Trường THPT Kỹ Thuật Lệ Thủy
Tài liệu luyện thi HSG
CÂN BẰNG HÓA HỌC
Câu 1: Phản ứng dưới đây đạt đến cân bằng ở 109K với hằng số cân bằng K p p = 10: C (r) + CO 2 (k) 2CO (k) (a) Tìm hàm lượng khí CO trong hỗn hợp cân bằng, biết áp suất chung của của hệ là 1,5atm. 1 ,5atm. (b) Để có hàm lượng CO bằng 50% về thể tích thì áp suất chung là bao nhiêu? Giải: (a) C + CO2 2CO n [] (1 - x) 2x 1 + x (mol) 2
Ta có: K P
2 PCO PCO2
2x 1 x 1,5 = 10 1 x 1 x
x = 0,79
Vậy hỗn hợp cân bằng chứa 2.0,79 = 1,58 mol CO (88,27%) và và 1 – 0,79 = 0,21 mol CO 2 (11,73%) (b)
(0,5) 2 Từ K P P 10 P = 20 atm. 0,5
Câu 2: Cho phản ứng: 2SO 2 (k) + O2 (k) 2SO3 (k) H = - 198 kJ Cho 10,51 mol khí SO 2 và 37,17 mol không khí (20% về thể tích là O 2 còn lại là N2) có xúc tác là V2O5. Thực hiện phản ứng ở 427 0C, 1 atm thì phản ứng đạt hiệu suất 98%. Tính hằng số cân bằng K C, K P của phản ứng ở 427 0C. Giải: nO2 bđ = 7,434 (mol), nN 2 bđ = 29,736 (mol) 2SO2 (k) + O2 2SO3 (k) kJ H = - 198 kJ Ban đầu: 10,51 (mol) 7,434 (mol) 0 Lúc phản ứng: 10,3 (mol) 5,15 (mol) 10,3 (mol) 0,21 (mol) 2,284 (mol) 10,3 (mol) Lúc CB: ∑số mol hỗn hợp ở TTCB TT CB = 0,21 + 2,284 + 10,3 + 29,736 = 42,53 (mol) Pi = xi.P = xi.1 = xi (Pso3 )2 và K C =K P (RT)- n (R = 0,082, T = 427 + 273 = 700 0K, n = -1) K P = 2 (Pso 2 ) .Po2
K P =
(10, (10,3) 3)2 .42, .42,53 53 >> 4,48.10 4 và K C =4,48.10 4 .(0,082.700) -(-1) 257.10 4 2 (0,21 (0,21)) .2,2 .2,284 84
Câu 3: Cho cân bằng hóa học sau: N 2O4 (k) ⇌ 2NO2 (k) (1) Thực nghiệm cho biết khối lượng mol phân tử trung bình của hai khí trên ở 35 oC bằng 72,45 g/mol và ở 45 oC bằng 66,80 g/mol. (a) Tính độ phân li của N 2O4 ở mỗi nhiệt độ trên? (b) Tính hằng số cân bằng K P của (1) ở mỗi nhiệt độ trên? Biết P = 1 atm (c) Cho biết theo chiều nghịch, phản ứng thu nhiệt hay tỏa nhiệt? Giải: Xét cân bằng: N2O4 (k) ⇌ 2NO2 (k) (1) (a) Gọi a là số mol của N 2O4 có trong 1 mol hỗn hợp số mol NO2 trong 1 mol hỗn hợp là (1 - a) mol 0 *Ở 35 C có M = 72,45 g/mol = 92a + 46(1 - a) a = 0,575 mol = nN 2O4 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 0,2125 100% 26,98% x - 0,2125 = 0,575 x = 0,7875 mol , vậy 0,7875 *Ở 450C có M = 66,80 g/mol = 92a + 46(1 - a) a = 0,4521mol = nN 2O4 và nNO2 = 0,5479 mol N2O4(k) ⇌ 2NO2(k) Ban đầu x 0 Phản ứng 0,27395 0,5479 Giáo viên : Nguyễn Cao Chung
-1-
Trường THPT Kỹ Thuật Lệ Thủy Cân bằng x - 0,27395 0,5479
Tài liệu luyện thi HSG
x - 0,27395 = 0,4521 x = 0,72605 0,72605 mol , vậy (b) P NO2
0,27395 100% 37,73% 0,72605
n N O n NO2 P , P N 2 O4 2 4 P và P = 1 atm n hh n hh
(P NO2 ) 2 (0,425) 2 0,314 K P P N2O4 0,575
0
Ở 35 C
(P NO2 ) 2 (0,5479) 2 Ở 45 C 0,664 K P P N2 O4 0,4521 c) Từ kết quả thực nghiệm ta thấy, khi nhiệt độ tăng từ 35 0C lên 450C thì tăng. Có nghĩa khi nhiệt độ tăng cân bằng dịch chuyển theo chiều thuận. Vậy theo chiều thuận phản ứng thu t hu nhiệt, nên theo chiều nghịch phản ứng tỏa nhiệt. Câu 4: Tính xem xem có bao nhiêu % chất ban đầu (N2 + 3H2 ) đã chuyển thành amoniac, nếu phản ứng được thực hiện ở 500 atm ,1000atm ,1000atm và và nhận xét kÕt qu¶ víi nguyªn lÝ chuyÓn dÞch c©n b»ng? BiÕt hằng số cân bằng của của phản ứng điều chế amoniac amoniac ở 500 0C là 1,5.10 –5 atm –2 . : Giải: N2 + 3H2 2NH3 0
2 P NH 3 3
P N 2 . P H 2
1 , 5 . 10
5
=> 3 P N 2 P H 2 => P N 2 P H 2 P NH 3 p => P N 2 1 / 4( P P NH 3 )
2 256 P NH -5 3 P => H 2 3 / 4( P P NH 3 ) 4 = 1,5.10 => 27( P P NH 3 ) => P =500atm => P NH 3 = 152atm : P = 1000atm => P NH 3 = 424 atm
Tính % chuyển hoá:
N 2+
3H2
16 P NH 3 = 1,5.10 5 2 27.( P P NH 3 )
2NH3
Ban đầu: 1 3 0 mol Phản ứng a 3a 2a mol Sau phản ứng (1-a) (3-3a) 2a mol 2a 152 => a 0,4662 => % hỗn hợp ban đầu: 4a/4 = a => 46,62% 4 2 a 500 2a 424 => a 0,5955 => % hỗn hợp ban đầu: 4a/4 = a => 59,55% 4 2a 500 => áp suất tăng cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm áp suất của hệ. Câu 5: N2O4 phân li 20,0% thành NO 2 ở 27oC và 1,00 atm. Hãy xác định (a) giá trị K p; (b) độ phân li của N 2O4 tại 27oC và 0,10 atm; (c) độ phân li của 69g N 2O4 trong bình 20 L ở 27 oC. Giải: Xét phản ứng phân li: 2NO2 N2O4 n n n-n 1 Phần mol: 1 (a) K P
0 2n 2n 2 2 P NO NO 2 4 2 2 2 P P , K P P N 2O 4 N 2O 4 1 1 2
4 2 4 (0,2) 2 P 1 0,17 1 2 1 (0,2) 2
Giáo viên : Nguyễn Cao Chung
-2-
Trường THPT Kỹ Thuật Lệ Thủy
Tài liệu luyện thi HSG
4 2 (b) 0,10 0,17 0,546 (54,6%) 1 2 69 (c) n 0,75mol . Sử dụng công thức 92 0,75(1 ) 0,082 300 0,9225(1 ) P N 2O 4 20 2.0,75. 0,082 300 P NO2 1,845 20 (1,845) 2 K P 0,17 0,1927 (19,27%) 0,9225(1 ) Bài 6: Xét phản ứng tổng hợp amoniac : N 2 (k) + 3H2 (k) ⇄ 2NH3 (k) Ở 450oC hằng số cân bằng của phản ứng này là K P = 1,5.10 -5. (a) Ban đầu trộn N 2 và H2 theo tỉ lệ 1:3 về thể tích. Tính hiệu suất phản ứng tổng hợp NH 3 khi áp suất hệ bằng 500 atm và bằng 1000 atm. (b) Các kết quả tính được có phù hợp với nguyên lý chuyển dời cân bằng hóa học hay không? 1. Giải: (a) Gọi x và h lần lượt là số mol ban đầu của N 2 và hiệu suất phản ứng. N2 (k) + 3H2 (k) ⇄ 2NH3 (k) o n x 3x 0 n hx 3hx 2hx x(1-h) 3x(1-h) 2hx n = x(4-2h) 2 P NH 3
2xh P x (4 2h )
2
2h ( 4 2h ) P K 3 2 3 5,2(1 h) P N .PH x (1 h ) 3x(1 h ) 2 2 P P x (4 2h ) x(4 2h ) -Tại 500 atm, (*) 14,1h 2 28,2h 10,1 0 với h 1 h 0,467 , vậy hiệu suất phản ứng bằng 46,7% K P
(*)
-Tại 1000 atm, (*) 14,1h 2 28,2h 10,1 0 với h 1 h 0,593 , vậy hiệu suất phản ứng bằng 59,3% (b) Khi áp suất tăng, hiệu suất phản ứng tổng hợp NH 3 tăng. Điều này phù hợp với nguyên lý chuyển dời cân bằng. Khi tăng áp suất, cân bằng chuyển dòi theo chiều làm giảm số phân tử khí (với phản ứng tổng hợp NH 3 là chiều thuận). Câu 7: Cho phản ứng: H2 (K) + I2 (K) 2HI (K) o Thực hiện phản ứng trong bình kín 0,5lít ở t C với 0,2mol H2 và 0,2mol I2 .Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng nồng độ của HI là 0 ,3mol/lít. 1.1.Tính hằng số cân bằng của phản ứng ở t oC. 1.2..Thêm vào cân bằng trên 0,1mol H 2 thì cân bằng dịch chuyển theo chiều nào tính nồng độ các chất ở trạng thái cân bằng mới. 1.3..Tính hằng số cân bằng của phản ứng sau ở t oC. 1 1 HI (K) H2 (K) + I2 (K) 2 2 Giải: 1.1.Tính hằng số cân bằng của phản ứng ở t oC. Theo giả thiết: [H2] = [I2] = 0,4mol/lít H2 (K) + I2 (K) Trước phản ứng: 0,4 (mol/lít) 0,4(mol/lít) Lúc cân bằng: 0,25(mol/lít) 0,25 (mol/lít ) 0,3 2 K cb = 1,44 0,25.0,25 1.2.Nồng độ các chất ở trạng thái cân bằng mới: Giáo viên : Nguyễn Cao
