HÖ thèng c¸c c©u hái vµ bµi tËp phÇn “c¬ së lý thuyÕt
c¸c ph¶n øng hãa häc” ë bËc trung häc phæ th«ng
II.1. HÖ thèng c¸c c©u hái vµ bµi tËp phÇn “c¬ së lý thuyÕt c¸c ph¶n øng
hãa häc” trong tµi liÖu gi¸o khoa chuyªn Ho¸ häc
II.1.1. Ch¬ng IV: Lý thuyÕt vÒ ph¶n øng hãa häc
a. Néi dung c¬ b¶n
* VÒ mÆt kiÕn thøc: Gióp häc sinh n¾m ®îc c¸c kiÕn thøc:
- §Þnh nghÜa hiÖu øng nhiÖt cña mét ph¶n øng.
- §Þnh nghÜa: N¨ng lîng liªn kÕt E, nhiÖt t¹o thµnh H cña hîp chÊt, nhiÖt
ph©n huû (H’ = - H), nhiÖt hoµ tan chÊt …
- Néi dung vµ hÖ qu¶ cña ®Þnh luËt Hes (Hess).
- Nguyªn lý I, II cña nhiÖt ®éng häc; n¨ng lîng tù do Gip.
- Tèc ®é ph¶n øng hãa häc (®Þnh nghÜa, c¸c yÕu tè ¶nh hëng tíi tèc ®é
ph¶n øng). §Þnh luËt Gunbe – vag¬ (®Þnh luËt t¸c dông khèi lîng trong ®éng
hãa häc).
- Kh¸i niÖm vÒ n¨ng lîng ho¹t ho¸, quy t¾c Van h«p.
- Kh¸i niÖm ph¶n øng thuËn nghÞch – bÊt thuËn nghÞch, tr¹ng th¸i c©n b»ng,
h»ng sè c©n b»ng. §Þnh luËt t¸c dông khèi lîng (®èi víi ph¶n øng thuËn nghÞch).
- C¸c yÕu tè ¶nh hëng ®Õn c©n b»ng hãa häc, nguyªn lý L¬ Sat¬liª vÒ
chuyÓn dÞch c©n b»ng.
* VÒ mÆt kü n¨ng: Gióp häc sinh cã ®îc c¸c kü n¨ng sau:
- C¸ch x¸c ®Þnh nhiÖt ph¶n øng hãa häc.
+ Dùa vµo n¨ng lîng liªn kÕt.
+ Dùa vµo nhiÖt h×nh thµnh (nhiÖt sinh, sinh nhiÖt) cña hîp chÊt.
+ Dùa vµo ®Þnh luËt Hes (cã 2 ph¬ng ph¸p lµ chu tr×nh vµ tæ hîp c¸c ph¬ng
tr×nh nhiÖt hãa häc).
- VËn dông 2 nguyªn lý cña nhiÖt ®éng häc.
+ TÝnh biÕn thiªn entanpi H, biÕn thiªn entropi S, biÕn thiªn n¨ng lîng
tù do Gip G víi ph¶n øng hãa häc.
1
Chó ý: Trong thùc tÕ dïng H0, S0, G0: Ph¶n øng x¶y ra ë ®iÒu kiÖn tiªu
chuÈn: øng víi t0 = 250C hay 298K, p = 1atm. (Cßn tr¹ng th¸i chuÈn cña chÊt hay
®iÒu kiÖn chuÈn: khi p = 1atm, tr¹ng th¸i bÒn nhÊt cña chÊt ë ®iÒu kiÖn ®ã).
+ Tõ G0 kÕt luËn vÒ kh¶ n¨ng tù diÔn biÕn cña ph¶n øng.
+ Tõ n¨ng lîng tù do tÝnh h»ng sè c©n b»ng vµ ngîc l¹i, cña ph¶n øng xÐt ë
®iÒu kiÖn chuÈn.
G0 = - RTlnK
(1)
G0 = - 2,303.RTlgK
hoÆc
- ViÕt ®îc ph¬ng tr×nh ®éng häc cña ph¶n øng hãa häc (néi dung cña ®Þnh
luËt Gunbe – Vag¬) chó ý ®Õn ®¬n vÞ tèc ®é ph¶n øng.
- VËn dông quy t¾c Van H«p xÐt xem tèc ®é ph¶n øng t¨ng hay gi¶m ë 2
nhiÖt ®é T1, T2.
vT2 vT1 .kT
T2 T1 / 10
(2)
kT (: gama): hÖ sè nhiÖt ®é cña tèc ®é ph¶n øng.
vT1 , vT2 : Tèc ®é ph¶n øng ë nhiÖt ®é T1, T2.
- TÝnh HSCB víi ph¶n øng hãa häc x¶y ra ë ®iÒu kiÖn cô thÓ:
* Kc, Kp, Kx
aA + bB + … cC + dung dÞch + …
+ Trong pha láng: Kc (HSCB theo nång ®é).
+ Trong pha khÝ: Kp (gÇn ®óng ta dïng ¸p suÊt riªng phÇn pi).
+ Trong pha khÝ: Kx (HSCB theo ph©n sè mol).
* BiÓu thøc tæng qu¸t vµ liªn hÖ gi÷a c¸c HSCB.
c
d
C . D
Kc a
A . B b
Kx
[ ]: Nång ®é c©n b»ng cña chÊt ®ang xÐt.
PCc .PDd
PAa .PBb
Pi: ¸p suÊt riªng phÇn.
xCc .xDd
x Aa .xBb
xi
Kp
(5)
ni
=
n
Kp = Kc .(RT)n
2
Sè mol chÊt i
Tæng sè mol cña hÖ
Kp = Kx .Pn
P: ¸p suÊt chung cña ph¶n øng ®ang xÐt ë thêi
®iÓm c©n b»ng hãa häc thiÕt lËp.
n = (c + d) – (a + b)
+ C©n b»ng hãa häc bao gåm c¶ chÊt r¾n: dïng Kp, Kc.
b. C©u hái vµ bµi tËp
Trong khu«n khæ cho phÐp cña ®Ò tµi, díi ®©y chóng t«i chØ ph©n tÝch c¸c
vÝ dô ®iÓn h×nh.
VÝ dô 1:
*§Ò bµi :TÝnh H cña ph¶n øng sau:
CH4(k) + 4Cl2(k) CCl4(k) + 4HCl(k)
BiÕt c¸c gi¸ trÞ n¨ng lîng liªn kÕt:
C – Cl
H – Cl
C–H
Cl – Cl
326,30
430,9
414,2
242,6
kJ
* Môc ®Ých cña ®Ò:Yªu cÇu häc sinh dùa vµo n¨ng lîng liªn kÕt ®Ó x¸c
®Þnh H ph¶n øng.
* Híng dÉn gi¶i:
Ta cã:
H = 4EC – H + 4ECl – Cl – (4EC – Cl + 4EH – Cl) = - 401,6 kJ
VÝ dô 2:
* Häc sinh cÇn dùa vµo ®Þnh luËt Hes víi ph¬ng ph¸p tæ hîp c¸c ph¬ng
tr×nh nhiÖt hãa häc ®Ó x¸c ®Þnh nhiÖt ph¶n øng.
VÝ dô 3: [40, tr 198, 200, 202]
* §Ò bµi yªu cÇu vËn dông kiÕn thøc, kü n¨ng tÝnh H0, S0, G0 cña ph¶n
øng, kÕt luËn vÒ kh¶ n¨ng tù diÔn biÕn cña ph¶n øng.
VÝ dô 4:
* §Ò bµi: Tèc ®é cña ph¶n øng t¹o thµnh SO 3 tõ SO2 vµ O2 thay ®æi nh thÕ
nµo (t¨ng hay gi¶m bao nhiªu lÇn) khi gi¶m thÓ tÝch hçn hîp xuèng 3 lÇn?
*Môc ®Ých cña ®Ò:Yªu cÇu häc sinh vËn dông kiÕn thøc vÒ tèc ®é ph¶n
øng; kü n¨ng viÕt ph¬ng tr×nh ®éng häc cña ph¶n øng; thÓ tÝch hay nång ®é ¶nh
hëng ®Õn tèc ®é ph¶n øng.
* Híng dÉn gi¶i:
t0, p, xt
Ta cã:
2SO2+ O2
2SO3
3
2
2
+ Tr¹ng th¸i 1: v1= k. C SO
.CO k SO2 1 . O2 1
2
(a)
2
+ Tr¹ng th¸i 2: Khi gi¶m thÓ tÝch hçn hîp xuèng 3 lÇn nghÜa lµ nång ®é
chÊt t¨ng 3 lÇn
v2 k SO2 .3 2 . O2 .3 2 k SO2 1 . O2 1 .27
2
+ Tõ (a) vµ (b)
2
(b)
v2
27 lÇn
v1
+ KÕt luËn: Tèc ®é cña ph¶n øng t¹o SO3 t¨ng 27 lÇn.
VÝ dô 5:
* §Ò bµi: NÕu ë 1500C, mét ph¶n øng nµo ®ã kÕt thóc sau 16 phót, th× ë
1200C vµ 2000C ph¶n øng ®ã kÕt thóc sau bao nhiªu phót? Gi¶ sö hÖ sè nhiÖt ®é
cña ph¶n øng trong kho¶ng nhiÖt ®é ®ã lµ 2,0.
* Môc ®Ých cña bµi: Yªu cÇu häc sinh vËn dông quy t¾c Van H«p, tÝnh thêi
gian sau tõng nhiÖt ®é cho tríc.
* Híng dÉn gi¶i:
+ ë 1200C: Ta cã: v150 = 120.2(150 – 120)/10 = v120.23
Ph¶n øng kÕt thóc sau thêi gian t1 = 16.23 = 128 phót
+ ë 2000C: Ta cã: v200 = v150.25
Ph¶n øng kÕt thóc sau thêi gian t2 = 165 0,5 phót
2
*VËy nhiÖt ®é t¨ng th× tèc ®é ph¶n øng t¨ng nhanh cßn thêi gian kÕt thóc cµng
gi¶m.
VÝ dô 6:
VÝ dô 7:
*§Ò bµi: Cho ph¶n øng thuËn nghÞch
A+B C+D
(*)
Khi cho 1 mol A t¸c dông víi 1 mol B th× hiÖu suÊt cùc ®¹i cña ph¶n øng lµ
66,67%.
a) TÝnh HSCB cña ph¶n øng (*).
b) NÕu lîng A gÊp 3 lÇn lîng B th× hiÖu suÊt cùc ®¹i ph¶n øng b»ng bao nhiªu?
c) C©n b»ng bÞ dÞch chuyÓn nh thÕ nµo khi t¨ng nhiÖt ®é, biÕt nhiÖt ph¶n
øng H = 0?
4
* Môc ®Ých cña ®Ò: Yªu cÇu häc sinh tÝnh lîng chÊt sau ph¶n øng, tÝnh
h»ng sè c©n b»ng, vËn dông nguyªn lý L¬ Sat¬liª.
* Híng dÉn gi¶i:
a) Lóc c©n b»ng: sè mol cña
A, B lµ: 0,3333 mol
C, D lµ: 0,6667 mol
Tæng sè mol chÊt: 2 mol
+ ë ®©y n = 0 Kc = Kp = Kx = 4
b) Gäi x: lîng chÊt cùc ®¹i ph¶n øng (A)
+ Lóc c©n b»ng: sè mol cña
A lµ (3 – x)
B lµ (1 – x)
C, D lµ x
+ T×m ra x dùa vµo Kc = 4
x = 0,90 hay 90%.
c) Do H = 0. VËy khi t¨ng nhiÖt ®é c©n b»ng thùc tÕ kh«ng bÞ dÞch
chuyÓn, nhng tèc ®é ph¶n øng nhanh h¬n, nghÜa lµ ph¶n øng ®¹t tíi tr¹ng th¸i
c©n b»ng nhanh h¬n.
VÝ dô 26:
* §Ò bµi: Trong c«ng nghÖ ho¸ dÇu, c¸c ankan ®îc lo¹i hi®ro ®Ó chuyÓn
thµnh hi®rocacbon kh«ng no cã nhiÒu øng dông h¬n. H·y tÝnh nhiÖt cña mçi
ph¶n øng sau ®©y:
C4H10 C4H6 + H2
H10 (1)
CH4 C6H6 + H2
H20 (2)
BiÕt n¨ng lîng liªn kÕt E theo kJ. mol-1 cña c¸c liªn kÕt nh sau:
E
435,9
416,3
409,1
587,3
Liªn kÕt
H–H
C–H
C–C
C =
C
(víi c¸c liªn kÕt C – H, C – C, c¸c trÞ sè ë trªn lµ trung b×nh trong c¸c
hîp chÊt h÷u c¬ kh¸c nhau).
* Môc ®Ých cña ®Ò: Gióp häc sinh vËn dông kü n¨ng tÝnh nhiÖt ph¶n øng
dùa theo n¨ng lîng liªn kÕt, chó ý c©n b»ng ph¬ng tr×nh ph¶n øng.
* Híng dÉn gi¶i:
víi
C4H10 C4H6 + 2H2 (1)
tÝnh ®îc H10 = 437,6 kJ
5
6CH4 C6H6 + 9H2 (2)
tÝnh ®îc H20 = 581,1 kJ
VÝ dô 27:
* D¹ng ®Ò gióp häc sinh n¾m v÷ng lý thuyÕt vÒ nguyªn lý chuyÓn dÞch c©n
b»ng - c¸c yÕu tè ¶nh hëng, kü n¨ng tÝnh HSCB vµ lîng chÊt trong hÖ (c©n b»ng).
* Híng dÉn gi¶i:
1. VÝ dô ph¶n øng este ho¸:
CH3COOH + C2H5OH
CH3COOC2H5 + H2O
+ §Ó ph¶n øng nhanh ®¹t tíi tr¹ng th¸i c©n b»ng cÇn:
Dïng xóc t¸c lµ axit (HCl, H2SO4)
T¨ng nhiÖt ®é võa ph¶i
+ BiÖn ph¸p chuyÓn dÞch c©n b»ng vÒ phÝa t¹o thµnh este:
T¨ng nång ®é cña axit hoÆc rîu
Gi¶m lîng chÊt sau ph¶n øng (lÊy bít s¶n phÈm ra)
2.TÝnh HSCB:
+
K
C2
3,6
a c . b c
+ Lîng este t¨ng lªn lµ 1,44 lÇn.
* D¹ng ®Ò thi víi môc ®Ých lµ : gióp häc sinh n¾m v÷ng lý thuyÕt vÒ h»ng
sè c©n b»ng, sù chuyÓn dÞch c©n b»ng khi c¸c yÕu tè thay ®æi. MÆt kh¸c, tæng
hîp c¸c kü n¨ng: tÝnh h»ng sè c©n b»ng theo ®é ®iÖn li , ¸p suÊt P vµ ngîc l¹i ;
tÝnh n¨ng lîng tù do G0 theo H0, S0 ; ¸p dông quan hÖ Kp vµ Kc ®Ó tÝnh lîng
chÊt…
VÝ dô 28 :
* §Ò bµi : Sunfuryl®iclorua SO2Cl2 lµ ho¸ chÊt phæ biÕn trong ph¶n øng clo
ho¸. T¹i 3500C, 2 atm ph¶n øng:
SO2Cl2(k)
SO2(k) + Cl2(k)
(1) cã Kp = 50
1. H·y cho biÕt ®¬n vÞ cña trÞ sè ®ã vµ gi¶i thÝch HSCB K p nµy ph¶i cã ®¬n
vÞ nh vËy.
2. TÝnh % theo thÓ tÝch SO2Cl2(k) cßn l¹i khi (1) ®¹t tíi tr¹ng th¸i c©n b»ng
ë ®iÒu kiÖn ®· cho.
6
3. Ban ®Çu dïng 150 mol SO2Cl2(k), tÝnh sè mol Cl2(k) thu ®îc khi (1) ®¹t tíi
c©n b»ng. C¸c khÝ ®îc coi lµ khÝ lÝ tëng (k: khÝ)
*Môc ®Ých cña ®Ò:Yªu cÇu häc sinh vËn dông kü n¨ng tÝnh HSCB cña
ph¶n øng tõ ®ã tÝnh sè mol,% theo thÓ tÝch cña chÊt.
* Híng dÉn gi¶i:
1.
KP
PSO2 .PCl2
PSO2Cl2
50 atm
2. C¸ch 1:+ Gäi sè mol SO2Cl2(k) ban ®Çu lµ 1 mol
cã ®é ph©n li lµ
2
+ Dùa vµo biÓu thøc K P P. 2 50 tÝnh ®îc = 0,9806
1
+ Sè mol SO2Cl2(k) cßn l¹i lµ 1 - = 0,0194 mol. Do vËy % theo thÓ
tÝch SO2Cl2(k) cßn l¹i lµ 0,98%.
C¸ch 2: SO2Cl2(k)
SO2(k) + Cl2(k)
(1) Kp = 50 atm
+ Dùa vµo biÓu thøc tÝnh
KP
+ ¸p suÊt lóc c©n b»ng: PSO Cl
2
P2
50
2 2P
2(k )
0,0196
tÝnh ®îc P = 0,9902 atm
atm
Do vËy, sè mol SO2Cl2(k) = 0,0098 hay 0,98%. (trong cïng nhiÖt ®é, ¸p
suÊt: % theo sè mol còng nh % theo thÓ tÝch)
3. Ban ®Çu dïng 150 mol SO2Cl2(k), sè mol Cl2(k) lóc c©n b»ng
nCl2 nSO2 nSO2Cl2 150 0,9806 147,09 mol.
VÝ dô 29: [12, ®Ò 2002 – 2003]
* §Ò bµi:
Khi nung nãng ®Õn nhiÖt ®é cao PCl5 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 PCl 5. Sau khi ®¹t tíi c©n b»ng ¸p suÊt khÝ trong
b×nh b»ng P.
a) H·y thiÕt lËp biÓu thøc cña KP theo ®é ph©n li vµ ¸p suÊt P.
b) ThiÕt lËp biÓu thøc cña KC theo , m, V.
7
2. Trong thÝ nghiÖm 1 thùc hiÖn ë nhiÖt ®é T1 ngêi ta cho 83,300 gam PCl5
vµo b×nh dung tÝch V1. Sau khi ®¹t tíi c©n b»ng ®o ®îc P1 = 2,700 atm. Hçn hîp
khÝ trong b×nh cã tØ khèi so víi H2 b»ng 68,862. TÝnh vµ Kp.
3. Trong thÝ nghiÖm 2 gi÷ nguyªn lîng PCl5 vµ nhiÖt ®é nh ë thÝ nghiÖm 1 nhng thay dung tÝch lµ V2 th× ®o ®îc ¸p suÊt c©n b»ng lµ 0,500 atm. TÝnh tØ sè
V2
.
V1
4. Trong thÝ nghiÖm 3 gi÷ nguyªn lîng PCl5 vµ dung tÝch b×nh V1 nh thÝ
nghiÖm 1 nhng h¹ nhiÖt ®é cña b×nh ®Õn T3 = 0,9T1 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 PCl 5 thu nhiÖt hay ph¸t
nhiÖt.
Cho: Cl = 35,453; P = 30,974; H = 1,008. c¸c khÝ ®Òu lµ khÝ lý tëng.
*Môc ®Ých cña ®Ò:Yªu cÇu häc sinh thiÕt lËp biÓu thøc liªn hÖ h»ng sè c©n
b»ng theo ®é ph©n li, ¸p suÊt, thÓ tÝch, khèi lîng.Tõ ®ã tÝnh c¸c ®¹i lîng liªn
quan.
* Híng dÉn gi¶i:
1. ThiÕt lËp biÓu thøc cña KP, KC:
Ph¬ng tr×nh: PCl5(k)
PCl3(k) + Cl2(k)
Ban ®Çu:
a
C©n b»ng:
a–x
x
x
mol
+ Tæng sè mol khÝ lóc c©n b»ng: n = a + x
Trong ®ã:
a
m
;
208,239
x
a
* TÝnh KP
+ ¸p suÊt riªng phÇn lóc c©n b»ng cña mçi khÝ
PPCl5
+ HSCB
a x
.P;
ax
KP =
PPCl3 PCl2
PPCl3 .PCl2
PPCl5
x
.P
ax
2
.P
1 2
* TÝnh KC (cã 2 c¸ch)
C¸ch 1: + TÝnh nång ®é c©n b»ng cña mçi khÝ
PCl5 a1 ;
V
PCl3 Cl2 a.
V
8
PCl 3 Cl 2
a 2
m 2
+ HSCB K C
PCl5
V 1 208,239V 1
C¸ch 2: + Ta biÕt:
KP = KC .(RT)
+
KP
a 2
m 2
RT V 1 208,239V 1
KC
khÝ = 1
ë ®ã PV = nRT = (a + x)RT = a (1+ )RT
hay RT =
PV
a 1
2. ThÝ nghiÖm 1:
* TÝnh 1
+ Sè mol PCl5 ban ®Çu:
a=
83,30
0,400
208,239
mol
+ Khèi lîng trung b×nh M cña hçn hîp lóc c©n b»ng
62,826 x 2,016 = 138,753 g/mol
+ Tæng sè mol khÝ lóc c©n b»ng
n1 a1 1 0,600mol
83,30
M
tÝnh ®îc 1= 0,500.
* T×m KP t¹i nhiÖt ®é T1
2
0,5 .2,70 0,900
K PT1 1 2 .P1
2
1 1
1 0,5
2
3. ThÝ nghiÖm 2 :
- gi÷ nguyªn nhiÖt ®é : KP kh«ng ®æi
- Gi÷ nguyªn sè mol PCl5
a = 0,400 mol
- ¸p suÊt c©n b»ng P2 = 0,500 atm
* Ta cã:
2
2
K PT 2 2 .P2 2 2 0,50 0,900
2
1 2
1 2
tÝnh ®îc 2 = 0,802
+ Tæng sè mol lóc c©n b»ng
n2 = a (1 + 2) = 0,4 (1 + 0,802) = 0,721 mol
* T×m quan hÖ gi÷a V1, V2, P1, P2, n1, n2
9
+ ThÓ tÝch b×nh trong thÝ nghiÖm 2
V2
n RT
n2 RT2
so víi V1 1
P2
P1
V2 n2 P1
6,489 lÇn
V1 n1 P2
4. ThÝ nghiÖm 3:
- Thay ®æi nhiÖt ®é: KP thay ®æi (T3 = 0,9T1)
- Gi÷ nguyªn sè mol PCl5 a = 0,400 vµ V1
- ¸p suÊt c©n b»ng P3 = 1,944 atm (do nhiÖt ®é gi¶m, tæng sè mol khÝ n 3
thay ®æi, n3 n1)
* T×m 3
+ n3 = a (1 + 3) = 0,4 (1 + 3)
+ Ta cã:
P1V1 = nRT1
P3.V1 = n3.RT3 = n3.R.0,9T1
P3 n3
1,944 0,41 3 .0,9
.0,9
P1 n1
2,7
0,6
TÝnh ®îc
* TÝnh
3 0,2
n3 0,48mol
K PT3
3
K PT3 3 2 .P3 0,081
1 3
* NhËn xÐt: Khi h¹ nhiÖt ®é, KP gi¶m lµm c©n b»ng chuyÓn dÞch theo chiÒu
nghÞch – lµ chiÒu ph¸t nhiÖt. ChiÒu thuËn lµ chiÒu thu nhiÖt.
VÝ dô 30: [12, ®Ò 2001 – 2002]
* §Ò bµi: T¹i 250C ph¶n øng: 2N2O5(k) 4NO2(k) + O2(k) cã h»ng sè tèc ®é
k = 1,8.10-5.s-1; biÓu thøc tÝnh tèc ®é ph¶n øng v = k. C N O . Ph¶n øng trªn x¶y ra
2
5
trong b×nh kÝn thÓ tÝch 20,0 lÝt kh«ng ®æi. Ban ®Çu lîng N2O5 cho võa ®Çy b×nh. ë
thêi ®iÓm kh¶o s¸t, ¸p suÊt riªng phÇn N2O5 lµ 0,070 atm. C¸c khÝ ®Òu lµ lÝ tëng.
1. TÝnh tèc ®é:
10
a) Tiªu thô N2O5.
b) H×nh thµnh NO2, O2.
2. TÝnh sè ph©n tö N2O5 ®· bÞ ph©n tÝch sau 30 s.
3. NÕu ph¶n øng trªn cã ph¬ng tr×nh 2N2O5(k) 2NO2(k) + 1/2 O2(k) th× trÞ
sè tèc ®é ph¶n øng, h»ng sè tèc ®é ph¶n øng cã thay ®æi kh«ng? Gi¶i thÝch?
* Môc ®Ých cña ®Ò: Gióp häc sinh cñng cè kiÕn thøc vÒ tèc ®é ph¶n øng;
kü n¨ng: viÕt ph¬ng tr×nh ®éng häc cña ph¶n øng, biÓu thÞ vµ tÝnh tèc ®é h×nh
thµnh, tèc ®é tiªu thô, tÝnh sè ph©n tö bÞ ph©n tÝch, mÆt kh¸c t¹i nhiÖt ®é T x¸c
®Þnh: tèc ®é ph¶n øng vp vµ h»ng sè tèc ®é ph¶n øng k ®Òu kh«ng ®æi.
* Híng dÉn gi¶i:
1.a) - TÝnh tèc ®é cña ph¶n øng theo biÓu thøc
+
trong ®ã: C N O
2
vp = k. C N O
2
nN 2 O5
5
V
PN 2 O5
RT
(1)
5
0,070
2,8646.10 3 mol.l-1
0,082.298
(2)
+ vp = 2,8646.10-3 x 1,8.10-5 = 5,16.10-8 mol.l-1.s-1
- TÝnh tèc ®é tiªu thô N2O5: vttN O
2
5
2N2O5(k) 4NO2(k) + O2(k)
+
+ vttN O
2
dC N 2O5
dt
5
2. vp = - 2.5,16.10-8 = -1,032.10-7 mol.l-1.s-1 (3)
- TÝnh tèc ®é h×nh thµnh NO2, O2: vhtNO , vhtO
2
+
vhtNO2
+
vhtO2
dC NO2
dt
dCO2
dt
2
4 .vp = 2,046.10-7 mol.l-1.s-1
vp = 5,16.10-8 mol.l-1.s-1
2. TÝnh sè ph©n tö N2O5 bÞ ph©n tÝch sau thêi gian t: N N O
2
N N 2 O5 N vttN 2 O5 Vb×nh
5
x t x N0
= 1,032.10-7 x 20 x 30 x 6,023.1023 = 3,729.1019 ph©n tö
3. Ph¬ng tr×nh N2O5(k) 2NO2(k) + 1/2O2(k)
T¹i nhiÖt ®é T x¸c ®Þnh, tèc ®é ph¶n øng vp vµ k ®Òu kh«ng ®æi v× :
+ k chØ phô thuéc vµo nhiÖt ®é
11
+ Theo (1), khi k = const, C N
PC – P0 (Torr)
2PC – P0 (Torr)
k (mol-1.l.phót-1)
0
632
2 O5
13,5
605
0,811
= const th× v = const
47,8
536,4
0,864
85,2
461,6
0,888
122,7
386,6
0,882
157,4
317,2
0,861
* NhËn xÐt: C¸c gi¸ trÞ k xÊp xØ nhau nªn ph¶n øng (1) thuéc bËc 2.
b) H»ng sè tèc ®é ph¶n øng k .
5
ki
k i 1
n
0,8612
mol-1.l.phót-1
Bµi 8:
1. Ph¶n øng tù oxi ho¸ - khö trong m«i trêng kiÒm:
3BrO- BrO3- + 2Br-
(1)
x¶y ra theo quy luËt ®éng häc bËc 2. Nång ®é ban ®Çu cña BrO - lµ 0,1
kmol.m-3; h»ng sè tèc ®é k = 9,3.10-4 m3 (kmol.s)-1
a) Sau bao l©u th× 30%, 99% BrO- bÞ chuyÓn ho¸?
b) TÝnh chu kú b¸n huû t1/2 cña ph¶n øng (1).
2. Chøng minh r»ng ®èi víi ph¶n øng mét chiÒu bËc 2
2A s¶n phÈm cã t1/2 =
1
k.a
Trong ®ã: a lµ nång ®é ban ®Çu cña A (ë t = 0).
Môc ®Ých cña bµi: Yªu cÇu häc sinh viÕt ®îc ph¬ng tr×nh ®éng häc cña
ph¶n øng, tÝnh nång ®é vµ thêi gian cña chÊt bÞ chuyÓn ho¸, tÝnh thêi gian nöa
ph¶n øng; chøng minh biÓu thøc tÝnh t1/2 cña ph¶n øng.
Híng dÉn gi¶i:
1. a) Gäi thêi gian ®Ó 30% BrO- bÞ chuyÓn ho¸ lµ t1.
99% BrO- bÞ chuyÓn ho¸ lµ t2.
1 d BrO
k BrO
3
dt
+ BiÓu thøc tèc ®é ph¶n øng : v .
2
Nång ®é ban ®Çu a = 0,1 ; lîng chuyÓn ho¸ x1 = 0,03
x2 = 0,099.
+ Lîng cßn l¹i:
a – x1 = 0,07
a – x2 = 0,001
+ Theo quy luËt ®éng häc bËc 2 ta cã biÓu thøc:
12
.
1 1
1
t
k a x a
Thay c¸c gi¸ trÞ a, a – x, k t×m ®îc: t1 = 4608,3 s (76,8 phót)
t2 = 106,45.104 s (1,77.104 phót)
b) Chu kú b¸n huû :
t1/2 =
1
k.a
+ TÝnh ®îc t1/2 = 10753 s (179,2 phót)
2. Chøng minh :
+ Gäi x lµ lîng A ph¶n øng.
2A s¶n phÈm.
t=0
a
0
t=
a–x
x
+ BiÓu thøc tèc ®é ph¶n øng : v =
v=
hay
dx
2
k a x
dt
(*)
d CA
dt
k .C A2
d a x
2
k . a x
dt
Ph¬ng tr×nh tèc ®é d¹ng vi ph©n.
+ LÊy tÝch ph©n cña (*):
dx
a x
2
k .dt
1
kt C
a x
Khi t = 0 x = 0 C =
kt
hay
1 1
1
k
ta x a
+ Khi x =
1
a
1
1
a x a
(**) Ph¬ngtr×nh tèc ®é d¹ng tÝch ph©n.
1
a
th× k = t .a hay t1/2 = 1
k.a
1 2
2
Bµi 9: Cho ph¶n øng “khÝ níc”
CO2 + H2
CO + H2O
13
(§iÒu ph¶i chøng minh)
a) TÝnh G cña ph¶n øng ë 1000 K, biÕt H vµ S ë 1000 K lÇn lît
lµ: 35040 J.mol-1; 32,11 J. mol-1.K-1.
b) TÝnh HSCB KC, KP cña ph¶n øng ë 1000K.
c) Mét hçn hîp khÝ chøa 35% thÓ tÝch H2, 45% thÓ tÝch CO vµ 20% thÓ
tÝch h¬i níc ®îc nung nãng tíi 1000 K.
X¸c ®Þnh thµnh phÇn hçn hîp (theo % thÓ tÝch) ë tr¹ng th¸i c©n b»ng.
Môc ®Ých cña bµi: Yªu cÇu häc sinh tÝnh G , HSCB KC, KP cña ph¶n øng
ë 1000 K tõ ®ã x¸c ®Þnh thµnh phÇn hçn hîp theo % thÓ tÝch cña chÊt trong hçn
hîp.
Híng dÉn gi¶i:
a) ¸p dông biÓu thøc: G H TS
0
0
0
0
0
Thay gi¸ trÞ
S 0 , H 0
0
0
, T tÝnh ®îc
0
G1000
2930 J
b) HSCB: KP = KC = 0,703.
c) Thµnh phÇn hçn hîp (theo % thÓ tÝch) cña:
CO: 34,6%;
CO2: 10,4%;
H2O: 9,6%;
Bµi 10: Cho biÕt ph¶n øng:
CH4(k)
vµ
0
S 298
C(gr) + 2H2(k);
H2: 45,4%
0
G298
74,85kJ
(J.K-1.mol-1) cña CH4(k) lµ 186,19; cña C(gr) lµ 5,69; cña H2(k) lµ 130,59.
a) TÝnh G cña ph¶n øng ë nhiÖt ®é 298 K.
b) Ph¶n øng cã lnKp = - 15,17 – 7905,73 T-1 + 3,68 lnT.
TÝnh Kp cña ph¶n øng, so s¸nh c¸c gi¸ trÞ Kp ë 500K vµ 1000K. KÕt qu¶ ®ã
cã phï hîp víi nguyªn lý L¬ Sat¬liª kh«ng?
Môc ®Ých cña bµi: Yªu cÇu häc sinh tÝnh G cña ph¶n øng, tÝnh KP ë 2
nhiÖt ®é bÊt kú, vËn dông nguyªn lý L¬ Sat¬liª ®Ó gi¶i thÝch kÕt qu¶.
Híng dÉn gi¶i:
0
0
a) TÝnh:
0
0
0
=
G298
H 298
TS 298
50807 J
(T = 298 K).
b) ë 500 K, tÝnh KP 3.10-4
ë 1000 K, tÝnh KP 10,43.
K P500 K K P1000 K
Ph¶n øng thu nhiÖt, khi nhiÖt ®é t¨ng th× K P t¨ng. VËy kÕt qu¶ trªn phï hîp
víi nguyªn lý L¬ Sat¬liª.
14
Bµi 11: C©n b»ng: N2O4(k)
2NO2(k)
nhËn ®îc xuÊt ph¸t tõ a mol N2O4 tinh khiÕt.
a) Gäi lµ ®é ph©n li cña N2O4: =
Sè mol N2O4 bÞ ph©n li
Sè mol N2O4 ban ®Çu
TÝnh sè mol NO2, N2O4 vµ tæng sè mol cña hÖ khi c©n b»ng theo a vµ .
b) TÝnh ¸p suÊt riªng phÇn cña NO 2, N2O4 theo vµ ¸p suÊt tæng céng P
cña hÖ khi c©n b»ng.
c) ThiÕt lËp biÓu thøc sù phô thuéc cña HSCB Kp vµo P vµ .
d) NÕu ban ®Çu cã 1,588 g N2O4 trong b×nh dung tÝch 0,5 lÝt, ë 25 0C vµ ¸p
suÊt P lóc c©n b»ng lµ 760 mmHg th× , KP, ¸p suÊt riªng phÇn cña NO2, N2O4 lµ
bao nhiªu?
Môc ®Ých cña bµi: Yªu cÇu häc sinh thiÕt lËp vµ tÝnh sè mol, ¸p suÊt riªng
phÇn cña chÊt, tÝnh HSCB KP ë ®iÒu kiÖn cô thÓ.
Híng dÉn gi¶i:
a) XÐt c©n b»ng: N2O4(k)
2NO2(k)
Ban ®Çu:
a
a (1 - )
C©n b»ng:
+ Sè mol
NO2:
2a
2a
N2O4: a (1 - )
Tæng sè mol cña hÖ: a (1 + )
b) ¸p suÊt riªng phÇn cña N2O4, NO2:
1
PN 2O4
.P
1
2
PNO2
.P
1
c) Ta biÕt:
KP
2
PNO
2
PN 2O4
Thay c¸c biÓu thøc PN O , PNO råi biÕn ®æi ta ®îc:
2
4
2
4 2
KP
.P
1 2
15
d) + §· biÕt: a = 0,01726 mol; V = 0,5 lÝt; P = 1 atm.
TÝnh sè mol cña hÖ lóc c©n b»ng:
+ Ta cã:
n
PV
0,02046
R.T
a (1 + ) = n hay = 0,1854
+ TÝnh KP = 0,1424
+ PN O 0,687 atm ; PNO 0,313 atm
2
4
2
Bµi 12 : ë nhiÖt ®é T, ¸p suÊt 1 atm cã c©n b»ng sau :
N2O4(k)
2NO2(k)
(1)
Gi¶ thiÕt c¸c khÝ ®Òu lµ khÝ lÝ tëng.
a) ThiÕt lËp biÓu thøc HSCB KP lµ d¹ng mét hµm cña ®é ph©n li vµ ¸p
suÊt chung P.
b) X¸c ®Þnh KP, KC, G cña ph¶n øng (1) ë 333 K, = 0,525.
0
c) X¸c ®Þnh H, S cña ph¶n øng (1) ë 333 K. Cho biÕt ë 373 K cã KP = 14,97.
d) TÝnh KP cña ph¶n øng (1) khi = 11%. §é ph©n li thay ®æi nh thÕ nµo
khi P tõ 1 atm gi¶m cßn 0,8 atm ?
e) §Ó ®¹t tíi 8% th× ph¶i nÐn hçn hîp khÝ tíi ¸p suÊt nµo ? NhËn xÐt vÒ
chiÒu cña ph¶n øng (1).
Môc ®Ých cña bµi : Yªu cÇu häc sinh thiÕt lËp biÓu thøc tÝnh K P theo ,
P ; x¸c ®Þnh KP, KC, G , H, S cña ph¶n øng ë ®iÒu kiÖn cô thÓ, ¸p dông
nguyªn lÝ L¬ Sat¬liª ®Ó x¸c ®Þnh chiÒu ph¶n øng.
Híng dÉn gi¶i:
0
a)
4 2
KP
.P
1 2
b) KP = 1,52 ; KC = 0,0557 mol.l-1 ; G 0 = - 1,16 kJ.mol-1
c) H = 59,103 kJ.mol-1 ; S = 181 J.mol-1.K-1
d) Thay = 0,11 vµo tÝnh ®îc KP = 0,049.
Khi P tõ 1 atm gi¶m cßn 0,8 atm, ®é ph©n li t¨ng c©n b»ng (1) chuyÓn
dÞch theo chiÒu tõ tr¸i sang ph¶i.
16
e) = 0,08 ; KP = 0,049 ta tÝnh ®îc P = 1,9 atm.
VËy khi gi¶m c©n b»ng (1) chuyÓn dÞch theo chiÒu tõ ph¶i sang tr¸i.
Bµi 13:
1. Thùc hiÖn tæng hîp NH3 theo ph¶n øng:
N2(k) + 3H2(k)
2NH3(k)
(1)
a) Chøng minh r»ng ë nhiÖt ®é, ¸p suÊt x¸c ®Þnh, hiÖu suÊt ph¶n øng sÏ cùc
®¹i nÕu thµnh phÇn mol cña hçn hîp c¸c chÊt t¸c dông lÊy ®óng theo hÖ sè tû lîng cña chóng.
b) ë 723 K ph¶n øng (1) cã K P 2.10 4
1
ë 850 K ph¶n øng (1) cã K P 0,2.10 4
2
T×m nhiÖt ®é cña sù chuyÓn ho¸ (ë kho¶ng nhiÖt ®é) trªn.
2. Ph¶n øng (1) cã H 0 92,5kJ . Khi ph¶n øng ®¹t c©n b»ng thu ®îc
36% NH3 díi ¸p suÊt 300 atm, 4500C.
a) TÝnh HSCB KP.
b) ë 4500C ph¶i dïng ¸p suÊt bao nhiªu ®Ó ®¹t 50% NH3.
c) Díi ¸p suÊt 300 atm th× ë nhiÖt ®é nµo ®Ó ®¹t 50% NH 3. Cho biÕt chiÒu
cña c©n b»ng (1).
Môc ®Ých cña bµi: Gióp cho häc sinh cã kÜ n¨ng tæng hîp: chøng minh gi¶
thiÕt lµ ®óng, tÝnh HSCB KP, tÝnh sè mol, nhiÖt ®é (¸p dông biÓu thøc cña ®Þnh
luËt KiecHoff), t×m ¸p suÊt, vµ xÐt chiÒu ph¶n øng.
Híng dÉn gi¶i:
1.a) Ph¶n øng:
N2(k) + 3H2(k)
2NH3(k) (1)
+ Gi¶ thiÕt:
KP
PN 2 PH 2 PNH 3 P 1atm
2
PNH
3
PN 2 .PH32
2
x NH
.P 2
3
(2)
K x P 2
x N 2 .x H3 2 .P 4
+ LÊy Nªpe 2 vÕ cña (2):
ln Kx = ln KP + 2ln P
ln K x 2 ln x NH 3 ln x N 2 3 ln x H 2
2.
dx NH 3
x NH 3
dx N 2
x N2
3dx H 2
xH 2
+ HiÖu suÊt ph¶n øng sÏ cùc ®¹i khi ln Kx = 0
17
(3)
x NH3 x N2 xH 2 1
dx NH3 dx N2 dx H 2 0
P 1atm
Ta cã:
dxNH3 0
Khi x 1
(a)
NH3
dxN2 dxH2 0 dxN2 dxH2
+ Thay (a) vµo (3) ®îc:
x H 2 3 x N 2
Do vËy tØ lÖ phÇn mol cña N2 : H2 lµ 1 : 3
b) + Ta cã:
H 0 S 0 A
ln K P1
B
RT1
R
T1
H 0 S 0 A
ln K P2
B
RT2
R
T2
(BiÕn ®æi tõ biÓu thøc: G0 = H0 - TS0 = -RT ln KP)
ln
K P2
K P1
1 1
A
T2 T1
(b)
Thay c¸c gi¸ trÞ K P , K P , T1 , T2 vµo (b) tÝnh ®îc:
1
A = 11144,162;
2
B = - 18,721
+ MÆt kh¸c: G = - RT lnK
Trong ®ã:
ln K
A
11144,162
B
18,721
T
T
Khi ph¶n øng ®¹t tr¹ng th¸i c©n b»ng: G = 0 lnK = 0
hay T = 595,3 K
VËy nhiÖt ®é cña sù chuyÓn ho¸ trªn lµ 595,3 K.
2. a) HSCB KP:
18
2NH3(k) (1); H0 = - 92,5 kJ
+ Ph¶n øng: N2(k) + 3H2(k)
Ban ®Çu:
C©n b»ng:
1
3
0
1 - 3(1 - )
2
Tæng sè mol hÖ lóc c©n b»ng: 4 - 2
HiÖu suÊt ph¶n øng ®¹t 36% NH3 nghÜa lµ
2
0,36
4 2
hay = 0,529.
+ Ta cã:
K P1
Trong ®ã:
2
x NH
3
x N 2 .x
3
H2
(2)
.P 2
x NH 3 0,36 ; x N 2 0,16 ;
x H 2 0,48 ;
Thay c¸c gi¸ trÞ vµo (2) ta tÝnh ®îc:
P = 300 atm.
K P1 0,813.10 4
b) ë 4500C, K P 0,813.10 4 .
1
+ HiÖu suÊt ph¶n øng ®¹t 50% NH3 nghÜa lµ:
+ Trong ®ã: x NH 0,5 ;
2
0,5
4 2
hay = 0,667
x N 2 0,125 ; x H 2 0,375 .
3
Thay c¸c gi¸ trÞ vµo (2) ta tÝnh ®îc: P = 683 atm
c) Díi P = 300 atm, 4500C tÝnh ®îc K P 0,813.10 4
1
VËy P = 300 atm, ( t 20 ) T2 = ? , K P ?
2
+ TÝnh xem ë P = 300 atm, K P ?
2
Theo b) ë 4500C:
x NH 3 0,5 ;
x N 2 0,125 ; x H 2 0,375 ;
P = 300 atm;
= 0,667.
Thay c¸c gi¸ trÞ vµo (2) tÝnh ®îc K P 4,21.10 4
2
+ T×m nhiÖt ®é ( t 20 ) T2.
¸p dông biÓu thøc cña ®Þnh luËt KiecHoff:
Ta cã:
ln
K P2
K P1
H 0 1
1
R T1 T2
(c)
Thay c¸c gi¸ trÞ: K P , K P , T1 vµo (c) tÝnh ®îc T2 = 653,1K hay 380,10C
1
2
* NhËn xÐt:
19
T¹i
T1 = 723K cã K P 0,813.10 4
1
T2 = 653,1K cã K P 4,21.10 4
2
Ph¶n øng (1) lµ to¶ nhiÖt H0 < 0), KP tØ lÖ nghÞch víi T.
Khi nhiÖt ®é gi¶m, KP t¨ng. VËy c©n b»ng (1) chuyÓn dÞch theo chiÒu tõ
tr¸i sang ph¶i (t¹o NH3).
Bµi 14:
Amoniac (NH3) ®îc tæng hîp theo ph¶n øng:
N2(k) + 3H2(k)
2NH3(k)
(1)
1. Chøng minh r»ng ë nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt nhÊt ®Þnh nång ®é cña NH3 lµ lín
nhÊt nÕu xuÊt ph¸t tõ hçn hîp cã tØ lÖ N2 : H2 lµ 1 : 3 theo sè mol.
2. a) Dïng sè liÖu nhiÖt ®éng díi ®©y:
N2
H2
NH3
:
0
0
H 298
k .J .mol 1 :
0
191,49
0
S 298
J .K 1 .mol 1
- 46,19
130,59
192,51
TÝnh G0 cña ph¶n øng ë 250C
b) NÕu coi
0
H 298
vµ
0
S 298
cña ph¶n øng lµ kh«ng ®æi theo nhiÖt ®é th× ë
nhiÖt ®é nµo ph¶n øng ®æi chiÒu ?
3. §Ó cã hiÖu suÊt NH3 cao, cÇn tiÕn hµnh ph¶n øng ë ¸p suÊt nh thÕ nµo ?
V× sao ?
4. TÝnh xem cÇn ph¶i tiÕn hµnh ph¶n øng ë ¸p suÊt lµ bao nhiªu ®Ó hiÖu
suÊt chuyÓn ho¸ hçn hîp ban ®Çu (N2 + 3H2) lµ 90%, nÕu ph¶n øng ®îc thùc hiÖn
ë 4500C vµ tØ lÖ mol cña N2 : H2 lµ 1 : 3 ?
Môc ®Ých cña bµi : Yªu cÇu häc sinh chøng minh gi¶ thiÕt, tÝnh G0 cña
ph¶n øng, t×m nhiÖt ®é ph¶n øng ®æi chiÒu, tÝnh ¸p suÊt ë ®iÒu kiÖn bÊt kú.
Híng dÉn gi¶i:
1. Tõ tØ lÖ N2 : H2 lµ 1 : 3 theo sè mol hay x H 3 x N
2
+ Ta gi¶ thiÕt :
Mµ
PN 2 PH 2 PNH 3 P 1atm
KP = Kx.P-2 hay Kx = KP.P2
(2)
LÊy Nªpe 2 vÕ cña (2), biÕn ®æi ta cã :
20
2
- Xem thêm -