Bài tập về cân bằng hóa học

Bài tập về cân bằng hóa học

LI NĨI U

Một trong những nhiệm vụ quan trọng của Nhiệt động lực học hĩa học là

giải quyết vấn đề: xuất phát từ những điều kiện cho sẵn, dự đốn một phản ứng

hĩa học nào đĩ cĩ khả năng tự xảy ra khơng ? Nếu xảy ra được thì phản ứng

đĩ diễn ra với mức độ nào (tức khi nào thì phản ứng đạt trạng thái cân bằng) ?

Việc áp dụng lí thuyết Nhiệt động lực học sẽ giúp ta hiểu sâu sắc hơn bản chất của cân bằng hĩa học, cũng như tác động của các yếu tố bên ngồi lên nĩ Trong thực tế sản xuất luơn đặt ra yêu cầu làm sao điều khiển phản ứng xảy ra theo hướng cĩ lợi nhất: hiệu suất cao nhất, hạn chế tối đa những quá trình khơng mong muốn Những kiến thức về cân bằng hĩa học sẽ giúp lựa chọn những điều kiện tối ưu cho phản ứng Từ đĩ giúp ta hiểu tại sao cĩ phản ứng cần thực hiện ở áp suất cao (như phản ứng tổng hợp NH3), lại cĩ những phản ứng cần áp suất thấp, nhiệt độ cao (như phản ứng nhiệt phân CaCO3), …

ðể nắm vững và vận dụng đúng kiến thức về cân bằng hĩa học, khơng thể khơng tinh thơng việc giải các bài tập cân bằng hĩa học Xuất phát từ điều đĩ,

được sự hướng dẫn của cán bộ giảng dạy, tơi chọn đề tài “ Bài tập về cân bằng

hĩa học” để làm tiểu luận

Tiểu luận gồm 2 phần:

Phần 1 tĩm tắt những kiến thức cơ bản và các cơng thức quan trọng phục

vụ cho việc giải bài tập ở phần 2

Phần 2 là các bài tập về cân bằng hĩa học, được chia thành các dạng khác

nhau Sự phân loại này chỉ mang tính tương đối, để giúp cho việc theo dõi được thuận lợi mà thơi

Tuy đã rất cố gắng trong việc sưu tầm, chọn lọc và phân loại các bài tập nhưng tiểu luận khơng tránh khỏi thiếu sĩt Tơi mong nhận được ý kiến gĩp ý, phê bình của quý thầy cơ, các bạn học viên để tiểu luận này hồn chỉnh hơn

Tơi xin chân thành cảm ơn thầy giáo, PGS TS Trần Thái Hịa đã tận

tình hướng dẫn để tơi hồn thành tiểu luận này

Huế, tháng 5 năm 2010

Học viên: Phạm Yên Khang

Phần 1 TÓM T T LÝ THUYT 1.1 ðiều kiện cân bằng hóa học

ν
′ B1 + ν′ B2 + … (*) Xét phản ứng: 1A1 + 2A2 + …

Ta có: dG = - SdT + VdP +  µ Ở T, P = const: dG =  µ (**)

Ở ñây µlà hóa thế của chất i Vì biến thiên số mol dni tỉ lệ với hệ số tỉ lượng i

(quy ước ν < 0 ñối với chất tham gia và ν > 0 ñối với sản phẩm phản ứng) nên ta có:

dF =  νµλ = 0 ta cũng dẫn ñến hệ thức (1-1)

Hệ thức (1-1) là ñiều kiện chung của cân bằng hóa học, nó không phụ thuộc vào tính

lí tưởng của hệ và có thể áp dụng cho mọi phản ứng ñơn giản cũng như phức tạp, phản ứng trong pha khí cũng như trong dung dịch, phản ứng ñồng thể cũng như dị thể

1.2 ðịnh luật tác dụng khối lượng Biểu thức hằng số cân bằng

1.2.1 Thiết lập biểu thức ñịnh luật tác dụng khối lượng

Biểu diễn hóa thế µcủa cấu tử i qua hoạt ñộ ai , µ = µ + RTlnai rồi thay vào (1-1) và sắp xếp lại ta ñược:  ν = exp[   νµ 

