Cân bằng hóa học, các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học

Ở những cân bằng hóa học có tổng số mol khí các chất phản ứng khác tổng số mol khí các chất sản phẩm nên cân bằng chuyển dịch khi thay đổi áp suất .

=> Các cân bằng thỏa mãn là: (1), (3), (4).

+ Khi làm lạnh thấy màu của hỗn hợp khí nhạt hơn nghĩa là cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận.

=> Phản ứng thuận là phản ứng tỏa nhiệt (∆H < 0) => khi tăng nhiệt độ thì cân bằng chuyển dịch theo chiều thu nhiệt (chiều nghịch).

+ Theo chiều thuận, số mol khí của hệ giảm => khi giảm áp suất chung của hệ thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều tăng áp suất (số mol khí tăng), tức chiều nghịch.

Cách 1:

A sai vì số mol khí không đổi

→ Áp suất không ảnh hưởng đến chuyển dịch cân bằng.

B đúng vì khi tăng áp suất thì cân bằng chuyển dịch theo chiều giảm áp suất (chiều giảm số mol khí) → Cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch.

C, D sai vì khi tăng áp suất thì cân bằng chuyển dịch theo chiều giảm áp suất (chiều giảm số mol khí) → Cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận.

Cách 2:

Khi tăng áp suất chung của hệ thì cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch nghĩa là tổng số mol khí của các chất phản ứng nhỏ hơn tổng số mol khí của các chất sản phẩm.

Khi tăng nhiệt độ thì số mol hỗn hợp khí tăng => cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch.

=> Phản ứng thuận là phản ứng tỏa nhiệt nhiệt hay phản ứng nghịch thu nhiệt.

Áp suất chung của hệ: không làm cân bằng chuyển dịch vì tổng số mol khí không đổi.

Cân bằng bị chuyển dịch khi tăng hoặc giảm nồng độ của các chất => B, C làm chuyển dịch cân bằng

Nhiệt độ: làm chuyển dịch cân bằng vì phản ứng trên là phản ứng thu nhiệt.

(1) Tăng nhiệt độ: ∆H < 0 => Phản ứng theo chiều thuận là phản ứng tỏa nhiệt .

=> Khi tăng nhiệt độ cân bằng chuyển dịch theo chiều thu nhiệt (chiều nghịch).

(2) Thêm lượng N₂: làm cân bằng chuyển dịch theo chiều giảm N₂ (chiều thuận).

(3) Thêm một lượng NH₃: làm cân bằng chuyển dịch theo chiều giảm NH₃ (chiều nghịch).

(4) Giảm áp suất chung của hệ: cân bằng chuyển dịch theo chiều tăng số mol khí (chiều nghịch).

(5) Dùng chất xúc tác: không làm chuyển dịch cân bằng.

=> Có 4 yếu tố làm cân bằng chuyển dịch.

Khi thêm CO₂ vào các hệ thì các cân bằng chuyển dịch theo chiều giảm nồng độ CO₂.

+ Đối với các cân bằng mà CO₂ là chất tham gia phản ứng → chiều giảm nồng độ CO₂ là chiều thuận.

+ Đối với các cân bằng mà CO₂ là chất sản phẩm → chiều giảm nồng độ CO₂ là chiều thuận.

=> Có 2 cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận là (2) và (3).

(1) tăng nhiệt độ: cân bằng chuyển dịch theo chiều thu nhiệt (chiều thuận).

(2) thêm vào một lượng khí PCl₃: cân bằng chuyển dịch theo chiều giảm lượng khí PCl₃ (chiều nghịch).

(3) thêm vào một lượng khí PCl₅: cân bằng chuyển dịch theo chiều giảm lượng khí PCl₅ (chiều thuận).

(4) tăng áp suất chung của hệ: cân bằng chuyển dịch theo chiều giảm áp suất (chiều nghịch).

(5) giảm nhiệt độ: cân bằng chuyển dịch theo chiều tỏa nhiệt (chiều nghịch).

(6) dùng chất xúc tác: không làm cân bằng chuyển dịch.

(7) giảm lượng khí Cl₂: cân bằng chuyển dịch theo chiều tăng lượng khí Cl₂ (chiều thuận).

