Bai tap can bang hoa hoc dang tong hop

Sunfuryl điclorua SO2Cl2 là hoá chất phổ biến trong phản ứng clo hoá.. Bùi Ngọc Sơn..[r]

II Bài tập tổng hợp

Ví dụ 1 :

Cho cân bằng sau :

CO(k) + H2O (k) H2 (k) + CO2(k) (1) Tại thời điểm ban đầu,người ta cho vào bình phản ứng 6 mol H2O và 1 mol khí CO2 ở 4600C, có 95% CO đã phản ứng

a,Tính Kp của phản ứng

b, Cho biết ΔH0pu = - 41,0 kJ.mol-1

Xác định nhiệt độ mà tại đó 99% CO đã phản ứng

Giả sử ∆H0 không phụ thuộc vào nhiệt độ, các khí được coi là ly tưởng

Bài giải Vì ∆n = 0 => Kp = Kc = Kx

CO(k) + H2O (k) H2 (k) + CO2(k) nT

Cân bằng 5.10-2 6 - 0,95 0,95 0,95 7

KP =

0,95

7 .

0,95

7

0,05

7 .

5,05

7

=3,57

b, x CO 2= x H

2 = 0 , 99

7 ; x CO = 0 , 01

7 ; x H2O = 5 , 01

7

=> Kp =

(0,99)2 0,01 5,01 = 19,56

=> ln

K P (T ) K

P ( 4600C

= − ΔH

R (T1 −

1 ( 460 + 273 ))

ln

−19 ,56

3,57 = −

(−41000)

8,314 (T1 −

1

733)

T = 585K = 3120C Ví dụ 2

ở 8200C hằng số cân bằng của các phản ứng:

CaCO3(r) CaO(r) + CO2(k) (1) K1 = 0,2

C(r) + CO2(k) 2CO(k) (2) K2 = 2

a Trong một bình chân không dung tích 22,4lít ở 8200C, người ta cho 1 mol CaCO3 và 1 mol C Xác định thành phần của hệ ở trạng thái cân bằng

b Phải tăng thể tích bình lên bao nhiêu thì sự phân hủy xảy ra hoàn toàn

Bài giải Gọi x là số mol CaCO3 bị phân hủy

y là số mol C tham gia phản ứng

Ta có: CaCO3(r) CaO(r) + CO2(k) (1) K1 = 0,2

x -y

C(r) + CO2(k) 2CO(k) (2) K2 = 2

x - y 2y số mol của hỗn hợp khí = x + y ( mol )

Từ (1) => K1 = PCO2 = 0,2 atm = (x - y)

RT

V = (x- y)

0,082.(273+820 )

= (x -y) 4 => x- y = 0,2/4 = 0,05(I)

Từ (2) => K2 =

P CO2

P co

2 = 2 => PCO = √2 P CO 2=√0,4 atm

=> 2y

RT

V = √0,4 => y=

√0,4 2.4 =0 ,079

Thay vào (I) => x= 0,129

b, Để sự phân hủy CaCO3 xảy ra hoàn toàn => x = 1

Và áp suất riêng phần của các khí tại thời điểm cân bằng bị phá hủy là không bị thay đổi Nghĩa là P CO = 0,632 atm và PCO2 = 0,2atm

=>

RT

V (1− y ' )=0,2 (I ) RT

V .2 y '=0 ,632 (II )

Với y là số mol C đã tham gia phản ứng

Lấy (II) chia cho (I) =>

2 y ' 1− y'=3,16

=> y = 0,612 mol Thay vào (II)

=> V =

0,082.(820+273).2.0,612

=> Để CaCO3 phân hủy hoàn toàn thì thể tích bình phải lấy là: V ³ 173,76lít

Ví dụ 3

Thực nghiệm cho biết cần lấy số mol khí H2 gấp 3 lần số mol FeO (rắn) mới khử hết oxit đó ở 1500K

a, Tính hằng số cân bằng của phản ứng

b, Ban đầu lấy 30 mol FeO, tính % theo thể tích các khí trong hỗn hợp hợp khí khi đã khử hết 80% lượng oxit banđầu (vẫn xét tại 1500K)

c, Nếu đem nóng bình phản ứng lên 1510K thì chỉ cần lấy số mol

H2 gấp 2,85 lần số mol FeO thì vừa đủ khử hết.Tính DHpư

Bài giải FeO(k) + H2 (k) Fe (k) + H2O (k) (1)