Nhận xét: Biểu thức ñịnh luật tác dụng khối lượng ở trên ñược thiết lập theo

phương pháp Nhiệt ñộng học, hoàn toàn không dựa vào quan niệm nào về cơ chế

phản ứng ðiều này chứng tỏ vị trí của cân bằng hóa học chỉ phụ thuộc các ñại

lượng Nhiệt ñộng mà không phụ thuộc cơ chế cũng như ðộng học của phản ứng

Cách thiết lập biểu thức ñịnh luật tác dụng khối lượng khi xuất phát từ ñiều kiện tốc

ñộ phản ứng thuận = tốc ñộ phản ứng nghịch chỉ ñúng với phản ứng ñơn giản

1.2.2.1 Cân bằng ñồng thể trong pha khí

Trong trường hợp này, các chất phản ứng và sản phẩm ñều là chất khí Có thể

sử dụng các hằng số cân bằng KP(T), KC(T), KN(T,P), Kn(T,P) Nếu khí ñược coi là khí lí tưởng thì ai = Pi và do ñó hằng số cân bằng ñược biểu diễn theo áp suất riêng phần của các khí:

KC là hằng số cân bằng biểu thị qua nồng ñộ mol/L của các chất Cũng như KP,

KC chỉ phụ thuộc nhiệt ñộ Tại T = const thì KP, KC = const

* Thay Pi = Ni.P (Ni là phần mol chất i, P là áp suất chung của hệ) vào (1-3) ta ñược: KP(T) = KN(T,P).)'ν trong ñó

KN (T,P) =  * = *

′ * ′ !

*"*" ! (1-5)

KN là hằng số cân bằng biểu thị qua phần mol các chất Khác với KP, KC thì KN

ngoài phụ thuộc nhiệt ñộ còn phụ thuộc áp suất chung của hệ (khi ∆ν≠ 0)

* Thay Pi = ni.

$ = ni. #+ (ni là số mol chất i,   là tổng số mol các khí có mặt trong hệ, kể cả khí trơ nếu có) vào (1-3) ta có:

KP(T) = Kn(T,P). #+'ν trong ñó

Kn (T,P) =  , = ,

′ , ′ !

,"," ! (1-6)

Kn là hằng số cân bằng biểu thị qua số mol các chất Tương tự KN thì Kn ngoài

phụ thuộc nhiệt ñộ còn phụ thuộc áp suất chung của hệ (khi 'ν ≠ 0)

Theo trên ta có mối quan hệ giữa các hằng số cân bằng trong pha khí (lí tưởng)

như sau:

KP(T) = KC(T) -.  KN./    Kn(T,P)  ,  (1-7)

Trong (1-7), nếu C tính theo mol.L-1, P tính theo atm thì R = 0,082 L.atm.ñộ-1.mol-1 Ta

thấy khi 'ν = 0, tức phản ứng không có sự thay ñổi số mol khí thì

KP (T) = KC (T) = KN (T,P) = Kn (T,P), lúc ñó ta tính theo hằng số cân bằng nào cũng ñược

1.2.2.2 Cân bằng ñồng thể trong pha lỏng

Nếu các chất phản ứng và sản phẩm hoàn toàn trộn lẫn vào nhau ở trạng thái

lỏng và dung dịch ñược coi là lí tưởng thì ta có thể sử dụng các hằng số cân bằng KC,

KN, Kn ñã thiết lập ở trên

1.2.2.3 Cân bằng hóa học dị thể

* Hệ phản ứng gồm 1 pha lỏng và 1 pha khí: Ta thay hoạt ñộ của chất khí

nguyên chất bằng áp suất riêng phần của chúng và thay hoạt ñộ của các chất trong

pha lỏng bằng nồng ñộ mol.L-1 nếu dung dịch ñủ loãng Ví dụ:

K = 0123456748

612 94 8+:;<=;

* Hệ phản ứng gồm 1 hoặc nhiều pha rắn và 1 pha khí: Chấp nhận khí lí tưởng

thì thay hoạt ñộ của nó bằng áp suất riêng phần Hoạt ñộ chất rắn nguyên chất bằng

;KP = )1>;

ñơn vị Ví dụ: CaCO3(r) CaO(r) + CO2(k)

Ce4+(aq) + 1/2H2(k) Ce3+(aq) + H+(aq)

* Hệ gồm 1 pha lỏng và nhiều pha rắn: nếu dung dịch ñủ loãng thì thay hoạt ñộ

chất thuộc pha lỏng bằng nồng ñộ mol.L-1, hoạt ñộ chất rắn nguyên chất bằng ñơn vị

