Chuyên đề 7 cân bằng hóa học

CHUN ĐỀ CÂN BẰNG HĨA HỌC A LÍ THUYẾT CƠ BẢN VÀ NÂNG CAO I PHẢN ỨNG MỘT CHIỀU (BẤT THUẬN NGHỊCH) Là phản ứng xảy theo chiều từ trái sang phải ,t Ví dụ: 2KClO3 �MnO ��� � 2KCl  3O Trong điều kiện trên, KCl O2 phản ứng với tái tạo lại KClO3 II PHẢN ỨNG THUẬN NGHỊCH Là phản ứng xảy theo hai chiều ngược (được biểu diễn hai mũi tên ngược � ) Ví dụ: Cl2  H O � HCl  HClO Ở điều kiện thường Cl2 phản ứng với H2O tạo thành HCl HClO, đồng thời HCl HClO sinh phản ứng với tạo lại Cl2 H2O III CÂN BẰNG HÓA HỌC Là trạng thái phản ứng thuận nghịch tốc độ phản ứng thuận tốc độ phản ứng nghịch Xét phản ứng thuận nghịch: �� � cC  dD aA  bB �� � Tốc độ phản ứng thuận: Vt  kt [ A]a [ B]b b c d Tốc độ phản ứng nghịch: Vn  k n [C] [D] Ban đầu tốc độ phản ứng thuận giảm dần theo thời gian [A], [B] giảm, đồng thời tăng dần [C], [D] tăng Tới lúc đó: Vt  Vn ta có cân hóa học k t [C]c [D]d  Hằng số cân bằng: Vt  Vn � k t [A] [B]  k n [C] [D] � K c  k n [A]a [B]b a b e d Vì kt , kn khơng đổi (ở nhiệt độ khơng đổi) nên K c không đổi gọi số cân (nồng độ) Điều có nghĩa Kc không phụ thuộc vào nồng độ chất A, B, C, D Đối với chất khí, ngồi cách biểu diễn Kc, người ta biểu diễn số cân theo áp suất Kp Pc � Pd K p  Ca Db PA � PB Trong đó: PC , PD , PA PB áp suất riêng phần chất khí C, D, A B Ví dụ: Trang 2SO (k)  O (k) � 2SO3 (k)  SO3  kc   SO2   O  k p  PSO 2 PSO � PO2 Lưu ý: -Giá trị số cân K phụ thuộc vào hệ số phương trình cân bằng: Ví dụ:  NO2  KC   N 2O4  �� � 2NO2 (k) N 2O (k) �� � Nếu ta viết: �� � NO (k) K � 1/ 2N O (k) �� � C  � Ở nhiệt độ K C   K � C  NO2   N 2O4  2 K = (K')? - Hằng số cân phản ứng định (đã cân bằng) phụ thuộc vào nhiệt độ - Đối với cân dị thể rắn – lỏng, rắn - khí nồng độ chất rắn coi không đổi không đa vào số cân Ví dụ: CaCO3 (r) � CaO(r)  CO (k) O8000 C, K C   CO   4.10 3 mol.l 1 - Quan hệ K C K P chất khí: n RT  Ci RT vào biểu thức K P ta có: Thay giá trị Pi  i V Kp  RT)  [C∣� c � ([D] � RT) d (| A | � RT) a � ([B] � RT) h  [C]c � [D]d (RT) c  d  (a  h ) a b [A] � [B] � K P  K C (RT) n với n hiệu tổng hệ số tỉ lượng sản phẩm tổng hệ số tỉ lượng chất phản ứng Nếu n  K P  K C - Cân hoá học cân động, nghĩa trạng thái cân bằng, phản ứng thuận nghịch xảy Vt  Vn nên không nhận thấy biến đổi hệ nồng độ chất không đổi IV, CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG HÓA HỌC Ảnh hưởng nồng độ: Khi tăng giảm nồng độ chất cân bằng, cân chuyển dịch theo chiều làm giảm tăng nồng độ chất Chú ý: Trong hệ cân có chất rắn (ở dạng nguyên chất) việc tăng, giảm khối lượng chất rắn khơng làm chuyển dịch cân Ví dụ: Xét hệ cân sau bình kín nhiệt độ không đổi C(r)  CO (k) � 2CO(k)  *  Khi phản ứng trạng thái cân bằng, ta tăng nồng độ CO (hoặc giảm nồng độ CO) cân dịch chuyển theo chiều thuận Nếu ta tăng giảm khối lượng C cân khơng chuyển dịch Ảnh hưởng áp suất: Khi tăng giảm áp suất chung hệ cân cân chuyển dịch theo chiều làm giảm tác dụng việc tăng hay giảm áp suất Nghĩa là, tăng áp suất cân chuyên dịch theo chiều làm giảm số mol khí ngược lại Chẳng hạn, phản ứng (*), ta giảm áp suất hệ cân dịch chuyển theo chiều thuận Trang Chú ý: Nếu phản ứng có số mol khí tham gia hai vế phương trình hố học phản ứng khơng có chất khí tham gia áp suất khơng ảnh hưởng đến cân �� � 2HI(k) Ví dụ: H (k)  I (k) �� � NaOH(l )  HCl(l ) � NaCl(l )  H 2O(l ) Ảnh hưởng nhiệt độ: Khi tăng nhiệt độ, cân chuyển dịch theo chiều phản ứng thu nhiệt  AH   Khi giảm nhiệt độ, cân dịch chuyển theo chiều phản ứng tỏa nhiệt  AH   �� � 2NH3 (k) H  46,19kJ Ví dụ: N (k)  3H (k) �� � Phản ứng phản ứng tỏa nhiệt, biện