Tài liệu Skkn sử dụng hằng số cân bằng trong việc giải bài tập

Së gi¸o dôc & ®µo t¹o Thanh Ho¸ Tr-êng THPT chuyªn Lam S¬n S¸ng kiÕn kinh nghiÖm §Ò tµi: Sö dông h»ng sè c©n b»ng trong viÖc gi¶i bµi tËp ho¸ häc ë ch-¬ng tr×nh THPT Gi¸o viªn CHøc vô Bé m«n §¬n vÞ Tr-¬ng Quang §¹o : : Gi¸o viªn : Ho¸ häc : Tr-êng THPT Chuyªn Lam S¬n Thanh Hoá, năm 2011 1 MỤC LỤC TRANG A. Đặt vấn đề 1 B. Giải quyết vấn đề 1 I. Cơ sở khoa học của đề tài 1 II. Các giải pháp thực hiện 5 III. Giải quyết vấn đề 5 IV. Một số bài tập đề nghị 16 V. Phạm vi sử dụng của phương pháp 17 VI. Tổ chức thực hiện 17 C. Kết luận 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Đề thi tuyển sinh Đại học Cao đẳng 1998 ( Nhà xuất bản giáo dục) 2. Tuyển tập các đề thi trắc nghiệm: 2006 - 2009 3. Sách giáo khoa hoá học nâng cao lớp 10 ( Nhà xuất bản giáo dục) 4. Các bài tập nâng cao lớp 10 ( Nhà xuất bản giáo dục) 5. Chuyên đề luyện thi Đại học môn hoá học tập I năm 2010 ( Ngô Ngọc An - Nhà xuất bản giáo dục) 6. Tuyển tập bài giảng hoá học vô cơ (Cao cự giáo - Nhà xuất bản đại học Sư Phạm) 7. Bài tập hoá đại cương ( Lê Mậu Quyền - Nhà xuất bản giáo dục) 8. Hoá học đại cương ( Lâm Ngọc Thềm - Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội 2 LỜI MỞ ĐẦU Trong việc giảng dạy cho học sinh cấp THPT và ôn luyện thi vào các trường Đại học, Cao đẳng và bồi dưỡng học sinh giỏi Tỉnh và học sinh giỏi Quốc Gia hàng năm, phần hằng số cân bằng hoá học là phần quan trọng trong kiến thức giảng dạy. Trong đó việc tìm ra cách khai thác hết các dạng và loại bài tập là một việc làm rất cần thiết đối với giáo viên. Tuy nhiên, để làm tốt các bài tập phần hằng số cần bằng hoá học đối với học sinh phải có kiến thức thực sự vững chắc, có khả năng tư duy hợp lý và có tính sáng tạo. Vì vậy: Bản thân là giáo viên đã dạy lâu năm nhưng tôi thấy với vấn đề " Hằng số cân bằng hoá học" là một chuyên đề của toán đại cương vô cơ hay, tâm huyết. Do đó tôi mạnh dạn đưa vấn đề này ra để giúp em làm bài tập nhanh gọn, dễ hiểu và hiệu quả cao, phù hợp với xu thế đề thi và dạy trắc nghiệm như hiện nay. II. THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU. Hiện nay vấn đề học bộ môn hoá học của các em học sinh ở trường THPT tương đối nặng nề về chương trình, đòi hỏi tính tự giác của các em ngày càng cao trong học tập. Đặc biệt là các vấn đề các em tự nghiên cứu để trang bị cho mình một lượng