Hiệu ứng nhiệt ôn học sinh giỏi hóa

Trong cùng điều kiện về nhiệt độ và áp suất, tỉ lệ thể tích chính là tỉ lệ số mol khí.. Cho cân bằng hoá học: 2NO2  N2O4 Cân bằng sẽ chuyển dịch như thế nào khi thêm khí trơ Ar trong 2

Hiệu ứng nhiệt-cân bằng hóa học

Câu 1:Trong một hệ có cân bằng 3 H2 + N2 2 NH3(*) được thiết lập ở 400 K người taxác định được các áp suất phần sau đây:

PH2 = 0,376.105 Pa , PN2 = 0,125.105 Pa , PNH3 = 0,499.105 Pa

1) Tính hằng số cân bằng Kp và ΔG0 của phản ứng (*) ở400 K

2) Tính lượng N2 và NH3, biết hệ có 500 mol H2.

3) Thêm 10 mol H2 vào hệ này đồng thời giữ cho nhiệt độ và áp suất tổng cộng khôngđổi Bằng cách tính, hãy cho biết cân bằng (*) chuyển dịch theo chiều nào?

Đáp án:1 Kp =

3

2 2

2 NH 3

H N H

nP

P ×

⇒ n2

N

=

5000,376

H

N H H

nP

× 1×105 = 0,496×105 Pa

ΔG = ΔG0 + RTlnQ = [-12136 + 8,314 × 400 ln (

2 3

496381

×

2

1,0130,124

)] = -144,5 J.mol−1

⇒ Cân bằng ( * ) chuyển dịch sang phải.

Bài 2:Cân bằng hóa học.

Hai xi lanh A, B được đậy chặt bằng piston Xi lanh A chứa hỗn hợp khí CO2 và H2 theo tỉ lệ

mol 1 : 1; xi lanh B chứa khí C3H8 Nung nóng cả hai xi lanh đến 5270C xảy ra các phản ứngsau :

(A) CO2 (k) + H2 (k) CO (k) + H2O (k) Kc (A) = 2,50 10 -1

C

B B

PB = 692 KPa = 6,827 atm

b) Nếu PA = PB thì CA = CB Tại cân bằng [CO2] = [H2] = x

[CO] = [H2O] = (0,104-2x)/2 = 0,052-x; (0,052-x)2 / x2 = 0,25 -> x = 3,47.10-2 mol/l

[CO2] = [H2] = 3,47 10-2 mol/l ; [CO] = [H2O] = 1,73.10-2 mol/l

Bài 3 Cân bằng hóa học

NH3 được điều chế từ hỗn hợp khí gồm 25% N2 và 75% H2 về thể tích Khi phản ứng đạt tớicân bằng tại 10 atm và 4000C thì thu được 3,85% NH3 về thể tích Tính Kp của phản ứng: N2 +3H2  2NH3

Trong cùng điều kiện về nhiệt độ và áp suất, tỉ lệ thể tích chính là tỉ lệ số mol khí

Vì đề bài cho tỉ lệ số mol, nên phải tính theo hằng số cân bằng phần mol Kx, từ đó tính Kp

Chọn 1 mol hỗn hợp khí ban đầu

Ta có:

cb

nΣ

= (1 − 2a) mol

a 2 1

a 2

a 2 1

a 3 75 , 0 x

; a 2 1

a 25 , 0

xN2 =

và

%1125,72

xH2 =

2 3

2 3

H N

2 NH

%) 1125 , 72

%.(

0375 , 24

%) 85 , 3 ( x

x

x K

2 2

2 Cho cân bằng hoá học: 2NO2  N2O4

Cân bằng sẽ chuyển dịch như thế nào khi thêm khí trơ Ar trong 2 trường hợp:

a) Giữ áp suất không đổi b) Giữ thể tích không đổi

Đáp án:

1 Áp dụng công thức lnK = -∆H/RT ở hai nhiệt độ khác nhau → ∆H -166,82 kJ/mol

2 a) Áp suất không đổi → V bình tăng → cân bằng dịch về chiều nghịch

b) Thể tích không đổi → cân bằng không chuyển dịch

Bài 5.1 Trong hệ có cân bằng: 3H2 + N2  2NH3 (1) được thiết lập ở 400K Người ta xác

Pa P

Pa P

Pa

P H2 =0,376.105 , N2 =0,125.105 NH3 =0,499.105

a) Tính hằng số cân bằng KP và ∆G0 của phản ứng (1) ở 400K

b) Tính lượng N2 và NH3 biết hệ có 500 mol H2

c) Thêm 10 mol H2 vào hệ đồng thời giữ cho nhiệt độ và áp suất tổng cộng không đổi Bằngcách tính, hãy cho biết cân bằng (1) chuyển dịch theo chiều nào?

Cho: áp suất tiêu chuẩn P0 = 1,013.105 Pa, R = 8,314 J/mol.K

2 Hằng số cân bằng (KC) của một phản ứng kết hợp A (k) + B (k) ⇌ AB (k)

(0,499.10 )

3,747.10 (0,376.10 ) (0,125.10 )

3, 747.10 (1, 013.10 ) 38, 45

ln 8,314.400.ln 38, 45 12136 /

NH P

n P

ln , ln 12136 /

(0, 496.10 )

12136 8,314.400 ln (1, 013.10 )

(0,38.10 ) 0,124.10 1

Ta có KP = KC (RT)∆ n = 1,8.103.(0,082.298)-1 = 73,66 atm-1.

Kx = KP.(Phệ)- ∆ n = 7,366

Câu 6 Cân bằng hóa học

1 Xét quá trình cân bằng sau tại 686oC : CO2 (k) + H2 (k) CO (k) + H⇄ 2O (k)

Nồng độ các chất tại cân 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 lên đến giá trị 0,500 M (nhiệt độ không đổi) thìnồng độ mỗi chất ở cân bằng mới được thiết lập lại bằng bao nhiêu ?

2 Đối với phản ứng: C(r) + CO2(k) 2CO(k) (1)

Trạng thái cân bằng được xác định bởi các dữ kiện sau

Nhiệt độ(0C) Áp suất toàn phần (atm) %CO trong hỗn hợp

050,0040,0]H][

CO[

]CO][

OH[K

2 2

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

CO

[

]CO][

là khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí ở trạng thái cân bằng)

a) Tính độ phân ly α của N2O4 ở các nhiệt độ đã cho

b) Tính hằng số cân bằng Kp của (1) ở mỗi nhiệt độ trên

c) Cho biết (1) là phản ứng thu nhiệt hay tỏa nhiệt Giải thích? (Khi tính lấy tới chữ số thứ 3 sau dấy phẩy)

số mol ban đầu a 0

số mol chuyển hóa aα 2aα

số mol lúc cân bằng a(1 - α) 2aα

Tổng số mol khí tại thời điểm cân bằng là a(1 + α)

Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí:

ở 35oC thì α = 0,27 → KP = 0,315

ở 45oC thì α = 0,337 →

, p

K = 0,513

Cho các phương trình nhiệt hóa học sau đây:

(1) 2 ClO2 (k) + O3 (k) → Cl2O7 (k) = - 75,7 kJ (2) O3 (k) → O 2 (k) + O (k) = 106,7 kJ (3) 2 ClO3 (k) + O(k) → Cl2O7 (k) = - 278 kJ (4) O2 (k) → 2 O (k) = 498,3 kJ k: kí hiệu chất khí

Hãy xác định nhiệt của phản ứng sau:

Câu 9Tính năng lượng liên kết trung bình C - H và C - C từ các kết quả thực nghiệm sau:

- Nhiệt đốt cháy CH4 = -801,7 KJ/mol

- Nhiệt đốt cháy C2H6 = -1412,7 KJ/mol.

