(SKKN HAY NHẤT) PHƯƠNG PHÁP GIẢI bài tập về cân BẰNG hóa học

Do HĐKH Sở GD&ĐT ghi SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ CÂN BẰNG HÓA HỌC DÀNH CHO HỌC SINH PHỔ THÔNG KHÔNG CHUYÊN Người thực hiện: NGUYỄN QUÓC BẠCH Lĩnh vực nghiên cứu:

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỒNG NAI

Đơn vị :THPT Xuân Hưng

Mã số:

(Do HĐKH Sở GD&ĐT ghi)

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ CÂN BẰNG HÓA HỌC DÀNH CHO HỌC SINH PHỔ THÔNG KHÔNG CHUYÊN

Người thực hiện: NGUYỄN QUÓC BẠCH Lĩnh vực nghiên cứu:

Có đính kèm: Các sản phẩm không thể hiện trong bản in SKKN

 Mô hình  Đĩa CD (DVD)  Phim ảnh  Hiện vật khác

(các phim, ảnh, sản phẩm phần mềm)

Năm học: 2015-2016

BM 01-Bia SKKN

SƠ LƢỢC LÝ LỊCH KHOA HỌC

––––––––––––––––––

I THÔNG TIN CHUNG VỀ CÁ NHÂN

1 Họ và tên: Nguyễn Quốc Bạch

2 Ngày tháng năm sinh: 28/06/1968

9 Đơn vị công tác: THPT Xuân Hưng

II TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO

- Học vị : Cử nhân

- Năm nhận bằng: 2005

- Chuyên ngành đào tạo: Hóa Học

III KINH NGHIỆM KHOA HỌC

- Lĩnh vực chuyên môn có kinh nghiệm: Hóa vô cơ

Số năm có kinh nghiệm: 10 năm

- Các sáng kiến kinh nghiệm đã có trong 5 năm gần đây:

BM02-LLKHSKKN

Thực trạng là một giáo viên dạy ở trường không chuyên và chỉ dạy chương trình cơ bản Mỗi khi đến thời điểm bồi dưỡng học sinh giỏi thì có liên quan kiến thức ở phần cân bằng hóa học trong các pha lỏng và pha khí Với lượng kiến thức chỉ dạy cơ bản nên mỗi xem lại thì giáo viên trường tôi rất ngại và chỉ dạy cho qua

mà thôi Chính vì thế nhờ qua nhiều năm có tham gia , bản thân cũng đã rút ra một

số kinh nghiệm trong giảng dạy phần này nên tôi muốn nêu ra một số kinh nghiệm

để làm giáo án cho tổ thực hiện dạy học cho các năm sau

II CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN

a) Lý thuyết và bài tập vể cân bằng hóa học là một trong những nội dung kiến thức mả học sinh phổ thông rất khó lĩnh hội vì trong chương trình lớp 10 chỉ biết sơ qua những kết quả đã có Về bản chất học sinh còn ngỡ ngàng trong cách giải quyết vấn đề , chưa hình thành nên cho mình kĩ năng làm dạng bài tập này Đọc lý thuyết về cân bằng nhiệt- động của của các tác giả viết sách cho sinh viên đại học các em càng thấy e ngại hơn , vượt quá sức của các em đặt biệt là các em học sinh ở các trường THPT không chuyên

b)Chính vì gặp khối lượng kiến thức nhiều như thế nên phần lớn giáo viên không biết nên dạy kiến thức nào cho phù hợp với học sinh của mình Giáo viên chưa chưa chuẩn bị tốt hệ thống phần lý thuyết và chưa xây dựng được các bài tập vừa chuyên sâu vừa phù hợp với học sinh , nhằm đảm bảo học sinh nắm bắt được những điều cơ bản nhất từ đó giúp các em có sự tự tin hơn khi gặp phần này

Qua một thời gian tham gia bồi dưỡng học sinh giỏi của trường bản thân đã rút ra một số kinh nghiệm trong quá trình soạn về lý thuyết và bài tập cho chuyên

đề cân bằng hóa học ,giúp các em nắm được lý thuyết vừa sức của mình để giải quyết các bài tập thường có trong các đễ thi HSG cho trường không chuyên Phần nào cũng đã đáp ứng được cho học sinh và kết quả cũng đã tốt hơn các năm trước

