CÂN BẰNG HOÁ HỌC A/ LÝ THUYẾT I- Khái niệm phản ứng chiều phản ứng thuận nghịch Phản ứng chiều:là phản ứng xảy theo chiều từ trái sang phải; phản ứng thực đến cùng, nghĩa tất chất phản ứng chuyển thành sản phẩm Phản ứng thuận nghịch: phản ứng xảy theo hai chiều ngược điều kiện, nghĩa chất đầu phản ứng với để tạo thành sản phẩm, đồng thời sản phẩm phản ứng với để tạo thành chất ban đầu Đặc điểm phản ứng thuận nghịch: - Phản ứng thuận nghịch phản ứng khơng hồn tồn Ở điều kiện nhiệt độ áp suất phản ứng xảy theo chiều thuận nghịch - Dù xuất phát từ chất đầu hay từ sản phẩm, cuối người ta thu kết quả: tỉ lệ số mol chất cố định - Nếu điều kiện phản ứng khơng thay đổi dù có kéo dài phản ứng đến bao lâu, trạng thái cuối hệ giữ nguyên II- Cân hóa học + Cân hóa học trạng thái phản ứng thuận nghịch tốc độ phản ứng thuận tốc độ phản ứng nghịch + Ở trạng thái cân phản ứng không dừng lại mà tiếp tục xảy Ta nói cân hóa học cân động III- Hằng số cân → cC + dD+ … + Xét phản ứng sau: aA + bB + … ¬ vt = kt C aA C bB … c = kn C C C dD … ( kt, kn số tốc độ phản ứng thuận nghịch, phụ thuộc vào nhiệt độ CA, CB, CC, CD,… nồng độ chất thời điểm t bất kì.) Khi đạt đến trạng thái cân bằng: vt = ⇔ kt C aA C bB … = kn C Cc C dD … k t C Cc C Dd [C ]c [ D] d = = = const = KC k n C Aa C Bb [ A] a [ B ]b ( [A], [B], [C], [D],… nồng độ chất trạng thái cân bằng.) KC gọi số cân phản ứng: - K đại lượng khơng có thứ nguyên - Hằng số cân phản ứng phụ thuộc vào nhiệt độ chất phản ứng - Hằng số cân phản ứng đặc trưng cho mức độ tiến triển phản ứng từ trái sang phải - Khi KC lớn tức [C] c [D] d lớn, [A].[B] nhỏ phản ứng diễn theo chiều thuận ngược lại - Đối với phản ứng có chất rắn tham gia nồng độ áp suất chất rắn coi số không đưa vào số KC hay KP - Tuỳ đặc điểm tính chất loại phản ứng hố học mà số cân có tên gọi khác nhau: số axit, số bazơ, số điện li, tích số tan, tích số ion nước,… + Đối với hệ khí: Ngồi tính theo số cân KC ( nồng độ mol/l) chất mà cịn tính theo số cân tính theo áp suất riêng chất khí hỗn hợp PCc PDd KP = a b (1) PA PB + Mối liên hệ KC KP n.RT Có : PV = nRT P = = C RT nên PA = CA.RT, PB = CB RT; … V Ở trạng thái cân bằng: PA = [A] RT; PB = [B].RT;… ([C ].RT ) c ([ D].RT ) d [C ]c [ D] d Thế vào (1): KP = (RT)(c+d)-(a+b ) = KC (RT)n a b = a b ([ A].RT ) ([ B ].RT ) [ A] [ B ] Trong n hiệu số mol khí sản phẩm số mol khí ban đầu phản ứng xét III-Mối Liên hệ số cân đẳng nhiệt- đẳng áp ∆ G = ∆ G0 + RTlnK Khi hệ đạt trạng thái cân ∆ G = ⇒ ∆ G0 = - RTlnK Với phương trình phản ứng thể khí ta có: ∆ G0 = - RTlnKp Khi chất thể lỏng ta có: ∆ G0 = - RTlnKC IV- ảnh hưởng nhiệt độ lên cân hoá học ∆G0 = - RTlnK = ∆ H0 - T ∆S0 ⇒ lnK = -∆H0/RT + ∆S0/R Giả sử nhiệt độ T1 số cân K1, nhiệt độ T2 số cân K2 Giả thiết khoảng nhiệt độ từ T1 đến T2 , ∆ H ∆ S thay đổi khơng đáng kể Ta có: lnK1 = - ∆H0/RT1 + ∆S0 / R (1) lnK2 = -∆H0/RT2 + ∆S0/R (2) ∆H 1 Lấy (2) - (1): lnK2-lnK1 = - ∆H0/RT2 – (- ∆H0/RT1) ⇔ ln(K2/K1) = − ( CT Van Hôp ) R T2 T1 IV- Sự chuyển dịch cân hố học Ngun lí Lơ Satơliê - Cân hố học cân động, hệ cân đặc trưng giá trị hoàn toàn xác định thông số nhiệt độ, áp suất, nồng độ chất, Nếu thay đổi yếu tố trạng thái hệ bị thay đổi, thông số hệ nhận giá trị đó, hệ chuyển sang trạng thái Hiện tượng gọi chuyển dịch cân hoá học a) Ảnh hưởng nồng độ [C ]c [ D] d → Giả sử có phản ứng a A + bB ¬ ∆G = ∆G + RTln cC + dD [ A] a [ B ]b Lúc phản ứng đạt đến trạng thái cân ∆ G = - Nếu tăng nồng độ chất phản ứng, giảm nồng độ sản phẩm , biểu thức sau dấu ln giảm, ∆ G < 0, hệ khơng cịn trạng thái cân nữa, phản ứng dịch chuyển theo chiều thuận ∆ G = - Nếu tăng nồng độ sản phẩm gây kết ngược lại * Vậy: Khi tăng nồng độ chất phản ứng làm giảm nồng độ sản phẩm cân dịch chuyển theo chiều thuận Khi tăng nồng độ sản phẩm giảm nồng độ chất phản ứng cân dịch chuyển theo chiều nghịch * Nhận xét: Với chất khí, tăng nồng độ chất tăng áp suất riêng phần chất Do dự thay đổi áp suất riêng phần chất đến dịch chuyển cân hoá học tương tự ảnh hưởng thay đổi nồng độ b) Ảnh hưởng nhiệt độ Từ phương trình: ∆ G0 = - RTlnK = ∆H0- T ∆S0 lnK = -∆H0/RT + ∆S0/R Nếu coi ∆ H0 ∆ S0 không phụ thuộc vào nhiệt độ - Đối với phản ứng phát nhiệt (∆ H0 < 0), nhiệt độ tăng, số hạng –∆H0/RT giảm K giảm cân chuyển dịch phía phản ứng nghịch tức phản ứng thu nhiệt - Đối với phản ứng thu nhiệt ( ∆ H0 > 0), nhiệt độ tăng, số hạng –∆H0/RT tăng K tăng cân chuyển dịch phía phản ứng thuận tức phản ứng thu nhiệt Ngược lại với trình làm giảm nhiệt độ phản ứng c) Ảnh hưởng áp suất → cC + dD Với phản ứng tổng quát pha khí: a A + bB ¬ PCc PCd KP = a b PA PB Với P áp suất chung hỗn hợp; xi phần mol khí i; Pi áp suất riêng phần khí i hỗn hợp: Pi = xi P xCc x Dd (c+d)-(a+b) ( x C P ) c ( x D P ) d Khi đó: KP = = a b P = Kx P∆ n ( x A P) A ( x B P) b x A x B ∆ n biến thiên số mol khí hệ phản ứng Khi hệ trạng thái cân ta có: ∆ G = ∆ G0 + RTlnKp = ∆ G0 + RT lnKx P∆ n nhiệt độ cố định thay đổi áp suất chung hệ giá trị ∆ G phụ thuộc vào P∆ n Xảy trường hợp sau: - Khi ∆ n = 0, nghĩa số mol phân tử khí vế phương trình phản ứng ∆ G = ∆ G0+ RTlnKx= Trạng thái cân hệ không thay đổi thay đổi áp suất hệ - Khi ∆ n > 0, nghĩa số mol phân tử khí hai vế phương trình phản ứng lớn vế trái Khi áp suất chung hệ tăng lên, ∆ G hệ > Cân dịch chuyển theo chiều nghịch - Khi ∆ n < 0, nghĩa số phân tử khí vế trái phương trình lớn vế phải Khi áp suất chung P hệ tăng lên, giá trị P∆ n giảm xuống, biến thiên đẳng áp ∆ G hệ trở thành âm ( ∆ G < 0) Phản ứng xảy theo chiều thuận, nói cách khác cân chuyển dịch phía có số phân tử khí Vậy: Khi tăng áp suất chung hệ, cân dịch chuyển phía có số phân tử khí để chống lại tăng áp suất Khi giảm áp suất chung hệ ngược lại B/ BÀI TẬP Trong bình kín dung tích 10 lit chứa mol SO2 0,5 mol O2 7270C tới nồng độ chất không đổi thu 0,68 mol SO3 Tính KC KP phản ứng viết phản ứng dạng: → 2SO3 (1) → SO3 ( 2) 2SO2 + O2 ¬ SO2 + 1/2 O2 ¬ HD: CSO2 = 0,1 M; CO2 = 0,05 M; Ở trạng thái cân bằng: [SO3] = 0,068 M → [SO2] = 0,032 M; [O2] = 0,016 M [ SO3 ] * Nếu phản ứng viết dạng (1) : KC1 = = 282 → KP1 = KC1.