Chung
2HI (K) 0,3 (mol/lít )
-3-
Trường THPT Kỹ Thuật Lệ Thủy
Tài liệu luyện thi HSG
Nếu thêm vào cân bằng 0,1mol H 2 nồng độ H2 tăng cân bằng dịch chuyển theo chiều thuận. Khi thêm 0,1 mol H2 nồng độ H2 = 0,25 + 0,2 = 0,45mol/lít
Gọi x là nồng độ H 2 tham gia phản ứng để đạt cân bằng mới. H2 (K) + I2 (K) 2HI (K) Trước phản ứng: 0,45 (mol/lít) 0,25(mol/lít) 0,3(mol/lít) Lúc cân bằng: 0,45-x (mol/lít ) 0,25-x (mol/lít) 0,3+2x (mol/lít)
(0,3 2 x) 2 1,44 2,56x2 + 2,208x – 0,072 = 0 ĐK: 0< x < 0,25 (0,25 x).(0,45 x) Giải phương trình ta được : x = 0,03146 nhận ; x/ = -0,89 loại. Vậy : [H2] = 0,41854 (mol/lít) [I2] = 0,21854 (mol/lít) [HI] = 0,36292 (mol/lít) 1.3..Hằng số cân bằng của phản ứng sau ở t oC. 1 1 HI (K) H2 (K) + I2 (K) 2 2 Gọi K /cb là hằng số cân bằng của phản ứng: K cb =
1
1
H 2 I 2 2 = 2 = HI
1
5 1 = 6 1,44 K cb Câu 8: Cho 2 mol N 2 và 8 mol H2 vào bình kín có thể tích là 2 lít, sau khi phản ứng: N2(K) + 3H2(K) 2NH3(K) Đạt trạng thái cân bằng , đưa nhiệt độ về nhiệt độ ban đầu , thì áp suất trong bình bằng 0,9 lần áp suất đầu. Tính K cân bằng. Giải: Tổng số mol ban đầu trong bình kín : nbđ = 2+ 8 = 10 mol Trong cùng điều kiện t 0 và V : Tỉ lệ mol = Tỉ lệ áp suất. 1 10 P n Ta có: đ = đ = ns = 0,9 x 10 = 9 mol 0,9 n s P n s s Gọi x là số mol N 2 tham gia phản ứng: N2(K) + 3H2(K) 2NH3(K) Trước pứ: 2 mol 8 mol Phản ứng: x mol 3x mol 2x mol Sau pứ : (2 – x) (8-3x) 2x mol Tổng số mol các chất khí sau phản ứng: n s = 10 – 2x = 9 mol x = 0,5mol 1,5 Ở trạng thái cân bằng : n N 2 = 2 – 0,5 = 1,5 mol [N2] = = 0,75 mol/lí 2 6,5 nH 2 = 8 – 3 x 0,5 = 6,5 mol/lít [H2] = = 3,25 mol/lít ; n NH 3 = 2 x 0,5 = 1 mol 2 1 (0,5) 2 C 2 NH 3 = = 9,71. 10 -3 [NH3] = = 0,5 mol/lít K cb = 3 3 C N 2 .C H 2 2 (0,75).(3,25) 2NO2 Câu 9 : Cho cân bằng : N 2O4 Ta có
K /cb
=
Lấy 18,4 gam N2O4 vào bình chân không có dung tích 5,9 lít ở 27 OC. Khi đạt tới cân bằng, áp suất là 1 atm. Cũng với khối lượng đó của N 2O4 nhưng ở nhiệt độ 110 OC thì ở trạng thái cân bằng, nếu áp suất vẫn là 1 atm thì thể tích hỗn hợp khí đạt 12,14 lít. a/. Tính thành phần % N 2O4 bị phân li ở 27 OC và 110 OC. b/. Tính hằng số cân bằng ở 2 nhiệt độ trên, từ đó rút ra kết luận phản ứng tỏa nhiệt hay thu nhiệt. Giải: a) Số mol N2O4 ban đầu: 18,4/92 = 0,2 mol 2NO 2 N2O4 bđ (mol): 0,2 0 Giáo viên : Nguyễn Cao
Chung
-4-
Trường THPT Kỹ Thuật Lệ Thủy Tài liệu luyện thi HSG pư: x 2x còn : 0,2 – x 2x o o * Ở t = 27 C thì: (0,2 + x1) = 5,9.273 / 22,4(273 + 27) = 0,23969 x1 = 0,03969 % N2O4 bị phân hủy: [0,03969/ 0,2] 100% = 19,845% o o * Ở t = 110 C thì: (0,2 + x2) = 12,14.273 / 22,4(273 + 110) = 0,3863 x2 = 0,1863 % N2O4 bị phân hủy: [0,1863 / 0,2] 100% = 93,15% 2 b) K = [NO2] / [N2O4] = {2x/V)2 / (0,2 – x)/V = 4x 2 / V(0,2 – x) * Ở to = 27 oC: V1 = 5,9 l; x1 = 0,03969 mol K 1 = 6,66.10 -3 * Ở to = 110oC: V2 = 12,14 l; x2 = 0,1863 mol K 2 = 0,8347 Nhận xét: Ta thấy khi tăng số mol N2O4 phân hủy tăng và hằng số cân bằng cũng tăng phản ứng thu nhiệt 2NO2 (K). Cho 18,4gam N 2O4 vào bình dung tích là 5,904 lít Câu 10: Có cân bằng: N2O4 (K) ở 27 0C. Lúc cân bằng áp suất của hỗn hợp khí trong bình là 1atm. Tính áp suất riêng phần của NO 2 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 ? 18,4 Giải: n N 2O 4 0,2(mol) 92 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 0,24 => x = 0,04 0,2 x RT 0,082(273 27) n NO2 (lúc cân bằng) = 0,08 mol n N2O 4 (lúc cân bằng) = 0,2 – 0,04 = 0,16 mol Vì số mol N 2O4 gấp đôi số mol NO 2 nên áp suất N2O4 cũng gấp đôi của NO2 P NO2 12 2 1 1 2 2 Vậy: P NO2 (atm), P N 2O4 (atm) ; K P 3 3 P N 2O4 6 3 Đặt P NO 2 khi cân bằng là P thì áp suất của N 2O4 khi cân bằng là: 0,5 – P. Từ đó: 1 P2 K P 6 P 2 P 0,5 0 6 0,5 P P NO2 0,217 (atm); P N 2O5 0,283 (atm) P 0,217 Kết quả: NO 2 0,77 P N2O 4 0,283 P 1 3 So sánh với trường hợp trên: NO2 0,5 P N2O4 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). Câu 11: Cân bằng: N2O4(k) 2NO2(k) nhận được xuất phát từ a mol N 2O4. Gọi là độ phân li của N 2O4. a/ Tính số mol NO2, N2O4 và tổng số mol của hệ khi cân bằng theo a và ? b/Tính áp suất riêng phần của NO2, N2O4 khi cân bằng theo và áp suất tổng P của hệ?Tính K P theo và P? c/ Nếu ban đầu có 1,588 gam N 2O4 trong bình 0,5 lít ở 250C và P = 760 mmHg thì , áp suất riêng phần của NO2, N2O4 lúc cân bằng là bao nhiêu? Giải: NO2 =2a , N2O4=a(1- ), P NO 2 =2 P/(1+ ), P N2 O4=(1- )P/(1+ ). Giáo viên : Nguyễn Cao
Chung
-5-
Trường THPT Kỹ Thuật Lệ Thủy
Tài liệu luyện thi HSG
P =4 2P/(1- )(1+ ); = 0,1587, K P=0,103, P NO 2 =0,274 atm, P N2 O4= 0,726 atm. 2HI(k) được thiết lập với các nồng độ sau : Câu 12: Cân bằng trong hệ H2(k) + I2(k) [H2] = 0,025 M ; [I 2] = 0,005 M ; [HI] = 0,09M . a) Khi hệ đạt trạng thái cân bằng ấp suất của hệ biến đổi như thế nào ? b) Tính hằng số cân bằng K cb và nồng độ ban đầu của I 2 và H2 ? 2HI Giải: H2 + I2 Trong quá trình phản ứng số mol khí không đổi . Nếu thể tích và nhiệt độ không đổi thì áp suất của hệ [HI]2 không đổi K cb = = 64,8 . Từ [HI] = 0,09 M=> [H2] pư = [I2] pư = 0,045M [H 2 ].[I2 ] => Do đó nồng độ ban đầu: [H 2] = 0,07M; [I2 ] = 0,05M Câu 13: Nung FeS2 trong kh«ng khÝ, kÕt thóc ph¶n øng thu ®îc mét hçn hîp khÝ cã thµnh phÇn: 7 SO2; 10 O2; 83 N2 theo sè mol. §un hçn hîp khÝ trong b×nh kÝn (cã xóc t¸c) ë 800K, x¶y ra ph¶n øng: 2SO3 2SO2 + O2 Kp = 1,21.10 5.
a) TÝnh ®é chuyÓn ho¸ ( sè mol) SO2 thµnh SO3 ë 800K, biÕt ¸p suÊt trong b×nh lóc nµy lµ 1 atm, sè mol hçn hîp khÝ ban ®Çu (khi cha ®un nãng) lµ 100 mol. b) NÕu t¨ng ¸p suÊt lªn 2 lÇn, tÝnh ®é chuyÓn ho¸ SO 2 thµnh SO3, nhËn xÐt vÒ sù chuyÓn dÞch c©n b»ng. a) C©n b»ng: 2SO2 + O2 2SO3 Ban ®Çu: 7 10 0 (mol) lóc c©n b»ng: (7-x) (10 - 0,5x) x (x: sè mol SO2 ®· ph¶n øng). Tæng sè mol c¸c khÝ lóc c©n b»ng: 100 – 0,5x = n. ¸p suÊt riªng cña c¸c khÝ:
PSO 2 = (7-x).
p n
; PO2 = (10 – 0,5x).
p n
; PSO3 = x .
p n
2
(PSO3 ) x 2 (100 0,5 x) = = 1,21. 105 2 2 (PSO2 ) . PO2 (7 x) .(10 0,5 x) 49.96,5 do K>> x 7 Ta cã : = 1,21. 10 5 Gi¶i ®îc x = 6,9225. 2 (7 x) .6,5 6,9225.100% VËy ®é chuyÓn hãa SO 2 SO3: = 98,89. 7 b) NÕu ¸p suÊt t¨ng 2 lÇn t¬ng tù cã: 7- x = 0,300 . 5 .10 -2 = 0,0548 x = 6,9452. Kp =
®é chuyÓn ho¸ SO 2 SO3: (6,9452 . 100)/7 = 99,21 KÕt qu¶ phï hîp nguyªn lý L¬sat¬lie: t¨ng ¸p suÊt ph¶n øng chuyÓn theo chiÒu vÒ phÝa cã sè ph©n tö khÝ Ýt h¬n.
