BÀI Tập Cân BẰNG HÓA HỌC - 123doc

BÀI tập cân BẰNG HÓA HỌC

CÂN BẰNG HOÁ HỌC

1 Biểu thức của hằng số cân bằng hoá học:

− Phản ứng xA + yB ⇌ zAB có chiều thuận xảy ra với υt = kt [A]a[B]b

và chiều nghịch xảy ra với υn = kn [AB]d

Khi υt = υn thì hệ đạt tới CBHH → hằng số cân bằng K = [ ]

[ ] [ ]

d t

a b n

AB k

2 Trị số K tính theo từng phương trình hoá học:

− Phương trình có hệ số nguyên: N2 + 3H2 ⇌ 2NH3 có K = [ ] [ ][ 3]2

3

NH

− Phương trình có hệ số gấp n: nN2 + 3nH2 ⇌ 2nNH3 có Kn = [ ] [ ][ 3]2

3

n

NH

= (K)n

− Phương trình có hệ số bằng 1n: 1nN2 + 3nH2 ⇌ 2nNH3 có K1

n= (K)1n hay =

n K

− Phương trình biểu diễn hệ dị thể: CaCO3 (r) ⇌ CaO (r) + CO2 (k) có Kp =

PCO2

C (r) + CO2 (k) ⇌ 2CO (k) có Kp =

( )

2

2

CO

CO

P

P

BaSO4 (r) ⇌ Ba2+(dd) + SO2

4 −

(dd) có Ksp = [Ba2+].[SO2

4 −

] còn gọi là tích số tan

3 Quan hệ giữa các loại hằng số cân bằng: Kp = Kc(RT)∆n = KN(P)∆n

4 Quan hệ giữa K với năng lượng: ∆G = − RT ln K = − nF E

1

1 1

ln T

T

∆

=  − 

  với R = 8,314 và ∆H tính ra Jun

1 Ở 6000K đối với phản ứng: H2 + CO2 ⇌ H2O(k) + CO có nồng độ cân

mol./1

a) Tìm Kc, Kp của phản ứng

bình 5 lít thì nồng độ cân bằng các chất là bao nhiêu?

♣ a) Kc = [ ] [ ]

[ ] [22 2 ]

.

H O CO

H CO = 0,5 0, 4250,6 0, 459×× = 0,7716 ; Kp = Kc(RT)∆n = 0,7716 (do ∆n

= 0)

b) Tại CBHH: [H2O] = a ; [CO] = a ; [H2] = [CO2] = 0,2 – a

Ta có : (0, 22 ) 2

a a

− = 0,7716 → a = 0,094 và 0,2 – a = 0,106

Đáp số: Kc = Kp = 0,772; [H 2 ] = [CO 2 ] = 0,106 M và [H 2 O] = [CO] = 0,094 M.

2 Ở 1000K hằng số cân bằng Kp của phản ứng 2SO2 + O2 ⇌ 2SO3 bằng

3,50 atm−1

♣ Gọi x là áp suất riêng của SO2 thì áp suất riêng của SO3 = 1 – 0,1 – x = 0,9 – x

Kp = 22

(0,9 ) 0,1

x x

−

× = 3,50 → x = 0,57 atm và PSO3= 0,33 atm

3 a) Tính hằng số cân bằng Kp đối với phản ứng: N2 + 3H2 ⇌ 2NH3 ở 250C Biết ∆G0

htcủa NH3 = − 16,64 kJ/mol b) Kp sẽ thay đổi thế nào khi phản ứng đã cho được viết dưới dạng: 12N2 +

3

2H2 ⇌ NH3

♣ ∆G = – 2 16,64 = – 33,28 kJ/mol → ∆G0 = – RTlnKp → lnKp = –

33, 28

8,314 298

−

Vậy Kp = 6,8 105

Kp = 3

2 2

2 3

.