pháp để thu nhiều NH3 giảm nhiệt độ Chú ý: Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng thuận phản ứng nghịch với số lần Do vậy, chất xúc tác có tác dụng làm cho cân nhanh chóng thiết lập, khơng ảnh hưởng đến việc chuyển dịch cân hố học Ngun lí Lơ Sa - tơ – li –ê: Một phản ứng trạng thái cân chịu tác động từ bên biến đổi nồng độ, áp suất, nhiệt độ, cân chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động bên ngồi Năng lượng tự Gipxơ số cân Xét phản ứng tổng quát: �� � eE  fF  � bB  dD  ��� (5.1) � Biến thiên đăng áp tính sau:     G  eG E  f G F  �  bG B  dG D  � (5.2) Trong G đẳng áp hay hàm Gipxơ mol chất khảo sát hệ áp suất P xác định ( G gọi đẳng áp mol riêng phần) Nếu xét điều kiện chuẩn: mol chất nguyên chất atm cho toàn chất ta có:    0  G  eG e0  f G F  �  bG B  dG D  � (5.3) Biểu thức liên hệ G hay G với hóa thế, kết hợp (5.2) với (5.3) ta có phương trình: a ee a sf G  G  R Tln h d a B a D (5.4) Khi phản ứng (5.1) đạt trạng thái cân thì: G  � G  R Tln a cE � a fF L  RT ln K a a hB adD (5.5) Thay K C cho K a ta được: G   RT ln K C (5.6) Với phản ứng pha khí, ta có: G   RT ln K p (5.7) Tóm lại: G  RTInK  2,303RTIgK (5.8) Các ví dụ minh họa Ví dụ 1: Cho gam Al vào cốc đựng dung dịch H2SO4 3M (dư) nhiệt độ thường Nếu giữ nguyên điều kiện khác, biến đổi điều kiện sau tốc độ phản ứng biến đổi (tăng lên, giảm xuống hay không đổi)? a) Thay gam nhôm gam bột nhôm Trang b) Thay dung dịch F2SO4 3M dung dịch H2SO4 2M c) Thực phản ứng nhiệt độ cao (khoảng 400C) d) Dùng thể tích dung dịch H2SO4 3M gấp đơi ban đầu Giải Phương trình hóa học phản ứng: 2Al  3H 2SO � Al2  SO   3H � a) Tốc độ phản ứng tăng diện tích tiếp xúc nhơm axit H2SO4 tăng b) Tốc độ phản ứng giảm giảm nồng độ axit H 2SO4 tốc độ va chạm phân tử chất phản ứng giảm c) Tốc độ phản ứng tăng tăng nhiệt độ tần số va chạm phân tử chất phản ứng tăng d) Tốc độ phản ứng khơng đổi dùng thể tích dung dịch H 2SO4 3M gấp đơi nồng độ axit khơng thay đổi Ví dụ 2: Xét cân sau bình kín: �� � CaO(r)  CO (k) H  178KJ CaCO3 (r) �� � 3 Ở 8200C số cân K C  4, 28.10 a) Phản ứng phản ứng tỏa nhiệt hay thu nhiệt ? b) Khi phản ứng trạng thái cân bằng, biến đổi điều kiện sau số cân K C biến đổi ? Giải thích • Giảm nhiệt độ phản ứng xuống • Thêm khí CO2 vào • Tăng dung tích bình phản ứng lên •Lấy bớt lượng CaCO3 Giải CaCO3 (r) � CaO(r)  CO (k) H  178KJ a) Phản ứng thu nhiệt H  b) K C   CO  • Khi giảm nhiệt độ phản ứng xuống cân chuyển dịch theo chiều nghịch (chiều tỏa nhiệt) để đến trạng thái cân trạng thái cân nồng độ CO2 giảm => KC giảm • Khi thêm khí CO2 vào � Nồng độ CO2 tăng � Cân chuyển dịch theo chiều thuận trạng thái cân nồng độ CO2 không thay đổi � KC không đổi • Khi tăng dung tích bình phản ứng lên � Áp suất hệ giảm nồng độ CO giảm) � Cân chuyển dịch theo chiều thuận làm tăng nồng độ CO2 tăng đến nồng độ CO2 trước tăng dung tích bình lên dừng lại cân thiết lập � KC khơng đổi •Lấy bớt lượng CaCO3 cân khơng chuyển dịch � Kc khơng đổi Ví dụ 3: Cho 0,1 mol CO tác dụng với 0,15 mol H bình có dung tích lít, nhiệt độ cao, xảy phản ứng: �� � CH 3OH(k) CO(k)  2H (k) �� � Khi phản ứng đạt trạng thái cân  CH3OH   0, 05mol Tính số cân KC phản ứng Giải CO(k)  2H (k) � CH 3OH(k) 0, 05 � 0,1 � 0, 05 � [CO]  0,1  0, 05  0, 05M;  H   0,15  0,1  0, 05M Trang 0, 05  400 0, 05.0, 052 Ví dụ 4: Cho mol CH3COOH mol C2H5OH vào bình cầu tạo điều kiện để phản ứng xảy ra, giả sử thể tích hỗn hợp lít � KC  H 2SO dac ���� � CH 3COOC2 H5  H 2O K c  1, CH3COOH  C H OH �� �� � t0 Hiệu suất phản ứng A 69,30% B 31,15% C 37,70% Giải D 59,84% H 2SO dac ���� � CH3COOC2 