2.3.7.1. Mục tiêu của chương [28]
* Về kiến thức :
Cho học sinh biết :
- Khái niệm về tốc độ phản ứng hoá học và các yếu tố ảnh hưởng đến nó.
- Thế nào là cân bằng hoá học và chuyển dịch cân bằng hoá học và sự chuyển dịch cân bằng hoá học.
Học sinh vận dụng :
- Vận dụng các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng để luyện tập cách làm thay đổi tốc độ phản ứng.
- Vận dụng nguyên lí Lơ Sa-tơ-liê để luyện tập điều khiển sự chuyển dịch cân bằng hoá học.
* Về kĩ năng :
- Quan sát thí nghiệm hoặc nhận xét các số liệu thu được từ các phản ứng hoá học cụ thể dưới dạng thông báo, để từ đó rút ra quy luật diến biến của một loại phản ứng hoá học.
- Thay đổi nồng độ, áp suất, nhiệt độ, kích thước hạt để thay đổi tốc độ phản ứng. Dùng xúc tác để tăng tốc độ phản ứng.
- Thay đổi nồng độ, áp suất, nhiệt độ để làm chuyển dịch cân bằng hoá học theo chiều mong muốn.
* Về giáo dục tình, cảm thái độ : Học tập các nhà khoa học cách tìm hiểu quy luật về tốc độ phản ứng, cân bằng hoá học để từ đó tìm ra phương pháp điều khiển tốc độ phản ứng, cân bằng hoá học xảy ra theo chiều có lợi cho nhà sản xuất. Trước tiên là tập vận dụng các quy luật học được vào làm bài tập, vào thực tế.
2.3.7.2. Hệ thống bài tập hoá học củng cố và phát triển kiến thức củachương chương
Loại bài tập số 1 : Sử dụng khi nghiên cứu bài “Tốc độ phản ứng hoá học ”.
Đề bài 1 : Viết biểu thức tính tốc độ trung bình của phản ứng và biểu thức mô tả sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nồng độ chất tham gia, của phản ứng sau :
A + 2B C
Nếu tính tốc độ phản ứng theo sự biến thiên nồng độ chất A thì kết quả có mẫu thuẫn với kết quả tính tốc độ phản ứng theo sự biến thiên chất B không ?
Hướng dẫn : [ ] [ ] [ ] [ ] 1 2 2 1 1 2 2 1 2 1 t t B B t t A A vpu − − = − − = ; vpu =k[ ][ ]A.B 2
Tốc độ phản ứng tính theo sự biến thiên của nồng độ chất A hay chất B đều bằng nhau vì trong biểu thức trên độ biến đổi nồng độ phải chia cho hệ số tỉ lượng tương ứng.
Kiến thức cũ được tái hiện : Khái niệm tốc độ phản ứng. Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nồng độ chất tham gia.
Kiến thức mới được lĩnh hội : Suy ra được biểu thức tính tốc độ trung bình của phản ứng và biểu thức mô tả sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nồng độ chất tham gia ở dạng tổng quát. Cho phản ứng : aA + bB cC + dD ta có:
[ ] [ ] [ ] [ ] t D t C t B t A pu d c b a v ∆ ∆ = ∆ ∆ = ∆ ∆ − = ∆ ∆ − = 1 1 1 1 ; [ ] [ ]a b pu k A B v = .
Đề bài 2 : Có yếu tố gì chung làm tăng tốc độ phản ứng khi tăng nồng độ, áp suất, nhiệt độ, diện tích bề mặt ?
Hướng dẫn : Khi tăng nồng độ, tăng áp suất, tăng diện tích bề mặt đều có một điểm chung đó là tăng số lần va chạm giữa các hạt với nhau qua đó số lần va chạm có hiệu quả cũng tăng lên, tốc độ phản ứng hoá học cũng tăng theo.
Kiến thức cũ được tái hiện : Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng.
Kiến thức mới được lĩnh hội : Biết được nguyên nhân làm cho tốc độ phản ứng thay đổi khi có sự tăng hay giảm nồng độ, áp suất, diện tích bề mặt.
Đề bài 3 : Người ta đã lợi dụng yếu tố nào để làm thay đổi tốc độ phản ứng khi : a/ Nén không khí nóng thổi vào lò cao để đốt cháy than cốc trong sản xuất gang. b/ Nung đá vôi ở nhiệt độ cao trong sản xuất vôi sống.
c/ Nghiền nhỏ nguyên liệu trước khi đưa vào lò để sản xuất clanhke. d/ Xịt bọt khí CO2 vào đám cháy để dập tắt đám cháy thông thường.
