20 câu Hóa Học Lớp 11 – Chương 1. Cân bằng hóa học

Giải thích: Trạng thái cân bằng hóa học là một cân bằng động. Ở trạng thái này, phản ứng thuận và phản ứng nghịch vẫn tiếp diễn nhưng với tốc độ bằng nhau, do đó nồng độ của các chất trong hệ không thay đổi theo thời gian. Phát biểu 'Phản ứng đã dừng lại hoàn toàn' là sai.

Giải thích: Ta có bảng biến thiên nồng độ:

Chất	Ban đầu (M)	Phản ứng (M)	Cân bằng (M)
H2	0,1	-x	0,1 - x
I2	0,1	-x	0,1 - x
HI	0	+2x	2x

Theo đề bài, nồng độ HI ở trạng thái cân bằng là 0,16 M.
Vậy 2x = 0,16 ⇒ x = 0,08 M.
Nồng độ các chất ở trạng thái cân bằng là:
[H₂] = 0,1 - 0,08 = 0,02 M
[I₂] = 0,1 - 0,08 = 0,02 M
[HI] = 0,16 M
Hằng số cân bằng K_c được tính bằng công thức:
K_c = [HI]² / ([H₂] × [I₂])
K_c = (0,16)² / (0,02 × 0,02) = 0,0256 / 0,0004 = 64.
Vậy hằng số cân bằng K_c là 64.

Giải thích: Để xác định dung dịch có pH lớn nhất, ta tính pH của từng dung dịch:
A. Dung dịch HCl 0,01 M: HCl là axit mạnh, [H⁺] = 0,01 M = 10^-2 M. pH = -log(10^-2) = 2.
B. Dung dịch H₂SO₄ 0,005 M: H₂SO₄ là axit mạnh, phân li hoàn toàn 2 nấc (coi nấc thứ hai phân li hoàn toàn). [H⁺] = 2 × 0,005 = 0,01 M = 10^-2 M. pH = -log(10^-2) = 2.
C. Dung dịch NaOH 0,01 M: NaOH là bazơ mạnh, [OH^-] = 0,01 M = 10^-2 M. pOH = -log(10^-2) = 2. pH = 14 - pOH = 14 - 2 = 12.
D. Dung dịch CH₃COOH 0,01 M: CH₃COOH là axit yếu. [H⁺] 2 và pH < 7. (Cụ thể, pH ≈ 2,87 như trong ví dụ tính toán khác).
So sánh các giá trị pH: 2, 2, 12, ~2,87. Dung dịch NaOH 0,01 M có pH lớn nhất (pH = 12).

Giải thích: Phản ứng phân li của NH₃ trong nước:
NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH^-
Gọi x là nồng độ của OH^- ở trạng thái cân bằng.

Chất	Ban đầu (M)	Phân li (M)	Cân bằng (M)
NH3	0,1	-x	0,1 - x
NH4+	0	+x	x
OH-	0	+x	x

Hằng số bazơ K_b = ([NH₄⁺] × [OH^-]) / [NH₃]
1,8 × 10^-5 = (x × x) / (0,1 - x)
Vì K_b rất nhỏ, ta có thể giả sử x << 0,1, nên 0,1 - x ≈ 0,1.
1,8 × 10^-5 = x² / 0,1
x² = 1,8 × 10^-6
x = √(1,8 × 10^-6) ≈ 1,34 × 10^-3 M
Vậy [OH^-] = 1,34 × 10^-3 M
pOH = -log[OH^-] = -log(1,34 × 10^-3) ≈ 2,87
pH = 14 - pOH = 14 - 2,87 = 11,13.
Vậy pH của dung dịch NH₃ 0,1 M là khoảng 11,13.

Giải thích: Theo nguyên lí Le Chatelier, để tăng hiệu suất tổng hợp NH₃ (tức là làm cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận):
A. Tăng nồng độ N₂ hoặc H₂: Cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận để giảm nồng độ các chất phản ứng. (Phù hợp)
B. Giảm nhiệt độ của hệ: Phản ứng thuận là phản ứng tỏa nhiệt (ΔH < 0). Giảm nhiệt độ làm cân bằng chuyển dịch theo chiều tỏa nhiệt (chiều thuận). (Phù hợp)
C. Tăng áp suất chung của hệ: Số mol khí của chất phản ứng (1 N₂ + 3 H₂ = 4 mol) lớn hơn số mol khí của sản phẩm (2 NH₃ = 2 mol). Tăng áp suất làm cân bằng chuyển dịch theo chiều giảm số mol khí (chiều thuận). (Phù hợp)
D. Thêm chất xúc tác vào hệ: Chất xúc tác làm tăng tốc độ của cả phản ứng thuận và phản ứng nghịch với mức độ như nhau, do đó không làm chuyển dịch vị trí cân bằng mà chỉ giúp phản ứng đạt đến trạng thái cân bằng nhanh hơn. (Không phù hợp)
Vậy, biện pháp 'Thêm chất xúc tác vào hệ' là không phù hợp để tăng hiệu suất tổng hợp NH₃.

