Cân bằng hoá học I. Lý thuyết Cho CB : a A + b B cC + d D Ta có : v t = k t .[A] a .[B] b . v n = k n [C] c [D] d . k t .[A] a .[B] b = k n [C] c [D] d n t k k = ba dc BA DC ][][ ][][ = k C . Do k t , k n là hằng số nên k C cũng là hằng số K C chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, không phụ thuộc nồng độ. II. Bài tập 1. Hằng số cân bằng của phơng trình: H 2 + I 2 2HI ở nhiệt độ nào đó bằng 40. Xác định % H 2 và I 2 chuyển thành HI nếu nồng độ ban đầu của chúng coi nh bằng nhau và bằng 0,01 mol/l. HD H 2 + I 2 2 HI Ban đầu: 0,01 0,01 P: x x 2x Sau p: 0,01-x 0,01-x 2x Ta có: K cb = ]][[ ][ 22 2 IH HI = 2 2 )01,0( )2( x x = 40 x = 0,076 Có 76% H 2 và I 2 đã chuyển hoá thành HI. 2. Cho p: 2SO 2 + O 2 2SO 3 . ở nhiệt độ t 0 C cân bằng các chất: [SO 2 ] = 0,2 mol/l, [O 2 ] = 0,1 mol/l, [SO 3 ] = 1,8 mol/l a. Tính v t , v n b. Hỏi v t và v n thay đổi nh thế nào và cân bằng hóa học của p trên sẽ chuyển dịch theo chiều nào khi thể tích hỗn hợp giảm xuống 3 lần. HD Ta có: v t = k t .[SO 2 ] 2 .[O 2 ] = k t .(0,2) 2 .0,1 = 0,004k t . v n = k n .[SO 3 ] 2 = k n .(1,8) 2 = Sau khi thể tích hỗn hợp giảm xuống 3 lần thì nồng độ các chất tăng lên 3 lần. Lúc đó: v t = k t .(0,2.3) 2 0,1.3 = 27v t . v n = k n (1,8.3) 2 = 9v n . Vận tốc p thuận tăng 27 lần, còn p nghịch tăng 9 lần. Vậy CBHH chuyển dịch sang phải. 3. Cho khí HI vào một bình kín rồi đun nóng tới một nhiệt độ xác định thì xảy ra p: 2HI H 2 + I 2 a. Tính % số mol HI bị phân huỷ thành I 2 và H 2 khi p đạt tới TTCB, biết k n = 64k t . b. Nếu lợng HI cho vào ban đầu 0,5 mol và dung tích bình p là 5 lít thì ở TTCB nồng độ mol/l các chất là bao nhiêu? HD a. 2HI H 2 + I 2 . Bđ: a 0 0 P: a-2x x x Ta có: v t = k t .(a-2x) 2 v n = k n .x 2 Khi p đạt CB thì v t = v n . k t (a-2x) 2 = k n .x 2 x = 0,1a 2x = 20%a b. a = 0,5/5 = 0,1 x = 0,1.0,1 = 0,01 mol/l Vậy ở TTCB: [HI] = 0,1 0,02 = 0,08 mol/l, [H 2 ] = [I 2 ] = 0,01 mol/l 4. Hằng số cân bằng của p điều chế NH 3 : N 2 + 3H 2 2NH 3 ở 500 0 C bằng 1,5.10 -5 atm -2 . Tính xem có bao nhiêu % (N 2 + 3H 2 ) ban đầu đã chuyển thành NH 3 nếu p thực hiện ở 500atm, 1000atm. Cho nhận xét về kết quả. Biết K p = 3 2 22 3 . HN NH pp p . Khi p đạt TTCB : v t = v n Ta có: 3 2 22 3 . HN NH pp p = 1,5.10 -5 (1) Mà : p 2 H = 3p 2 N (2) p 2 N + p 2 H + p 3 NH = p (3) 3p 2 N + p 2 N + p 3 NH = p p 2 N = 4 3 NH pp p 2 H = 4 )(3 3 NH pp Thay p 2 N và p 2 H vào (1) ta đợc : 4 2 )( 256 27 3 3 NH NH pp p = 1,5.10 -5 2 )( 3 