Bài 14: Xét quá trình cân bằng sau tại 686 oC : CO2 (k) + H2 (k) ⇄ CO (k) + H2O (k) Nồng độ các chất tại cân bằng lần lượt bằng [CO] = 0,050 M, [H 2] = 0,045 M, [CO 2] = 0,086 M và [H2O] = 0,040 M. Nếu tăng nồng độ CO 2 lên đến giá trị 0,500 M (nhiệt độ không đổi) thì nồng độ mỗi chất ở cân bằng mới được thiết lập lại bằng bao nhiêu ? Hằng số cân bằng nồng độ : [H O][CO] 0,040 0,050 0,52 K C 2 [CO 2 ][H 2 ] 0,086 0,045 Thêm CO2, cân bằng chuyển dời theo chiều thuận : CO2 (k) + H2 (k) ⇄ CO (k) + H2O (k) 0,500 0,045 0,050 0,040 -x -x +x +x 0,500-x 0,045-x 0,050 +x 0,040 + x
Giáo viên : Nguyễn Cao
Chung
-6-
Trường THPT Kỹ Thuật Lệ Thủy
Tài liệu luyện thi HSG
[H 2 O][CO] (0,040 x) (0,050 x ) 0,52 [CO 2 ][H 2 ] (0,500 x) (0,045 x) 0,48x2 + 0,373x – 9,7.10 -3 = 0 x = 0,025M Vậy [CO2] = 0,48M, [H2] = 0,020M, [CO] = 0,075M và [H 2O] = 0,065M. Từ K C
C©u 15: Khi nung nãng ®Õn nhiÖt ®é cao PCl 5 bÞ ph©n li theo ph¬ng tr×nh
PCl5 (k) ⇋ PCl3 (k) + Cl2 (k) 1. Cho m gam PCl5 vµo mét b×nh dung tÝch V, ®un nãng b×nh ®Õn nhiÖt ®é T (K) ®Ó x¶y ra ph¶n øng ph©n li PCl5. Sau khi ®¹t tíi c©n b»ng ¸p suÊt khÝ trong b×nh b»ng p. H·y thiÕt lËp biÓu thøc cña Kp theo ®é ph©n li vµ ¸p suÊt p. ThiÕt lËp biÓu thøc cña kc theo , m, V. 2. Trong thÝ nghiÖm 1 thùc hiÖn ë nhiÖt ®é T 1 ngêi ta cho 83,300 gam PCl 5 vµo b×nh dung tÝch V 1. Sau khi ®¹t tíi c©n b»ng ®o ®îc p b»ng 2,700 atm. Hçn hîp khÝ trong b×nh cã tØ khèi so víi hi®ro b»ng 68,862. TÝnh vµ Kp. 3. Trong thÝ nghiÖm 2 gi÷ nguyªn lîng PCl 5 vµ nhiÖt ®é nh ë thÝ nghiÖm 1 nhng thay dung tÝch lµ V 2 th× ®o ®îc ¸p suÊt c©n b»ng lµ 0,500 atm. TÝnh tØ sè
V 2 . V 1
4. Trong thÝ nghiÖm 3 gi÷ nguyªn lîng PCl 5 vµ dung tÝch b×nh V 1 nh ë thÝ nghiÖm 1 nhng h¹ nhiÖt ®é cña b×nh ®Õn T 3 = 0,9 T 1 th× ®o ®îc ¸p suÊt c©n b»ng lµ 1,944 atm. TÝnh Kp vµ . Tõ ®ã cho biÕt ph¶n øng ph©n li PCl5 thu nhiÖt hay ph¸t nhiÖt. Cho: Cl = 35,453 ; P : 30,974 ; H = 1,008 ; C¸c khÝ ®Òu lµ khÝ lÝ tëng. Lêi gi¶i: 1. ThiÕt lËp biÓu thøc cho Kp, Kc PCl3 (k) + Cl2 (k) PCl5 (k)
ban ®Çu a mol c©n b»ng a–x x Tæng sè mol khÝ lóc c©n b»ng : a + x = n
=
x a
x (mol)
M PCl5 = 30,974 + 5 x 35,453 = 208,239 (g/mol)
; Khèi lîng mol:
M PCl 3 = 30,974 + 3 x 35,453 = 137,333 (g/mol)
MCl2
= 70,906 (g/mol)
gam = a mol PCl5 ban ®Çu 208,239 gam/mol m
*¸p suÊt riªng phÇn lóc c©n b»ng cña mçi khÝ: PPCl5 = a x p trong ®ã PP Cl3 = PCl 2 = x P a x a x 2
Kp =
PCl2 PPCl3 P PCl5
x a x p x 2 = p2 a x 1 = 2 a - x a x p a x a x p 2
x
Kp =
x 2 p
x 2
= p ; Kp = 2 a (a x ) (a x ) a2 x 2 a2
* Kc = [PCl5] = Kc =
a(1 ) V
PCl3 Cl 2 [ PCl5 ]
=
a2
trong ®ã [PCl 3] = [Cl2] =
a V2
Giáo viên : Nguyễn Cao
2
V a 1
Chung
=
2
x
p =
2
1 2
p
a2
a V
a 2 V(1 )
-7-
=
m
2
208, 239V(1 )
Trường THPT Kỹ Thuật Lệ Thủy
Tài liệu luyện thi HSG
Kp = Kc (RT)∆V
HoÆc:
pV a x
Thay x = a
1 pV
pV = nRT = (a + x) RT RT =
Kp = Kc (RT) Kp = Kc
∆VkhÝ =
2
2
1
p = Kc
pV a(1 )
pV
a x pV
p = Kc 2
a x
=
Kc =
a
(1 ) 1 2 2
V 1 a(1 ) 2 a 2 m 2 (1 ) a Kc = = = V(1 ) 208,239 V (1 ) V 1 (1- ) 1 * Quan hÖ Kp vµ Kc. Tõ c¸ch 1 : Kc = Kp RT
pV a(1 ) a(1 ) a 2 Kc = Kp Thay RT = = p = V(1 ) a(1 ) pV 1 2 pV 83,30 g 2. ThÝ nghiÖm 1 : n PCl5 ban ®Çu = a = = 0,400 mol 208,239 g/mol M cña hçn hîp c©n b»ng: 68,826 2,016 = 138,753 g/mol 83,30 g Tæng sè mol khÝ lóc c©n b»ng: n 1 = a (l + 1) = = 0,600 mol 138,753 g/mol n1 = a (1 + 1) = 0,400 (1 + 1) = 0,600 * T×m Kp t¹i nhiÖt ®é T 1 : Kp =
2
1 2
p=
1
= 0,500
(0,5)2 2,70 = 0,900 1 (0,5)2
3. ThÝ nghiÖm 2: - Gi÷ nguyªn nhiÖt ®é Kp kh«ng ®æi. - Gi÷ nguyªn sè mol PCl 5 ban ®Çu: a = 0,400mol. - ¸p suÊt c©n b»ng P 2 = 0,500 atm. 2
Ta cã
2
p2 = Kp = 2
1 2
2
2
1
22
0,500 = 0,900 22 = 0,64286 2 = 0,802
Tæng sè mol khÝ lóc c©n b»ng: n 2 = 0,400 + (1+ 2) 0,721 (mol).
n 2 RT1 n RT so víi V1 = 1 1 p2 p1 V2 n 2 p1 0, 721 2, 700 = = = 6,486 (lÇn) V1 n1 p2 0, 600 0, 500
* ThÓ tÝch b×nh trong TN 2: V2 =
4. ThÝ nghiÖm 3:
- Thay ®æi nhiÖt ®é Kp thay ®æi. - Gi÷ nguyªn sè mol PCl5 ban ®Çu a = 0,400 mol vµ V 1 - ¸p suÊt c©n b»ng P 3 thay ®æi do: nhiÖt ®é gi¶m (T 3 = 0,9 T 1), tæng sè mol khÝ thay
®æi (n3 n1). P 3 = 1,944 atm ; TÝnh 3 : n3 = a (1+ 3) = 0,400 (1+ 3) ; p3V1 = n3RT 3 = 0,9 n 3RT 1 ; P 1V1 = n1RT 1. 1,944 0, 400 (1 3 ) 0,9 P3 0,9 n 3 3 = 0,200 n3 = 0,48 mol
P1
2,700
n1
0,600
2
(0,200)2 p = 1,944 = 0,081 * KP (T 3 ) = 1 32 3 1 (0, 200)2 3
* Khi h¹ nhiÖt ®é, Kp gi¶m c©n b»ng chuyÓn dÞch theo chiÒu nghÞch. ChiÒu nghÞch lµ chiÒu ph¸t nhiÖt ChiÒu thuËn lµ chiÒu thu nhiÖt. Bµi 16: Cho c©n b»ng ho¸ häc: N2O4 H 58,04kJ 2NO2 Giáo viên : Nguyễn Cao
Chung
-8-
Trường THPT Kỹ Thuật Lệ Thủy
Tài liệu luyện thi HSG
C©n b»ng sÏ chuyÓn dÞch nh thÕ nµo , gi¶i thÝch, khi: 1/ T¨ng nhiÖt ®é. 2/ T¨ng ¸p suÊt. 3/ Thªm khÝ tr¬ Ar trong 2 trêng hîp: a) Gi÷ ¸p suÊt kh«ng ®æi. b) Gi÷ thÓ tÝch kh«ng ®æi. 4/ Thªm xóc t¸c. Gi¶i: 2NO2 ⇌ N2O4 øng táa nhiÖt) H 58,04kJ (ph¶n a) T¨ng nhiÖt ®é c©n b»ng chuyÓn sang tr¸i theo chiÒu ph¶n øng thu nhiÖt. b) T¨ng ¸p suÊt c©n b»ng chuyÓn sang ph¶i theo chiÒu lµm gi¶m sè mol. c) Thªm khÝ tr¬ : * ¸p suÊt kh«ng ®æi ThÓ tÝch t¨ng gi¶m ¸p suÊt riªng phÇn cña c¸c khÝ . Kp =
P N 2O4
P 2 NO2
=
n N2O4 n2
O2
n 2O4 V / V . khi thªm khÝ tr¬ Q = 2 . RT n NO2 RT
v× V / >V Q>Kp vËy ®Ó Q Kp : sè mol N2O4 ph¶i gi¶m c©n b»ng chuyÓn theo chiÒu tõ ph¶i sang tr¸i ( t¹o NO2) * ThÓ tÝch kh«ng ®æi ¸p suÊt riªng phÇn cña c¸c khÝ kh«ng ®æi c©n b»ng kh«ng chuyÓn dÞch. d) Xóc t¸c tµm t¨ng hoÆc gi¶m tèc ®é c¶ ph¶n øng thuËn vµ nghÞch kh«ng lµm chuyÓn dÞch c©n b»ng.
Câu 17: 1) Cân bằng: N 2 (k) + 3H2 (k) 2NH3 (k) sẽ chuyển dịch chiều nào khi (a) thêm Ar vào hỗn hợp cân bằng nhưng giữ cho thể tích không đổi? (b) thêm Ar vào hỗn hợp cân bằng nhưng giữ cho áp suất không đổi? Giải: (a) Ta có: 2 2 2 2 2 n NH P NH n NH V V 3 3 3 K P K n const . . Vì V, K P và T = const nên K n 3 3 RT P N 2 PH 2 n N 2 n H2 n N2 n 3H 2 RT Như vậy có sự tăng áp suất của hệ nhưng không có sự chuyển dịch cân bằng. 2 V (b) K P K n Với T, P và K p = const, khi thêm Ar đã làm V tăng nên K n phải giảm. Sự thêm RT agon đã làm cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch (chiều làm phân li NH 3). Chú thích: Trong trường hợp này, ta không thể dựa vào nguyên lí Le Chatelier để dự đoán chiều diễn biến của phản ứng. 2) Phản ứng nhiệt phân CaCO 3 được tiến hành trong 1 bình kín. Khi áp suất của CO 2 trong bình lên đến 0,236 atm thì không thay đổi nữa mặc dù trong bình vẫn còn CaCO 3 và có CaO. 1) Tính Kp, Kc của phản ứng ở 800 oC 2) Trong bình dung tích 10 lít, nếu ta bỏ vào đó 5 gam CaCO 3 và 2 gam CaO, nung nóng bình đến 800oC để đạt cân bằng thì sau khi cân bằng, khối lượng mỗi chất rắn trong bình là bao nhiêu gam? ĐÁP ÁN 1) CaCO3 (r) = CaO(r) + CO2 (k) (*) Tại 800 oC khi PCO2 = 0,236 thì không thay đổi nữa đạt cân bằng Nên Kp = PCO2 = 0,236 (atm) ; n = n khí sau - n khí trước Kp 0,236 Kc 2,68 10 3 (mol/lít) n 22,4 (RT) (800 273) 273 Kc = [CO2] = 2,68 10-3 (mol/lít) 2) Vì nung nóng bình đến 800 oC: do nhiệt độ không đổi nên Kc không đổi -3 -3 -2 Kc = 2,68 10 (mol/lít) n CO 2 = 2,68 10 10 = 2,68 10 (mol) từ phương trình (*) n CaCO 3 nhiệt phân = n CO 2 và tạo ra 2,68 10-2 mol CaO m CaCO 3 đã nhiệt phân = 2,68 10-2 100 = 2,68 (gam) Giáo viên : Nguyễn Cao
Chung
-9-
