Bài tập Hóa lý chương 3

Bài tập Hóa lý chương 3

BÀI TẬP HÓA LÝ CHƯƠNG 3

Đun nóng tới 445oC một bình kín chứa 8 mol I2 và 5,3 mol H2 thì tạo ra 9,5 mol HI lúc cân bằng Xác định lượng HI thu được khi xuất phát từ 8 mol I2 và 4 mol H2

Bài 8

Hằng số cân bằng của phản ứng:

PCl3 (k) + Cl2 (k) = PCl5 (k) ở 500oK là KP= 3 atm-1

a Tính độ phân ly của PCl5 ở 2 atm và 20 atm

b Ở áp suất nào, độ phân ly là 15%

Bài 9

Ở 10000K hằng số cân bằng của phản ứng:

C (r) + CO2 (k) = 2CO

Là Kp =1,85 atm và hiệu ứng trung bình là 41130 cal

Xác định thành phần pha khí ở cân bằng tại 10000K và 12000K biết áp suất tổng cộng

là 1atm

Bài 10

Hằng số cân bằng Kp ở 25oC và 50oC của phản ứng:

CuSO4.3H2O (r) = CuSO4 (r) + 3 H2O (h) lần lượt là 10-6 và 10-4 atm3;

a / Tính nhiệt trung bình trong khoảng nhiệt độ trên

b / Tính lượng hơi nước tối thiểu phải thêm vào một bình có thể tích 2 lit ở 25oC để chuyển hoàn toàn 0, 01 mol CuSO4 thành CuSO4.3H2O

Bài 14

Ở 800oK hằng số cân bằng của phản ứng là 4, 12:

CO + H2O = CO2 + H2

Đun hỗn hợp chứa 20% khối lượng CO và 80% H2O đến 800oK Xác định thành phần của hỗn hợp cân bằng và lượng H2 sinh ra nếu dùng 1 kg nước

Bài 15

Xét phản ứng thủy phân Este axetat etyl

OH H C COOH CH

O H H COOC

CH3 2 5 + 2 → 3 + 2 5

Nếu lúc đầu số mol Este bằng số mol nước khi cân bằng có 1/3 lượng Este bị phân huỷ

1) Xác định hằng số cân bằng của phản ứng thuỷ phân

2) Tính phần Este bị thuỷ phân khi số mol nước lớn gấp 10 lần số mol Este

3) Tính tỷ lệ mol giửa nước và Este để khi cân bằng 99% Este bị thuỷ phân

Bài 16

Cho phản ứng:

C2H4 (k) + H2 (k) = C2H6 (k)

Lập công thức tính số mol của C2H6 trong hỗn hợp cân bằng theo số mol ban đầu của

C2H4 là a, của H2 là b, hằng số cân bằng Kp và áp suất cân bằng P

c./ Hỗn hợp sau sẽ phản ứng theo chiều nào ở 1 atm và 700oK:

Hỗn hợp 1: 2 mol CO; 5 mol Cl2 và mol COCl2;

Hỗn hợp 2: 0,4 mol CO; 1,6 mol Cl2 và 8 mol COCl2

Bài 18:

Tính hằng số cân bằng Kp ở 298oK đối với phản ứng:

2 NO + O2 ⇔ 2 NO2 Dựa vào các dữ kiện sau:

O2 205,0 0

Xác định HSCB Kp ở 373oK

BÀI GIẢI HÓA LÝ CHƯƠNG 3

Vậy ta có: 2y = 9,5 mol, y = 4,75 mol

73 , 207 298 987 , 1 123006 298

298 298

0

298

ln

e e

e

K

K RT

G

x RT

Ta có:

n

cb i n

= Κ

∑

.