(0,082.1000)-1 = 3,44 [ SO2 ] [O2 ] * Nếu viết phản ứng dạng (2) : KC2 = K C1 = 16,8; KP2 = K P1 = 1,85 Khi trộn mol C2H5OH với mol CH3COOH phản ứng xảy nhiệt độ thường, lúc cân thấy tạo thành 2/3 mol este Nếu thêm mol C2H5OH vào hệ đạt trạng thái cân mol este tạo thành lúc cân thiết lập? Cho thể tích hệ cố định HD: Gọi thể tích hệ V CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O C 1/V 1/V [] 1/3V 1/3V 2/3V 2/3V Từ phương trình : KC = Khi hệ cân thêm vào hệ mol C2H5OH ta có: CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O C (2 + 1/3)V 1/3V 2/3 V 2/3V [] (2 + 1/3 -x)V (1/3 – x)V (2/3 + x)V (2/3 + x)V Giải được: x = 0,236 mol → số mol este trạng thái cân là: 0,9 mol → cân chuyển dịch theo chiều thuận → N2O4 ph©n hủ theo phản ứng N2O4 (k) NO2 (k) 270C atm độ phân huỷ 20 % Xác định : a) Hằng số cân KP, KC b) Độ phân huỷ 270C dới áp suất 0,1 atm c) Độ phân huỷ mẫu N2O4 có khối lợng 69 gam, chứa bình tÝch 20 lit ë 270C HD: → a) N2O4 (k) NO2 (k) Ban đầu: mol mol Ph©n li α mol 2α mol C©n b»ng trạng thái cân bằng: nh= 1+ α ; PN2O4 = (1-α)P/(1+α); PNO2 = (2α)P/(1+α) P.α → KP = = 0,17→ KC = 6,78.10-3 1−α b) KP phụ thuộc vào nhiệt độ, víi P = 0,1 KP = 0,17 c) nN2O4 =69/92 = 0,75 mol Đối với phản ứng H2 + I2 2HI ngời ta thu đợc kiÖn sau: T(K) KP 731 49,8 764 45,9 Dù đoán chiều hớng phản ứng tăng, giảm nhiệt độ Xác định hiệu ứng nhiệt phản ứng để chứng minh dự đoán hay sai HD: - Ta thấy nhiệt độ tăng KP giảm vậy: tăng nhiệt độ cân chuyển dịch theo chiều nghịch; nhiệt độ giảm cân chuyển dịch theo chiều thuận - Dựa vào phơng trình mối quan hệ KP H0 ta tính đợc : ∆ H0 = -11,47 kJ → ph¶n øng theo chiỊu thuận toả nhiệt dự đoán Người ta đun nóng lượng PCl5 bình kín thể tích 12 lit 2500C:PCl5 (k) PCl3(k) + Cl2(k) Lúc cân bình có 0,21 mol PCl5, 0,32 mol PCl3; 0,32 mol Cl2 Tính số cân KC, KP ∆ G0 phản ứng ĐS: KC =0,0406; KP = 1,741 ; ∆G0 = -2410,9 J/mol Trong bình kín dung tích 10 lit có 0,5 mol H2 0,5 mol I2 phản ứng với 4480C: H2(k) + I2 (k) 2HI(k) Hằng số cân KC = 50 Tính: a) KP b) áp suất chung bình c) Số mol I2 cịn lại bình lúc cân d) áp suất riêng chất lúc cân ĐS: a) 50; b) 5,9122 atm ; c) 0,111 mol; d) PH2= PI2 = 0,656 atm ; PHI = 4,599 atm 817 0C số cân KP phản ứng CO2 C( r ) nóng đỏ, dư để tạo thành CO 10 Xác định: a) Phần mol khí hỗn hợp lúc cân áp suất chung atm b) áp suất riêng CO2 lúc cân c) áp suất chung hỗn hợp cho lúc cân CO2 chiếm 6% thể tích → 2CO(K) HD: CO2 (k) + C(r ) ¬ BĐ mol PƯ x mol 2x mol CB –x 2x mol Phần mol ( – x)/ (1+x) 2x/( 1+ x) a) KP = 10 => x = 0,62 => x CO2 = 0,235; xCO = 0,765 ; b) PCO2 = 0,94 atm ; c) P = 0,677 atm → 2CO (k) Phản ứng đạt đến cân 109K với số cân Kp = 10: C (r) + CO2 (k) ¬ a) Tìm hàm lượng khí CO hỗn hợp cân bằng, biết áp suất chung hệ 1,5atm b) Để có hàm lượng CO 50% thể tích áp suất chung bao nhiêu? ∑n → 2CO Giải: (a) C + CO2 ¬ [] (1 - x) 2x + x (mol) Ta có: → x = 0,79 Vậy hỗn hợp cân chứa 2.0,79 = 1,58 mol CO (88,27%) – 0,79 = 0,21 mol CO2 (11,73%) b) → CO2 + H2 K = Nếu xuất phát từ hỗn 8250C số cân phản ứng : CO + H2O ¬ hợp đồng phân tử CO H2O 825 C áp suất atm lúc cân độ chuyển hố CO bao nhiêu? Nếu độ chuyển hóa CO 99% phải dùng mol nước cho mol CO ĐS: Độ chuyển hóa α = 0,5; nH2O = 99 mol 10 8200C số cân phản ứng : 1) CaCO3 CaO + CO2 K1 = 0,2 2) C + CO2 2CO K2 = Trong bình chân khơng thể tích 22,4 lit giữ 8200C, người ta cho vào mol CaCO3 mol C Xác định thành phần hệ lúc cân Sự phân huỷ CaCO3 hồn tồn thể tích bình bao nhiêu? HD: a) K1 = PCO = 0,2 (atm); Từ PV = nRT với R = 0,082→ Số mol CO2 = 0,05 số mol CO = 0,16 Gọi số mol CaCO3 C phản ứng x y → CaO + CO2 → 2CO CaCO3 ¬ C+ CO2 ¬ [] (1 – x) x (x – y) (1 – y) y 2y Ta có: x – y = 0,05 2y = 0,16 → x = 0,13 y = 0,08 Số mol: CaCO3 = 0,87; CaO = 0,13; C = 0,92; CO2= 0,05; CO = 0,16 b) Khi CaCO3 phân huỷ hồn tồn x’ = → số mol CO2 = – x’ ta có: 0,2V = (1 – y’)RT 0,63V = 2y’RT Giải phương trình cho V = 174 lít Vậy thể tích tăng, áp suất chung giảm cân chuyển dịch theo chiều làm tăng áp suất, tức theo chiểu tạo khí CO2.(kết phù hợp nguyên lý Le Chaterlier) → 2SO3 (k) ∆H = - 198 kJ 11 Cho phản ứng: 2SO2 (k) + O2 (k) ¬ Cho 10,51 mol khí SO2 37,17 mol khơng khí (20%V O2 cịn lại N2) có xúc tác V2O5 Thực phản ứng 4270C, atm phản ứng đạt hiệu suất 98% Tính số cân KC, KP phản ứng 4270C HD: nO2 bđ = 7,434 (mol), nN2 bđ = 29,736 (mol) → 2SO3 (k) ∆H = - 198 kJ 2SO2 (k) + O2 ¬ Ban đầu: 10,51 (mol) 7,434 (mol) Lúc phản ứng: 10,3 (mol) 5,15 (mol) 10,3 (mol) Lúc CB: 0,21 (mol) 2,284 (mol) 10,3 (mol) Σsố mol hỗn hợp TTCB = 0,21 + 2,284 + 10,3 + 29,736 = 42,53 (mol) Pi = xi.P = xi.1 = xi (R = 0,082, T = 427 + 273 = 7000K, ∆n = -1) 12 Cho cân hóa học sau: N2O4 (k) ⇌ 2NO2 (k) (1) Thực nghiệm cho biết khối lượng mol phân tử trung bình hai khí 35oC 72,45 g/mol 45oC 66,80 g/mol a) Tính độ phân li N2O4 nhiệt độ trên? b) Tính số cân KP (1) nhiệt độ trên? Biết P = atm c) Cho biết theo chiều nghịch, phản ứng thu nhiệt hay tỏa nhiệt? HD: Xét cân bằng: N2O4 (k) ⇌ 2NO2 (k) (1) a) Gọi a số mol N2O4 có mol hỗn hợp ⇒ số mol NO2 mol hỗn hợp (1 - a) mol *Ở 350C có M = 72,45 g/mol = 92a + 46(1 - a) ⇒ a = 0,575 mol = nN2O4 nNO2 = 0,425 mol N2O4 (k) ⇌ 2NO2 (k) Ban đầu x Phản ứng 0,2125 0,425 Cân x - 0,2125 0,425 x - 0,2125 = 0,575 ⇒ x = 0,7875 mol *Ở 450C có M = 66,80 g/mol = 92a + 46(1 - a) ⇒ a = 0,4521mol = nN2O4 nNO2 = 0,5479 mol N2O4(k) ⇌ 2NO2(k) Ban đầu x Phản ứng 0,27395 0,5479 Cân x - 0,27395 0,5479 x - 0,27395 = 0,4521 ⇒ x = 0,72605 mol c) Từ kết thực nghiệm ta thấy, nhiệt độ tăng từ 350C lên 450C α tăng Có nghĩa nhiệt độ tăng cân dịch chuyển theo chiều thuận Vậy theo chiều thuận phản ứng thu nhiệt, nên theo chiều nghịch phản ứng tỏa nhiệt 13 Tính xem có % chất ban đầu (N2 + 3H2 ) chuyển thành amoniac, phản ứng thực 500 atm ,1000atm nhận xét kết với nguyên lí chuyển dịch cân bằng? Biết số cân phản ứng điều chế amoniac 5000C 1,5.10–5 atm–2 HD: N2 + 3H2 ⇌ 2NH3 => P =500atm => PNH3 = 152atm : P = 1000atm => PNH3 = 424 atm Tính % chuyển hố: N2 + 3H2 ⇌ 2NH3 Ban đầu: mol Phản ứng a 3a 2a mol Sau phản ứng (1-a) (3-3a) 2a mol => áp suất tăng cân chuyển dịch theo chiều làm giảm áp suất hệ 14 Xét phản ứng tổng hợp amoniac : N2 (k) + 3H2 (k) 2NH3 (k) Ở 450oC số cân phản ứng KP = 1,5.10-5 a) Ban đầu trộn N2 H2 theo tỉ lệ 1:3 thể tích Tính hiệu suất phản ứng tổng hợp NH3 áp suất hệ 500 atm 1000 atm b) Các kết tính có phù hợp với ngun lý chuyển dời cân hóa học hay khơng? HD: a) Gọi x h số mol ban đầu N2 hiệu suất phản ứng N2 (k) + 3H2 (k) 2NH3 (k) no x 3x n hx 3hx 2hx x(1-h) 3x(1-h) 2hx → ∑ n = x(4-2h) -Tại 500 atm, (*) ⇔ 14,1h2 - 28,2h + 10,1 = với h ≤ → h = 0,467 , hiệu suất phản ứng 46,7% -Tại 1000 atm, (*) ⇔ 14,1h2 - 28,2h + 10,1 = với h ≤ → h = 0,593 , hiệu suất phản ứng 59,3% => h = 0,593 , hiệu suất phản ứng 59,3% b) Khi áp suất tăng, hiệu suất phản ứng tổng hợp NH3 tăng Điều phù hợp với