Trường THPT Kỹ Thuật Lệ Thủy
Tài liệu luyện thi HSG
Vậy trong bình còn lại lượng chất rắn là: m CaCO3 = 5 – 2,68 = 2,32 (gam)
m CaO = 2,68 10-2 56 + 2 = 3,5008 (gam) Bài 18: Người ta trộn CO và hơi H2O tại nhiệt độ 1000K với tỉ lệ 1 : 1. Tính thành phần của hệ lúc cân 2H 2 O 2H 2 O2 có pk p1 = 20,113 bằng, biết rằng: 2CO 2 2CO O 2 có pk p2 = 20,400 Từ các dữ kiện đề bài ta có: 1 1 CO O 2 CO 2 K P3 2 K P, 2 1 H 2 O H 2 O2 K P4 K P,1 2 K P1 1020,113 100,1435 1,392 CO H 2O CO2 H 2 K P KP3 .K P4 20,400 K P2 10 Giả sử ban đầu lấy 1 mol CO và 1 mol H2O CO H 2 O CO 2 H 2 K P 1,392 Ban đầu 1mol 1mol Lúc câu bằng 1-a(mol) (1-a)mol a mol a mol a a P. P PCO2 .PH2 a2 2 2 K P với P là áp suất chung PCO .PH2 O 1 a P.1 a P (1 a)2 2 2 a K P 1,1798 => a 0,54mol 1 a a x 100% (1 a)x100% 27% ; %CO %H 2 O 23% %H 2 %CO 2 2 2 2HI(khí) Câu 17: H2(khí) + I2(khí) Thực hiện phản ứng tổng hợp hiđro iođua trong một bình kín, dung tích 2 lit ở nhiết độ T, có hằng số cân bằng K = 36. a, Nếu nồng độ ban đầu của H 2 và I2 bằng nhau và bằng 0,02M thì nồng độ của các chất tại thời điểm cân bằng là bao nhiêu? b, Ở cân bằng trên, người ta thêm vào bình 0,06gam hiđro thì cân bằng cũng bị phá vỡ và hình thành cân bằng mới. Tính khối lượng hiđro iođua ở cân bằng cuối? a) H2(khí) + I2(rắn) 2HI(khí) Trước phản ứng: 0,02M 0,02M 0 Phản ứng: x x 2x Còn lại: 0,02 – x 0,02 – x 2x 2 2 x 36 2 x 6 0,02 x x 0, 015 Vậy : 0,02 x . 0,02 x Kết luận: Ở cân bằng: [HI] = 0,03M, [H2] = [I2] = 0,005M b) Số mol H2 thêm: 0,06 : 2 = 0,03 (mol) → nồng độ tăng thêm: 0,03: 2 = 0,015M H2(khí) + I2(khí) 2HI(khí) Ban đầu: 0,02M 0,005M 0,03M Phản ứng: a a 2a Cân bằng: 0,02 – a 0,005 – a 0,03 + 2a 2 0,03 2a 36 → a = 2,91.10 -3 và 2,89.10 -2 M. K 0,02 a 0,005 a Vì a < 0,005 nên chỉ nhận a = 2,91.10 -3 Khối lượng HI ở cân bằng cuối: (0,03 + 2. 0,0029). 2. 128 = 9,165(gam) Giáo viên : Nguyễn Cao
Chung
- 10 -
Trường THPT Kỹ Thuật Lệ Thủy Tài liệu luyện thi HSG Câu 18: Trong bình kín dung tích không đổi chứa 35,2x (g) oxi và 160x (g) SO 2. Khí SO2 ở 136,5 oC có xác tác V2O5. Đun nóng bình một thời gian, đưa về nhiệt độ ban đầu, áp suất bình là P ’. Biết áp suất bình ban đầu là 4,5 atm và hiệu suất phản ứng là H%. a, Lập biểu thức tính áp suất sau phản ứng P ’ và tỉ khối hơi d của hỗn hợp khí sau phản ứng so với không khí, theo H. b, Tìm khoảng xác định P ’, d? c, Tính dung tích bình trong trường hợp x = 0,25? Hướng dẫn giải:
35,2 x 1,1x (mol ) ; 160 x 2,5x (mol ) nSO bdau 2 32 64 2SO2 + O2 2SO3 Ban đầu: 2,5x 1,1x 0 Phản ứng: 2,2xH 1,1xH 2,2xH Sau phản ứng: (2,5x – 2,2xH) (1,1x – 1,1xH) 2,2xH n2 = 2,5x - 2,2xH + 1,1x - 1,1xH + 2,2xH = x(3,6 - 1,1H) (mol) Trường hợp bài toán đẳng V, đẳng T. n P x 3,6 1,1H 4,5 P n 1 P ' 2 1,25 3,6 1,1H P ' n2 n1 3,6 x b, Khi H = 0 → P’ = 4,5 (atm) ; H = 1 → P’ = 3,125 (atm) Vậy trong thời gian phản ứng thì 3,125 < P’ < 4,5 . Tỉ khối hơi so với không khí: m m 160 x 35,2x 195,2 ; M 195, 2 6,731 M sau sau truoc d hhsau / kk sau nsau ntruoc x(3,6 1,1H ) 3,6 1,1H 29 29 3, 6 1,1 H 3,6 1,1 H Khi H = 0 → d = 1,87 ; H = 1 → d = 2,69 ; Vậy 1,87 < d < 2,69 c, Áp dụng công thức: PV = nRT ; Pđầu = 4,5atm; nđầu = 3,6x = 3,6.0,25 = 0,9(mol) 0,9. 22,4 273 136,5 nRT 273 →V 6,72(l ) P 4,5 Câu 19: Trong một bình kín A dung tích 1 lít ở 500 0C, hằng số cân bằng của phản ứng tổng hợp HI từ H2 và I2 bằng 46. a)Tính nồng độ mol các chất ở trạng thái cân bằng? Biết ban đầu trong bình A có 1mol H 2 và 1mol I2 b) Nếu ban đầu cho 2 mol HI vào bình A ở nhiệt độ 500 0C thì nồng độ các chất lúc cân bằng là bao nhiêu? c) Nếu hệ đang ở trạng thái cân bằng ở câu a, ta thêm vào hệ 1,5 mol H 2 và 2,0 mol HI thì cân bằng dịch chuyển theo chiều nào? a) Cân bằng : H2 + I2 2HI Ban đầu 1M 1M 0 Phản ứng x x 2x Cân bằng 1-x x 2x 2 HI 4x 2 Ta có biểu thức cân bằng : K c = 46 (điều kiện x <1) H 2 I 2 1 x 2 Giải được x = 0,772M b) Cân bằng : 2HI + I2 2H Ban đầu 2M 0 0 Phản ứng 2y y y Cân bằng 2-2y y y 2 1 = ; Giải được y = 0,228M ;Vậy [ HI ] = 2-2y = 1,544M K 'C = 1 I2 H2 y 2 2 46 Kc 2 2y HI nO2bdau
[H2] =[I2] = y = 0,228M c) Cân bằng : H2 + I2 2HI Khi thêm vào hệ 1,5 mol H2 và 2,0 mol HI thì : Giáo viên : Nguyễn Cao
Chung
- 11 -
Trường THPT Kỹ Thuật Lệ Thủy Tài liệu luyện thi HSG vt = k t[H2][I2] = k t1,728.0,228 = k t.0,394 ; vn = k n [ HI ]2 = k n(3,544)2 = k n.12,56 v t k t 0,394 0,394 0,394 . k C . 46. 1,44 v n k n 12,56 12,56 12,56 vt > vn do đó cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận. Câu 20 Hằng số cân bằng của phản ứng : H2 (k) + I2(k) 2HI (k) ở 600 0C bằng 64 a. Nếu trộn H2 và I 2 theo tỉ lệ mol 2:1 và đun nóng hỗn hợp tới 600 0C thì có bao nhiêu phần trăm I 2 tham gia phản ứng ? b.) Cần trộn H2 và I2 theo tỉ lệ như thế nào để có 99% I 2 tham gia phản ứng (600 0C) 2HI (k) a. H2(k) + I2 (k) Ban đầu: 2mol 1mol Phản ứng: x x 2x [] 2-x 1-x 2x 2 2 (2 x) HI K c 64 K C (2 x)(1 x) H 2 I 2 x1 = 2,25(loại) ; x2 = 0,95 (nhận) => 95% I 2 tham gia phản ứng
b.
2(k) H+ I2(k) n 1 n-0,99 0,01 n: nồng độ ban đầu của H 2
2HI (k) 1,98
2
KC
1,98 n 0,99 0,01
64 2 => n 7 => cần trộn H2 và I2 theo tỉ lệ 7:1
Ở 270C, 1atm N2O4 phân huỷ theo phản ứng N2O4 (khí) 2NO2 (khí) với tốc độ phân huỷ là 20% a. Tính hằng số cân bằng K p. b. Độ phân huỷ một mẫu N 2O4 (khí) có khối lượng 69 gam, chứa trong một bình có thể tích 20 (lít) ở 270C Giải: Gọi độ phân huỷ của N 2O4 ở 270C, 1 atm là , số mol của N2O4 ban đầu là n Phản ứng: N2O4 (k) 2NO 2 (k) Ban đầu: n 0 Phân ly: n 2n Cân bằng n(1- ) 2n Tổng số mol hỗn hợp lúc cân bằng: n’ = n(1+ ) Nên áp suất riêng phần của các khí trong hỗn hợp lúc cân bằng: P N 2 O 4 = ((1- )/(1+ ))P; P NO 2 = ((2 )/(1+ ))P a. K P = P2 NO 2 / P N 2 O 4 = [((2 )/(1+ ))P]2/((1- )/(1+ ))P = [4 2/(1- 2)]P với P = 1atm, = 20% hay = 0,2 K P = 1/6 atm b. n N2O4 = 69/92 = 0,75 Gọi độ phân huỷ của N 2O4 trong điều kiện mới là ’ Phản ứng: N2O4 (k) 2NO2 (k) Ban đầu: 0,75 0 Phân ly: 0,75 ’ 1,5 ’ Cân bằng 0,75(1- ’) 1,5 ’ Tổng số mol hỗn hợp lúc cân bằng: n” = 0,75(1+ ’) Áp suất hỗn hợp khí lúc cân bằng: P’ = (n”.R.T)/V = (0,75 (1+ ’).0,082.300)/20 = 0,9225(1+ ’). Vì K P = const nên: Theo biến đổi tương tự như trên ta có: K P = (4 ' 2/1- ' 2)P’=1/6 Nên: (4 ’2/1- ’2).0,9225(1+ ’) = 1/6 ’ 0,19 Câu 22: Ở nhiệt độ T, phản ứng giữa CO 2 và C (rắn) nóng đỏ, dư tạo thành CO có hằng số cân bằng K P bằng 10.
Câu 21:
Giáo viên : Nguyễn Cao
Chung
- 12 -