NH

N H

P

P P nên đối với phản ứng 12N2 + 32H2 ⇌ NH3 có K’p = 3

2 2

1 3

2 2

NH

N H

P

= 825

4 Cân bằng của phản ứng: NH4HS (r) ⇌ NH3 (k) + H2S (k) được thiết lập ở

e) Áp suất toàn phần sẽ tăng do thêm Ar vào hệ ; f) Thể tích bình tăng tới 2V

♣ a) tăng ; b) giảm ; c) không đổi ; d) tăng ; e) không đổi ; f) tăng

5 Cân bằng của phản ứng khử CO2 bằng C : C + CO2 ⇌ 2CO xảy ra ở

1090K với hằng số cân bằng Kp = 10

a) Tìm hàm lượng khí CO trong hỗn hợp cân bằng, biết áp suất chung của hệ

là 1,5atm

b) Để có hàm lượng CO bằng 50% về thể tích thì áp suất chung là bao

nhiêu?

♣ a) C + CO2 ⇌ 2CO ∑n

[ ] (1 - x) 2x 1 + x (mol)

Phần mol 11−+x x 12+x x

Ta có : Kp = 2

2

CO CO

P

2

2 1 1 1

x x x x

 

 + 

 

− +

1,5 = 10 → x = 0,79

Vậy hỗn hợp lúc cân bằng chứa 2 0,79 = 1,58 mol CO (88%)và 1 – 0,79 = 0,21 mol CO2(12%)

b) Suy ra Kp = ( ) 2

0,5 0,5 P = 10 → P = 20 atm

6 Ở 500C và dưới áp suất 0,344 atm độ phân ly α của N2O4 (k) thành NO2(k) bằng 63% Xác định Kp; Kc; Kx

♣ N2O4 (k) ⇌ NO2(k) ∑n

[ ] 1 - α 2α 1 + α (α là độ phân ly)

Phần mol 11−+αα 12+αα

Kp = 2

2

CO CO

P

2

2 1 1 1

α α α α

 

 + 

 

− +

0,344 thay α = 0,63 tính được Kp = 0,9

Áp dụng Kc = Kp.(RT)−∆n với ∆n = 1 và Kx = Kp P −∆n tính được Kc =

0,034 và Kx = 2,63

7 Một bình 5 lít chứa 1 mol HI (k) được đun nóng tới 8000C Xác định phần trăm phân li của HI ở 8000C theo phản ứng 2HI ⇌ H2 + I2 (k) Biết Kc = 6,34 10– 4

Đáp số: 4,8%

8 Ở 250c hằng số cân bằng Kp đối với phản ứng N2 + 3H2 ⇌ 2NH3 bằng 6,8.105

a) Tính ∆G0 của phản ứng

b) Nếu cũng ở nhiệt độ trên, áp suất đầu của N2, H2, NH3 là 0,250; 0,550 và 0,950 atm Tìm ∆G của phản ứng

Đáp số: a) -33,28 kJ; b) -25,7kJ

9 Người ta tiến hành phản ứng: PCl5 ⇌ PCl3 + Cl2 với 0,3 mol PCl5; áp suất đầu là 1 atm Khi cân bằng được thiết lập, áp suất đo được bằng 1,25 atm (V,T = const)

a) Tính độ phân li và áp suất riêng của từng cấu tử

b) Thiết lập biểu thức liên hệ giữa độ phân li và áp suất chung của hệ

Đáp số: a) 0,25;

P = P 0( 1 + α )

10 Xác định nhiệt đối với phản ứng CaCO3 ⇌ CaO + CO2 biết rằng ớ 8000C

áp suất phân li bằng 201,8mm Hg và ở 9000C bằng 992 mm Hg

Đáp số: -166,82

kJ/mol

6 Trong một thí nghiệm người ta đặt một ămpun chứa N2O4 lỏng có m = 4,6 g vào một bình phản ứng đã đuổi hết không khí có dung tích 5,7lít Đập vỡ ămpun rồi đưa nhiệt độ của bình

phản ứng lên 500C; Kết quả là N2O4 bay hơi và bị phân li, áp suất trong bình

đo được là 0,4586 atm Tính độ phân li của N2O4 và hằng số cân bằng Kc đồi với phản ứng N2O4 ⇌ 2NO2