H5  H O K c  1, CH3COOH  C2 H5 OH �� �� � t0 Ban đầu: Phản ứng: Cân bằng: h 1-h h 2-h h h h h h2  1, � h  0,693( 69,3%) � Đáp án A (1  h)(2  h) Ví dụ 5: Cho cân sau bình kín: 2NO (k) �� � N 2O (k) � KC  (màu nâu đỏ) (khơng màu) Biết hạ nhiệt độ bình màu nâu nhạt dần Phản ứng thuận có A H  , phản ứng tỏa nhiệt B H  , phản ứng tỏa nhiệt C I  , phản ứng thu nhiệt D H  , phản ứng tỏa nhiệt Giải Khi hạ nhiệt độ bình màu nâu nhạt dần tức nồng độ NO giảm nồng độ N2O4 tăng Cân dịch chuyển theo chiều thuận để làm tăng nhiệt độ mơi trường lên hay nói cách khác phản ứng thuận tỏa nhiệt (H  0) � Đáp án B Ví dụ 6: Cho phản ứng sau: 2SO (k)  O (k) � 2SO3 (k); H  Để cân chuyển dịch theo chiều thuận thì: (1) tăng nhiệt độ, (2) tăng áp suất, (3) hạ nhiệt độ, (4) dùng xúc tác V2O3, (5) Giảm nồng độ SO3 Biện pháp A 1, 2,5 B 2, 3, C 1, 2, 3, 4, D 2, 3, 4, Giải �� � 2SO3 (k); H  2SO (k)  O (k) �� � (1) Tăng nhiệt độ cân chuyển dịch theo chiều thu nhiệt (chiều nghịch H  ) (2) Tăng áp suất cân chuyển dịch theo chiều giảm số mol khí (chiều thuận) (3) Hạ nhiệt độ cân chuyển dịch theo chiều toả nhiệt (chiều thuận) (4) Dùng chất xúc tác cân không chuyển dịch chất xúc tác làm tăng tốc độ | phản ứng thuận nghịch lên với số lần (5) Giảm nồng độ SO3 cân chuyển dịch theo chiều làm tăng nồng độ SO3 (chiều thuận) Ví dụ 7: Cho cân hố học: H (k)  I (k) � 2HI(k); H  Cân không bị chuyển dịch A.Giảm nồng độ III B Tăng nồng độ H C Tăng nhiệt độ hệ D Giảm áp suất chung hệ Giải Trang Vì tổng số mol khí hai vế nên thay đổi áp suất chung hệ không làm cân chuyển dịch � Đáp án D Ví dụ 8: Cho 5,6 gam CO 5,4 gam H2O vào bình kín dung tích khơng đổi 10 lít Nung nóng bình thời gian 8300C để hệ đạt đến trạng thái cân bằng: CO(k)  H 2O(k) � CO (k)  H (k) (hằng số cân K C  ) Nồng độ cân CO, H2O A 0, 08M 0,18M B 0, 018M 0, 008M C 0, 012 M 0, 024 M D 0, 008M 0, 018M Giải 5,6 5.4 CCO   0,02M;C H   0,03M 28.10 18.10 CO(k)  H 2O(k) � CO (k)  H (k) K C  Bđ: Pư: Cb: 0,02 0,03 0 x x x x 0,02-x 0,03-x x x H �  CO2  � x KC   � x  0,012M [CO] � (0.03  x)  H 2O (0, 02  x) � � [CO]  0, 02  0, 012  0,008M;  H 2O   0, 03  0, 012  0, 018M � Ðáp án D �� � 2NH3 (k) có số cân 5000C Ví dụ 9: Phản ứng điều chế NH3 : N (k)  3H (k) �� � K p  1,5.10 5 atm 2 Nếu hỗn hợp đầu có N2 H2 theo tỷ lệ mol 1:3 Hãy tính xem có phần trăm hỗn hợp ban đầu chuyển thành NH3, thực 500 atm Giải �� � 2NH3 N  3H �� a) � Kp  PNH 3 H2 PN2 � P  1,5.105  1  2  3 P  PH  PN  PNH PH  3PN   ,  0, 75  P  P  (2)  (3) � P  PN2 ,  PNH , � PN  0, 25 P  PNH PH � KP    PNH NH  0, 25 P  PNH3 � (0, 75)3 P  PNH3  Gọi PNH3 x Khi P  500atm � 1, 26.10 3 x  2, 26x  315  � x  152atm  PNH Gọi a %N2 chuyển hoá thành NH3 N  3H � 2NH Ban đầu: Phản ứng : a Cân 1-a 3a 3(1-a) 2a 2a Trang 2a 152  � a  0, 4662( 46, 62%)  2a 500 Ví dụ 10: 18,4 gam N2O4 đặt bình chân khơng thể tích 5,9 lít 270C áp suất lúc cân atm Cùng lượng N 2O4 1100C, áp suất cân atm đạt thể tích 12,14 lít Tính độ phân huỷ N2O4 27 0C 1100C Giải �� � 2NO N 2O �� Từ cân bằng: � Cùng nhiệt độ, thể tích: t=0 t = tcb 1 2 n 1 n  1  Ở nhiệt độ, thể tích: Pcb  P0 (1   ) nRT1 18, 0, 082(273  27)  �  0,834atm V 92 5,9 P 1  cb     0, 20 P0 0,834 - Ở 270C: P01  nRT2 18, 0, 082(273  110)  �  0,517 atm V 92 12,14 P   cb     0,93 P0 0,517 - Ở 1100C: P02  Ví dụ 11: Hỗn hợp gồm mol H2 mol I2 đốt nóng bình phản ứng tích 30 lít đến nhiệt độ 4700C Cho phản ứng: H (k)  I (k) � 2HI(k) có K  50 Tính: a) Số mol I2 lại cân thiết lập b) Áp suất tổng cộng bình phản ứng c) Áp suất riêng I2 HI hỗn hợp cân d) Nếu đưa tiếp vào hỗn hợp cân mol H2 Hãy xác định số mol H2 lại