=> Những yếu tố làm cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận là (1), (3), (7).

C_(r) + CO_{2 (k)} \( \rightleftarrows \) 2CO _(k) ∆H = 172 kJ;

CO_(k) + H₂O _(k) \( \rightleftarrows \) CO_{2 (k)} + H_{2 (k)}  ∆H = -41 kJ;

- Hai phương trình có ∆H khác nhau và ngược dấu → nhiệt độ sẽ làm 2 cân bằng chuyển dịch ngược chiều nhau

- CO₂ ở 2 phương trình nằm 2 vế khác nhau → thay đổi CO₂ sẽ làm 2 cân bằng chuyển dịch ngược chiều

- CO ở 2 phương trình nằm 2 vế khác nhau → thay đổi CO sẽ làm 2 cân bằng chuyển dịch ngược chiều.

Vậy (1); (2); (6) là các điều kiện thỏa mãn→ có 3 điều kiện thỏa mãn

n_SO2 phản ứng = 0,777 – 0,52 = 0,257 (mol)

          2SO₃ (k) \(\rightleftarrows \) 2SO₂ (k) + O₂ (k)

(mol) 0,257       →   0,257        0,1285

Hằng số cân bằng: \(Kc = \frac{{{{{\rm{[}}S{O_2}]}^2}{\rm{.[}}{O_2}]}}{{{{{\rm{[}}S{O_3}]}^2}}} = \frac{{{{\left[ {\frac{{0,257}}{2}} \right]}^2}.\left[ {\frac{{0,1285}}{2}} \right]}}{{{{\left[ {\frac{{0,52}}{2}} \right]}^2}}} = 1,{569.10^{ - 2}}\)

Cân bằng:       CO(k) + H₂O(k) \(\rightleftarrows \) CO₂(k) + H₂(k)

Ban đầu (M)    0,1           0,4

Pư (M)             x              x                  x                x

Cb (M)         0,1 –x      0,4 – x             x                x

Hằng số cân bằng:

\(\begin{array}{l}k = \frac{{{\rm{[}}C{O_2}{\rm{]}}.{\rm{[}}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{]}}}}{{{\rm{[CO}}].{\rm{[}}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O]}}}} = \frac{{{{(x)}^2}}}{{(0,1 - x)(0,4 - x)}} = 1\\ \Rightarrow \frac{{{x^2}}}{{0,04 - 0,1x - 0,4x + {x^2}}} = 1\\ \Rightarrow {x^2} = {x^2} - 0,5x + 0,04\\ \Rightarrow 0,5x = 0,04\\ \Rightarrow x = 0,08(M)\end{array}\)

→ ở trạng thái cân bằng [CO₂] = x = 0,08 (M)

Cân bằng:            A(k) + B(k) \(\rightleftarrows \) C(k) + D(k)

Ban đầu (M)           1        1               1         1

Pư (M)                   x         x               x          x

Cân băng (M)     1-x       1-x           1+x       1+x

Khi cân băng được thiết lập [C] = 1,5 (M) => 1 + x = 1,5 → x = 0,5 (M)

Vậy tại thời điểm cân bằng: [A]= [B] = 1-x = 1- 0,5 = 0,5 (M) ; [C] = 1+x = 1,5(M)

→ Hằng số cân bằng: \(k = \frac{{{\rm{[}}C{\rm{]}}.{\rm{[}}D{\rm{]}}}}{{{\rm{[}}A].{\rm{[}}B{\rm{]}}}} = \frac{{{{(1,5)}^2}}}{{0,{5^2}}} = 9\)

- Hằng số cân bằng \(k = \frac{{{{{\rm{[}}N{H_3}]}^2}}}{{{\rm{[}}{N_2}].{{{\rm{[}}{H_2}]}^3}}} = \frac{{{{(0,4)}^2}}}{{0,01.{{(2)}^3}}} = 2\)

          N₂ (k) + 3H₂ (k) \(\rightleftarrows \) 2NH₃

(bđ)   x              y                            (M)

(pư)   0,2     ← 0,6        ←    0,4     (M)

(cb)   0,01         2,0                0,4

[H₂] bđ = [H₂] pư + [H₂] cân bằng = 0,6 + 2,0 = 2,6 (M)

(1) tăng nhiệt độ cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều giảm nhiệt độ → chiều nghịch.