1 1 4 2

2 + − − = −

=

∆n

Khi cân bằng: số mol Cl2 = x = 0,40 mol

3 , 1 2 2 5 , 0 2

40 ,

(∑ n i cb = y +

Trường hợp P = 1 atm

P y

y n

P

K

K

n i n

p

n i n

p

33

3 / 1 1 , 1

9 , 0

1 , 0

3 / 1 1

1

2 2

(∑ n i cb = y + +n

mol

n

atm n

n n

P

K

K

atm n

y

P y

n y y n

P

K

K

n i n

p

n i n

, 1

8 9 , 0

1 , 0 1 , 0

3 / 1 1

1

) (

2

=

⇒

= +

2

O N

NO p

P P

K =

Nếu α là độ phân ly thì tổng số mol lúc cân bằng sẻ là: (1 – α ) + 2α = 1 + α, nếu xuất phát

từ 1 mol N2O4. Áp suất riêng phần của mỗi chất ở thời điểm cân bằng là:

P P

P

1

1

1

2

4 2

α α

α

+

−

= +

=

Khi thay các hệ thức này vào phương trình Kp, ta được:

) / ( 034 , 0 ) 323 082 , 0 (

867 , 0 )

/(

.

867 , 0 344 , 0 ) 63 , 0 ( 1

) 63 , 0 (

4 1 4

1

2 2 2

2 2

4

2

2

lit mol RT

K

K

atm P

P

P

K

n p

11 , 11 298 987 , 1

6581 ln

11 ,

Vậy ta có: 2y = 9,5 mol, y = 4,75 mol

b Ở áp suất nào, độ phân ly là 15%

Là Kp =1,85 atm và hiệu ứng trung bình là 41130 cal

Xác định thành phần pha khí ở cân bằng tại 10000K và 12000K biết áp suất tổng cộng

là 1atm

− Τ

1 987 , 1

41130 85

,

1

ln

1 1 ln

1200

,

1 2 ,

K

Ta tính được: KP, 1200 = 58, 28 atm

Thay vào phương trình (a) được:

0 28 , 58

28 , 58

CuSO4.3H2O (r) = CuSO4 (r) + 3 H2O (h) lần lượt là 10-6 và 10-4 atm3;

a / Tính nhiệt trung bình trong khoảng nhiệt độ trên

b / Tính lượng hơi nước tối thiểu phải thêm vào một bình có thể tích 2 lit ở 25oC để chuyển hoàn toàn 0, 01 mol CuSO4 thành CuSO4.3H2O

Giải:

a / Tính nhiệt trung bình trong khoảng nhiệt độ trên

Kcal cal

R R

231 , 35 35231

298

1 323 1 10

10 ln 987 , 1 1

1 ,

, ln

1 1 ,

,

ln

6 4

1 2

1 2

1 2 1

− Τ

Τ Ρ Κ

Τ Ρ Κ

− Τ

∆Η

−

= Τ

0, 01 mol 0, 01 mol 0, 03 mol

Theo phương trình phản ứng thì cứ 0, 01 mol CuSO4 cần 0, 03 mol hơi nước

Ta lại có:

mol n

mol x

x R

V n

atm

2 4

2

4 2

2

2 6

3

10 082 , 3 10 18 , 8 03 , 0

10 18 , 8 298 082 , 0

2 10

10 10

2 2

= +

= Ο

Η

=

= Τ

=

Κ

∑

Vậy để chuyển hòan tòan 0, 01 mol CuSO4 thành CuSO4.3H2O thì cần tối thiểu 3,082.10-2 mol hơi nước

0, 1 mol 0, 1 mol 0, 2 mol

Theo phương trình phản ứng cứ 0, 1 mol LiCl.NH3 cần 0, 02 mol NH3

Ta lại có:

mol n

mol x

R

V n

atm

784 , 0 584 0 2 , 0

584 , 0 273 40 082 , 0

5 3

3 9

3 3

2

3 3

= +

= ΝΗ

= +

= Τ

Ρ

=

ΝΗ

= ΝΗ Ρ

→

= ΝΗ

Vậy để tất cả LiCl.NH3 chuyển thành LiCl.3NH3 thì cần 0,784 mol NH3

Bài 12:

) / (

11 33

,

27

0

10 4 , 7

33 , 27 298 314 , 8

1000 72 , 67 ln

) ( 72 , 67 14 , 198 14 , 137 0

00

,

394

) ( 67 , 63 03 , 219 43 , 110 0

+ +

+ +

Ρ Ο

Ο Ρ Ο

Ρ Ο

G G

G

KJ

b C

b C

b C

b C

b./ Biểu thị o

Τ

∆Η dưới dạng một hàm của T

) / ( 21 , 12 42

,

60031

) 298 (

21 , 12 63670 )

21 , 12 ( 63670

) 21 , 12 (

21 , 12 27 , 46 05 , 29 50 , 26 61

−

−

= Τ

− +

−

=

Τ

− +

Ρ

c./ Tính Kp ở 127oC

9 11

10 055 , 1 10 4 , 7

55 , 6 298

1 400

− Τ

Giải:

4HCl (k) + O2 = 2H2O (h) + 2Cl2

Ta có:

n

cb i n

= Κ

∑

.

1 1 4 2

1 − + −Χ+ Χ =

=

Suy ra: ( )

1 279 , 0 196 , 0

402 , 0

12 , 4 9

500 4

125

Ο

Η Ο

g m

244 , 376 55 , 8 44

44

% 37 , 1 1250

100 102 ,

17

%

102 , 17 55 , 8 2

, 265

%

% 68 , 67 1250

100

* 992 , 845

%

) ( 992 , 845 18

* 55 , 8 9

500

% 1 , 30 1250

100

* 24 , 376

O H H

COOC

CH3 2 5 + 2 → 3 + 2 5

Nếu lúc đầu số mol Este bằng số mol nước khi cân bằng có 1/3 lượng Este bị phân huỷ

1) Xác định hằng số cân bằng của phản ứng thuỷ phân

2) Tính phần Este bị thuỷ phân khi số mol nước lớn gấp 10 lần số mol Este

3) Tính tỷ lệ mol giửa nước và Este để khi cân bằng 99% Este bị thuỷ phân

Giải:

1) Xác định hằng số cân bằng của phản ứng thuỷ phân

Ta có: ∆n= 1 + 1 − 1 − 1 = 0

Nên: K n =K X =K C

CH3COOC2H5 + H2O → CH3COOH + C2H5OH

Phản ứng: a/3 mol a/3 mol a/3 mol a/3 mol

Cân bằng: 2a/3 mol 2a/3 mol a/3 mol a/3 mol

(2 / 3) 0,25

3 /

K

K n X C

2) Nếu hổn hợp đầu gồm 1 mol Este và n mol nước

CH3COOC2H5 + H2O → CH3COOH + C2H5OH

Cân bằng: 1 - y mol n – y mol y mol y mol

3

025 , 0 1

2

2

=

− +

n

y

y n

y

y

K n

Nếu n =10; thì y = 0,759, nghĩa là có 75, 9% Este bị thuỷ phân

3) Nếu muốn 99% Este bị thuỷ phân thì y= 0, 99

Thay y vào phương trình: 3y2 + (n + 1) y – n = 0

Lập công thức tính số mol của C2H6 trong hỗn hợp cân bằng theo số mol ban đầu của

C2H4 là a, của H2 là b, hằng số cân bằng Kp và áp suất cân bằng P

Giải:

C2H4 (k) + H2 (k) = C2H6 (k)

Cân bằng: (a-x) mol (b-x) mol x mol

∆n = 1- 1-1 = -1

∑ ni = a – x + b – x + x = a + b – x mol

1

2

1 4

1 1

1

4 1

1 4

1

1 1

1

.

2

2 2

2 2

2 2

2

+ ΡΚ

+ ΡΚ

ΡΚ

− + +

ΡΚ

± + ΡΚ +

ΡΚ

− + +

− + ΡΚ +

+ Χ + ΡΚ +

− Χ +

ΡΚ

⇔

Ο

= Χ

− Χ + Χ

− Χ

− Χ + Χ ΡΚ

− Χ + Χ

Ρ Χ

− Χ

Ρ

Ρ Ρ

Ρ

Ρ

Ρ Ρ

Ρ Ρ

Ρ

Ρ Ρ

Ρ

Ρ Ρ

Ρ

Ρ

ab b

a b

a

ab b

a b

a

ab b

a

ab b

a

ab b

a

b a b

a ab

b a

b a

b a b

b./ Tính Ο Ο Ο

∆

∆Η

∆G700, 700, S700, HSCB ΚΡ, 700 , ΚC, 700 ở 700oK

c./ Hỗn hợp sau sẽ phản ứng theo chiều nào ở 1 atm và 700oK:

Hỗn hợp 1: 2 mol CO; 5 mol Cl2 và mol COCl2;

Hỗn hợp 2: 0,4 mol CO; 1,6 mol Cl2 và 8 mol COCl2

− Τ

−

Τ

=

67 , 2 ln 75 , 1 06 ,

11561

303 , 2 158 , 1 lg 75 , 1 5020

Vậy:

Τ + Τ Τ +

− Τ Τ

−

=

Κ Τ

−

=

3 , 5 ln 477 , 3 83 ,

22971

67 , 2 ln 75 , 1 06 , 11561

− Τ

575 , 4 303 , 2

75 , 1 5020 ln

2 2

b) ∆G700Ο = − 22971 , 83 + 3 , 477 700 ln 700 + 5 , 3 700 = − 3317 2cal

7 , 25399 700

476 , 3 5 , 22966

∆Η Ο

molK cal

G S

S G

/ 54 , 31 700

2 , 3317 7

, 25399

.

700 700

700

−

= +

Ο

Ο Ο

Ο

Ta có:

1 700

,

700

,

83 , 10

0345 , 1 158 , 1 700 lg 75 , 1 700

5020 lg

− Ρ

lit mol R

n

C 10 , 82 0 , 082 700 621 , 068

1 1 1

c./ Hỗn hợp sau sẽ phản ứng theo chiều nào ở 1 atm và 700oK:

Hỗn hợp 1: 2 mol CO; 5 mol Cl2 và mol COCl2;

3 10

1 5 2

n

Ta có:Kp = 10,82 >Π Ρ= 3

Suy ra∆G < 0: Phản ứng xảy ra theo chiều thuận

Hỗn hợp 2: 0,4 mol CO; 1,6 mol Cl2 và 8 mol COCl2

0 125

82 , 10

125 10

1 6 , 1 4 , 0

=

Π

Ρ Ρ

∆Η (pứ) =

ΝΟ

∆Η

− Ο

∆Η

− ΝΟ

2

2 2

=2.33850 – 0 – 2.90370 = -113040J

2

2

=2.240,5 – 205,0 – 2.210,6 = -145,2J/K

10

7697 , 1 10 698 , 1 373

, 17

,

9

298

1 373

1 314 , 8

113040 1

1 ,

,

ln

10

698 , 1 298

,

16 , 28 314 , 8

2 , 145 298

17 , 9

1 2

1 12 16

, 28

=

= Ρ

− Τ

R

atm e

R S R

Bài 19:

Cho phản ứng: CO + Cl2 ⇔ COCl2

Cho phương trình mô tả sự phụ thuộc nhiệt độ như sau:

T T

T T

G o = − 22971 , 83 + 3 , 477 ln + 5 , 3 ; ∆Ηo = − 22966 , 5 − 3 , 476

∆

a./ Tính ∆Ho, ∆Go, ∆So và HSCB Kp, Kc ở 700K

b./ Hỗn hợp phản ứng sau sẽ xảy ra theo chiều nào ở 1 atm và 700K:

Hỗn hợp 1: 2 mol CO; 5 mol Cl2 và 3 mol COCl2

Hỗn hợp 2: 0,4 mol CO; 1,6 mol Cl2 và 8 mol COCl2

Giải:

a./ Tính ∆Ho, ∆Go, ∆So và HSCB Kp, Kc ở 700K

cal

cal T

G

o

o

7 , 25399 700

476 , 3 5 , 22966

2 , 3317 700

3 , 5 ln 700 477 , 3 83 , 22971

S o

0 0

-31,54cal/K

Kp=10,83 atm-1

Kc=621,07 (mol/l)-1