Đang tải... (xem toàn văn)
MỘT SỐ CÁC DẠNG BÀI TẬP VỀ CÂN BẰNG HÓA HỌC Dạng 1: TÍNH CÁC HẰNG SỐ CÂN BẰNG Bài 1. Cho vào buồng phản ứng có xúc tác thích hợp ở 1000K và áp suất 1atm hỗn hợp khí SO2, O2 và N2 theo tỉ lệ mol lần lượt là 2,62 : 1 : 3,76. Khi phản ứng đạt đến cân bằng thì thu được 33,9 mol SO2, 17,5 mol SO3, 10,9 mol O2. Tính hằng số cân bằng KC của phản ứng trên. GIẢI Gọi α là độ chuyển hóa của O2. Theo bài ra, hỗn hợp ban đầu có t0 2,62k k tcb (2,62 2α)k k(1 – α) 2kα Theo bài ra, tại cân bằng: = k(1 – α) = 10,9 và = 2kα = 17,5. k = 19,65 = 19,65.3,76 = 73,884 mol =33,9136,184=0,2489; =17,5136,184=0,1285 ; =10,9136,184= 0,08 ⇒ Vì = 273,1. Bài 2. Độ phân li α của HCl và của HI ở 1000K theo các phản ứng lần lượt là α1 = 1,4.103% và α2 = 28%. Các chất đều ở trạng thái khí. Tính hằng số cân bằng của phản ứng cũng ở 1000K. GIẢI Vì các phản ứng ở đây đều có Δ
CHUYÊN ĐỀ MỘT SỐ CÁC DẠNG BÀI TẬP VỀ CÂN BẰNG HĨA HỌC Dạng 1: TÍNH CÁC HẰNG SỐ CÂN BẰNG Bài Cho vào buồng phản ứng có xúc tác thích hợp 1000K áp suất 1atm hỗn hợp khí SO2, O2 N2 theo tỉ lệ mol 2,62 : : 3,76 Khi phản ứng đạt đến cân thu 33,9 mol SO 2, 17,5 mol SO3, 10,9 mol O2 Tính số cân KC phản ứng GIẢI Gọi α độ chuyển hóa O2 Theo ra, t0 tcb hỗn 2,62k Theo ra, cân bằng: = 2kα = 17,5 = 19,65.3,76 = 73,884 mol =10,9/136,184= 0,08 Vì 2kα = k(1 – α) = 10,9 =33,9/136,184=0,2489; ⇒ ban k (2,62 - 2α)k k(1 – α) k = 19,65 hợp =17,5/136,184=0,1285 ; đầu có = 273,1 Bài Độ phân li α HCl HI 1000K theo phản ứng α1 = 1,4.10-3% α2 = 28% Các chất trạng thái khí Tính số cân phản ứng 1000K GIẢI Vì phản ứng có Δ� = nên KP = KC = KN = Kn * Xét phân li HCl: t0 tcb ⇒ – α1 0,5α1 0,5α1 Thay α1 = 1,4.10-3% ta K1 = 4,9.10-11 K1 = * Tương tự cho phản ứng ta có K2 = = 3,8.10-2 * Để tính K3 ta tổ hợp sau: K3 = 3,8.10-2/4,9.10-11 = 7,75.108 Bài Tính số cân KP 250C phản ứng = -29,1 kJ áp suất methanol 250C 1620 Pa Biết phản ứng có Δ GIẢI Xét q trình Ở 250C ta có: Δ = -RTln = -8,314.298.ln = 540 J Ta tổ hợp sau: ⇒ Δ ⇒ = Δ + Δ = -29,1.103 + 4540 = -24 560 (J) / RT] = exp [ 24560 / 8,314.298] = 2,02.104 KP3 = exp [ -Δ Bài Xét cân sau 250C: Tính số cân K P, KC, KN Biết nhiệt độ trên, lượng tự hình thành chuẩn NO2(k) N2O4(k) 51,5 kJ/mol 98,5 kJ/mol GIẢI Ta có: = 2Δ Mặt khác, ⇒ (NO2) - Δ (N2O4) = 2.51,5 - 98,5 = 4,5 kJ = - RTlnKP lnKP = - / RT = - 4,5.103/8,314.298 ⇒ KP = 0,1625 Ta biết rằng: KP = KC.