- Nhiệt đốt cháy hiđro = - 241,5 KJ/mol

- Nhiệt đốt cháy than chì = - 393,4 KJ/mol

- Nhiệt hóa hơi than chì = 715 KJ/mol

- Năng lượng liên kết H - H = 431,5 KJ/mol

Các kết quả đều đo được ở 298 K và 1 atm

Đáp án:

a) Phương trình cần tổ hợp

H C

CH4(K) ⇔ (K)+4

o H C

H −

∆4Theo bài ra ta có: CH4 + 2O2⇔ CO2 + 2H2O ∆H = -801,7

H −

∆4

E C H 413,715 /

2

7,

P (atm) 4,92 5,67 6,31 7,31 8,54

1 Xác định bậc của phản ứng

2 Tính hằng số tốc độ và thời gian bán phản ứng ở 600K

3 Tính áp suất trong bình sau khi tiến hành phản ứng 24 giờ

4 Nếu tiến hành phản ứng với cùng lượng SO2Cl2 trong bình trên ở 620K thì sau 2 giờ,

áp suất trong bình là 9,12 Tính hệ số nhiệt của phản ứng

92,4ln2

92,4ln8

3 2

4

−

=+++

k

h k

P = Po.e-kt = 4,92.e-0,166.24 = 0,093 atm = Po - x ⇒ x = 4,827 atm

Vậy áp suất trong bình: Phh = Po + x = 9,747 atm

d) Ở 620k:

1

7895,0048

;084,51

620.082,0.1,0

atm P

atm V

nRT

P o

Câu 11 CÂN BẰNG TRONG PHA KHÍ

Đối với phản ứng thuận nghịch pha khí 2 SO2 + O2 2 SO3:

a) Người ta cho vào bình kín thể tích không đổi 3,0 lít một hỗn hợp gồm 0,20 mol

SO3 và 0,15 mol SO2 Cân bằng hóa học (cbhh) được thiết lập tại 250C và áp suất chung của hệ là 3,20 atm Hãy tính tỉ lệ oxi trong hỗn hợp cân bằng.

b) Cũng ở 250C, người ta cho vào bình trên chỉ mol khí SO3 Ở trạng thái cbhh thấy có 0,105 mol O2.Tính tỉ lệ SO3 bị phân hủy, thành phần hỗn hợp khí và áp suất chung của hệ

SO

/ (n

2 2

SO

.nO2) = const

Theo (1) ta có n

2 3

SO

/ (n

2 2

SO

/ (n

2 2

SO

.nO2) = (y – 0,21)2/ (0,21)2.0,105 = 5,43 Từ đó có phương trình y2 – 0,42 y + 0,019 = 0 Giải pt này ta được y1 = 0,369; y2 = 0,0515 <

0,105

(loại bỏ nghiệm y2 này)

Do đó ban đầu có y = 0,369 mol SO3; phân li 0,21 mol nên tỉ lệ SO 3 phân li là

56,91%

Tại cbhh tổng số mol khí là 0,369 + 0, 105 = 0,474 nên:

;

N2H4(K) + H2O(L); -317KJc) 2NH3(K) + 0,5O2(K)

→

N2H4(K) + H2O(L); -143KJd) H2(K) + 0,5O2(K)

1) Tính nhiệt tạo thành của N2H4.

2) Viết phơng trình phản ứng đốt cháy N2H4 và tính nhiệt phản ứng cháy đó ở P= const; 298K

d c b a

4

2034

286)

143()317(.310114

)()()(3)

(

Κ

=

=+

−+

−+

=

∆Η

⇒

−++

4

9 ) ( ) ( 3 )

( a − b − c + d

)/(75,622

4

286.9143317

.31011

1

1

mol J

Cách 2: Dựa vào nhiệt tạo thành

) / ( 75 , 622 75

, 50 ) 286 ( 2

) (

)

2 (

1

) ( )

( )

( )

(

mol KJ

O

O Sn O H

N Sn O O

H Sn O N

Sn O O

∆Η

−

∆Η +

Câu 13: Cho hỗn hợp khí A hồm H2 và CO có cùng số mol Người ta muốn điều chế H2 đi từ hỗnhợp A bằng cách chuyển hóa CO theo phản ứng:

CO(K) + H2O(K)

⇔

CO2(K) + H2(K)

Hằng số cân bằng Kc của phản ứng ở nhiệt độ thí nghiệm không đổi (t0C) bằng 5 Tỷ lệ

số mol ban đầu của CO và H2O bằng 1:n

Gọi a là % số mol CO bị chuyển hóa thành CO2

1 Hãy thiết lập biểu thức quan hệ giữa n, a và Kc

2 Cho n = 3, tính % thể tích CO trong hợp chất khí cuối cùng (tức ở trạng thái cân bằng)

3 Muốn % thể tích CO trong hỗn hợp khí cuối cùng nhỏ hơn 1% thì n phải có giá trị bao nhiêu

Tổng số mol sau phản ứng : (1-a) + (n-a) + a + (1+a) = n + 2

Kc =

[ ][ ] [ ][ ] ( 1 )( )

) 1 ( 0

2

2 2

a n a

a a H

CO

H CO

(N = n+2)Khi n = 3 thay N vào Kc, thay số vào, rút gọn

100x2 + 65x – 2 = 0Giải phương trình: x = 2,94%

3 Muốn x = 1% thay a vào

01,0

Vậy để % VCO trong hỗn hợp < 1% thì n phải có quan hệ lớn hơn 5,6

229,110

.3,1

10.8,3T.T

TT.R

Hk

k

3 2

1

2 1 1

2

Câu 15 Xét phản ứng: CaCO3 (r)  CaO (r) + CO2 (k)

∆H0 298K (Kcal/mol) = 42,4 ∆S0

298K (cal/mol.K)= 38,4 Trongđiều kiện áp suất của khí quyển thì ở nhiệt độ nào đá vôi bắt đầu bị nhiệt phân

.mol/cal4,38

mol/cal10.4,42S

Hướng dẫn:

Gọi độ phân huỷ của N2O4 ở 270C, 1 atm là α

, số mol của N2O4 ban đầu là n

2/(1-α

2)]P với P = 1atm, α

= 20% hay α

= 0,2 ⇒KP = 1/6 atm

’) 1,5α

’ Tổng số mol hỗn hợp lúc cân bằng: n” = 0,75(1+α

’2/1-α

’2).0,9225(1+α

’) = 1/6⇒ α

’ ≈ 0,19

Thực nghiệm cho biết: Khi đạt tới trạng thái cân bằng ở áp suất chung 1 atm

- ở 350C hỗn hợp có khối lượng mol trung bình Mhh = 72,45 g/mol

- ở 450C hỗn hợp có khối lượng mol trung bình Mhh = 66,8 g/mol

1 Hãy xác định độ phân li α của N2O4 ở mỗi nhiệt độ trên

2 Tính hằng số cân bằng KP của ( 1 ) ở mỗi nhiệt độ (lấy tới chữ số thứ ba sau dấu phẩy).Trị sốnày có đơn vị không ? Giải thích?

3.Hãy cho biết phản ứng theo chiều nghịch của phản ứng (1) là thu nhiệt hay tỏa nhiệt? Giải thích?

Hướng dẫn:

1 Goị a là số mol của N2O4 có trong 1 mol hỗn hợp

(1-a) là số mol của NO2

Gọi x = , y = có trong 1 lít hỗn hợp lúc cân bằng ở 2730C, 1 atm Tổng số mol khí

trong hỗn hợp là (x + 2y) mol

n =

-> x + 2y = mol (1)

Số mol PCl5 ban đầu là (x + y) theo định luật bảo toàn khối lượng

Khối lượng PCl5 ban đầu = khối lượng hỗn hợp sau phản ứng = 2,48g

(1) , (2) -> x = 0,00149

y = 0,01041[PCl5] = [Cl2] = 0,00149 mol/l

Hãy lập biểu thức liên hệ giữa Kc và Kp

c. Lấy cùng mẫu kẽm hòa tan hết trong dung dịch axit HCl ở mỗi lần thí nghiệm ứng với nhiệt