Hướng dẫn :
a/ Có 2 yếu tố làm ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng (làm tăng tốc độ phản ứng) đó là tăng nhiệt độ và tăng nồng độ chất tham gia.
b/ Có 1 yếu tố làm ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng (làm tăng tốc độ phản ứng) đó là tăng nhiệt độ.
c/ Có 1 yếu tố làm ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng (làm tăng tốc độ phản ứng) đó là tăng diện tích tiếp xúc.
d/ Có 2 yếu tố làm ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng (làm giảm tốc độ phản ứng) đó là hạ nhiệt độ, và giảm nồng độ chất tham gia.
Kiến thức cũ được tái hiện : Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng.
Kiến thức mới được lĩnh hội : Biết vận dụng các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng để làm thay đổi tốc độ phản ứng theo hướng có lợi trong sản xuất, trong chữa cháy, ...
Đề bài 4 : Ở nhiệt độ t1 tốc độ của phản ứng là v1, ở nhiệt độ t2 tốc độ phản ứng là v2, khi tăng nhiệt độ phản ứng lên 100C thì tốc độ phản ứng tăng lên kiến thức lần. Hãy thiết lập mối quan hệ giữa v1 và v2 ?
Hướng dẫn : 2 1 10 2 1 . t t t k v v − =
Kiến thức cũ được tái hiện : Tốc độ phản ứng, sự ảnh hưởng của nhiệt độ tới tốc độ phản ứng.
Kiến thức mới được lĩnh hội : Bằng lập luận của mình học sinh tự rút ra được biểu thức tổng quát trên.
Đề bài 5 : Hoà tan hết mẫu Zn trong dung dịch axit HCl ở 200C hết 27 phút. Cũng mẫu Zn đó hoà tan hết trong dung dịch axit HCl như trên ở 400C thì chỉ hết 3 phút. Hãy :
a/ Giải thích sự khác nhau về thời gian ở 2 thí nghiệm nói trên.
b/ Tính thời gian để hoà tan mẫu Zn trong dung dịch axit HCl như hai thí nghiệm trên nhưng ở 600C.
Hướng dẫn :
a/ Khi nhiệt độ tăng thì tốc độ phản ứng tăng dẫn đến thời gian để hoà tan mẫu kẽm giảm.
b/ Theo đề ra ta suy ra khi tăng nhiệt độ lên 200C thì tốc độ phản ứng tăng 27:3 = 9 (lần). Vậy ở 600C thời gian để hoà tan mẫu kẽm là 3: 9 ≈0,333 phút.
Kiến thức cũ được tái hiện : Tốc độ phản ứng, sự ảnh hưởng của nhiệt độ tới tốc độ phản ứng.
Kiến thức mới được lĩnh hội : Học sinh biết cách xác định thời gian xảy ra phản ứng ở nhiệt độ bất kì sau khi đo thời gian xảy ra phản ứng ở hai nấc nhiệt độ có sẵn.
Loại bài tập số 2 : Sử dụng khi nghiên cứu bài “Cân bằng hoá học ”.
Đề bài 1 : Phản ứng: 2SO2 + O2 2SO3 là phản ứng toả nhiệt.
Cho biết cân bằng phản ứng trên chuyển dịch như thế nào Khi giảm nhiệt độ ? Khi tăng áp suất ? Khi thêm xúc tác ? Giải thích.
Hướng dẫn : Phản ứng trên là phản ứng thuận nghịch, chiều thuận phản ứng toả nhiệt và giảm số phân tử khí. Vận dụng nguyên lí Lơ Sa-tơ-li-ê ta có: cân bằng trên chuyển dịch theo chiều thuận khi giảm nhiệt độ hoặc tăng áp suất.
Khi thêm xúc tác thì cân bằng không bị chuyển dịch vì xúc tác ảnh hưởng như nhau đến tốc độ của phản ứng thuận và của phản ứng nghịch.
Kiến thức cũ được tái hiện : Cân bằng hoá học, các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hoá học.
Kiến thức mới được lĩnh hội : Tuy xúc tác làm thay đổi tốc độ của phản ứng nhưng không làm cân bằng hoá học bị dịch chuyển.
Đề bài 2 : Khi phản ứng thuận nghịch ở trạng thái cân bằng thì tất cả các chất trong phương trình hoá học đều có mặt. Vậy, có thể vận dụng nguyên lí Lơ Sa-tơ-li-ê để biến hoàn toàn một chất nào đó khỏi cân bằng được không ? Trường hợp nào có thể làm được ?
Hướng dẫn : Có thể làm được nếu các chất trong hỗn hợp phản ứng có tính chất vật lí khác nhau, ví dụ nhiệt độ sôi khác nhau nhiều bằng phương pháp chưng cất phân đoạn ta có thể tách chúng ra.
Kiến thức cũ được tái hiện : Phản ứng thuận nghịch, cân bằng hoá học, sự chuyển dịch cân bằng hoá học.
Kiến thức mới được lĩnh hội : Vận dụng nguyên lí Lơ Sa-tơ-li-ê, kết hợp với tính chất vật lí của các chất để điều khiển sự chuyển dịch cân bằng hoá học, nâng cao hiệu suất của quá trình thuận nghịch.
