Ôn HSG Cân bằng Hóa Học

Có nghĩa khi nhiệt độ tăng cân bằng dịch chuyển theo chiều thuận.. Khi tăng áp suất, cân bằng chuyển dòi theo chiều làm giảm số phân tử khí với phản ứng tổng hợp NH3 là chiều thuận.. 1.2

Trường THPT Kỹ Thuật Lệ Thủy Tài liệu luyện thi HSG

CÂN BẰNG HÓA HỌCCâu 1: Phản ứng dưới đây đạt đến cân bằng ở 109K với hằng số cân bằng Kp = 10:

C (r) + CO2 (k)  2CO (k) (a) Tìm hàm lượng khí CO trong hỗn hợp cân bằng, biết áp suất chung của hệ là 1,5atm

(b) Để có hàm lượng CO bằng 50% về thể tích thì áp suất chung là bao nhiêu?

Giải: (a) C + CO2  2CO n

[ ] (1 - x) 2x 1 + x (mol)

x1

x1x1x

P

PK

2

CO

2 CO P 2

)5,0(K

2

P    P = 20 atm

Câu 2: Cho phản ứng: 2SO2 (k) + O2 (k)  2SO3 (k) H = - 198 kJ

Cho 10,51 mol khí SO2 và 37,17 mol không khí (20% về thể tích là O2 còn lại là N2) có xúc tác là

V2O5 Thực hiện phản ứng ở 4270C, 1 atm thì phản ứng đạt hiệu suất 98% Tính hằng số cân bằng KC,

KP của phản ứng ở 4270C

Giải: nO2 bđ = 7,434 (mol), nN2 bđ = 29,736 (mol)

2SO2 (k) + O2  2SO3 (k) H = - 198 kJ Ban đầu: 10,51 (mol) 7,434 (mol) 0

Lúc phản ứng: 10,3 (mol) 5,15 (mol) 10,3 (mol)

Lúc CB: 0,21 (mol) 2,284 (mol) 10,3 (mol)

∑số mol hỗn hợp ở TTCB = 0,21 + 2,284 + 10,3 + 29,736 = 42,53 (mol)

Pi = xi.P = xi.1 = xi

2 3

Câu 3: Cho cân bằng hóa học sau: N2O4 (k)⇌ 2NO2 (k) (1)

Thực nghiệm cho biết khối lượng mol phân tử trung bình của hai khí trên ở 35oC bằng 72,45 g/mol

và ở 45oC bằng 66,80 g/mol

(a) Tính độ phân li của N2O4 ở mỗi nhiệt độ trên?

(b) Tính hằng số cân bằng KP của (1) ở mỗi nhiệt độ trên? Biết P = 1 atm

(c) Cho biết theo chiều nghịch, phản ứng thu nhiệt hay tỏa nhiệt?

Giải: Xét cân bằng: N2O4 (k) ⇌ 2NO2 (k) (1)

(a) Gọi a là số mol của N2O4 có trong 1 mol hỗn hợp  số mol NO2 trong 1 mol hỗn hợp là (1 - a) mol

*Ở 350C có M= 72,45 g/mol = 92a + 46(1 - a)  a = 0,575 mol = nN2O4 và nNO2 = 0,425 mol

N2O4 (k)⇌ 2NO2 (k) Ban đầu x 0 Phản ứng 0,2125 0,425 Cân bằng x - 0,2125 0,425

x - 0,2125 = 0,575  x = 0,7875 mol , vậy  100%

7875,0

2125,0

26,98%

*Ở 450C có M= 66,80 g/mol = 92a + 46(1 - a)  a = 0,4521mol = nN2O4 và nNO2 = 0,5479 mol

N2O4(k) ⇌ 2NO2(k) Ban đầu x 0 Phản ứng 0,27395 0,5479

Cân bằng x - 0,27395 0,5479

x - 0,27395 = 0,4521  x = 0,72605 mol , vậy  100%

72605,0

27395,0

37,73%

n

nP

hh

O N O

N2 4  2 4 và P = 1 atm

575,0

)425,0(P

)P(K

2

O N

2 NO P

4 2

4521,0

)5479,0(P

)P(K

2

O N

2 NO P

4 2

c) Từ kết quả thực nghiệm ta thấy, khi nhiệt độ tăng từ 350C lên 450C thì  tăng Có nghĩa khi nhiệt