Trường THPT Kỹ Thuật Lệ Thủy Tài liệu luyện thi HSG a). Xác định nồng độ phần mol của các khí trong hỗn hợp tại trạng thái cân bằng, biết áp suất chung của hỗn hợp tại trạng thái cân bằng là 4atm. b). Xác định áp suất riêng của CO 2 lúc cân bằng. c). Xác định áp suất chung của hỗn hợp sao cho lúc cân bằng CO 2 chiếm 6% về thể tích. Đáp án : a). Xác định nồng độ phần mol của các khí trong hỗn hợp tại trạng thái cân bằng: CO2 (k) + C (r) 2CO(k) K P =10 Ban đầu: x mol Tại cân bằng: (x – a) mol 2a mol Tổng số mol khí tại cân bằng: x – a + 2a = x + a (mol) 2 2a P PCO 2 x a 4a 2 P K p 10 PCO 2 ( x a )(x a ) x a P x a 4a 2 10 10x 2 10 2 a x = 0,62x 4P 10 4 P 10 x a2 P x a x 0,62x Nồng độ phần mol của CO 2 = 0,234 x a x 0,62x 2a 1,24x 0,766 Nồng độ phần mol của CO = x a x 0,62x b). Xác định áp suất riêng của CO 2 tại cân bằng: Pi = Ni P x a Áp suất riêng của CO 2 = P 0,234 x 4 = 0,936atm x a c). Xác định áp suất chung của hỗn hợp sao cho lúc cân bằng CO 2 chiếm 6% về thể tích: VCO2 n CO2 n 0,06 CO 0,94 Vhh n hh n hh (0,94P) 2 10x 0,06 10 P 0,679atm K p 0,06P 0,94 2 Vậy để % về thể tích của CO 2 tại cân bằng là 6% thì áp suất chung tại cân bằng phải là 0,679atm. Câu 23: Cho cân bằng: PCl5 (K) PCl3(K) + Cl2(K) 1) Trong một bình kín dung tích V l chứa m(g) PCl5, đun nóng bình đến nhiệt độ T( 0K) để xảy ra phản ứng phân li PCl5. Sau khi đạt tới cân bằng áp suất khí trong bình là P. Hãy thiết lập biểu thức của K p theo độ phân li và áp suất P. 2) Người ta cho vào bình dung tích V l 83,4g PCl5 và thực hiện phản ứng ở nhiệt độ T 1 (0K).Sau khi đạt tới cân bằng đo được áp suất 2,7 atm. Hỗn hợp khí trong bình có tỉ khối so với hiđrô bằng 69,5. Tính và K p. 3) Trong một thí nghiệm khác giữ nguyên lượng PCl 5 như trên, dung tích bình vẫn là V ( l ) nhưng hạ nhiệt độ của bình đến T 2 = 0,9T1 thì áp suất cân bằng đo được là 1,944 atm. Tính K p và . Từ đó cho biết phản ứng phân li PCl 5 thu nhiệt hay phát nhiệt. 1) PCl5 (K) PCl3(K) + Cl2(K) TTCB 1- 1 .P .P Áp suất: .P 1 1 1 α.P α.P 2 PPCl3 .PCl2 1 α . 1 α α2 Ta có: K p = .P .P ; Vậy: K p = 2 2 1 α PPCl5 1 1 α .P 1 α Giáo viên : Nguyễn Cao
Chung
- 13 -
Trường THPT Kỹ Thuật Lệ Thủy 2) Theo đề: n PCl5 ban đầu =
Tài liệu luyện thi HSG 83,4 0,4 mol, P = 2,7atm 208,5
Tổng số mol khí của hỗn hợp tại TTCB: n S. ; d S/H2 = 69,5 M S = 69,2.2 = 139. Áp dụng BTKL: mS = m PCl5 ban đầu = 83,4 (g) nS = PCl5 (K) BĐ 0,4 TTCB (0,4-x)
83,4 = 0,6 mol. 139
PCl3(K) + Cl2(K) x
x
nS = 0,4 - x + x + x = 0,6 x = 0,2 ; Do đó: =
x 0,2 = 0,5. 0,4 0,4
0,52 Vậy: K p = .P = .2,7 0,9 1 2 1 0,52
2
3) Gọi áp suất của hệ tại nhiệt độ T 1 là P1 = 2,7atm, số mol n1 = nS = 0,6 mol. Áp suất của hệ tại nhiệt độ T 2 = 0,9 T1 là P2 , số mol n2. Với P2 = 1,944 atm. Ta có:
P1V1 n1RT1 PV n RT PV n1RT1 1 1 1 1 1 P2 V2 n 2 RT2 P2 V2 n 2 RT2 P2 V n 2 R.0,9.T1 nP 0,6.1,944 = 0,48. n2 = 1 2 P1.0,9 2,7.0,9 PCl5 (K)
PCl3(K) + Cl2(K)
BĐ 0,4 TTCB (0,4-x) n2 = 0,4 - x + x + x = 0,48 x = 0,08. Do đó: =
x
x 0,08 = 0,2. 0,4 0,4
x (0,5đ)
0,2 2 Vậy: K p = .P = .1,944 0,081 1 ' 2 1 0,22 '2
Vì giảm nhiệt độ thì độ phân li PCl 5 giảm, do đó phản ứng phân li PCl 5 là phản ứng thu nhiệt. Câu 25: Dưới tác dụng của nhiệt, PCl5 bị phân tách thành PCl 3 và Cl2 theo phản ứng cân bằng PCl3 (K) + Cl2 (K) PCl5 (K) Ở 2730C và dưới áp suất 1atm người ta nhận thấy rằng hỗn hợp cân bằng có khối lượng riêng là 2,48 g/l. Tìm K C và K P của phản ứng trên. Cho R = 0,0,821 lít . atm . mol -1 . độ-1 Giải: . Gọi x = n PCl 5 , y = n PCl 3 Cl 3 có trong 1 lít hỗn hợp lúc cân bằng ở 273 0C, 1 atm. Tổng số mol khí trong hỗn hợp là (x + 2y) mol => PV = (x + 2y) RT PV 1 => x + 2y = (1) 0,02231 mol RT 0,0821 . 546 Số mol PCl5 ban đầu là (x + y) theo định luật bảo toàn khối lượng. Khối lượng PCl5 ban đầu = khối lượng hỗn hợp sau phản ứng = 2,48g 2,48 0,0119 mol => x + y = (2) 208,5 (1) , (2) -> x = 0,00149 ; y = 0,01041 [PCl5] = [Cl2] = 0,00149 mol/l ; [PCl3] = [Cl2] = 0,01041 mol/l Giáo viên : Nguyễn Cao
Chung
- 14 -
Trường THPT Kỹ Thuật Lệ Thủy K C
[PCl 3 ][Cl2 ] [PCl 5 ]
Tài liệu luyện thi HSG
0,728 => K p = K c . RT = 3,26
C©u 26 Sunfuryl ®iclorua SO2Cl2 lµ ho¸ chÊt phæ biÕn trong ph¶n øng clo ho¸. T¹i 350 oC, 2 atm ph¶n
øng
SO2Cl2 (khÝ) SO2 (khÝ) + Cl 2 (khÝ) (1) Cã Kp = 50 . a) H·y cho biÕt ®¬n vÞ cña trÞ sè ®ã vµ gi¶i thÝch: h»ng sè c©n b»ng Kp nµy ph¶i cã ®¬n vÞ nh vËy. b) TÝnh phÇn tr¨m theo thÓ tÝch SO2Cl2(khÝ) cßn l¹i khi (1) ®¹t tíi c©n b»ng ë ®iÒu kiÖn ®· cho. c) Ban ®Çu dïng 150 mol SO2Cl2(khÝ), tÝnh sè mol Cl 2(khÝ) thu ®îc khi (1) ®¹t tíi c©n b»ng. C¸c khÝ ®îc coi lµ khÝ lý tëng. C¸ch gi¶i : 1. a) Gäi sè mol SO 2Cl2 ban ®Çu lµ 1, ®é ph©n li lµ , ta cã: SO2Cl2 (khÝ) SO2 (khÝ) + Cl 2 (khÝ) (1) Ban ®Çu 1 0 0 Ph©n li C©n b»ng (1 ) pSO2 (atm) pCl2(atm)
Kp =
= 50 atm
(2)
pSO2Cl2(atm) b) V× c¸c khÝ ®Òu lµ khÝ lÝ tëng nªn pi = P . xi ni
(3)
mµ xi = ë ®©y : nSO2
(4)
n j = nCl2 =
; n SO2Cl2 = (1 ) ; cßn n j = 1
(5)
b) Tæ hîp (5) vµ (4) , (3) vµ (2) ta cã: Kp P.
2 1 2
Kp 50 P Kp 2 50
0,9806
Sè mol SO2Cl2 cßn lµ (1 ) 0,0194 (mol)
0,0194
Do ®ã SO2Cl2 cßn l¹i chiÕm
100% 0,98% 1,9804
§©y lµ % theo sè mol, còng lµ % theo thÓ tÝch. VËy khi (1) ®¹t tíi c©n b»ng SO 2Cl2 cßn l¹i chiÕm 0,98%vÒ sè mol hay thÓ tÝch cña hÖ. (HoÆc SO2Cl2 (khÝ) SO2 (khÝ) + Cl2 (khÝ) Kp = 50 (1) 2 atm 2 - (P + p) p p p2 => 50 p 2 100p 100 0 => pSO Cl = 2 - 2 0,9902 = 0,0196 (atm) 2 2 2 2p
pSO Cl = P . n SO Cl nSO Cl = 0,0196 : 2 = 0,0098 hay 0,98% => 2 2 2 2 2 2 % theo sè mol còng lµ % theo thÓ tÝch. VËy khi (1) ®¹t tíi c©n b»ng SO 2Cl2 cßn l¹i chiÕm 0,98%vÒ sè mol hay thÓ tÝch cña hÖ.) c) Ban ®Çu dïng 150 mol (khÝ), tÝnh sè mol Cl 2(khÝ) thu ®îc khi (1) ®¹t tíi c©n b»ng: Theo (1) ta cã: nSO 2 = nCl2 = nSO2Cl2 98,06 = 150 0,9806 nCl2 = 147,09 mol
Câu 27: I.1. Ở 27oC, 1atm, 20% N 2O4 chuyển thành NO 2. Hỏi ở 27oC, 0,1 atm, có bao nhiêu % N2O4 chuyển thành NO 2 ? Nhận xét ? I.2. Tính khi cho 69 gam N 2O4 vào 1 bình 20 lít ở 27 oC. I.3. Tính khi cho 69 gam N 2O4 và 30 gam Ar vào 1 bình 20 lít ở 27 oC. I.4. Tính khi cho 69 gam N 2O4 và 30 gam Ar vào 1 bình 40 lít ở 27 oC. Cho nhận xét và giải thích. Giáo viên : Nguyễn Cao
Chung
- 15 -
Trường THPT Kỹ Thuật Lệ Thủy Tài liệu luyện thi HSG I.5. Người ta đo tỉ khối đối với không khí của một hỗn hợp khí N 2O4, NO2 ở áp suất 1 atm và tại các nhiệt độ khác nhau. Kết quả thu được là: 45 60 80 100 140 180 to (C) d 2,34 2,08 1,80 1,68 1,59 1,59 Tính ở các nhiệt độ trên. Cho biết chiều thuận là chiều thu nhiệt hay toả nhiệt? Giải: I.1. N2O4 (k) 2NO2 (k) Tổng số mol khí P hệ Ban đầu n n Po Biến đổi n 2n Cân bằng n(1- ) 2n n(1+) Pcb n 1 - 2 n P N2O4 . Pcb P NO2 .P ; n 1 n 1 cb P NO2 2 4 2 K P = .P P N 2O4 1 2 cb -Khi Pcb = 1 atm, = 0,2 K P = 0,167 = 0,543 = 54,3% -Khi Pcb = 0,1 atm Nhận xét: Khi P cb của hệ giảm, tăng tức là cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận, phù hợp với nguyên lí Lechatelier. n 0,75 I.2. 0,0375 (M) C N2 O4 V 20 Po = CRT = 0,0375.0.082.300 = 0,9225 (atm) N2O4 (k) 2NO2 (k) Ban đầu Po Biến đổi Po 2Po Cân bằng Po(1-) 2Po P NO 2 2 4 2 = 0,191 = 19,1% K P = .P P N 2O4 1 2 o I.3. Mặc dù thêm 1 lượng khí Ar làm áp suất tổng quát tăng gấp đôi tuy nhiên do thể tích bình không đổi nên C N 2O4 không đổi Po (N2O4) không đổi, mà K p cũng không đổi (vì nhiệt độ không đổi). = 0,191 = 19,1% I.4. Tính tương tự câu I.2 ta được = 0,259 = 25,9% Nhận xét: tăng, cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận. Vì: áp suất tổng quát của hệ không đổi nhưng áp suất cân bằng gây ra bởi N 2O4 , NO2 lại giảm cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận. n.M N 2O4 M d hh/kk hh M hh 29d I.5. (áp dụng định luật bảo toàn khối lượng). n 1 29 M N 2O4 -1 29d to 45 60 80 100 140 180 d 2,34 2,08 1,80 1,68 1,59 1,59 0,356 0,525 0,762 0,888 0,995 0,995 Nhận xét: nhiệt độ tăng, tăng cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận. Theo nguyên lý Lechatelier, chiều thuận là chiều thu nhiệt. CAÂU 28: ÔÛ nhieät ñoä xaùc ñònh vaø döôùi aùp suaát 1atm, ñoä phaân li cuûa N2O4 thaønh NO2 baèng 11%.