(2) thêm hơi nước cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều giảm hơi nước → chiều thuận.

(3) thêm H₂ cân bằng chuyển dịch theo chiều giảm H₂ → chiều thuận.

(4) 2 vế của cân bằng có số mol khí bằng nhau nên áp suất không ảnh hưởng đến sự chuyển dịch cân bằng.

(5) chất xúc tác không làm thay đổi cân bằng

→ (1), (2), (3) làm thay đổi cân bằng của hệ

Tăng nồng độ của khí A tức cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch

A. sai, tăng nồng độ của khí B cân bằng chuyển dịch theo chiều giảm nồng độ của B → chiều thuận

B. đúng, giảm nồng độ của khí B cân bằng chuyển dịch theo chiều tăng nồng độ của B → chiều nghịch.

C. sai, giảm nồng độ của khí C cân bằng chuyển dịch theo chiều tăng nồng độ của C → chiều thuận.

D. sai, giảm nồng độ của khí D cân bằng chuyển dịch theo chiều tăng nồng độ của D → chiều thuận

Dựa vào khái niệm và đặc điểm của phản ứng thuận nghịch, cân bằng hóa học.

Hướng dẫn giải:

1. đúng

2. đúng

3. sai, cân bằng hóa học là phản ứng hóa học được cân bằng khi tốc độ phản ứng thuận = tốc độ phản ứng nghịch.

4. đúng

5. sai, phản ứng vẫn xảy ra nhưng tốc độ phản ứng thuận = tốc độ phản ứng nghịch

Vậy ý 3,5 sai

                      \({{\text{N}}_{\text{2}}}{\text{(k)  +  3}}{{\text{H}}_{\text{2}}}{\text{(k)}}\overset {{t^o},xt,p} \leftrightarrows {\text{2N}}{{\text{H}}_{\text{3}}}{\text{(k)}}\)

Ban đầu        0,3          0,7

Phản ứng     x                 3x                       2x

Kết thúc     0,3 – x     0,7 –3x                     2x

=> Tổng số nồng độ sau phản ứng : 0,3 – x  +  0,7 – 3 x  + 2x =  1 -2 x

H₂ chiếm 50% thể tích hỗn hợp thu được

=> \(\frac{{0,7 - 3x}}{{1 - 2x}} = \frac{1}{2}\)  => x = 0,1   => [NH₃] = 0,2    [H₂ ] = 0,7 – 0,3 = 0,4    [N₂ ] = 0,2

\({{\text{K}}_{\text{C}}}{\text{ = }}\frac{{{{{\text{[N}}{{\text{H}}_3}{\text{]}}}^2}}}{{{{{\text{[}}{{\text{H}}_{\text{2}}}{\text{]}}}^3}{\text{.[}}{{\text{N}}_2}{{\text{]}}^{}}}} = \frac{{0,{2^2}}}{{0,{4^3}.0,2}} = 3,125\)

Xét 1 lit hỗn hợp khí => n_hh = 0,0223 mol

PCl₅ \( \rightleftarrows \) PCl₃ + Cl₂

x              y         y   (mol)

=> m_hh = 208,5(x + y) = 2,48g => x + y = 0,0119 mol

n_{hh khí} = x + 2y = 0,0223 mol

=> x =  1,5.10^-3 ; y = 0,0104 mol

Tăng nhiệt độ (50^oC đến 100^oC) làm giảm số mol của Z tức là chiều nghịch

=> Chiều thuận là chiều tỏa nhiệt, tăng áp suất của hệ

Hỗn hợp đầu có : V = n_{hh đầu} RT/p_đ

           2SO₂         +        O₂         →   2SO₃

Bđ       2,5a                   1,3a

Pứ        2,5ah                 1,25ah           2,5ah

Sau      2,5a(1-h)      a(1,3 – 1,25h)      2,5ah

Sau phản ứng : n_{hh sau} = 3,8a – 1,25ah

=> p = n_{hh sau}.RT/V = n_{hh sau}.p_đ/n_đ => \(p = {\text{2}}{\text{.}}\left( {{\text{1 - }}\frac{{{\text{1,25h}}}}{{{\text{3,8}}}}} \right)\)