độ tăng cân bằng dịch chuyển theo chiều thuận Vậy theo chiều thuận phản ứng thu nhiệt, nên theo chiều nghịch phản ứng tỏa nhiệt

Câu 4: Tính xem có bao nhiêu % chất ban đầu (N2 + 3H2 ) đã chuyển thành amoniac, nếu phản ứng được thực hiện ở 500atm ,1000atm và nhận xét kÕt qu¶ víi nguyªn lÝ chuyÓn dÞch c©n b»ng? BiÕt hằng số cân bằng của phản ứng điều chế amoniac ở 5000C là 1,5.10–5atm–2

: Giải: N2 + 3H2  2NH 3

2

10 5 , 1

3P  N P H => P N P H P NH  p

3 2

27256

3 3

NH

NH

P P

2716

3 3

NH

NH

P P

P

5

10.5,

Ban đầu: 1 3 0 mol

=> % hỗn hợp ban đầu: 4a/4 = a => 59,55%

=> áp suất tăng cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm áp suất của hệ

Câu 5: N2O4 phân li 20,0% thành NO2 ở 27oC và 1,00 atm Hãy xác định

(a) giá trị Kp;

(b) độ phân li của N2O4 tại 27oC và 0,10 atm;

(c) độ phân li của 69g N2O4 trong bình 20 L ở 27oC

Giải: Xét phản ứng phân li:

2

1

4PP

P

2

O N

2 NO O

N

2 NO P

4 2 2

4 2

)2,0(4P1

4

2 2

Trường THPT Kỹ Thuật Lệ Thủy Tài liệu luyện thi HSG

300082,0)1(75,0P

2

NO

17,0)1(9225,0

)845,1(K

Ở 450oC hằng số cân bằng của phản ứng này là KP = 1,5.10-5

(a) Ban đầu trộn N2 và H2 theo tỉ lệ 1:3 về thể tích Tính hiệu suất phản ứng tổng hợp NH3 khi áp suất hệ bằng 500 atm và bằng 1000 atm

(b) Các kết quả tính được có phù hợp với nguyên lý chuyển dời cân bằng hóa học hay không?

1 Giải: (a) Gọi x và h lần lượt là số mol ban đầu của N2 và hiệu suất phản ứng

2

NH

P

P)h4(x

)h1(xP)h4(x

)h1(x

P)h4(x

xh2

P

P

P

K

2 2

)h4(h

 , vậy hiệu suất phản ứng bằng 46,7%

-Tại 1000 atm, (*) 14, h2 28, h10,10 với h  1

593

,

0

h 

 , vậy hiệu suất phản ứng bằng 59,3%

(b) Khi áp suất tăng, hiệu suất phản ứng tổng hợp NH3 tăng Điều này phù hợp với nguyên lý chuyển dời cân bằng Khi tăng áp suất, cân bằng chuyển dòi theo chiều làm giảm số phân tử khí (với phản ứng tổng hợp NH3 là chiều thuận)

Câu 7: Cho phản ứng: H2 (K) + I2 (K) 2HI (K)

Thực hiện phản ứng trong bình kín 0,5lít ở toC với 0,2mol H2 và 0,2mol I2 Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng nồng độ của HI là 0,3mol/lít

1.1.Tính hằng số cân bằng của phản ứng ở toC

1.2 Thêm vào cân bằng trên 0,1mol H2 thì cân bằng dịch chuyển theo chiều nào tính nồng độ các chất

ở trạng thái cân bằng mới

1.3 Tính hằng số cân bằng của phản ứng sau ở toC

Theo giả thiết: [H2] = [I2] = 0,4mol/lít

H2 (K) + I2 (K) 2HI (K)

Trước phản ứng: 0,4 (mol/lít) 0,4(mol/lít)

Lúc cân bằng: 0,25(mol/lít) 0,25 (mol/lít ) 0,3 (mol/lít )