nguyên lý chuyển dời cân Khi tăng áp suất, cân chuyển dịi theo chiều làm giảm số phân tử khí (với phản ứng tổng hợp NH3 chiều thuận) 15 Có cân bằng: N2O4 (K) 2NO2 (K) Cho 18,4gam N2O4 vào bình dung tích 5,904 lít 270C Lúc cân áp suất hỗn hợp khí bình 1atm Tính áp suất riêng phần NO2 N2O4 lúc cân Nếu giảm áp suất hệ lúc cân xuống 0,5 atm áp suất riêng phần NO2, N2O4 lúc bao nhiêu? Kết có phù hợp nguyên lý Le Chatelier không ? HD: nN2O4 = 18,4/92 = 0,2 mol N2O4 2NO2 Ban đầu 0,2 Cân 0,2 - x 2x Tổng số mol có hệ lúc cân bằng: 0,2 – x + 2x = 0,2 + x PV 5,904 0, + x = = = 0, 24 ⇒ x = 0, 04 RT 0,082(273 27) nNO2 (lúc cân bằng) = 0,08 mol; nN2O4 (lúc cân bằng) = 0,2 – 0,04 = 0,16 mol Vì số mol N2O4 gấp đôi số mol NO2 nên áp suất N2O4 gấp đôi NO2 Đặt PNO2 cân P áp suất N2O4 cân là: 0,5 – P Từ đó: P2 KP = = ⇒ 6P + P − 0,5 = > PNO2 = 0,217 (atm); PN2O5 = 0,283 (atm) 0,5 − P PNO2 0, 217 PNO2 = ≈ 0, 77 So sánh với trường hợp trên: = = 0,5 Kết quả: PN2O4 0, 283 PN2O4 Vậy: Khi áp suất hệ xuống cân dịch chuyển sang phía làm tăng áp suất hệ lên, nghĩa sang phía có nhiều phân tử khí (phù hợp nguyên lý) 16 Cân bằng: N2O4(k) 2NO2(k) nhận xuất phát từ a mol N2O4 Gọi α độ phân li N2O4 a/ Tính số mol NO2, N2O4 tổng số mol hệ cân theo a α ? b/Tính áp suất riêng phần NO2, N2O4 cân theo α áp suất tổng P hệ? Tính KP theo α P? c/ Nếu ban đầu có 1,588 gam N2O4 bình 0,5 lít 250C P = 760 mmHg α , áp suất riêng phần NO2, N2O4 lúc cân bao nhiêu? HD: NO2 =2a α , N2O4=a(1- α ), PNO2 =2 α P/(1+ α ), PN2O4=(1- α )P/(1+ α ) P =4 α2P/(1- α )(1+ α ); α = 0,1587, K P= 0,103, PNO2 = 0,274 atm, PN2O4 = 0,726 atm 17 Nung FeS2 khơng khí, kết thúc phản ứng thu hỗn hợp khí có thành phần: 7% SO2; 10% O2; 83% N2 theo số mol Đun hỗn hợp khí bình kín (có xúc tác) 800K, xảy phản ứng: 2SO2 + O2 2SO3 Kp = 1,21.105 a) Tính độ chuyển hố (% số mol) SO2 thành SO3 800K, biết áp suất bình lúc atm, số mol hỗn hợp khí ban đầu (khi chưa đun nóng) 100 mol b) Nếu tăng áp suất lên lần, tính độ chuyển hoá SO2 thành SO3, nhận xét chuyển dịch cân HD: a) Cân bằng: 2SO2 + O2 2SO3 Ban đầu: 10 (mol) lúc cân bằng: (7-x) (10 - 0,5x) x Tổng số mol khí lúc cân bằng: 100 – 0,5x = n áp suất riêng khí: (x: số mol SO2 phản ứng) 49.96,5 = 1,21 105 → x = 6,9225 (7-x ) 6,5 Vậy độ chuyển hóa SO2 →SO3: 6,9225.100 / = 98,89% b) Nếu áp suất tăng lần tương tự có: 7- x’ = 0,300 10 −2 = 0,0548 → x’ = 6,9452 →độ chuyển hoá SO2 → SO3: (6,9452 100)/7 = 99,21% Kết phù hợp nguyên lý Lơsatơlie: tăng áp suất phản ứng chuyển theo chiều phía có số phân tử khí 18 Haber số nhà hố học có đóng góp quan trọng vào phản ứng tổng hợp amoniac từ khí hiđro nitơ Trong TN1 472 oC, Haber cộng thu [H2] = 0,1207M; [N2] = 0,0402M; [NH3] = 0,00272M hệ phản ứng đạt đến cân Trong TN2 500 oC, người ta thu hỗn hợp cân có áp suất riêng phần H 0,733 atm; N2 0,527 atm NH3 1,73.10-3 atm → 2NH3 (k) tỏa nhiệt hay thu nhiệt? Tại sao? a Phản ứng: 3H2(k) + N2(k) ¬ b Nếu TN1, sau đạt tới cân hóa học, thể tích bình phản ứng bị giảm nửa diễn trình gì? Tại sao? K>> → x ≈ → Ta có : [NH3 ]2 (0,00272) = HD: a Tại 472 C, Kc = = 0,105 [H ]3 [N ] (0,1207)3 (0,0402) → K p = K c (RT) ∆n = 0,105(0, 082.(472 + 273)) −2 = 2,81.10-5; Tại 500 C, Kp = p 2NH3 p3H p N = (1,73.10-3 ) = 1,44.10-5 < 2,81.10-5 Nhiệt độ tăng, Kp giảm → phản ứng tỏa (0,733)3 (0,527) nhiệt (theo nguyên lí Lơ Satơlie) b Khi V giảm nửa → nồng độ tăng lần → Qc = (0,00272 2)2 = 2,62.10-2 < Kc → cân (0,1207 2)3 (0,0402 2) hoá học chuyển dời sang phải để Qc tăng tới Kc → 19 Đối với phản ứng thuận nghịch pha khí SO2 + O2 ¬ SO3 a Người ta cho vào bình kín thể tích khơng đổi 3,0 lít hỗn hợp gồm 0,20 mol SO 0,15 mol SO2 Cân hóa học thiết lập 250C áp suất chung hệ 3,20 atm Hãy tính tỉ lệ oxi hỗn hợp cân b Ở 250C, người ta cho vào bình khí SO Ở trạng thái cân hóa học thấy có 0,105 mol O 2.Tính tỉ lệ SO3 bị phân hủy, thành phần hỗn hợp khí áp suất chung hệ → HD:a SO2 + O2 ¬ SO3 (1) ban đầu 0,15 0,20 lúc cbhh ( 0,15 + 2z) z (0,20 – 2z) Tổng số mol khí lúc cbhh n1 = 0,15 + 2z + z + 0,20 – 2z = 0,35 + z Từ pt trạng thái: P1V = n1RT → n1 = P1V / RT = 3,2.3/0,082.298 = 0,393 → z = 0,043 Vậy x O = z / n1 = 0,043/ 0,393 = 0,1094 hay hỗn hợp cân oxi chiếm 10,94% → SO3 b SO2 + O2 ¬ (2) ban đầu 0 y lúc cbhh 0,105 0,105 (y – 0,105) Trạng thái cbhh xét (1) (2) T (và V) nên ta có : 2 K = const; vậy: n SO / (n SO n O ) = const 2 Theo (1) ta có: n SO /(n SO n O ) = (0,20 – 0,043)2 /(0,15 + 0,086)2.0,043 = 5,43 2 Theo (2) ta có n SO / (n SO n O ) = (y – 0,21)2/ (0,21)2.0,105 = 5,43 Từ có phương trình y2 – 0,42 y + 0,019 = Giải pt ta y1 = 0,369; y2 = 0,0515 < 0,105 (loại nghiệm y2) Do ban đầu có y = 0,369 mol SO3; phân li 0,21 mol nên tỉ lệ SO3 phân li 56,91% Tại cbhh tổng số mol khí 0,369 + 0, 105 = 0,474 nên: SO3 chiếm ( 0,159 / 0,474).100% = 33,54%; SO2 chiếm ( 0,21 / 0,474).100% = 44,30%; O2 chiếm 100% - 33,54% - 44,30% = 22,16% Từ pt trạng thái: P2V = n2RT → P2 = n2 RT/ V = 0,474.0,082.298/3 → P2 = 3,86 atm → 2CO(k) (1) 20 Đối với phản ứng: C(r) + CO2(k) ¬ Trạng thái cân xác định kiện sau Nhiệt độ(0C) Áp suất toàn phần (atm) %CO hỗn hợp 800 2,57 74,55 900 2,30 93,08 -16 → Đối với phản ứng 2CO2(k) ¬ 2CO(k) + O2(k) (2) Hằng số cân 900 C 1,25.10 atm Tính ∆H, ∆S 9000C phản ứng (2), biết nhiệt tạo thành 9000C CO2 -390,7kJ/mol HD: Chấp nhận khí khí lí tưởng, áp suất khí hệ (1) Nhiệt độ(0C) Áp suất CO2 Áp suất CO 800 2,57.0,2545 2,57.0,7455 900 2,30.0,0692 2,30.0,9308 Hằng số cân hệ nhiệt độ tương ứng là: 2 pCO pCO * Ở 1073K: K1 = = 5,6123 atm * Ở 1173K: K2 = = 28,7962 atm pCO pCO K ∆H 1 = − ÷ thay số → ∆H = 171,12 kJ/mol K1 R T1 T2 Vì ∆H không đổi giới hạn nhiệt độ nên coi ∆H 1173K 171,12 kJ/mol Ta có: → 2CO(k) (1) ∆H1 = 171,12 kJ/mol C(r) + CO2(k) ¬ → CO2(k) - C(r) + O2(k) ¬ (3) ∆H3 = - 390,7 kJ/mol → 2CO(k) + O2(k) (2) ∆H2 = ∆H1 - ∆H3 =171,12 – (- 390,7) = 561.82 kJ/mol 2CO2(k) ¬ Lúc ta có ∆G = -RTlnK = - 8,314.1173.ln(1,25.10-16) = 357,2 kJ/mol Mà ∆G = ∆H - T∆S → ∆S = 174,4 J/mol → 3H2(k) + CO2(k) 21 Cho cân hóa học: CH3OH(k) + H2O(k) ¬ (1) Entanpi lượng tự Gibbs 374K có giá trị ∆H 374K = + 53kJ/mol ∆G0374K = -17 kJ/mol Cho vào bình phản ứng mol metanol mol nước có mặt chất xúc tác Duy trì nhiệt độ áp suất bình khơng đổi 374K 105Pa a) Tính số cân (ghi rõ đơn vị có) phản ứng nhiệt độ 374K b) Khi hệ đạt trạng thái cân bằng, tính phần trăm metanol chuyển hóa thành H2 −∆G 17.103 ln K = = = 5, 467 → Kp = 236,75 Kp khơng có đơn vị HD: a) p RT 8,314.374 b) Xét cân bằng: Lại có ln → 3H2(k) + CO2(k) CH3OH(k) + H2O(k) ¬ Ban đầu Phản ứng x Cân 1–x x 1–x 3x 3x x x (mol) (mol) (mol) Tổng số mol khí bình trạng thái cân 2.