Kp =

P H

2O

P H

2

= n H

2O

n H

2

Theo đầu bài

n H

2 = n H

2

0

− n FeO0 = 2n FeO0

n H

2O = n0FeO

=> Kp =

1

2=0,5

b, FeO(r) + H2 (k) Fe (r) + H2O (k)

Ban đầu 2 n1

Phản ứng - 1,6 -1,6 + 1,6 + 1,6

Cân bằng 0,4 n - 1,6 1,6 1,6

=> Kp =

1,6

n1− 1,6 = 0,5

=> n1 = 4,8

n H2=3,2 (mol )

%V H

2 = 3,2 3,2 + 1,6 100% = 66,67%

%V H

2O = 33 ,33 %

c, Ta có : Kp =

P H

2O

P H

2

= 1

1,85 =0,54

Ta có : ln

K T

2

K P

T1

= − ΔH

R (T12 −

1

T1)

ln

0,54

0,5 = −

ΔH

8, 314. (15101 −

1

1500)

=> ∆Hpư = 146,8 (kJ/mol) Ví dụ 4

Cho phản ứng: CH4(k) C(r) + 2H(k) ∆H = +74,9kJ

ở 5000C hằng số cân bằng của phản ứng Kp = 0,41

a,Tính Kp ở 8500C (Giả thiết rằng ∆H không đổi trong khoảng nhiệt độ trên)

b, Trong một bình chân không dung tích 50 lít giữ ở 8500C, người

ta cho vào 1 mol CH4 Xác định độ phân ly a của CH4 cũng như áp suất của hỗn hợp khí ở thời điểm cân bằng (Giả thiết các khí là ly tưởng)

Bài giải

a, Ta có: T1 = 500 + 273 = 7730K

T2 = 850 + 273 = 11230K

ln

K P(T2)

K P(T1) = −

ΔH

R . (T12 −

1

T1)

=>Với ∆H = 74900 J => KP (1123K) = 15,4

b, Với a là độ phân ly ta có:

CH4(k) C(r) + 2H(k)

Ban đầu : 1

Phản ứng a 2 a

=> Số mol hỗn hợp = 1- a + 2a = 1 + a

Ta có P CH 4=1−α

1+α .P P H2= 2 α

1+α P

=> Kp =

P H

2 2

P CH

4

= 4 α2 1−α2 P

Với giả thiết các khí là ly tưởng

=> P =

nRT

(1+α ).0 , 082 1123

=> Kp =

P H

2 2

P CH

4

= 4 α2 1−α2.1 , 84(1+α) = 15,4

=> a = 0,74

Vậy ta có áp suất toàn phần P =

nRT

(1+α ).0 , 082 1123

Ví dụ 5

Cho dung dịch X chứa HCN 0,1M và KI 0,01M

a, Tính pH của dung dịch X

b, Cho AgNO3 vào dung dịch X cho đến khi nồng độ [NO 3

− ] = 0,01M thu được dung dịch A và ¯ B (đều thuộc trong bình phản ứng) Xác định kết tủa B và pH của dung dịch A cùng nồng độ các ion trong dung dịch A

c, Tính số mol NaOH cho vào bình phản ứng chứa 1 lít dung dịch

A để kết tủa B tan vừa hết Tính pH của dung dịch thu được (coi sự thay đổi thể tích là không đáng kể)

Cho HCN pKa = 9,3 Ag (CN )−2 , lgb = 21,1

AgCN¯ , pKs = 16 AgI¯ , pKs = 16

Bài giải

a, Tính pH

KI à K+ + I

-0,01 -0,01 -0,01

H2O H+ + OH- Kw = 10-14

HCN H+ + CN- Ka= 10-9,3

=> Ta có Ka >> Kw => cân bằng của HCN sẽ quyết định pH của dung dịch

HCN H+ + CN- Ka= 10-9,3

[ ] 0,1 - x x x

Ka =

[H+] [CN−]

[HCN] =

x2 0,1 − x =10

−9,3

(giả thiết x << 0,1)