Kcb = 1,44

25,0.25,0

3,

0 2

1.2.Nồng độ các chất ở trạng thái cân bằng mới:

 Nếu thêm vào cân bằng 0,1mol H2 nồng độ H2 tăng cân bằng dịch chuyển theo chiều thuận

 Khi thêm 0,1 mol H2 nồng độ H2 = 0,25 + 0,2 = 0,45mol/lít

Gọi x là nồng độ H2 tham gia phản ứng để đạt cân bằng mới

H2 (K) + I2 (K) 2HI (K)

Trước phản ứng: 0,45 (mol/lít) 0,25(mol/lít) 0,3(mol/lít)

Lúc cân bằng: 0,45-x (mol/lít ) 0,25-x (mol/lít) 0,3+2x (mol/lít)

)45,0).(

x

 2,56x2 + 2,208x – 0,072 = 0 ĐK: 0< x < 0,25 Giải phương trình ta được : x = 0,03146 nhận ; x/ = -0,89 loại

cb K

1 =

44,1

1 = 65

Câu 8: Cho 2 mol N2 và 8 mol H2 vào bình kín có thể tích là 2 lít, sau khi phản ứng:

N2(K) + 3H2(K) 2NH3(K) Đạt trạng thái cân bằng , đưa nhiệt độ về nhiệt độ ban đầu , thì áp suất trong bình bằng 0,9 lần áp suất đầu Tính K cân bằng

Giải: Tổng số mol ban đầu trong bình kín :n bđ = 2+ 8 = 10 mol

Trong cùng điều kiện t0 và V : Tỉ lệ mol = Tỉ lệ áp suất

N2(K) + 3H2(K) 2NH3(K)

Trước pứ: 2 mol 8 mol

Phản ứng: x mol 3x mol 2x mol

= 0,75 mol/lí

nH2= 8 – 3 x 0,5 = 6,5 mol/lít  [H2] =

2

5,6 = 3,25 mol/lít ; nNH3 = 2 x 0,5 = 1 mol

3 3 2

H N

NH C C

C

2

)25,3).(

75,0(

)5,0(

= 9,71 10-3 Câu 9 : Cho cân bằng : N2O4  2NO 2

Lấy 18,4 gam N2O4 vào bình chân không có dung tích 5,9 lít ở 27OC Khi đạt tới cân bằng, áp suất là 1 atm Cũng với khối lượng đó của N2O4 nhưng ở nhiệt độ 110OC thì ở trạng thái cân bằng, nếu áp suất vẫn là 1 atm thì thể tích hỗn hợp khí đạt 12,14 lít

Trường THPT Kỹ Thuật Lệ Thủy Tài liệu luyện thi HSG pư: x 2x

Câu 10: Có cân bằng: N2O4 (K)  2NO 2 (K) Cho 18,4gam N2O4 vào bình dung tích là 5,904 lít

ở 270C Lúc cân bằng áp suất của hỗn hợp khí trong bình là 1atm Tính áp suất riêng phần của NO2 và

N2O4 lúc cân bằng Nếu giảm áp suất của hệ lúc cân bằng xuống bằng 0,5 atm thì áp suất riêng phần của NO2, N2O4 lúc này là bao nhiêu? Kết quả có phù hợp nguyên lý của Le Chatelier không ?

Giải: 0,2(mol)

92

4,18n

904,51RT

),atm( 3

1P

4 2

6

1P

PK

3 2

2 2 1

O N

NO P

4 2

0

P6

(atm);

217

,

0

P

5 2

283,0

217,0P

P

4 2 2

O N

1P

P

4 2 2

O N

NO





Vậy: Khi áp suất của hệ xuống thì cân bằng dịch chuyển sang phía làm tăng áp suất của hệ lên, nghĩa là sang phía có nhiều phân tử khí hơn (phù hợp nguyên lý)

Câu 11: Cân bằng: N2O4(k)  2NO2(k)

nhận được xuất phát từ a mol N2O4 Gọi  là độ phân li của N2O4

a/ Tính số mol NO2, N2O4 và tổng số mol của hệ khi cân bằng theo a và ?