Từ những tài liệu hiện có tôi đã biên soạn lại về hệ thống lý thuyết cũng như bài tập một cách dễ hiểu hơn để học sinh tự nghiên cứu được từ đó phát triển tư duy của các em ,đồng thời là giáo án bồi dưỡng HSG cho tổ bộ môn

III TỔ CHỨC THỰC HIỆN CÁC GIẢI PHÁP

BM03-TMSKKN

1.Giải pháp thực hiện

a)Hệ thống hóa lại phần lý thuyết:

-Đơn giản hóa phân kiến thức sao cho đảm bảo vừa đủ và phù hợp với học sinh

trường mình qua các nội dung : +Khái niệm về phản ứng thuận nghịch +Hằng số cân bằng trong phản ứng thuận nghịch +Lý luận và chứng minh các hằng số cân bằng Kp,Kc,KN,Kx

+Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng +Khái niệm một số đại lượng có liên quan như : Hiệu ứng nhiệt , entropi, năng lượng tự do Gibbs, bậc phản ứng

+Cân bằng hóa học trong các phản ứng oxi hóa-khử +Pin điện hóa

mẫu cho học sinh Sau đó học sinh dựa vào đó mà làm , học sinh bị hỏng kiến thức chỗ nào thì giáo viên hướng dẫn tiếp Học sinh có lúc giải được có lúc không làm được ,kiến thức cho các em không vững và luôn mang yếu tố may mắn nên các em thường nói sao khó quá Khi tôi phát tài liệu này thì các em rất thích và đã có tự tin hơn và giải quyết từng vấn đề chắc chắn hơn và đã có được những giải nhì HSG cấp tỉnh mà trước kia chưa có

-Quá trình lên lớp tôi thấy nhẹ nhàng hơn không còn phải giải quyết nhiều vấn đề

mà lúc nào cũng lặp đi lặp mà học sinh vẫn không hiểu dẫn đến không hiệu quả -Giảm bớt tính hàn lâm quá nhiều làm nặng nề cho học sinh mà lúc trước kia tôi hay vấp phải làm học sinh nản lòng

IV.NỘI DUNG CỦA GIẢI PHÁP

1.Phản ứng thuận nghịch, trạng thái cân bằng hoá học

- Phản ứng thuận nghịch: Là phản ứng xảy ra theo hai chiều ngược nhau, trong đó các chất đem phản ứng tác dụng với nhau tạo sản phẩm, đồng thời các chất sản phẩm tác dụng với nhau tạo chất ban đầu

aA + bB  cC + dD

VD: N2(k) + 3H2(k)  2NH3(k)

- Trạng thái cân bằng: Là trạng thái mà ở đó tốc độ phản ứng thuận bằng tốc

độ phản ứng nghịch (Vthuận = Vnghịch) ( Hay nồng độ các chất không đổi), nhưng phản ứng vẫn xảy ra bình thường

*Vận tốc phản ứng thuận vthuận= k1 [A]a.[B]b *Vận tốc phản ứng nghịch vnghịch=k2.[C]c [D]d

Kp = b

B

a A

d D

c C

P P

P P

Nồng độ của một chất được biểu thị bằng hệ thức: Ci = n i

V ( mol/ l), trong đó ni là

số mol chất của i và V là thể tích chung của hỗn hợp

Mặt khác, ta cũng đã biết, đối với khí lý tưởng: Pi = i

i

n

RT C

V  RT, vậy áp suất riêng phần của chất A,B,C,D lần lượt là : PA = CA RT, PB = CB RT, PC = CC

RT, PD = CD RT Thay các giá trị này vào (1) ta có

Hay KP = KC (RT)n (3) Với n = (c + d) - ( a + b) Đó là hệ thức liên hệ giữa KP và KC Ta cần lưu ý rằng,

vì ở đây P thường tính ra atm, V tính ra lít nên:

R = 1.22, 4

273.15



0 0 0

P V

T = 0,0823 atm / mol K c)Tính hằng số cân bằng theo nồng độ mol phần là KN

4 Các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển dịch cân bằng

Khái niệm: Cân bằng hoá học là trạng thái của phản ứng thuận nghịch khi tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch

* Ảnh hưởng của nồng độ

- Khi tăng hoặc giảm nồng độ một chất trong cân bằng, thì cân bằng bao giờ cũng chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động của việc tăng hoặc giảm nồng độ của chất đó