a. Tính haèng soá caân baèng Kp cuûa phaûn öùng naøy. b. Ñoä phaân li seõ thay ñoåi nhö theá naøo khi aùp suaát giaûm töø 1atm xuoá ng tôùi 0,8atm. c. Ñeå cho ñoä phaân li giaûm xuoán g tôùi 8% thì phaûi neùn hoãn hôïp khí tôùi aùp suaát naøo? Keát quaû nhaän ñöôïc coù phuø hôïp vôùi nguyeân lí chuyeån dòch caân baèng Le Chatelier khoâng? Vì sao? CAÂU II: (4 ñieåm) Giáo viên : Nguyễn Cao
Chung
- 16 -
Trường THPT Kỹ Thuật Lệ Thủy
Tài liệu luyện thi HSG
2NO2 N2O4 1- 2 Coù : n = 2 + 1 - = 1 + PNO2 = PxNO2 = P [2:(1+)] PN2O4 = PxN2O4 = P [(1-) : (1+)] ; Kp = 42 : (1-2) . Vôùi = 11% Kp = 0,049. b/ 0,049 = 42P : (1-2) Vôùi P = 0,8 = (0,0612 : 4,0612)1/2 = 0,123. Vaäy khi P giaûm töø 1 0,8 atm, ñoä phaân li taêng töø 11% leân 12,3%. c/ Vôùi = 0,08 thì 0,049 = (4 . 0,082 : 1 – 0,082) . P P = 1,9 atm. Khi P taêng töø 1 leân 1,9 atm. Caân baèng chuyeån dòch sang traùi, ñieàu naø y phuø hôïp vôùi nguyeân lí Le Chatelier. Vì khi taêng P, caân baèng chuyeån dòch sang phía laøm giaûm soá mol khí. Câu 29: Tính độ phân li của N 2O4 ở 25oC, 1atm. Biết sự phân li xảy ra theo phản ứng:
a/
N2O4 2NO2 Khi cho 1,6 gam N2O4 phân li trong 1 bình kín thu 500ml ở 760 mmHg. 2NO2 N2O4 Ban đầu Pư []
a mol a a(1- )
2a 2a
1,6 = 0,0174 mol 92 PV 1.0,5 -Số mol hỗn hợp sau = a(1 + ) = = 0,02045 RT 22,4 .298 273 a(1 + ) = 0,02045 = 0,175 => Độ phân li = 17,5 %
-Số mol N 2O4 cho vào bình a =
Câu 30: Cho hỗn hợp khí A hồm H 2 và CO có cùng số mol. Người ta muốn điều chế H 2 đi từ hỗn hợp A bằng cách chuyển hóa CO theo phản ứng: CO(K) + H2O(K) CO2(K) + H2(K) Hằng số cân bằng Kc của phản ứng ở nhiệt độ thí nghiệm không đổi (t 0C) bằng 5. Tỷ lệ số mol ban đầu của CO và H 2O bằng 1:n Gọi a là % số mol CO bị chuyển hóa thành CO 2. 1. Hãy thiết lập biểu thức quan hệ giữa n, a và Kc. 2. Cho n = 3, tính % thể tích CO trong hợp chất khí cuối cùng (tức ở trạng thái cân bằng). 3. Muốn % thể tích CO trong hỗn hợp khí cuối cùng nhỏ hơn 1% thì n phải có giá trị bao nhiêu. 1. Xét cân bằng: CO + H2O CO2 + H2 Trước phản ứng 1 n 0 1 Phản ứng a a a a Sau phản ứng 1-a n-a a 1+a Tổng số mol sau phản ứng : (1-a) + (n-a) + a + (1+a) = n + 2 CO2 H 2 a(1 a) Kc = CO H 2 0 (1 a)(n a) 1 a 2. Vì ta có % thể tích CO trong hỗn hợp x= (N = n+2) N
Khi n = 3 thay N vào Kc, thay số vào, rút gọn : 100x 2 + 65x – 2 = 0 Giải phương trình: x = 2,94% 1 a 3. Muốn x = 1% thay a vào 0,01 và thay tiếp Kc ta có phương trình. 5,04 N 2 – 12N – 200 = 0 N
Giáo viên : Nguyễn Cao
Chung
- 17 -
Trường THPT Kỹ Thuật Lệ Thủy Tài liệu luyện thi HSG Giải phương trình: N = 7,6 tức n = 5,6 Vậy để % VCO trong hỗn hợp < 1% thì n phải có quan hệ lớn hơn 5,6. Câu 31:Cho 1 mol HI vào 1 bình kín.Đun nóng bình đến nhiệt độ T. Khi phản ứng cân bằng, số mol HI là 0.8 ( mol). Nếu cho 0,2mol H 2 và 0,4mol I2 vào 1 bình rồi đun nóng đến T. Hỏi khi phản ứng cân bằng, số mol mỗi khí trong bình là bao nhiêu? Tính hiệu suất phản ứng tạo thành HI ? - Gọi K là hằng số cân bằng của phản ứng 2HI H2 + I2 (1) Theo đề ra ta có, n HI p.ư. = 1-0,8 =0,2(mol) . Theo p.ư. (1), suy ra n H2 = nI2 = 0,1(mol) 2HI ↔ H2 + I2 Ban đầu 1(mol) P.ư. : 0,2(mol) 0,1(mol) 0,1(mol) Cân bằng : 0,8(mol) 0,1(mol) 0,1(mol) []: 0,8/V 0,1/V 0,1/V 2 Vậy K = [(0,1/V).(0,1/V)]/ (0,8/V) = 1/64 Suy ra, pứ (2) : I 2 + H2 2HI có hằng số cân bằng K' = 1/K = 64. - Gọi x là số mol H2 tham gia để phản ứng (2) đạt cân bằng : ( Điều kiện x <0,2 ) H2 + I2 2HI K' Ban đầu 0,2 0,4 Phản ứng x x 2x Cân bằng 0,2-x 0,4-x 2x Ta có K' = [HI]2 /[H2].[I2] <=> 64 = [(2x/V')2] / [(0,2-x)/V'. (0,4-x)/V'] Giải được x = 0,189 =>Theo giả thiết n I2 dùng > nH2 dùng Theo phản ứng (2), n I2 p.ư. = nH2 p.ư. nên hiệu suất phản ứng (2) được tính theo H 2 p.ư. = (0,189/0,2) 100% = 94,5% 2SO3 + O 2 (K) Cáu 32: . Cho cán bàò ng 2SO 2 H < 0 (K) (K) a. Xaïc âënh chiãö u chuyãøn dëch cán bàò ng khi: Tàng nhiãû t âäü cuía hãû, båm thãm häù n håüp CO 2, N2 vaìo hãû, thãm CO vaìo hãû. b. Âun noï ng häùn håüp coï 2 mol SO2 vaì 1 mol O2 trong bçnh kên coï thãø têch 4 lêt åí toC coï màût xuïc taïc V2O5. Sau 1 thåì i gian hãû âaût âãún traûng thaïi cán bàòng. Biãút aïp suáút cuía häùn håüp âáöu vaì aïp suáút häùn håüp sau phaín æïng åí toC laì P vaì P' (atm). Xaïc âënh giåï i haûn cuía tè säú
P' P
Giaûi:. a) - Khi tàng nhiãû t âäü cán bàòng chuyãøn dëch theo chiãö u nghëch - Khi thãm CO2, N2 vaìo hãû tàng aïp suáút cuía hãû nãn cán bàòng chuyãøn dëch theo chiãö u thuáûn - Khi thãm CO vaì o hãû CO taïc duûng våïi O2 laìm näöng âäü O2 cán bàòng chuyãøn theo chiãö u nghëch
b)
2SO 2 (k) +
O 2 (k)
SO3(k)
b/âáöu :
2 mol
1 mol
0 mol
H < 0
x mol xmol 2 x c/bàòng : (2 - x)mol (1 - )mol x mol 2 x nt = 2 + 1 = 3 mol ; n s = 2 - x + 1 - + x = 3 - mol 2 2 x 3 P' 2 P' Pt n t 2 = = Vç 2 x 0 1 P 3 P Ps n s Caâu 33: ÔÛ 8170C haèng soá caân baèng K p cuûa phaûn öùng giöõa CO2 vaø C(r) dö ñeå taïo thaønh CO baèng 10. Xaùc ñònh : a/ Phaàn mol cuûa caùc khí trong hoãn hôïp luùc caân baèng, khi aùp suaát chung baèng 4 p/æïng :
xmol
Giáo viên : Nguyễn Cao
Chung
- 18 -
Trường THPT Kỹ Thuật Lệ Thủy
Tài liệu luyện thi HSG
b/ AÙp suaát rieâng cuûa khí CO2 luùc caân baèng c/ AÙp suaát chung cuûa hoãn hôïp sao cho luùc caân baèng CO2 chieám 60% veà theå tích 2. a/ BÑ
C(r) + CO2 (K) 2CO(K) 1mol 0 1- 2
2
K p=
P CO P CO2
=10
( vôùi Pi= xi P vaø xi =
K p= 10
ni
n
) ta coù
PC O 2
i
tính K p 0,62 xCO2
PC O
2
P
1 thay vaøo bieåu thöùc 1 P 1
1 2 0,234, xCO 0,766 1 1
0,936 atm b/ PCO2 xCO2 .P 0,234.4 xCO2 0,06;
c/ Luùc caân baèng CO2 chieám 6% theå tích , neân xCO 0,94 K P
0,94
2
P 10 P 0,679 atm. 0,06 Câu 34:X là nguyên tố thuộc nhóm A, hợp chất với hidro có dạng XH3. Electron cuối cùng trên nguyên tử X có tổng 4 số lượng tử bằng 4,5. a) Ở điều kiện thường XH3 là một chất khí. Viết công thức cấu tạo, dự đoán trạng thái lai hoá của nguyên tử trung tâm trong phân tử XH3. 2XO + Cl2 b) Cho phản ứng: 2XOCl , ở 500 0C có K p= 1,63.10 -2. Ở trạng thái cân bằng áp suất riêng phần của PXOCl =0,643 atm, PXO = 0,238 atm. a) Tính PCl2 ở trạng thái cân bằng. b) Nếu thêm vào bình một lượng Cl2 để ở trạng thái cân bằng mới áp suất riêng phần của XOCl bằng 0,683 atm thì áp suất riêng phần của XO và Cl2 là bao nhiêu? a> Vì X thuộc nhóm A, hợp chất với hidro có dạng XH 3 nên là nhóm VA (ns2np3). Vậy: ms = +1/2; l = 1 ; m = +1 suy ra: n = 4,5 – 2,5 = 2. Vậy X là Nitơ ( 1s 22s22p3) Công thức cấu tạo các hợp chất và dự đoán trạng thái lai hóa của nguyên tử trung tâm: N H
H
3
H NH3 : N có trạng thái lai hoá sp . 0 b> Xét phản ứng ở 500 C: 2NOCl 2NO + Cl2 K p = 1,63.10 -2 Ở trạng thái cân bằng có: P NOCl = 0,643 atm, P NO = 0,238 atm. Vậy dựa và biểu thức K p ta có:
2
PCl
2
P = K p. NOCl = 0,119 atm. Nếu thêm vào bình một lượng Cl 2 để P NOCl = 0,683 atm P NO
thì P NO = 0,238 – 0,04= 0,198 atm => và PCl = 0,194 atm. 2 2. Ở 820 0C hằng số cân bằng K p của các phản ứng như sau: CaCO3 (tt) CaO (tt) + CO2 (k) K 1 = 0,2 C gr + CO2(k) 2CO (k) K 2 = 2 Cho 1 mol CaCO 3 và 1 mol C vào bình chân không dung tích 22,4 lít duy trì ở 820 0C. a. Tính số mol các chất khi cân bằng. b. Ở thể tích nào của bình thì sự phân hủy CaCO 3 là hoàn toàn.
Hướng dẫn: a. K 1=PCO2 0,2 atm
K 2 =
P 2 CO PCO2
=> Do đó P CO =
Gọi x,y là số mol CaCO 3 và CO2 đã phản ứng. Từ đó suy ra số mol các chất Giáo viên : Nguyễn Cao
Chung
- 19 -
2.0,2 0, 632 atm
Trường THPT Kỹ Thuật Lệ Thủy CaCO3 (tt) CaO (tt) + Ban đầu 1 mol 0 Phản ứng x x [] 1- x x C gr + CO2(k) 2CO (k) Ban đầu 1 x Phản ứng y y [] 1-y x-y Ở trạng thái cân bằng là: CaCO3 CaO 1-x x x-y=
PCO2 V RT
K 2 = 2
(2)
0 mol 2y 2y CO2 x- y
0,05 mol CO2 ; 2y =
nCaO = 0,129 mol ;
CO2 (k) 0 x x
Tài liệu luyện thi HSG K 1 = 0,2 (1)
C 1-y PCO V RT
CO 2y
0,158 mol CO
nCaCO3 = 0,871mol ; nC = 0,921 mol
b. Sự phân hủy hoàn toàn thì x = 1 nCO = (1- y) mol và nCO = 2y (mol). Áp suất CO2 và CO không đổi. 2
0,632V 2yRT 0, 2V 1 y R T
=> giải hai phương trình ta được V 173,69 lít
VËy khi thÓ tÝch t¨ng, ¸p suÊt chung gi¶m th× c©n b»ng chuyÓn dÞch theo chiÒu lµm t¨ng ¸p suÊt, tøc lµ theo chiÓu t¹o ra khÝ CO 2.(kÕt qu¶ phï hîp nguyªn lý Le Chaterlier) H2O(k) + CO cã nång ®é c©n b»ng cña H 2, C©u 35: . ë 600 0K ®èi víi ph¶n øng: H 2 + CO2 CO2, H2O vµ CO lÇn lît b»ng 0,600; 0,459; 0,500 vµ 0,425 mol./1. a) T×m Kc, Kp cña ph¶n øng. b) NÕu lîng ban ®Çu cña H 2 vµ CO2 b»ng nhau vµ b»ng 1 mol ®îc ®Æt vµo b×nh 5 lÝt th× nång ®é c©n b»ng c¸c chÊt lµ bao nhiªu? H 2O .CO 0, 5 0, 425 Gi¶i: a) Kc = = = 0,7716 ; Kp = Kc(RT) n = 0,7716 (do n = 0) H 2 .CO2 0, 6 0, 459 b) T¹i CBHH: [H2O] = a ; [CO] = a ; [H2] = [CO2] = 0,2 – a Ta cã :
a2
(0, 2 a) 2
= 0,7716 a = 0,094 vµ 0,2 – a = 0,106
§¸p sè: Kc = Kp = 0,772; [H 2] = [CO2] = 0,106 M vµ [H2O] = [CO] = 0,094 M. 2SO3 b»ng 3,50 atm1. C©u 36:. ë 1000K h»ng sè c©n b»ng Kp cña ph¶n øng 2SO 2 + O2
TÝnh ¸p suÊt riªng lóc c©n b»ng cña SO2 vµ SO3 nÕu ¸p suÊt chung cña hÖ b»ng 1atm vµ ¸p suÊt c©n b»ng cña O2 b»ng 0,1atm. Gi¶i: Gäi x lµ ¸p suÊt riªng cña SO 2 th× ¸p suÊt riªng cña SO3 = 1 – 0,1 – x = 0,9 – x (0,9 x) 2 Kp = = 3,50 x = 0,57 atm vµ PSO3 = 0,33 atm 0,1 x 2 2NH3. ë 250C C©u 37: . a) TÝnh h»ng sè c©n b»ng Kp ®èi víi ph¶n øng: N 2 + 3H2 BiÕt G 0ht cña NH3 = 16,64 kJ/mol
1 3 NH3. N2 + H2 2 2 33,28 G = – 2. 16,64 = – 33,28 kJ/mol G0 = – RTlnKp lnKp = – = 13,43 8, 314 298 b) Kp sÏ thay ®æi thÕ nµo khi ph¶n øng ®· cho ®îc viÕt díi d¹ng:
VËy Kp = 6,8. 105.
