 2NO2 (nâu đỏ) N2O4 (không màu) Khi hạ nhiệt độ của hệ làm cho nồng độ của NO2 giảm, nồng độ N2O4 tăng lên do đó màu của hỗn hợp bị nhạt đi. Đó là sự thay đổi từ trạng thái cân bằng thứ nhất ở nhiệt độ phòng sang trạng thái cân bằng thứ hai ở nhiệt độ thấp hơn. Nếu ta để ra ngoài cốc nước đá, nhiệt độ của hệ trở lại nhiệt độ phòng thì hệ lại trở về trạng thái cân bằng thứ nhất. HS kết luận. Hoạt động 7 : Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hoá học – ảnh hưởng của nồng độ – GV yêu cầu HS đọc SGK và hoàn thành nội dung 3 của phiếu học tập. – GV nhận xét đưa đáp án nội dung 3 của phiếu học tập và kết luận. – HS đọc SGK và hoàn thành nội dung 3 của phiếu học tập. – HS đưa ra kêt luận. – Khi cân bằng có mặt chất rắn thì việc thêm hay bớt chất rắn không làm cân bằng chuyển dịch. Hoạt động 8 : ảnh hưởng của áp suất – GV tiến hành thí nghiệm theo SGK yêu cầu HS quan sát màu của hỗn hợp khí trong xilanh khi : + Nén pitong + Kéo dãn pitong – GV nhận xét và giải thích lại nếu cần. – GV đặt vấn đề : nếu trong cân bằng có tổng hệ số hợp thức các chất khí hai vế của PTHH bằng nhau thì áp suất chung của hệ ảnh hưởng như thế nào ? Thí dụ xét phản ứng có sự tham gia của chất khí với hệ số tỉ lượng như nhau : H2 (k) + I2 (k) 2HI (k) – HS quan sát, nhận xét màu của hỗn hợp khí trong xilanh. – Trong xilanh tồn tại cân bằng : 2NO2 (khí màu nâu đỏ) N2O4 (khí không màu). + Khi tăng áp suất (nén pitong) cân bằng chuyển dịch theo hướng tạo thành N2O4 đồng nghĩa với việc làm giảm số mol khí trong hỗn hợp, vì theo phản ứng cứ 2 phân tử NO2 kết hợp thành 1 phân tử N2O4 dẫn đến làm giảm áp suất chung của hệ chống lại sự tăng áp suất do tác dụng bên ngoài. + Khi giảm áp suất (Kéo dãn pitong) cân bằng chuyển dịch theo hướng tạo thành NO2 đồng nghĩa với việc làm tăng số mol khí trong hỗn hợp, vì theo phản ứng cứ 2 phân tử NO2 kết hợp thành 1 phân tử N2O4 dẫn đến làm tăng áp suất chung của hệ chống lại sự giảm áp suất do tác dụng bên ngoài. – HS rút ra kết luận. – Đối với các cân bằng có tổng hệ số hợp thức các chất khí hai vế của PTHH bằng nhau : khi tăng áp suất chung của hệ, tốc độ của cả phản ứng thuận và phản ứng nghịch đều tăng như nhau nên không làm chuyển dịch cân bằng của hệ. Hoạt động 9 : ảnh hưởng của nhiệt độ – GV yêu cầu HS nhắc lại khái niệm phản ứng thu nhiệt và phản ứng toả nhiệt, lấy thí dụ minh hoạ. – GV nhận xét ý kiến của HS và thông báo cho HS phản ứng : N2O4 2NO2 DH = 58 kJ là phản ứng thu nhiệt. – GV yêu cầu HS tiến hành thí nghiệm : ngâm bình chứa khí NO2 vào cốc nước đá, quan sát sự thay đổi màu sắc và nhận xét, rút ra kết luận. – GV nhận xét nếu cần và rút ra kết luận về ảnh hưởng của nhiệt độ. – HS nhắc lại khái niệm phản ứng thu nhiệt và phản ứng toả nhiệt, lấy thí dụ minh hoạ. – HS tiến hành thí nghiệm, quan sát sự thay đổi màu sắc và nhận xét, rút ra kết luận. Hoạt động 10 : Nguyên lí chuyển dịch cân bằng (nguyên lí Lơ Sa-tơ-li-ê) – GV đặt vấn đề : Dựa trên các kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đến sự chuyển dịch cân bằng, hãy rút ra kết luận chung của sự chuyển dịch cân bằng ? – GV nhận xét và kết luận. – HS phát biểu nguyên lí chuyển dịch cân bằng. Hoạt động 11 : Vai trò của chất xúc tác – GV yêu cầu HS đọc SGK phần vai trò của chất xúc tác. – HS đọc SGK phần vai trò của chất xúc tác. Hoạt động 12 : ý nghĩa của tốc độ phản ứng và cân bằng hoá học trong sản suất hoá học – GV cho các nhóm HS thảo luận và hoàn thành nội dung 4 của phiếu học tập. – GV nhận xét đưa đáp án và kết luận. – Các nhóm HS thảo luận và hoàn thành nội dung 4 của phiếu học tập. – HS trình bày kết quả phiếu học tập. Hoạt động 13 : Củng cố – GV cho HS hoàn thành nội dung 5 của phiếu học tập. – GV chữa và đưa kết quả của nội dung 5. – HS hoàn thành nội dung 5 của phiếu học tập.