(RT)Δ� = KN PΔ� Đối với phản ứng trên, = P = 1atm (điều kiện chuẩn) nên: * KN = KP = 0,1625 * KC = = = 6,65.10-3 Dạng TÍNH TỐN LIÊN QUAN ĐỘ CHUYỂN HĨA α TÍNH THÀNH PHẦN CÂN BẰNG Bài a) Xét phản ứng pha khí có kèm theo thay đổi số mol Chứng minh rằng: độ phân li α tính theo cơng thức: α= đó: M1 khối lượng mol phân tử khí ban đầu; M khối lượng mol phân tử khí trung bình khí phân li phần thời điểm cân bằng; � số mol khí thu từ phân li mol khí ban đầu b) Áp dụng: cho 1,588g N2O4 vào bình kín thể tích 0,5L 250C, phân li phần nên áp suất chung đạt atm Tính độ phân li N2O4 theo phương trình: GIẢI a) Giả sử lúc đầu có mol khí ⇒ số mol khí thời điểm cân (1 – α) + �α = + (� – 1)α Gọi d1 khối lượng riêng khí ban đầu d khối lượng riêng khí trạng thái cân Ứng với lượng chất định, T, P khơng đổi khối lượng riêng tỉ lệ nghịch với số mol, ta có: ⇒ α= (*) Mặt khác, T, P khơng đổi khối lượng mol M tỉ lệ thuận với khối lượng riêng d, ta viết lại (*) là: α= b) Áp dụng: Xét cân bằng: Ta có: PV = ⇒ M1 = MN2O4 = 92 ⇒ M2 = α= Bài Amoniac tổng hợp theo phản ứng: Chứng minh rằng: nhiệt độ áp suất định, nồng độ phần mol NH lớn xuất phát từ hỗn hợp ban đầu có tỉ lệ mol N2 : H2 = : GIẢI Gọi phần mol thời điểm cân N2, H2, NH3 x, ax, y Ta chứng minh y đạt cực đại a = Ta có: x + ax + y = ⇒ (1) Hằng số cân KN là: (2) Thế (1) vào (2) ta được: (3) Để y cực đại a = phải có điều kiện: y’(a) = y’’(a) < (3) ⇒ 2lny - 4ln(1 – y) + 4ln(1 + a) - 3lna - lnKN = Lấy đạo hàm y’(a): (4) Lấy đạo hàm y’’(a): (5) Cho a = vào (4) ta có: Vì < y < ⇒ y’ = Thay a = y’ = vào (5) ta có: Cũng < y < ⇒ y’’ < Như a = y’(a) = y’’(a) < 0, tức y đạt cực đại a = Đây điều phải chứng minh Bài 7.Cho cân : Ở 270C, 1atm có 20% N2O4 chuyển thành NO2 Hỏi 270C, 0,1 atm có % N2O4 chuyển thành NO2 Nhận xét Tính độ chuyển hóa α trường hợp sau: a) Cho 69g N2O4 vào bình kín thể tích 20L 270C b) Cho 69g N2O4 30g Ar vào bình kín thể tích 20L 270C Nhận xét Người ta đo tỉ khối d so với không khí hỗn hợp khí N 2O4, NO2 áp suất atm nhiệt độ khác thu kết sau: Nhiệt độ (0C) d 45 60 80 100 140 180 2,34 2,08 1,8 1,68 1,59 1,59 Tính độ chuyển hóa α nhiệt độ Cho biết có tượng từ 1400C trở GIẢI t0 tcb 1–α 2α Pi ⇒ * Khi P = atm, α = 0,2 ⇒ KP = 1/6 * Khi P’ = 0,1 atm ta có: ⇒ α’ = 0,543 = 54,3% Nhận xét: Khi áp suất hệ giảm, độ phân li α tăng, tức cân chuyển dịch theo chiều thuận (chiều tăng số mol khí) phù hợp nguyên lý chuyển dịch cân Le Chatelier a) Ta có áp suất ban đầu N2O4 t0 P0 tcb P0(1 – α) 2P0α ⇒ Do T = 300K = const nên ta có ⇒ = 1/6 hay α = 19,1% b) Khi thêm vào hỗn hợp lượng Ar V bình = const áp suất riêng phần P i khí khơng đổi ⇒ KP = const ⇒ α’ = α = 19,1% Như việc thêm khí Ar khơng làm thay đổi độ chuyển hóa α N2O4 Với cân ta có: (1) (Vì theo định luật bảo tồn khối lượng: ( )cb = ⇒ Mặt khác: dhh/kk = Từ (1) (2) Nhiệt độ (0C) d α ⇒ 45 