(1 + x) Mà ta có: pH = 3x x 1− x 1− x Pt ; pCO2 = Pt ; pH 2O = Pt ; pCH 3OH = Pt ; 2(1 + x ) 2(1 + x) 2(1 + x) 2(1 + x) với Pt áp suất tổng bình 105 Pa hay bar; áp suất tiêu chuẩn p° = bar Ta có: 3 p H2 pCO2 3x x ÷ ÷ ÷ p p + 2x + 2x Kp = = 1-x 1-x p CH3OH p H2O ÷ ÷ 0 + 2x + 2x p p = 27x 27 x = = 236, 75 (2 + 2x) (1 - x) 4(1 − x ) Đặt a = x2 ta có a > x >0 (do phản ứng diễn theo chiều thuận) a2 a = 5,922 hay a = 0,8555 > x = 0,925 ⇒ %CH3OH(phản ứng) = 92,5% = 35, 07 hay Ta có: 1− a (1 − a) Chú ý: Trong trường hợp học sinh đổi áp suất đơn vị atm công thức Kp cho điểm tối đa nhiều tài liệu cho p° = 1atm lấy gần bar = atm (chính xác 1atm = 1,01325.105 Pa) 22 Cho cân bằng: PCl5(k) ⇌ PCl3(k) + Cl2(k) KP = 1,85 525K Làm ba thí nghiệm: TN1: Cho mol PCl5 vào bình chân khơng có dung tích khơng đổi Lúc đạt cân 525K, áp suất bình atm TN 2: Làm giống thí nghiệm cho thêm vào bình mol khí agon trì nhiệt độ 525K TN 3: Khi cân thí nghiệm thiết lập nguời ta trì nhiệt độ bình 525K tăng dung tích bình lên cho áp suất cân 2atm Tính số mol PCl5 Cl2 cân thí nghiệm *TN1: PCl5 ⇌ PCl3 + Cl2 CB: – x x x ⇒ Σn = + x 2 x 2x ⇒ x = n Cl = 0,693mol ⇒ n PCl = 0,307mol Ta có: K P = 1,85 = ÷= − x + x 1− x2 *TN2:Thêm Ar vào T, V không đổi nên áp suất riêng phần chất số K p không đổi Cân không chuyển dịch, kết qủa giống thí nghiệm *TN 3: PCl5 ⇌ PCl3 + Cl2 + Ar CB: – x x x Σn = + x 2 x / (2 + x ) 2x K P = 1,85 = ×2= ⇒ x = nCl = 0,77mol ⇒ nPCl = 0,23mol (1 − x ) / (2 + x) − x − x2 o = 129, 7kJ 23 Cho phản ứng : 2NaHCO3 ( r ) Na2CO3( r ) + CO2 (k) + H2O ( k ) ;∆H 298 Áp suất hệ lúc cân P, lúc đầu bình có tinh thể NaHCO Hãy thiết lập phương trình Kp = f(P) Cho a (mol) NaHCO3 vào bình chân khơng dung tích 22,4 Lít Khi cân 47oC đo P = 30,0 mmHg Tính Kp , Kc phản ứng số mol tối thiểu NaHCO cần có bình để đạt áp suất 30,0 mmHg Tính ΔGo, ΔSo phản ứng 47oC, coi ΔHo, ΔSo số HD: Thiết lập phương trình Kp = f(P) Vì Áp suất hệ lúc cân P, lúc đầu bình có tinh thể NaHCO3 Theo phương trình phản ứng, lúc cân hệ có CO2 H2O trạng thái khí nên : 2NaHCO3 ( r ) ƒ Na2CO3( r ) + CO2 (k) + H2O ( k ) Cân P/2 P/2 P ⇒ K p = PCO2 PH 2O = Tính Kp , Kc phản ứng số mol tối thiểu NaHCO3 cần có bình để đạt áp suất 30,0 mmHg 5 30 P ÷ = ⇒ Kc = Kp(RT) – Δn = 3,9 10-4 [0,082 (47 + 273)]-2 = 5,664.10-7 K p = PCO2 PH 2O = 760 −4 = 3,9.10 4 PV 30.22, n( NaHCO3 ) = 2n(CO2 ) = 2n( H 2O ) = = = 0, 0337mol RT 760.0, 082.(47 + 273) Tính ΔGo, ΔSo phản ứng 47oC, coi ΔHo, ΔSo số ∆GTo = − RT ln K p = −8,314.(47 + 273).ln 3,9.10 −4 = 20883J = 20,883kJ ∆H o − ∆G o 129, − 20,883 ∆G = ∆H − T ∆S ⇒ ∆S = = = 0,34kJ K-1 T 47 + 273 → H2(k) + Cl2(k) 24: Cho phản ứng : 2HCl (k) ¬ Hằng số cân Kp phản ứng nhiệt độ 1727oC 727oC : 4,237.10-6 4,90.10-11 Tính ∆H o phản ứng, coi ∆H o số nhiệt độ Tính KP phản ứng sau 727oC : 2HI(k) + Cl2(k) ƒ 2HCl(k) + I2(k) → H2(k) + I2(k) ; KP = 3,8.10-2 727oC Cho biết : 2HI (k) ¬ HD: Tính ∆H o phản ứng, coi ∆H o số nhiệt độ : K (T ) ∆H o 1 4, 237.10−6 ∆H o 1 ln P = − ⇔ ln = − ÷ ÷ −11 K P (T1 ) R T1 T2 4,9.10 8,314 727 + 273 1727 + 273 o o o o ⇒ ∆H o = 189019,55 J = 189, 02kJ → 2HCl(k) + I2(k) Tính KP phản ứng sau 727oC :2HI(k) + Cl2(k) ¬ → H2(k) + I2(k) Xét phản ứng : 2HI (k) KP(1) = 3,8.10-2 727oC ¬ → H2(k) + Cl2(k) 2HCl (k) KP(2) = 4,9.10-11 727oC ¬ 2HI(k) + Cl2(k) ƒ 2HCl(k) + I2(k) KP = KP(1) (KP(2) )-1 -2 -11 -1 ⇒KP = 3,8.10 [4,9.10 ] = 0,7755.10 25 : Ở 1020K, hai cân sau tồn bình kín : → 2CO(k) C(gr) + CO2(k) ¬ Kp = 4,00 → FeO( r ) + CO (k) Fe(tt) + CO2(k) ¬ K’p = 1,25 Tính áp suất riêng phần khí lúc cân Cho mol Fe , mol C(gr) ; 1,2 mol CO2 vào bình chân khơng dung tích 20,0 lít 1020K Tính số mol chất lúc cân HD: Tính áp suất riêng phần khí lúc cân PCO KP = = 4, 00 PCO2 P KP = = 3, 2atm ⇒ PCO2 = CO = 2,56atm ⇒ PCO = K 'P 1, 25 K 'P P K 'P = CO = 1, 25 PCO2 → 2CO(k) C(gr) + CO2(k) ¬ Kp = 4,00 Ban đầu 1,2 Phản ứng x x 2x Cân (1 – x) (1,2-x-y) (2x +y) → FeO( r ) + CO (k) Fe(tt) + CO2(k) ¬ K’p = 1,25 Ban đầu 1,2 0 Phản ứng y y y y Cân (1 – y) (1,2-x-y) y (2x+y) Tổng số mol khí lúc cân : n = (1,2-x-y) + (2x+y) = 1,2 + x PV (3, + 2,56).20 = = 1,377 mol ⇒ x = 0,177 mol RT 0, 082.1020 PV 2,56.20 nCO2 = = = 0, 612mol RT 0, 082.1020 PV 3, 2.20 nCO = = = 0, 765mol RT 0, 082.1020 ⇒ x + y = 0, 765 ⇒ y = 0, 411 Vậy : n( C ) = – x = 0,823 mol ; n ( Fe ) = – y = 0,589 mol → 3FeO ( r ) + CO2 ( k ) 1,1 26 : Ở 1000K, số cân phản ứng : Fe3O4 ( r ) + CO ( k ) ¬ Người ta cho 100 gam Fe3O4 mol CO vào bình phản ứng 10 lít nung nóng lên 1000K Tính thành phần pha khí hệ khơng diễn biến Tính áp suất riêng phần khí theo bar R = 0,082atm.L K-1.mol-1 ; Fe = 56 HD: Tính thành phần pha khí hệ khơng diễn biến → 3FeO ( r ) + CO2 ( k ) Kp = 1,1 Giả sử bình phản ứng có cân : Fe3O4 ( r ) + CO ( k ) ¬ ⇒ 1,2 + x = PCO P = 4,3atm CO2 P + P = P Ta có : CO2 ⇒ CO TQ PCO = 3,9atm nRT 1.mol.0, 082atm.L.K −1.mol −1.1000 PTQ = = = 8, 2atm V 10 1.0, 43 = 0,5244mol ; n(CO) = – 0,5244 = 0,4756 mol ⇒ n(CO2) = 0,82 100 = 0, 431mol Fe3O4 < n(CO2) = 0,5244 mol Điều khơng hợp lý ta cho vào bình 232 Phản ứng ngừng lại trước hệ đạt tới trạng thái cân thiếu Fe3O4 n(Fe3O4) = ; n(CO2) = 0,431 mol ; n(CO) = – 0,431 = 0,569 mol ; n(FeO) = 3.0,431 =1,293 mol 2.Tính áp suất riêng phần khí theo bar 0,569.0, 082.1000 = 4, 6658atm = 4, 726bar P(CO) = 10 0, 431.0, 082.1000 = 3,5342atm = 3,58bar P(CO2) = 10 → 27 (ĐXDHBB BN-2014):Trong hệ có cân H2 + N2 ¬ NH3 (*) thiết lập 400 K người ta xác định áp suất phần sau đây: p H = 0,376.105 Pa , p N = 0,125.105 Pa , p NH3 = 0,499.105 Pa KP = PCO2 = 1,1 Tính số cân Kp ΔG0 phản ứng (*) 400 K Tính lượng N2 NH3, biết hệ có 500 mol H2 Thêm 10 mol H2 vào hệ đồng thời giữ cho nhiệt độ áp suất tổng cộng khơng đổi Bằng cách tính, cho biết cân (*) chuyển dịch theo chiều nào? Trong hệ cân H2/N2/NH3 410 K áp suất tổng cộng 1.105 Pa, người ta tìm được: Kp = 3,679.10-9 Pa-2, nN2 = 500 mol , nH2 = 100 mol nNH3 = 175 mol Nếu thêm 10 mol N2 vào hệ đồng thời giữ cho nhiệt độ áp suất khơng đổi cân chuyển dịch theo chiều nào? Cho: Áp suất tiêu chuẩn P0 = 1,013.105 Pa; R = 8,314 JK-1mol-1; atm = 1,013.105 Pa HD: Kp = PNH PH32 × PN2 ⇒ Kp = (0,499× 105)2 (0,376× 105)3 × (0,125× 105) = 3,747.10−9 Pa-2 K = Kp × P0-Δn ⇒ K = 3,747.10-9 × (1,013.105)2 = 38,45 ΔG0 = -RTlnK ⇒ ΔG0 = -8,314 × 400 × ln 38,45 = -12136 J.mol-1 = - 12,136 kJ.mol-1 