Đáp số: 97,4% ;

Kc = 8,58

7 Một hỗn hợp đầu gồm 7% SO2, 11% O2 và 82% N2 dưới áp suất 1 atm,

được đun nóng tới 10000K với sự có mặt của một chất xúc tác Sau khi cân bằng được thiết lập, trong hỗn hợp cân bằng SO2 chiếm 4,7% Tìm mức độ oxi hóa SO2 thành SO3 và hằng số cân bằng Kp và Kc của phản ứng: 2SO2 +

O2 ⇌ 2SO3 (ghi chú: mức độ oxi hóa được đo bằng tỷ số giữa áp suất cân bằng và áp suất đầu)

Đáp số: 32,9% , Kp = 2,44 ; Kc = 200

8 Trong sự tổng hợp NH3 ở 4000C theo phản ứng N2 + 3H2 ⇌ 2NH3 hỗn hợp đầu gồm N2 và H2 được lấy theo đúng tỷ lệ hợp thức rồi đưa vào bình phản ứng dung tích 1lít Trong hỗn hợp cân bằng, người ta thấy có 0,0385 mol

NH3 Tính Kc, Kp

Đáp số: Kc = 5,12 10 7 ;

Kp = 1,68.10 4

9 Ở 250C hằng số cân bằng Kp của phản ứng thu nhiệt

2NO + Br2 (k) ⇌ 2NOBr (k) bằng 116,6 atm –1

a) Nếu đem trộn NOBr có P = 0,108 atm với NO có P = 0,1atm và Br2 có P

= 0,01 atm để tạo ra một hỗn hợp khí ở 00C thì vị trí cân bằng sẽ như thế nào (câu trả lời phải định lượng)

b) Đưa NOBr có P = 5 atm vào bình phản ứng ở 500C thì thấy trong hỗn hợp cân bằng có NOBr ở P = 4.30 atm Tính Kp ở 500C So sánh giá trị Kp này với Kp ở 250C Giải thích?

Đáp số: Kp (50 0 C) =

179 atm –1

10 Ở 8200C có các phản ứng sau với hằng số cân bằng tương ứng:

CaCO3 (r) ⇌ CaO (r) + CO2 (k) K1 = 0,2

C (r) + CO2 (k) ⇌ 2CO (k) K2 = 2,0

Lấy hỗn hợp gồm 1 mol CaCO3 và 1 mol C cho vào bình chân không có thể tích 22,4 lít giữ ở 8200C

1- Tính số mol các chất lỏng có trong bình khi phản ứng đạt tới trạng thái cân bằng

2- Sự phân huỷ CaCO3 sẽ hoàn toàn khi thể tích bình bằng nhiêu (áp suất riêng của các khí không đổi) Kết quả này có phù hợp với nguyên lý LơSa Tơ Lic không? Liên hệ thực tế sản xuất vôi sống

11 Cho cân bằng hoá học:

2NO2 ⇌ N2O4 ∆H = − 58 , 04kJ

Cân bằng sẽ chuyển dịch như thế nào , giải thích, khi:

1/ Tăng nhiệt độ

2/ Tăng áp suất

3/ Thêm khí trơ Ar trong 2 trường hợp: a) Giữ áp suất không đổi

b) Giữ thể tích không đổi

4/ Thêm xúc tác

12 Phôtgen được dùng làm chất clo hoá rất tốt cho phản ứng tổng hợp hữu cơ,

được điều chế theo phương trình:

CO(k) + Cl2(k) = COCl2(k) ; Ho = -111,3 kJ.mol-1

Magiê được điều chế theo phương trình:

MgO(r) + C(r) = Mg(r) + CO(k) ; Ho = 491,0 kJ.mol-1

Cần tác động như thế nào vào nhiệt độ và áp suất riêng phần của khí để mỗi phản ứng trên thu được nhiều sản phẩm hơn? Tại sao phải tác động như vậy ?