kiến thức vững vàng và có kỹ năng giải toán một cách thành thạo. Điều này, sự vất vả đối với các em là không nhỏ, trong quá trình giảng dạy bản thân tôi thấy việc dạy vấn đề " Hằng số cân bằng hoá học" mà tôi đã thực hiện đã giúp cho các em phần nào về các tư duy cũng như cách giải một bài toán nhanh gọn, dễ hiểu. Ngoài ra còn tạo cho các em tính tư duy tổng hợp ở mức độ cao hơn trước đó rất nhiều, vì vậy có thể nói "Vấn đế hằng số cân bằng hoá học" là một công cụ Giải toán đại cương vô cơ đắc lực trong quá trình ôn thi đại học. 3 B. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ I. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI. Với những vấn đề, mục đích của đề tài được đưa ra ở trên thì để thực hiện được bản thân người giáo viên phải trang bị cho mình: Vững chắc về kiến thức, thành thạo về chuyên môn, luôn có suy nghĩ mỗi khi tự đọc, và tự học vấn đề về kiến thức hằng số cân bằng hoá học trong quá trình giảng dạy cho các em học sinh ở trường THPT. Để giải quyết đề tài này tôi xin trình bày một số quy tắc định luật cần sự dụng. 1. Phản ứng 1 chiều, phản ứng thuận nghịch, trạng thái cân bằng hoá học. - Phản ứng 1 chiều: Là phản ứng xảy ra theo một chiều nhất định, trong đó các chất phản ứng tác dụng với nhau tạo sản phẩm, còn các chất sản phẩm không tác dụng với nhau tạo chất ban đầu. VD: Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2  - Phản ứng thuận nghịch: Là phản ứng xảy ra theo hai chiều ngược nhau, trong đó các chất đem phản ứng tác dụng với nhau tạo sản phẩm, đồng thời các chất sản phẩm tác dụng với nhau tạo chất ban đầu. ⎯⎯ → 2NH3(k) VD: N2(k) + 3H2(k) ⎯ ⎯ H2(k) + I2(k) ⎯⎯ → 2HI(k) ⎯ ⎯ - Trạng thái cân bằng: Là trạng thái mà ở đó tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch (Vt = Vn) ( Hay nồng độ các chất không đổi), nhưng phản ứng vẫn xảy ra bình thường. 2. Hằng số cân bằng của phản ứng: ⎯⎯ → cC + dD Phản ứng: aA + bB ⎯ ⎯  C  . D  a b  A .  B  c KcB = * Một số chú ý: d - Đối với chất rắn nồng độ = 1 - Kcb chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ 4 Phản ứng: ⎯⎯ → CC + dD (1) - aA + bB ⎯ ⎯ Kcb1 ⎯⎯ → aA + bB cC + dD ⎯ ⎯ Kcb2 Kcb2 = 1 K cb1 - Nếu nhân hệ số phản ứng (1) với n: ⎯⎯ → ncC + ndD . Kcb3 n. aA + nbB ⎯ ⎯ Kcb3 = (Kcb1) - Nếu chia hệ số phản ứng (1) cho n: a b ⎯⎯ → C C + d D Kcb1 A + B ⎯ ⎯ n n n n Kcb4 = n K Kcb1 3. Các hằng số cân bằng Kp, Kc, Kx. Xét phản ứng: aB + bB cC + dD. Ta nhận thấy, trong biểu thức của hằng số cân bằng (8.3), thành phần của các chất tham gia phản ứng ở trạng thái cân bằng được biểu thị qua các áp suất riêng phần Pi của chúng, vì vậy hằng số cân bằng được ký hiệu là Kp. Kp = P PCc .PDd PAa .PBb Nồng độ của một chất được biểu thị bằng hệ thức: C i = ni ( mol/ L), trong đó V ni là số mol chất của i và V là thể tích chung của hỗn hợp. Mặt khác, ta cũng đã biết, đối với khí lý tưởng: P i = ni RT = Ci RT, V chẳng hạn, đối với chất A: PA = CA. RT đối với các chất khác ta cũng có các hệ thức tương ứng. Thay các giá trị này vào (8.6) ta có. Kp = PCc .PDd C Cc .C Dd (RT)c .(RT)d = . PSa .PBb C aA .C bB (RT)a .(RT)b (8.7) Nếu thành phần của các chất tham gia phản ứng được biểu thị bằng nồng độ C thì hằng số trên được ký hiệu là KC. 5 C c .C d  C   D  = Ca Db = a b C A .C B  A   B  C KC d (8.8) Như vậy hệ thức (8.7) có thể viết: KP = KC. (RT) (C +d )−( a +b ) Hay KP = KC (RT) n (8.9) Với  n = (c + d) - ( a + b). Đó là hệ thức liên hệ giữa KP và KC. Ta cần lưu ý rằng, vì ở đây P thường tính ra atm, V tính ra lít nên: R= P0 V0 1.22, 4 = 0,082 L. atm / mol. K − T0 273.15 4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến cân bằng hoá học. Khi nhiệt độ thay đổi thì KcB thay đổi. Trong khoảng hẹp của nhiệt độ, nếu coi  H là hằng số đối với nhiệt đọ thì ta có công thức. ln Với: H 0  H 0 1 Kp(T2 ) 1 = ( - ) R R Kp(T1 ) T2 T1  H0: J. mol −1 R = 8,314 J. K −1 T = (t0 c + 273)0 K 5. Các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển dịch cân bằng Khái niệm: Cân bằng hoá học là trạng thái của phản ứng thuận nghịch khi tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch. * Ảnh hưởng của nồng độ. - Khi tăng hoặc giảm nồng độ một chất trong cân bằng, thì cân bằng bao giờ cũng chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động của việc tăng hoặc giảm nồng độ của chất đó. Lưu ý: Nếu trong hệ cân bằng có chất rắn (ở dạng nguyên chất) thì việc thêm hoặc bớt lượng chất rắn không ảnh hưởng đến cân bằng) nghĩa là cân bằng không chuyển dịch ( trừ trường hợp việc thêm hoặc bớt này gây ra sự biến đổi áp suất chung của hệ. * Ảnh hưởng của áp suất. 6 Khi tăng áp suất chung của hệ cân bằng thì bao giờ cân cũng chuyển dịch theo làm giảm tác động của việc tăng hay giảm áp suất đó. * Ảnh hưởng của nhiệt độ. Ta có: H N = - a ⎯⎯ → b.B aA ⎯ ⎯ H T = a H < 0 phản ứng toả