nH2 500 × PN2 ⇒ n N2 = n N2 = × 0,125 = 166 mol PH2 0,376 n NH3 = nH2 PH2 × PNH3 ⇒ n NH3 = 500 × 0,499 = 664 mol 0,376 ⇒ n tổng cộng = 1330 mol ⇒ P tổng cộng = 1× 105 Pa Sau thêm 10 mol H2 vào hệ, n tổng cộng = 1340 mol 510 166 664 P H2 = × 1× 105 = 0,380.105 Pa ; P N2 = × 1× 105 = 0,124× 105 Pa; P NH3 = × 1× 105 = 1340 1340 1340 0,496× 105 Pa ΔG = ΔG0 + RTln K 4962 1,013 ΔG = [-12136 + 8,314 × 400 ln ( × )] = -144,5 J.mol−1 ⇒Cân (*) chuyển dịch sang phải 0,124 381 Sau thêm 10 mol N2 hệ có 785 mol khí áp suất phần khí là: 100 510 175 P H2 = × 1× 105 Pa ; P N2 = × 1× 105 Pa ; P= × 1× 105 Pa 785 785 785 ΔG = ΔG0 + RTlnK 1752 ΔG = 8,314 × 410 × [-ln (36,79 × 1,0132 ) + ln ( × 7852 × 1,0132)] = 19,74 J.mol-1 100 × 510 Cân (*) chuyển dịch sang trái 28(ĐXDHBB NĐ-2014) :Thực phản ứng: 2NOCl(k) 2NO(k) + Cl2(k) 1.Ban đầu cho vào bình phản ứng NOCl, thực phản ứng 300 0C Khi hệ đạt trạng thái cân thấy áp suất bình 1,5 atm Hiệu suất phản ứng 30% Tính số cân phản ứng 2.Ở nhiệt độ 3000C, phản ứng tự xảy khơng? Vì sao? 3.Thực phản ứng trì áp suất hệ phản ứng điều kiện đẳng áp: atm Tính phần trăm số mol khí trạng thái cân bằng? 4.Một cách cẩn thận, cho 2,00 gam NOCl vào bình chân khơng tích 2,00 lít Tính áp suất bình lúc cân 3000C HD:1.Phản ứng: 2NOCl(k) 2NO(k) + Cl2(k) x x-2a 2a a suy tổng áp suất hệ: x + a = 1,5 H = 2a/x = 0,3 Ta có : a = 0,196 x = 1,304 ⇒ KP = 0,036 Ta có K < suy lnK < nên ∆G0 > Vậy phản ứng không tự xảy Ta có KP = 0,036 suy KC = 7,661.10-4 ( KP = KC.(RT)∆n) Cbđ = P/RT = 5/0,082.573= 0,106 Phản ứng: 2NOCl(k) 2NO(k) + Cl2(k) 0,106 0,106 - 2a 2a a a.(2a ) = K C = 7, 661.10−4 Suy (0,106 − 2a ) Phần trăm NOCl: 71,8%; Phản ứng: 2NOCl(k) Vậy a = 0,011 Cl2: 9,4%; NO: 18,8% 2NO(k) + Cl2(k) 0,717 0,717 - 2a 2a a a.(2a )2 = K P = 0, 036 Vậy a = 0,125 Áp suất bình hệ đạt TTCB 0,842 atm Suy (0, 717 − 2a) 29 (ĐXDHBB YB-014): Cho cân sau :CO(k) + 2H2 (k) CH3OH (k) ∆H0pư = - 90,0 kJ.mol-1 , giả thiết không đổi khoảng nhiệt độ tiến hành thí nghiệm KP (573K) = 2,5.10-3 Trong bình kín, ban đầu lấy CO H theo tỷ lệ mol : nhiệt độ 573K Xác định áp suất toàn phần hệ để hiệu suất phản ứng đạt 70% Xác định phương trình phụ thuộc lnKP vào T Tại 200 bar, xác định nhiệt độ mà hiệu suất phản ứng đạt 70% Xét cân bằng: CO(k) + 2H2 (k) CH3OH(k) Ban đầu nT = Cân 1-x – 2x x nT = – 2x PH = Hiệu suất đạt 70% -> x = 0,7 ⇒ PCO = PH = 0,375PT KP = PCH 3OH h2 PCO P Ta có : => 2,5.10 −3 = ; 1− x PT = 0,1875PT − 2x PCH 3OH = x PT = 0,4357 PT − 2x 0,4375 2 0,1875.(0,375) PT ∆H pu K P (T ) ln =− K P (573K ) R ⇒ PT = 81,486 (bar) 10.825 1 − 24,88 − ⇒ lnKP(T) = T T 573 Tại PT = 200 bar hiệu suất 70% 0,4375 10825 = 4,15.10 − (bar − ) ⇒ lnKP(T) = -7,79= − 24,88 =>T= 633K 2 0,1875.(0,375) 200 T 30: Cho số liệu sau phản ứng loại H2 C2H6 ⇒ KP(T) = 1) Tính Kp phản ứng khử hidro 900K đơn vị Pa 2) Tại trạng thái cân bằng, bình phản ứng có áp suất tổng hợp atm Tính KC KX 3) Người ta dẫn etan 6270C qua chất xúc tác khử hidro Tính phần trăm thể tích chất lúc cân Biết áp suất hệ lúc cân 101300 Pa 4) Tính KP phản ứng khử H2 600K Giả thiết khoảng nhiệt độ từ 600 – 900K có giá trị khơng đổi Giải thích khác giá trị KP 600K 900K Ta có Thay số Kp = K KC = KP.(RT)-∆n = 5,017.10-2.(0,082.900)-1 = 6,79.10-4 (mol/l) KX = KP.P-∆n = 5,017.10-2.2-1 = 2,5.10-2 Giả sử ban đầu có 1mol C2H6 Xét cân bằng: C2H6 ⇌ C2H4 + H2 Mol ban đầu Mol cân 1-x x x → Áp suất riêng phần chất: KP = = ; ,22 → x = 0,2 → cân %C2H4 = %H2 = 0,2/(1+0,2) = 16,67% ; Phản ứng khử hidro: C2H6 ⇌ C2H4 + H2 Có = Áp dụng pt Van’t Hoff có : n %C2H6 = 66,66% với → ) → Kp,600K = 0,34 Pa Nhận xét: Phản ứng khử Hidro phản ứng thu nhiệt, giảm nhiệt độ (từ 900K xuống 600K) KP giảm CÂN BẰNG HOÁ HỌC A/ LÝ THUYẾT I- Khái niệm phản ứng chiều phản ứng thuận nghịch Phản ứng chiều:là phản ứng xảy theo chiều từ trái sang phải; phản ứng thực đến cùng, nghĩa tất chất phản ứng chuyển thành sản phẩm Phản ứng thuận nghịch: phản ứng xảy theo hai chiều ngược điều kiện, nghĩa chất đầu phản ứng với để tạo thành sản phẩm, đồng thời sản phẩm phản ứng với để tạo thành chất ban đầu Đặc điểm phản ứng thuận nghịch: - Phản ứng thuận nghịch phản ứng khơng hồn tồn Ở điều kiện nhiệt độ áp suất phản ứng xảy theo chiều thuận nghịch - Dù xuất phát từ chất đầu hay từ sản phẩm, cuối người ta thu kết quả: tỉ lệ số mol chất cố định - Nếu điều kiện phản ứng khơng thay đổi dù có kéo dài phản ứng đến bao lâu, trạng thái cuối hệ giữ nguyên II- Cân hóa học + CBHH trạng thái phản ứng thuận nghịch tốc độ phản ứng thuận tốc độ phản ứng nghịch + Ở TTCB phản ứng không dừng lại mà tiếp tục xảy Ta nói cân hóa học cân động III- Hằng số cân → cC + dD+ … + Xét phản ứng sau: aA + bB + … ¬ c vt = kt C aA C bB … = kn C C C dD … ( kt, kn số tốc độ phản ứng thuận nghịch, phụ thuộc vào nhiệt độ CA, CB, CC, CD, nồng độ chất thời điểm t bất kì.) Khi đạt đến trạng thái cân bằng: vt = ⇔ kt C aA C bB … = kn C Cc C dD … k t C Cc C Dd [C ]c [ D] d = = = const = KC ( với [A], [B], [C], [D], nồng độ chất TTCB) k n C Aa C Bb [ A] a [ B ]b KC gọi số cân phản ứng: - K đại lượng khơng có thứ ngun - Hằng số cân phản ứng phụ thuộc vào nhiệt độ chất phản ứng - Hằng số cân phản ứng đặc trưng cho mức độ tiến triển phản ứng từ trái sang phải - Khi KC lớn tức [C] c [D] d lớn, [A].[B] nhỏ phản ứng diễn theo chiều thuận ngược lại - Đối với phản ứng có chất rắn tham gia nồng độ áp suất chất rắn coi số không đưa vào số KC hay KP - Tuỳ đặc điểm tính chất loại phản ứng hố học mà số cân có tên gọi khác nhau: số axit, số bazơ, số điện li, tích số tan, tích số ion nước,… + Đối với hệ khí: Ngồi tính theo số cân KC ( nồng độ mol/l) chất mà cịn tính theo PCc PDd số cân tính theo áp suất riêng chất khí hỗn hợp: KP = a b (1) PA PB + Mối liên hệ KC KP n.RT Có : PV = nRT P = = C RT nên PA = CA.RT, PB = CB RT; … V Ở trạng thái cân bằng: PA = [A] RT; PB = [B].RT;… ([C ].RT ) c ([ D].RT ) d [C ]c [ D] d Thế vào (1): KP = = (RT)(c+d)-(a+b ) = KC (RT)n ([ A].RT ) a ([ B ].RT ) b [ A] a [ B ]b Trong n hiệu số mol khí sản phẩm số mol khí ban đầu phản ứng xét III-Mối Liên hệ số cân đẳng nhiệt- đẳng áp ∆ G = ∆ G0 + RTlnK Khi hệ đạt trạng thái cân ∆ G = ⇒ ∆ G0 = - RTlnK Với phương trình phản ứng thể khí ta có: ∆ G0 = - RTlnKp Khi chất thể lỏng ta có: ∆ G0 = - RTlnKC IV- ảnh hưởng nhiệt độ lên cân hoá học ∆G0 = - RTlnK = ∆ H0 - T ∆S0 ⇒ lnK = -∆H0/RT + ∆S0/R Giả sử nhiệt độ T1 số cân K1, nhiệt độ T2 số cân K2 Giả thiết khoảng nhiệt độ từ T1 đến T2 , ∆ H ∆ S thay đổi khơng