2,34 0,356 = 92g (lấy mol N2O4)) α= (2) Ta có kết sau: 60 80 100 140 180 2,08 0,525 1,8 0,762 1,68 0,888 1,59 0,995 1,59 0,995 Ta thấy từ 1400C trở đi, α = 99,5% = const, lúc coi tồn lượng N 2O4 chuyển thành NO2 Bài Ở 8250C, phản ứng sau có số cân bằng 1: a) Nếu xuất phát từ hỗn hợp đồng mol CO H 2O 8250C atm lúc cân bằng, độ chuyển hóa CO ? b) Để độ chuyển hóa CO 99% phải dùng mol H2O mol CO ? GIẢI a) t0 1 (mol) tcb 1–α 1–α Vì phản ứng có Δ� = ⇒ α K= =1 α ⇒ α = 0,5 b) t0 a (mol) tcb 1–α a–α K= α =1 α (*) Thay α = 99% vào (*) ta a = 99 Vậy phải dùng 99 mol H2O(h) / mol CO để độ chuyển hóa CO 99% Bài Trong công nghiệp, NH3 tổng hợp theo phản ứng: Dùng hỗn hợp ban đầu theo tỉ lệ mol N2 : H2 = : để thực phản ứng a) Đặt a = /P với áp suất riêng phần NH3 P áp suất chung hỗn hợp cân Thiết lập công thức liên hệ a, P KP b) Tính a 5000C P = 300 atm, biết nhiệt độ phản ứng có 1,5.10-5 Từ tính độ chuyển hóa α N2 (hoặc H2) thành NH3 KP = Nếu thực phản ứng nhiệt độ với P = 600 atm α ? So sánh trường hợp giải thích thực tế người ta thực áp suất khoảng 300 atm ? GIẢI a) Gọi Pi áp suất riêng phần chất cân bằng, ta có: = a.P ; =3 ; P= + + =4 + aP ⇒ ⇒ = P.(1 – a)/4 ; = 3P.(1 – a)/4 ⇒ = KP = = 0,325 (*) b) Để tìm a ta thay P, KP vào (*): Với P = 300 atm ⇒ a = 0,226 ; với P = 600 atm ⇒ a = 0,334 Xét cân bằng: tcb = 1–α - 3α = 2α = - 2α ⇒ α = = aP Với a = 0,226 ⇒ α = 37% ; với a = 0,334 ⇒ α = 50% Như P tăng α tăng (phù hợp nguyên lí Le Chatelier) Nhưng áp suất P q cao khơng đảm bảo sản xuất an tồn, mặt khác, trình sản xuất, NH ngưng tụ tách khỏi môi trường phản ứng nên thực tế người ta tiến hành phản ứng khoảng 300 atm Dạng : CÂN BẰNG HÓA HỌC DỊ THỂ Bài 10 Amonicacbamat rắn bị phân hủy theo phản ứng: Ở 500C, phản ứng có KP = 3,13.10-2 Người ta cho mol amonicacbamat vào bình chân khơng V = 22,4 L 500C a) Tính áp suất hệ lúc cân b) Thể tích hệ phải để phân hủy amonicacbamat hoàn toàn ? GIẢI a) Áp suất chung P hệ, P = Theo phản ứng, ⇒ KP = =2 + ⇒ = 2/3P; = P/3 = (2/3P)2.P/3 = 4P3/27 = 3,13.10-2 ⇒ P = 0,595 atm b) Tại giới hạn tồn cân trên, P = 0,595 atm nkhí = n(NH3) + n(CO2) = + = mol ⇒ V = nRT/P = 0,082.(273 + 50)/0,595 = 133,54 L Vậy với V ≥ 133,54 L 500C phân hủy amonicacbamat hoàn toàn Bài 11 Thủy ngân (II) oxit HgO bị phân hủy theo phản ứng: Trong bình chân khơng dung tích 500 cm3 người ta đưa vào m gam HgO(r) đun nóng bình đến 5000C Áp suất bình cân atm a) Tính số cân KP phản ứng 5000C b) Chứng minh cân thiết lập khối lượng m phải giá trị m0 Tính m0 GIẢI a) Áp suất chung P hệ, P = + Theo phản ứng, =2 ⇒ ⇒ KP = = 2/3P; = P/3 = (2/3P)2.P/3 = 4P3/27 = 4.43/27 = 9,48 