nhiệt → t 0  H > 0 phản ứng thu nhiệt → t 0  Khi tăng nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều thu nhiệt nghĩa là chiều làm tác động của việc tăng nhiệt độ, và khi giảm nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều phản ứng toả nhiệt, chiều làm giảm tác động của việc giảm nhiệt độ. 7 * Vai trò của chất xúc tác. Chất xúc tác không làm biến đổi nồng độ các chất trong cân bằng và cũng không làm biến đổi hằng số cân bằng, nên không làm chuyển dịch cân bằng, chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng thuận và tốc độ phản ứng nghịch với số lần bằng nhau, nên khi phản ứng thuận nghịch chưa ở trạng thái cân bằng thì chất xúc tác có tác dụng làm cho cân bằng được thiết lập nhanh chóng hơn. II. CÁC GIẢI PHÁP THỰC HIỆN Dựa trên cơ sở giảng dạy của bản thân, đòi hỏi kiến thức của chương trình cần phải nâng cao có chiều sâu cũng như đáp ứng cho việc ôn thi đại học và đội tuyển học sinh giỏi hàng năm. Nhưng điều thú vị hơn cả là hiểu được nội dung có chiều sâu thì việc giải quyết một vấn đề trở nên hay, nhanh gọn hơn nhiều. Nhất là phần vô cơ đại cương. Với vấn đề phân loại chi tiết từng dạy toán thì đòi hỏi một học sinh cần có sự trang bị một cách đầy đủ về kiến thức cơ bản đến nâng cao, điều đó người giáo viên trong quá trình giảng dạy cần phải có sự chuẩn bị thật kỹ lưỡng về kiến thức, đáp ứng những trường hợp có học sinh đưa ra phương pháp giải hay, hoặc không đúng thì giáo viên chỉ ra được các ưu và nhược điểm đó, khi đó giáo viên sẽ tổng hợp phân tích và kết luận rồi đưa ra phương pháp giải của mình để học sinh hiểu và so sánh. Để giải quyết được thì: Học sinh phải nắm được các công thức tính K cb, các công thức ảnh hưởng của nhiệt độ đến Kcb và tốc độ phản ứng KC, KP, KX ... vv III. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 1. PHƯƠNG PHÁP TÍNH KCB: ⎯⎯ → CC + dD Đối với phản ứng: aA + bB ⎯ ⎯ C  . D  . Đối với chất rắn thì: = 1. KcB =  a b  A .  B  c d Bài 1: Cho biết phản ứng sau: 8 ⎯⎯ → H2(k) + CO2(k) , ở 7000C hằng số cân bằng Kc = 1,873. H2O(k) + CO(k) ⎯ ⎯ Tính nồng độ của H2O và CO ở trạng thái cân bằng, biết rằng hỗn hợp ban đầu gồm: 0,300 mol H2O và 0,300 mol CO trung bình 10 l ở 7000C. Bài làm: CH 2 O = CCO = 0,300 = 0, 030( M ) 10 0,300 = 0,030(M) 10 Phản ứng: ⎯⎯ → H2(k) + CO2 (k) H2O(k) + CO(k) ⎯ ⎯ Ban đầu: 0,03 Phản ứng: x  KcB 0,03 0,03 O O x x x 0,03 x x xx = 1,873 (0, 