Cho cân bằng hóa học sau xa yb z c

CÂN BẰNG HOÁ HỌC A/ LÝ THUYẾT I- Khái niệm về phản ứng một chiều và phản ứng thuận nghịch. 1. Phản ứng một chiều:là phản ứng chỉ xảy ra theo một chiều từ trái sang phải; phản ứng thực hiện đến cùng, nghĩa là cho đến khi tất cả chất phản ứng đều chuyển thành sản phẩm. 2. Phản ứng thuận nghịch: là phản ứng có thể xảy ra theo hai chiều ngược nhau trong cùng một điều kiện, nghĩa là các chất đầu phản ứng với nhau để tạo thành sản phẩm, đồng thời các sản phẩm cũng phản ứng với nhau để tạo thành các chất ban đầu. Đặc điểm của phản ứng thuận nghịch: - Phản ứng thuận nghịch là phản ứng khơng hồn tồn. Ở cùng một điều kiện nhiệt độ và áp suất phản ứng có thể xảy ra theo cả chiều thuận và nghịch - Dù xuất phát từ các chất đầu hay từ các sản phẩm, cuối cùng người ta cũng thu được cùng một kết quả: tỉ lệ số mol của các chất là cố định - Nếu điều kiện phản ứng không thay đổi thì dù có kéo dài phản ứng đến bao lâu, trạng thái cuối cùng của hệ vẫn giữ nguyên. II- Cân bằng hóa học + Cân bằng hóa học là trạng thái của phản ứng thuận nghịch khi tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch. + Ở trạng thái cân bằng phản ứng không dừng lại mà vẫn tiếp tục xảy ra. Ta nói cân bằng hóa học là cân bằng động. III- Hằng số cân bằng  → cC + dD+ …. + Xét phản ứng sau: aA + bB + … ¬   vt = kt . C aA .C bB …. c

vn = kn. C C .C dD … ( kt, kn là các hằng số tốc độ của phản ứng thuận và nghịch, chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.

CA, CB, CC, CD,….. là nồng độ của các chất ở thời điểm t bất kì.) Khi đạt đến trạng thái cân bằng: vt = vn ⇔ 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],…. là nồng độ của các chất ở trạng thái cân bằng.) KC được gọi là hằng số cân bằng của phản ứng: - K là đại lượng khơng có thứ ngun - Hằng số cân bằng của phản ứng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và bản chất của phản ứng - Hằng số cân bằng của phản ứng đặc trưng cho mức độ tiến triển của phản ứng từ trái sang phải. - Khi KC càng lớn tức [C] c .[D] d càng lớn, [A].[B] càng nhỏ  phản ứng diễn ra theo chiều thuận là chính và ngược lại. - Đối với phản ứng có chất rắn tham gia thì nồng độ và áp suất của chất rắn được coi là hằng số và không được đưa vào hằng số KC hay KP - Tuỳ đặc điểm và tính chất của từng loại phản ứng hoá học mà hằng số cân bằng có các tên gọi khác nhau: hằng số axit, hằng số bazơ, hằng số điện li, tích số tan, tích số ion của nước,… + Đối với các hệ khí: Ngồi tính theo hằng số cân bằng KC ( nồng độ mol/l) của các chất mà cịn tính theo hằng số cân bằng tính theo áp suất riêng của các chất khí trong hỗn hợp PCc .PDd ... KP = a b (1) PA .PB ... + Mối liên hệ giữa KC và 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 đó n là hiệu số mol khí sản phẩm và số mol khí ban đầu của phản ứng được xét. III-Mối Liên hệ giữa hằng số cân bằng và thế đẳng nhiệt- đẳng áp ∆ G = ∆ G0 + RTlnK Khi hệ đạt trạng thái cân bằng thì ∆ G = 0 ⇒ ∆ G0 = - RTlnK Với phương trình phản ứng ở thể khí ta có: ∆ G0 = - RTlnKp Khi các chất ở thể lỏng ta có: ∆ G0 = - RTlnKC IV- ảnh hưởng của nhiệt độ lên cân bằng hoá học ∆G0 = - RTlnK = ∆ H0 - T. ∆S0 ⇒ lnK = -∆H0/RT + ∆S0/R Giả sử ở nhiệt độ T1 hằng số cân bằng là K1, ở nhiệt độ T2 hằng số cân bằng là K2 Giả thiết trong khoảng nhiệt độ từ T1 đến T2 , ∆ H và ∆ S thay đổi khơng đáng kể Ta có: lnK1 = - ∆H0/RT1 + ∆S0 / R (1) lnK2 = -∆H0/RT2 + ∆S0/R (2) ∆H 0  1 1  Lấy (2) - (1): lnK2-lnK1 = - ∆H0/RT2 – (- ∆H0/RT1) ⇔ ln(K2/K1) =  −  ( CT Van Hôp ) R  T2 T1  IV- Sự chuyển dịch cân bằng hoá học. Ngun lí Lơ Satơliê - Cân bằng hố học là cân bằng động, hệ cân bằng được đặc trưng bởi các giá trị hồn tồn xác định của các thơng số như nhiệt độ, áp suất, nồng độ của các chất,..Nếu thay đổi một trong các yếu tố này thì trạng thái của

hệ bị thay đổi, các thông số của hệ sẽ nhận những giá trị mới và do đó, hệ chuyển sang một trạng thái mới. Hiện tượng này gọi là sự chuyển dịch cân bằng hoá học

1. Ảnh hưởng của nồng độ [C ]c [ D] d 0  → 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 bằng thì ∆ G = 0 - Nếu tăng nồng độ chất phản ứng, hoặc giảm nồng độ các sản phẩm , biểu thức sau dấu ln sẽ giảm, ∆ G < 0, hệ khơng cịn ở trạng thái cân bằng nữa, phản ứng sẽ dịch chuyển theo chiều thuận cho đến khi ∆ G = 0 - Nếu tăng nồng độ của các sản phẩm thì sẽ gây kết quả ngược lại * Vậy: Khi tăng nồng độ chất phản ứng hoặc làm giảm nồng độ sản phẩm cân bằng dịch chuyển theo chiều thuận. Khi tăng nồng độ sản phẩm hoặc giảm nồng độ chất phản ứng thì cân bằng dịch chuyển theo chiều nghịch. * Nhận xét: Với chất khí, sự tăng nồng độ của một chất cũng chính là sự tăng áp suất riêng phần của chất đó. Do đó dự thay đổi áp suất riêng phần của chất đến sự dịch chuyển cân bằng hoá học cũng tương tự như ảnh hưởng của sự thay đổi nồng độ.
2. Ảnh hưởng của nhiệt độ Từ phương trình: ∆ G0 = - RTlnK = ∆H0- T. ∆S0  lnK = -∆H0/RT + ∆S0/R Nếu coi ∆ H0 và ∆ S0 là không phụ thuộc vào nhiệt độ - Đối với phản ứng phát nhiệt (∆ H0 < 0), khi nhiệt độ tăng, số hạng –∆H0/RT giảm  K giảm  cân bằng chuyển dịch về phía phản ứng nghịch tức là phản ứng thu nhiệt. - Đối với các phản ứng thu nhiệt ( ∆ H0 > 0), khi nhiệt độ tăng, số hạng –∆H0/RT tăng  K tăng cân bằng chuyển dịch về phía phản ứng thuận tức là phản ứng thu nhiệt. Ngược lại với các quá trình khi làm giảm nhiệt độ của phản ứng.

3. Ảnh hưởng của áp suất  → cC + dD Với phản ứng tổng quát ở pha khí: a A + bB ¬  

PCc .PCd KP = a b PA .PB

Với P là áp suất chung của hỗn hợp; xi là phần mol của khí i; Pi là áp suất riêng phần của khí i trong 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 là biến thiên số mol khí trong hệ phản ứng Khi hệ ở trạng thái cân bằng ta có: ∆ G = ∆ G0 + RTlnKp = ∆ G0 + RT. lnKx. P∆ n

ở nhiệt độ cố định nếu thay đổi áp suất chung của hệ giá trị ∆ G chỉ phụ thuộc vào P∆ n Xảy ra các trường hợp sau: - Khi ∆ n = 0, nghĩa là số mol phân tử khí ở 2 vế của phương trình phản ứng bằng nhau. ∆ G = ∆ G0+ RTlnKx= 0 Trạng thái cân bằng của hệ không thay đổi khi thay đổi áp suất của hệ - Khi ∆ n > 0, nghĩa là số mol phân tử khí ở hai vế của phương trình phản ứng lớn hơn ở vế trái. Khi áp suất

chung của hệ tăng lên, ∆ G của hệ > 0. Cân bằng dịch chuyển theo chiều nghịch. - Khi ∆ n < 0, nghĩa là số phân tử khí ở vế trái của phương trình lớn hơn vế phải. Khi áp suất chung P của cả hệ tăng lên, giá trị của P∆ n giảm xuống, biến thiên thế đẳng áp ∆ G của hệ trở thành âm ( ∆ G < 0). Phản ứng xảy ra theo chiều thuận, nói cách khác là cân bằng chuyển dịch về phía có số phân tử khí ít hơn. Vậy: Khi tăng áp suất chung của hệ, cân bằng sẽ dịch chuyển về phía có số phân tử khí ít hơn để chống lại sự tăng áp suất. Khi giảm áp suất chung của hệ thì ngược lại B/ BÀI TẬP 1. Trong một bình kín dung tích là 10 lit chứa 1 mol SO2 và 0,5 mol O2 ở 7270C tới khi nồng độ của các chất không đổi thì thu được 0,68 mol SO3. Tính KC và KP của phản ứng trên nếu viết phản ứng dưới dạng:  → 2SO3 (1)  → SO3 ( 2) 2SO2 + O2 ¬ và 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 ] 2 * Nếu phản ứng viết dạng (1) : KC1 = \= 282 → KP1 = KC1.(0,082.1000)-1 = 3,44 [ SO2 ] 2 [O2 ] * Nếu viết phản ứng dưới dạng (2) : KC2 = K C1 = 16,8; KP2 = K P1 = 1,85 2. Khi trộn 1 mol C2H5OH với 1 mol CH3COOH và để cho phản ứng xảy ra ở nhiệt độ thường, lúc cân bằng thấy tạo thành 2/3 mol este. Nếu thêm 2 mol C2H5OH vào hệ khi đạt trạng thái cân bằng thì bao nhiêu mol este sẽ tạo thành lúc cân bằng mới được thiết lập? Cho thể tích của hệ là cố định