chưa phản ứng Giải a) Gọi x số mol H2 phản ứng ta có: [HI ]2 (2 x) K   50 � x  0, 78mol  H   I  (1  x)2 Số mol I2 lại sau phản ứng 0,22 mol nRT 2.0, 082.743   4,1 atm b) P  V 30 0, 22.0, 082.743  0, 45atm c) PI  30 1,56.0,082.743 PHI   3.17atm 30 (2 x)  50 � x  0,93mol � Số mol I2 lại 0,07 mol d) K  (1  x)(2  x) Ví dụ 12: Sunfuryl địclorua SO2Cl2 hoá chất phổ biến phản ứng clo hoá 3500C, atm phản ứng: �� �SO (k)  Cl (k) SO Cl (k) ��  1 � Trang Có K p  50 a) Hãy cho biết đơn vị trị số giải thích số cân Kp có phải có đơn vị b) Tính phần trăm thể tích khí SO2Cl2 cịn lại (1) đạt trạng thái cân điều kiện cho c) Ban đầu dùng 150 mol SO2Cl2 (k), tính số mol Cl2 (k) thu (1) đạt trạng thái cân Giải a) Gọi số mol SO2Cl2 ban đầu 1; Độ phân li x Ta có: �� � SO2 (k)  Cl (k) SO2 Cl2 (k) ��  1 � Ban đầu: Phân li: Cân bằng: x 1-x 0 x x x x PSO2 (atm) � PCl2 (atm) KP   50(atm) PSO2Cl2 (atm)  3 b) Vì khí khí lí tưởng nên Pi  P.xi Mà: xi   2 ni ni Ở đây: nSO2  n Cl2  x; n i   x x2 x2 Kp  P� � 50  � � x  0,9806mol (1  x)(1  x) (1  x)(1  x) Số mol SO2Cl2 lại  x  0, 0194 mol Do SO2Cl2 chiếm 0, 0194 ,100%  0,98% 1,9806 �� �SO (k)  Cl (k) Cách khác: SO Cl (k) �� � Ban đầu: Cân bằng: 2-2P P  1 P P2 � KP   50 � P  0,9902 2 P Ở điều kiện nhiệt độ thể tích: n SO2Cl2 � 100% PSO,Cl2 2(1  0,9902) % VSO2 Cl2   100%  � 100%  0,98% n sau Psau �� � N 2O (k) Ví dụ 13: Xét phản ứng: 2NO (k) �� � a) Xác định G Kp phản ứng 250C b) Xác định G Kp phản ứng nghịch: �� � 2NO (k) N 2O (k) �� � c) Xác định G K p phản ứng thuận biểu diễn dạng: NO (k) � N 2O (k) 1 mol 1 Cho biết: G N2O4  97,82kJ, mol ; G NO2  51,30kJ � 0 a) G  G N2O4  2G NO2 Giải  97,82  2.51,30  4, 78KJ Trang G  RT ln K p  2,303R Tlg K p � lg K p  4780  0,837 2.303.8314.298 � K p  6,88 0 1 b) G1  G  4,78KJ; K pl  K p  0,146 G  2,39KJ; K P2  K p  2, 62 Ví dụ 14: Khi đốt nóng mol nước áp suất atm, người ta giả thiết nước bị phân huỷ thành H2 O2, khí lí tưởng Tính giá trị số cân K P 1500K 2000K Biết c) G  phần mol hiđro lúc cân tương ứng 1.92.104 6, 00.10 4 Giả thiết biến thiên entanpi phản ứng không phụ thuộc vào nhiệt độ khoảng từ 1500K đến 2000K Tính  H Giải Phương trình phân huỷ nước: H O � H  O2 t = 0: 0 t = tcb: 1-x x 0,5 • Ở 1500K: xH  x  1,92.104 � x  1,92.104  0,5 x K p (1500 K ) x� (0,5 x)  1 x � P � �  1,88 � 106 � �  0,5 x � � • Ở 2000K: xH2 ,   6, 00.104 � x  6.10 4  0,5 x K p (2000 K ) K P2 x.(0,5 x)  1 x � P � �  1, 04.105 � �  0,5 x � � H �1 � mol 1 �  �� H  85328J � K p1 R �T2 T1 � Ví dụ 15: Khi đun nóng đến nhiệt độ cao PCl; bị phân huỷ theo phương trình: �� � PCl3 (k)  Cl (k) PCl5 (k) �� � Ta có: ln  Cho m gam PCl5 vào bình dung tích V, đun nóng bình đến nhiệt độ T (K) để xảy phản ứng phân li PCl5 Sau đạt tới cân áp suất bình P Hãy thiết lập biểu thức Kp theo độ phân li a áp suất P Thiết lập biểu thức Kp theo  , m V Trong thí nghiệm thực nhiệt độ T, người ta cho 83,3 gam PCl vào bình dung tích V1 Sau đạt trạng thái cân đo P = 2,700 atm Hỗn hợp khí bình có tỉ khối so với hiđro 68,826 Tính  Kp Trong thí nghiệm giữ nguyên lượng PCl nhiệt độ thí nghiệm V1 thay dung tích V2 đo áp suất cân 0,500 atm Tính tỉ số V2 / V1 Trong thí nghiệm giữ nguyên lượng PCl dung tích bình V thí nghiệm hạ nhiệt độ bình tới T3  0,9T1 đo áp suất cân 1,944 atm Tính Kp  Từ cho biết phản ứng phân li PClý thu nhiệt hay tỏa nhiệt Cho Cl  35, 453; P  30,974; H  1, 008 ; khí khí lí tưởng Trang Giải Tìm hiểu thức K p K c �� � PCl3 (k)  Cl (k) PCl5 (k) �� � Ban đầu: a Cân bằng: a- x x a  x  n Tổng số mol khí lúc cân bằng: x x ; Khối lượng mol: a  30.974  5.35.453  208, 239(g / mol) Độ phân li   M PCl5 M PC13  30.974  3.35, 453  137.333(g / mol) M C12  70.906(g / mol) � n PCl5 ban đầu  a  m 208, 293 • Tính Kp: Áp suất riêng phần lúc cân khí: ax x PPCl5  P ; PPCl3  PCl2  P ax ax Kp  PpC11 � PC1 PPCls  x2 ax x2 �  P (a  x) a  x P a  x �x � �� a� � 2 � P  � P 1 �x � 1 � � a� � • Tính K C : K P  K C (RT) n n  1; RT  � PV PV PV   n a  x a(1   ) 2 PV  2a  2m P  K � � K   C C 1 a(1   ) (1   )V 208,93(1   )V Thí nghiệm 1: n PC15  0, 4mol M hh �68,826.2, 016  138, 753gam / mol Tổng số mol khí lúc cân bằng: n1  a   1   0.4   1   83,30  0, � 1  0,5 138, 753 • Tim Kp nhiệt độ T1 12 (0,5) KP  � P1  � 2,  0,9  12  (0,5) Thí nghiệm 2: - Giữ nguyên nhiệt độ � Kp không đổi - Giữ nguyên số mol PCl5 ban đầu � a  0, mol - Áp suất cân P2 = 0,5 atm  22  22 Kp  � P2  � 0,5  0,9 �   0,802   22   22 Tổng số mol khí lúc cân bằng: n2  a      0.4(1  0,802)  0.721mol Trang 10 Trong điều kiện đẳng nhiệt: V2 n2 P1 0, 721.2,    6, 489 (lần) V1 n1 P2 0,6.0,5 Thí nghiệm 3: - Thay đổi nhiệt độ � Kp thay đổi - Giữa nguyên số mol PCl5 ban đầu a = 0,4 mol V1 - Áp suất cân V3 thay đổi do: Nhiệt độ giảm (T3 = (0,9T1), tổng số mol khí thay đổi n3 �n1 - P3 = 1,944 atm • Trong điều kiện đằng tích, ta có: P3 n3T3 n T P 0, 6T1 � 1,944  � n3  1   0, 48mol P1 n1T1 T3 P1 2, 7.0,9T1 � n  a     �   0,  32 (0, 2) � P3  � 1,944  0, 081 • Kp    32  (0, 2) • Khi hạ nhiệt độ Kp giảm � cân chuyển dịch theo chiều nghịch Chiều nghịch chiều phát nhiệt � Chiều thuận chiều thu nhiệt B BÀI TẬP Một bình kín dung tích lít chứa 1,5 mol H 1,0 mol N2 (có xúc tác nhiệt độ thích hợp) Ở trạng thái cân có 0,2 mol NH3, tạo thành Muốn hiệu suất đạt 25 % cần phải thêm vào bình mol N2? Bình kín tích khơng đổi 0,5 lít chứa 0,5 mol H 0,5 mol N2 t0C, trạng thái cân có 0,2 mol NH3 tạo thành Tính số cân KC phản ứng tổng hợp NH3 �� � 2HI(k) Cho phản ứng : H (k)  I (k) �� � Ở nhiệt độ 4300C, số cân K C phản ứng 53,96 Đun nóng bình kín dung tích khơng đội 10 lít chứa 4,0 gam H 406,4 gam I2 Khi hệ phản ứng đạt trạng thái cân 430 0C, nồng độ HI ? �� � 2SO (k); H  Cho cân hoá học sau: 2SO (k)  O (k) �� � Cho biện pháp: (1) tăng nhiệt độ, (2) tăng áp suất chung hệ phản ứng, (3) hạ nhiệt độ, (4) dùng thêm chất xúc tác V2O5, (5) giảm nồng độ SO3, (6) giảm áp suất chung hệ phản ứng Những biện pháp làm cân chuyển dịch theo chiều thuận? Giải thích? Cho 5,6 gam CO 5,4 gam H 2O vào bình kín dung tích khơng đổi 10 lít Nung nóng bình thời gian 8300C để hệ đạt đến trạng thái cân bằng: CO(k)  H 2O(k) � CO (k)  H (k) (hằng số cân KC = 1) Tính nồng độ cân CO, H2O Để hòa tan hết mẫu kẽm dung dịch HCl 20 0C cần phút Cũng mẫu kẽm tan dung dịch axit nói 300C phút Hỏi để hịa | tan hết mẫu kẽm dung dịch axit nói 800C cần thời gian bao lâu? Cho cân sau (trong bình kín): �� � CO(k)  H (k) H  C(r)  H 2O(h) �� � Cân chuyển dịch theo chiều a) tăng nhiệt độ b) tăng áp suất Giải thích c) dùng chất xúc tác Trang 11 Cho 0,04 mol NO2 vào bình kín dung tích 100 ml (ở t0C), sau 20 giây thấy | tổng nồng độ khí bình 0,30 mol/l Tính tốc độ trung bình phản ứng (tính theo NO2, t0C) 20 giây Trong cặp phản ứng sau, phản ứng có tốc độ lớn ? a) Fe  CuSO4  1M  Fe  CuSO4  M  (cùng nhiệt độ) 0 b) Fe  CuSO4  1M , 25 C  Fe  CuSO4  1M , 50 C  c) Zn (hạt) + FeSO4 (2M) Zn (bột) + FeSO4 (2M) (cùng nhiệt độ) t d) 2KClO3 (r) �� � 2KCl(r)  3O (r) M N O ,t 2KClO3 (r) ��� � 2KCl(r)  3O (r) 10 a) Hỏi nồng độ CO phản ứng 2CO(k) � CO (k)  C(r) tăng lên lần để tốc độ phản ứng tăng lên 16 lần b) Tác dụng CO Cl2 diễn theo phương trình: CO(k)  Cl (k) � COCl (k) Nồng độ CO 0,4 M, clo 0,3M Hỏi tốc độ phản ứng thay