b/Tính áp suất riêng phần của NO2, N2O4 khi cân bằng theo và áp suất tổng P của hệ?Tính KP theo

P =42P/(1-)(1+); = 0,1587, KP=0,103, PNO2=0,274 atm, PN2 O4= 0,726 atm

Cõu 12: Cõn bằng trong hệ H2(k) + I2(k)  2HI (k) được thiết lập với cỏc nồng độ sau :

[H2] = 0,025 M ; [I2] = 0,005 M ; [HI] = 0,09M

a) Khi hệ đạt trạng thỏi cõn bằng ấp suất của hệ biến đổi như thế nào ?

b) Tớnh hằng số cõn bằng Kcb và nồng độ ban đầu của I2 và H2 ?

Cõu 13: Nung FeS2 trong không khí, kết thúc phản ứng thu được một hỗn hợp khí có thành phần: 7

SO2; 10 O2; 83 N2 theo số mol Đun hỗn hợp khí trong bình kín (có xúc tác) ở 800K, xảy ra phản ứng:

2SO2 + O2  2SO 3 Kp = 1,21.105

a) Tính độ chuyển hoá ( số mol) SO2 thành SO3 ở 800K, biết áp suất trong bình lúc này là 1 atm,

số mol hỗn hợp khí ban đầu (khi chưa đun nóng) là 100 mol

b) Nếu tăng áp suất lên 2 lần, tính độ chuyển hoá SO2 thành SO3, nhận xét về sự chuyển dịch cân bằng

Kp =

2 2

SO

=

)5,010.(

)7(

)5,0100(

2 2

x x

x x

5,96.49

Bài 14: Xột quỏ trỡnh cõn bằng sau tại 686oC : CO2 (k) + H2 (k) ⇄ CO (k) + H2O (k)

Nồng độ cỏc chất tại cõn bằng lần lượt bằng [CO] = 0,050 M, [H2] = 0,045 M, [CO2] = 0,086 M và [H2O] = 0,040 M Nếu tăng nồng độ CO2 lờn đến giỏ trị 0,500 M (nhiệt độ khụng đổi) thỡ nồng độ mỗi chất ở cõn bằng mới được thiết lập lại bằng bao nhiờu ?

Hằng số cõn bằng nồng độ :

52,0045,0086,0

050,0040,0]H][

CO[

]CO][

OH[

K

2 2

Trường THPT Kỹ Thuật Lệ Thủy Tài liệu luyện thi HSG

)x045,0()x500,0(

)x050,0()x040,0(]H][

CO

[

]CO][

Vậy [CO2] = 0,48M, [H2] = 0,020M, [CO] = 0,075M và [H2O] = 0,065M

Câu 15: Khi nung nóng đến nhiệt độ cao PCl5 bị phân li theo phương trình

PCl5 (k) ⇋ PCl3 (k) + Cl2 (k)

1 Cho m gam PCl5 vào một bình dung tích V, đun nóng bình đến nhiệt độ T (K) để xảy ra

phản ứng phân li PCl5 Sau khi đạt tới cân bằng áp suất khí trong bình bằng p Hãy thiết

lập biểu thức của Kp theo độ phân li  và áp suất p Thiết lập biểu thức của kc theo , m, V

2 Trong thí nghiệm 1 thực hiện ở nhiệt độ T1 người ta cho 83,300 gam PCl5 vào bình dung tích V1 Sau khi đạt tới cân bằng đo được p bằng 2,700 atm Hỗn hợp khí trong bình có tỉ khối so với hiđro bằng

4 Trong thí nghiệm 3 giữ nguyên lượng PCl5 và dung tích bình V1 như ở thí nghiệm 1 nhưng hạ nhiệt

độ của bình đến T3 = 0,9 T1 thì đo được áp suất cân bằng là 1,944 atm Tính Kp và  Từ đó cho biết phản ứng phân li PCl5 thu nhiệt hay phát nhiệt Cho: Cl = 35,453 ; P : 30,974 ; H = 1,008 ; Các khí đều