HD: Gọi thể tích của hệ là V CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O C 1/V 1/V [] 1/3V 1/3V 2/3V 2/3V Từ phương trình : KC = 4 Khi hệ đã cân bằng thêm vào hệ 2 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 ra được: x = 0,236 mol → số mol este ở trạng thái cân bằng mới là: 0,9 mol → cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận → 3. N2O4 phân huỷ theo phản ứng N2O4 (k) ơ 2 NO2 (k) ở 270C và 1 atm độ phân

huỷ là 20 %. Xác định :

1. Hằng số cân bằng KP, KC

2. Độ phân huỷ ở 270C và dới áp suất 0,1 atm
3. Độ phân huỷ của một mẫu N2O4 có khối lợng 69 gam, chøa trong b×nh cã thĨ tÝch 20 lit ë 270C HD:

1. N2O4 (k) 2 NO2 (k) ơ

Ban đầu: 1 mol 0 mol Phân li mol 2 mol Cân bằng 1 2 ở trạng thái cân bằng: nh= 1+ ; PN2O4 = (1-α)P/(1+α); PNO2 = (2α)P/(1+α) 4 P.α 2 → KP = \= 0,17→ KC = 6,78.10-3 1−α 2

2. KP chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, víi P = 0,1 thì KP = 0,17

3. nN2O4 =69/92 = 0,75 mol

4. Đối với phản ứng H2

• I2 ơ 2HI ngời ta thu đợc các dữ kiện sau:

T(K) KP 731 49,8 764 45,9 Dự đoán chiều hớng của phản ứng khi tăng, giảm nhiệt độ. Xác định hiệu ứng nhiệt của phản ứng để chứng minh sự dự đoán là đúng hay sai. HD: - Ta thấy khi nhiệt độ tăng thì KP giảm vậy: khi tăng nhiệt độ cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch; khi nhiệt độ giảm cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận - Dựa vào phơng trình về mối quan hệ giữa KP và H0 ta tính đợc : H0 = -11,47 kJ phản ứng theo chiều thuận là toả nhiệt vậy dự đoán trên là đúng. 5. Ngi ta un núng mt lượng PCl5 trong một bình kín thể tích 12 lit ở 2500C:PCl5 (k)  PCl3(k) + Cl2(k) Lúc cân bằng trong bình có 0,21 mol PCl5, 0,32 mol PCl3; 0,32 mol Cl2. Tính hằng số cân bằng KC, KP và ∆ G0 của phản ứng . ĐS: KC =0,0406; KP = 1,741 ; ∆G0 = -2410,9 J/mol 6. Trong một bình kín dung tích 10 lit có 0,5 mol H2 và 0,5 mol I2 phản ứng với nhau ở 4480C: H2(k) + I2 (k)  2HI(k) Hằng số cân bằng KC = 50. Tính:

1. KP
2. áp suất chung trong bình
3. Số mol I2 cịn lại trong bình lúc cân bằng
4. áp suất riêng của mỗi chất lúc cân bằng ĐS: a) 50; b) 5,9122 atm ; c) 0,111 mol; d) PH2= PI2 = 0,656 atm ; PHI = 4,599 atm 7. ở 817 0C hằng số cân bằng KP của phản ứng giữa CO2 và C( r ) nóng đỏ, dư để tạo thành CO là 10. Xác định:

1. Phần mol của các khí trong hỗn hợp lúc cân bằng khi áp suất chung bằng 4 atm
2. áp suất riêng của CO2 lúc cân bằng
3. áp suất chung của hỗn hợp sao cho lúc cân bằng CO2 chiếm 6% về thể tích  → 2CO(K) HD: CO2 (k) + C(r ) ¬   BĐ 1 mol PƯ x mol 2x mol CB 1 –x 2x mol Phần mol ( 1 – x)/ (1+x) 2x/( 1+ x)
4. KP = 10 => x = 0,62 => x CO2 = 0,235; xCO = 0,765 ; b) PCO2 = 0,94 atm ; c) P = 0,677 atm → 2CO (k) 8. Phản ứng dưới đây đạt đến cân bằng ở 109K với hằng số cân bằng Kp = 10: C (r) + CO2 (k) ¬ 
5. Tìm hàm lượng khí CO trong hỗn hợp cân bằng, biết áp suất chung của hệ là 1,5atm.
6. Để có hàm lượng CO bằng 50% về thể tích thì áp suất chung là bao nhiêu? ∑n → 2CO Giải: (a) C + CO2 ¬  [] (1 - x) 2x 1 + x (mol)

Ta có:

→ x = 0,79 Vậy hỗn hợp cân bằng chứa 2.0,79 = 1,58 mol CO (88,27%) và 1 – 0,79 = 0,21 mol CO2 (11,73%) b)

 → CO2 + H2 K = 1. Nếu xuất phát từ một hỗn 9. ở 8250C hằng số cân bằng của phản ứng : CO + H2O ¬   0 hợp đồng phân tử của CO và H2O ở 825 C và ở áp suất 1 atm thì lúc cân bằng độ chuyển hố của CO là bao nhiêu? Nếu độ chuyển hóa của CO là 99% thì phải dùng bao nhiêu mol hơi nước cho 1 mol CO. ĐS: Độ chuyển hóa α = 0,5; nH2O = 99 mol 10. ở 8200C các hằng số cân bằng của các phản ứng :

1. CaCO3 CaO + CO2 K1 = 0,2
2. C + CO2 2CO K2 = 2 Trong một bình chân khơng thể tích 22,4 lit và được giữ ở 8200C, người ta cho vào 1 mol CaCO3 và 1 mol C. Xác định thành phần của hệ lúc cân bằng. Sự phân huỷ CaCO3 sẽ hồn tồn khi thể tích của bình bằng bao nhiêu? HD:
3. K1 = PCO = 0,2 (atm); 2

Từ PV = nRT với R = 0,082→ Số mol CO2 = 0,05 và số mol CO = 0,16 Gọi số mol CaCO3 và C đã phản ứng là x và y  → CaO + CO2 và  → 2CO CaCO3 ¬ C+ CO2 ¬     [] (1 – x) x (x – y) (1 – y) y 2y Ta có: x – y = 0,05 và 2y = 0,16 → x = 0,13 và y = 0,08 Số mol: CaCO3 = 0,87; CaO = 0,13; C = 0,92; CO2= 0,05; CO = 0,16

2. Khi CaCO3 phân huỷ hoàn tồn thì x’ = 1 → số mol CO2 = 1 – x’ ta có: 0,2V = (1 – y’)RT và 0,63V = 2y’RT . Giải 2 phương trình cho V = 174 lít Vậy khi thể tích tăng, áp suất chung giảm thì cân bằng chuyển dịch theo chiều làm tăng áp suất, tức là theo chiểu tạo ra khí CO2.(kết quả 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 và 37,17 mol khơng khí (20%V là O2 cịn lại là N2) có xúc tác là V2O5. Thực hiện phản ứng ở 4270C, 1 atm thì phản ứng đạt hiệu suất 98%. Tính hằng số cân bằng KC, KP của phản ứng ở 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) 0 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 ở 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 bằng hóa học sau: N2O4 (k) ⇌ 2NO2 (k) (1) Thực nghiệm cho biết khối lượng mol phân tử trung bình của hai khí trên ở 35oC bằng 72,45 g/mol và ở 45oC bằng 66,80 g/mol.

1. Tính độ phân li của N2O4 ở mỗi nhiệt độ trên?
2. Tính hằng số cân bằng KP của (1) ở mỗi nhiệt độ trên? Biết P = 1 atm
3. Cho biết theo chiều nghịch, phản ứng thu nhiệt hay tỏa nhiệt? HD: Xét cân bằng: N2O4 (k) ⇌ 2NO2 (k) (1)
4. Gọi a là số mol của N2O4 có trong 1 mol hỗn hợp ⇒ số mol NO2 trong 1 mol hỗn hợp là (1 - a) mol *Ở 350C có M = 72,45 g/mol = 92a + 46(1 - a) ⇒ a = 0,575 mol = nN2O4 và nNO2 = 0,425 mol N2O4 (k) ⇌ 2NO2 (k) Ban đầu x

0 Phản ứng 0,2125 0,425

Cân bằng 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 và nNO2 = 0,5479 mol N2O4(k) ⇌ 2NO2(k) Ban đầu x 0 Phản ứng 0,27395 0,5479 Cân bằng x - 0,27395 0,5479 x - 0,27395 = 0,4521 ⇒ x = 0,72605 mol

3. Từ kết quả thực nghiệm ta thấy, khi nhiệt độ tăng từ 350C lên 450C thì α tăng. Có nghĩa khi nhiệt độ tăng cân bằng 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 bao nhiêu % chất ban đầu (N2 + 3H2 ) đã chuyển thành amoniac, nếu phản ứng được thực hiện ở 500 atm ,1000atm và nhận xét kết quả với nguyên lí chuyển dịch cân bằng? Biết hằng số cân bằng của phản ứng điều chế amoniac ở 5000C là 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: 1 3 0 mol Phản ứng a 3a 2a mol Sau phản ứng (1-a) (3-3a) 2a mol

\=> áp suất tăng cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm áp suất của hệ. 14. Xét phản ứng tổng hợp amoniac : N2 (k) + 3H2 (k)  2NH3 (k) Ở 450oC hằng số cân bằng của phản ứng này là KP = 1,5.10-5.