đổi nồng độ clo tăng lên 0,8M, CO tăng lên 0,6M 11 a) Cho phản ứng: A  k   B  k   C  k   D  k  (1) Khi nồng độ chất B tăng lên lần nồng độ chất A khơng đổi tốc độ phản ứng tăng hay giảm lần ? (2) Khi áp suất hệ tăng lên lần tốc độ phản ứng tăng lên lần? b) Cho phản ứng: N (k)  3H (k) � 2NH (k) Sau thời gian, nồng độ chất như:  N   3M ;  H   2M ;  NH   4M Tính nồng độ ban đầu N2 H2 12 Khi đun nóng HI bình kín, xảy phản ứng sau: �� � H (k)  I (k); H  2HI(k) �� � a) Ở nhiệt độ đó, số cân Kc phản ứng Tính xem có phần trăm HI 81 bị phân hủy b) Tính số cân phản ứng sau nhiệt độ : 1 H (k)  I (k) � 2HI(k) HI(k) � H (k)  I (k) 2 13 Cho 0,15 mol CaCO3 (r) vào bình chân khơng dung tích lít để thực phản ứng sau : CaCO3 (r) � CaO(r)  CO (k) 3 Ở nhiệt độ 8000 C , số cân K C  4.10 2 Ở nhiệt độ 8500 C , số cân K C  10 Tính hiệu suất chuyển hóa CaCO3 thành CaO CO2 (% CaCO3 bị phân hủy) đạt đến trạng thái cân hai nhiệt độ So sánh kết thu rút kết luận giải thích 14 Có cân sau: N O4 (k) � 2NO (k) a) Cho 9,2 gam N2O4 vào bình kín dung tích 5,864 lít 25 0C Lúc cân áp suất hỗn hợp khí bình 0,5 atm Tính áp suất riêng phần N2O4 NO2 lúc cân b) Nếu tăng áp suất hệ lúc cân lên 0,75 atm áp suất riêng phần NO N2O4 lúc ? Kết có phù hợp với ngun lí Le Chatelier hay không? 15 X hỗn hợp SO2 O2, có tỉ khối so với H2 22,4 Nung nóng X Trang 12 bình kín có chất xúc tác thích hợp, thu hỗn hợp khí có tỉ khối so với H 26,67 Tính hiệu suất phản ứng tổng hợp SO3 16 Cho phản ứng: 2SO (k)  O (k) � 2SO3 (k) H  198kJ a) Giả sử nhiệt độ đó, hỗn hợp cân bình kín dung tích lít có thành phần sau đây:  SO3   0, 45M;  O   0, 2M;  SO   0,15M b) Giảm thể tích của bình phản ứng xuống cân chuyển dịch theo | chiều (nhiệt độ không đổi)? c) Nếu tăng nhiệt độ lên, cân chuyển dịch theo chiều nào? d) Dự đoán điều kiện để thực điều chế SO cơng nghiệp phương diện cân hóa học thực tế sản xuất 17 Ở nhiệt độ 1396K áp suất 1,0133.10 N.m-2 Hãy tính số cân phản ứng điều chế than ướt: CO(k)  H 2O(k) � H (k)  CO (k) Biết: - Độ phân li nước thành hiđro oxi 0,567.10-4 - Độ phân li cacbon đioxit thành cacbon oxit oxi 1,551.10-4 18 Cho phản ứng: N 2O (k) � 2NO (k) H  61,5kJ a) Cân thiết lập xuất phát từ a mol N 2O4 Thiết lập biểu thức K p  f (P,  ) P áp suất hệ lúc cân bằng, a độ phân li N2O4 b) Nếu có 1,588 gam N2O4 bình dung tích 0,50 lít 250C P lúc cân 1,0 atm  , K p áp suất riêng phần NO2, N2O4, lúc cân bao nhiêu? 19 Cho phản ứng: �� � CO(k)  H O(k) CO (k)  H (k) �� � a) Hằng số cân phản ứng 850 0C Nồng độ ban đầu CO H2 0,2M 0,8M Tìm nồng độ chất thời điểm cân b) Tính số cân phản ứng (Kp) 250C Cho biết: CO(k) Chất H (k) CO (k) H O(k) -393,509 -110,525 -241,818 H 0298 (kJ / mol) S298 (J / molK) 20 Xét cân bằng: 130,575 213,63 197,565 188,716 �� � 2NO(k)  Cl (k) 2NOCl(k) �� � Các liệu nhiệt động cho bảng sau: NOC 51,71 H 298 (kJ / mol) 26,4 S298 (J / molK) NO 90,25 Cl2 21,1 22,3 Cho H, S thay đổi theo nhiệt độ không đáng kể a) Tính Kp phản ứng 298K b) Tính Kp phản ứng 475K c) Cho 2,00 gam NOCl vào bình chân khơng có dung tích 2,00 lít Tính áp suất bình lúc cân 298K 475K C HƯỚNG DẪN GIẢI Vì thể tích bình lít nên số mol nồng độ mol Trang 13 �� � 2NH (k) N (k)  3H (k) �� � bđ: cb: 1,0 0,9 1,5 1,2 KC 0,2 (0, 2)  0, 02572 0,9 � (1, 2)3 Gọi x số mol N2 cần thêm vào bình để hiệu suất phản ứng đạt 25% Ta có : N (k)  3H (k) � 2NH (k) K C � KC  bđ: pư: cb: � (1,0+x) 0,125 (0,875+x) 1,5 � 0,375 1,125 � 0,25 0,25 (0, 25)  0, 02572 � x  0,831(mol) (0,875  x) � (1,125)3 �� � 2NH3 (k) N (k)  3H (k) �� � � KC  bđ: pư: cb:  NH3  0,2 0,8  N2  �  H2   0,6 0,4 0,4 0,4 (0.4)  3,125 