Giải thích: Khi giảm thể tích của hệ ở nhiệt độ không đổi, áp suất của hệ tăng lên. Theo nguyên lí Le Chatelier, cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm áp suất, tức là chiều tạo ra số mol khí ít hơn. Trong phản ứng 2SO₂(k) + O₂(k) ⇌ 2SO₃(k), tổng số mol khí ở chiều thuận là 2 mol SO₃, còn ở chiều nghịch là 3 mol (2 mol SO₂ + 1 mol O₂). Do đó, cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận để giảm số mol khí, làm giảm áp suất của hệ. Giá trị K_c chỉ thay đổi khi nhiệt độ thay đổi.

Giải thích: Axit sunfuric (H₂SO₄) là axit mạnh và phân li hoàn toàn trong dung dịch nước. Vì H₂SO₄ là axit hai nấc, mỗi mol H₂SO₄ sẽ tạo ra 2 mol H⁺.
Nồng độ ion H⁺ là: [H⁺] = 2 × C_H2SO4 = 2 × 0,0025 M = 0,005 M = 5 × 10^-3 M.
pH của dung dịch được tính bằng công thức: pH = -log[H⁺] = -log(5 × 10^-3) ≈ 2,30.

Giải thích: Theo thuyết Brønsted-Lowry:
- Axit là chất cho proton (H⁺).
- Bazơ là chất nhận proton (H⁺).
Chất lưỡng tính là chất có khả năng vừa cho proton vừa nhận proton.
- HCl là axit mạnh, chỉ có khả năng cho H⁺.
- NH₃ là bazơ yếu, chủ yếu có khả năng nhận H⁺.
- H₂O có thể cho H⁺ (tạo thành OH^-) và nhận H⁺ (tạo thành H₃O⁺), nên H₂O là chất lưỡng tính.
- OH^- là bazơ mạnh, chỉ có khả năng nhận H⁺.

Giải thích: Gọi x là nồng độ CO₂ được tạo thành ở trạng thái cân bằng.
Phản ứng: CO(k) + H₂O(k) ⇌ CO₂(k) + H₂(k)
Ban đầu (M): 1 1 0 0
Phản ứng (M): -x -x +x +x
Cân bằng (M): 1-x 1-x x x

Hằng số cân bằng K_c được tính bằng:
K_c = [CO₂][H₂] / ([CO][H₂O])
4 = (x)(x) / ((1-x)(1-x))
4 = x² / (1-x)²
Lấy căn bậc hai cả hai vế (chọn giá trị dương vì nồng độ không âm):
√4 = √(x² / (1-x)²)
2 = x / (1-x)
2(1-x) = x
2 - 2x = x
2 = 3x
x = 2/3
Vậy, nồng độ CO₂ ở trạng thái cân bằng là 2/3 M.

Giải thích: Mối quan hệ giữa hằng số cân bằng K_p và K_c được cho bởi công thức: K_p = K_c(RT)^Δn, trong đó:
- R là hằng số khí.
- T là nhiệt độ tuyệt đối (K).
- Δn là tổng số mol khí sản phẩm trừ đi tổng số mol khí phản ứng.
Đối với phản ứng N₂(k) + 3H₂(k) ⇌ 2NH₃(k):
- Số mol khí sản phẩm = 2 mol NH₃
- Số mol khí phản ứng = 1 mol N₂ + 3 mol H₂ = 4 mol
Vậy, Δn = 2 - 4 = -2.
Thay giá trị Δn vào công thức, ta được: K_p = K_c(RT)^-2.

Giải thích: Đối với phản ứng thu nhiệt (ΔH > 0), khi tăng nhiệt độ, cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều thuận để hấp thụ nhiệt. Sự chuyển dịch theo chiều thuận làm tăng nồng độ sản phẩm và giảm nồng độ chất phản ứng ở trạng thái cân bằng. Do đó, tỉ số [sản phẩm] / [chất phản ứng] sẽ tăng lên, dẫn đến hằng số cân bằng K_c tăng. Hằng số cân bằng K_c chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.