1. Ban đầu trộn N2 và H2 theo tỉ lệ 1:3 về thể tích. Tính hiệu suất phản ứng tổng hợp NH3 khi áp suất hệ bằng 500 atm và bằng 1000 atm.
2. Các kết quả tính được có phù hợp với ngun lý chuyển dời cân bằng hóa học hay khơng? HD: a) Gọi x và h lần lượt là số mol ban đầu của N2 và hiệu suất phản ứng. N2 (k) + 3H2 (k)  2NH3 (k) no x 3x 0

n

hx 3hx 2hx x(1-h) 3x(1-h) 2hx

→ ∑ n = x(4-2h)

-Tại 500 atm, (*) ⇔ 14,1h2 - 28,2h + 10,1 = 0 với h ≤ 1 → h = 0,467 , vậy hiệu suất phản ứng bằng 46,7% -Tại 1000 atm, (*) ⇔ 14,1h2 - 28,2h + 10,1 = 0 với h ≤ 1 → h = 0,593 , vậy hiệu suất phản ứng bằng 59,3% \=> h = 0,593 , vậy hiệu suất phản ứng bằng 59,3%

2. Khi áp suất tăng, hiệu suất phản ứng tổng hợp NH3 tăng. Điều này phù hợp với nguyên lý chuyển dời cân bằng. Khi tăng áp suất, cân bằng chuyển dịi theo chiều làm giảm số phân tử khí (với phản ứng tổng hợp NH3 là chiều thuận). 15. Có cân bằng: N2O4 (K)  2NO2 (K) . Cho 18,4gam N2O4 vào bình dung tích là 5,904 lít ở 270C. Lúc cân bằng áp suất của hỗn hợp khí trong bình là 1atm. Tính áp suất riêng phần của NO2 và N2O4 lúc cân bằng. Nếu giảm áp suất của hệ lúc cân bằng xuống bằng 0,5 atm thì áp suất riêng phần của NO2, N2O4 lúc này là bao nhiêu? Kết quả có phù hợp nguyên lý của Le Chatelier không ? HD: nN2O4 = 18,4/92 = 0,2 mol N2O4  2NO2 Ban đầu 0,2 0 Cân bằng 0,2 - x 2x Tổng số mol có trong hệ lúc cân bằng: 0,2 – x + 2x = 0,2 + x PV

1. 5,904 0, 2 + 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 cũng gấp đôi của NO2

Đặt PNO2 khi cân bằng là P thì áp suất của N2O4 khi cân bằng là: 0,5 – P. Từ đó: 1 P2 KP = = ⇒ 6P 2 + P − 0,5 = 0 --> PNO2 = 0,217 (atm); PN2O5 = 0,283 (atm) 6 0,5 − P PNO2 0, 217 PNO2 1 3 \= ≈ 0, 77 So sánh với trường hợp trên: \= . = 0,5 Kết quả: PN2O4 0, 283 PN2O4 3 2 Vậy: Khi áp suất của hệ xuống thì cân bằng dịch chuyển sang phía làm tăng áp suất của hệ lên, nghĩa là sang phía có nhiều phân tử khí hơn (phù hợp nguyên lý). 16. Cân bằng: N2O4(k)  2NO2(k) nhận được xuất phát từ a mol N2O4. Gọi α là độ phân li của N2O4. a/ Tính số mol NO2, N2O4 và tổng số mol của hệ khi cân bằng theo a và α ? b/Tính áp suất riêng phần của NO2, N2O4 khi cân bằng theo α và áp suất tổng P của hệ? Tính KP theo α và P? c/ Nếu ban đầu có 1,588 gam N2O4 trong bình 0,5 lít ở 250C và P = 760 mmHg thì α , áp

suất riêng phần của NO2, N2O4 lúc cân bằng là 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 trong khơng khí, kết thúc phản ứng thu được một hỗn hợp khí có thành phần: 7% SO2; 10% O2; 83% N2 theo số mol. Đun hỗn hợp khí trong bình kín (có xúc tác) ở 800K, xảy ra phản ứng: 2SO2 + O2  2SO3 Kp = 1,21.105.

1. Tính độ chuyển hố (% số mol) SO2 thành SO3 ở 800K, biết áp suất trong bình lúc này là 1 atm, số mol hỗn hợp khí ban đầu (khi chưa đun nóng) là 100 mol.
2. Nếu tăng áp suất lên 2 lần, tính độ chuyển hố SO2 thành SO3, nhận xét về sự chuyển dịch cân bằng. HD:

1. Cân bằng: 2SO2 + O2  2SO3 Ban đầu: 7 10 0 (mol) lúc cân bằng: (7-x) (10 - 0,5x) x Tổng số mol các khí lúc cân bằng: 100 – 0,5x = n. áp suất riêng của các khí:

(x: số mol SO2 đã phản ứng).

49.96,5 \= 1,21. 105 → x = 6,9225.

2 (7-x ) .6,5 Vậy độ chuyển hóa SO2 →SO3: 6,9225.100 / 7 = 98,89%

2. Nếu áp suất tăng 2 lần tương tự có: 7- x’ = 0,300 . 5 . 10 −2 = 0,0548 → x’ = 6,9452. →độ chuyển hoá SO2 → SO3: (6,9452 . 100)/7 = 99,21% Kết quả phù hợp nguyên lý Lơsatơlie: tăng áp suất phản ứng chuyển theo chiều về phía có số phân tử khí ít hơn. 18. Haber là một trong số các nhà hố học có đóng góp quan trọng vào phản ứng tổng hợp amoniac từ khí hiđro và nitơ. Trong TN1 tại 472 oC, Haber và cộng sự thu được [H2] = 0,1207M; [N2] = 0,0402M; [NH3] = 0,00272M khi hệ phản ứng đạt đến cân bằng. Trong TN2 tại 500 oC, người ta thu được hỗn hợp cân bằng có áp suất riêng phần của H 2 là 0,733 atm; của N2 là 0,527 atm và của NH3 là 1,73.10-3 atm. → 2NH3 (k) tỏa nhiệt hay thu nhiệt? Tại sao?
3. Phản ứng: 3H2(k) + N2(k) ¬  
4. Nếu trong TN1, sau khi đạt tới cân bằng hóa học, thể tích bình phản ứng bị giảm một nửa thì sẽ diễn ra quá trình gì? Tại sao? do K>> → x ≈ 7 → Ta có :

[NH3 ]2 (0,00272) 2 \= HD: a. Tại 472 C, Kc = \= 0,105 [H 2 ]3 .[N 2 ] (0,1207)3 .(0,0402) 0

→ K p = K c (RT) ∆n = 0,105(0, 082.(472 + 273)) −2 = 2,81.10-5; 0

Tại 500 C, Kp =

p 2NH3 p3H 2 .p N 2

\=

(1,73.10-3 ) 2 \= 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 của Lơ Satơlie).

2. Khi V giảm một nửa → nồng độ tăng 2 lần → Qc =

(0,00272 . 2)2 \= 2,62.10-2 < Kc → cân bằng (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 2 SO2 + O2 ¬ 2 SO3  

1. Người ta cho vào bình kín thể tích khơng đổi 3,0 lít một hỗn hợp gồm 0,20 mol SO 3 và 0,15 mol SO2. Cân bằng hóa học được thiết lập tại 250C và áp suất chung của hệ là 3,20 atm. Hãy tính tỉ lệ oxi trong hỗn hợp cân bằng.
2. Ở 250C, người ta chỉ cho vào bình trên khí SO 3. Ở trạng thái cân bằng hóa học thấy có 0,105 mol O 2.Tính tỉ lệ SO3 bị phân hủy, thành phần hỗn hợp khí và áp suất chung của hệ.

 → HD:a. 2 SO2

• O2 ¬ 2 SO3 (1)   ban đầu 0,15 0,20 lúc cbhh ( 0,15 + 2z) z (0,20 – 2z) Tổng số mol khí lúc cbhh là 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 2 = z / n1 = 0,043/ 0,393 = 0,1094 hay trong hỗn hợp cân bằng oxi chiếm 10,94% → 2 SO3
• 2 SO2
• O2 ¬ (2)   ban đầu 0

0 y

lúc cbhh 2. 0,105 0,105 (y – 2. 0,105). Trạng thái cbhh được xét đối với (1) và (2) như nhau về T (và cùng V) nên ta có : 2 2 K = const; vậy: n SO 3 / (n SO 2 .n O 2 ) = const. 2

2

Theo (1) ta có: n SO 3 /(n SO 2 .n O 2 ) = (0,20 – 2. 0,043)2 /(0,15 + 0,086)2.0,043 = 5,43. 2

2

Theo (2) ta có n SO 3 / (n SO 2 .n O 2 ) = (y – 0,21)2/ (0,21)2.0,105 = 5,43. Từ đó có phương trình y2 – 0,42 y + 0,019 = 0. Giải pt này ta được y1 = 0,369; y2 = 0,0515 < 0,105 (loại nghiệm y2). Do đó ban đầu có y = 0,369 mol SO3; phân li 0,21 mol nên tỉ lệ SO3 phân li là 56,91% Tại cbhh tổng số mol khí là 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 bằng được xác định bởi các dữ kiện sau Nhiệt độ(0C) Áp suất toàn phần (atm) %CO trong hỗn hợp 800 2,57 74,55 900 2,30 93,08 0 -16  → Đối với phản ứng 2CO2(k) ¬   2CO(k) + O2(k) (2) Hằng số cân bằng ở 900 C bằng 1,25.10 atm Tính ∆H, ∆S ở 9000C đối với phản ứng (2), biết nhiệt tạo thành ở 9000C của CO2 bằng -390,7kJ/mol HD: Chấp nhận khí là khí lí tưởng, áp suất của các khí trong hệ (1) là 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 bằng của hệ ở các nhiệt độ tương ứng là: 2 2 pCO pCO * Ở 1073K: K1 = \= 5,6123 atm * Ở 1173K: K2 = \= 28,7962 atm pCO 2 pCO 2

K 2 ∆H  1 1  \=  − ÷ thay số → ∆H = 171,12 kJ/mol K1 R  T1 T2  Vì ∆H khơng đổi trong một giới hạn nhiệt độ nên có thể coi ∆H ở 1173K cũng bằng 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 này 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 bằng hóa học: CH3OH(k) + H2O(k) ¬ (1)   0 Entanpi và năng lượng tự do Gibbs tại 374K có giá trị ∆H 374K = + 53kJ/mol và ∆G0374K = -17 kJ/mol. Cho vào bình phản ứng 1 mol metanol và 1 mol nước có mặt chất xúc tác. Duy trì nhiệt độ và áp suất trong bình khơng đổi là 374K và 105Pa.

1. Tính hằng số cân bằng (ghi rõ đơn vị nếu có) của phản ứng tại nhiệt độ 374K.
2. Khi hệ đạt trạng thái cân bằng, tính phần trăm metanol đã chuyển hóa thành H2. −∆G 0 17.103 ln K \= \= \= 5, 467 → Kp = 236,75 Kp khơng có đơn vị HD: a) p RT 8,314.374

2. Xét cân bằng: Lại có ln

 → 3H2(k) + CO2(k). CH3OH(k) + H2O(k) ¬  

Ban đầu

1

Phản ứng

x

Cân bằng

1–x

1

0

x 1–x

0

3x 3x

x x

(mol) (mol) (mol)

Tổng số mol khí trong bình ở trạng thái cân bằng là 2.(1 + x) Mà ta có:

pH 2 =

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 là áp suất tổng của bình bằng 105 Pa hay 1 bar; áp suất tiêu chuẩn p° = 1 bar. Ta có:

3

3  p H2   pCO2  3x x   .  0 ÷ . 0 ÷  ÷ p   p  2 + 2x  2 + 2x Kp =  \=  1-x 1-x  p CH3OH   p H2O  . .  ÷  ÷ 0 0 2 + 2x 2 + 2x p p 

 

\=

27x 4 27 x 4 \= \= 236, 75 (2 + 2x) 2 .(1 - x) 2 4(1 − x 2 ) 2

Đặt a = x2 ta có a > 0 và x >0 (do phản ứng diễn ra theo chiều thuận)

a2 a \= 5,922 hay a = 0,8555 --> x = 0,925 ⇒ %CH3OH(phản ứng) = 92,5%. \= 35, 07 hay Ta có: 2 1− a (1 − a) Chú ý: Trong trường hợp học sinh đổi áp suất ra đơn vị atm trong công thức Kp vẫn cho điểm tối đa do nhiều tài liệu vẫn cho p° = 1atm hoặc lấy gần đúng 1 bar = 1 atm (chính xác 1atm = 1,01325.105 Pa) 22. Cho cân bằng: PCl5(k) ⇌ PCl3(k) + Cl2(k) KP = 1,85 ở 525K Làm ba thí nghiệm: TN1: Cho 1 mol PCl5 vào bình chân khơng có dung tích khơng đổi. Lúc đạt cân bằng ở 525K, áp suất trong bình là 2 atm. TN 2: Làm giống thí nghiệm 1 nhưng cho thêm vào bình 1 mol khí agon và vẫn duy trì nhiệt độ là 525K. TN 3: Khi cân bằng ở thí nghiệm 2 được thiết lập nguời ta vẫn duy trì nhiệt độ của bình là 525K nhưng tăng

dung tích của bình lên sao cho áp suất cân bằng là 2atm. Tính số mol PCl5 và Cl2 khi cân bằng trong mỗi thí nghiệm. *TN1: PCl5 ⇌ PCl3 + Cl2 CB: 1 – x x x ⇒ Σn = 1 + x 2 2 x  2  2x ⇒ x = n Cl = 0,693mol ⇒ n PCl = 0,307mol Ta có: K P = 1,85 =  ÷= 1 − x  1 + x  1− x2 *TN2:Thêm Ar vào ở T, V không đổi nên áp suất riêng phần của từng chất và hằng số K p không đổi. Cân bằng khơng chuyển dịch, kết qủa giống thí nghiệm 1 *TN 3: PCl5 ⇌ PCl3 + Cl2 + Ar CB: 1 – x x x 1 Σn = 2 + x 2 2

2 x / (2 + x ) 2x K P = 1,85 = ×2= ⇒ x = nCl = 0,77mol ⇒ nPCl = 0,23mol (1 − x ) / (2 + x) 2 − x − x2 o \= 129, 7kJ 23. Cho phản ứng : 2NaHCO3 ( r )  Na2CO3( r ) + CO2 (k) + H2O ( k ) ;∆H 298 1. Áp suất của hệ lúc cân bằng là P, lúc đầu trong bình chỉ có tinh thể NaHCO 3 . Hãy thiết lập phương trình Kp = f(P) 2. Cho a (mol) NaHCO3 vào bình chân khơng dung tích 22,4 Lít . Khi cân bằng ở 47oC đo được P = 30,0 mmHg . Tính Kp , Kc của phản ứng và số mol tối thiểu NaHCO 3 cần có trong bình để đạt được áp suất 30,0 mmHg. 3. Tính ΔGo, ΔSo của phản ứng ở 47oC, coi ΔHo, ΔSo là hằng số. HD: 1. Thiết lập phương trình Kp = f(P) Vì Áp suất của hệ lúc cân bằng là P, lúc đầu trong bình chỉ có tinh thể NaHCO3 Theo phương trình phản ứng, lúc cân bằng trong hệ chỉ có CO2 và H2O ở trạng thái khí và hơi nên : 2NaHCO3 ( r ) ƒ Na2CO3( r ) + CO2 (k) + H2O ( k ) Cân bằng P/2 P/2 2 P ⇒ K p = PCO2 .PH 2O = 4 2. Tính Kp , Kc của phản ứng và số mol tối thiểu NaHCO3 cần có trong bình để đạt được áp suất 30,0 mmHg.

2

5

2

5

2

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 4 PV 30.22, 4 n( NaHCO3 ) = 2n(CO2 ) = 2n( H 2O ) = \= \= 0, 0337mol RT 760.0, 082.(47 + 273) 3. Tính ΔGo, ΔSo của phản ứng ở 47oC, coi ΔHo, ΔSo là hằng số.

∆GTo = − RT ln K p = −8,314.(47 + 273).ln 3,9.10 −4 = 20883J = 20,883kJ 2

∆H o − ∆G o 129, 7 − 20,883 ∆G = ∆H − T ∆S ⇒ ∆S = \= \= 0,34kJ .K-1 T 47 + 273  → H2(k) + Cl2(k) 24: 1. Cho phản ứng : 2HCl (k) ¬   Hằng số cân bằng Kp của phản ứng ở nhiệt độ 1727oC và 727oC lần lượt là : 4,237.10-6 và 4,90.10-11. Tính ∆H o của phản ứng, coi ∆H o là hằng số đối với nhiệt độ. 2. Tính KP của phản ứng sau ở 727oC : 2HI(k) + Cl2(k) ƒ 2HCl(k) + I2(k)  → H2(k) + I2(k) ; KP = 3,8.10-2 ở 727oC . Cho biết : 2HI (k) ¬   HD: 1. Tính ∆H o của phản ứng, coi ∆H o là hằng số đối với nhiệt độ : K (T ) ∆H o  1 1  4, 237.10−6 ∆H o  1 1  ln P 2 = −

⇔ 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) 2. Tính KP của phản ứng sau ở 727oC :2HI(k) + Cl2(k) ¬    → H2(k) + I2(k) Xét phản ứng : 2HI (k)

KP(1) = 3,8.10-2 ở 727oC . ¬    → H2(k) + Cl2(k) 2HCl (k) KP(2) = 4,9.10-11 ở 727oC . ¬   ------------2HI(k) + Cl2(k) ƒ 2HCl(k) + I2(k) KP = KP(1) .(KP(2) )-1 -2 -11 -1 9 ⇒KP = 3,8.10 . [4,9.10 ] = 0,7755.10 25 : Ở 1020K, hai cân bằng sau cùng tồn tại trong một bình kín :  → 2CO(k) C(gr) + CO2(k) ¬ Kp = 4,00    → FeO( r ) + CO (k) Fe(tt) + CO2(k) ¬ K’p = 1,25  

1. Tính áp suất riêng phần của các khí lúc cân bằng. 2. Cho 1 mol Fe , 1 mol C(gr) ; 1,2 mol CO2 vào bình chân khơng dung tích 20,0 lít ở 1020K. Tính số mol các chất lúc cân bằng. HD: 1. Tính áp suất riêng phần của các khí lúc cân bằng. 2  PCO KP = \= 4, 00  PCO2 P KP 4  \= \= 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 1,2 0 Phản ứng x x 2x Cân bằng (1 – x) (1,2-x-y) (2x +y)  → FeO( r ) + CO (k) Fe(tt)

• CO2(k) ¬ K’p = 1,25   Ban đầu 1 1,2 0 0 Phản ứng y y y

y Cân bằng (1 – y) (1,2-x-y) y (2x+y) Tổng số mol khí lúc cân bằng : n = (1,2-x-y) + (2x+y) = 1,2 + x

PV (3, 2 + 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 ⇒ 2 x + y = 0, 765 ⇒ y = 0, 411 Vậy : n( C ) = 1 – x = 0,823 mol ; n ( Fe ) = 1 – y = 0,589 mol  → 3FeO ( r ) + CO2 ( k ) bằng 1,1.

26 : Ở 1000K, hằng số cân bằng của phản ứng : Fe3O4 ( r ) + CO ( k ) ¬   Người ta cho 100 gam Fe3O4 và 1 mol CO vào 1 bình phản ứng 10 lít rồi nung nóng lên 1000K. 1. Tính thành phần của pha khí khi hệ khơng diễn biến nữa . 2. Tính áp suất riêng phần của mỗi khí theo bar. R = 0,082atm.L .K-1.mol-1 ; Fe = 56 HD: 1. Tính thành phần của pha khí khi hệ không diễn biến nữa .  → 3FeO ( r ) + CO2 ( k ) Kp = 1,1. Giả sử trong bình phản ứng có cân bằng : 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) = 1 – 0,5244 = 0,4756 mol ⇒ n(CO2) = 0,82 100 \= 0, 431mol Fe3O4 < n(CO2) = 0,5244 mol Điều này khơng hợp lý vì ta chỉ cho vào bình 232 Phản ứng đã ngừng lại trước khi hệ đạt tới trạng thái cân bằng do thiếu Fe3O4 . n(Fe3O4) = 0 ; n(CO2) = 0,431 mol ; n(CO) = 1 – 0,431 = 0,569 mol ; n(FeO) = 3.0,431 =1,293 mol 2.Tính áp suất riêng phần của mỗi 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 một hệ có cân bằng 3 H2 + N2 ¬

2 NH3 (*) được thiết lập ở 400 K người ta xác định được các áp suất phần sau đây: p H 2 = 0,376.105 Pa , p N 2 = 0,125.105 Pa , p NH3 = 0,499.105 Pa KP =

PCO2

\= 1,1

1. Tính hằng số cân bằng Kp và ΔG0 của phản ứng (*) ở 400 K. 2. Tính lượng N2 và NH3, biết hệ có 500 mol H2. 3. Thêm 10 mol H2 vào hệ này đồng thời giữ cho nhiệt độ và áp suất tổng cộng không đổi. Bằng cách tính, hãy cho biết cân bằng (*) chuyển dịch theo chiều nào? 4. Trong một hệ cân bằng H2/N2/NH3 ở 410 K và áp suất tổng cộng 1.105 Pa, người ta tìm được: Kp = 3,679.10-9 Pa-2, nN2 = 500 mol , nH2 = 100 mol và nNH3 = 175 mol. Nếu thêm 10 mol N2 vào hệ này đồng thời giữ cho nhiệt độ và áp suất khơng đổi thì cân bằng chuyển dịch theo chiều nào? Cho: Áp suất tiêu chuẩn P0 = 1,013.105 Pa; R = 8,314 JK-1mol-1; 1 atm = 1,013.105 Pa. HD:

1. Kp =

2 PNH 3

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 = 2. 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 3. Sau khi 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 2 4962 1,013 ΔG = [-12136 + 8,314 × 400 ln ( × )] = -144,5 J.mol−1 ⇒Cân bằng (*) chuyển dịch sang phải. 3 0,124 381 4. Sau khi thêm 10 mol N2 trong hệ có 785 mol khí và áp suất phần mỗi 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 2 100 × 510 Cân bằng (*) chuyển dịch sang trái. 28(ĐXDHBB NĐ-2014) :Thực hiện phản ứng: 2NOCl(k)

2NO(k) + Cl2(k)

1.Ban đầu cho vào bình phản ứng NOCl, thực hiện phản ứng ở 300 0C. Khi hệ đạt trạng thái cân bằng thấy áp suất trong bình là 1,5 atm. Hiệu suất của phản ứng là 30%. Tính hằng số cân bằng của phản ứng. 2.Ở nhiệt độ 3000C, phản ứng có thể tự xảy ra được khơng? Vì sao? 3.Thực hiện phản ứng và duy trì áp suất của hệ phản ứng ở điều kiện đẳng áp: 5 atm. Tính phần trăm số mol của các khí ở trạng thái cân bằng? 4.Một cách cẩn thận, cho 2,00 gam NOCl vào bình chân khơng có thể tích 2,00 lít. Tính áp suất trong bình lúc cân bằng ở 3000C. HD:1.Phản ứng: 2NOCl(k)

2NO(k) + Cl2(k)

x x-2a

2a

a

suy ra tổng áp suất của hệ: x + a = 1,5 và H = 2a/x = 0,3. Ta có : a = 0,196 và x = 1,304 ⇒ KP = 0,036. 2. Ta có K < 1 suy ra lnK < 1 nên ∆G0 > 0. Vậy phản ứng khơng tự xảy ra. 3. Ta có KP = 0,036 suy ra KC = 7,661.10-4. ( vì 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 ) 2 \= K C = 7, 661.10−4 Suy ra 2 (0,106 − 2a ) Phần trăm NOCl: 71,8%; 4. 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 trong bình khi hệ đạt TTCB là 0,842 atm. Suy ra (0, 717 − 2a) 2 29 (ĐXDHBB YB-014): Cho cân bằng sau :CO(k) + 2H2 (k)

 CH3OH (k)

∆H0pư = - 90,0 kJ.mol-1 , giả thiết là không đổi trong khoảng nhiệt độ tiến hành thí nghiệm. KP (573K) = 2,5.10-3 1. Trong 1 bình kín, ban đầu lấy CO và H 2 theo tỷ lệ mol 1 : 2 tại nhiệt độ 573K . Xác định áp suất toàn phần của hệ để hiệu suất phản ứng đạt 70%. 2. Xác định phương trình của sự phụ thuộc giữa lnKP vào T . 3. Tại 200 bar, xác định nhiệt độ mà tại đó hiệu suất phản ứng đạt 70%. 1. Xét cân bằng:

CO(k) + 2H2 (k)

CH3OH(k)



Ban đầu

1

2

0

nT = 3

Cân bằng

1-x

2 – 2x

x

nT = 3 – 2x

PH 2 =

Hiệu suất đạt 70% -> x = 0,7 ⇒ PCO = 2 PH 2 = 0,375PT KP =

PCH 3OH 2 h2

PCO .P

2. Ta có :

\=>

2,5.10 −3 =

;

1− x . PT = 0,1875PT 3 − 2x

PCH 3OH =

x . PT = 0,4357 PT 3 − 2x

0,4375 1 . 2 2 0,1875.(0,375) PT

0 ∆H pu K P (T ) ln \=−

K P (573K ) R

⇒ PT = 81,486 (bar)

10.825 1  1 − 24,88  −  ⇒ lnKP(T) = T  T 573 

3. Tại PT = 200 bar và hiệu suất 70% 0,4375 1 10825 . \= 4,15.10 − 4 (bar − 2 ) ⇒ lnKP(T) = -7,79= − 24,88 =>T= 633K 2 2 0,1875.(0,375) 200 T 30: Cho các số liệu sau đây đối với phản ứng loại H2 của C2H6

⇒ KP(T) =

1. Tính Kp đối với phản ứng khử hidro tại 900K bằng đơn vị Pa
2. Tại trạng thái cân bằng, trong bình phản ứng có áp suất tổng hợp là 2 atm. Tính KC và KX
3. Người ta dẫn etan tại 6270C qua một chất xúc tác khử hidro. Tính phần trăm thể tích các chất lúc cân bằng. Biết áp suất hệ lúc cân bằng là 101300 Pa
4. Tính KP của phản ứng khử H2 tại 600K. Giả thiết trong khoảng nhiệt độ từ 600 – 900K và có giá trị khơng đổi. Giải thích sự khác nhau giữa các giá trị KP ở 600K và 900K

1. 2.

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 1 Mol cân bằng

1-x

x

x

→

3. Áp suất riêng phần của từng chất: KP =

\=

; ,22 → x = 0,2

→ tại cân bằng %C2H4 = %H2 = 0,2/(1+0,2) = 16,67% ; Phản ứng khử hidro: C2H6 ⇌ C2H4 + H2 Có 4.

\=

Áp dụng pt Van’t Hoff có : n

%C2H6 = 66,66%

với → )

→ Kp,600K = 0,34 Pa

Nhận xét: Phản ứng khử Hidro là phản ứng thu nhiệt, do vậy khi giảm nhiệt độ (từ 900K xuống 600K) thì KP giảm

CÂN BẰNG HOÁ HỌC A/ LÝ THUYẾT I- Khái niệm về phản ứng một chiều và phản ứng thuận nghịch. 1. Phản ứng một chiều:là phản ứng chỉ xảy ra theo một chiều từ trái sang phải; phản ứng thực hiện đến cùng, nghĩa là cho đến khi tất cả chất phản ứng đều chuyển thành sản phẩm. 2. Phản ứng thuận nghịch: là phản ứng có thể xảy ra theo hai chiều ngược nhau trong cùng một điều kiện, nghĩa là các chất đầu phản ứng với nhau để tạo thành sản phẩm, đồng thời các sản phẩm cũng phản ứng với nhau để tạo thành các chất ban đầu. Đặc điểm của phản ứng thuận nghịch: - Phản ứng thuận nghịch là phản ứng khơng hồn tồn. Ở cùng một điều kiện nhiệt độ và áp suất phản ứng có thể xảy ra theo cả chiều thuận và nghịch - Dù xuất phát từ các chất đầu hay từ các sản phẩm, cuối cùng người ta cũng thu được cùng một kết quả: tỉ lệ số mol của các chất là cố định - Nếu điều kiện phản ứng không thay đổi thì dù có kéo dài phản ứng đến bao lâu, trạng thái cuối cùng của hệ vẫn giữ nguyên. II- Cân bằng hóa học + CBHH là trạng thái của phản ứng thuận nghịch khi tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch. + Ở TTCB phản ứng không dừng lại mà vẫn tiếp tục xảy ra. Ta nói cân bằng hóa học là cân bằng động. III- Hằng số cân bằng  → cC + dD+ …. + Xét phản ứng sau: aA + bB + … ¬   c

vt = kt . C aA .C bB …. vn = kn. C C .C dD … ( kt, kn là các hằng số tốc độ của phản ứng thuận và nghịch, chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ. CA, CB, CC, CD,... là nồng độ của các chất ở thời điểm t bất kì.) Khi đạt đến trạng thái cân bằng: vt = vn ⇔ 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],. là nồng độ của các chất ở TTCB) k n C Aa .C Bb ... [ A] a [ B ]b .... KC được gọi là hằng số cân bằng của phản ứng: - K là đại lượng khơng có thứ ngun - Hằng số cân bằng của phản ứng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và bản chất của phản ứng. - Hằng số cân bằng của phản ứng đặc trưng cho mức độ tiến triển của phản ứng từ trái sang phải. - Khi KC càng lớn tức [C] c .[D] d càng lớn, [A].[B] càng nhỏ  phản ứng diễn ra theo chiều thuận là chính và ngược lại. - Đối với phản ứng có chất rắn tham gia thì nồng độ và áp suất của chất rắn được coi là hằng số và không được đưa vào hằng số KC hay KP - Tuỳ đặc điểm và tính chất của từng loại phản ứng hố học mà hằng số cân bằng có các tên gọi khác nhau: hằng số axit, hằng số bazơ, hằng số điện li, tích số tan, tích số ion của nước,… + Đối với các hệ khí: Ngồi tính theo hằng số cân bằng KC ( nồng độ mol/l) của các chất mà cịn tính theo hằng PCc .PDd ... số cân bằng tính theo áp suất riêng của các chất khí trong hỗn hợp: KP = a b (1) PA .PB ... + Mối liên hệ giữa KC và 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 đó n là hiệu số mol khí sản phẩm và số mol khí ban đầu của phản ứng được xét. III-Mối Liên hệ giữa hằng số cân bằng và thế đẳng nhiệt- đẳng áp ∆ G = ∆ G0 + RTlnK Khi hệ đạt trạng thái cân bằng thì ∆ G = 0 ⇒ ∆ G0 = - RTlnK Với phương trình phản ứng ở thể khí ta có: ∆ G0 = - RTlnKp Khi các chất ở thể lỏng ta có: ∆ G0 = - RTlnKC IV- ảnh hưởng của nhiệt độ lên cân bằng hoá học ∆G0 = - RTlnK = ∆ H0 - T. ∆S0 ⇒ lnK = -∆H0/RT + ∆S0/R Giả sử ở nhiệt độ T1 hằng số cân bằng là K1, ở nhiệt độ T2 hằng số cân bằng là K2 Giả thiết trong khoảng nhiệt độ từ T1 đến T2 , ∆ H và ∆ S thay đổi khơng đáng kể Ta có: lnK1 = - ∆H0/RT1 + ∆S0 / R (1) lnK2 = -∆H0/RT2 + ∆S0/R (2) ∆H 0  1 − 1  Lấy (2) - (1): lnK2-lnK1 = - ∆H0/RT2 – (- ∆H0/RT1) ⇔ ln(K2/K1) =   ( CT Van Hôp ) R  T2

T1 

V- Sự chuyển dịch cân bằng hố học. Ngun lí Lơ Satơliê

- Cân bằng hoá học là cân bằng động, hệ cân bằng được đặc trưng bởi các giá trị hồn tồn xác định của các thơng số như nhiệt độ, áp suất, nồng độ của các chất,..Nếu thay đổi một trong các yếu tố này thì trạng thái của hệ bị thay đổi, các thông số của hệ sẽ nhận những giá trị mới và do đó, hệ chuyển sang một trạng thái mới. Hiện tượng này gọi là sự chuyển dịch cân bằng hoá học

1. Ảnh hưởng của 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 bằng thì ∆ G = 0 - Nếu tăng nồng độ chất phản ứng, hoặc giảm nồng độ các sản phẩm , biểu thức sau dấu ln sẽ giảm, ∆ G < 0, hệ khơng cịn ở trạng thái cân bằng nữa, phản ứng sẽ dịch chuyển theo chiều thuận cho đến khi ∆ G = 0 - Nếu tăng nồng độ của các sản phẩm thì sẽ gây kết quả ngược lại * Vậy: Khi tăng nồng độ chất phản ứng hoặc làm giảm nồng độ sản phẩm cân bằng dịch chuyển theo chiều thuận. Khi tăng nồng độ sản phẩm hoặc giảm nồng độ chất phản ứng thì cân bằng dịch chuyển theo chiều nghịch. * Nhận xét: Với chất khí, sự tăng nồng độ của một chất cũng chính là sự tăng áp suất riêng phần của chất đó. Do đó dự thay đổi áp suất riêng phần của chất đến sự dịch chuyển cân bằng hoá học cũng tương tự như ảnh hưởng của sự thay đổi nồng độ.

2. Ảnh hưởng của nhiệt độ Từ phương trình: ∆ G0 = - RTlnK = ∆H0- T. ∆S0  lnK = -∆H0/RT + ∆S0/R Nếu coi ∆ H0 và ∆ S0 là không phụ thuộc vào nhiệt độ: - Đối với phản ứng phát nhiệt (∆ H0 < 0), khi nhiệt độ tăng, số hạng –∆H0/RT giảm  K giảm  cân bằng chuyển dịch về phía phản ứng nghịch tức là phản ứng thu nhiệt. - Đối với các phản ứng thu nhiệt ( ∆ H0 > 0), khi nhiệt độ tăng, số hạng –∆H0/RT tăng  K tăng cân bằng chuyển dịch về phía phản ứng thuận tức là phản ứng thu nhiệt. Ngược lại với các quá trình khi làm giảm nhiệt độ của phản ứng.
3. Ảnh hưởng của áp suất  → cC + dD Với phản ứng tổng quát ở pha khí: a A + bB ¬  

KP =

PCc .PCd PAa .PBb

Với P là áp suất chung của hỗn hợp; xi là phần mol của khí i; Pi là áp suất riêng phần của khí i trong 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 là biến thiên số mol khí trong hệ phản ứng) ( x A .P) A .( x B .P) b x A .x B Khi hệ ở trạng thái cân bằng ta có: ∆ G = ∆ G0 + RTlnKp = ∆ G0 + RT. lnKx. P∆ n ở nhiệt độ cố định nếu thay đổi áp suất chung của hệ giá trị ∆ G chỉ phụ thuộc vào P∆ n

Xảy ra các trường hợp sau: - Khi ∆ n = 0, nghĩa là số mol phân tử khí ở 2 vế của phương trình phản ứng bằng nhau. ∆ G = ∆ G0+ RTlnKx= 0 Trạng thái cân bằng của hệ không thay đổi khi thay đổi áp suất của hệ

- Khi ∆ n > 0, nghĩa là số mol phân tử khí ở hai vế của phương trình phản ứng lớn hơn ở vế trái. Khi áp suất chung của hệ tăng lên, ∆ G của hệ > 0. Cân bằng dịch chuyển theo chiều nghịch. - Khi ∆ n < 0, nghĩa là số phân tử khí ở vế trái của phương trình lớn hơn vế phải. Khi áp suất chung P của cả hệ tăng lên, giá trị của P∆ n giảm xuống, biến thiên thế đẳng áp ∆ G của hệ trở thành âm ( ∆ G < 0). Phản ứng xảy ra theo chiều thuận, nói cách khác là cân bằng chuyển dịch về phía có số phân tử khí ít hơn. Vậy: Khi tăng áp suất chung của hệ, cân bằng sẽ dịch chuyển về phía có số phân tử khí ít hơn để chống lại sự tăng áp suất. Khi giảm áp suất chung của hệ thì ngược lại B/ BÀI TẬP 1. Trong một bình kín dung tích là 10 lit chứa 1 mol SO2 và 0,5 mol O2 ở 7270C tới khi nồng độ của các chất khơng đổi thì thu được 0,68 mol SO3. Tính KC và KP của phản ứng trên nếu viết phản ứng dưới dạng:  → 2SO3 (1)  → SO3 ( 2) 2SO2 + O2 ¬ và SO2 + 1/2 O2 ¬     2. Khi trộn 1 mol C2H5OH với 1 mol CH3COOH và để cho phản ứng xảy ra ở nhiệt độ thường, lúc cân bằng thấy tạo thành 2/3 mol este. Nếu thêm 2 mol C2H5OH vào hệ khi đạt trạng thái cân bằng thì bao nhiêu mol este sẽ tạo thành lúc cân bằng mới được thiết lập? Cho thể tích của h l c nh

3. N2O4 phân huỷ theo phản ứng N2O4 (k) ơ 2 NO2 (k) ở 270C và 1 atm độ phân

huỷ là 20 %. Xác định :

1. Hằng số cân bằng KP, KC
2. Độ phân huỷ ở 270C và dới áp suất 0,1 atm
3. Độ phân huỷ của một mẫu N2O4 có khối lợng 69 gam, chứa trong bình có thể tích 20 lit ở 270C

4. Đối với phản ứng H2

• I2 ơ 2HI ngời ta thu đợc các dữ kiện sau:

T(K) KP 731 49,8 764 45,9 Dự đoán chiều hớng của phản ứng khi tăng, giảm nhiệt độ. Xác định hiệu ứng nhiệt của phản ứng để chứng minh sự dự đoán là đúng hay sai. 5. Ngi ta un nóng một lượng PCl5 trong một bình kín thể tích 12 lit ở 2500C:PCl5 (k)  PCl3(k) + Cl2(k) Lúc cân bằng trong bình có 0,21 mol PCl5, 0,32 mol PCl3; 0,32 mol Cl2. Tính hằng số cân bằng KC, KP và ∆ G0 của phản ứng . 6. Trong một bình kín dung tích 10 lit có 0,5 mol H2 và 0,5 mol I2 phản ứng với nhau ở 4480C: H2(k) + I2 (k)  2HI(k) Hằng số cân bằng KC = 50. Tính:

1. KP
2. áp suất chung trong bình

3. Số mol I2 cịn lại trong bình lúc cân bằng
4. áp suất riêng của mỗi chất lúc cân bằng 0 7. ở 817 C hằng số cân bằng KP của phản ứng giữa CO2 và C( r ) nóng đỏ, dư để tạo thành CO là 10. Xác định:
5. Phần mol của các khí trong hỗn hợp lúc cân bằng khi áp suất chung bằng 4 atm
6. áp suất riêng của CO2 lúc cân bằng
7. áp suất chung của hỗn hợp sao cho lúc cân bằng CO2 chiếm 6% về thể tích → 2CO (k) 8. Phản ứng dưới đây đạt đến cân bằng ở 109K với hằng số cân bằng Kp = 10: C (r) + CO2 (k) ¬ 
8. Tìm hàm lượng khí CO trong hỗn hợp cân bằng, biết áp suất chung của hệ là 1,5atm.
9. Để có hàm lượng CO bằng 50% về thể tích thì áp suất chung là bao nhiêu?  → CO2 + H2 K = 1. Nếu xuất phát từ một hỗn 9. ở 8250C hằng số cân bằng của phản ứng : CO + H2O ¬   0 hợp đồng phân tử của CO và H2O ở 825 C và ở áp suất 1 atm thì lúc cân bằng độ chuyển hố của CO là bao nhiêu? Nếu độ chuyển hóa của CO là 99% thì phải dùng bao nhiêu mol hơi nước cho 1 mol CO. 10. ở 8200C các hằng số cân bằng của các phản ứng :  → CaO + CO2  → 2CO K2 = 2
10. CaCO3 ¬ K1 = 0,2
11. C + CO2 ¬  

  0 Trong một bình chân khơng thể tích 22,4 lit và được giữ ở 820 C, người ta cho vào 1 mol CaCO3 và 1 mol C. Xác định thành phần của hệ lúc cân bằng. Sự phân huỷ CaCO3 sẽ hoàn toàn khi V của bình bằng bao nhiêu? → 2SO3 (k) ∆H = - 198 kJ 11. Cho phản ứng: 2SO2 (k) + O2 (k) ¬  Cho 10,51 mol khí SO2 và 37,17 mol khơng khí (20%V là O2 cịn lại là N2) có xúc tác là V2O5. Thực hiện phản ứng ở 4270C, 1 atm thì phản ứng đạt hiệu suất 98%. Tính hằng số cân bằng KC, KP của phản ứng ở 4270C. 12. Cho cân bằng hóa học sau: N2O4 (k) ⇌ 2NO2 (k) (1)

Thực nghiệm cho biết khối lượng mol phân tử trung bình của hai khí trên ở 35oC bằng 72,45 g/mol và ở 45oC bằng 66,80 g/mol.

1. Tính độ phân li của N2O4 ở mỗi nhiệt độ trên?
2. Tính hằng số cân bằng KP của (1) ở mỗi nhiệt độ trên? Biết P = 1 atm
3. Cho biết theo chiều nghịch, phản ứng thu nhiệt hay tỏa nhiệt? 13. Tính xem có bao nhiêu % chất ban đầu (N2 + 3H2 ) đã chuyển thành amoniac, nếu phản ứng được thực hiện ở 500 atm ,1000atm và nhận xét kết quả với nguyên lí chuyển dịch cân bằng? Biết hằng số cân bằng của phản ứng điều chế amoniac ở 5000C là 1,5.10–5 atm–2 . 14. Xét phản ứng tổng hợp amoniac : N2 (k) + 3H2 (k)  2NH3 (k) Ở 450oC hằng số cân bằng của phản ứng này là KP = 1,5.10-5.
4. Ban đầu trộn N2 và H2 theo tỉ lệ 1:3 về thể tích. Tính hiệu suất phản ứng tổng hợp NH3 khi áp suất hệ bằng 500 atm và bằng 1000 atm.
5. Các kết quả tính được có phù hợp với ngun lý chuyển dời cân bằng hóa học hay khơng? 15. Có cân bằng: N2O4 (K)  2NO2 (K) . Cho 18,4gam N2O4 vào bình dung tích là 5,904 lít ở 270C. Lúc cân bằng áp suất của hỗn hợp khí trong bình là 1atm. Tính áp suất riêng phần của NO2 và N2O4 lúc cân bằng. Nếu giảm áp suất của hệ lúc cân bằng xuống bằng 0,5

atm thì áp suất riêng phần của NO2, N2O4 lúc này là bao nhiêu? Kết quả có phù hợp nguyên lý của Le Chatelier không ? 16. Cân bằng: N2O4(k)  2NO2(k) nhận được xuất phát từ a mol N2O4. Gọi α là độ phân li của N2O4. a/ Tính số mol NO2, N2O4 và tổng số mol của hệ khi cân bằng theo a và α ? b/Tính áp suất riêng phần của NO2, N2O4 khi cân bằng theo α và áp suất tổng P của hệ? Tính KP theo α và P? c/ Nếu ban đầu có 1,588 gam N2O4 trong bình 0,5 lít ở 250C và P = 760 mmHg thì α , áp suất riêng phần của NO2, N2O4 lúc cân bằng là bao nhiêu? 17. Nung FeS2 trong khơng khí, kết thúc phản ứng thu được một hỗn hợp khí có thành phần: 7% SO2; 10% O2; 83% N2 theo số mol. Đun hỗn hợp khí trong bình kín (có xúc tác) ở 800K, xảy ra phản ứng: 2SO2 + O2  2SO3 Kp = 1,21.105.

1. Tính độ chuyển hố (% số mol) SO2 thành SO3 ở 800K, biết áp suất trong bình lúc này là 1 atm, số mol hỗn hợp khí ban đầu (khi chưa đun nóng) là 100 mol.
2. Nếu tăng áp suất lên 2 lần, tính độ chuyển hố SO2 thành SO3, nhận xét về sự chuyển dịch cân bằng. 18. Haber là một trong số các nhà hố học có đóng góp quan trọng vào phản ứng tổng hợp amoniac từ khí hiđro và nitơ. Trong TN1 tại 472 oC, Haber và cộng sự thu được [H2] = 0,1207M; [N2] = 0,0402M; [NH3] = 0,00272M khi hệ phản ứng đạt đến cân bằng. Trong TN2 tại 500 oC, người ta thu được hỗn hợp cân bằng có áp suất riêng phần của H 2 là 0,733 atm; của N2 là 0,527 atm và của NH3 là 1,73.10-3 atm. → 2NH3 (k) tỏa nhiệt hay thu nhiệt? Tại sao?
3. Phản ứng: 3H2(k) + N2(k) ¬  
4. Nếu trong TN1, sau khi đạt tới cân bằng hóa học, thể tích bình phản ứng bị giảm một nửa thì sẽ diễn ra quá trình gì? Tại sao?  → 19. Đối với phản ứng thuận nghịch pha khí 2 SO2 + O2 ¬

2 SO3  

1. Người ta cho vào bình kín thể tích khơng đổi 3,0 lít một hỗn hợp gồm 0,20 mol SO 3 và 0,15 mol SO2. Cân bằng hóa học được thiết lập tại 250C và áp suất chung của hệ là 3,20 atm. Hãy tính tỉ lệ oxi trong hỗn hợp cân bằng.
2. Ở 250C, người ta chỉ cho vào bình trên khí SO 3. Ở trạng thái cân bằng hóa học thấy có 0,105 mol O 2.Tính tỉ lệ SO3 bị phân hủy, thành phần hỗn hợp khí và áp suất chung của hệ. → 2CO(k) (1) Trạng thái cân bằng được xác định bởi các dữ kiện sau: 20. Đối với phản ứng: C(r) + CO2(k) ¬   0 Nhiệt độ( C) Áp suất tồn phần (atm) %CO trong hỗn hợp 800 2,57 74,55 900 2,30 93,08 0 -16  → Đối với phản ứng 2CO2(k) ¬   2CO(k) + O2(k) (2) Hằng số cân bằng ở 900 C bằng 1,25.10 atm 0 0

Tính ∆H, ∆S ở 900 C đối với phản ứng (2), biết nhiệt tạo thành ở 900 C của CO2 bằng -390,7kJ/mol

→ 3H2(k) + CO2(k) 21. Cho cân bằng hóa học: CH3OH(k) + H2O(k) ¬ (1)   0 Entanpi và năng lượng tự do Gibbs tại 374K có giá trị ∆H 374K = + 53kJ/mol và ∆G0374K = -17 kJ/mol. Cho vào bình phản ứng 1 mol metanol và 1 mol nước có mặt chất xúc tác. Duy trì nhiệt độ và áp suất trong bình khơng đổi là 374K và 105Pa.

1. Tính hằng số cân bằng (ghi rõ đơn vị nếu có) của phản ứng tại nhiệt độ 374K.
2. Khi hệ đạt trạng thái cân bằng, tính phần trăm metanol đã chuyển hóa thành H2. 22. Cho cân bằng: PCl5(k) ⇌ PCl3(k) + Cl2(k) KP = 1,85 ở 525K Làm ba thí nghiệm: TN1: Cho 1 mol PCl5 vào bình chân khơng có dung tích khơng đổi. Lúc đạt cân bằng ở 525K, áp suất trong bình là 2 atm. TN 2: Làm giống thí nghiệm 1 nhưng cho thêm vào bình 1 mol khí agon và vẫn duy trì nhiệt độ là 525K. TN 3: Khi cân bằng ở thí nghiệm 2 được thiết lập nguời ta vẫn duy trì nhiệt độ của bình là 525K nhưng tăng dung tích của bình lên sao cho áp suất cân bằng là 2atm. Tính số mol PCl5 và Cl2 khi cân bằng trong mỗi thí nghiệm. o \= 129, 7kJ 23. Cho phản ứng : 2NaHCO3 ( r )  Na2CO3( r ) + CO2 (k) + H2O ( k ) ; ∆H 298 1. Áp suất của hệ lúc cân bằng là P, lúc đầu trong bình chỉ có tinh thể NaHCO3.Hãy thiết lập pt Kp = f(P) 2. Cho a (mol) NaHCO3 vào bình chân khơng dung tích 22,4 Lít . Khi cân bằng ở 47oC đo được P = 30,0 mmHg . Tính Kp , Kc của phản ứng và số mol tối thiểu NaHCO 3 cần có trong bình để đạt được áp suất 30,0 mmHg. 3. Tính ΔGo, ΔSo của phản ứng ở 47oC, coi ΔHo, ΔSo là hằng số.

 → H2(k) + Cl2(k). Hằng số cân bằng Kp của phản ứng ở nhiệt độ 1727oC và 24: 1. Cho phản ứng : 2HCl (k) ¬   727oC lần lượt là : 4,237.10-6 và 4,90.10-11. Tính ∆H o của phản ứng, coi ∆H o là hằng số đối với nhiệt độ.  → 2HCl(k) + I2(k) 2. Tính KP của phản ứng sau ở 727oC : 2HI(k) + Cl2(k) ¬    → H2(k) + I2(k) ; KP = 3,8.10-2 ở 727oC . Cho biết : 2HI (k) ¬  

25 : Ở 1020K, hai cân bằng sau cùng tồn tại trong một bình kín :  → 2CO(k) Kp = 4,00 ;  → FeO( r ) + CO (k) K’p = 1,25 C(gr) + CO2(k) ¬ Fe(tt) + CO2(k) ¬     1. Tính áp suất riêng phần của các khí lúc cân bằng. 2. Cho 1 mol Fe , 1 mol C(gr) ; 1,2 mol CO2 vào bình chân khơng dung tích 20,0 lít ở 1020K. Tính số mol các

chất lúc cân bằng.  → 3FeO ( r ) + CO2 ( k ) bằng 1,1. 26 : Ở 1000K, hằng số cân bằng của phản ứng : Fe3O4 ( r ) + CO ( k ) ¬   Người ta cho 100 gam Fe3O4 và 1 mol CO vào 1 bình phản ứng 10 lít rồi nung nóng lên 1000K. 1. Tính thành phần của pha khí khi hệ khơng diễn biến nữa . 2. Tính áp suất riêng phần của mỗi khí theo bar. R = 0,082atm.L .K-1.mol-1 ; Fe = 56 →   27:Trong một hệ có cân bằng 3 H2 + N2 ¬ 2 NH3 (*) được thiết lập ở 400 K người ta xác định được các áp suất phần sau đây: p H 2 = 0,376.105 Pa , p N 2 = 0,125.105 Pa , p NH3 = 0,499.105 Pa 1. Tính hằng số cân bằng Kp và ΔG0 của phản ứng (*) ở 400 K. 2. Tính lượng N2 và NH3, biết hệ có 500 mol H2. 3. Thêm 10 mol H2 vào hệ này đồng thời giữ cho nhiệt độ và áp suất tổng cộng khơng đổi. Bằng cách tính, hãy cho biết cân bằng (*) chuyển dịch theo chiều nào? 4. Trong một hệ cân bằng H2/N2/NH3 ở 410 K và áp suất tổng cộng 1.105 Pa, người ta tìm được: Kp = 3,679.10-9 Pa-2, nN2 = 500 mol , nH2 = 100 mol và nNH3 = 175 mol. Nếu thêm 10 mol N2 vào hệ này đồng thời giữ cho nhiệt độ và áp suất không đổi thì cân bằng chuyển dịch theo chiều nào? Cho: Áp suất tiêu chuẩn P0 = 1,013.105 Pa; R = 8,314 JK-1mol-1; 1 atm = 1,013.105 Pa. →   28:Thực hiện phản ứng: 2NOCl(k) ¬ 2NO(k) + Cl2(k) 1.Ban đầu cho vào bình phản ứng NOCl, thực hiện phản ứng ở 3000C. Khi hệ đạt trạng thái cân bằng thấy áp suất trong bình là 1,5 atm. Hiệu suất của phản ứng là 30%. Tính hằng số cân bằng của phản ứng. 2.Ở nhiệt độ 3000C, phản ứng có thể tự xảy ra được khơng? Vì sao?

3.Thực hiện phản ứng và duy trì áp suất của hệ phản ứng ở điều kiện đẳng áp: 5 atm. Tính phần trăm số mol của các khí ở trạng thái cân bằng? 4.Một cách cẩn thận, cho 2,00 gam NOCl vào bình chân khơng có thể tích 2,00 lít. Tính áp suất trong bình lúc cân bằng ở 3000C.