0,8 � (0, 4)3 CH  406,  0, 2M;C I   0,16M 2.10 10.254 �� � 2HI(k)K C  53,96 H (k)  I (k) �� � Bđ: 0,2 0,16 Pư: x x Cb: (0,2 -x) (0,16-x) � 2x 2x (2 x)  53,96 � x  0,1375M � [ HI ]  0, 275M (0,  x) � (0,16  x) �� � 2SO (k); H  2SO (k)  O (k) �� � (1) Tăng nhiệt độ cân chuyển dịch theo chiều thu nhiệt (chiều nghịch) làm giảm | nhiệt độ mơi trường xuống H  nên chiều thuận chiều toả nhiệt (2) Tăng áp suất chung hệ phản ứng, cân chuyển dịch theo chiều giảm số | mol khí (chiều thuận) (3) Hạ nhiệt độ cân chuyển dịch theo chiều tăng nhiệt (chiều thuận) (4) Dùng thêm chất xúc tác V20, cân không chuyển dịch chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng thuận nghịch với số lần (5) Giảm nồng độ SO3 cân chuyển dịch theo chiều thuận làm tăng nồng độ SO3 lên (6) giảm áp suất chung hệ phản ứng cân chuyển dịch theo chiều tăng số mol khí (chiều nghịch) 5,6 5,  0, 02M;CH 2O   0, 03M CCO  28.10 18.10 CO(k)  H 2O(k) � CO (k)  H (k); K C  Bđ: Pư: 0,02 x 0,03 x x x Trang 14 Cb: 0,02-x 0,03-x x x  H2  �  CO2  � x2  � x  0, 012M [CO] �  H 2O (0, 02  x) �(0, 03  x) � [CO]  0,02  0,012  0, 008M;  H 2O   0, 03  0, 012  0, 018M KC  t2 t1 80  20 v2 v  10 �  10  26 v1 v1 Khi nhiệt độ tăng từ 200C đến 800C tốc độ phản ứng tăng lên lần � Thời gian giảm xuống 26 lần Thời gian để hoà tan hết mẫu kẽm dung dịch HCl 800C 6.60  5, 625 giây 26 a) Tăng nhiệt độ cân chuyển dịch theo chiều thu nhiệt (chiều nghịch) H  b) Tăng áp suất cân chuyển dịch theo chiều giảm số mol khí (chiều nghịch) c) Dùng chất xúc tác cân không chuyển dịch chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng thuận nghịch lên với số lần �� � N O (k) 2NO (k) �� � bđ: 0,4 � x pư: 2x còn: 0,4 -2x � CM khí  0,  2x  x  0,3 � x  0,1mol / l �v  CNO2 t  0,  0,  0, 01(mol / l.s) 20 10 a) Gọi  CO  lúc tốc độ V1 x, gọi [CO] lúc tốc độ V2 y V2  16V1; V1  kx ; V2  ky � ky  16kx � y  4x � [CO] tăng lên lần  Cl2   k.0, 4.0,3  0,12k; V2  k[CO] �  Cl2   k.0,8.0,  0, 48k b) V1  k[CO] � � V2  4V1 � Tốc độ phản ứng tăng lên lần 11 a) A(k )  B (k ) � C (k )  D(k ) V  k[A][B]2 • Khi nồng độ chất B tăng lên lần nồng độ chất A khơng đổi tốc độ phản ứng tăng lên 42 = 16 lần • Khi áp suất hệ tăng lên lần nồng độ chất A B tăng lên lần � tốc độ phản ứng tăng lên 33 = 27 lần N (k)  3H (k) � 2NH (k) b) Ban đầu: a b � Phản ứng: x � 3x 2x Cân bằng: �  NH   x  � x  2M  N   a  x  � a   x    5M  H   b  3x  � b   3x    8M Trang 15 2HI(k) � H (k)  I (k); K C  12 a) Ban đầu: Phản ứng: Cân bằng: 81 x 0 � � x1 0,5 x1 0,5 x1 x - x1 0, x1 0,5 x1 H2  � I2  0,5x1     x KC  �  � 1  0,1818( 18,18%) 2 [HI]  x  x1  81 x 5,5 b) �� � 2HI(k) H (k)  I (k) �� � HI(k) � 13 K� C   81 KC 1 1/2 H (k)  I (k) K C "   K C   2 CaCO3 (r) � CaO(r)  CO (k); K C Ban đầu: 0,15 Phản ứng: x Cân bằng: 0,15 – x � K C   CO   x Hiệu suất chuyển hóa CaCO3 : H  x x x x 100% x� 100% K C �  0,15 0,15 3 Ở nhiệt độ 8000C, số cân K C  4.10 � H  2 Ở nhiệt độ 850 C, số cân K C  10 � H  4.103 � 100%  2, 67% 0,15 102 � 100%  6, 67% 0,15 � H  8500 C   H  8000 C  Vậy tăng nhiệt độ hiệu suất chuyển hóa CaCO tăng số cân K phản ứng phân hủy CaCO3 tăng 14 9,  0,1(mol) a) n N 2O4  92 N 2O (k) � 2NO (k) Ban đầu: 0,1 Phản ứng: x 2x Cân bằng: 0,1-x 2x Số mol hỗn hợp khí cân là: PV 0,5 � 5,864 0,1  x  x  0,1  x    0,12 � x  0,02mol RT 0, 082(273  25) PNO  n NO2 n hh � Ph  2.0, 02 � 0,5  0,167atm 0.12 PN 2O4  Ph  PNO2  0,5  0,167  0,333 atm b) Hằng số cân phản ứng: KP  PNO PN2O2 (0,167)   8,375.102 0,333 Gọi a áp suất riêng phần NO2 � Áp suất riêng phần N2O4 (0,75 - a) atm Trang 16 a2  8,375.102 � a  8,375.102 a  6, 28125.102  (0, 