Đang tải... (xem toàn văn)
Sunfuryl điclorua SO2Cl2 là hoá chất phổ biến trong phản ứng clo hoá.. Bùi Ngọc Sơn..[r]
(1)Bài tập cân hóa học II Bài tập tổng hợp Ví dụ : Cho cân bằng sau : CO(k) + H2O (k) H2 (k) + CO2(k) (1) Tại thời điểm ban đầu,người ta cho vào bình phản ứng mol H 2O và mol khí CO2 ở 4600C, có 95% CO đã phản ứng a,Tính Kp của phản ứng b, Cho biết ΔH pu = - 41,0 kJ.mol-1 Xác định nhiệt độ mà tại đó 99% CO đã phản ứng Giả sử ∆H không phụ thuộc vào nhiệt độ, các khí được coi là ly tưởng Bài giải Vì ∆n = => Kp = Kc = Kx CO(k) + H2O (k) H2 (k) + CO2(k) nT Ban đầu Cân bằng 5.10-2 6 - 0,95 0,95 ,05 KP = x CO = x H = b, , 99 ; 0,95 0, 95 = 3, 57 ,05 xCO = , 01 ; => Kp = K P (T ) => ln K P ( 4600 C (0,99) = 19,56 0,01 5,01 =− ΔH 1 − R T ( 460 + 273 ) ( (−41000) −19 , 56 =− − , 57 ,314 T 733 ln T = 585K = 3120C ( Ví dụ Bùi Ngọc Sơn 0,95 Page ) ) xH2O = , 01 7 (2) Bài tập cân hóa học ở 8200C hằng số cân bằng của các phản ứng: CaCO3(r) CaO(r) + CO2(k) (1) K1 = 0,2 C(r) + CO2(k) 2CO(k) (2) K2 = a Trong một bình chân không dung tích 22,4lít ở 820 0C, người ta cho mol CaCO3 và mol C Xác định thành phần của hệ ở trạng thái cân bằng b Phải tăng thể tích bình lên bao nhiêu thì sự phân hủy xảy hoàn toàn Bài giải Gọi x là số mol CaCO3 bị phân hủy y là số mol C tham gia phản ứng Ta có: CaCO3(r) CaO(r) + CO2(k) (1) K1 = 0,2 x -y C(r) + CO2(k) 2CO(k) (2) K2 = x-y 2y số mol của hỗn hợp khí = x + y ( mol ) Từ (1) => K = PCO2 = 0,2 atm = (x - y) RT V = (x- y) ,082 (273+820 ) 22 , = = (x -y) => x- y = 0,2/4 = 0,05(I) Từ (2) => K2 = RT V P2CO P co = => PCO = 0,4 =0 , 079 √ 0,4 => y= √ √ PCO =√ 0,4 atm => 2y = Thay vào (I) => x= 0,129 b, Để sự phân hủy CaCO3 xảy hoàn toàn => x = Và áp suất riêng phần của các khí tại thời điểm cân bằng bị phá 0,632 atm và P CO2 = hủy là không bị thay đổi Nghĩa là P CO = 0,2atm Bùi Ngọc Sơn Page (3) Bài tập cân hóa học RT (1− y ' )=0,2 V RT y '=0 ,632 V (I) ( II ) => Với y là số mol C đã tham gia phản ứng y' =3,16 Lấy (II) chia cho (I) => 1− y' => y = 0,612 mol Thay vào (II) ,082 (820+273 ) , 612 = 173 ,6 ,632 lít => V = => Để CaCO3 phân hủy hoàn toàn thì thể tích bình phải lấy là: V ³ 173,76lít Ví dụ Thực nghiệm cho biết cần lấy số mol khí H gấp lần số mol FeO (rắn) mới khử hết oxit đó ở 1500K a, Tính hằng số cân bằng của phản ứng b, Ban đầu lấy 30 mol FeO, tính % theo thể tích các khí hỗn hợp hợp khí đã khử hết 80% lượng oxit banđầu (vẫn xét tại 1500K) c, Nếu đem nóng bình phản ứng lên 1510K thì chỉ cần lấy số mol H2 gấp 2,85 lần số mol FeO thì vừa đủ khử hết.Tính DHpư Bài giải + H2 (k) Fe (k) + H2O (k) (1) FeO(k) PH 2O PH2 Kp = = nH2O nH2 0 n H = n H − nFeO = 2n FeO Theo đầu bài nH 2O = n FeO =0,5 => Kp = b, FeO(r) + H2 (k) Ban đầu n1 Phản ứng - 1,6 -1,6 Cân bằng 0,4 n1 - 1,6 Bùi Ngọc Sơn Page Fe (r) + H2O (k) + 1,6 1,6 + 1,6 1,6 (4) Bài tập cân hóa học 1,6 = 0,5 n1 − 1,6 => Kp = => n1 = 4,8 n H = 3,2 (mol ) 3,2 100 % = 66 ,67 % 3,2 + 1,6 = 33 ,33 % %V H = %V H O PH PH2 c, Ta có : Kp = KT Ta có : ln K PT 2O =− = = , 54 1, 85 ΔH 1 − R T T1 ( ) ,54 ΔH 1 =− − 0,5 , 314 1510 1500 ( ln => ∆Hpư = 146,8 (kJ/mol) ) Ví dụ Cho phản ứng: CH4(k) C(r) + 2H(k) ∆H = +74,9kJ ở 5000C hằng số cân bằng của phản ứng Kp = 0,41 a,Tính Kp ở 850 0C (Giả thiết rằng ∆H không đổi khoảng nhiệt độ trên) b, Trong một bình chân không dung tích 50 lít giữ ở 850 0C, người ta cho vào mol CH Xác định độ phân ly a của CH4 cũng áp suất của hỗn hợp khí ở thời điểm cân bằng (Giả thiết các khí là ly tưởng) Bài giải a, Ta có: T1 = 500 + 273 = 7730K T2 = 850 + 273 = 11230K K P (T ) =− ΔH 1 − R T T1 ( ) ln K P (T ) =>Với ∆H = 74900 J => KP (1123K) = 15,4 b, Với a là độ phân ly ta có: CH4(k) C(r) + 2H(k) Ban đầu : Bùi Ngọc Sơn Page (5) Bài tập cân hóa học Phản ứng a 2a Cân bằng 1- a 2a => Số mol hỗn hợp = 1- a + 2a = + a PCH = Ta có 1−α P 1+α PH => Kp = => P = PH = 2α P 1+α 2 PCH = 4α P 1−α Với giả thiết các khí là ly tưởng nRT (1+α ).0 , 082 1123 = =1 ,84 (1+α ) V 50 PH 2 => Kp = PCH => a = 0,74 = 4α , 84(1+ α) 1−α Vậy ta có áp suất toàn phần P = = 15,4 nRT (1+α ).0 , 082 1123 = =3,2 atm V 50 Ví dụ Cho dung dịch X chứa HCN 0,1M và KI 0,01M a, Tính pH của dung dịch X b, Cho AgNO3 vào dung dịch X cho đến nồng độ [ NO ] = 0,01M thu được dung dịch A và ¯ B (đều thuộc bình phản ứng) Xác định kết tủa B và pH của dung dịch A cùng nồng độ các ion dung dịch A c, Tính số mol NaOH cho vào bình phản ứng chứa lít dung dịch A để kết tủa B tan vừa hết Tính pH của dung dịch thu được (coi sự thay đổi thể tích là không đáng kể) − Cho HCN pKa = 9,3 AgCN¯ , pKs = 16 Ag (CN )−2 AgI¯ Bài giải , lgb = 21,1 , pKs = 16 a, Tính pH KI à 0,01 H2O Bùi Ngọc Sơn K+ + I0,01 0,01 H+ + OHPage Kw = 10-14 (6) Bài tập cân hóa học => Ta có Ka của dung dịch C [ ] HCN H+ + CNKa= 10-9,3 >> Kw => cân bằng của HCN sẽ quyết định pH H+ + CN- HCN 0,1 0,1 - x x [ H + ] [ CN− ] = Ka= 10-9,3 x x2 = 10−9,3 0,1 − x [ HCN ] Ka = => [H+] = 10-5,15(M) => pH = 5,15 b, Khi cho AgNO3 vào dung dịch X AgNO3 à Ag+ + NO-3 0,01 0,01 0,01 (giả thiết x << 0,1) Ag+ + IAgI ¯ (1) K1 = 1016 Ag+ + HCN AgCN¯ + H+ (2) K2 = 10+6,7 Ag+ + 2HCN Ag(CN)2- + 2H+ (3) K3 = 102,5 Nhận xét : K1 >> K2 >> K3 => Do vậy kết tủa AgI sẽ tạo trước Ag+ + IAgI¯ (1) K1 = 1016 K rất lớn, phản ứng coi xảy hoàn toàn và số mol AgI lít dung dịch A là 0,01mol Quá trình hoà tan AgI AgI + 2HCN Ag(CN)-2 + I- + 2H+ K = K-11 K32 = 10-13,5 C 0,1 0= [ ] 0,1 -x x x 2x − − + [ Ag(CN )2 ] [ I ] [ H ] Ta có : K= [ HCN ] 0,1 x = x (2 x )2 (0,1 − x ) x2 = 10−13,5 0,1 = 10−13 , -3 Giả thiết x << => => x = 9,43.10 << -5 => [Ag(CN) 2] = [I ] = 9,43.10 (M) Bùi Ngọc Sơn Page 0,1 (7) Bài tập cân hóa học [H+] = 2x = 1,886 10-4(M) => pH = 3,72 => [HCN] = 0,1(M) Ka * + => [CN-] = [HCN] [ H ] = 0,1 10−9,3 = 2,63 10−7 ( M ) −3 ,72 10 Ks 10−16 = −4 , 03 = 1,1 10−12 (M ) − [ I ] 10 [Ag+] = => [Ag+] [CN-]= 2,9.10-19 < Ks = 10-16 => không có kết tủa AgCN Khi cho NaOH vào dung dịch : NaOH à Na+ + OHPhản ứng : AgI + 2HCN + 2OHAg(CN)-2 + I- + 2H2O K = K1-1.K32.K-2w = 1014,5 K rất lớn, phản ứng coi xảy hoàn toàn Khi hoà tan vừa hết : ỬAg(CN)-2Ứ = ỬI-Ứ = 10-2(M) [HCN] = 0,1 - 2.10-2 = 8.10-2 (M) Ks − [Ag+] = ( I ) - √ = 10−16 = 10−14 ( M ) −2 10 − −1 [ Ag(CN )2 ] β + −5 = ,82 10 (M) [ Ag ] [CN ] = [Ag+] [CN-] = 2,82 10-19 << 10-16 => không có kết tủa AgCN Tính pH : HCN H+ + CNKa = 10-9,3 [ H + ] [CN − ] [ HCN ] => Ka = −2 [ HCN ] 10 −9,3 = 10 = 10−5 ,85 ( M ) − −5 + ,82 10 => [H ] = Ka [ CN ] => pH = 5,85 Số mol OH- đã dùng = nAgI = 0,01 (mol) Ví dụ : Cho cân bằng sau : CO(k) + 2H2 (k) CH3OH(k) ∆H0pư = - 90kJ.mol-1 , giả thiết là không đổi nhiệt độ thay đổi KP (573K) = 2,5.10-3 Bùi Ngọc Sơn Page (8) Bài tập cân hóa học a, Trong bình kín, ban đầu lấy CO và H2 theo tỷ lệ mol : tại nhiệt độ 573K Xác định áp suất toàn phần của hệ để hiệu suất phản ứng đạt 70% b, Xác định phương trình của sự phụ thuộc giữa lnKP vào T c, Tại 200bar, xác định nhiệt độ mà tại đó hiệu suất phản ứng đạt 70% Bài giải : CO(k) + 2H2 (k) CH3OH(k) Ban đầu nT = Cuối phản ứng 1-x - 2x x nT = -2x Hiệu suất đạt 70% -> x = 0,7 => PH = 1−x P = 0,1875PT − 2x T PCO = P H = , 375 PT ; PCH KP = OH PCO P h2 PCH OH = => 2,5 10−3 = x P =0 , 4357 PT − 2x T , 4375 2 , 1875.( , 375 ) PT => PT = 1,23.10-2(bar) K P (T ) b, Ta có : ΔH pu 1 ln =− − R T 573 K P (573 K ) ( ) 10.825 − 24 ,88 T => lnKP(T) = c, Tại PT = 200bar và hiệu suất 70% => KP(T) = , 4375 = ,15 10−4 (bar− ) 2 ,1875 (0 , 375) 200 10825 − 24 , 88 T => lnKP(T) = -7,79 = => T = 633K Ví dụ Nghiên cứu phản ứng : C6H5C2H5 (k) + 3H2 (k) C6H11C2H5 (k) (X) (Y) (Z) Tiến hành khoảng 132 ¸ 2920C được phương trình : Bùi Ngọc Sơn Page (9) Bài tập cân hóa học 9620 − 18 ,041 T lnKP = a, Xác định ∆H0, ∆S0 và ∆G0 phản ứng tại 2500C b, Xác định nhiệt độ mà tại đó tiến hành được nếu thành phần hỗn hợp đầu là 10% etylbenzen, 50% hiđrô và 40% etyxiclohexan và P = 1atm Bài làm : Ta có : => lnKP = ΔH 0pu − RT ΔS R ΔH 0pu ΔS0pu − + RT R = 9620 => ∆H0pư = -79,98 (kJ) = - 18,041 => ∆S0 = - 150 (J/mol.K) ∆G0 = -RTlnKP = - 8,314(250 + 273)ln.KP − 18 , 041 ) (9620 523 b, = - 8,314 523 = - 1534,4 (J/mol) < => tại điều kiện chuẩn phản ứng tự diễn theo chiều thuận Px = 0,1 (atm) ; PY = 0,5 (atm) ; PZ = 0,4 (atm) QP = PZ P X P3Y = 0,4 = 32 0,1 (0,5 )3 Để phản ứng tự diễn ∆G = ∆G + RTlnQP < ó - RT => - 79980 + 150.T + 288T < (9620T − 18 , 041 ) + RT lnQp 79980 = 447 K => T < 178 ,8 Ví dụ Biết áp suất phân ly của MgCO3 ở 813K là 747mmHg ; ở 8430K là 1340 mmHg a, Xác định hiệu ứng nhiệt của phản ứng : MgCO3 (k) = MgO(r) + CO2(k) b, Tính ∆G0pưYtại 8130K và 8430K Bùi Ngọc Sơn Page (10) Bài tập cân hóa học c, Xác định nhiệt độ T mà tại đó áp suất phân ly của MgCO3 là atm d, cho mol MgCO3 vào bình kín dung tích 22,4 lit và được trì ở nhiệt độ T Xác định số mol MgCO3 đã phân huỷ e, Để MgCO3 phân huỷ hết cần tăng thể tích bình lên bao nhiêu? Bài giải a, KP(8130K) = 747 mmHg = 0,983 (atm) KP (8430K) = 1340 mmHg = 1,763 (atm) 0 K P (843 K ) ΔH pu 1 ln = − − R 843 813 K P (813 K ) ( ) => ∆H0pư = 110,95(kJ) b, ∆G0pư = - RTlnKP = -8,314.T.lnKP ∆G0pư(8130K) = - 8,314.813.lm.0,983 = 115,9 (J.mol-1) DG0pư (8430K) = - 8,314.843.lm.1,763 = - 3974 (J.mol-1) c, Gọi nhiệt độ T => => K (843 K ) 110950 1 ln P =− − , 314 843 T K P (T ) ( ) T = 813,85(0K) PCO = atm => nCO = d, đã phân huỷ = 0,335 (mol) 22 , ,335 (mol ) 22 , 813 , 85 273 => Số mol MgCO3 e, PCO = atm => nCO = (mol ) => V = 813 , 85 = 66 , 78(lit ) Ví dụ Xét phản ứng chuyển hoá CH4 bằng nước ở 900K, dưới áp suất toàn phần P xuất phát từ hỗn hợp đầu chứa 4,0mol nước và mol metan Hệ là trung tâm của cân bằng CH4(k) + H2O(k) CO(k) + 3H2 (k) K1 = 1,30 CO + H2O CO2(k) + H2 (k) K1 = 2,2 2 n Xác định áp suất toàn phần P ở cân bằng để cho CO = 0,50 mol từ đó suy thành phần của hệ Bài giải Ta có CH4 + H2O CO + 3H2 Bùi Ngọc Sơn Page 10 (11) Bài tập cân hóa học 1- y 4-y-x CO + H2O y-x 4-y-x Theo đầu bài : x = 0,50 mol nT = nCH + n H O CO2 x + n CO +nCO + n H y-x + H2 3y + x 3y + x = - y + y - y -x + y - x + x + 3y + x = + 2y K2 = ( x ) (3 y + x) 0,5 (3 y + 0,5 ) = 2,2 ⇔ = 2,2 ( y − x) (4 − y − x ) ( y − 0,5) (3,5 − y) Ta có : (y < 1) 3y + 0,5 = 4,8(4y - 17,5 - y2) = 19,2y - 8,4 - 4,8y2 4,8y2 = 16,2y + 8,9 = => y1 = 2,68 > (loại) y2 = 0,69 => y = 0,69 K P( 1) = PCO PH PCH P H = O y−x nT = ( )( ) P 1−y 4− y−x ( n ) (n ) T 3y + x nT T T PT ,19 (2 , 57 ) = 1,3 ,31 2, 81 (6 ,38 ) => PT = 3,78 (atm) Ví dụ 10 Sunfuryl điclorua SO2Cl2 là hoá chất phổ biến phản ứng clo hoá Tại 350oC, atm phản ứng SO2Cl2 (khí) = SO2 (khí) + Cl2 (khí) (1)Có Kp = 50 a) Hãy cho biết đơn vị của trị số đó và giải thích: hằng số cân bằng Kp này phải có đơn vị vậy b) Tính phần trăm theo thể tích SO 2Cl2(khí) còn lại (1) đạt tới cân bằng ở điều kiện đã cho c) Ban đầu dùng 150 mol SO2Cl2(khí), tính số mol Cl 2(khí) thu được (1) đạt tới cân bằng Các khí được coi là khí ly tưởng a) Tính độ điện li của dung dịch CH3NH2 0,010M Bùi Ngọc Sơn Page 11 (12) Bài tập cân hóa học b) Độ điện li thay đổi - Pha loãng dung dịch 50 lần - Khi có mặt NaOH 0,0010M - Khi có mặt CH3COOH 0,0010M - Khi có mặt HCOONa 1,00M Biết: CH3NH2 + H+ CH3NH3 ; K = 1010,64 CH3COOH CH3COO- + H+ ; K = 10-4,76 Cách giải: a) Gọi số mol SO2Cl2 ban đầu là 1, độ phân li là a , ta có: SO2Cl2 (khí) SO2 (khí) + Cl2 (khí) (1) Ban đầu 0 Phân li a Cân bằng (2) b)Vì các (3) (1 - a) a a pSO2 (atm) ´ pCl2(atm) Kp = pSO2Cl2(atm) khí đều là khí lí tưởng nên = 50 atm pi=.xi ni mà xi = (4) Σ nj ở đây : nSO2 = nCl2 = a ; nSO2Cl2 = (1 - a) ; còn Σ nj = +a (5) b) Tổ hợp (5) và (4) , (3) và (2) ta có: Bùi Ngọc Sơn Page 12 Kp 50 P Kp 50 0,9806 (13) Bài tập cân hóa học Bùi Ngọc Sơn Page 13 (14)