Đề bài 3 : Hằng số cân bằng phụ thuộc vào yếu tố nào? Vì sao trong biểu thức của hằng số cân bằng không có mặt của đại lượng nồng độ chất rắn? 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, thấp nhất.
a/ SO2 (k) + NO2 (k) NO (k) + SO3 (k) K = 1.102
b/ H2 (k) + F2 (k) 2HF (k) K = 1.1013
c/ 2H2O (k) 2H2 (k) + O2 (k) K = 6.10-28
Hướng dẫn : Hằng số cân bằng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, trong biểu thức hằng số cân bằng không có mặt của đại lượng nồng độ chất rắn vì nồng độ chất rắn được coi là hằng số. Phản ứng b/ có hiệu suất lớn nhất, phản ứng c/ có hiệu suất nhỏ nhất.
Kiến thức cũ được tái hiện : Hằng số cân bằng hoá học.
Kiến thức mới được lĩnh hội : Biết được đặc điểm của hằng số cân bằng là hằng số cân bằng K của phản ứng xác định chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ. Giá trị hằng số cân bằng có ý nghĩa rất lớn, vì nó cho biết lượng các chất phản ứng còn lại và lượng các sản phẩm được tạo thành ở vị trí cân bằng do đó biết được hiệu suất của phản ứng.
Đề bài 4 : Cho hỗn hợp cân bằng trong bình kín :
N2O4(k) 2NO2(k) (*)
Kết quả từ thực nghiệm : Ở 350C có M hỗn hợp= 72,45 g/mol. Ở 450C có M hỗn hợp= 66,8 g/mol. a/ Hãy xác định độ phân li α của N2O4 ở các nhiệt độ trên.
b/ Tính hằng số cân bằng KP của (*) ở các nhiệt độ trên.
c/ Cho biết phản ứng theo chiều nghịch của (*) là toả hay thu nhiệt ? Giải thích.
Hướng dẫn :
a/ a là số mol của N2O4, (1-a) là số mol của NO2 có trong 1 mol hỗn hợp. Ta có: Mhh = 92a + 46(1-a) . Ở 350C thì Mhh = 72,45 ⇒ a = 0,575; (1-a) = 0,425.
⇒ α =26,98 %. Ở 450C thì Mhh = 66,8 ⇒α'=37,73 %. b/ 4 2 2 2 O N NO P P P K = Với P n n P hh NO NO 2 2 = ; P n n P hh O N O N 4 2 4 2 = Ở 350CKP =0,314 atm; Ở 450C KP =0,664 atm.
c/ Khi tăng nhiệt từ 350C lên 450C thì α tăng, KP tăng chứng tỏ phản ứng
thuận là thu nhiệt, phản ứng nghịch là toả nhiệt.
Kiến thức cũ được tái hiện : Sự chuyển dịch cân bằng hoá học. Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí.
Kiến thức mới được lĩnh hội : Học sinh biết thêm khái niệm độ phân li và biểu thức tính KP của cân bằng hoá học với các chất trong hỗn hợp phản ứng là chất khí. Dựa vào giá trị KP trước và sau để xét chiều chuyển dịch của cân bằng hoá học.
Đề bài 5 : Từ lâu người ta biết rằng để biến than chì thành kim cương chỉ cần một lượng nhỏ năng lượng: C (than chì) C (kim cương) - 1,9 kJ (*)
Như vậy sự tổng hợp kim cương dễ thực hiện khi đun nóng (phản ứng thu nhiệt). Tuy nhiên đòi hỏi nhiều năm để thực hiện phản ứng ở qui mô công nghiệp. Hãy giải thích sự khó khăn sinh ra trong quá trình biến hoá (*) ?
Hướng dẫn : Khối lượng riêng kim cương là 3,5g/cm3 lớn hơn của than chì là 2,2g/cm3 cho nên muốn chuyển dịch rõ rệt cân bằng của phản ứng (*) sang bên phải, chỉ tăng nhiệt độ chưa đủ mà cần tăng cao áp suất trong hệ. Phù hợp hoàn toàn với nguyên lí Lơ Sa-tơ-liê, sự tăng áp suất tạo điều kiện tạo thành kim cương vì nó chiếm thể tích bé hơn than chì. Thực tế để thực hiện phản ứng (*) cần dùng một áp suất khổng lồ vào khoảng hàng chục ngàn atmotphe.
Kiến thức cũ được tái hiện : Phương trình nhiệt hoá học. Cân bằng hoá học, các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hoá học, nguyên lí Lơ Sa-tơ-liê. Khái niệm khối lượng riêng.
Kiến thức mới được lĩnh hội : Biết vận dụng nguyên lí Lơ Sa-tơ-liê để giải thích điều kiện khó khăn trong quá trình chuyển hoá từ than chì thành kim cương.