3 NH NH pp p = 1,26.10 -3 . * Nếu p = 500 atm : 1,26.10 -3 p 2 3 NH - 2,26.p 3 NH + 315 = 0 p 3 NH = 152 atm * Nếu p = 1000 atm : 1,26.10 -3 p 2 3 NH - 3,52p 3 NH + 1,26.10 3 = 0 p 3 NH = 424 atm. N 2 + 3 H 2 2 NH 3 Ban đầu: 1 3 P: a 3a 2a Sau p: 1- a 3 3a 2a * Nếu p = 500 atm p p NH 3 = a a 24 2 = 500 152 a = 0,4662 Vậy % hỗn hợp ban đầu : 4a/4 = a = 46,62% * Nếu p = 1000 atm a = 0,5955 Vậy % hỗn hợp ban đầu : 4a /4 = a = 59,55 % Khi p tăng thì cân bằng chuyển dịch sang phải tức là theo chiều giảm áp suất. 5. Cho phản ứng: CO + Cl 2 COCl 2 thực hiện trong bình kín dung tích 1 lít ở nhiệt độ không đổi. Khi cân bằng [CO] = 0,02; [Cl 2 ] = 0,01; [COCl 2 ] = 0,02. Bơm thêm vào bình 1,42gam Cl 2 . Nồng độ mol/l của CO; Cl 2 và COCl 2 ở trạng thái cân bằng mới lần lợt là A. 0,013; 0,023 và 0,027. B. 0,014; 0,024 và 0,026. C. 0,015; 0,025 và 0,025. D. 0,016; 0,026 và 0,024. HD CO + Cl 2 COCl 2 . Bđ : x y P : 0,02 0,02 0,02 Cb : 0,02 0,01 0,02 K C = 0,02/0,02.0,01 = 100 CO + Cl 2 COCl 2 Bđ : 0,02 0,03 0,02 P : a a a Cb : 0,02-a 0,03-a 0,02+a Ta có : 0,02+a = 100(0,02-a)(0,03-a) 0,02 + a = 0,06 5a + 100a 2 100a 2 6a + 0,04 = 0 a 1 = 0,05 (loại) a 2 = 0,007 [CO] = 0,02-0,007 = 0,013, [Cl 2 ] = 0,023, [COCl 2 ] = 0,027 6. Cho cân bằng: N 2 O 4 2NO 2 . Cho 18,4 gam N 2 O 4 vào bình chân không dung tích 5,9 lít ở 27 O C, khi đạt đến trạng thái cân bằng, áp suất là 1 atm. Hằng số cân bằng K C ở nhiệt độ này là: A. 0,040. B. 0,007. C. 0,500. D. 0,008. HD Số mol N 2 O 4 = 0,2 mol Ta có : p đ = nTR/V = 0,2.300.0,082/5,9 = 0,83 Do T = const nên : p đ /p s = n đ /n s n s = p s .n đ /p đ = 1.0,2/0,83 = 0,24 mol N 2 O 4 2NO 2 Bđ : 0,2 P : x 2x Cb : 0,2 x 2x Ta có : 0,2 x + 2x = 0,24 x = 0,04 K C = [NO 2 ] 2 /[N 2 O 4 ] = 0,08 2 /0,16 = 0,04 7. Cho phơng trình phản ứng: 2A(k) + B(k) 2X(k) + 2Y(k). Ngời ta trộn 4 chất, mỗi chất 1 mol vào bình kín dung tích 2 lít (không đổi). Khi cân bằng, lợng chất X là 1,6 mol. Hằng số cân bằng của phản ứng này là A. 58,51 B. 33,44. C. 29,26 D. 40,96. HD 8. Cho phản ứng: CO (k) + H 2 O (k) CO 2 (k) + H 2 (k) Biết K C của phản ứng là 1 và nồng độ ban đầu của CO và H 2 O tơng ứng là 0,1 mol/l và 0,4 mol/l. Nồng độ cân bằng (mol/l) của CO và H 2 O tơng ứng là A. 0,08 và 0,08. B. 0,02 và 0,08. C. 0,02 và 0,32. D. 0,05 và 0,35. HD 9. Khi tiến hành este hóa giữa 1 mol CH 3 COOH với 1 mol C 2 H 5 OH thì thu đợc 2/3 mol este. Để đạt hiệu suất cực đại là 90% (tính theo axit) khi tiến hành este hóa 1 