đáng kể Ta có: lnK1 = - ∆H0/RT1 + ∆S0 / R (1) lnK2 = -∆H0/RT2 + ∆S0/R (2) ∆H − Lấy (2) - (1): lnK2-lnK1 = - ∆H0/RT2 – (- ∆H0/RT1) ⇔ ln(K2/K1) = ( CT Van Hôp ) R T2 T1 V- Sự chuyển dịch cân hố học Ngun lí Lơ Satơliê - Cân hoá học cân động, hệ cân đặc trưng giá trị hoàn toàn xác định thông số nhiệt độ, áp suất, nồng độ chất, Nếu thay đổi yếu tố trạng thái hệ bị thay đổi, thông số hệ nhận giá trị đó, hệ chuyển sang trạng thái Hiện tượng gọi chuyển dịch cân hoá học a) Ảnh hưởng nồng độ Giả sử có phản ứng a A + bB → ¬ cC + dD ∆G = ∆G0 + RTln [C ]c [ D] d [ A] a [ B ]b Lúc phản ứng đạt đến trạng thái cân ∆ G = - Nếu tăng nồng độ chất phản ứng, giảm nồng độ sản phẩm , biểu thức sau dấu ln giảm, ∆ G < 0, hệ khơng cịn trạng thái cân nữa, phản ứng dịch chuyển theo chiều thuận ∆ G = - Nếu tăng nồng độ sản phẩm gây kết ngược lại * Vậy: Khi tăng nồng độ chất phản ứng làm giảm nồng độ sản phẩm cân dịch chuyển theo chiều thuận Khi tăng nồng độ sản phẩm giảm nồng độ chất phản ứng cân dịch chuyển theo chiều nghịch * Nhận xét: Với chất khí, tăng nồng độ chất tăng áp suất riêng phần chất Do dự thay đổi áp suất riêng phần chất đến dịch chuyển cân hoá học tương tự ảnh hưởng thay đổi nồng độ b) Ảnh hưởng nhiệt độ Từ phương trình: ∆ G0 = - RTlnK = ∆H0- T ∆S0 lnK = -∆H0/RT + ∆S0/R Nếu coi ∆ H0 ∆ S0 không phụ thuộc vào nhiệt độ: - Đối với phản ứng phát nhiệt (∆ H0 < 0), nhiệt độ tăng, số hạng –∆H0/RT giảm K giảm cân chuyển dịch phía phản ứng nghịch tức phản ứng thu nhiệt - Đối với phản ứng thu nhiệt ( ∆ H0 > 0), nhiệt độ tăng, số hạng –∆H0/RT tăng K tăng cân chuyển dịch phía phản ứng thuận tức phản ứng thu nhiệt Ngược lại với trình làm giảm nhiệt độ phản ứng c) Ảnh hưởng áp suất → cC + dD Với phản ứng tổng qt pha khí: a A + bB ¬ KP = PCc PCd PAa PBb Với P áp suất chung hỗn hợp; xi phần mol khí i; Pi áp suất riêng phần khí i hỗn hợp: Pi = xi P xCc x Dd ( xC P) c ( x D P ) d Khi đó: KP = = a b P(c+d)-(a+b) = Kx P∆ n (∆ n biến thiên số mol khí hệ phản ứng) ( x A P) A ( x B P) b x A x B Khi hệ trạng thái cân ta có: ∆ G = ∆ G0 + RTlnKp = ∆ G0 + RT lnKx P∆ n nhiệt độ cố định thay đổi áp suất chung hệ giá trị ∆ G phụ thuộc vào P∆ n Xảy trường hợp sau: - Khi ∆ n = 0, nghĩa số mol phân tử khí vế phương trình phản ứng ∆ G = ∆ G0+ RTlnKx= Trạng thái cân hệ không thay đổi thay đổi áp suất hệ - Khi ∆ n > 0, nghĩa số mol phân tử khí hai vế phương trình phản ứng lớn vế trái Khi áp suất chung hệ tăng lên, ∆ G hệ > Cân dịch chuyển theo chiều nghịch - Khi ∆ n < 0, nghĩa số phân tử khí vế trái phương trình lớn vế phải Khi áp suất chung P hệ tăng lên, giá trị P∆ n giảm xuống, biến thiên đẳng áp ∆ G hệ trở thành âm ( ∆ G < 0) Phản ứng xảy theo chiều thuận, nói cách khác cân chuyển dịch phía có số phân tử khí Vậy: Khi tăng áp suất chung hệ, cân dịch chuyển phía có số phân tử khí để chống lại tăng áp suất Khi giảm áp suất chung hệ ngược lại B/ BÀI TẬP Trong bình kín dung tích 10 lit chứa mol SO2 0,5 mol O2 7270C tới nồng độ chất khơng đổi thu 0,68 mol SO3 Tính KC KP phản ứng viết phản ứng dạng: → 2SO3 (1) → SO3 ( 2) 2SO2 + O2 ¬ SO2 + 1/2 O2 ¬ Khi trộn mol C2H5OH với mol CH3COOH phản ứng xảy nhiệt độ thường, lúc cân thấy tạo thành 2/3 mol este Nếu thêm mol C2H5OH vào hệ đạt trạng thái cân mol este tạo thành lúc cân thiết lập? Cho thể tích hệ cố định → N2O4 phân huỷ theo phản ứng N2O4 (k) NO2 (k) 270C atm độ phân huỷ 20 % Xác định : a) Hằng số cân KP, KC b) Độ phân huỷ 270C dới áp suất 0,1 atm c) Độ phân huỷ mét mÉu N2O4 cã khèi lỵng 69 gam, chøa b×nh cã thĨ tÝch 20 lit ë 270C → Đối với phản ứng H2 + I2 2HI ngời ta thu đợc kiện sau: T(K) KP 731 49,8 764 45,9 Dự đoán chiều hớng phản ứng tăng, giảm nhiệt độ Xác định hiệu ứng nhiệt phản ứng để chứng minh dự đoán hay sai Ngi ta un núng mt lượng PCl5 bình kín thể tích 12 lit 2500C:PCl5 (k) PCl3(k) + Cl2(k) Lúc cân bình có 0,21 mol PCl5, 0,32 mol PCl3; 0,32 mol Cl2 Tính số cân KC, KP ∆ G0 phản ứng Trong bình kín dung tích 10 lit có 0,5 mol H2 0,5 mol I2 phản ứng với 4480C: H2(k) + I2 (k) 2HI(k) Hằng số cân KC = 50 Tính: a) KP b) áp suất chung bình c) Số mol I2 cịn lại bình lúc cân d) áp suất riêng chất lúc cân 817 C số cân KP phản ứng CO2 C( r ) nóng đỏ, dư để tạo thành CO 10 Xác định: a) Phần mol khí hỗn hợp lúc cân áp suất chung atm b) áp suất riêng CO2 lúc cân c) áp suất chung hỗn hợp cho lúc cân CO2 chiếm 6% thể tích → 2CO (k) Phản ứng đạt đến cân 109K với số cân Kp = 10: C (r) + CO2 (k) ¬ a) Tìm hàm lượng khí CO hỗn hợp cân bằng, biết áp suất chung hệ 1,5atm b) Để có hàm lượng CO 50% thể tích áp suất chung bao nhiêu? → CO2 + H2 K = Nếu xuất phát từ hỗn 8250C số cân phản ứng : CO + H2O ¬ hợp đồng phân tử CO H2O 825 C áp suất atm lúc cân độ chuyển hố CO bao nhiêu? Nếu độ chuyển hóa CO 99% phải dùng mol nước cho mol CO 10 8200C số cân phản ứng : → CaO + CO2 → 2CO K2 = 1) CaCO3 ¬ K1 = 0,2 2) C + CO2 ¬ Trong bình chân khơng thể tích 22,4 lit giữ 820 C, người ta cho vào mol CaCO3 mol C Xác định thành phần hệ lúc cân Sự phân huỷ CaCO3 hoàn toàn V bình bao nhiêu? → 2SO3 (k) ∆H = - 198 kJ 11 Cho phản ứng: 2SO2 (k) + O2 (k) ¬ Cho 10,51 mol khí SO2 37,17 mol khơng khí (20%V O2 cịn lại N2) có xúc tác V2O5 Thực phản ứng 4270C, atm phản ứng đạt hiệu suất 98% Tính số cân KC, KP phản ứng 4270C 12 Cho cân hóa học sau: N2O4 (k) ⇌ 2NO2 (k) (1) Thực nghiệm cho biết khối lượng mol phân tử trung bình hai khí 35oC 72,45 g/mol 45oC 66,80 g/mol a) Tính độ phân li N2O4 nhiệt độ trên? b) Tính số cân KP (1) nhiệt độ trên? Biết P = atm c) Cho biết theo chiều nghịch, phản ứng thu nhiệt hay tỏa nhiệt? 13 Tính xem có % chất ban đầu (N2 + 3H2 ) chuyển thành amoniac, phản ứng thực 500 atm ,1000atm nhận xét kết với nguyên lí chuyển dịch cân bằng? Biết số cân phản ứng điều chế amoniac 5000C 1,5.10–5 atm–2 14 Xét phản ứng tổng hợp amoniac : N2 (k) + 3H2 (k) 2NH3 (k) Ở 450oC số cân phản ứng KP = 1,5.10-5 a) Ban đầu trộn N2 H2 theo tỉ lệ 1:3 thể tích Tính hiệu suất phản ứng tổng hợp NH3 áp suất hệ 500 atm 1000 atm b) Các kết tính có phù hợp với nguyên lý chuyển dời cân hóa học hay khơng? 15 Có cân bằng: N2O4 (K) 2NO2 (K) Cho 18,4gam N2O4 vào bình dung tích 5,904 lít 270C Lúc cân áp suất hỗn hợp khí bình 1atm Tính áp suất riêng phần NO2 N2O4 lúc cân Nếu giảm áp suất hệ lúc cân xuống 0,5 atm áp suất riêng phần NO2, N2O4 lúc bao nhiêu? Kết có phù hợp ngun lý Le Chatelier khơng ? 