Giáo viên : Nguyễn Cao
Chung
- 20 -
Trường THPT Kỹ Thuật Lệ Thủy Kp =
2 P NH 3
P N2 .P H 32
nªn ®èi víi ph¶n øng
Tài liệu luyện thi HSG P 1 3 NH3. cã K’p = 1 NH 3 3 = K P = 825 N2 + H2 2 2 2 P 22 .P H 2
NH3 (k) + H2S (k) ®îc thiÕt lËp ë 200 0C trong mét C©u 38. C©n b»ng cña ph¶n øng: NH 4HS (r) thÓ tÝch V. Ph¶n øng ®· cho lµ thu nhiÖt. Cho biÕt ¸p suÊt riªng cña NH 3 sÏ thay ®æi thÕ nµo khi c©n b»ng ®îc t¸i lËp sau khi: a) Thªm NH3 ; b) Thªm H 2S ; c) Thªm NH4HS ; d) T¨ng nhiÖt ®é ; e) ¸p suÊt toµn phÇn sÏ t¨ng do thªm Ar vµo hÖ ; f) ThÓ tÝch b×nh t¨ng tíi 2V. Gi¶i: a) t¨ng ; b) gi¶m ; c) kh«ng ®æi ; d) t¨ng ; e) kh«ng ®æi ; f) t¨ng. 2CO x¶y ra ë 1090K víi h»ng sè C©u 39. C©n b»ng cña ph¶n øng khö CO 2 b»ng C : C + CO2 c©n b»ng Kp = 10. a) T×m hµm lîng khÝ CO trong hçn hîp c©n b»ng, biÕt ¸p suÊt chung cña hÖ lµ 1,5atm. b) §Ó cã hµm lîng CO b»ng 50% vÒ thÓ tÝch th× ¸p suÊt chung lµ bao nhiªu? 2CO n Gi¶i: a) C + CO2 [] (1 - x) 2x 1 + x (mol) 1 x 2 x PhÇn mol 1 x 1 x
2 x 1 x P Ta cã : Kp = CO2 = . 1,5 = 10 x = 0,79 mol 1 x P CO 1 x VËy hçn hîp lóc c©n b»ng chøa 2. 0,79 = 1,58 mol CO (88%)vµ 1 – 0,79 = 0,21 mol CO 2(12%) 2
b) Suy ra Kp =
0,5 0,5
2
. P = 10 P = 20 atm.
C©u 40. ë 500C vµ díi ¸p suÊt 0,344 atm ®é ph©n ly cña N2O4 (k) thµnh NO2(k) b»ng 63%. X¸c ®Þnh Kp; Kc; Kx. n Gi¶i: N2O4 (k) NO2(k) [ ]
PhÇn mol
1- 1 1
2
1 + ( lµ ®é ph©n ly)
2 1 2
2 2 1 P Kp = CO2 = . 0,344 thay = 0,63 tÝnh ®îc Kp = 0,9 1 P CO 1 ¸p dông Kc = Kp.(RT)n víi n = 1 vµ Kx = Kp. P n tÝnh ®îc Kc = 0,034 vµ Kx = 2,63 C©u 41. ë 820 0C cã c¸c ph¶n øng sau víi h»ng sè c©n b»ng t¬ng øng: CaO (r) + CO 2 (k) CaCO3 (r) 2CO (k) C (r) + CO2 (k)
K1 = 0,2 K2 = 2,0
LÊy hçn hîp gåm 1 mol CaCO 3 vµ 1 mol C cho vµo b×nh ch©n kh«ng cã thÓ tÝch 22,4 lÝt gi÷ ë 820 0C. 1- TÝnh sè mol c¸c chÊt láng cã trong b×nh khi ph¶n øng ®¹t tíi tr¹ng th¸i c©n b»ng. 2- Sù ph©n huû CaCO 3 sÏ hoµn toµn khi thÓ tÝch b×nh b»ng nhiªu (¸p suÊt riªng cña c¸c khÝ kh«ng ®æi). KÕt qu¶ nµy cã phï hîp víi nguyªn lý L¬-Sa-T¬ - Lie kh«ng? Liªn hÖ thùc tÕ s¶n xuÊt v«i sèng.
Giáo viên : Nguyễn Cao
Chung
- 21 -
Trường THPT Kỹ Thuật Lệ Thủy Gi¶i: a) K1 = P CO2 = 0,2 (atm)
Tài liệu luyện thi HSG K2 =
2 P CO
P CO2
= 2 P CO =
2 0, 2 = 0,63 atm
Tõ PV = nRT víi R = 0,082 Sè mol CO2 = 0,05 vµ sè mol CO = 0,16 Gäi sè mol CaCO3 vµ C ®· ph¶n øng lµ x vµ y CaCO3 CaO + CO2 [ ] (1 – x)
x
vµ
(x – y)
C + (1 – y)
CO2 2CO y
2y
Ta cã: x – y = 0,05 vµ 2y = 0,16 x = 0,13 vµ y = 0,08 Sè mol: CaCO3 = 0,87; CaO = 0,13; C = 0,92; CO 2= 0,05; CO = 0,16 b) Khi CaCO3 ph©n huû hoµn toµn th× x’ = 1 sè mol CO2 = 1 – x’ ta cã: 0,2V = (1 – y’)RT vµ 0,63V = 2y’RT . Gi¶i 2 ph¬ng tr×nh cho V = 174 lÝt VËy khi thÓ tÝch t¨ng, ¸p suÊt chung gi¶m th× c©n b»ng chuyÓn dÞch theo chiÒu lµm t¨ng ¸p suÊt, tøc lµ theo chiÓu t¹o ra khÝ CO 2.(kÕt qu¶ phï hîp nguyªn lý Le Chaterlier)
Câu 42 1. 137 Cs là nguyên tố phóng xạ dùng trong lò phản ứng hạt nhân, có chu kỳ bán huỷ là 30,2 năm. Sau bao lâu thì lượng chất này còn lại 1,0%. 2. Tại 250C G tạo thành của các chất như sau (theo kJ.mol -1): H2O (k) CO2 (k) CO (k) H2O (l) -228,374 -394,007 -137,133 -236,964 a) Tính K p của phản ứng: H2(k) + CO2(k) tại 250C CO(k) + H2O(l) b) Tính áp suất hơi nước tại 25 0C. c) Hỗn hợp các khí CO, CO 2, H2 mà mỗi khí đều có áp suất riêng phần là 1,0atm được trộn với H 2O (l), dư. Tính áp suất riêng phần của mỗi khí có trong hỗn hợp cân bằng tại 25 0C, biết quá trình xảy ra khi thể tích coi như không đổi. Hằng số tốc độ của quá trình phân rã hạt nhân là: 0, 693 0, 693 k 0,023(nam 1 ) t1 30,2 2
2,303 ( 137 Cs)dau 2,303 100 Ta có : t log 137 log t 200, 2608696(nam) k ( C)sau 0,023 1 H2(k) + CO2(k) 2. a) CO(k) + H2O(l) 0 0 0 G G G 0298(pu ) G 0H 2 (k) GCO (k ) CO(k ) H 2 2O(l)
G 0298(pu) 0 (394,007) 137,133 236,964 19,91 kJ.mol 1 Áp dụng phương trình đẳng nhiệt Van Hof, ta có:
G 0T RT ln Kp RT.2,303.lg Kp
G 0T
19,91.103
Kp 10 2,303.RT 10 2,303.8,314.298 103,49 3086, 045027 b) Để xét PH2O (h ) ở 250C ta xét cân bằng tại 25 0C: H2O(l)
H2O(h)
G 0298(pu ) G 0H 2O(h) G H0 2O(l) G 0298(pu) 228,374) 236,964 8,59 kJ.mol 1 Giáo viên : Nguyễn Cao
Chung
- 22 -
Trường THPT Kỹ Thuật Lệ Thủy
G 0T
Tài liệu luyện thi HSG 8,59 3
Kp 10 2,303.RT 10 2,303.8,314.298.10 0, 03122677 PH2O (l ) =const =1,0atm => PH2O(h ) 0,03122677 atm (ở 250C) Vì: c) Vì ở điều kiện T, V đều là const => áp suất riêng phần tỉ lệ với số mol mỗi khí nên có thể tính áp suất riêng phần theo phản ứng: H2(k) + CO 2(k) CO(k) + H2O(l) Ban đầu 1 1 1 (atm) Cân bằng 1-x 1+x 1+x 2 [P ] [P ] (1 x) Kp H2O CO2 3,086 x 0,9987 [PCO ] (1 x) Vậy tại thời điểm cân bằng ở 25 0C:
[PCO ] 1 x 1,3.103 atm [PH2 ] [PCO2 ] 1 x 1,9987 atm Câu 43: Nén 2 mol Nitơ và 8 mol Hidrô vào một bình kín có thể tích 2 lít (chỉ chứa sẵn chất xúc tác với
thể tích không đáng kể), đã được giữ ở nhiệt độ không đổi. Khi phản ứng trong bình đạt cân bằng,áp suất các khí trong bình bằng 0,8 áp suất lúc đầu (lúc mới cho xong các khí vào, chưa phản ứng) .Tìm hằng số cân bằng của phản ứng. Giải: Tìm hằng số cân bằng: Phương trình phản ứng: N 2 + 3H2 2NH3 Ban đầu 2 mol 8 mol 0mol Phản ứng xmol 3x mol 2x mol Cân bằng (2- x mol) ( 8- 3x mol) 2x mol Vì phản ứng xãy ra ở nhiệt độ không đổi và trong bình kín nên giữa áp suất và số molta có tỉ lệ P1; áp suất trước phản ứng P 1 n1 P2; áp suất sau phản ứng n1; số mol trước phản ứng P 2 n2 n2; số mol sau phản ứng P 1
0,8 P 1
10 n2
n2 8mol . Tổng số mol các chất sau phản ứng:
(2 - x)+(8 - 3x) + 2x = 8
n N 2
(sau) = 2 – 1 = 1 mol
n H 2
(sau) = 8 – 3 = 5 mol
n NH 3 = 2 x 1 = 2 mol
x = 1 mol
[N2] =
1
1 mol / l V 2
5 mol / l V 2 2 2 1mol / l [NH3] = V 2 [H2] =
5
Hằng số cân bằng của phản ứng: [ NH 3 ]2 12 16 0,128 K cb [ N 2 ][ H 2 ]3 1 5 3 125
2 2
Mét sè bµi tËp tù luyÖn Giáo viên : Nguyễn Cao
Chung
- 23 -
Trường THPT Kỹ Thuật Lệ Thủy
Tài liệu luyện thi HSG
1. Mét b×nh 5 lÝt chøa 1 mol HI (k) ®îc ®un nãng tíi 800 0C. X¸c ®Þnh phÇn tr¨m ph©n li cña HI ë H2 + I2 (k) BiÕt Kc = 6,34. 10 – 4 8000C theo ph¶n øng 2HI §¸p sè: 4,8% 2NH3 b»ng 6,8.10 5. 2. ë 25 c h»ng sè c©n b»ng Kp ®èi víi ph¶n øng N 2 + 3H2 0