mol axit axetic cần số mol rợu etylic là (các phản ứng este hoá thực hiện ở cùng nhiệt độ) A. 0,342. B. 2,925. C. 0,456. D. 2,412. HD 10 * . Cho phản ứng sau ở một nhiệt độ nhất định: N 2 + 3H 2 2NH 3 . Nồng độ (mol/l) lúc ban đầu của N 2 và H 2 lần lợt là 0,21 và 2,6. Biết K C của phản ứng là 2. Nồng độ cân bằng (mol/l) của N 2 , H 2 , NH 3 tơng ứng là: A. 0,08; 1 và 0,4. B. 0,01; 2 và 0,4. C. 0,02; 1 và 0,2. D. 0,001; 2 và 0,04. HD 11. Trộn 1 mol H 2 với 1 mol I 2 trong bình kín dung tích 1 lít. Biết rằng ở 410 O , hằng số tốc độ của phản ứng thuận là 0,0659 và hằng số tốc độ của phản ứng nghịch là 0,0017. Khi phản ứng đạt tới trạng thái cân bằng ở 410 O C thì nồng độ của HI là A. 2,95. B. 1,52. C. 1,47. D. 0,76. HD I 2 (k) + H 2 (k) 2HI (k) Bđ : 1 1 P : x x 2x Cb : 1-x 1-x 2x Ta có : 0,0659(1-x) 2 = 0,0017.(2x) 2 = 0,0068x 2 . x = 0,76 12. Cho CB : A + B C + D có K cb = 1. Giả sử [C] và [D] ban đầu bằng không, lúc CB là 2M. Hãy tính nồng độ ban đầu của A và B trong các trờng hợp sau : a. Nồng độ ban đầu của A và B bằng nhau. b. Nồng độ của A lớn hơn B là 3M. HD Khi đạt đến trạng thái CB : k t [A][B] = k n [C][D] K cb = n t k k = ]][[ ]][[ BA DC = 1 [A][B] = [C][D] Khi CB : [C] = [D] = 2M [A] = [B] = 2M b. nồng độ của A ban đầu lơn hơn B là 3M 13. Cho CB : A + 2B C Cho biết [A] bđ = 0,3M, [B] bđ = 0,4M và k t = 0,4. Tính vận tốc p lúc ban đầu và lúc cân bằng khi nồng độ chất A giảm 0,1M HD Ta có : v t =k t [A][B] 2 = 0,4.0,3.0,5 2 = 0,03 Theo pthh nếu nồng độ chất A giảm 0,1M thì nồng độ chất B giảm 0,2M. Do vậy lúc CB [A] = 0,2M, [B] = 0,3M v t = 0,4.0,2.0,3 2 = 0,0072 14. Trong một bình kín có thể tích 2 lít, ngời ta cho vào đó 17,6 g khí CO 2 và 3,2 g khí H 2 ở 850 0 C cân bằng p : CO 2 + H 2 CO + H 2 O đợc thiết lập có K cb = 1. Tính nồng độ 4 chất. HD CO 2 + H 2 CO + H 2 O Bđ : 0,2 0,8 P : x x x x Cb : 0,2-x 0,8-x x x Ta có : K cb = 1 x = 0,16 [CO] = [H 2 O] = 0,16M [CO 2 ] = 0,04M, [H 2 ] = 0,64 M 15. Trong một bình kín có thể tích 3 lít. Thoạt đầu ngời ta cho vào 168 gam nitơ và 6 gam hiđro. ở nhiệt độ xác định, cân bằng N 2 + 3H 2 2NH 3 đợc thiết lập lúc đó lợng nitơ giảm 10%. Hỏi áp suất thay đổi nh thế nào? HD Số mol N 2 lúc đầu : 6 mol. Số mol N 2 p : 6.10% = 0,6 mol Số mol H 2 lúc đầu = 3 mol Ta có p : N 2 + 3H 2 2NH 3 Bđ : 6 3 0 P : 0,6 1,8 1,2 Cb : 5,4 1,2 1,2 Do V bình và T = const, nên p 1 /p 2 = n 1 /n 2 . Ta có : n 1 = 6+3 = 9, n 2 = 5,4 + 1,2 + 1,2 = 7,8 mol p 1 /p 2 = 9/7,8 = 1,15