=> [H+] = 10-5,15(M) => pH = 5,15

b, Khi cho AgNO3 vào dung dịch X

AgNO3 à Ag+ + NO

-3

0,01 0,01 0,01

Ag+ + I- AgI ¯ (1) K1 = 1016

Ag+ + HCN AgCN¯ + H+ (2) K2 = 10+6,7

Ag+ + 2HCN Ag(CN)2- + 2H+ (3) K3 = 102,5

Nhận xét : K1 >> K2 >> K3

=> Do vậy kết tủa AgI sẽ tạo ra trước

Ag+ + I- AgI¯ (1) K1 = 1016

K rất lớn, phản ứng coi như xảy ra hoàn toàn và số mol AgI trong

1 lít dung dịch A là 0,01mol

Quá trình hoà tan AgI

AgI + 2HCN Ag(CN)

-2 + I- + 2H+ K = K-1

1 K32 = 10-13,5

Ta có : K =

[Ag(CN )2−

] [I− ] [H+ ]2

x2(2 x )2

(0,1 − 2 x)2 =10

−13 , 5

Giả thiết x <<

0,1

x =>

4 x2

0,12 =10

−13,5

=> x = 9,43.10-3 <<

0,1 2

=> [Ag(CN)

-2] = [I-] = 9,43.10-5 (M)

[H+] = 2x = 1,886 10-4(M) => pH = 3,72

=> [HCN] = 0,1(M)

* => [CN-] = [HCN]

K a

[H+

] = 0,1. 10−9,3

10 −3 ,72 = 2,63.10−7

(M )

[Ag+] =

K s

[I−

] =

10 −16

10−4 ,03 =1,1 10

−12

(M )

=> [Ag+] [CN-]= 2,9.10-19 < Ks = 10-16 => không có kết tủa AgCN

3 Khi cho NaOH vào dung dịch : NaOH à Na+ + OH

-Phản ứng :

AgI + 2HCN + 2OH- Ag(CN)

-2 + I- + 2H2O

K = K1-1.K32.K-2

w = 1014,5

K rất lớn, phản ứng coi như xảy ra hoàn toàn

Khi hoà tan vừa hết : ỬAg(CN)

-2Ứ = ỬI-Ứ = 10-2(M) [HCN] = 0,1 - 2.10-2 = 8.10-2 (M)

[Ag+] =

K s

(I− ) =

10−16

10−2 = 10

−14 (M )

[CN-] = √β−1[Ag(CN )2

− ] [Ag+ ] = 2 ,82 10−5 (M )

[Ag+] [CN-]= 2,82 10-19 << 10-16 => không có kết tủa AgCN Tính pH : HCN H+ + CN- Ka = 10-9,3

=> Ka =

[H+

] [CN−

] [HCN ]

=> [H+] = Ka

[HCN ]

[CN− ]=10−9,3. 2 10

−2

2,82 10−5=10

−5 ,85 (M )

=> pH = 5,85

Số mol OH- đã dùng = nAgI = 0,01 (mol)

Ví dụ 6 :

Cho cân bằng sau : CO(k) + 2H2 (k) CH3OH(k)

∆H0

pư = - 90kJ.mol-1 , giả thiết là không đổi khi nhiệt độ thay đổi

KP (573K) = 2,5.10-3

a, Trong 1 bình kín, ban đầu lấy CO và H2 theo tỷ lệ mol 1 : 2 tại nhiệt độ 573K Xác định áp suất toàn phần của hệ để hiệu suất phản ứng đạt 70%

b, Xác định phương trình của sự phụ thuộc giữa lnKP vào T

c, Tại 200bar, xác định nhiệt độ mà tại đó hiệu suất phản ứng đạt 70%

Bài giải :

CO(k) + 2H2 (k) CH3OH(k)

Ban đầu 1 2 0 nT = 3

Cuối phản ứng 1-x 2 - 2x x nT = 3 -2x

Hiệu suất đạt 70% -> x = 0,7

=> P H2 = 1 − x

3 − 2 x P T = 0,1875P T

P CO =2P H

2 = 0,375P T ; P CH

3 OH = x

3 − 2x P T =0,4357 PT

K P=

P CH

3 OH

P CO P h

2

2 => 2,5 10−3 = 0 , 4375

0 , 1875.(0 , 375 )2 .

1

P T2

=> PT = 1,23.10-2(bar)

b, Ta có : ln

K P(T )

K P(573 K ) = −

ΔH0pu

R (T1 −

1

573)

=> lnKP(T) =

10.825

T − 24 ,88

c, Tại PT = 200bar và hiệu suất 70%

=> KP(T) =

0,4375 0,1875.(0,375)2 .