03 − x) 2 x = 0,017 Vậy:  H2  = CO2  = 0,017 (M) CO =  H2O = 0,03 - x = 0,013 (M) Bài 2: Cho hằng số cân bằng: ⎯⎯ → 2HI(k) . ở nhiệt độ nào đó bằng 40. H2(k) + I2(k) ⎯ ⎯ Xác định % H2, I2 chuyển thành HI. Nếu nồng độ ban đầu của chúng bằng nhau và bằng 0,01M. ⎯⎯ → 2HI(k) ⎯ ⎯ Bài làm: H2(k) + I2(k) Ban đầu: 0,01 0,01 O Phản ứng: x x 2x  0,01-x 0,01-x 2x KCB = 40 = (2 x) 2 (0, 01 − x) 2 X1 = 0,0146 (loại ) X2 = 0,0076 (TM) → HI . Vậy: % H2 ⎯⎯ 0, 0076 x 100% = 76% 0, 01 Bài 3: Hằng số cân bằng của phản ứng: 9 ⎯⎯ → 2HBr(k). ở 7300C là 2,18.106. Cho 3,2 mol HBr vào H2(k) + Br2(k) ⎯ ⎯ bình phản ứng dung tịch 12l ở 7300C. Tính nồng độ của H2, Br2, HBr, ở trạng thái cân bằng. 10 Bài làm: ⎯⎯ → H2(k) + Br2(k) ⎯ ⎯ CM 2HBr(k) , K = 2,18.106 3, 2 0,8 = (M) 12, 0 3 HBr = ⎯⎯ → H2(k) ⎯ ⎯ 2HBr(k) + Br2(k) Ban đầu: 0,8 (M) 3 0 0 Phản ứng: x(M) x x  0,8 −x 3 x 2 x 2 KCB = 1 .10−6 2,18 KCB = 1 1 .10−6 = −6 2,18.10 2,18 x x . 2 2 = 0,8 ( − x) 2 3 Vì: K < 10 −4 ⎯⎯ → nên: 0,8 0,8 −x 3 3 x2 1 .10−6 = 4 ⎯⎯ → x  3,61.10 −4 0,8 2,18 ( )2 3 3, 61.10−4 = 1,805.10−4 ( M ) Vậy:  H 2  =  Br2  = 2  HBr  = ( 0,8 − 3, 61.10 −4 ) (M) 3 Bài 4: Dung dịch CH3COOH 0,5M ở 25oC có Ka= 1,75.10 − 5 Tính pH của dung dịch. Bài làm: ⎯⎯ → CH3COO − + H+ CH3COOH ⎯ ⎯ Ban đầu: 0,5M Phản ứng: x x x 0,5 - x x x []: O O 11 Ka = x2 = 1,75.10 −5 0,5 - x Do: Ka < 10 −4 => 0,5 - x  0,5 x2 = 1,75.10 −5 => x = [H+] = 2,958.10 −3 M 0,5 pH = -lg [H+] = -lg 2,958.10 −3 = 2,53. Đ/S: pH = 2,53 Bài 5: Dung dịch NH3 0,2M ở 25oC có Kb = 1,8.10 − 5. Tính pH của dung dịch Bài làm: ⎯⎯ → NH +4 + OH − NH3 + HOH ⎯ ⎯ Ban đầu: 0,2M Phản ứng: x(M) x(M) x(M)  0,2 -x x Kb = 1,8.10 − 5 = O O x x 0, 2 − x → 0,2-x  0,2 Do Kb < 10 − 5 ⎯⎯ 1,8.10 −5 = x2 0, 2 ⎯⎯ → x = 3,6.10 −6 OH −  = 1,897.10 −3 (M) 10−14 10−14  H +  = = = 0,527.10 −11 −3 − 1,897.10 OH  ⎯⎯ → pH = - lg  H +  - lg 0,527.10 −11 ⎯⎯ → pH = 11,278 Bài 6: Dung dịch A gồm: CH3COOH 0,2M, CH3COO Na: 0,1M ở 250C. K CH3COOH = 1,85.10 −5 . Tính pH của dung dịch. Bài làm: → CH3COO − + Na+ CH3COO Na ⎯⎯ 0,1M PT: 0,1M ⎯⎯ → CH3COO − + H+ CH3COOH ⎯ ⎯ Ban đầu: 0,2M 0,1M O Phản ứng: x(M) 0,1 + x x 12  Ka = 0,2 -x 0,1 + x x x(0,1 + x) = 1,75.10 −5 0, 2 − x Vì: Ka < 10 −4 ⎯⎯ → 0,1 + x  0,1 0,2 - x  0,2 (-) x 0,1 = 1,75.10 −5 0, 2 (-) x  H +  = 3.5.10 −5 ⎯⎯ → pH = - lg  H +  = - lg 3,5.10 −5 = 4,45 Bài 7: Dung dịch gồm: NH3 0,1M, NH4Cl 0,2M 0, ở 250C có hằng số Kb = 1,8.10 −5 . Tính pH của dung dịch. Bài làm: NH4Cl ⎯⎯ → NH +4 + Cl − 0,2M 0,2M ⎯⎯ → NH +4 + OH − NH3 + HOH ⎯ ⎯ Ban đầu: 0,1M 0,2M O Phản ứng: x(M) 0,2 + x x  0,1 - x 0,2 + x x Kb = 1,8.10 −5 = x(0, 2 + x) 0,1 − x Do : Kb = 1,8.10 −5 < 10 −4 do đó: 0,2+x  0,2 0,1 - x  0,1 1,8.10 −5 = Xx0, 2 0,1 → OH −  = 0,9.10 −5 M (-) x = 0,9.10 −5 (M) ⎯⎯ 1 10−14 10−14  H +  = .10−9 = = −5 − 0,9 0,9.10 OH  pH = lg  H +  = - lg 1 .10−9 = 8,95 0,9 Vậy: pH = 8,95 13 Bài 8: Cho phản ứng thuận nghịch: A(K) + B(k) ⎯⎯ → ⎯ ⎯ C(k) + D(k) Khi cho 1ml A tác dụng với 1 mol B thì hiệu suất cực đại của phản ứng là: 66,67% 1- Tính hằng số cân bằng của phản ứng (1) 2- Nếu lượng A gấp 3 lần lượng B thì hiệu suất cực đại của phản ứng là bao nhiêu. Bài làm: Xét 1l hỗn hợp ⎯⎯ → ⎯ ⎯ (1) Phản ứng: A Ban đầu: 1M Phản ứng: 0,6667 0,6667 0,6667 0,6667  0,3333 0,6667 + B 1M (1) Ta có: KCB = (2) A 0,3333 C + D O O C . D = 0, 6667.0, 6667 = 4  A. B 0,3333x0,3333 + B ⎯⎯ → ⎯ ⎯ C + D Ban đầu: 3M 1M O O Phản ứng: x x x x 1-x x x  3-x KCB = 4 = 0,6667 x.x (3 − x)(1 − x) Giải ra ta có: X1 = 4,43 loại X2 = 0,9 M Vậy HB = 0,9 x100% = 90% 1 Bài 9: ( CD A - 2007), Thực hiện phản ứng Este hoá: ⎯⎯ → CH3COOC2H5 + H2O CH3COOH + C2H5OH ⎯ ⎯ Nếu cho 1mol CH3COOH tác dụng với 1mol C2H5OH khi phản ứng đạt trạng thái cần bằng thu được 2 mol CH3COOC2H5 3 14 Nếu cho 1mol CH3COOH tác dụng với Cl mol C2H5OH khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng thì hiệu suất cực đại là: H = 90% ( tính theo CH 3COOH). Tính giá trị của a. Bài làm: Xét 1 l dung dịch CH3COOH Ban đầu: + C2H5OH 1M ⎯⎯ → CH3COOC2H5 + H2O ⎯ ⎯ 1M O O 2 M 3 Phản ứng: 2 M 3 2 M 3 2 M 3  1 M 3 1 M 3 2 M 3 KcB 2 M 3 2 2 x = 3 3 =4 1 1 x 3 3 CH3COOH + C2H5OH ⎯⎯ → ⎯ ⎯ CH3COOC2H5 + H2O Ban đầu: 1(M) a(M) O Phản ứng: 0,9(M) 0,9M 0,9M 0,9M 0,9(M) 0,9(M)  0,1M KcB = 4 = 0,9 x0,9 0,1x( a − 0,9) (a-0,9) O ⎯⎯ → a = 2,925M 2. NHỮNG BÀI TOÁN TÍNH TRẠNG THÁI CÂN BẰNG: Bài 1: Cho phản ứng thuận nghịch. ⎯⎯ → C A + 2B ⎯ ⎯ Nồng độ các chất ở trạng thái cân bằng là:  A  = 0,6 (M) ;  B  = 1,2(M); C  = 2,16(M). Tính hằng số cân bằng và nồng độ của A và B. Bài làm: KCB = C  = 2  A. B  Ta có: A + 2B Ban đầu: CA Phản ứng: x(M) 2,16 = 2,5 0, 6 x(1, 2) ⎯⎯ → C ⎯ ⎯ CB 2x(M) O x(M) 15  CA-x CB-2x x C  = x = 2,16 (M) Ta có:  A = CA-x = 0,6 ⎯⎯ → CA = 2,76 (M)  B  = CB - 2x = 1,2 ⎯⎯ → CB = 5,52 (M) Bài 2: ( ĐH - A - 2009) Một bình phản ứng có dung