Giải thích: Từ pH = 3,00, ta có nồng độ ion H⁺ ở trạng thái cân bằng là [H⁺] = 10^-pH = 10^-3 M. Đối với axit yếu HA điện li theo phương trình: HA ⇌ H⁺ + A^- Ở trạng thái cân bằng, ta có [H⁺] = [A^-] = 10^-3 M. Gọi nồng độ ban đầu của HA là C. Nồng độ HA ở trạng thái cân bằng là [HA] = C - [H⁺] = C - 10^-3. Hằng số axit K_a được tính bằng công thức: K_a = [H⁺][A^-] / [HA] Thay các giá trị vào: 1,0 × 10^-5 = (10^-3)(10^-3) / (C - 10^-3) 1,0 × 10^-5 = 10^-6 / (C - 10^-3) C - 10^-3 = 10^-6 / (1,0 × 10^-5) = 0,1 C = 0,1 + 10^-3 = 0,1 + 0,001 = 0,101 M. Làm tròn đến 2 chữ số thập phân, ta được C ≈ 0,10 M.

Giải thích: Khi thêm khí trơ Ar vào hệ ở nhiệt độ và áp suất chung không đổi, điều này có nghĩa là thể tích của hệ phải tăng lên để duy trì áp suất tổng không đổi. Khi thể tích tăng lên, nồng độ (và áp suất riêng phần) của tất cả các khí phản ứng sẽ giảm xuống. Theo nguyên lí Le Chatelier, cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm tăng số mol khí để chống lại sự giảm áp suất riêng phần. - Số mol khí ở vế trái (chất phản ứng): 2 mol NO + 1 mol O₂ = 3 mol khí. - Số mol khí ở vế phải (sản phẩm): 2 mol NO₂ = 2 mol khí. Vì vế trái có nhiều mol khí hơn, cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều nghịch (chiều có số mol khí lớn hơn) để làm tăng tổng số mol khí, chống lại sự giảm áp suất riêng phần.

Giải thích: Axit axetic (CH₃COOH) là một axit yếu, điện li theo phương trình: CH₃COOH ⇌ H⁺ + CH₃COO^- Nồng độ ban đầu của CH₃COOH là C = 0,1 M. Gọi độ điện li là α. Ở trạng thái cân bằng, nồng độ các chất là: [CH₃COOH] = C(1 - α) [H⁺] = Cα [CH₃COO^-] = Cα Hằng số axit K_a được tính bằng công thức: K_a = ([H⁺][CH₃COO^-]) / [CH₃COOH] = (Cα)(Cα) / (C(1 - α)) = Cα² / (1 - α) Vì K_a rất nhỏ (1,8 × 10^-5), ta có thể xấp xỉ 1 - α ≈ 1. Do đó, K_a ≈ Cα² Thay số vào: 1,8 × 10^-5 = 0,1 × α² α² = (1,8 × 10^-5) / 0,1 = 1,8 × 10^-4 α = √(1,8 × 10^-4) ≈ 0,013416 Làm tròn đến 3 chữ số thập phân, ta được α ≈ 0,013.

Giải thích: Chất xúc tác có vai trò làm tăng tốc độ của cả phản ứng thuận và phản ứng nghịch lên cùng một mức độ. Điều này giúp hệ đạt trạng thái cân bằng nhanh hơn nhưng không làm thay đổi vị trí cân bằng, tức là không làm thay đổi nồng độ các chất ở trạng thái cân bằng hay giá trị hằng số cân bằng K_c (hoặc K_p). Cơ chế hoạt động của chất xúc tác là tạo ra một con đường phản ứng mới với năng lượng hoạt hóa thấp hơn cho cả hai chiều thuận và nghịch.

Giải thích: Hằng số cân bằng K_c (hoặc K_p) của một phản ứng thuận nghịch chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và bản chất của phản ứng. Nó không phụ thuộc vào nồng độ các chất, áp suất hay sự có mặt của chất xúc tác. Các yếu tố này chỉ làm chuyển dịch cân bằng để đạt đến trạng thái cân bằng mới, nhưng không làm thay đổi giá trị của hằng số cân bằng nếu nhiệt độ không đổi.

Giải thích: CH₃COONa là muối của axit yếu (CH₃COOH) và bazơ mạnh (NaOH). Trong dung dịch, ion CH₃COO^- sẽ thủy phân theo phương trình: CH₃COO^- + H₂O ⇌ CH₃COOH + OH^- Hằng số bazơ K_b của CH₃COO^- được tính từ hằng số axit K_a của CH₃COOH và tích số ion của nước K_w (K_w = 1,0 × 10^-14 ở 25°C): K_b = K_w / K_a = (1,0 × 10^-14) / (1,8 × 10^-5) ≈ 5,56 × 10^-10 Gọi x là nồng độ [OH^-] ở trạng thái cân bằng. Ta có bảng biến thiên nồng độ: CH₃COO^- + H₂O ⇌ CH₃COOH + OH^- Ban đầu: 0,1 M 0 0 Phản ứng: -x +x +x Cân bằng: 0,1 - x x x K_b = [CH₃COOH][OH^-] / [CH₃COO^-] = x² / (0,1 - x) Vì K_b rất nhỏ, ta có thể xấp xỉ 0,1 - x ≈ 0,1: x² / 0,1 = 5,56 × 10^-10 x² = 5,56 × 10^-11 x = √ (5,56 × 10^-11) ≈ 7,456 × 10^-6 M Vậy [OH^-] = 7,456 × 10^-6 M pOH = -log[OH^-] = -log(7,456 × 10^-6) ≈ 5,13 pH = 14 - pOH = 14 - 5,13 = 8,87 Vậy pH của dung dịch là 8,87.