Ví dụ:

; KC = KS = [Ag+(aq)].[Cl-(aq)]

(Lưu ý rằng tuy không có mặt trong biểu thức hằng số cân bằng nhưng chất rắn,

chất lỏng có tham gia phản ứng, chúng phải có mặt với lượng nhất ñịnh ñể tồn tại cân

bằng hóa học)

Một số lưu ý khi sử dụng hằng số cân bằng

1- Vì số mũ trong biểu thức của hằng số cân bằng ứng với hệ số trong phương

trình phản ứng, do ñó giá trị của hằng số cân bằng phụ thuộc vào cách viết phương

thì ta có hằng số cân bằng Г+ +@:3

+:;3=;+@;<=; = AГ+
= 1,28.10-2

Vì vậy khi cho biết hằng số cân bằng thì phải ñi kèm với phản ứng ñược viết

theo cách nào

2- Vấn ñề ñơn vị của hằng số cân bằng

Vì hoạt ñộ không có thứ nguyên nên hằng số cân bằng cũng không có thứ

nguyên, tức không có ñơn vị [1, 4, 13] Trong các biểu thức của hằng số cân bằng KP

ở trên, “áp suất” P thực chất là tỉ số giữa áp suất ño ñược với áp suất P0 (mà ở ñó hóa

thế µ = µ0), thường chọn P0 = 1atm Tương tự trong biểu thức hằng số cân bằng KC

thì “nồng ñộ” C là tỉ số giữa nồng ñộ ño ñược với nồng ñộ C0 , thường chọn

C0 = 1mol.L-1

Ví dụ: xét phản ứng phân hủy CaCO3:

Ta thường viết KP = )1>; nhưng chính xác hơn thì phải viết KP = )1>;/P0 Nếu

P0 = 1atm thì ta tính )1>; = KP.1(atm) ðể ñơn giản ta không ñưa P0, C0 vào trong các

biểu thức KP, KC nhưng phải hiểu ñúng ý nghĩa như trên

AgCl(r) Ag+(aq) + Cl-(aq)

1.3 Quan hệ giữa biến thiên thế ñẳng áp và hằng số cân bằng Phương trình ñẳng nhiệt của phản ứng hóa học

Xuất phát từ ñiều kiện (1-1), kết hợp với phương trình (1-3), (1-4) áp dụng cho phản ứng (*), người ta chứng minh ñược rằng:

Khi phản ứng thực hiện ở T, P = const:

ðể thuận tiện trong xét chiều phản ứng, ta ñặt Q = ( +B<ν < ′  +B;ν ;′ !

+C<ν < +C;ν ; !)bất kì, Q ñược gọi

là thương số phản ứng (reaction quotient), khi ñó (1-8) trở thành:

∆G = RT. D,FE

 (1-8’)

Lưu ý rằng biểu thức tính Q có dạng như biểu thức tính hằng số cân bằng,

nhưng ở ñây áp suất riêng phần của các chất lấy ở thời ñiểm ñang xét chứ chưa hẳn ở

thời ñiểm ñạt cân bằng Ta có:

+ Khi Q < KP ⇒ ∆G < 0: phản ứng xảy ra theo chiều thuận, chiều có tác dụng làm tăng Q cho tới khi Q = KP thì cân bằng ñược thiết lập lại

+ Khi Q > KP ⇒ ∆G > 0: phản ứng xảy ra theo chiều nghịch, chiều có tác dụng làm giảm Q cho tới khi Q = KP thì cân bằng ñược thiết lập lại

+ Khi Q = KP ⇒ ∆G = 0: phản ứng ñạt trạng thái cân bằng

Hoàn toàn tương tự khi xét ∆F

1.4 Các yếu tố ảnh hưởng ñến cân bằng hóa học

Nguyên lí chuyển dịch cân bằng Le Chatelier

Khi phản ứng ñã ñạt trạng thái cân bằng thì trạng thái này ñược duy trì bao lâu

cũng ñược, nếu các yếu tố quyết ñịnh cân bằng như nhiệt ñộ, áp suất, nồng ñộ, …

không thay ñổi Tuy nhiên, do cân bằng hóa học là cân bằng ñộng, nên nếu một trong

các yếu tố này thay ñổi thì sẽ có sự chuyển dịch cân bằng Hai yếu tố ảnh hưởng quan trọng nhất là nhiệt ñộ và áp suất