= a mol PCl5 ban đầu

*áp suất riêng phần lúc cân bằng của mỗi khí:

a x p

(1 )1

(0,5)

1 (0,5)  2,70 = 0,900

3 Thí nghiệm 2: - Giữ nguyên nhiệt độ  Kp không đổi

- Giữ nguyên số mol PCl5 ban đầu: a = 0,400mol

n RTp 2

- Thay đổi nhiệt độ  Kp thay đổi

- Giữ nguyên số mol PCl5 ban đầu a = 0,400 mol và V1

- áp suất cân bằng P3 thay đổi do: nhiệt độ giảm (T3 = 0,9 T1), tổng số mol khí thay

p1



 

2 2

(0, 200)

1 (0, 200)  1,944 = 0,081

* Khi hạ nhiệt độ, Kp giảm  cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch Chiều nghịch là

chiều phát nhiệt  Chiều thuận là chiều thu nhiệt

Bài 16: Cho cân bằng hoá học:

2NO2  N 2O4 H 58,04kJ

Trường THPT Kỹ Thuật Lệ Thủy Tài liệu luyện thi HSG Cân bằng sẽ chuyển dịch như thế nào , giải thích, khi:

Giải: 2NO2 ⇌ N2O4  H   58,04 kJ (phản ứng tỏa nhiệt)

a) Tăng nhiệt độ cân bằng chuyển sang trái theo chiều phản ứng thu nhiệt

b) Tăng áp suất cân bằng chuyển sang phải theo chiều làm giảm số mol

c) Thêm khí trơ :

* áp suất không đổi  Thể tích tăng  giảm áp suất riêng phần của các khí

Kp = 2 4

2 2

N O NO

N O NO

n

/

V RT

vì V/ >V  Q>Kp vậy để Q  Kp : số mol N2O4 phải giảm  cân bằng chuyển theo chiều từ phải sang trái ( tạo NO2)

* Thể tích không đổi  áp suất riêng phần của các khí không đổi  cân bằng không chuyển dịch d) Xúc tác tàm tăng hoặc giảm tốc độ cả phản ứng thuận và nghịch  không làm chuyển dịch cân bằng

Cõu 17: 1) Cõn bằng: N2 (k) + 3H2 (k)  2NH3 (k) sẽ chuyển dịch chiều nào khi

(a) thờm Ar vào hỗn hợp cõn bằng nhưng giữ cho thể tớch khụng đổi?

(b) thờm Ar vào hỗn hợp cõn bằng nhưng giữ cho ỏp suất khụng đổi?

Giải: (a) Ta cú:

2 n

2 3

H N

2 NH 3

Vnn

nP

P

P

K

2 2 3 2

nK

3 H N

2 NH n

2 2

P

RT

VK

2) Trong bỡnh dung tớch 10 lớt, nếu ta bỏ vào đú 5 gam CaCO3 và 2 gam CaO, nung núng bỡnh đến

800oC để đạt cõn bằng thỡ sau khi cõn bằng, khối lượng mỗi chất rắn trong bỡnh là bao nhiờu gam?

ĐÁP ÁN 1) CaCO3 (r) = CaO(r) + CO2 (k) (*)

Tại 800oC khi

2 CO

P = 0,236 thỡ khụng thay đổi nữa  đạt cõn bằng Nờn Kp =

2 CO

P = 0,236 (atm) ; n = n khớ sau - n khớ trước

3

)273800(273

4,22

236,0(RT)

Vậy trong bình còn lại lượng chất rắn là:

Ban đầu 1mol 1mol

Lúc câu bằng 1-a(mol) (1-a)mol a mol a mol

Kết luận: Ở cân bằng: [HI] = 0,03M, [H2] = [I2] = 0,005M

b) Số mol H2 thêm: 0,06 : 2 = 0,03 (mol) → nồng độ tăng thêm: 0,03: 2 = 0,015M

Trường THPT Kỹ Thuật Lệ Thủy Tài liệu luyện thi HSG Câu 18: Trong bình kín dung tích không đổi chứa 35,2x (g) oxi và 160x (g) SO2 Khí SO2 ở 136,5oC

có xác tác V2O5 Đun nóng bình một thời gian, đưa về nhiệt độ ban đầu, áp suất bình là P’ Biết áp suất bình ban đầu là 4,5 atm và hiệu suất phản ứng là H%

a, Lập biểu thức tính áp suất sau phản ứng P’ và tỉ khối hơi d của hỗn hợp khí sau phản ứng so với không khí, theo H

b, Khi H = 0 → P’ = 4,5 (atm) ; H = 1 → P’ = 3,125 (atm)