1996:

1 Khi hoà tan SO2 vào H2O, có các cân bằng sau:

SO2 + H2O ⇌ H2SO3 (1)

H2SO3 ⇌ H+ + HSO3- (2)

HSO3- ⇌ H+ + SO32- (3)

Nồng độ của SO2 ở cân băng thay đổi ra sao (có giải thích) ở mỗi trường hợp sau:

a) Đun nóng dung dịch b) Thêm HCl

c) Thêm NaOH d) Thêm KMnO4

1 ở (1) SO2(K) = SO2(tan) + H2O ↔ H2SO3 (1)

a/ Khi đun nóng SO2(K)↑ nên nồng độ SO2 tan gảm đi

b/ Thêm dd HCl: Cân bằng SO2 + H2O ↔ H+ + HSO3- dịch chuyển sang trái

→ nồng độ SO2 tăng

c/ Thêm dd NaOH: do NaOH + SO2 → NaHSO3

2NaOH + SO2 → Na2SO3 + H2O

nên nồng độ SO2 giảm đi

d/ Thêm KMnO4: có pứ 5SO2+2KMnO4+2H2O → K2SO4+2MnSO4+2H2SO4

nên nồng độ SO2 giảm đi

2 Từ thực nghiệm người ta xác định được: khi phản ứng

NH4HS (rắn)ƒ NH3(khí) + H2S (khí) (1)

đạt tới cân bằng thì tích số PNH3 PH2S = 0,109 (trị số này là hằng số ở nhiệt

độ 25oC)

a) Hãy xác định áp suất chung của khí tác dụng lên hệ (1) nếu ban đầu bình chân không và chỉ đưa vào đó NH4HS rắn

b) Nếu ban đầu đưa vào bình đó (chân không) một lượng NH4HS rắn và khí

NH3, khi đạt tới cân bằng hoá học thì có PNH3 = 0,549 atm

Hãy tính áp suất khí NH3 trong bình trước khi phản ứng (1) xảy ra tại

25oC

1 a) Vì ban đầu chỉ có NH4HS rắn nên áp suất khí tác dụng lên hệ ở cân bằng

là do NH3 và H2S tạo ra

Vậy PNH3 = PH S2 = 12 P chung

Theo gt PNH3× PH S2 = 0,109 ⇒P chung2 2

  = 0,109 ⇒ P chung ≈ 0,66 atm

b) Do vẫn xét ở 25oC nên PNH3(CBHH) × PH S2 (CBHH) = KP = 0,109

Với PNH3(CBHH) = 0,549 atm thì PH S2 (CBHH) = 0,5490,109 = 0,1985atm

Theo pt pứ PNH3 mới tạo ra = PH S2 = 0,1985atm

nên PNH3 ban đầu = 0,549 − 0,1985 ≈ 0,35 atm

1997:

KMnO4 là thuốc thử được dùng để xác định nồng độ các muối sắt (II) Phản ứng giữa KMnO4 và FeSO4 trong dung dịch H2SO4 diễn ra theo sơ đồ: KMnO4 + FeSO4 + H2SO4 → K2SO4 + MnO4 + Fe2(SO4)3 + H2O (1)

1. Hãy viết phương trình phản ứng (1) dưới dạng phương trình ion (kí hiệu phương trình ion là (2))

2. Giả thiết phản ứng đó là thuận nghịch, hãy thiết lập biểu thức hằng số cân bằng của phản ứng dựa vào (2) theo nồng độ cân bằng của các chất

3. Giá trị logarit hằng số cân bằng của phản ứng oxi hoá-khử ở 250C dược tính theo biểu thức:

lgK = 0,059n E∆ 0

(∆E0 là hiệu thế điện cực tiêu chuẩn của các cặp chất phản ứng, n là số

electron tham gia vào quá trình oxi hoá hoặc khử trong phản ứng)

Hãy tính hằng số cân bằng của phản ứng theo (2)