75  a ) � a  0, 212atm  PNO ; PN 2O4  0, 75  0, 212  0,538atm Phệ (atm) PNO2 0,5 0,167  0,501 0,333 PN 2O4 0.75 0, 212  0,394 0,538 Như vậy, tăng áp suất hệ cân chuyển dịch theo chiều nghịch làm giảm nồng độ NO tăng nồng độ N2O4, nghĩa cân chuyển dịch theo chiều làm giảm số mol khí hệ xuống, điều phù hợp với ngun lí Le Chatelier 15 Gọi x, y số mol ban đầu SO2 O2 Ta có: 64 x  32 y  2.22, � y  1,5 x x y �� � 2SO3 (k) 2SO (k)  O (k) �� � Ban đầu: Phản ứng: x xh � Cân bằng: x   h  1,5x 0,5xh � xh 1,5x – 0,5xh xh � n s  x(1  h)  1.5x  0,5xh  xh  2.5x  0.5xh nt  x  1n5 x  2,5 16 Bạn đọc tự giải Đáp số: 75% �� � H (k)  CO (k) CO(k)  H O(k) �� 17 � Theo định luật tác dụng khối lượng: K p  PCO2 � PH PCO � PH2 Giá trị Kp phản ứng tính từ số phân li H2O CO2 2CO (k) � 2CO(k)  O2 (k) K P(CO2 )  PCO PO2   1 PCO 2H 2O(k) � 2H (k)  O (k) K p(H2O)  PH2 � PO2  2 P11,0 Vì tạo thành khí than ướt, CO2 tồn với H2O nên nồng độ cân O2 phân li CO2 H2O Do vậy, chia (2) cho (1), ta được: K P(H2O) K P(CO2 )  PCO , PH22 � PO2 2 H2 O P CO � P � PO2  PCO P112 ,� H 2O P CO � P  K 2p � K p  K p(H O) K P CO2  Để giải toán này, ta biểu diễn số cân phản ứng phân li nước cacbon đioxit qua áp suất tổng cộng độ phân li:   1  21 1 PCO  P; PO2  P; PCO2  P  1  1  1 Thay vào (1): K P(CO2 ) P31 �  1,890.108 P (vì 1  ) Trang 17 Thay vào (2) ta có: P3 0,9234.10 8  0, 699 K P H2O  �  0,9234.108 (   ) � K P  1,890.108 �� � 2NO (k) n N 2O (k) �� � 18 a) Ban đầu: Phản ứng: a a Cân bằng: a  1  2 a a a 1  2 a Áp suất riêng phần cân bằng: 2 a 2 � PNO2  P P� PNO a (1   ) 1 � 4 P  �� K P  a (1   ) 1  � PN 2O   PN 2O4  P P a (1   ) 1  � � 1,588  0, 01726  1,726.102 mol 92 PV 1.0,5 � nkhi  a(1   )  1, 726.102 (1   )    0, 02046 RT 0, 082.298 �   0,1854(18,54%) b) Ta có: a  Kp  PNO PN2O4  4 P 4.0,1854 �   0,1424 2 1  0,1854 2 P 2.0,1854.1   0,3128(atm)    0,1854 (1   ) P (1  0,1854) �    0, 6872(atm) 1   0,1854 PNO2  PN 2O4 19 �� � CO(k)  H O(k) CO (k)  H (k) �� � a) Ban đầu: Phản ứng: Cân bằng: Ta có: K C  a x  0,  x  0,8 x 2 a  0,8  x  x x x x x2  � x  0,16M (0,  x)(0,8  x) Vậy:  CO2   0,  0,16  0,04M;  H   0,8  0,16  0, 64M [CO]   H 2O   0,16M b) Ta có: H 298 (phản ứng)  110,525  (241,818)  (393,509)  41,166kJ / mol S 298 (phản ứng)  197,565  188, 716  (213.63  130,575)  42, 076kJ / mol Mà: G 0298  I0298  TS0298  RT ln K P � KP  e  H o298 T S 298 RT e  1.166.103  298.42.076 8.314.298  9,592.106 Trang 18 20 �� � 2NO(k)  Cl (k) a) 2NOCl(k) �� � Ta có: H 298 (phản ứng)  2.90, 25  2.51, 71  77, 08kJ.mol 1  77,08.103 J.mol1 H 298 K 1 (phản ứng)  2.21.1  22,3  2.26,  11, 7J.mol1 � G 0298  H 0208  TS298  RTlnK p � KP  e  H e2 m  TSO 2m e RT  77.08101  29811.7 8314.798  1, 26.1013 b) Cho H , S thay đổi theo nhiệt độ không đáng kể nên: �Kp e '  H 0298 T S 298 475R e  77.08.103  475.11.7 8.314.475  1,36.108 ' c) Ở 298K 475K, KP K P nhỏ nên ta coi NOCl phân hủy khơng đáng kể � n  n NOCl ban đầu = 0,03 mol nRT 0, 03.0, 082.298   0,367atm V nRT 0, 03.0, 082.475    0,584atm V P298  P475 Trang 19 ...  29811 .7 8314 .79 8  1, 26.1013 b) Cho H , S thay đổi theo nhiệt độ không đáng kể nên: �Kp e ''  H 0298 T S 298 475 R e  77 .08.103  475 .11 .7 8.314. 475  1,36.108 '' c) Ở 298K 475 K, KP... 2.51, 71  77 , 08kJ.mol 1  77 ,08.103 J.mol1 H 298 K 1 (phản ứng)  2.21.1  22,3  2.26,  11, 7J.mol1 � G 0298  H 0208  TS298  RTlnK p � KP  e  H e2 m  TSO 2m e RT  77 .08101... 0,1 67  0,333 atm b) Hằng số cân phản ứng: KP  PNO PN2O2 (0,1 67)   8, 375 .102 0,333 Gọi a áp suất riêng phần NO2 � Áp suất riêng phần N2O4 (0 ,75 - a) atm Trang 16 a2  8, 375 .102 � a  8, 375 .102