b) Xét cân t0 a (mol) tcb a – 2x 2x x Tồn cân P = atm = const, tức HgO phải dư, nghĩa phải có Tại giới hạn tồn cân bằng, nkhí = nHg + nO2 = 3x = m ≥ m0 = ⇒ x = 0,021 mol Do m0 = 0,021.216,6 = 456 g Bài 12 Ở 1020K, số cân KP phản ứng sau lượt 1,25: Mặt khác: Δ = -RTlnKP ⇒ 92.103 = -8,314.298.lnKP ⇒ KP(298) = 7,47.10-17 * Tìm Δ Δ phản ứng: = Δ = 176,9.103 J - Δ phản ứng không phụ thuộc nhiệt độ ln Xem Thay + Δ = , KP(T), KP(298) vào (*) ta T = 597K Bài 16 Tính phản ứng biết rằng: lgKP1 = lgKP2 = GIẢI Phản ứng cần xét tổng phản ứng (1) (2), KP = KP1.KP2 ⇒ lgKP = lgKP1 + lgKP2 = ⇒ lgKP = + 12,04 ⇒ lnKP = Mặt khác: ⇒ + lgKP = + So sánh (a) (b) ⇒ = (a) + I ; I: số tích phân (b) ⇒ = 95,43.103 J = 95,43 kJ (*) Bài 17.Cho phản ứng ; Δ = 74,85 kJ Có số liệu sau: Chất CH4(k) C(gr) H2(k) (J.mol-1.K-1 ) 186,19 5,69 130,59 35,71 8,64 28,84 CP (298) (J.mol-1.K-1 ) a) Tính KP(298) b) Thiết lập phương trình lnKP = f(T) Tính KP(1000) Kết có phù hợp ngun lí chuyển dịch cân Le Chatelier không ? GIẢI a) Δ = ⇒ Δ (Cgr) + = Δ (H2) - - 298 Δ ⇒ lnKP(298) = - Δ (CH4) = 80,68 J/K = 74850 - 298.80,68 = 50807 J /RT = -50807/8,318.298 = -20,5 ⇒ KP(298) = 10-9 b) Để thiết lập phương trình lnKP = f(T) cần biết phương trình Δ = g(T) ΔCP = CP (Cgr) + 2CP (H2) - CP (CH4) = 8,64 + 2.28,84 - 35,71 = 30,61 (J/K) ⇒ Δ = Δ + ΔCP (T – 298) = 74850 - 30,61 (T – 298) = 65 728,22 + 30,61T Theo phương trình Van’t Hoff: ⇒ ⇒ = lnKP (T) = -15,17 - + 3,68lnT Đây phương trình cần tìm * Với T = 1000K ⇒ lnKP (1000) = 10,43 > -20,5 = lnKP (298) ⇒ KP (1000) > KP (298) Vậy T tăng KP tăng, điều phù hợp nguyên lý chuyển dịch cân Le Chatelier phản ứng theo chiều thuận thu nhiệt Bài 18 Sự phụ thuộc vào nhiệt độ số cân phản ứng : cho phương trình lgKP = a) Tính Δ - 0,783lgT + 0,00043T phản ứng b) Tính ΔH phản ứng khoảng 800 – 1000 0C, chấp nhận khoảng nhiệt độ hiệu ứng nhiệt phản ứng không phụ thuộc nhiệt độ GIẢI a) Chuyển lgKP sang lnKP : lnKP = - 0,783lnT + 2,303.0,00043T (*) Lấy đạo hàm vế (*) theo nhiệt độ ta được: - + 2,303.0,00043 Mặt khác ta có: (b) Từ (a) (b) ⇒ = - 2,303.2116R - 0,783RT + 2,303.0,00043RT2 Ở T = 298K: = -2,303.2116.8,314 - 0,783.8,314.298 + 2,303.0,00043.8,314.2982 = -41 724.103 J = -41 724 kJ b) Ta có: = ⇒ = Ở T1 = 273 + 800 = 1073K , lgKP1 = 0,0093 Ở T2 = 273 + 1000 = 1273K , lgKP2 = -0,2215 ⇒ Trong khoảng nhiệt độ 1073K - 1273K = (a) 2,303.(-0,2215 - 0,0093) = -3.103 J = -3 kJ Dạng 5: CHIỀU PHẢN ỨNG SỰ CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG Bài 19 Phản ứng sau 250C có KP = 9,18: Hỏi nhiệt độ này, phản ứng theo chiều điều kiện sau: a) = 0,9 atm; b) = 0,72 atm; c) = 0,1 atm; = 0,1 atm = 0,28 atm = 0,9 atm Tính áp suất tối thiểu NO2 để phản ứng tự diễn biến 25 0C theo chiều thuận = 1,5 atm ? GIẢI Phản ứng T, P = const, để xét chiều phản ứng ta sử dụng phương trình đẳng nhiệt dạng , với Q thương số phản ứng Trong phản ứng ta có: a) Q = = 90 > KP ⇒ ΔG > 0: phản ứng xảy theo chiều nghịch b) Q = = 9,18 = KP ⇒ ΔG = 0: phản ứng đạt trạng thái cân c) Q = = 0,12 < KP ⇒ ΔG < 0: phản ứng xảy theo chiều thuận Ta có: ΔG = -RTlnKP + RTln Phản ứng tự diễn biến theo chiều thuận 250C phải thỏa mãn ΔG = 0, hay -RTlnKP + RTln =0 ⇒ = 1,5 atm áp suất tối thiểu NO2 = 0,4 atm Nhận xét: với việc chọn điều kiện ban đầu thích hợp, ta tiến hành phản ứng theo chiều mong muốn Bài 20 Hằng số cân phản ứng 4200C 50 Xét chiều phản ứng nồng độ chất hỗn hợp đầu có giá trị sau: a) H2 mol/L; I2 mol/L; HI 10 mol/L b) H2 1,5 mol/L; I2 0,25 mol/L; HI mol/L c) H2 mol/L; I2 mol/L; HI 10 mol/L GIẢI Phản ứng T, V = const, để xét chiều phản ứng ta sử dụng phương trình đẳng nhiệt dạng , với Q thương số phản ứng Trong phản ứng ta có: a) b) c) = 10 < KC ⇒ ΔF < 0: phản ứng xảy theo chiều thuận = 66,7 > KC ⇒ ΔF > 0: phản ứng xảy theo chiều nghịch = 50 = KC ⇒ ΔF = 0: phản ứng đạt trạng thái cân Bài 21 Cân pha khí chiều trường hợp sau: a) Thêm Ar vào hỗn hợp cân giữ cho T, V = const b) Thêm Ar vào hỗn hợp cân giữ cho T, P = const Cho phản ứng chuyển dịch theo Cho biết chuyển dịch cân phản ứng giảm thể tích bình phản ứng trường hợp sau (T = const): a) Trong bình khơng có Br2(lỏng) b) Trong bình có Br2(lỏng) GIẢI a) Xét thương số phản ứng Q: = = (ở n tổng số mol khí hỗn hợp) Do T, V = const nên Q khơng đổi Vì thêm Ar V = const dù áp suất chung có tăng khơng có chuyển dịch cân Ta lí luận đơn giản hơn: V = const nên áp suất riêng phần Pi = const, Q = const, tức khơng có chuyển dịch cân b) = (*) Lấy đạo hàm vế sau lấy logarit nepe (*), có n thay đổi (PV = nRT, mà T, P = const nên thêm Ar n thay đổi), ta Do n tăng nên dn > 0, dQ > tức Q tăng Q > K P = ⇒ ΔG > 0: cân chuyển dịch theo chiều nghịch ( chiều phân li NH3) Như thêm khí trơ vào hệ phản ứng trạng thái cân T, P = const cân chuyển dịch theo chiều tăng lượng chất khí Chính cơng nghiệp tổng hợp NH người ta phải tìm cách giảm khí trơ (nếu có Ar, CH4, …) để tăng hiệu suất phản ứng Người ta thấy khí trơ chiếm 10% thể tích áp suất 1000 atm có tác dụng tương đương với áp suất 250 atm khơng có khí trơ Khi giảm thể tích bình phản ứng mà T = const tăng áp suất riêng phần khí hệ Xét (**) a) Trường hợp bình khơng có Br2(lỏng): phản ứng có Δ� = nên thay đổi áp suất khơng làm chuyển dịch cân b) Trường hợp bình có