Cho E0

4 2

MnO Mn

− + = 1,51V; E0 Fe3

Fe

+ += 0,77V; E0 2

2

Cl

Cl−= 1,36V

4. Mỗi yếu tố sau đây ảnh hưởng như thế nào đến (2):

a) Tăng pH của dung dịch;

b) Thay H2SO4 bằng HCl

c) Thêm lượng nhỏ KSCN vào dung dịch

1 MnO4

−

+ 5Fe2+ + 8H+ = Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O (2)

2 K =

5

4

Mn Fe MnO Fe H

   

   

     

     

3 Thay số vào biểu thức ta có lg K = 5(1,51 0,77)0,059− = 62,7 Vậy K = 1062,7

5 Xét ảnh hưởng của từng yếu tố đến cân bằng

a) Tăng pH tức giảm CH+ Theo nguyên lí Lơ Satơliê-Borên cân bằng sẽ chuyển dời về phía trái (chiều nghịch) (chú ý: nếu tăng pH nên quá lớn sẽ

có Fe(OH)2↓, phản ứng (2) không xảy ra như vậy)

b) Thay H2SO4 bằng HCl:

+ Ban đầu vẫn xảy ra (2) vì vẫn có CFe2+ đủ lớn

+ Khi CFe2+ giảm tới mức nào đó sẽ xảy ra phản ứng

2MnO4 + 10Cl + 16H+ → 2Mn2+ + 5Cl2 + 8H2O (3)

Phản ứng này xảy ra không được chờ đợi

c) Khi thêm KSCN thì có Fe3+ + 3SCN → Fe(SCN)3↓

Phản ứng (2) sẽ xảy ra theo chiều thuận (cân bằng hoá học chuyển dời sang phía phải)

1999:

Phôtgen được dùng làm chất clo hoá rất tốt cho phản ứng tổng hợp hữu cơ, được điều chế theo phương trình:

CO(k) + Cl2(k) = COCl2(k) ; Ho = -111,3 kJ.mol-1

Magiê được điều chế theo phương trình:

MgO(r) + C(r) = Mg(r) + CO(k) ; Ho = 491,0 kJ.mol-1

Cần tác động như thế nào vào nhiệt độ và áp suất riêng phần của khí để mỗi phản ứng trên thu được nhiều sản phẩm hơn? Tại sao phải tác động như vậy ?

Để thu được nhiều COCl2 (k) từ cân bằng

CO(k) + Cl2(k) ←→ COCl2(k) ; ∆Ho = − 111,3 kJ.mol-1

Ta cần tăng áp suất riêng phần của các khí vì phản ứng này có ∆ (k) < 0, lúc

đó cân bằng sẽ chuyển dịch sang phải

Ta cần hạ nhiệt độ vì đây là phản ứng toả nhiệt (∆Ho < 0), lúc đó cân bằng

sẽ chuyển dịch sang phải

Để thu được nhiều Mg, tức là phải làm cho cân bằng

MgO(r) + C(r) ←→ Mg(r) + CO(k) ; ∆Ho = +491,0kJ,mol-1

chuyển dịch sang phải, ta phải:

Giảm áp suất khí vì phản ứng có ∆o > 0 (thực tế người ta thực hiện phản ứng trong chân không)

Tăng nhiệt độ vì đây là phản ứng thu nhiệt ∆Ho > 0)

2001:

Sunfuryl điclorua SO2Cl2 là hoá chất phổ biến trong phản ứng clo hoá Tại

350oC, 2 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 như vậy

b) Tính phần trăm theo thể tích SO2Cl2(khí) còn lại khi (1) đạt tới cân bằng ở điều kiện đã cho

c) Ban đầu dùng 150 mol SO2Cl2(khí), tính số mol Cl2(khí) thu được khi (1) đạt tới cân bằng

Các khí được coi là khí lý tưởng

1 a) Gọi số mol SO2Cl2 ban đầu là 1, độ phân li là α , ta có:

SO2Cl2 (khí) ←→ SO2 (khí) + Cl2 (khí) (1)

Ban đầu 1 0 0

Phân li α

Cân bằng (1 −α) α α

Kp = 2 2

2 2

( ) ( ) ( )