29 : Cho cân bằng sau :CO(k) + 2H2 (k)  CH3OH (k) ∆H0pư = - 90,0 kJ.mol-1, giả thiết là khơng đổi trong khoảng nhiệt độ tiến hành thí nghiệm. KP (573K) = 2,5.10-3 1. Trong 1 bình kín, ban đầu lấy CO và H2 theo tỷ lệ mol 1 : 2 tại nhiệt độ 573K . Xác định áp suất toàn phần của hệ để hiệu suất phản ứng đạt 70%. 2. Xác định phương trình của sự phụ thuộc giữa lnKP vào T . 3. Tại 200 bar, xác định nhiệt độ mà tại đó hiệu suất phản ứng đạt 70%. 30: Cho các số liệu sau đây đối với phản ứng loại H2 của C2H6 ; ; ;

1. Tính Kp đối với phản ứng khử hidro tại 900K bằng đơn vị Pa
2. Tại trạng thái cân bằng, trong bình phản ứng có áp suất tổng hợp là 2 atm. Tính KC và KX
3. Người ta dẫn etan tại 6270C qua một chất xúc tác khử hidro. Tính phần trăm thể tích các chất lúc cân bằng. Biết áp suất hệ lúc cân bằng là 101300 Pa
4. Tính KP của phản ứng khử H2 tại 600K. Giả thiết trong khoảng nhiệt độ từ 600 – 900K và có giá trị khơng đổi. Giải thích sự khác nhau giữa các giá trị KP ở 600K và 900K. KIỂM TRA 45’ Câu 1: Cho cân bằng hóa học: N2 + 3H2  2NH3 với ∆H = -92 kJ/mol. Nếu xuất phát từ hỗn hợp chứa N2 và H2 theo tỉ lệ số mol đúng bằng hệ số tỉ lượng, tức tỉ lệ 1:3 thì khi đạt tới cân bằng (4500C, 300 atm) NH3 chiếm 36% thể tích.

1. Tính hằng số cân bằng Kp.
2. Giữ nhiệt độ không đổi (4500C) cần tiến hành dưới áp suất bao nhiêu để khi đạt tới trạng thái cân bằng NH3 chiếm 50% thể tích.
3. Giữ áp suất khơng đổi (300 atm), cần tiến hành ở nhiệt độ nào để khi đạt tới trạng thái cân bằng NH 3 chiếm 50% thể tích. 1 →   O2 + SO2 ¬ SO3 (1) 2 1. Tính hằng số cân bằng Kp của phản ứng ở 60 oC (chấp nhận hiệu ứng nhiệt của phản ứng không phụ thuộc nhiệt độ). Nhiệt độ ảnh hưởng như thế nào tới trạng thái cân bằng của phản ứng (1)? 2. Trong một thí nghiệm, người ta đưa từ từ oxi vào một bình dung tích 2 lít chứa 0,05 mol SO 2 có chất xúc tác (thể tích của chất xúc tác không đáng kể) ở 100 oC. Khi phản ứng đạt tới trạng thái cân bằng thì có 0,03 mol SO3 được tạo thành, áp suất tổng của hệ là 1 atm. Tính Kp. 3. Cân bằng (1) sẽ chuyển dịch như thế nào trong các trường hợp sau:
4. Cho một lượng He vào bình phản ứng để áp suất khí trong bình tăng gấp đơi?
5. Giả thiết thể tích khí trong bình tăng gấp đơi, lượng He cho vào bình phản ứng chỉ để giữ cho áp suất tổng khơng đổi? Cho các số liệu nhiệt động như sau: Khí ∆H 0 (kJ.mol–1) S0 (J.K–1.mol–1)

Câu 2: Đun nóng hỗn hợp khí gồm O2 và SO2 có chất xúc tác, xảy ra 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) + 4 HCl (k)  2 Cl2 (k) + 2 H2O (k)

1. Cho vào bình phản ứng 2,2 mol oxi và 2,5 mol hiđro clorua ở áp suất cố định là 0,5 atm và nhiệt độ T. Khi hệ đạt cân bằng thì bình phản ứng chứa lượng oxi gấp đơi hiđro clorua, tìm giá trị T (oC).
2. Ở 520oC, nạp vào bình phản ứng một lượng hỗn hợp khí oxi và hiđro clorua. Ở trạng thái cân bằng thì hiệu suất chuyển hóa của hiđro clorua bằng 80%. Tìm áp suất riêng phần của oxi tại 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’

1 →   O2 + SO2 ¬ SO3 (1) 2 1. Tính hằng số cân bằng Kp của phản ứng ở 60 oC (chấp nhận hiệu ứng nhiệt của phản ứng không phụ thuộc nhiệt độ). Nhiệt độ ảnh hưởng như thế nào tới trạng thái cân bằng của phản ứng (1)? 2. Trong một thí nghiệm, người ta đưa từ từ oxi vào một bình dung tích 2 lít chứa 0,05 mol SO 2 có chất xúc tác (thể tích của chất xúc tác khơng đáng kể) ở 100 oC. Khi phản ứng đạt tới trạng thái cân bằng thì có 0,03 mol SO3 được tạo thành, áp suất tổng của hệ là 1 atm. Tính Kp. 3. Cân bằng (1) sẽ chuyển dịch như thế nào trong các trường hợp sau:

1. Cho một lượng He vào bình phản ứng để áp suất khí trong bình tăng gấp đơi?
2. Giả thiết thể tích khí trong bình tăng gấp đơi, lượng He cho vào bình phản ứng chỉ để giữ cho áp suất tổng không đổi? Cho các số liệu nhiệt động như sau: Khí ∆H 0 (kJ.mol–1) S0 (J.K–1.mol–1)

Câu 2: Đun nóng hỗn hợp khí gồm O2 và SO2 có chất xúc tác, xảy ra phản ứng:

sinh

SO3 SO2 O2

-395,18

-296,06 0,0

256,22 248,52 205,03

1. Ta có: ∆G 0 = ∆H 0 − T.ΔS0 = - RTlnKp 1 O2 + SO2 ƒ SO3, suy ra: 2 1 ∆G 0298 = (- 395,18 + 296,06) – 298.10-3 . (256,22 – 248,52 - . 205,03) 2 -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 0  1 1  \= ÷ R  333 298 

- 99,12.103  1 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, hằng số cân bằng Kp giảm từ 2,65.1012 xuống

3,95.1010 (atm- ½), điều này hồn tồn phù hợp với nguyên lý Le Chatelier (Lơ Sat ơliê), do 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).

2. Tổng số mol của hệ: n =

Vì áp suất tổng của hệ là 1 atm, do đó: 0,03 pSO3 0,03 0,065 Kp = \= \= \= 3,12 (atm-1/2). pSO2 . pO 2 0,02

0,015 0,015 . 0,02 . 0,065 0,065 0,065

4. Nếu áp suất tăng gấp đôi do thêm He, nhưng th ể tích khơng đ ổi, áp su ất riêng ph ần c ủa các chất khí khơng đổi, do đó cân bằng không bị chuyển dịch.
5. Nếu áp suất tổng trong bình khơng đổi, nhưng giả thiết thể tích bình được tăng gấp đơi, khi đó sẽ làm giảm áp suất riêng phần của các chất (lỗng khí), cân bằng (1) sẽ 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) + 4 HCl (k) 2 Cl2 (k) + 2 H2O (k)

1. Cho vào bình phản ứng 2,2 mol oxi và 2,5 mol hiđro clorua ở áp suất cố định là 0,5 atm và nhiệt độ T. Khi hệ đạt cân bằng thì bình phản ứng chứa lượng oxi gấp đơi hiđro clorua, tìm giá trị T (oC).
2. Ở 520oC, nạp vào bình phản ứng một lượng hỗn hợp khí oxi và hiđro clorua. Ở trạng thái cân bằng thì hiệu suất chuyển hóa của hiđro clorua bằng 80%. Tìm áp suất riêng phần của oxi tại 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

11. Nội dung O2 (k) + 4 HCl (k)  2 Cl2 (k) + 2 H2O (k) Ban đầu (mol) 2,2 2,5 Cân bằng (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 và ΔSo = -128,8 J/mol.K ΔGo = -RTlnK = ΔHo - TΔSo → -2,436T = -11400 + 128,8T → T = 829,7 K = 556,7oC

2. Ở 520oC thì lnK = -ΔHo/RT + ΔSo/R = 1,86 → K = 6,422 O2 (k) + 4 HCl (k)  2 Cl2 (k) + 2 H2O (k) Ban đầu (mol) a b 0 Cân bằng (mol) a-0,2b 0,2b 0,4b

0,4b Dễ thấy: PCl2/PHCl = 2 và PCl2 = PH2O Mặt khác:

Từ đó: PO2 = 2,49 atm

Câu 1: Cho cân bằng hóa học: N2 + 3H2  2NH3 với ∆H = -92 kJ/mol. Nếu xuất phát từ hỗn hợp chứa N2 và H2 theo tỉ lệ số mol đúng bằng hệ số tỉ lượng, tức tỉ lệ 1:3 thì khi đạt tới cân bằng (4500C, 300 atm) NH3 chiếm 36% thể tích.

1. Tính hằng số cân bằng Kp.
2. Giữ nhiệt độ không đổi (4500C) cần tiến hành dưới áp suất bao nhiêu để khi đạt tới trạng thái cân bằng NH3 chiếm 50% thể tích.
3. Giữ áp suất khơng đổi (300 atm), cần tiến hành ở nhiệt độ nào để khi đạt tới trạng thái cân bằng NH3 chiếm 50% thể tích. Giải:
4. N2

+ 3H2



2NH3

nban đầu

1

3

nphản ứng

x

3.x

2.x

ncân bằng

1–x

3 – 3.x

2.x

⇒ %VNH3 =

2.x .100% =36 ⇒ x =0,529 4 - 2.x

Tổng số mol khí lúc cân bằng: ncb = 4 – 0,529.2 = 2,942 mol Áp suất riêng phần của các khí lúc cân bằng:

PNH3 =

2.0,529 .300 =107,886 (atm)

2,942

PN2 =

1 - 0,529 .300 =48,029 (atm) 2,942

PH2 =

3 - 3.0,529 .300 =144,086 (atm) 2,942

Hằng số cân bằng:

Kp =

2 PNH 3

PN2 .PH32

\= 8,10.10-5

b.

N2

+

3H2

2NH3



nban đầu

1

3

nphản ứng

y

3.y

2.y

ncân bằng

1–y

3 – 3.y

2.y

⇒ P=

⇒ %VNH3 =

2.y 2 .100% =50 ⇒ y = 4 - 2.y 3

Tổng số mol khí lúc cân bằng: ncb = 4 – 2/3.2 = 8/3 mol Kp =

2 PNH 3

\=

PN2 .PH32

16.y2 .(2 - y)2 \=8,1.10−5 (1 - y)4.27.P2

3. N2

+ 3H2



2NH3

nban đầu

1

3

nphản ứng

y

3.y

2.y

ncân bằng

1–y

3 – 3.y

2.y

⇒ %VNH3 =

2.y

2 .100% =50 ⇒ y = 4 - 2.y 3

Tổng số mol khí lúc cân bằng: ncb = 4 – 2/3.2 = 8/3 mol K p2 =

Ta có: ln

2 PNH 3

PN2 .PH32

\=

16.y2 .(2 - y)2 \=4,214.10−4 4 2 (1 - y) .27.P

K P (T2 ) ∆H  1 1 \= . - ÷ K P (T1)

R  T2 T1  ⇔ ln

 8,10.10−5 92.103  1 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