độ và thời gian phản ứng sau:

Thí nghiệm Nhiệt độ(0C) Thời gian phản ứng (phút)

n = x+y : bậc chung của phản ứng

→ mol l-1 s-1 = mol-1.l s-1(mol l-1)n → n=2

=

RT PV

0119,05,208

48,

728,0

=

=

][PCl

]][Cl[PClK

5

2 3 C

- Nhiệt đốt cháy CH4 = - 801,7 kJ/mol

- Nhiệt đốt cháy C2H6 = - 1412,7 kJ/mol

- Nhiệt đốt cháy Hiđrô = - 241,5 kJ/mol

- Nhiệt đốt cháy than chì = - 393,4 kJ/mol

- Nhiệt hóa hơi than chì = 715 kJ/mol

- Năng lượng liên kết H – H = 431,5 kJ/mol Các kết quả đều đo được ở 2980k và 1atm

Tương tự : Sắp xếp các phản ứng (1đ)

Câu 21:Tìm nhiệt tạo thành tiêu chuẩn của Ca3(PO4)2 tinh thể biết :

-12 gam Ca cháy toả 45,57 kcal

- 6,2 gam P cháy toả 37,00 kcal

- 168 gam CaO t ác dụng với 142 gam P2O5 toả 160,50 kcal

Hiệu ứng nhiệt đo trong điều kiện đẳng áp

♣ Hướng dẫn giải :

Tính hiệu ứng nhiệt:

E1 = (6EN-H +

3 2

EO=O) - (EN ≡ N + 6EO-H)

= 6× 389 +

3 2

× 493 - 942 - 6× 460 = - 626,5 kJ

E2 = (6EN-H +

5 2

EO=O)- (2EN-O + 6EO-H)

= 6× 389 +

5 2

× 493 - 2× 627 - 6× 460 =- 447,5 kJ

- Phản ứng (1) có ∆H âm hơn nên pư (1) dễ xảy ra hơn

Bài 23 Tại 4000C, P = 10atm phản ứng N2(k) + 3H2(k)

→

¬  2NH3 (k) có Kp = 1,64 ×10− 4.Tìm % thể tích NH3 ở trạng thái cân bằng, giả thiết lúc đầu N2(k) và H2(k) có tỉ lệ số mol theo đúng hệ số của phương trình

Hướng dẫn:

N2(k) + 3H2(k)

→

¬  2NH3 (k)

3

N2 N2

(P )(P )(3P )

= 1,64 ×10− 4 ⇒

3 2

NH 2 N

P(P ) =

6,65×10− 2 Giải pt cho: 6,65 ×10− 2(P

1. Cho cân bằng hóa học: 2 2 3

N k + H k ¬ → NH k

Nếu xuất phát từ hỗn hợp chứa N2 và H2 theo tỉ lệ mol tương ứng 1:3, khi đạt cân bằng ởđiều kiện 450oC và 300 atm thì NH3 chiếm 36% thể tích

a) Tính hằng số cân bằng Kp

b) Giữ nhiệt độ không đổi ở 450oC cần tiến hành phản ứng dưới áp suất bao nhiêu đểkhi đạt cân bằng, NH3 chiếm 60% thể tích

thời gian t, nồng độ của A và B còn lại đều là 0,04 mol/l Tốc độ phản ứng ở thời điểm tgiảm bao nhiêu lần so với thời điểm ban đầu?

Với P là áp suất của hệ, p là áp suất riêng phần của các cấu tử, x là phần trăm số mol hoặc

phần trăm thể tích của mỗi cấu tử

b Ở 1500K và 1atm , độ phân hủy của H2 O(k) thành H2(k) và O2(k) là 2,21 10-4.

Trong cùng điều kiện trên , độ phân hủy của CO2(k) thành CO(k) và O2(k) là 4,8.10-4

2 Ở điều kiện chuẩn, entanpy phản ứng và entropy của các chất có giá trị như sau: