CÂN BẰNG HOÁ HỌC
6. BÀI TẬP VỀ CÂN BẰNG HOÁ HỌC
ðể thuận tiện cho việc tính toán các hằng số cân bằng người ta có thể xử lý các hằng số cân bằng theo cỏc cỏch sau ủõy:
- Từ phản ứng ủó cho nếu ta ủảo ngược phản ứng thỡ hằng số cõn bằng của phản ứng mới sẽ là nghịch ủảo của phản ứng ủầu. Thớ dụ, hằng số cõn bằng cho phản ứng
Là nghịch ủảo của phản ứng
- Nếu cộng hai phản ứng với nhau ủể tạo ra phản ứng mới thỡ hằng số cõn bằng của phản ứng mới là tớch số của hằng số cõn bằng của cỏc phản ứng ban ủầu.
6.2. Bài tập về tính áp suất cân bằng riêng phần
Hằng số cõn bằng KP ủối với phản ứng sau PCl5(k) PCl3(k) + Cl2(k)
là 1,05 ở 250 ủộ C. Nếu ỏp suất riờng phần ở trạng thỏi cõn bằng của PCl5 và PCl3 lần lượt là 0, 875 atm và 0,463 atm thỡ ỏp suất riờng phần ở trạng thỏi cõn bằng của Cl2 ở 250 ủộ C là bao nhiờu?
Giải: trước tiên tính KP
6.3. Bài tập về chuyển ủổi KC thành KP
Kc : hằng số cõn bằng theo nồng ủộ.
Kp :hằng số cân bằng theo áp suất từng phần của khí .
Chú ý: theo phương trình: aA (k) bB (k) thì KC = và KP = Theo phản ứng N2 (k) + 3H2(k) 2NH3(k)
Giá trị của K
p = 4,3.10-4 ở 375 ủộ C. Hóy tớnh Kc.
vì T0 = 293 Kelvin và ∆n = số mol sản phẩm khí – số mol chất khí tham gia.
Nên ta có T0 = 648 Kelvin và ∆n = 2- 4 = -2
6.4. Bài tập về dự đốn chiều của phản ứng
Mụt phản ứng ủó cho ở lỳc bắt ủầu cú 0,249 mol khớ N2; 3,21.10-2 mol khớ H2 và 6,42.10-4 mol NH3 trong một bỡnh chứa 3,5 lớt ở 375 ủộ C. Nếu hằng số cõn bằng KC ủối với phản ứng N2 (k) +3 H2 (k) 2NH3 (k) cú giỏ trị là 1,2 ở nhiệt ủộ này thỡ:
a) Hãy giải thích là hệ thống này có cân bằng hay không?
b) Nếu không thì phản ứng sẽ có khuynh hướng di chuyển theo chiều nào?
Các bước tiến hành
Gọi QC (Quotient rộactionnel) là ủại lượng thu ủược khi sử dụng cỏc nồng ủộ ban ủầu trong biểu thức hằng số cõn bằng. ðể xỏc ủịnh chiều phản ứng thỡ so sỏnh QC và KC. Cú 3 trường hợp xảy ra:
- QC > KC: Tỷ số giữa cỏc nồng ủộ ban ủầu của sản phẩm và chất tham gia quỏ lớn. ðể ủạt ủược cõn bằng, một lượng nào ủú của sản phẩm phải chuyển thành chất tham gia. Phản ứng di chuyển theo chiều trái.
- QC > KC: Phản ứng ủang ở thời ủiểm cõn bằng .
- QC < KC: Tỷ số giữa cỏc nồng ủộ ban ủầu của sản phẩm và chất tham gia quỏ nhỏ. ðể ủạt ủược cõn bằng, một lượng nào ủú của chất tham gia phải chuyển thành sản phẩm. Phản ứng di chuyển theo chiều phải.
Nếu trường hợp hằng số sử dụng là KP thì tính QP. Giải
- QC < KC Hệ không cân bằng và phản ứng di chuyển theo chiều phải.
6.5. Bài tập về tính hằng số cân bằng
Một hệ gồm một cặp ủồng phõn hỡnh học trong một dung mụi hữu cơ mà hằng số cõn bằng KC = 24,0 ở 200 ủộ C
Cis – stilben Trans - stilben
Giả dụ rằng lỳc ủầu chỉ cú Cis – stilben cú mặt và nồng ủộ là 0,850 mol/l. Hóy tớnh nồng ủộ của 2 ủồng phõn này ở thời ủiểm cõn bằng.
Các bước tiến hành:
Bước 1: Diễn tả nồng ủộ cõn bằng của tất cả cỏc chất theo nồng ủộ ban ủầu và chỉ bằng một ẩn số.
Bước 2: Diễn tả hằng số cõn bằng theo nồng ủộ cõn bằng. Giỏ trị của hằng số cõn bằng biết ủược sẽ dựng ủể giải phương trỡnh theo x.