Vậy trong thời gian phản ứng thì 3,125 < P’ < 4,5 Tỉ khối hơi so với không khí:

160 35, 2 195, 2(3,6 1,1 ) 3,6 1,1

M

H H



Khi H = 0 → d = 1,87 ; H = 1 → d = 2,69 ; Vậy 1,87 < d < 2,69

c, Áp dụng công thức: PV = nRT ; Pđầu = 4,5atm; nđầu = 3,6x = 3,6.0,25 = 0,9(mol)

c) Nếu hệ đang ở trạng thái cân bằng ở câu a, ta thêm vào hệ 1,5 mol H2 và 2,0 mol HI thì cân bằng dịch chuyển theo chiều nào?

H

HI

2 2 2

vt = kt[H2][I2] = kt1,728.0,228 = kt.0,394 ; vn = kn [HI]2 = kn(3,544)2 = kn.12,56

44,156,12

394,0.4656,12

394,0.k56

t

n

t    

vt > vn do đó cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận

Câu 20 Hằng số cân bằng của phản ứng :

2 C

Câu 21: Ở 270C, 1atm N2O4 phân huỷ theo phản ứng

N2O4 (khí) 2NO2 (khí) với tốc độ phân huỷ là 20%

Trường THPT Kỹ Thuật Lệ Thủy Tài liệu luyện thi HSG a) Xác định nồng độ phần mol của các khí trong hỗn hợp tại trạng thái cân bằng, biết áp suất chung của hỗn hợp tại trạng thái cân bằng là 4atm

b) Xác định áp suất riêng của CO2 lúc cân bằng

c) Xác định áp suất chung của hỗn hợp sao cho lúc cân bằng CO2 chiếm 6% về thể tích

Đáp án :

a) Xác định nồng độ phần mol của các khí trong hỗn hợp tại trạng thái cân bằng:

CO2 (k) + C (r) 2CO(k) KP =10

Ban đầu: x mol

Tại cân bằng: (x – a) mol 2a mol

Tổng số mol khí tại cân bằng: x – a + 2a = x + a (mol)

)ax)(

ax(

PaP

ax

ax

PaxaP

PK

2 2

CO

2 CO p

10x10P4

x10a

P

10ax

2 2

x62,0xax

ax

a2

0,766 b) Xác định áp suất riêng của CO2 tại cân bằng: Pi = Ni P

Áp suất riêng của CO2 =  

ax

0,234 x 4 = 0,936atm c) Xác định áp suất chung của hỗn hợp sao cho lúc cân bằng CO2 chiếm 6% về thể tích:

94,0n

n06,0n

nV

V

hh

CO hh

CO hh

06,0x10P10P06,0

)P94,0(

Kp theo độ phân li  và áp suất P

2) Người ta cho vào bình dung tích Vl 83,4g PCl5 và thực hiện phản ứng ở nhiệt độ T1 (0K).Sau khi đạt tới cân bằng đo được áp suất 2,7 atm Hỗn hợp khí trong bình có tỉ khối so với hiđrô bằng 69,5 Tính  và Kp

3) Trong một thí nghiệm khác giữ nguyên lượng PCl5 như trên, dung tích bình vẫn là V (l) nhưng hạ

nhiệt độ của bình đến T2 = 0,9T1 thì áp suất cân bằng đo được là 1,944 atm Tính Kp và  Từ đó cho biết phản ứng phân li PCl5 thu nhiệt hay phát nhiệt

P

PPP

.PP

5

2 3

PCl

Cl PCl

.α1

α

α1

α1α1

.α.α1

.α

2 2