tích không đổi, chứa hỗn hợp khí N 2 và H2 với nồng độ tương ứng là: 0,3M và 0,7M. Sau khi phản ứng tổng hợp NH 3 đạt trạng thái cân bằng ở t0C, H2 chiếm 50% thể tích hỗn hợp thu được hằng số cân bằng KC ở toC của phản ứng có giá trị là: A. 3,125 B. 0,500 C. 0,609 D. 2,500 Bài làm: PTHH N2 + (k) 3H2 2NH3 (k) (k) O Ban đầu: 0,3M 0,7M Phản ứng: x(M) 3x(M)  0,3-x 0,7-3x % VH 2 = ⎯⎯ → ⎯ ⎯ 2x(M) 2x 0, 7 − 3 x x 100% = 50% 0,3 − x + 0, 7 − 3 x + 2 x (-) x = 0,1(M)  NH 3  = (2 x) 2 = 2,925  N 2  H 2  (0,3 − x)(0, 7 − 3x) 2 KCB Đáp số: KCB = 2,925. 3. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN HẰNG SỐ CÂN BẰNG. ⎯⎯ → CO2(k) + H2(k) Bài 1: Xét phản ứng: H2O + CO(k) ⎯ ⎯ ở T = 690K có Kp = 10,0. Tính Kp ở T = 800K. Biết rằng, trong khoảng nhiệt độ này,  H0 được coi là không đổi và bằng: - 42676,8 J/mol Bài làm: Ta áp dụng kiến thức In K 800 42676,8 1 1 =− ( − ) = - 1,023 K 690 8,314 690 800 16 ⎯⎯ → K 800 = 0,359 ⎯⎯ → K 800 = 0,359 x10 = 3,59 K 690 Kết quả cuối cùng cho biết, ở 800K hằng số Kp = 3,59. Như vậy, do phản ứng phát nhiệt  H0 < 0 nên khi nhiệt độ tăng, hằng số cân bằng giảm. Cân bằng của phản ứng chuyển dịch về phía trái, sản phẩm (CO2, H2) thu được giảm. Bài 2: Đi axit các bon bị phân huỷ ở nhiệt độ cao theo phản ứng: → CO + CO2. Khi áp suất = 1 at thì lượng % CO 2 bị phân 2CO2 ⎯⎯ huỷ là: 2,0.10 −5 ở 10000 K và 1,27 x 10 −2 ở 14000 K. Hãy tính biến thiên năng lượng tự do chuẩn và entropi chuẩn ở 10000 K. Giả sử khoảng nhiệt độ trên  H của phản ứng coi như không đổi. 17 Bài làm: Ta có sự phản ứng ⎯⎯ → 2CO 2CO2 ⎯ ⎯ + O2 Tại 10000K 1,0at 2,0.10 −7 1,0.10 −7 Tại: 14000 K 1,0at 1,27.10 −4 0,635.10 −4 (2, 0.10−7 ) 2 Kp1 = = 4, 0.10−21 2 (1, 0) 2 PCO .PO2 Ta có: Kp = , ở 10000 K . PCO2 2 ở 14000 K : Kp2 = (1, 27 x10−4 ) 2 x(0, 635 x10−4 ) = 1,024.10 −22 2 (1, 0) ở 1000 K :  G0 =- RT. ln Kp  G0 = - 8,314 x 1000 x ln 4,0.10 −21 = 390,515 I/mol → 1400o K  H trong khoảng nhiệt độ: 100 ⎯⎯ Ln Kp2 H 0 1 1 = ( − ) ⎯⎯ →H 0 = 563,376 KJ / mol Kp1 R T1 T2 ở 10000 K , giá trị  S0 tính theo công thức  G0 =  H0 - T.  