a) TÝnh G0 cña ph¶n øng. b) NÕu còng ë nhiÖt ®é trªn, ¸p suÊt ®Çu cña N 2, H2, NH3 lµ 0,250; 0,550 vµ 0,950 atm. T×m G cña ph¶n øng. §¸p sè: a) -33,28 kJ; b) -25,7kJ 3. Ngêi ta tiÕn hµnh ph¶n øng: PCl 5 PCl3 + Cl2 víi 0,3 mol PCl5; ¸p suÊt ®Çu lµ 1 atm. Khi c©n b»ng ®îc thiÕt lËp, ¸p suÊt ®o ®îc b»ng 1,25 atm (V,T = const) a) TÝnh ®é ph©n li vµ ¸p suÊt riªng cña tõng cÊu tö. b) ThiÕt lËp biÓu thøc liªn hÖ gi÷a ®é ph©n li vµ ¸p suÊt chung cña hÖ. §¸p sè: a) 0,25; P = P0 ( 1 + ) 4. X¸c ®Þnh nhiÖt ®èi víi ph¶n øng CaCO3 CaO + CO2 biÕt r»ng í 800 0C ¸p suÊt ph©n li b»ng 201,8mm Hg vµ ë 900 0C b»ng 992 mm Hg. §¸p sè: -166,82 kJ/mol 5. Trong mét thÝ nghiÖm ngêi ta ®Æt mét ¨mpun chøa N 2O4 láng cã m = 4,6 g vµo mét b×nh ph¶n øng ®· ®uæi hÕt kh«ng khÝ cã dung tÝch 5,7lÝt. §Ëp vì ¨mpun råi ®a nhiÖt ®é cña b×nh ph¶n øng lªn 50 0C; KÕt qu¶ lµ N2O4 bay h¬i vµ bÞ ph©n li, ¸p suÊt trong b×nh ®o ®îc lµ 0,4586 atm. 2NO2 . TÝnh ®é ph©n li cña N2O4 vµ h»ng sè c©n b»ng Kc ®åi víi ph¶n øng N 2O4 §¸p sè: 97,4% ; Kc = 8,58 6. Mét hçn hîp ®Çu gåm 7% SO2, 11% O2 vµ 82% N 2 díi ¸p suÊt 1 atm, ®îc ®un nãng tíi 1000 0K víi sù cã mÆt cña mét chÊt xóc t¸c. Sau khi c©n b»ng ®îc thiÕt lËp, trong hçn hîp c©n b»ng SO 2 chiÕm 4,7%. T×m møc ®é oxi hãa SO2 thµnh SO3 vµ h»ng sè c©n b»ng Kp vµ Kc cña ph¶n øng: 2SO 2 + O2 2SO3 (ghi chó: møc ®é oxi hãa ®îc ®o b»ng tû sè gi÷a ¸p suÊt c©n b»ng vµ ¸p suÊt ®Çu) . §¸p sè: 32,9% , Kp = 2,44 ; Kc = 200 0 2NH3 hçn hîp ®Çu gåm N 2 vµ H2 7. Trong sù tæng hîp NH 3 ë 400 C theo ph¶n øng N 2 + 3H2
®îc lÊy theo ®óng tû lÖ hîp thøc råi ®a vµo b×nh ph¶n øng dung tÝch 1lÝt. Trong hçn hîp c©n b»ng, ngêi ta thÊy cã 0,0385 mol NH 3. TÝnh Kc, Kp. §¸p sè: Kc = 5,12. 10 7 ; Kp = 1,68.104 8. ë 250C h»ng sè c©n b»ng Kp cña ph¶n øng thu nhiÖt 2NOBr (k) b»ng 116,6 atm –1. 2NO + Br2 (k) a) NÕu ®em trén NOBr cã P = 0,108 atm víi NO cã P = 0,1atm vµ Br 2 cã P = 0,01 atm ®Ó t¹o ra mét hçn hîp khÝ ë 0 0C th× vÞ trÝ c©n b»ng sÏ nh thÕ nµo (c©u tr¶ lêi ph¶i ®Þnh lîng). b) §a NOBr cã P = 5 atm vµo b×nh ph¶n øng ë 50 0C th× thÊy trong hçn hîp c©n b»ng cã NOBr ë P = 4.30 atm. TÝnh Kp ë 50 0C . So s¸nh gi¸ trÞ Kp nµy víi Kp ë 25 0C. Gi¶i thÝch? §¸p sè: Kp (500C) = 179 atm -1
9. Người ta cho 1 mol axit axetic tác dụng với 1 mol rượu izopropylic. Ở nhiệt độ t, cân bằng : CH3COOH + CH3CHOHCH3 CH3COOCH(CH3)2 + H2O sẽ đạt được khi 0,6 mol este được tạo ra. a/ Tính thành phần của hỗn hợp cân bằng. b/ Nếu thêm vào hỗn hợp cân bằng này 1 mol CH 3COOH hoặc 1 mol CH3CHOHCH3 hoặc 1 mol este thì thành phần của hỗn hợp cân bằng mới sẽ là bao nhiêu ? ĐS : a. axit : 0,4 mol ; rượu : 0,4 mol ; este : 0,6 mol ; nước : 0,6 mol b. Thêm 1 mol axit : 1,22 mol axit ; 0,22 mol rượu ; 0,78 mol este ; 0,78 mol nước 0 10. Ở 27 C và dưới áp suất 1 atm độ phân ly của N 2O4 là 20%. Theo phản ứng : N2O4 (k) 2NO2 (k) a/ Tính : -K P và cho biết phản ứng thu nhiệt hay tỏa nhiệt, biết ở 63 0C phản ứng có K P = 1,27 ? - Độ phân ly ở áp suất 0,05 atm. b/ Người ta cho 46 gam N 2O4 vào bình kín có dung tích 20 lít ở 27 0C. Tính thành phần của hỗn hợp khí lúc cân bằng. Giáo viên : Nguyễn Cao
Chung
- 24 -
Trường THPT Kỹ Thuật Lệ Thủy Tài liệu luyện thi HSG ĐS : a. K P = 0,167 phản ứng thuận thu nhiệt b. 0,385 mol N2O4 ; 0,230 mol NO 2 11. Một bình phản ứng có dung tích 10 lít chứa 0,1 mol H 2 và 0,1 mol I2 ở 698 K, biết hằng số cân bằng K C = 54,4. Tính nồng độ cân bằng của H 2, I2 và HI ĐS : [H2] = [I2] = 0,00213 mol/l [HI] = 0,0157 mol/l 12. Cân bằng của phản ứng khử CO 2 bằng C : C (r) + CO2 (k) 2CO (k) xảy ra ở 1090 K với hằng số cân bằng K P = 10 a/ Tìm hàm lượng khí CO trong hỗn hợp khí cân bằng, biết áp suất chung của hệ là 1,5 atm b/ Để có hàm lượng CO bằng 50% về thể tích thì áp suất chung là bao nhiêu ? ĐS : a. 88% b. 20 atm 0 13. Ở 50 C và dưới áp suất 0,344 atm, độ phân ly của N2O4 (k) thành NO2 (k) bằng 63%. Xác định K P, K C ĐS : K P = 0,867 atm ; K C = 0,034 0 14. Ở 0 C và dưới áp suất 1 atm, độ phân ly của N2O4 (k) thành NO2 (k) bằng 11%. a/ Xác định K P. b/ Cũng tại 0 0C khi áp suất giảm từ 1 atm xuống 0,8 atm thì độ phân ly thay đổi như thế nào ? c/ Cần phải nén đẳng nhiệt hỗn hợp khí tới áp suất nào để độ phân ly bằng 8% ? ĐS : a. 0,049 atm b. = 12,3% (tăng) c. P = 1,9 atm. 0 15. Ở 63 C hằng số cân bằng K p của phản ứng : N2O4 (k) 2NO2 (k) K p = 1,27 Tính thành phần của hỗn hợp theo số mol khi áp suất của hệ lần lượt bằng : 1 atm; 10 atm. Từ đó rút ra kết luận gì về ảnh hưởng của áp suất đến sự chuyển dịch cân bằng ? ĐS : P = 1 atm : NO2 = 66% N2O4 = 34% P = 10 atm : NO 2 = 29,8% N2O4 = 70,2% 16. Phản ứng dưới đây sẽ diển ra theo chiều nào khi ở 0 0C và ở 100 0C ? N2O4 (k) 2NO2 (k) 0 Biết 298 (kcal/mol) 2,31 8,09 0 S 298 (cal/K.mol) 72,73 57,46 17. Ở 8500C phản ứng : CO(k) + H2O(k) CO2 (k) + H2 (k) tại trạng thái cân bằng có hằng số cân bằng K C = 1. Cho biết nồng độ các chất ở thời điểm đầu : C CO = 2 mol/l ; C H2O = 0,1 mol/l và CCO2 = 0, CH2 = 0. Tính nồng độ các chất ở trạng thái cân bằng. ĐS : [CO] = 1,133M ; [H 2O] = 0,033M ; [CO 2] = [H2] = 0,067M 18. Cho phản ứng : N 2 + 3H2 2NH3 tiến hành ở nhiệt độ và thể tích không đổi. Biết rằng tại trạng thái cân bằng các chất có nồng độ như sau : [N2] = 0,3M ; [H2] = 0,9M ; [NH3] = 0,4M a/ Tính hằng số cân bằng của phản ứng b/ Tính nồng độ ban đầu của N 2 và H2 ĐS : a. K C = 0,73 b. N2 = 0,5M ; H2 = 1,5M 19. Bằng cách tính toán hãy cho biết cân bằng sau đây : 2SO2 (k) + O2 (k) 2SO3 (k) chuyển dịch theo chiều nào khi tăng áp suất của hệ lên 3 lần (bằng cách nén) ? Cho biết nhiệt độ không đổi. 20. Tiến hành phản ứng thuận nghịch trong bình kín có dung tích 1 lít. CO(k) + Cl2 (k) COCl2 (k) Ở nhiệt độ không đổi nồng độ cân bằng của các chất là : [CO] = 0,02M ; [Cl 2] = 0,01M ; [COCl2] = 0,02M. Bơm thêm vào bình 0,03 mol Cl 2. Tính nồng độ các chất ở trạng thái cân bằng mới. ĐS : [CO] = 0,01M ; [Cl2] = 0,03M ; [COCl 2] = 0,03M 22 Cho cân bằng hóa học : N 2 + 3H2 2NH3 với = - 92 KJ.mol-1 Nếu xuất phát từ hỗn hợp chứa N 2 và H2 theo tỉ lệ số mol đúng bằng hệ số tỉ lượng, tức tỉ lệ 1:3 thì khi đạt tới trạng thái cân bằng (ở 450 0C và 300 atm) NH 3 chiếm 36% về thể tích. a. Tính hằng số cân bằng K p b. Giữ nhiệt độ không đổi (450 0C) cần tiến hành dưới áp suất bao nhiêu để khi đạt tới trạng thái cân bằng NH3 chiếm 50% về thể tích ? c. Giữ áp suất không đổi (300 atm) cân bằng cần tiến hành ở nhiệt độ nào để khi đạt tới trạng thái cân bằng NH3 chiếm 50% về thể tích ? Giáo viên : Nguyễn Cao
Chung
- 25 -
Trường THPT Kỹ Thuật Lệ Thủy
Tài liệu luyện thi HSG ĐS : a. K p = 8,14.10 -5 b. P = 680 atm c. 653K 23 Cho phản ứng : CO 2 (k) + H2 (k) CO (k) + H2O (k) (1) -1 -1 -1 0 0 a. Tính G0 của phản ứng (1) ở 1000K, biết 1000 K = 35040 J.mol . S 1000 K = 32,11 J.mol .K b. Tính hằng số cân bằng K C, K P của phản ứng (1) ở 1000K. c. Một hỗn hợp khí chứa 35% thể tích H 2, 45% thể tích CO và 20% thể tích hơi nước được nung nóng tới 1000K. Tính thành phần hỗn hợp ở trạng thái cân bằng. ĐS : a. 2930 J b. K C = K P = 0,703 c. CO = 34,6% ; CO2 = 10,4% ; H 2O = 9,6% ; H 2 = 45,4%
Giáo viên : Nguyễn Cao
Chung
- 26 -