Br 2(lỏng): áp suất riêng phẩn H2, HBr tăng áp suất riêng phần Br2(k) lại khơng đổi cân Theo hệ thức (*), số mũ PHBr lớn số mũ PH2 nên tăng áp suất nói dẫn đến tăng Q, lúc Q > KP ⇒ ΔG > cân chuyển dịch theo chiều nghịch Bài 22 Xét ảnh hưởng thêm khí H2; thêm khí N2 cân sau trường hợp: a) T, V = const b) T, P = const Áp dụng: T, P = const có hỗn hợp khí cân gồm mol N 2, mol H2 mol H2 Thêm 0,1 mol N2 vào hỗn hợp phản ứng T, P = const cân chuyển dịch theo chiều ? GIẢI a) Theo Bài 21, T,V = const ta có : = = const (*) Để biết ảnh hưởng thêm cân bằng, ta lấy đạo hàm vế (*) sau logarit hóa =- Khi thêm N2: Do tăng N2 nên dn(N2) > ⇒ dQ < 0, tức Q giảm ⇒ cân chuyển dịch theo chiều thuận, chiều tiêu thụ N2 thêm vào Kết tương tự thêm H2 vào hệ Một cách tổng quát, người ta chứng minh rằng: T, V = const, việc thêm khí hoạt động (là khí tham gia phản ứng) làm cân chuyển dịch theo chiều tiêu thụ khí thêm vào b) Theo Bài 21, T,P = const ta có : * Thêm H2: Chỉ có n(H2) n thay đổi dn = dn(H2) > ( Ta có: ⇒ = phần mol H2 trước có thêm) lnQ = -3.lnn(H2) + 2.lnn = + = + =( ) Vì < nên ( ) < ⇒ < 0, Q giảm ⇒ cân chuyển dịch theo chiều thuận (chiều tiêu thụ H2 thêm vào) * Thêm N2: Chỉ có n(N2) n thay đổi dn = dn(N2) > ( có: = phần mol N2 trước có thêm) Ta lnQ = -lnn(N2) + 2.lnn = ⇒ + = + =( ) Do dn > nên dấu dQ phụ thuộc dấu + Nếu = 1/2 ⇒ dQ = 0: cân chuyển dịch + Nếu > 1/2 ⇒ dQ > 0: cân chuyển dịch theo chiều nghịch ( chiều tạo N2) + Nếu < 1/2 ⇒ dQ < 0: cân chuyển dịch theo hiều thuận (chiều tiêu thụ N2) Như vậy: T, V = const, thêm N2 gây chuyển dịch cân tùy vào phần mol trước có thêm Áp dụng: trước thêm N2 = = 0,6 > 0,5, cân chuyển dịch theo chiều nghịch, chiều tạo N2 khơng phải chiều tiêu thụ N2 ta dự đốn BÀI TẬP TỔNG HỢP Bài 23 a) SO3 đốt nóng lên đến 900K, với áp suất chung 1,306 atm người ta đo / = 2,58 Tính số cân phản ứng: b) Cho cân bằng: Thực nghiệm cho biết số liệu sau: T (K) 900 830 lg Tính , - 1,7 / - 1,812 phản ứng 298K c) Tính áp suất O2 ứng với phân hủy V2O5(r) thành V2O4(r) 900K GIẢI a) Xét cân bằng: Ta có: = 1/2 ⇒ ; P= + + = 0,32 atm ; KP = ⇒ = 2,58 = 0,8256 atm ; + + 1/2 = 1,306 = 0,16 atm = 0,155 b) Đối với cân bằng: ta có : = - RT.lnKP = - RT.ln ⇒ = - 2,303RT.lg = - 2,303 8,314 900 (- 1,7) = 29 295 J = - 2,303 8,314 830 (- 1,812) = 28 797 J Giả sử , không phụ thuộc nhiệt độ khoảng nhiệt độ này, đó: = - 900 hay 29 295 = - 900 (a) = - 830 hay 28 797 = - 830 (b) Giải hệ (a) (b) ta được: ⇒ = 22 896 - 298 = - 7,11 (J/K) ; = 22 896 J (- 7,11) = 25 015 J c) Phản ứng ; KP1 tổng phản ứng: ⇒ KP1 = KP2.KP3 ⇒ KP2 = KP1 /KP3 = ⇒ Mặt khác: KP2 = = = 3,1.10-3 = 9, 61.10-6 atm Bài 24 Ở 8000C có phản ứng: (1) ; (2) ; = - 196 kJ = - 103 kJ Người ta cho hỗn hợp khí H2 HCl có thành phần thể tích 25% H2 75% HCl áp suất atm qua ống thép 8000C a) Viết phản ứng ăn mòn Fe điều kiện Tính phản ứng b) Fe có bị ăn mòn khơng ? Giải thích c) Trong điều kiện nhiệt độ, áp suất trên, Fe bị ăn mòn dùng hỗn hợp khí H HCl có tỉ lệ thể tích ? GIẢI a) Phản ứng ăn mòn Fe: Theo đề ta có tổ hợp: phản ứng (3) = (1) - (2) ⇒ = - = - 196 - (- 103) = 10 kJ b) Để xem Fe có bị ăn mòn hay khơng phải xem phản ứng (3) có xảy khơng, nghĩa cần tính G3 (800 + 273) = 1073K Ta có: Với G3 = + RTln = 0,25.1 = 0,25 atm ; PHCl = – 0,25 = 0,75 atm ⇒ G3 = 10.103 + 8,314 1073 ln = 2,77.103 J > ⇒ phản ứng (3) khơng xảy ra, Fe khơng bị ăn mòn điều kiện c) Ở T = 1073K, P = atm Fe bị ăn mòn khi: G3 = Gọi PHCl = x ; + RTln < - = – x Ta có: < - ln < hay ln = - 1,12 Giải bất phương trình ta x > 0,8 Vậy dùng hỗn hợp có thành phần thể tích HCl > 80% H2 < 20% Fe bị ăn mòn 1073K, atm Bài 25 Độ tan Mg(OH)2 nước 180C mg/L 1000C 40 mg/L a) Tính tích số tan KS Mg(OH)2 nhiệt độ b) Lập phương trình biểu diễn pOH = f(T) GIẢI a) Tính độ tan S (mol/L) ứng với nhiệt độ: Ở 180C : S1 = 9.10-3 /58 = 1,55.10-4 M ; 1000C : S2 = 40.10-3 /58 = 6,89.10-4 M Xét cân bằng: Độ tan S 2S ⇒ Tích số tan KS = S (2S)2 = 4S3 ⇒ KS1 = (1,55.10-4)3 = 1,49.10-11 KS2 = (6,89.10-4)3 = 131.10-11 b) Khảo sát pOH = f(T): Theo phản ứng trên, [Mg2+] = ½ [OH-] ⇒ KS = [Mg2+] [OH-]2 = ½ [OH-]3 ⇒ ln [OH-] = + hay - 2,303 lg[OH-] = Hay pOH = - 0,1 + 0,145 (-ln KS) + (1) = = - RT.lnKS ⇒ - lnKS = Mặt khác, (2) Thế (2) vào (1) ta được: pOH = - 0,1 + 0,145 ( (3) (3) phụ thuộc nhiệt độ: * Với : * Với : = (4) - RT1 lnKS1 = ⇒ - T1 = (5) Thế (4) vào (5) biến đổi ta được: = Bài 26 Ở 8000C, khử manhetit Fe3O4 H2 bao hàm cân sau: (1) ; K1 = 3,22 (2) ; K2 = 0,63 Trong bình thể tích khơng đổi V = 40 L người ta cho mol Fe3O4 n mol H2 Xác định giá trị tối thiểu n cho: a) Toàn manhetit bị khử thành sắt (II) oxit b) Cân (2) thiết lập c) Bình phản ứng chứa hỗn hợp đẳng mol Fe FeO Tính áp suất hệ trường hợp c) GIẢI a) t0 (mol) tcb n 4–x n–x 3x x Ta có: K1 = = = 3,22 (*) Khi toàn Fe3O4 chuyển thành FeO x = 4, thay vào (*) ta n = 5,24 b) Người ta chứng minh rằng: cân mà số cân có biêu thức, giá trị số khác cân phải nối tiếp Như toán cân (2) nối tiếp cân (1), cân (2) bắt đầu n(H2O) x = mol n(H2) = n – x = n – mol ⇒ K2 = = ⇒ = 0,63 n = 10,35 mol c) t0 (mol) tcb 12 n–4 12 – y n–4–y y 4+y Vì FeO Fe đẳng số mol ⇒ 12 – y = y ⇒ y = ⇒ K2 = Ta có: = P= ( = 0,63 ⇒ + ) n = 25,87 mol = 25,87 = 57 atm Bài 27 Sự chuyển hóa metan nước tương ứng với cân bằng: Biết phản ứng có = 227.103 - 253,9T (J) a) Để tăng hiệu suất tạo H2 cần thực phản ứng nhiệt độ cao hay thấp ? b) Trong công nghiệp, phản ứng thực áp suất 30 atm Tìm nhiệt độ T mà tỉ lệ chuyển hóa α metan 80% Biết hỗn hợp ban đầu lấy theo tỉ lệ mol H 2O : CH4 = GIẢI a) Giả sử phản ứng có ΔH0, ΔS0 khơng phụ thuộc nhiệt độ, - T.