1.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ

Hằng số cân bằng là hàm của nhiệt ñộ ðể mô tả sự phụ thuộc này ta có các phương trình sau:

+ Khi phản ứng thực hiện ở P = const: HD,F

H.  -.'I (1-10) + Khi phản ứng thực hiện ở V = const: HD,F(

H.  -.'J (1-11) Phương trình (1-10), (1-11) lần lượt ñược gọi là phương trình ñẳng áp, phương trình ñẳng tích của phản ứng hóa học, còn ñược gọi là phương trình Van’t Hoff (do Van’t Hoff thiết lập ñầu tiên năm 1885) Có thể xem phương trình (1-10) và (1-11) là biểu thức ñịnh lượng của nguyên lý chuyển dịch cân bằng Le Chatelier dưới tác dụng của nhiệt ñộ Thật vậy:

* Nếu phản ứng thu nhiệt, ∆H > 0 ⇒ KL#MN

K > 0 : KP và T ñồng biến, khi T tăng thì KPtăng, tức cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận, chiều thu nhiệt

* Nếu phản ứng tỏa nhiệt, ∆H < 0 ⇒ KL#MN

K < 0 : KP và T nghịch biến, khi T tăng thì

KP giảm, tức cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch, chiều thu nhiệt

Tương tự khi xét ∆U

Tóm lại: Khi nhiệt ñộ tăng (ở P hay V = const), cân bằng chuyển dịch theo chiều thu

nhiệt và ngược lại

Khi tích phân gần ñúng phương trình ñẳng áp (1-10) giữa 2 nhiệt ñộ T1 và T2, chấp nhận ∆H không phụ thuộc T trong khoảng T1, T2 , ta có:

D,F

D,F 'I. . 

-.. (1-12) Phương trình này thường ñược dùng ñể tính KP2 khi biết KP1 và ∆H của phản ứng hoặc tính ∆H của phản ứng khi biết KP1 và KP2 Tương tự khi xét phương trình ñẳng tích (1-11)

1.3.2 Ảnh hưởng của áp suất

Ta biết rằng KP, KC chỉ phụ thuộc nhiệt ñộ còn KN ngoài phụ thuộc nhiệt ñộ còn phụ thuộc áp suất chung P Sự phụ thuộc ñó thể hiện qua phương trình sau:

OD,F*

O .   (1- 13) Phương trình (1-13) có thể xem là biểu thức ñịnh lượng của nguyên lý chuyển dịch cân bằng Le Chatelier dưới tác dụng của áp suất Thật vậy:

* ðối với các phản ứng xảy ra với sự giảm số mol khí, ∆ < 0 ⇒ PL#M@

Tóm lại: Khi tăng áp suất (ở T = const), cân bằng chuyển dịch theo chiều làm

giảm số mol khí (giảm áp suất) và ngược lại

1.3.3 Nguyên lí chuyển dịch cân bằng Le Chatelier (1884)

Phát biểu nguyên lí: Khi một hệ ñã ở vào trạng thái cân bằng (bền), nếu thay

ñổi một trong các yếu tố quy ñịnh vị trí cân bằng (như nhiệt ñộ, áp suất, nồng ñộ, …) thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều chống lại sự thay ñổi ñó

Nguyên lí này rất tổng quát, nó áp dụng cho mọi cân bằng lí, hóa bất kì

1.3.4 Ảnh hưởng của sự thêm khí trơ vào hệ cân bằng ở pha khí

Khí trơ ở ñây ñược hiểu là khí không tham gia vào phản ứng Sự có mặt của khí trơ làm tăng áp suất chung của hệ, song vị trí cân bằng thay ñổi hay không còn tùy vào áp suất P, thể tích V của hệ có thay ñổi hay không

* Thêm khí trơ vào hệ khi T, V = const: lúc này tổng số mol khí tăng nhưng do

V = const nên áp suất riêng phần của các khí Pi = const, cân bằng không bị chuyển

dịch (Xem Bài tập 21)

* Thêm khí trơ vào hệ khi T, P = const: lúc này áp suất riêng phần của các khí Pi

giảm nên có thể gây sự chuyển dịch cân bằng (Xem Bài tập 21)

Phần 2 CÁC DNG BÀI TP V CÂN BNG HÓA HC

Bài 1 Cho vào buồng phản ứng có xúc tác thích hợp ở 1000K và áp suất 1atm

hỗn hợp khí SO 2 , O 2 và N 2 theo tỉ lệ mol lần lượt là 2,62 : 1 : 3,76

Khi phản ứng

ñạt ñến cân bằng thì thu ñược 33,9 mol SO 2 , 17,5 mol SO 3 , 10,9 mol O 2 Tính hằng

số cân bằng K C của phản ứng trên

GIẢI Gọi α là ñộ chuyển hóa của O2

Theo bài ra, hỗn hợp ban ñầu có #ST;

/U #T;

#@;

V/WU X

+2SO2(k) O2(k) 2SO3(k)

Bài 3 Tính hằng số cân bằng K P ở 25 0 C ñối với phản ứng

Biết phản ứng có ∆pqn = -29,1 kJ và áp suất hơi của methanol ở 25 0

C bằng 1620 Pa

GIẢI Xét quá trình

Ở 250C ta có: ∆rqn = -RTln)17V>7[ = -8,314.298.ln
U


Vo = 4 540 J

CH3OH(l) CH3OH(k)

Bài 4 Xét cân bằng sau tại 25 0 C:

Tính các hằng số cân bằng K P , K C , K N Biết rằng ở nhiệt ñộ trên, năng lượng tự

do hình thành chuẩn của NO 2(k) và N 2 O 4(k) lần lượt là 51,5 kJ/mol và 98,5 kJ/mol

Bài 5 a) Xét phản ứng trong pha khí có kèm theo sự thay ñổi số mol Chứng

minh rằng: ñộ phân li α có thể tính theo công thức:

α = t  t

trong ñó: M 1 là khối lượng mol phân tử khí ban ñầu; M 2 là khối lượng mol phân tử khí trung bình của khí ñã phân li một phần ở thời ñiểm cân bằng;  là số mol khí thu ñược từ sự phân li 1 mol khí ban ñầu

b) Áp dụng: cho 1,588g N 2 O 4 vào bình kín thể tích 0,5L ở 25 0 C, do phân li một phần nên áp suất chung ñạt 1 atm Tính ñộ phân li của N 2 O 4 theo phương trình:

GIẢI a) Giả sử lúc ñầu có 1 mol khí ⇒ số mol khí tại thời ñiểm cân bằng là

(1 – α) + α = 1 + ( – 1)α

Gọi d1 là khối lượng riêng của khí ban ñầu và d2 là khối lượng riêng của khí ở trạng thái cân bằng Ứng với 1 lượng chất nhất ñịnh, ở T, P không ñổi thì khối lượng riêng tỉ lệ nghịch với số mol, do ñó ta có:

K <

K ; 
uν–
α
⇒ α = K< K ;

ν–
K ; (*) Mặt khác, ở T, P không ñổi thì khối lượng mol M tỉ lệ thuận với khối lượng riêng d, do ñó ta có thể viết lại (*) là:

Chứng minh rằng: ở nhiệt ñộ và áp suất nhất ñịnh, nồng ñộ phần mol của NH 3

là lớn nhất nếu xuất phát từ hỗn hợp ban ñầu có tỉ lệ mol N 2 : H 2 = 1 : 3

GIẢI Gọi phần mol tại thời ñiểm cân bằng của N2, H2, NH3 lần lượt là x, ax, y Ta chứng minh y ñạt cực ñại khi a = 3

Ta có: x + ax + y = 1 ⇒ {
|
u} (1)

α = tt

Hằng số cân bằng KN sẽ là: ГZ ~}~|; 3 }|3 ~;9 (2)

Thế (1) vào (2) ta ñược: ГZ |
|;
u}9}93 (3)

ðể y cực ñại khi a = 3 thì phải có 2 ñiều kiện: y’(a) = 0 và y’’(a) < 0

Bài 7.Cho cân bằng :

1 Ở 27 0 C, 1atm có 20% N 2 O 4 chuyển thành NO 2 Hỏi ở 27 0 C, 0,1 atm có bao nhiêu % N 2 O 4 chuyển thành NO 2 Nhận xét

2 Tính ñộ chuyển hóa α trong các trường hợp sau:

Nhận xét: Khi áp suất hệ giảm, ñộ phân li α tăng, tức cân bằng chuyển dịch theo

chiều thuận (chiều tăng số mol khí) phù hợp nguyên lý chuyển dịch cân bằng Le Chatelier

2 a) Ta có áp suất ban ñầu của N2O4 là

Như vậy việc thêm khí Ar không làm thay ñổi ñộ chuyển hóa α của N2O4

3 Với cân bằng trên ta có:

‹ŒŒŒŒŒŒ \\ w@;T9 uw@T;

# w@;T9

uα 
uαq (1)

N2O4(k) 2 NO2(k)

(Vì theo ñịnh luật bảo toàn khối lượng:

Thay α = 99% vào (*) ta ñược a = 99

Vậy phải dùng 99 mol H2O(h) / 1 mol CO ñể ñộ chuyển hóa của CO là 99%

Bài 9 Trong công nghiệp, NH 3 ñược tổng hợp theo phản ứng:

Dùng hỗn hợp ban ñầu theo tỉ lệ mol N 2 : H 2 = 1 : 3 ñể thực hiện phản ứng

a) ðặt a = ŠŽ3 /P với ŠŽ3 là áp suất riêng phần của NH 3 và P là áp suất chung

của hỗn hợp cân bằng Thiết lập công thức liên hệ giữa a, P và K P

b) Tính a ở 500 0 C và P = 300 atm, biết ở nhiệt ñộ này phản ứng trên có

K P = 1,5.10 -5 Từ ñó tính ñộ chuyển hóa α của N 2 (hoặc H 2 ) thành NH 3

Nếu thực hiện phản ứng cũng ở nhiệt ñộ trên nhưng với P = 600 atm thì α bằng bao

nhiêu ? So sánh 2 trường hợp và giải thích tại sao trong thực tế người ta chỉ thực hiện ở áp

suất khoảng 300 atm ?

GIẢI a) Gọi Pi là áp suất riêng phần của các chất tại cân bằng, ta có:

Như vậy khi P tăng thì α tăng (phù hợp nguyên lí Le Chatelier) Nhưng khi áp suất P

quá cao thì không ñảm bảo sản xuất an toàn, mặt khác, trong quá trình sản xuất, NH3 ñược

ngưng tụ và tách khỏi môi trường phản ứng nên thực tế người ta tiến hành phản ứng trên ở

khoảng 300 atm

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

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

Dạng 3 : CÂN BẰNG HÓA HỌC DỊ THỂ

Bài 10 Amonicacbamat rắn bị phân hủy theo phản ứng:

Ở 50 0 C, phản ứng có K P = 3,13.10 -2 Người ta cho 1 mol amonicacbamat vào bình chân không V = 22,4 L ở 50 0 C

a) Tính áp suất của hệ lúc cân bằng

b) Thể tích của hệ phải bằng bao nhiêu ñể sự phân hủy amonicacbamat là hoàn toàn ?

GIẢI a) Áp suất chung P của hệ, P = )Z73 + )1>;

Theo phản ứng, )Z73 = 2)1>; ⇒ )Z73 = 2/3P; )1>; = P/3

⇒ KP = )Z7 3 )1>; = (2/3P)2.P/3 = 4P3/27 = 3,13.10-2 ⇒ P = 0,595 atm

b) Tại giới hạn của sự tồn tại cân bằng trên, P = 0,595 atm và nkhí = n(NH3) + n(CO2)

= 2 + 1 = 3 mol ⇒ V = nRT/P = 3 0,082.(273 + 50)/0,595 = 133,54 L

Vậy với V ≥ 133,54 L thì ở 500C sự phân hủy của amonicacbamat là hoàn toàn

Bài 11 Thủy ngân (II) oxit HgO bị phân hủy theo phản ứng:

Trong bình chân không dung tích 500 cm 3 người ta ñưa vào m gam HgO(r) và ñun nóng bình ñến 500 0 C Áp suất bình khi cân bằng là 4 atm

a) Tính hằng số cân bằng K P của phản ứng trên ở 500 0 C

b) Chứng minh rằng cân bằng chỉ ñược thiết lập nếu khối lượng m ít nhất phải bằng giá trị m 0 nào ñó Tính m 0

GIẢI a) Áp suất chung P của hệ, P = )7b + )>;

Theo phản ứng,

)7b = 2)>; ⇒ )7b = 2/3P; )>; = P/3

⇒ KP = )7b  )>; = (2/3P)2.P/3 = 4P3/27 = 4.43/27 = 9,48

+ 2NH3(k) CO2(k)

ONH4

NH2

a) Tính áp suất riêng phần của CO, CO 2 tại cân bằng

b) Người ta ñưa 1 mol Fe, 1 mol C và 1,2 mol CO 2 vào bình chân không thể tích 20 L

ở 1020K Tính số mol các chất tại cân bằng

Áp suất chung tại cân bằng: P = )1>; + )1> = 2,56 + 3,2 = 5,76 atm

Tổng số mol khí ở cân bằng:

n = n(CO) + n(CO2) = (1,2 – x – y) + (2x + y) = 1,2 + x

⇒ n = 1,2 + x = +$ = o/WU

/n
 = 1,38 ⇒ x = 0,18 Với khí CO ta có: nCO = 2x + y = +T$

 =

V/

/n
 = 0,765 mol

⇒ y = 0,765 – 2x = 0,405

Vậy số mol các chất tại cân bằng:

1 – x = 0,82 mol C; 1 – y = 0,595 mol Fe;

0,765 mol CO; 1,2 – x – y = 0,615 mol CO2

Bài 13 Ở 820 0 C cân bằng sau có K P1 = 0,2

Người ta cho 0,1 mol CaCO 3 vào bình chân không có pittong giữ ở V = 22,4 L và

820 0 C

1 Tính thành phần của hệ khi cân bằng

2 Người ta tăng dần thể tích V Vẽ ñồ thị biểu diễn áp suất chung P theo V

3 Trong cùng ñiều kiên trên, người ta thêm vào hệ 0,2 mol cacbon graphit và cân bằng sau ñược thiết lập ñồng thời:

Tại cân bằng, 3 chất rắn (C, CaCO 3 , CaO) cùng có mặt và áp suất chung của hệ bằng 1,6 atm

Tính hằng số cân bằng K P2 của cân bằng này

ðể 2 cân bằng trên cùng tồn tạị thì lượng CaCO 3 cho vào phải thỏa mãn ñiều kiện gì ?

GIẢI

1

t0 0,1 (mol)

tcb 0,1 – x x x

Lúc cân bằng: KP = PCO2 /P0 = 0,2 (với P0 = 1 atm) ⇒ PCO2 = 0,2 atm

n(CO2) = n(CaO) = 0,05 mol; n(CaCO3) = 0,1 – 0,05 = 0,05 mol

2 Vì KP = 0,2 nên khi P = 0,2 atm thì cân bằng trên ñược duy trì Nếu P < 0,2 atm hay

P > 0,2 atm thì cân bằng trên bị phá vỡ

Khi tăng dần V: chừng nào cân bằng trên còn tồn tại thì P = const = 0,2 atm Tiếp tục tăng V ñến một lúc nào ñó P < 0,2 atm thì cân bằng bị phá vỡ Tại giới hạn của sự phá vỡ cân bằng, ta có:

n(CO2) = n(CaCO3) = 0,1 mol ⇒ V = #T; 

+ =

/
/nWVun

Khi V ≥ 44,8 L thì cân bằng trên bị phá vỡ, sự phân hủy CaCO3 là hoàn toàn Lúc này

P liên hệ với V theo phương trình P = #

3 Khi 2 cân bằng cùng tồn tại ta có:

KP1 = PCO2 /P0 = 0,2 (với P0 = 1 atm) ⇒ PCO2 = 0,2 atm

Mặt khác, áp suất chung của hệ, P = PCO2 + PCO ⇒ PCO = 1,6 – 0,2 = 1,4 atm

P (atm)

22,4

4 0,2

... có mặt biểu thức số cân chất rắn,

chất lỏng có tham gia phản ứng, chúng phải có mặt với lượng định ñể tồn cân

bằng hóa học)

Một số lưu ý sử dụng số cân

1-... pháp Nhiệt động học, hồn tồn khơng dựa vào quan niệm chế

phản ứng ðiều chứng tỏ vị trí cân hóa học phụ thuộc đại

lượng Nhiệt động mà khơng phụ thuộc chế ðộng học phản ứng... ñộ, áp suất, nồng độ, …

khơng thay đổi Tuy nhiên, cân hóa học cân động, nên

các yếu tố thay đổi có chuyển dịch cân Hai yếu tố ảnh hưởng quan trọng nhiệt ñộ áp suất

1.3.1