SO Cl

×

= 50 atm (2)

b) Vì các khí đều là khí lí tưởng nên pi = P Xi

(3)

mà i

i i

n X n

= Σ

(4)

Ở đây : nSO2 = nCl2 = α ; nSO2Cl2 = (1 −α) ; còn ∑ nj = 1 + α

(5)

c) Tổ hợp (5) và (4) , (3) và (2) ta có:

Số mol SO2Cl2 còn là (1 −α) ≈ 0,0194 (mol)

Do đó SO2Cl2 còn lại chiếm 0,01941,9804 × 100% ≈ 0,98%

Đây là % theo số mol, cũng là % theo thể tích Vậy khi (1) đạt tới cân bằng SO2Cl2 còn lại chiếm 0,98%về số mol hay thể tích của hệ

(Hoặc SO2Cl2 (khí) ←→ SO2 (khí) + Cl2 (khí) Kp = 50 (1)

2 atm

2 - (P + p) p p

pSO2Cl2 = 2 - 2 × 0,9902 = 0,0196 (atm)

pSO2Cl2 = P nSO2Cl2 nSO2Cl2 = 0,0196 : 2 = 0,0098 hay 0,98%

% theo số mol cũng là % theo thể tích Vậy khi (1) đạt tới cân bằng SO2Cl2

còn lại chiếm 0,98%về số mol hay thể tích của hệ.)

2002:

Khí NO kết hợp với hơi Br2 tạo ra một khí duy nhất trong phân tử có 3 nguyên tử

1 Viết phương trình phản ứng xảy ra.

2

2 1 P Kp

∝

−

∝

=

50 2

50 Kp

P

Kp

+

= +

0 100 p 100 p 50 p 2

=

− +

→

=

−

2 Biết phản ứng trên thu nhiệt, tại 25oC có Kp = 116,6 Hãy tính Kp (ghi rõ đơn vị) tại 0oC ; 50oC Giả thiết rằng tỉ số giữa hai trị số hằng số cân bằng tại

0oC với 25oC hay 25oC với 50oC đều bằng 1,54

3 Xét tại 25oC, cân bằng hoá học đã được thiết lập Cân bằng đó sẽ chuyển dịch như thế nào? Nếu:

a) Tăng lượng khí NO

b) Giảm lượng hơi Br2

c) Giảm nhiệt độ

d) Thêm khí N2 vào hệ mà:

- Thể tích bình phản ứng không đổi (V = const)

- Áp suất chung của hệ không đổi (P = const)

L

ời giải:

Phản ứng pha khí, có ∆n = -1 → đơn vị Kp là atm-1 (2)

2 Do phản ứng thu nhiệt nên có liên hệ

Kp tại O2 < Kp tại 252 < Kp tại 502 (3)

Vậy : Kp tại 250 = 1 / 1,54 x Kp tại 252 = 116,6 / 1,54 = 75,71 (atm-1)

Kp tại 252 = 1,54 x Kp tại 252 = 116,6 x 1,54 ≈ 179, 56 (atm-1)

Trường hợp a và b: về nguyên tắc cần xét tỉ số: Q = ( ) 2

NOBr NO

P

P (4) (Khi thêm

NO hay Br2)

Sau đó so sánh trị số Kp với Q để kết luận

Tuy nhiên, ở đây không có điều kiện để xét (4); do đó xét theo nguyên lý

Lơsatơlie

a Nếu tăng lượng NO, CBHH chuyển dời sang phải

b Nếu giảm lượng Br2, CBHH chuyển dời sang trái

c Theo nguyên lý Lơsatơlie, sự giảm nhiệt độ làm cho CBHH chuyển dời

sang trái, để chống lại sự giảm nhiệt độ

d Thêm N2 là khí trơ

+ Nếu V = const: không ảnh hưởng tới CBHH vì N2 không gây ảnh hưởng nào liên hệ (theo định nghĩa áp suất riêng phần)

+ Nếu P = const ta xét liên hệ