Lưu ý: Nếu trong hệ cân bằng có chất rắn (ở dạng nguyên chất) thì việc

thêm hoặc bớt lượng chất rắn không ảnh hưởng đến cân bằng) nghĩa là cân bằng không chuyển dịch ( trừ trường hợp việc thêm hoặc bớt này gây ra sự biến đổi áp suất chung của hệ

* Ảnh hưởng của áp suất

Khi tăng áp suất chung của hệ cân bằng thì bao giờ cân cũng chuyển dịch theo làm giảm tác động của việc tăng hay giảm áp suất đó

* Ảnh hưởng của nhiệt độ

* Vai trũ của chất xỳc tỏc

Chất xỳc tỏc khụng làm biến đổi nồng độ cỏc chất trong cõn bằng và cũng khụng làm biến đổi hằng số cõn bằng, nờn khụng làm chuyển dịch cõn bằng, chất xỳc tỏc làm tăng tốc độ phản ứng thuận và tốc độ phản ứng nghịch với số lần bằng nhau, nờn khi phản ứng thuận nghịch chưa ở trạng thỏi cõn bằng thỡ chất xỳc tỏc cú tỏc dụng làm cho cõn bằng được thiết lập nhanh chúng hơn

+ Để ý ảnh hưởng của nhiệt độ đến cõn bằng hoỏ học

Khi nhiệt độ thay đổi thỡ Kcb thay đổi Trong khoảng hẹp của nhiệt độ, nếu coi H

là hằng số đối với nhiệt độ thỡ ta cú cụng thức

1

Kp(T )Kp(T ) =

- Hiệu ứng nhiệt là năng lượng tỏa ra hay hấp thụ trong một phản ứng húa học

- Được kớ hiệu là : H (entapi) , đơn vị là KCal/mol hoặc KJ/mol (1Cal = 4,184J)

- H < 0 : phản ứng tỏa nhiệt

- H > 0 : phản ứng thu nhiệt *Cỏch tớnh hiệu ứng nhiệt của phản ứng húa học

- Năng lượng liờn kết (Elk hoặc Hlk) là năng lượng cần thiết để phỏ vở 1 liờn kết húa học thành cỏc cỏc nguyờn tử riờng rẽ ở trạng thỏi khớ

Ví dụ:Từ thực nghiệm thu đ-ợc trị số trung bình H (theo Kcal.mol-1) phân ly từng liên kết ở 250C nh- sau:

Liên kết H – H O – O O – H C – H C – O C – C

Hãy so sánh độ bền liên kết của các chất trong sự đồng phân hóa:

CH3CH2OH (hơi)  CH3-O-CH3 (hơi) +Xột phõn tử CH3CH2OH cú 1 liờn kết C  C ;

và 2 liờn kết C  O Năng lượng tỏa ra khi hỡnh thành cỏc liờn kết này = (99  6) + (84  2) =  762 Kcal/mol  H = 773  762 = 11 Kcal/mol ; H mang dấu + chứng tỏ : Phản ứng trờn là thu nhiệt và độ bền liờn kết của CH3CH2OH > CH3OCH3

*Hiệu ứng nhiệt H = E (chất phản ứng) - E (chất tạo thành)lk  lk

- Nhiệt tạo thành của một hợp chất là lượng nhiệt tỏa ra hay hấp thụ khi tạo thành một mol chất đĩ từ các đơn chất bền Nhiệt tạo thành của đơn chất bằng 0

H = nhiệt tạo thành sản phẩm - nhiệt tạo thành các chất tham gia 

b)Đại lƣợng entropi S -Về ý nghĩa vật lý, entropi là đại lượng đặc trưng cho mức độ hỗn độn phân tử

của hệ cần xét Mức độ hỗn độn của hệ càng cao thì entropi của hệ cĩ giá trị càng lớn

-Khi tìm mối liên hệ giữa lượng nhiệt mà hệ thu vào với cơng mà nĩ thực hiện khi chuyển từ trạng thái cĩ nhiệt độ cao sang trạng thái cĩ nhiệt độ thấp ta thu được một đại lượng mới đĩ là entropi Độ biến thiên của entropi kí hiệu là S

* Đối với quá trình thay đổi trạng thái vật lý của các chất thì nhiệt độ khơng thay đổi và nếu áp suất cũng khơng thay đổi thì biến thiên entropi của quá trình là:

H

S T



 

* Đối với phản ứng hố học, biến thiên entropi là:

( (

Năm 1875, nhà vật lý người Mỹ đưa ra đại lượng mới là năng lượng tự do Gibbs

-Biến thiên thế đẳng áp trong phản ứng hĩa học:

 G G(sản phẩm) G(phản ứng)

6)Hằng số cân bằng của phản ứng oxi hĩa-khử - Pin điện hĩa

a)Xét phản ứng : a Ox + ne bKh

Ta cĩ G0  RTlnK nFE0

K  ×n cKh2 dOx2 + m e

0 2 0,059

mE K

Ox Kh

lg[Kh ]

10

mn E

Lưu ý chất rắn không tính nồng độ

7.Một số vấn đề về động hóa

a)Phương trình động học chung của phản ứng

- Nếu hệ trong dung dịch lỏng:   

v v

k A e , trong đó:

A0: Là hằng số đặc trưng cho phản ứng E: Năng lượng hoạt hóa của phản ứng

Vì nhiệt độ không đổi, thể tích các khí trước và sau phản ứng đều bằng thể tích bình chứa nên: PT: PS = nT:nS =

Nồng độ các chất tại thời điểm cân bằng[N2]=1-x=0,5M [H2]= 4- 3x = 2,5M [NH3] = 2x =1M

Câu 2: Một bình phản ứng có dung tích không đổi, chứa hỗn hợp khí N2 và H2

với nồng độ tương ứng là: 0,3M và 0,7M Sau khi phản ứng tổng hợp NH3 đạt trạng thái cân bằng ở t0

C, H2 chiếm 50% thể tích hỗn hợp thu được hằng số cân bằng KC ở toC Tính Kc

Hướng dẫn: PTHH

N2(k) + 3H2(k)  2NH3(k)

Ban đầu: 0,3M 0,7M 0 Phản ứng: x(M) 3x(M) 2x(M)

0,300 mol H2O và 0,300 mol CO trong bình 10 lit ở 7000

Ban đầu: 0,03 0,03 0 0 Phản ứng: x x x x

  0,03-x 0,03-x x x

Kcb 2(0, 03 )

xx x

 = 1,873 x = 0,017

Vậy:  H 2 = CO 2 = 0,017 (M)

 CO = H O 2  = 0,03 - x = 0,013 (M)

Câu 2: Cho cân bằng sau :

H2(k) + I2(k)  2HI(k) Ở nhiệt độ t0C có hằng số cân bằng là 40

Xác định % H2, I2 chuyển thành HI Nếu nồng độ ban đầu của chúng bằng nhau và bằng 0,01M

Hướng dẫn: H2(k) + I2(k)  2HI(k)

Ban đầu: 0,01 0,01 0 Phản ứng: x x 2x

 cb 0,01-x 0,01-x 2x

KCB = 40 =

2 2

(2 )(0, 01 )

x x

 x1 = 0,0146>0,01 (loại )

x2 = 0,0076 (nhận) Vậy: % H2   HI 0, 0076

2,18.10 =

6

1.102,18



Ban đầu: 0,8

3 (M) 0 0 Phản ứng: x(M) x/2 x/2

  0,8 3  x

2

x

2

x

Kcb = 1 6

.102,18



2 20,8

3  x 3

( )3

Câu 4: Dung dịch CH3COOH 0,5M ở 25o

C có Ka= 1,75.10 5

Tính pH của dung dịch

Hướng dẫn: CH3COOH  CH3COO + H+

Ban đầu: 0,5M 0 0 Phản ứng: x x x [ ] : 0,5 - x x x

  0,2 -x x x

Kb = 1,8.105 =

0, 2

x x

 Do Kb < 10

5

  0,2-x  0,2 1,8.10 5 =

10 1,897.10

0, 2 = 1,75.10 5(-) x= H = 3.5.10 5   pH = - lg H = - lg 3,5.10 5 = 4,45 Câu 7: Dung dịch gồm: NH3 0,1M, NH4Cl 0,2M 0, ở 250C có hằng số

Câu 8: Cho phản ứng thuận nghịch: A(K) + B(k)  C(k) + D(k)

Khi cho 1mol A tác dụng với 1 mol B thì hiệu suất cực đại của phản ứng là:

66,67%

1- Tính hằng số cân bằng của phản ứng (1) 2- Nếu lượng A gấp 3 lần lượng B thì hiệu suất cực đại của phản ứng là bao nhiêu

Hướng dẫn : Giả sử ta chỉ xét 1lít hỗn hợp

(1) Phản ứng: A + B  C + D

Ban đầu: 1M 1M 0 0 Phản ứng: 0,6667 0,6667 0,6667 0,6667

X2 = 0,9 M (thỏa mãn) Vậy hiệu suất H = 0,9 100%

Hướng dẫn : Giả sử ta xét 1lít hỗn hợp

CH3COOH + C2H5OH  CH3COOC2H5 + H2O

Ban đầu: 1M 1M 0 0 Phản ứng: 2

  CA-x CB-2x x

Ta có: [C] = x = 2,16 (M)

[A] = CA-x = 0,6   CA = 2,76 (M) [B] = CB - 2x = 1,2   CB = 5,52 (M)

c)Ảnh hưởng nhiệt độ đến hằng số cân bằng Câu 1: Xét phản ứng: H2O + CO(k)  CO2(k) + H2(k)

ở T = 690K có Kp = 10,0 Tính Kp ở T = 800K Biết rằng, trong khoảng nhiệt độ này, H0 được coi là không đổi và bằng: - 42676,8 J/mol

Câu 2: Đi oxit cacbon bị phân huỷ ở nhiệt độ cao theo phản ứng:

2CO2   CO + CO2 Khi áp suất = 1 at thì lượng % CO2 bị phân huỷ là:

2,0.10 5 ở 10000 K và 1,27 x 10 2 ở 14000 K Hãy tính biến thiên năng lượng tự do chuẩn và entropi chuẩn ở 10000

K Giả sử khoảng nhiệt độ trên H của phản ứng coi như không đổi

Hướng dẫn: Ta có sự phản ứng

2CO2  2CO + O2

Tại 10000

K 1,0at 2,0.10 7 1,0.10 7Tại: 14000

(2, 0.10 )

4, 0.10(1, 0)

   

Câu 3: Tại áp suất không đổi và bằng 1 at, phân tử N2O4 bị phân huỷ 50% và

CB 1- x 2x

P riêng phần: 1

1

x x



 P

21

x x

CO Cl COCl

e)Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học Câu 1: Cho phản ứng

N2(k) + 2H2(k)  2NH3(k) H < O Cho biết ảnh hưởng của các yếu tố nhiệt độ, áp suất, nồng độ đến chuyển dịch cân bằng

Hướng dẫn: Áp suất: Khi P cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận ( làm giảm số phân tử khi: 4 -> 2)

- Khi P  cân bằng chuyển dịch theo chiều nghich ( làm tăng số phân tử khí

2 -> 4)

* Nhiệt độ: H > O N2(k) + 3H2(k)  2NH3(k) H < O

- Khi tăng t0 cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch làm giảm nhiệt độ

- Khi giảm t0 cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận làm tăng nhiệt độ

* Khi ta tăng    N2 , H2   cân bằng theo chiều thuận để giảm nồng độ

1 Không phụ thuộc vào áp suất Vì số phân tử trước và sau phản ứng = nhau

2 Khi tăng P cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận làm giảm P ( Vì số phân tử khí giảm từ 3   2)

3 Khi tăng P cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch làm giảm áp suất ( Vì số phân tử khí giảm từ 3  2)

f)Cân bằng trong phản ứng oxi hóa -khử , pin điện hóa Câu 1: Cho phản ứng : Cu(r) + CuCl2(dd) 2 CuCl(r)

a) Ở 250C phản ứng xảy ra theo chiều nào, nếu người ta trộn một dung dịch

chứa CuSO4 0,2M; NaCl 0,4M với bột Cu lấy dư ? Cho T CuCl = 10-7 , E0Cu2 /Cu  0 , 15V;E0Cu2 /Cu  0 , 335V

b) Tính hằng số cân bằng K của phản ứng trên ở 250

Cu Cu

E F

G G

G

/

0 /

0 /

0

2 1

3

2

2

.1

 E0Cu /Cu  2 E0Cu2 /Cu  E0Cu2 /Cu

= 2.0,335 - 0,15 = 0,52 V