Giải thích: Nồng độ ban đầu của PCl₅ là [PCl₅]_{ban đầu} = 1,0 mol / 2,0 L = 0,5 M. Gọi x là nồng độ PCl₅ đã phản ứng để đạt trạng thái cân bằng. Phản ứng: PCl₅(k) ⇌ PCl₃(k) + Cl₂(k) Ban đầu: 0,5 M 0 M 0 M Phản ứng: -x M +x M +x M Cân bằng: (0,5 - x) M x M x M Hằng số cân bằng K_c được tính bằng biểu thức: K_c = [PCl₃][Cl₂] / [PCl₅] = (x)(x) / (0,5 - x) = x² / (0,5 - x) Theo đề bài, K_c = 0,0379: x² / (0,5 - x) = 0,0379 x² = 0,0379(0,5 - x) x² = 0,01895 - 0,0379x x² + 0,0379x - 0,01895 = 0 Giải phương trình bậc hai: x = [-b ± √(b² - 4ac)] / 2a x = [-0,0379 ± √(0,0379² - 4 × 1 × (-0,01895))] / (2 × 1) x = [-0,0379 ± √(0,001436 + 0,0758)] / 2 x = [-0,0379 ± √(0,077236)] / 2 x = [-0,0379 ± 0,2779] / 2 Vì x là nồng độ nên x phải là giá trị dương: x = (0,2779 - 0,0379) / 2 = 0,240 / 2 = 0,120 M Nồng độ PCl₃ ở trạng thái cân bằng là x = 0,12 M.

Giải thích: Để sắp xếp các dung dịch theo thứ tự pH tăng dần, ta cần tính hoặc ước lượng pH của từng dung dịch: 1. **Dung dịch HCl 0,1 M:** HCl là axit mạnh, phân li hoàn toàn. [H⁺] = 0,1 M => pH = -log(0,1) = 1. 2. **Dung dịch CH₃COOH 0,1 M:** CH₃COOH là axit yếu. CH₃COOH ⇌ H⁺ + CH₃COO^- K_a = [H⁺]² / [CH₃COOH] => 1,8 × 10^-5 = x² / 0,1 x² = 1,8 × 10^-6 => x = [H⁺] ≈ 1,34 × 10^-3 M pH = -log(1,34 × 10^-3) ≈ 2,87. 3. **Dung dịch NaOH 0,1 M:** NaOH là bazơ mạnh, phân li hoàn toàn. [OH^-] = 0,1 M => pOH = -log(0,1) = 1 pH = 14 - pOH = 14 - 1 = 13. 4. **Dung dịch NH₃ 0,1 M:** NH₃ là bazơ yếu. NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH^- K_b = [OH^-]² / [NH₃] => 1,8 × 10^-5 = x² / 0,1 x² = 1,8 × 10^-6 => x = [OH^-] ≈ 1,34 × 10^-3 M pOH = -log(1,34 × 10^-3) ≈ 2,87 pH = 14 - pOH = 14 - 2,87 = 11,13. Sắp xếp theo thứ tự pH tăng dần: (1) HCl (pH = 1) < (2) CH₃COOH (pH ≈ 2,87) < (4) NH₃ (pH ≈ 11,13) < (3) NaOH (pH = 13). Vậy thứ tự đúng là (1) < (2) < (4) < (3).

Giải thích: pH của dung dịch là 3,00, suy ra nồng độ ion H⁺ ở trạng thái cân bằng là: [H⁺] = 10^-pH = 10^-3,00 = 0,001 M Phản ứng phân li của axit yếu HX: HX ⇌ H⁺ + X^- Ta lập bảng biến thiên nồng độ: HX ⇌ H⁺ + X^- Ban đầu: 0,2 M 0 M 0 M Phản ứng: -0,001 M +0,001 M +0,001 M Cân bằng: (0,2 - 0,001) M 0,001 M 0,001 M = 0,199 M Hằng số axit K_a được tính bằng biểu thức: K_a = [H⁺][X^-] / [HX] K_a = (0,001)(0,001) / 0,199 K_a = 0,000001 / 0,199 K_a ≈ 5,0251 × 10^-6 Vậy giá trị hằng số axit K_a của HX là khoảng 5,025 × 10^-6.