16 Cân bằng: N2O4(k) 2NO2(k) nhận xuất phát từ a mol N2O4 Gọi α độ phân li N2O4 a/ Tính số mol NO2, N2O4 tổng số mol hệ cân theo a α ? b/Tính áp suất riêng phần NO2, N2O4 cân theo α áp suất tổng P hệ? Tính KP theo α P? c/ Nếu ban đầu có 1,588 gam N2O4 bình 0,5 lít 250C P = 760 mmHg α , áp suất riêng phần NO2, N2O4 lúc cân bao nhiêu? 17 Nung FeS2 khơng khí, kết thúc phản ứng thu hỗn hợp khí có thành phần: 7% SO2; 10% O2; 83% N2 theo số mol Đun hỗn hợp khí bình kín (có xúc tác) 800K, xảy phản ứng: 2SO2 + O2 2SO3 Kp = 1,21.105 a) Tính độ chuyển hố (% số mol) SO2 thành SO3 800K, biết áp suất bình lúc atm, số mol hỗn hợp khí ban đầu (khi chưa đun nóng) 100 mol b) Nếu tăng áp suất lên lần, tính độ chuyển hố SO2 thành SO3, nhận xét chuyển dịch cân 18 Haber số nhà hố học có đóng góp quan trọng vào phản ứng tổng hợp amoniac từ khí hiđro nitơ Trong TN1 472 oC, Haber cộng thu [H2] = 0,1207M; [N2] = 0,0402M; [NH3] = 0,00272M hệ phản ứng đạt đến cân Trong TN2 500 oC, người ta thu hỗn hợp cân có áp suất riêng phần H 0,733 atm; N2 0,527 atm NH3 1,73.10-3 atm → 2NH3 (k) tỏa nhiệt hay thu nhiệt? Tại sao? a Phản ứng: 3H2(k) + N2(k) ¬ b Nếu TN1, sau đạt tới cân hóa học, thể tích bình phản ứng bị giảm nửa diễn trình gì? Tại sao? → 19 Đối với phản ứng thuận nghịch pha khí SO2 + O2 ¬ SO3 a Người ta cho vào bình kín thể tích khơng đổi 3,0 lít hỗn hợp gồm 0,20 mol SO 0,15 mol SO2 Cân hóa học thiết lập 250C áp suất chung hệ 3,20 atm Hãy tính tỉ lệ oxi hỗn hợp cân b Ở 250C, người ta cho vào bình khí SO Ở trạng thái cân hóa học thấy có 0,105 mol O 2.Tính tỉ lệ SO3 bị phân hủy, thành phần hỗn hợp khí áp suất chung hệ → 2CO(k) (1) Trạng thái cân xác định kiện sau: 20 Đối với phản ứng: C(r) + CO2(k) ¬ Nhiệt độ( C) Áp suất toàn phần (atm) %CO hỗn hợp 800 2,57 74,55 900 2,30 93,08 -16 → Đối với phản ứng 2CO2(k) ¬ 2CO(k) + O2(k) (2) Hằng số cân 900 C 1,25.10 atm 0 Tính ∆H, ∆S 900 C phản ứng (2), biết nhiệt tạo thành 900 C CO2 -390,7kJ/mol → 3H2(k) + CO2(k) 21 Cho cân hóa học: CH3OH(k) + H2O(k) ¬ (1) Entanpi lượng tự Gibbs 374K có giá trị ∆H 374K = + 53kJ/mol ∆G0374K = -17 kJ/mol Cho vào bình phản ứng mol metanol mol nước có mặt chất xúc tác Duy trì nhiệt độ áp suất bình khơng đổi 374K 105Pa a) Tính số cân (ghi rõ đơn vị có) phản ứng nhiệt độ 374K b) Khi hệ đạt trạng thái cân bằng, tính phần trăm metanol chuyển hóa thành H2 22 Cho cân bằng: PCl5(k) ⇌ PCl3(k) + Cl2(k) KP = 1,85 525K Làm ba thí nghiệm: TN1: Cho mol PCl5 vào bình chân khơng có dung tích khơng đổi Lúc đạt cân 525K, áp suất bình atm TN 2: Làm giống thí nghiệm cho thêm vào bình mol khí agon trì nhiệt độ 525K TN 3: Khi cân thí nghiệm thiết lập nguời ta trì nhiệt độ bình 525K tăng dung tích bình lên cho áp suất cân 2atm Tính số mol PCl5 Cl2 cân thí nghiệm o = 129, 7kJ 23 Cho phản ứng : 2NaHCO3 ( r ) Na2CO3( r ) + CO2 (k) + H2O ( k ) ; ∆H 298 Áp suất hệ lúc cân P, lúc đầu bình có tinh thể NaHCO3.Hãy thiết lập pt Kp = f(P) Cho a (mol) NaHCO3 vào bình chân khơng dung tích 22,4 Lít Khi cân 47oC đo P = 30,0 mmHg Tính Kp , Kc phản ứng số mol tối thiểu NaHCO cần có bình để đạt áp suất 30,0 mmHg Tính ΔGo, ΔSo phản ứng 47oC, coi ΔHo, ΔSo số → H2(k) + Cl2(k) Hằng số cân Kp phản ứng nhiệt độ 1727oC 24: Cho phản ứng : 2HCl (k) ¬ 727oC : 4,237.10-6 4,90.10-11 Tính ∆H o phản ứng, coi ∆H o số nhiệt độ → 2HCl(k) + I2(k) Tính KP phản ứng sau 727oC : 2HI(k) + Cl2(k) ¬ → H2(k) + I2(k) ; KP = 3,8.10-2 727oC Cho biết : 2HI (k) ¬ 25 : Ở 1020K, hai cân sau tồn bình kín : → 2CO(k) Kp = 4,00 ; → FeO( r ) + CO (k) K’p = 1,25 C(gr) + CO2(k) ¬ Fe(tt) + CO2(k) ¬ Tính áp suất riêng phần khí lúc cân Cho mol Fe , mol C(gr) ; 1,2 mol CO2 vào bình chân khơng dung tích 20,0 lít 1020K Tính số mol chất lúc cân → 3FeO ( r ) + CO2 ( k ) 1,1 26 : Ở 1000K, số cân phản ứng : Fe3O4 ( r ) + CO ( k ) ¬ Người ta cho 100 gam Fe3O4 mol CO vào bình phản ứng 10 lít nung nóng lên 1000K Tính thành phần pha khí hệ khơng diễn biến Tính áp suất riêng phần khí theo bar R = 0,082atm.L K-1.mol-1 ; Fe = 56 → 27:Trong hệ có cân H2 + N2 ¬ NH3 (*) thiết lập 400 K người ta xác định áp suất phần sau đây: p H = 0,376.105 Pa , p N = 0,125.105 Pa , p NH3 = 0,499.105 Pa Tính số cân Kp ΔG0 phản ứng (*) 400 K Tính lượng N2 NH3, biết hệ có 500 mol H2 Thêm 10 mol H2 vào hệ đồng thời giữ cho nhiệt độ áp suất tổng cộng không đổi Bằng cách tính, cho biết cân (*) chuyển dịch theo chiều nào? Trong hệ cân H2/N2/NH3 410 K áp suất tổng cộng 1.105 Pa, người ta tìm được: Kp = 3,679.10-9 Pa-2, nN2 = 500 mol , nH2 = 100 mol nNH3 = 175 mol Nếu thêm 10 mol N2 vào hệ đồng thời giữ cho nhiệt độ áp suất không đổi cân chuyển dịch theo chiều nào? Cho: Áp suất tiêu chuẩn P0 = 1,013.105 Pa; R = 8,314 JK-1mol-1; atm = 1,013.105 Pa → 28:Thực phản ứng: 2NOCl(k) ¬ 2NO(k) + Cl2(k) 1.Ban đầu cho vào bình phản ứng NOCl, thực phản ứng 3000C Khi hệ đạt trạng thái cân thấy áp suất bình 1,5 atm Hiệu suất phản ứng 30% Tính số cân phản ứng 2.Ở nhiệt độ 3000C, phản ứng tự xảy khơng? Vì sao? 3.Thực phản ứng trì áp suất hệ phản ứng điều kiện đẳng áp: atm Tính phần trăm số mol khí trạng thái cân bằng? 4.Một cách cẩn thận, cho 2,00 gam NOCl vào bình chân khơng tích 2,00 lít Tính áp suất bình lúc cân 3000C 29 : Cho cân sau :CO(k) + 2H2 (k) CH3OH (k) ∆H0pư = - 90,0 kJ.mol-1, giả thiết không đổi khoảng nhiệt độ tiến hành thí nghiệm KP (573K) = 2,5.10-3 Trong bình kín, ban đầu lấy CO H2 theo tỷ lệ mol : nhiệt độ 573K Xác định áp suất toàn phần hệ để hiệu suất phản ứng đạt 70% Xác định phương trình phụ thuộc lnKP vào T Tại 200 bar, xác định nhiệt độ mà hiệu suất phản ứng đạt 70% 30: Cho số liệu sau phản ứng loại H2 C2H6 ; ; ; 1) Tính Kp phản ứng khử hidro 900K đơn vị Pa 2) Tại trạng thái cân bằng, bình phản ứng có áp suất tổng hợp atm Tính KC KX 3) Người ta dẫn etan 6270C qua chất xúc tác khử hidro Tính phần trăm thể tích chất lúc cân Biết áp suất hệ lúc cân 101300 Pa 4) Tính KP phản ứng khử H2 600K Giả thiết khoảng nhiệt độ từ 600 – 900K có giá trị khơng đổi Giải thích khác giá trị KP 600K 900K KIỂM TRA 45’ Câu 1: Cho cân hóa học: N2 + 3H2 2NH3 với ∆H = -92 kJ/mol Nếu xuất phát từ hỗn hợp chứa N2 H2 theo tỉ lệ số mol hệ số tỉ lượng, tức tỉ lệ 1:3 đạt tới cân (4500C, 300 atm) NH3 chiếm 36% thể tích a Tính số cân Kp b Giữ nhiệt độ không đổi (4500C) cần tiến hành áp suất để đạt tới trạng thái cân NH3 chiếm 50% thể tích c Giữ áp suất khơng đổi (300 atm), cần tiến hành nhiệt độ để đạt tới trạng thái cân NH chiếm 50% thể tích → O2 + SO2 ¬ SO3 (1) Tính số cân Kp phản ứng 60 oC (chấp nhận hiệu ứng nhiệt phản ứng không phụ thuộc nhiệt độ) Nhiệt độ ảnh hưởng tới trạng thái cân phản ứng (1)? Trong thí nghiệm, người ta đưa từ từ oxi vào bình dung tích lít chứa 0,05 mol SO có chất xúc tác (thể tích chất xúc tác khơng đáng kể) 100 oC Khi phản ứng đạt tới trạng thái cân có 0,03 mol SO3 tạo thành, áp suất tổng hệ atm Tính Kp Cân (1) chuyển dịch trường hợp sau: a Cho lượng He vào bình phản ứng để áp suất khí bình tăng gấp đơi? b Giả thiết thể tích khí bình tăng gấp đơi, lượng He cho vào bình phản ứng để giữ cho áp suất tổng không đổi? Cho số liệu nhiệt động sau: Khí ∆H (kJ.mol–1) S0 (J.K–1.mol–1) Câu 2: Đun nóng hỗn hợp khí gồm O2 SO2 có chất xúc tác, xảy phản ứng: sinh SO3 -395,18 256,22 SO2 -296,06 248,52 O2 0,0 205,03 Câu 3: Ngày nay, để sản xuất clo từ hiđro clorua, người ta sử dụng cân bằng: O2 (k) + HCl (k) Cl2 (k) + H2O (k) a Cho vào bình phản ứng 2,2 mol oxi 2,5 mol hiđro clorua áp suất cố định 0,5 atm nhiệt độ T Khi hệ đạt cân bình phản ứng chứa lượng oxi gấp đơi hiđro clorua, tìm giá trị T (oC) b Ở 520oC, nạp vào bình phản ứng lượng hỗn hợp khí oxi hiđro clorua Ở trạng thái cân hiệu suất chuyển hóa hiđro clorua 80% Tìm áp suất riêng phần oxi trạng thái cân bằng? Cho: Bảng số liệu nhiệt động (coi không phụ thuộc vào nhiệt độ) Chất O2 (k) HCl (k) Cl2 (k) H2O (k) o ΔH s (kJ/mol) -92,3 -241,8 So (J/mol.K) 205 186,8 223 188,7 KIỂM TRA 45’ → O2 + SO2 ¬ SO3 (1) Tính số cân Kp phản ứng 60 oC (chấp nhận hiệu ứng nhiệt phản ứng không phụ thuộc nhiệt độ) Nhiệt độ ảnh hưởng tới trạng thái cân phản ứng (1)? Trong thí nghiệm, người ta đưa từ từ oxi vào bình dung tích lít chứa 0,05 mol SO có chất xúc tác (thể tích chất xúc tác không đáng kể) 100 oC Khi phản ứng đạt tới trạng thái cân có 0,03 mol SO3 tạo thành, áp suất tổng hệ atm Tính Kp Cân (1) chuyển dịch trường hợp sau: a Cho lượng He vào bình phản ứng để áp suất khí bình tăng gấp đơi? b Giả thiết thể tích khí bình tăng gấp đơi, lượng He cho vào bình phản ứng để giữ cho áp suất tổng không đổi? Cho số liệu nhiệt động sau: Khí ∆H (kJ.mol–1) S0 (J.K–1.mol–1) Câu 2: Đun nóng hỗn hợp khí gồm O2 SO2 có chất xúc tác, xảy phản ứng: sinh SO3 SO2 O2 -395,18 -296,06 0,0 256,22 248,52 205,03 Ta có: ∆G = ∆H − T.ΔS0 = - RTlnKp O2 + SO2 ƒ SO3, suy ra: ∆G 0298 = (- 395,18 + 296,06) – 298.10-3 (256,22 – 248,52 - 205,03) -3 -1 ≈ = - 99,12 - 298.10 (- 94,815) - 70,87 (kJ.mol ) Ở 25 oC: ∆G 0298 = ∆H 0298 − T.ΔS0298 Từ phản ứng: → K p, 298 = e - ΔG 0298 RT =e - - 70,87.103 8,314 298 K p, 333 Khi ∆H o = const, ta có: ln K p, 298 = 2,65.1012 ΔH 1 = ÷ R 333 298 - 99,12.103 1 10 -ẵ = ữ → K p, 333 = 3,95.10 (atm ) 12 8,314 333 298 2,65.10 Khi tăng nhiệt độ từ 25 oC đến 60 oC, số cân Kp giảm từ 2,65.1012 xuống 3,95.1010 (atm- ½), điều hồn toàn phù hợp với nguyên lý Le Chatelier (Lơ Sat ơliê), ph ản ứng (1) tỏa nhiệt → ln K p, 333 0,5đ P.V 1.2 = = 0,065 (mol) Tại thời điểm cân bằng: R.T 0,082 373 n SO3 = 0,03 (mol); n SO2 = 0,05 - 0,03 = 0,02 (mol); n O2 = 0,065 - 0,03 - 0,02 = 0,015 (mol) Tổng số mol hệ: n = Vì áp suất tổng hệ atm, đó: 0,03 pSO3 0,03 0,065 Kp = = = = 3,12 (atm-1/2) pSO2 pO 0,02 0,015 0,015 0,02 0,065 0,065 0,065 a) Nếu áp suất tăng gấp đôi thêm He, th ể tích khơng đ ổi, áp su ất riêng ph ần c chất khí khơng đổi, cân không bị chuyển dịch b) Nếu áp suất tổng bình khơng đổi, giả thiết thể tích bình tăng gấp đơi, làm giảm áp suất riêng phần chất (lỗng khí), cân (1) chuy ển dịch theo chiều nghịch 0,5đ 0,5đ Câu 3: Ngày nay, để sản xuất clo từ hiđro clorua, người ta sử dụng cân bằng: O2 (k) + HCl (k) 2 Cl2 (k) + H2O (k) a Cho vào bình phản ứng 2,2 mol oxi 2,5 mol hiđro clorua áp suất cố định 0,5 atm nhiệt độ T Khi hệ đạt cân bình phản ứng chứa lượng oxi gấp đơi hiđro clorua, tìm giá trị T (oC) b Ở 520oC, nạp vào bình phản ứng lượng hỗn hợp khí oxi hiđro clorua Ở trạng thái cân hiệu suất chuyển hóa hiđro clorua 80% Tìm áp suất riêng phần oxi trạng thái cân bằng? Cho: Bảng số liệu nhiệt động (coi không phụ thuộc vào nhiệt độ) Chất O2 (k) HCl (k) Cl2 (k) H2O (k) ΔHos (kJ/mol) -92,3 -241,8 o S (J/mol 205 186,8 223 188,7 K) Nội dung O2 (k) + HCl (k) Cl2 (k) + H2O (k) Ban đầu (mol) 2,2 2,5 Cân (mol) 2,2-x 2,5-4x 2x 2x Theo đề: 2,2 - x = 2(2,5 – 4x) x = 0,4 mol ΔHo = -114,4 kJ/mol ΔSo = -128,8 J/mol.K ΔGo = -RTlnK = ΔHo - TΔSo → -2,436T = -11400 + 128,8T → T = 829,7 K = 556,7oC b Ở 520oC lnK = -ΔHo/RT + ΔSo/R = 1,86 → K = 6,422 O2 (k) + HCl (k) Cl2 (k) + H2O (k) Ban đầu (mol) a b Cân (mol) a-0,2b 0,2b 0,4b 0,4b Dễ thấy: PCl2/PHCl = PCl2 = PH2O Mặt khác: Từ đó: PO2 = 2,49 atm Câu 1: Cho cân hóa học: N2 + 3H2 2NH3 với ∆H = -92 kJ/mol Nếu xuất phát từ hỗn hợp chứa N2 H2 theo tỉ lệ số mol hệ số tỉ lượng, tức tỉ lệ 1:3 đạt tới cân (4500C, 300 atm) NH3 chiếm 36% thể tích a Tính số cân Kp b Giữ nhiệt độ không đổi (4500C) cần tiến hành áp suất để đạt tới trạng thái cân NH3 chiếm 50% thể tích c Giữ áp suất không đổi (300 atm), cần tiến hành nhiệt độ để đạt tới trạng thái cân NH3 chiếm 50% thể tích Giải: a N2 + 3H2 2NH3 nban đầu nphản ứng x 3.x 2.x ncân 1–x – 3.x 2.x ⇒ %VNH3 = 2.x 100% =36 ⇒ x =0,529 - 2.x Tổng số mol khí lúc cân bằng: ncb = – 0,529.2 = 2,942 mol Áp suất riêng phần khí lúc cân bằng: PNH3 = 2.0,529 300 =107,886 (atm) 2,942 PN2 = - 0,529 300 =48,029 (atm) 2,942 PH2 = - 3.0,529 300 =144,086 (atm) 2,942 Hằng số cân bằng: Kp = PNH PN2 PH32 = 8,10.10-5 b N2 + 3H2 2NH3 nban đầu nphản ứng y 3.y 2.y ncân 1–y – 3.y 2.y ⇒ P= ⇒ %VNH3 = 2.y 100% =50 ⇒ y = - 2.y Tổng số mol khí lúc cân bằng: ncb = – 2/3.2 = 8/3 mol Kp = PNH = PN2 PH32 16.y2 (2 - y)2 =8,1.10−5 (1 - y)4.27.P2 c N2 + 3H2 2NH3 nban đầu nphản ứng y 3.y 2.y ncân 1–y – 3.y 2.y ⇒ %VNH3 = 2.y 100% =50 ⇒ y = - 2.y Tổng số mol khí lúc cân bằng: ncb = – 2/3.2 = 8/3 mol K p2 = Ta có: ln PNH PN2 PH32 = 16.y2 (2 - y)2 =4,214.10−4 (1 - y) 27.P K P (T2 ) ∆H 1 = - ÷ K P (T1) R T2 T1 ⇔ ln 8,10.10−5 92.103 1 = − ÷ −4 4,214.10 8,314 T2 450 +273 ⇒ T2 = 652,7K tức 397,70C 16y2.(2 − y)2 =684,27 (atm) (1− y)4.27.K P ... II- Cân hóa học + CBHH trạng thái phản ứng thuận nghịch tốc độ phản ứng thuận tốc độ phản ứng nghịch + Ở TTCB phản ứng không dừng lại mà tiếp tục xảy Ta nói cân hóa học cân động III- Hằng số cân. .. hố SO2 thành SO3, nhận xét chuyển dịch cân HD: a) Cân bằng: 2SO2 + O2 2SO3 Ban đầu: 10 (mol) lúc cân bằng: (7-x) (10 - 0,5x) x Tổng số mol khí lúc cân bằng: 100 – 0,5x = n áp suất riêng khí:... 0,20 mol SO 0,15 mol SO2 Cân hóa học thiết lập 250C áp suất chung hệ 3,20 atm Hãy tính tỉ lệ oxi hỗn hợp cân b Ở 250C, người ta cho vào bình khí SO Ở trạng thái cân hóa học thấy có 0,105 mol O