S0 ⎯⎯ →  S0 = - G 0 + H 0 = 172,876.J .mol −1 , K −1 T Bài 3: Tại áp suất không đổi và bằng 1 at, phân tử N2O4 bị phân huỷ 50% và 79% với 600C và 1000C. Hãy tính. 1. Tính hằng số cân bằng ở các nhiệt độ tương ứng nói trên theo phản ứng: ⎯⎯ → 2NO2 N2O4 ⎯ ⎯ 2. Xác định nhiệt phân li của phản ứng Bài làm: 1. Phản ứng: N2O4 ⎯⎯ → ⎯ ⎯ 2NO2 Ban đầu 1 0 Phân li: x x 1- x 2x CB P riêng phần: 1− x .P 1+ x Kp = 2x .P 1+ x PNO2 PN 2O4 18 ở - Kp ở 600C : Kp 333 = 1,33 at - Kp ở 1000C : Kp 373 = 6,44 at 2. Ln KT2 AH 1 1 ( − ). = H T1 T2 KT1 → 1000C,  H = cost Từ 600C ⎯⎯  H = 41,5 KJ/ mol 4. MỐI LIÊN HỆ GIỮA: KC, KP, KX. ⎯⎯ → CO(k) + Cl2(k) COCl2(k) ⎯ ⎯ Bài 1: Cho cân bằng: ở 5500C, P = 1 atm có độ phân huỷ của COCl2 là: x = 77%. Tính Kp, và Ke. ⎯⎯ → ⎯ ⎯ Bài làm: COCl2 CO + Cl2 Ban đầu: 1 0 0 Phản ứng: x x x Cân bằng: 1-x x x Tổng số mol ở trạng thái cân bằng là: 1 + x PCO = PCl 2 PCOCl 2 = P. Ta có: Kp = = P. x 1+ 2 1− x 1+ x PCO .PCl2 PCOCl2 = P. x 1 − x2 Thay số vào ta được: Kp = 1 − (0, 77) 2 = 1, 456 1 − (0, 77) 2 KC = Kp. (RT) −1 = 1,456 . ( 22, 4 .823) −1  0,0215 273 Bài 2: Xét phản ứng: ⎯⎯ → 1NH3(k) N2(k) + 3H2(k) ⎯ ⎯ Biết rằng ở T = 673K và p = 1 at thì Kp = 1,64. 10 −4 . Tính Kc, Kx Bài làm: Đối với phản ứng trên ta có.  n = 2 - ( 3+ 1) = - 2 19 Vậy hằng số cân bằng sẽ là: Hay: KC = Kp = KC ( RT) −2 Kp = Kp. (RT)2 = 1,64.10 −4 . (0,082 x 673) 2 = 0,5 ( RT ) −2 Theo đầu bài khi: P = 1 atm sẽ dẫn đến KX = Kp = 1,64.10 −4 5. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG Bài 1: Cho phản ứng N2(k) + ⎯⎯ → 2NH3(k) ⎯ ⎯ 2H2(k)  H < O. Cho biết ảnh hưởng của các yếu tố nhiệt độ, áp suất, nồng độ đến chuyển dịch cân bằng. Bài làm: Áp suất: Khi P  cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận ( làm giảm số phân tử khi: 4 -> 2) - Khi P  cân bằng chuyển dịch theo chiều nghich ( làm tăng số phân tử khí 2 -> 4). ⎯⎯ → 2NH3(k)  H < O * Nhiệt độ:  H > O N2(k) + 3H2(k) ⎯ ⎯ - Khi tăng t0 cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch làm giảm nhiệt độ - Khi giảm t0 cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận làm tăng nhiệt độ → cân bằng theo chiều thuận để giảm nồng độ * Khi ta tăng  N 2  ,  H 2  ⎯⎯  N2 ; H 2  . Bài 2: Cho biết phản ứng nào sau đây chuyển dịch theo chiều thuận khi tăng áp suất. 1, H2(k) + I2(k) ⎯⎯ → 2HI(k) ⎯ ⎯ 2, 2H2(k) + O2(k) 3, 2SO3(k) ⎯⎯ → 2H2O(k) ⎯ ⎯ ⎯⎯ → 2SO2(k) ⎯ ⎯ + O2(k) Bài làm: 1. Không phụ thuộc vào áp suất. Vì số phân tử trước và sau phản ứng = nhau. 2. Khi tăng P cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận làm giảm P. ( Vì số phân → 2). tử khí giảm từ 3 ⎯⎯ 3. Khi tăng P cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch làm giảm áp suất. ( Vì → 2). số phân tử khí giảm từ 3 ⎯⎯ 20