ΔS0 Đối chiếu với phương trình đề cho = ΔH0 = 227.103 - 253,9T ta suy ΔH0 = 227.103 (J) > 0: phản ứng thu nhiệt Do muốn tăng hiệu suất tạo H nên tiến hành nhiệt độ cao để cân chuyển dịch sang phải, chiều tạo nhiều H2 b) t0 mol tcb 1–α 4–α α 3α = + 2α Pi ⇒ = KP = Thay P = 30 atm, = 0,8 ⇒ KP = 357 Mặt khác ta có: = - RTlnKP Kết hợp với phương trình = 227.103 - 253,9T ta tính T = 1107K Bài 28 Khi nung nóng đến nhiệt độ cao, PCl5 bị phân li theo phương trình: Cho m gam PCl5 vào bình dung tích V đun nóng đến nhiệt độ T (K) để xảy phản ứng Sau đạt cân bằng, áp suất khí bình P Thiết lập biểu thức KP theo độ phân li α áp suất P Thiết lập biểu thức KC theo α, m, V Trong thí nghiệm thực nhiệt độ T người ta cho 83g PCl vào bình dung tích V Sau đạt cân đo P = 2,7 atm Hỗn hợp khí bình có tỉ khối so với hidro Tính α K P Trong thí nghiệm giữ ngun lượng PCl dung tích bình V thí nghiệm hạ nhiệt độ bình T’ = 0,9T đo áp suất cân P’ = 1,944 atm Tính K P’ α’ Từ cho biết phản ứng phân li PCl5 thu nhiệt hay tỏa nhiệt GIẢI t0 a (mol) tcb a–x Pi x x ⇒ KP = = (*) Thay α = x/a vào (*) ta được: KP = Ta có: KC = ⇒ với [Cl2] = [PCl3] = ; [PCl5] = KC = Số mol PCl5 ban đầu: a = 83 / 208 = 0,4 mol Hỗn hợp cân có = 69.2 = 139 g/mol Tổng số mol khí lúc cân bằng: n1 = a.(1 + α) = 83 / 139 = 0,6 mol Với a = 0,4 suy α = 0,5 * Tìm KP nhiệt độ T1: KP = = = 0,9 Tính α’: Tổng số mol khí n’ = a.(1 + α’) = 0,4.(1 + α’) Ta lại có: P’.V = n’.RT’ = 0,9.n’.RT P.V = n.RT ⇒ Hay ⇒ KP ‘ = ⇒ α’ = 0,2 = 0,081 * Khi hạ nhiệt độ KP giảm, KP’ < KP ⇒ cân chuyển dịch theo chiều nghịch ⇒ chiều nghịch chiều tỏa nhiệt ⇒ chiều thuận chiều thu nhiệt ... chuyển thành NO2 Bài Ở 8250C, phản ứng sau có số cân bằng 1: a) Nếu xuất phát từ hỗn hợp đồng mol CO H 2O 8250C atm lúc cân bằng, độ chuyển hóa CO ? b) Để độ chuyển hóa CO 99% phải dùng mol H2O mol... 0,4 P= 0,2 P= 22,4 44,8 896 1345 V (L) Dạng 4: ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN CÂN BẰNG HĨA HỌC TÍNH HẰNG SỐ CÂN BẰNG TỪ CÁC ĐẠI LƯỢNG NHIỆT ĐỘNG VÀ NGƯỢC LẠI Bài 15 Amoniclorua bị phân hủy theo phản... vào (*) ta n = 5,24 b) Người ta chứng minh rằng: cân mà số cân có biêu thức, giá trị số khác cân phải nối tiếp Như toán cân (2) nối tiếp cân (1), cân (2) bắt đầu n(H2O) x = mol n(H2) = n – x =