Quyển 1 chuyên Đề Ôn thi học sinh giỏi môn hóa học Đại cương

TÀI LIỆU BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI HÓA CẤP TỈNH 10,11,12 CHUYÊN ĐỀ HÓA HỌC ĐẠI CƯƠNG CĐ 1: LIÊN KẾT HÓA HỌC – CẤU TRÚC HÌNH HỌC CỦA PHÂN TỬ CĐ 2: HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA CÁC QUÁ TRÌNH HÓA HỌC CĐ 3: HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA CÁC QUÁ TRÌNH HÓA HỌC CĐ 4: CÂN BẰNG HÓA HỌC CĐ 5: pH CỦA CÁC DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LI CĐ 6: ĐIỀU KIỆN KẾT TỦA VÀ HÒA TAN KẾT TỦA TÀI LIỆU CÓ LÝ THUYẾT, BÀI TẬP LIÊN QUAN ĐẦY ĐỦ, HƯỠNG DẪN GIẢI NGAY PHÍA DƯỚI CÂU HỎI ĐƯỢC TỔNG HỢP TỪ ĐỀ THI HSG HÓA CÁC TỈNH CỦA CÁC NĂM.

CHUYÊN ĐỀ 1 LIÊN KẾT HÓA HỌC – CẤU TRÚC HÌNH

2 Mô hình đẩy giữa các cặp electron hóa trị (thuyết Gillespie)

Mô hình đẩy giữa các cặp electron hóa trị (VSEPR) do Gillespie đề xuất để dự đoán cấu trúc

phân tử dựa vào sự suy luận như sau

Các cặp electron liên liên kết và không liên kết (có khi là electron độc thân) ở lớp ngoài phân bố xung quanh nguyên tử sao cho lực đẩy giữa chúng là nhỏ nhất.

Công thức VSEPR của phân tử được viết AXmEn, trong đó m là số nguyên tử X liên kết vớinguyên tử trung tâm A, n là số cặp electron và electron độc thân không liên kết ở lớp ngoài của A.Tổng số m + n cho phép ta suy đoán cấu trúc phân tử và từ đó có thể biết được kiểu lai hóa các

AO của nguyên tử trung tâm A

Hình 3.6 Biểu diễn không gian cấu trúc phân tử AXmEn theo thuyết Gillespie

2 Các hệ quả cấu trúc theo thuyết Gillespie

- Cặp electron không liên kết chịu tác động của một hạt nhân A nên chiếm khoảng không gian lớn hơn, do đó tác dụng đẩy mạnh hơn so với cặp electrong đã liên kết Từ đó tác dụng đẩy của các cặp electron khác nhau giảm theo thứ tự:

KLK – KLK > KLK – LK > LK – LK

(KLK – cặp electron không liên kết, LK – cặp electron liên kết)

Thí dụ: Xét cấu trúc 3 phân tử: CH4; NH3 và H2O (m + n = 4) Góc liên kết giảm theo thứ tự:

HCH (109,470) > HNH (107,30) > HOH (104,50)

- Cặp electron đẩy mạnh hơn electron độc thân Ví dụ NO2 và (đều có m + n = 3) Góc liênkết giảm: ONO(NO2) > ONO ( )

- Nguyên tử X có độ âm điện lớn (trừ với hợp chất chứa H) sẽ hút các electron liên kết về phía mình, làm giảm tác dụng đẩy của các electron này nên góc liên kết hẹp bớt Ví dụ: SbI3; SbBr3; SbCl3(m + n = 4) Góc liên kết giảm theo thứ tự: IsbI (990) > BrSBBr (98,20) > ClSbCl (97,10).

- Nguyên tử trung tâm A có độ âm điện nhỏ, cặp elctron liên kết ở xa hạt nhân hơn, làm lực đẩy của cặp electron này giảm, góc liên kết giảm Ví dụ: H2O; H2S; H2Se và H2Te (m + n = 4) Góc liênkết giảm theo thứ tự: HOH (104,50) > HSH (920) > HseH (910) > HteH (900)

- Liên kết bội có lực đẩy mạnh hơn liên kết đơn, nên làm biến dạng đôi chút góc liên kết Ví dụ:

F2C=O và (CH3)2C=CH2 (m + n = 3) Góc liên kết F2C=O: FCF = 1080; OCF = 1260; góc liên kết(CH3)2C=CH2: CH3CCH3 = 115,60; CCCH3 = 122,20

- Trong các phân tử AX 4 E 1 ; AX 3 E 2 và AX 2 E 3 với m + n = 5, các cặp electron E chiếm vị trí xích đạo.

- Trong phân tử AX 4 E 2 với m + n = 6, các cặp electrong E chiếm vị trí trans.

Bảng 3.1 Cấu trúc của một số phân tử và ion theo thuyết Gillespie

m + n Trạng thái lai hóa Công thức VSEPR Sơ đồ đa diện Cấu trúc phân tử AX

AX5E0 3.6h Chóp đôi tam giác PCl5; SOF4

AX4E1 3.6i Bốn mặt lệch TeCl4; IOF3

II BÀI TẬP CÓ HƯỚNG DẪN GIẢI

Câu 1 (HSG QUẢNG BÌNH lớp 11 - 2018): Hãy cho biết trạng thái lai hoá của nguyên tử trung tâm

và dạng hình học của mỗi phân tử và ion sau đây: BeH2, BF3, NF3, , ,

Giải:

BeH2: Be lai hóa sp, phân tử có dạng thẳng

BCl3: B lai hóa sp2, phân tử có dạng tam giác đều, phẳng

NF3: N lai hóa sp2, phân tử có dạng hình chóp đáy tam giác đều với N nằm ở đỉnh chóp

: Si lai hóa sp3d2, Ion có dạng bát diện đều

: N lai hóa sp, Ion có dạng đường thẳng

: lai hoá của I là dsp3, trong đó 2 liên kết I−I được ưu tiên nằm dọc theo trục thẳng đứng, Ion códạng đường thẳng

Câu 2 (HSG QUẢNG BÌNH lớp 11 - 2015):

1 Oleum là hỗn hợp được tạo ra khi cho SO3 tan trong H2SO4 tinh khiết Trong hỗn hợp đó có cácaxit dạng polisunfuric có công thức tổng quát H2SO4.nSO3 hay H2Sn+1O3n+4 chủ yếu chứa các axit sau:

axit sunfuric H2SO4, axit đisunfuric H2S2O7, axit trisunfuric H2S3O10 và axit tetrasunfuric H2S4O13.Cho biết công thức cấu tạo của các axit trên.

2 Cho biết trạng thái lai hoá của nguyên tử trung tâm và dạng hình học của mỗi phân tử sau đây: NCl3,ClF3, BrF5,XeF4

O

O S O

OH O

(H2S2O7)

HO S O

O

O S O

O O S O

O

O S OH O

O

HO S O

O

O S O

O O S OH

O O

3d2.Dạng vuông phẳng

a) Gọi công thức của chất A là NxHy Ở cùng điều kiện về nhiệt độ và áp suất, một thể tích khí A có

khối lượng bằng khối lượng của cùng một thể tích khí oxi ® M = M = 32A O 2

Trong N2H4, cả hai nguyên tử N đều ở trạng thái lai hóa sp3

b) Tính bazơ của NH3 lớn hơn N2H4 do phân tử N2H4 có thể coi là sản phẩm thế một nguyên tử Htrong NH3 bằng nhóm NH2, nguyên tử N có độ âm điện lớn, nhóm NH2 hút electron làm giảm mật độelectron trên nguyên tử nitơ của N2H4 hơn so với của NH3 ® tính bazơ của N2H4 yếu hơn NH3

Câu 4 (HSG HÀ TĨNH lớp 10 - 2019): So sánh và giải thích ngắn gọn các trường hợp sau:

a) Năng lượng liên kết của N-F và B-F trong các hợp chất NF3 và BF3

b) Nhiệt độ sôi của NF3 và NH3

c) Mô men lưỡng cực của NF3 và NH3

d) Nhiệt độ nóng chảy của AlCl3 và AlF3

Giải:

a) Năng lượng liên kết N – F < B – F vì phân tử NH3 có chứa nguyên tử N lai hóa sp3 liên kết N –

F là liên kết đơn tạo bởi sự xen phủ của obitan sp3 của N và obitan p của F; phân tử BF có chứa

nguyên tử B lai hóa sp2 liên kết B – F ngoài sự xen phủ của obitan sp2 của B và obitan p của F thì

có sự xen phủ của obitan p tự do của B và obitan p của F bền hơn liên kết N – F

b) Nhiệt độ sôi của NH3 > NF3 do giữa các phân tử NH3 có liên kết hidro còn giữa các phân tử NF3không có liên kết hidro

c) Mô men lưỡng cực của NH3 > NF3 do chiều véc tơ của các momen liên kết trong phân tử NH3 cùngchiều với cặp electron tự do trên N, còn trong phân tử NF3 thì chiều của các momen liên kết ngượcchiều với cặp electron tự do trên N

d) Nhiệt độ nóng chảy của AlF3 > AlCl3 do hợp chất AlF3 là hợp chất ion, tồn tại ở dạng tinh thể rắncòn hợp chất AlCl3 là hợp chất cộng hóa trị, lực liên kết giữa các phân tử yếu

Câu 5 (HSG HÀ TĨNH lớp 10 - 2014): Em hãy giải thích các nội dung sau:

a) Phân tử CO2 không phân cực, trong khi phân tử SO2 lại phân cực

b) Phân tử NO2 có thể nhị hợp tạo thành phân tử N2O4, trong khi phân tử SO2 không có khả năngnhị hợp

c) Tinh thể sắt có tính dẫn điện, còn tinh thể kim cương lại không dẫn điện

d) Các phân tử HF có khả năng polime hóa thành (HF)n , trong khi phân tử HCl không có khả năngpolime hóa

* Trong tinh thể Fe có các electron tự do nên có thể dẫn điện.

* Trong tinh thể kim cương các nguyên tử C liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị nên không cócác electron tự do nên không dẫn điện được

Giải thích: Vì độ âm điện của O > S, độ âm điện của nguyên tử trung tâm càng lớn sẽ kéo mây của đôi

e- liên kết về phía nó nhiều hơn làm tăng độ lớn góc liên kết

Câu 7 (30/04/2013 lớp 10 – Đăk Nông): Xét các phân tử BF3, NF3 và IF3 Trả lời các câu hỏi sau:a) Viết công thức electron của các chất trên?

b) Dựa vào thuyết lai hóa AO nguyên tử hãy cho biết trạng thái lai hóa của nguyên tử trung tâm vàdạng hình học của mỗi phân tử

c) Xác định phân tử nào phân cực và phân tử nào không phân cực Giải thích kết quả đã chọn

Giải:

Lai hóa sp2 Lai hóa sp3 Lai hóa sp3dTam giác phẳng Tháp đáy tam giác Hình chữ T

Không cực vì momen lưỡng

cực liên kết bị triệt tiêu Có cực vì lưỡng cực liên kếtkhông triệt tiêu Có cực vì lưỡng cực liên kếtkhông triệt tiêu

Câu 8 (30/04/2006 lớp 10 – Lê Quý Đôn Khánh Hòa): Cho biết trạng thái lai hoá của nguyên tử

trung tâm và dạng hình học của các phân tử sau:

H2O; H2S; H2Se; H2Te

- Hãy sắp xếp theo chiều tăng dần độ lớn góc liên kết và giải thích sự sắp xếp đó

- Tại sao ở điều kiện thường H2O ở thể lỏng,còn H2S, H2Se, H2Te ở thể khí?

- Hãy sắp xếp theo chiều tăng dần tính khử của các chất trên Giải thích?

Giải:

- Trong các phân tử H2O; H2S; H2Se; H2Te; O, S, Se, Te (R) ở trạng thái lai tạo sp3, phân tử có cấu tạodạng góc:

- Vì độ âm điện của O lớn nhất nên các cặp e liên kết bị hút về phía O mạnh ® khoảng cách giữa 2 cặp

e liên kết trong phân tử H2O là nhỏ nhất ® nên lực đẩy tĩnh điện mạnh nhất ® góc liên kết lớn nhất.Thứ tự tăng dần góc liên kết là: H2Te; H2Se; H2S; H2O

- Ở điều kiện thường nước ở thể lỏng là do các phân tử nước có khả năng tạo liên kết H liên phân tử

- Trong các phân tử H2R, R đều có số oxi hoá -2, tuy nhiên từ O đến Te bán kính R lại tăng lên ® khảnăng cho e tăng từ O đến Te, tức là tính khử tăng theo thứ tự H2O; H2S; H2Se; H2Te

Câu 9 (30/04/2007 lớp 10 – Kiên Giang): Có các phân tử XH3

a) Hãy cho biết cấu hình hình học của các phân tử PH3 và AsH3

b) So sánh góc liên kết HXH giữa hai phân tử trên và giải thích?

c) Những phân tử nào sau đây có moment lưỡng cực lớn hơn 0? BF3, NH3, SiF4, SiHCl3, SF2, O3

Câu 10 (30/04/2017 lớp 10 – Nguyễn Trãi Quảng Nam):

1 Xác định trạng thái lai hóa của nguyên tử nguyên tố trung tâm trong các phân tử và ion sau: ;PCl5, XeF4 và

2 Cho các số liệu sau của NH3 và NF3:

b) So sánh (có giải thích) góc liên kết trong từng cặp phân tử sau:

- Góc ClSCl và ClOCl trong SCl2 và OCl2

- Trong BF3; NH3; NF3 góc FBF > HNH > FNF BF3 lai hóa sp2 FBF = 1200; NH3 và NF3 (lai hóa sp3)

có cùng nguyên tử trung tâm, F có độ âm điện lớn hơn, mật độ e ở N giảm dẫn đến góc nhỏ hơn

Câu 12 (30/04/2007 lớp 10 – Kiên Giang): Xét các phân tử POX3

a) Các phân tử POF3 và POCl3 có cấu trúc hình học như thế nào?

b) So sánh góc liên kết XPX giữa hai phân tử trên và giải thích?

Giải:

CHUYÊN ĐỀ 2 HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA CÁC QUÁ TRÌNH

HÓA HỌC

CHUYÊN ĐỀ 4: HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA CÁC QUÁ TRÌNH HÓA HỌC

I LÝ THUYẾT CƠ BẢN

1 Nhiệt tạo thành của các chất (sinh nhiệt)  f H

Nhiệt tạo thành của 1 hợp chất hóa học là hiệu ứng nhiệt của phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từnhững đơn chất bền ở điều kiện nhất định

THÍ DỤ: Phản ứng: N2 + 3H2 2NH3 rH= - 92,22 KJ

fH(NH3) = Nhiệt tạo thành của NH3 =

LƯU Ý: Nhiệt tạo thành của các đơn chất ở điều kiện chuẩn bằng 0.

Khi phản ứng xảy ra mà tất cả các chất (đơn chất và hợp chất tạo thành) đều ở điều kiện chuẩn (250C,

1 bar) thì ta có nhiệt tạo thành chuẩn, ký hiệu

2 Năng lượng của liên kết hóa học

Năng lượng của một liên kết hóa học là năng lượng cần thiết để phá vỡ liên kết đó tạo thành cácnguyên tử ở thể khí

3 Xác định nhiệt của các phản ứng hóa học

a Định luật Hess Đây là một định luật cơ bản của nhiệt hóa học do viện sĩ Nga H.I Hess (1802– 1850) tìm ra lần đầu tiên, có nội dung như sau:

“Trong trường hợp áp suất không đổi hoặc thể tích không đổi, hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học chỉ phụ thuộc vào dạng và trạng thái của các chất đầu và các sản phẩm cuối, không phụ thuộc vào cách tiến hành phản ứng”

Có thể minh họa ý nghĩa định luật Hess trong thí dụ sau: Việc oxi hóa than bằng oxi tạo thànhkhí CO2 có thể tiến hành theo 2 cách:

Cách 1: đốt cháy trực tiếp than thành CO2

PT: C(graphit) + O2(k) CO2(k) H (hiệu ứng nhiệt của phản ứng)

Cách 2: tiến hành qua 2 giai đoạn:

C(graphit) + ½ O2(k) CO(k) H1

CO(k) + ½ O2(k) CO2(k) H2

Có thể biểu diển hai cách tiến hành trên bằng sơ đồ sau:

Nếu các quá trình trên thỏa mãn điều kiện: Nhiệt độ và áp suất ban đầu bằng nhiệt độ và áp suấtcuối ta có: H = H1 + H2

b Vài hệ quả của định luật Hess

Hệ quả 1

* Tính hiệu ứng nhiệt phản ứng qua nhiệt tạo thành: Hiệu ứng nhiệt của phản ứng bằng tổngnhiệt tạo thành của các sản phẩm trừ tổng nhiệt tạo thành các tác chất (có kể các hệ số hợp thức củaphương trình phản ứng)

THÍ DỤ 1: Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng:

CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) = ? Biết các chất CaCO3(s) , CaO(s), CO2 (g) lầnlượt là - 1206,9; - 635,6; - 393,5 (kJ/mol)

THÍ DỤ 2: Xác định năng lượng trung bình của các liên kết O – H trong phân tử nước, biết rằng

năng lượng liên kết H – H và O = O tương ứng bằng 435,9 KJ và 498,7 KJ, khi đốt cháy đẳng áp 2 mol

Cho phản ứng: C2H6 (g) + 3,5O2 (g) 2CO2 (g) + 3H2O (l) (1)

Dựa vào 2 bảng số liệu sau:

Chất C2H6 (g) CO2 (g) H2O (l) (kJ.mol-1) - 84,7 - 394 - 285,8

Câu 2 (HSG QUẢNG BÌNH 12 – 2020): Cho: Xiclopropan ® Propen có H1 = - 32,9 kJ/mol

Nhiệt đốt cháy than chì: H2 = -394,1 kJ/mol

Nhiệt đốt cháy hiđro: H3 = -286,3 kJ/mol

Nhiệt đốt cháy xiclopropan: H4 = - 2094,4 kJ/mol

Hãy tính: nhiệt đốt cháy propen, nhiệt tạo thành xiclopropan và nhiệt tạo thành propen?

Giải:

Dựa vào sơ đồ, ta thấy:

- Nhiệt đốt cháy propen: H5 = H4 - H1 = -2094,4 - (- 32,9) = -2061,5 (kJ/mol)

- Nhiệt tạo thành xiclopropan:

H6 = 3H2 + 3H3 - H4 = 3.(-394,1) + 3.(-286,3) - (-2094,4) = 53,2 (kJ/mol)

- Nhiệt tạo thành propen: H7 = H6 + H1 = 53,2 + (-32,9) = 20,3 (kJ/mol)

Câu 3 (HSG QUẢNG BÌNH 12 - 2013): Sinh nhiệt của một chất ở điều kiện chuẩn (kí hiệu là ΔH0

sn của ankan tổng quát CnH2n+2 (k) theo n

b) Cho phản ứng đốt cháy hoàn toàn các ankan chứa n nguyên tử cacbon:

C n H 2n+2(k)

Hsn (C n H 2n+2(k) )

(n+1) EH-H + n.Hthãng hoa (C)

-(n-1) EC-C-2(n+1) E C-H

Dựa vào sơ đồ trên, ta có:

ΔHsn (CnH2n+2) = (n + 1).EH – H + n.ΔHthăng hoa (C) – (n - 1)EC-C – 2(n + 1)EC-H

Câu 4 (HSG ĐÀ NẴNG – 2007): Một giai đoạn quan trọng trong quá trình tổng hợp axit nitric là oxi

hóa NH3 trong không khí, có mặt Pt xúc tác

a) Xác định nhiệt phản ứng của phản ứng này, biết nhiệt hình thành các chất NH3 (k), NO (k) và

H2O (k) lần lượt bằng – 46 kJ/mol; + 90 kJ/mol và - 242 kJ/mol

b) Trong công nghiệp, người ta đã sử dụng nhiệt độ và áp suất thế nào để quá trình này là tối ưu?Tại sao?

Giải:

a) 4NH3 (k) + 5O2 (k) ® 4NO (k) + 6H2O (k)

b) Vì phản ứng là tỏa nhiệt, nên để tăng hiệu suất cần giảm nhiệt độ Tuy nhiên nếu hạ nhiệt độ quáthấp sẽ làm giảm tốc độ phản ứng, nên thực tế phản ứng này được tiến hành ở 850-900oC và có xúc tác

Pt Vì phản ứng thuận là chiều làm tăng số phân tử khí, nên để tăng hiệu suất phản ứng cần giảm ápsuất Tuy nhiên, điều kiện áp suất gây tăng giá thành công nghệ sản xuất, nên ta chỉ dùng áp suấtthường (1 atm)

Câu 5 (30/04/2015 – Đề chính thức): Tính năng lượng liên kết trung bình C-H từ các kết quả thực

nghiệm sau:

- Nhiệt đốt cháy CH4 = -801,7 kJ/mol

- Nhiệt đốt cháy hidro = -241,5 kJ/mol

- Nhiệt đốt cháy than chì = -393,4 kJ/mol

- Nhiệt hóa hơi than chì = 715 kJ/mol

- Năng lượng liên kết H-H = 431,5 kJ/mol

Các kết quả đều đo được ở 2980K và 1 atm

® Năng lượng liên kết C-H = 413,175 kJ/mol

Câu 6 (30/04/2015 – BẾN TRE): Cho các dữ kiện dưới đây:

Hãy xác định: Nhiệt hình thành và nhiệt đốt cháy của etylen C2H4

Giải:

Từ các dữ kiện đề bài ta có:

2C + 2H2 C2H4 ΔHht = ΔH1 + ΔH2 + ΔH3 + ΔH4 = +52,246 KJ/mol

C2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2 H2O(l) ∆Hđc = ΔH5 + ΔH3 + ΔH6 = -1410,95 KJ/mol

Câu 7 (30/04/2010 - Bến Tre): Tính năng lượng liên kết trung bình C-H và C-C (2980K, 1atm) biết:Nhiệt đốt cháy CH4: ΔH1 = -801,7 kJ/mol

Nhiệt đốt cháy C2H6: ΔH2 = -1412,7 kJ/mol

Nhiệt đốt cháy H2: ΔH3 = -241,5 kJ/mol

Nhiệt đốt cháy than chì: ΔH4 = -393,4 kJ/mol

Năng lượng liên kết H-H: ΔH5 = 431,5 kJ/mol

Nhiệt hóa hơi than chì: ΔH6 = 715,0 kJ/mol

Bằng cách tương tự tính được năng lượng liên kết CC = 345,7 kJ/mol

Câu 8: Tính hiệu ứng nhiệt của 2 phản ứng sau:

2NH3 + 3/2O2 ® N2 + 3H2O (1)

2NH3 + 5/2O2 ® 2NO + 3H2O (2)

So sánh khả năng của 2 phản ứng, giải thích vì sao phản ứng (2) cần có xúc tác

Giải:

Tính hiệu ứng nhiệt:

- Phản ứng (1) có H âm hơn nên phản ứng (1) dễ xảy ra hơn

- Nếu có xúc tác thì năng lượng hoạt hoá sẽ giảm và tốc độ phản ứng sẽ tăng, do đó để thực hiện phảnứng (2) cần có xúc tác

Câu 9: Xác định năng lượng liên kết trung bình một liên kết C – H trong metan Biết nhiệt hình thành

chuẩn của metan = –74,8 kJ/mol; nhiệt thăng hoa của than chì = 716,7 kJ/mol; năng lượng phân lyphân tử H2 = 436 kJ/mol

Tổ hợp 3 quá trình này cho: = 74,8 + 716,7 + (2436) = 1663,5 kJ/mol

Vậy năng lượng liên kết trung bình của 1 liên kết C  H = 1663,5: 4 = 416 kJ/mol

Câu 10: Tính nhiệt phản ứng ở 250C của phản ứng sau:

CO(NH2)2(r) + H2O(l) ® CO2(k) + 2NH3(k)

Biết trong cùng điều kiện có các đại lượng nhiệt sau đây:

CO(k) + H2O(h) ® CO2 (k) + H2(k) H1 = -41,13 kJ/mol

CO(k) + Cl2(k) ® COCl2(k) H2 = -112,5 kJ/mol

COCl2(k) + 2NH3(k) ® CO(NH2)2(r) + 2HCl(k) H3 = -201,0 kJ/mol

Nhiệt tạo thành HCl(k) H4 = -92,3 kJ/mol

Nhiệt hóa hơi của H2O(l) H5 = 44,01 kJ/mol

Bài tập phản ứng oxi hóa – khử

Câu 1 (30/04/2017 lớp 10 – Hiệp Đức): Cân bằng các phản ứng sau bằng phương pháp thăng bằng

a) 3Fe3O4 + 28HNO3 loãng 9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O

b) 2Fe3C + 22H2SO4 đặc nóng 3Fe2(SO4)3 + 2CO2 + 13SO2 + 22H2O

c) FexSy + (6x + 6y)HNO3 đặc nóng xFe(NO3)3 + yH2SO4 + (3x + 6y)NO2 + (3x + 2y)H2O

Câu 2 (30/04/2017 lớp 10 – Nông Sơn): Hoàn thành và cân bằng các phản ứng hóa học sau theo

phương pháp thăng bằng electron:

a) Mg + HNO3 Mg(NO3)2 + N2O + N2 + NH4NO3 + H2O

(biết tỉ lệ mol của N2O : N2 : NH4NO3 là 1 : 2 : 1)

b) M2(CO3)n + HNO3 đặc, nóng  M(NO3)m + NO2 + CO2+ H2O

c) CuFeSx + O2 Cu2O + Fe3O4 + SO2↑

d) Fe3O4 + HNO3 NxOy +

Giải:

a) 18Mg + 44HNO3 18Mg(NO3)2 + N2O + 2N2 + NH4NO3 + 20H2O

b) M2(CO3)n + (4m-2n)HNO3 đặc, nóng  2M(NO3)m + 2(m-n)NO2 + nCO2+ (2m-n)H2O

c) 12 CuFeSx + (11+12x) O2 6Cu2O + 4Fe3O4 + 12xSO2

d) (5x-2y) Fe3O4 + (46x-18y)HNO3 NxOy + (15x-6y)Fe(NO3)3 + (23x-9y)H2O

Câu 3 (30/04/2017 lớp 10 – Lê Quý Đôn Quảng Nam): Bổ túc và cân bằng các phản ứng sau bằng

phương pháp thăng bằng electron

a) Cr2S3 + Mn(NO3)2 + K2CO3 K2CrO4 + K2SO4 + K2MnO4 + NO + CO2

c) (5n-m)FexOy + (18nx-6my-2ny)HNO3 x(5n-2m)Fe(NO3)3 + (3x-2y)NnOm + (9nx-3mx-ny)H2O

Câu 4 (30/04/2017 lớp 10 – Trần Văn Dư): Cân bằng các phản ứng sau theo phương pháp thăng

Câu 5 (30/04/2017 lớp 10 – Nguyễn Trãi Quảng Nam): Cân bằng các phản ứng oxi hóa khử sau theo

phương pháp thăng bằng electron:

a) Cu2FeSx + O2 Cu2O+ Fe3O4 + SO2

b) FexOy + H2SO4 Fe2(SO4)3 + S + SO2 + H2O ( Biết tỉ lệ mol của S và SO2 là 1:1)

a) 6Cu2FeSx + (6x + 7)O2 6Cu2O+ 2Fe3O4 + 6xSO2

b) 8FexOy + (18x - 4y)H2SO4 4xFe2(SO4)3 + (3x – 2y)S + (3x - 2y)SO2 + (18x - 4y)H2O

Câu 6 (30/04/2017 lớp 10 – Thái Phiên Quảng Nam): Hoàn thành và cân bằng các phương trình sau

bằng phương pháp thăng bằng ion-electron:

a) Al + HNO3 N2O + 2NO + …

b) + H2O2 + H+ O2 + …

Giải:

a)

14Al + 54H+ + 12NO3- 3N2O + 6NO + 14Al3+ + 27H2O

14Al + 54HNO3 14Al(NO3)3 + 3N2O + 6NO + 27H2O

b) + 5H2O2 + 16H+ 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O

Câu 7 (30/04/2017 lớp 10 – Quế Sơn Quảng Nam): Cân bằng các phương trình phản ứng sau theo

phương pháp thăng bằng ion – electron

Câu 8 (30/04/2017 lớp 10 – Trần Cao Vân Quảng Nam): Cân bằng các phản ứng sau theo

phương pháp thăng bằng electron:

a) CrI3 + KOH + Cl2 ® K2CrO4 + KIO4 + KCl + H2O

b) Al + HNO3 ® Al(NO3)3 + NO+ N2O + H2O Biết nNO : nN2O = 1 : 2

c) FeCl2 + KMnO4 + H2SO4 ® …

d) Zn + NaHSO4 + NaNO3 ® ZnSO4 + Na2SO4 + NH4NO3 + H2O

Giải:

a) 2CrI3 + 64KOH + 27Cl2 ® 2K2CrO4 + 6KIO4 + 54KCl + 32H2O

b) 19Al + 72HNO3 ® 19Al(NO3)3 + 3NO+ 6N2O + 36H2O

c) 10 FeCl2 + 6KMnO4 + 24H2SO4 ® 5Fe2(SO4)3 +3 K2SO4 + 6MnSO4+ 10Cl2 + 24H2O

d) 4Zn + 10NaHSO4 + 2NaNO3 ® 4ZnSO4 + 6Na2SO4 + NH4NO3 + 3H2O

Câu 9 (30/04/2006 lớp 10 – Lê Quý Đôn Quảng Trị): Bổ túc và cân bằng các phương trình phản ứng

sau theo phương pháp thăng bằng electron hoặc phương pháp ion electron:

CHUYÊN ĐỀ 4 CÂN BẰNG HÓA HỌC

[i] – nồng độ mol/L của cấu tử i ở trạng thái cân bằng

Kc – hằng số cân bằng nồng độ; Kc chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và bản chất phản ứng

(6.7)

ni – số mol của khí i ở trạng thái cân bằng

(6.8)

χi – phần mol của cấu tử i ở trạng thái cân bằng.

Giữa các hằng số cân bằng của phản ứng xác định ở cùng nhiệt độ có mối liên hệ như sau:

(6.9)

R – hằng số khí lí tưởng, ở đây R = 0,082 L.atm.K-1,mol-1;

Δn – hiệu số mol khí ở vế sản phẩm và số mol khí ở vế các chất phản ứng trong PTHH;

P – áp suất của hệ lúc cân bằng (atm);

- tổng số mol khí (kế cả khí không phản ứng) của hệ lúc cân bằng

Khi số mol khí ở hai vế của PTHH bằng nhau hoặc phản ứng không có chất khí (Δn = 0), thì:

5 Sự chuyển dịch cân bằng – Nguyên lí chuyển dịch cân bằng Le Chatelier

Sự chuyển dịch cân bằng là sự di chuyển từ trạng thái cân bằng này sang trạng thái cân bằngkhác do tác động của các yếu tố bên ngoài lên cân bằng

Nguyên lí chuyển dịch cân bằng Le Chatelier: “Một hệ đang ở trạng thái cân bằng, khi chịu tácđộng từ bên ngoài, như làm biến đổi nhiệt độ, áp suất, nồng độ, thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiềulàm giảm tác động bên ngoài đó”

6 Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng

a Ảnh hưởng của nhiệt độ đến cân bằng

Ta có: Để mô tả sự phụ thuộc này ta có phương trình Van’t Hoff:

(6.10)Lấy tích phân xác định từ T1 đến T2 ta có:

(6.11)Nếu phản ứng thu nhiệt (∆H > 0), khi tăng nhiệt độ, Kp tăng, nghĩa là cân bằng chuyển dịch theochiều thuận

Nếu phản ứng tỏa nhiệt (∆H < 0), khi tăng nhiệt độ, Kp giảm, nghĩa là cân bằng chuyển dịchtheo chiều nghịch

Lí luận tương tự cho từng trường hợp giảm nhiệt độ, cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều ngượclại

b Ảnh hưởng của áp suất đến cân bằng

Từ (6.9):

Vì Kp của phản ứng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, nên ở nhiệt độ không đổi:

- Nếu ∆n > 0, khi Pcb tăng thì Kχ giảm, nghĩa là cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch.

- Nếu ∆n < 0, khi Pcb tăng thì Kχ tăng, nghĩa là cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận

- Nếu ∆n = 0, áp suất không làm chuyển dịch cân bằng

c Ảnh hưởng của nồng độ đến cân bằng

Xét cân bằng sau trong bình kín ở nhiệt độ không đổi:

(6.12)

Vì Kc là hằng số ở nhiệt độ không đổi, nên việc thêm hoặc bớt một lượng CO2 hoặc CO vào hệcân bằng đều làm tỉ số (6.12) biến đổi, do đó cân bằng phải chuyển dịch cho tới khi tỉ số (7.12) trở lạigiá trị ban đầu

Từ đó, dễ dàng hiểu rằng, việc cho thêm CO2 vào hệ cân bằng, thì CO2 phải phản ứng thêm với C

để giảm bớt lượng CO2 và tăng thêm lượng CO Lí luận tương tự cho trường hợp lấy bớt lượng CO2,cho thêm hoặc lấy bớt CO

Lưu ý: Việc thêm hoặc bớt một lượng nhỏ chất rắn hoặc lỏng (trừ trường hợp việc thêm hoặc bớtmột lượng lớn gây ra sự biến đổi áp suất hoặc thể tích của hệ cân bằng) không ảnh hưởng đến cânbằng, vì thành phần chất ngưng tụ không có mặt trong biểu thức của hằng số cân bằng K

II BÀI TẬP CÓ HƯỚNG DẪN GIẢI

Câu 1 (HSG QUẢNG BÌNH 12 – 2011): Trộn H2 và I2 vào một bình kín ở 4100C Phản ứng đạt đếncân bằng với [H2] = [I2] = 0,224M và [HI] = 1,552M

a) Tính nồng độ ban đầu của các chất

b) Giữ nguyên nhiệt độ của bình phản ứng và cho thêm vào bình 1 mol/l iot Hãy tính toán cụ thể đểminh họa sự chuyển dịch của cân bằng phản ứng

Giải:

H2 + I2  ® 2HI

a) Nồng độ đầu của các chất phản ứng là:

b)

Thêm vào bình 1 mol/L I2, coi nồng ban đầu của các chất là:

Nồng độ của HI tăng thêm: 1,864 – 1,552 = 0,312 mol/L Vậy cân bằng đã chuyển dịch về phía tạothành HI

Câu 2 (30/04 lớp 11 – Chu Văn An Ninh Thuận): Từ phản ứng thuận nghịch sau:

Hỗn hợp sau khi đạt đến trạng thái cân bằng có ở 1900C và 1 atm

Ta có (1) : (2):

b) Tính hằng số cân bằng KP

Gọi P là áp suất hệ cân bằng: P = 1 atm ADCT:

c) Tính hệ số phân li α ở áp suất P = 0,5 atm

Câu 3 (30/04/2015 khối 10 – Đề chính thức): Hỗn hợp khí gồm 1 mol N 2 và 3 mol H 2 được gia nhiệt tới

387 0 C tại áp suất 10 atm Hỗn hợp cân bằng chứa 3,85% NH 3 về số mol Xác định K C và K P

Giải:

Lúc cân bằng số mol H2 = 3 lần số mol N2

Vậy % số mol N2 lúc cân bằng là: (100 – 3,85)/4 = 24,04%; %H2 = 72,11%

Áp suất riêng phần đối với từng chất là:

Câu 4 (HSG HÀ TĨNH 10 – 2012): Cho hỗn hợp khí A gồm H2 và CO có cùng số mol Người tamuốn điều chế H2 từ hỗn hợp A bằng cách chuyển hóa CO theo phản ứng:

Hằng số cân bằng KC của phản ứng ở nhiệt độ thí nghiệm không đổi (t0C) bằng 5 Tỷ lệ số mol ban đầucủa CO và H2O bằng 1 : n Gọi a là % số mol CO bị chuyển hóa thành CO2

a) Hãy thiết lập biểu thức liên quan giữa n, a và KC

b) Cho n = 3, tính thành phần % thể tích CO trong hỗn hợp khí cuối cùng (ở trạng thái cân bằng).c) Muốn thành phần % số mol CO trong hỗn hợp khí cuối cùng nhỏ hơn 1% thì n phải có giá trị baonhiêu?

Giải:

a) Xét cân bằng:

Tổng số mol sau phản ứng: (1 - a) + (n - a) + a + (1 + a) = n + 2 = N

b) Vì ta có % thể tích CO trong hỗn hợp: x = (1 - a)/N  a = 1 - Nx

Khi n = 3 thay a vào Kc, thay số vào, rút gọn: 100x2 + 65x – 2 = 0  x = 2,94%

c) Muốn x = 1% thay a = 1 - Nx và thay tiếpvào Kc ta có phương trình:

5,04N2 – 12N – 200 = 0  N = 7,6 n = 5,6

Vậy để %VCO trong hỗn hợp < 1% thì n phải có giá trị lớn hơn 5,6

Câu 5 (HSG YÊN BÁI 11 – 2012): Nén 2 mol nitơ và 8 mol hiđro vào một bình kín có thể tích 2 lít (chỉchứa sẵn chất xúc tác với thể tích không đáng kể) đã được giữ ở nhiệt độ không đổi Khi phản ứngtrong bình đạt cân bằng, áp suất khí trong bình bằng 0,8 áp suất lúc đầu (khi mới cho xong các khí vàobình, chưa xảy ra phản ứng) Tính hằng số cân bằng của phản ứng xảy ra trong bình

Giải:

Xét cân bằng:

Tổng số mol khí lúc đầu: 2 + 8 = 10 mol

Tổng số mol khí lúc cân bằng: (2 - x) + (8 - 3x) + 2x = 10 - 2x mol

Vì thể tích bình và nhiệt độ không đổi nên áp suất trong bình tỉ lệ thuận với số mol khí:

→ x = 1 mol[NH3] = 1M; [N2] = 0,5M; [H2] = 2,5M

Câu 6 (30/04 lớp 10 – Chuyên Lê Khiết Quãng Ngãi): Cho cân bằng:

a) Trong một bình kín dung tích V lít chứa m gam PCl5, đun nóng bình đến nhiệt độ T(0K) để xảy raphản ứng phân li PCl5 Sau khi đạt tới cân bằng áp suất khí trong bình là P Hãy thiết lập biểu thức của

Kp theo độ phân li  và áp suất P

b) Người ta cho vào bình dung tích V lít 83,4 gam PCl5 và thực hiện phản ứng ở nhiệt độ T1(0K).Sau khi đạt tới cân bằng đo được áp suất 2,7 atm Hỗn hợp khí trong bình có tỉ khối so với hiđro bằng69,5 Tính  và Kp

c) Trong một thí nghiệm khác giữ nguyên lượng PCl5 như trên, dung tích bình vẫn là V lít nhưng hạnhiệt độ của bình đến T2 = 0,9T1 thì áp suất cân bằng đo được là 1,944 atm Tính Kp và  Từ đó chobiết phản ứng phân li PCl5 thu nhiệt hay phát nhiệt

Giải:

a) Xét cân bằng:

Ta có:

b) Theo đề: Đặt tổng số mol khí của hỗn hợp tại [] là: nS.

Áp dụng BTKL:

Do đó:

c) Gọi: Áp suất của hệ tại nhiệt độ T1 là P1 = 2,7atm, số mol n1 = nS = 0,6 mol

Áp suất của hệ tại nhiệt độ T2 = 0,9T1 là P2, số mol n2

Với P2 = 1,944 atm

Ta có:

Do đó:

Vì giảm nhiệt độ thì độ phân li PCl5 giảm, do đó phản ứng phân li PCl5 là phản ứng thu nhiệt

Câu 7 (HSG QUẢNG BÌNH 12 - 2013): Một bình kín chứa khí NH3 ở 00C và p atm với nồng độ 1M.Nung bình kín đó đến 5460C và NH3 bị phân hủy theo phản ứng: 2NH3 N2 + 3H2 (1) Khi phảnứng trên đạt đến cân bằng, áp suất khí trong bình là 3,3p atm Thể tích bình không đổi Tính hằng sốcân bằng Kc của cân bằng (1) ở 5460C

Giải:

- Áp suất bình trước khi phản ứng ở 5460C: P1 = (P0.T1)/T0 = (p.819)/273 = 3p atm

Ta có cân bằng:

Trong cùng điều kiện V, T thì tỉ lệ áp suất bằng tỉ lệ nồng độ (mol/l) do đó ta có:

Vậy hằng số cân bằng Kc của phản ứng trên ở 5460C là:

Câu 8 (HSG QUẢNG BÌNH 11 – 2013): Haber là một trong số các nhà hoá học có đóng góp quan

trọng vào phản ứng tổng hợp NH3 từ khí H2 và N2

Trong thí nghiệm 1 tại 4720C, Haber và cộng sự thu được [H2] = 0,1207M; [N2] = 0,0402M; [NH3] =0,00272M khi hệ phản ứng đạt đến cân bằng Trong thí nghiệm 2 tại 500oC, người ta thu được hỗn hợpcân bằng có áp suất riêng phần của H2 là 0,733 atm; của N2 là 0,527 atm và của NH3 là 1,73.10-3 atm.

Phản ứng thuận: 3H2(k) + N2(k) 2NH3 (k) là phản ứng tỏa nhiệt hay thu nhiệt? Tại sao?

Nhiệt độ tăng, Kp giảm ® phản ứng thuận là phản ứng tỏa nhiệt (theo nguyên lí của Le Chatelier).

Câu 9 (HSG QUẢNG BÌNH 11 – 2016): Người ta đun nóng một lượng PCl5 trong một bình kín thể tích 12 lít ở 2500C

Lúc cân bằng trong bình có 0,21 mol PCl5; 0,32 mol PCl3; 0,32 mol Cl2 Tính hằng số cân bằng KC, KPcủa phản ứng ở 2500C

a) Tính hằng số cân bằng KP

b) Giữ áp suất không đổi (300 atm), cần tiến hành ở nhiệt độ nào để khi đạt tới trạng thái cân bằng

NH3 chiếm 50% thể tích? Giả sử H0 không thay đổi trong khoảng nhiệt độ nghiên cứu

Giải:

a)

b) Từ

Câu 11 (30/04 lớp 10 – Chuyên Lê Quý Đôn Quảng Trị): Ở 270C, 1atm N2O4 phân huỷ theo phảnứng: với tốc độ phân huỷ là 20%.

a) Tính hằng số cân bằng Kp

b) Độ phân huỷ một mẫu N2O4 (khí) có khối lượng 69 gam, chứa trong một bình có thể tích 20 lít ở

270C

Giải:

a) Gọi độ phân huỷ của N2O4 ở 270C, 1 atm là α, số mol của N2O4 ban đầu là n Xét cân bằng:

Nên áp suất riêng phần của các khí trong hỗn hợp lúc cân bằng:

Với P = 1atm, α = 20% hay α = 0,2

b) độ phân hủy của N2O4 trong điều kiện mới là α’ Ta xét cân bằng:

Áp suất hỗn hợp khí lúc cân bằng:

Vì KP = const nên ADCT:

Câu 12 (30/04/2008 lớp 10 – Khánh Hòa): Cho cân bằng hóa học sau: (1)Thực nghiệm cho biết khối lượng mol phân tử trung bình của hai khí trên ở 350C bằng 72,45 g/mol và

ở 450C bằng 66,8 g/mol

a) Tính độ phân li của N2O4 ở mỗi nhiệt độ trên?

b) Tính hằng số cân bằng Kp 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:

a) Ở 350C ; PP đường chéo

Ở 450C ; PP đường chéo