Bước 3: Sau khi xỏc ủịnh giỏ trị x, tớnh nồng ủộ cõn bằng của tất cả cỏc chất
Thay ủổi (+) chứng tỏ sự tăng lờn và thay ủổi (-) chứng tỏ sự giảm nồng ủộ. Tiếp ủến là viết biểu thức hằng số cõn bằng theo nồng ủộ cõn bằng:
x = 0,816 M
Cis – stilben Trans – stilben
Nồng ủộ ban ủầu (M) 0,850 0
Thay ủổi về nồng ủộ (M) -x +x
Nồng ủộ cõn bằng 0,850 -x x
đáp số: a) [Cis Ờ stilben] = 0,034M; b) [Trans Ờ stilben] = 0,816M
6.6. Bài tập về tớnh ủộ tan của một chất trong nước
Khi một hợp chất khụng tan như Pb(IO3)2 ủược cho vào dung dịch, một phần chất rắn sẽ tan ra. Cõn bằng ủạt ủược khi nồng ủộ Pb2+ và ủủ ủể thỏa món ủộ tan sản phẩm ủối với Pb(IO3)2. Ở ủiểm cõn bằng, dung dịch bị bóo hũa bởi Pb(IO3)2. Làm thế nào ủể xỏc ủịnh ủược nồng ủộ của Pb2+ và và ủộ tan của Pb(IO3)2 trong dung dịch bão hòa khi cho Pb(IO3)2 vào nước cất.
ðể tiến hành giải bài toán này ta viết phản ứng cân bằng:
Và hằng số cân bằng của nó
Khi cõn bằng ủược thiết lập, hai ion ủược tạo ra tương ứng với mỗi ion Pb2+. Nếu chỳng ta giả ủịnh nồng ủộ mol của Pb2+ ở ủiểm cõn bằng là x thỡ nồng ủộ của là 2x.
Thế nồng ủộ cõn bằng vào phương trỡnh (2.18) (x)(2x)2 = 2,5 x 10-13
4x3 = 2,5 x 10-13 x = 3,97 x 10-5
Do ủú nồng ủộ cõn bằng của Pb2+ và là [Pb2+] = x = 4,0 x 10-5 M [I-] = 2x = 7,9 x 10-5 M Vì một mol Pb(IO
3)2 chứa một mol Pb2+, ủộ tan của Pb(IO3)2 bằng nồng ủộ của Pb2+; theo ủú ủộ tan của Pb(IO3)2 là 4,0 × 105 M.
6.7. Bài tập tớnh ủộ tan của một chất trong dung dịch cú ion cựng tờn
Trường hợp trờn là tớnh toỏn ủộ tan của Pb(IO3)2 trực tiếp trong nước cất và chất rắn là nguồn duy nhất cung cấp Pb2+ và cho dung dịch. ðộ tan của Pb(IO3)2 sẽ bị ảnh hưởng như thế nào nếu chúng
Pb(IO3)2 Pb2+ + 2 (2.17)
(2.18)
PbI2 Pb2+ + 2
Nồng ủộ ban ủầu Chất rắn 0 0
Thay ủổi về nồng ủộ Chất rắn +x +2x
Nồng ủộ cõn bằng Chất rắn 0 + x = x 0 + 2x = 2x
ta thêm nó vào dung dịch Pb(NO3)2 0,1M?
Thiết lập bảng theo dừi nồng ủộ của Pb2+ và trong hệ thống.
Thế nồng ủộ cõn bằng vào biểu thức ủộ tan sản phẩm của phương trỡnh (2.18)
hay 4x3 + 0,40x2 = 2,5 x 10-13
Chỳng ta sẽ vận dụng hiểu biết về hoỏ học ủể ủơn giản hoỏ phương trỡnh. Từ nguyờn lý Le Chatelier, đốn rằng nồng độ Pb2+ lớn ban đầu sẽ làm giảm độ tan của Pb(IO3)2. Trong trường hợp này cĩ thể suy đốn nồng độ cân bằng của Pb2+ sẽ rất gần với nồng độ ban đầu của nĩ; theo đĩ sự ước tính sau đây về nồng ủộ cõn bằng của Pb2+ là hợp lý
[Pb2+] = 0,10 + x ≈ 0,10 M thế vào phương trình (2.19)
(0,10)(2x)2 = 2,5 x 10-13 ⇒ 0,4x2 = 2,5 x 10-13 và giải thu ủược x là
x = 7,91 x 10-7
Trước khi chấp nhận nghiệm này, hóy kiểm tra ủể xem sự ước lượng cú hợp lý khụng. Trong trường hợp này ước lượng 0,1 + x = 0,1 dường như hợp lý vỡ sự khỏc nhau giữa hai giỏ trị cú thể bỏ qua. Do ủú nồng ủộ cõn bằng của Pb2+ và là
[Pb2+] = 0,10 + x ≈ 0,10 M [I–] = 2x = 1,6 x 10-6 ðộ tan của Pb(IO
3)2 bằng sự bổ sung của Pb2+ trong dung dịch hay 7,9 ừ 10-7 mol/l. đúng như suy đốn, độ tan của Pb(IO3)2 bị giảm trong dung dịch cĩ chứa một trong những ion của nĩ. ðiều này được gọi là hiệu ứng ion chung.