1

2002 =4 ,15.10

−4 (bar−2

)

=> lnKP(T) = -7,79 =

10825

T −24,88 => T = 633K Ví dụ 7

Nghiên cứu phản ứng :

C6H5C2H5 (k) + 3H2 (k) C6H11C2H5 (k)

Tiến hành trong khoảng 132 ¸ 2920C được phương trình :

lnKP =

9620

T −18,041

a, Xác định ∆H0, ∆S0 và ∆G0 phản ứng tại 2500C

b, Xác định nhiệt độ mà tại đó tiến hành được nếu thành phần hỗn hợp đầu là 10% etylbenzen, 50% hiđrô và 40% etyxiclohexan và P = 1atm

Bài làm :

Ta có : lnKP = −

ΔH0pu

RT +

ΔS0pu R

=> −

ΔH0pu

RT = 9620 => ∆H0

pư = -79,98 (kJ)

ΔS0

R = - 18,041 => ∆S0 = - 150 (J/mol.K)

∆G0 = -RTlnKP = - 8,314(250 + 273)ln.KP

= - 8,314 523 (9620523 −18,041)

= - 1534,4 (J/mol) < 0

=> tại điều kiện chuẩn phản ứng tự diễn ra theo chiều thuận

b, Px = 0,1 (atm) ; PY = 0,5 (atm) ; PZ = 0,4 (atm)

Q P= P Z

P X P Y3 =

0,4 0,1 (0,5)3 =32

Để phản ứng tự diễn ra

∆G = ∆G0 + RTlnQP < 0 ó - RT (9620T −18,041)+ RT lnQp

=> - 79980 + 150.T + 288T < 0

=> T <

79980

178,8 =447 K

Ví dụ 8

Biết áp suất phân ly của MgCO3 ở 813K là 747mmHg ; ở 8430K là

1340 mmHg

a, Xác định hiệu ứng nhiệt của phản ứng : MgCO3 (k) = MgO(r) +

CO2(k)

b, Tính ∆G0

pưYtại 8130K và 8430K

c, Xác định nhiệt độ T mà tại đó áp suất phân ly của MgCO3 là 1 atm

d, cho 1 mol MgCO3 vào 1 bình kín dung tích 22,4 lit và được duy trì ở nhiệt độ T Xác định số mol MgCO3 đã phân huỷ

e, Để MgCO3 phân huỷ hết cần tăng thể tích bình lên bao nhiêu?

Bài giải

a, KP(8130K) = 747 mmHg = 0,983 (atm)

KP (8430K) = 1340 mmHg = 1,763 (atm)

lnK P(843

0K )

ΔH0pu

R .(8431 −

1

813)

=> ∆H0

pư = 110,95(kJ)

b, ∆G0

pư = - RTlnKP = -8,314.T.lnKP

∆G0

pư(8130K) = - 8,314.813.lm.0,983 = 115,9 (J.mol-1)

DG0

pư (8430K) = - 8,314.843.lm.1,763 = - 3974 (J.mol-1)

c, Gọi nhiệt độ T

=> ln

K P(8430K )

110950

8 , 314 .(8431 −

1

T)

=> T = 813,85(0K)

d,

P CO

2 =1atm => n CO

2= 1.22 ,4 22,4

273 .813 ,85

0,335 (mol)

=> Số mol MgCO3 đã phân huỷ = 0,335 (mol)

e, P CO 2 =1 atm => n CO

2= 1 (mol ) => V = 1 813 , 85 = 66 , 78(lit )

Ví dụ 9 Xét phản ứng chuyển hoá CH4 bằng hơi nước ở 900K, dưới áp suất toàn phần P xuất phát từ hỗn hợp đầu chứa 4,0mol nước và

1 mol metan Hệ là trung tâm của 2 cân bằng

CH4(k) + H2O(k) CO(k) + 3H2 (k) K1 = 1,30

CO + H2O CO2(k) + H2 (k) K1 = 2,2 Xác định áp suất toàn phần P ở cân bằng để cho n CO 2 = 0,50 mol từ đó suy ra thành phần của hệ

Bài giải

Ta có CH4 + H2O CO + 3H2

1- y 4 - y - x y - x 3y + x

CO + H2O CO2 + H2

y - x 4 - y - x x 3y + x Theo đầu bài : x = 0,50 mol

4+ n H

2O+ n CO +n CO

2+ n H

2

= 1 - y + y - y -x + y - x + x + 3y + x = 5 + 2y

Ta có : K2=

(x) (3 y + x)

(y − x) (4 − y − x) =2,2 ⇔

0,5 (3 y + 0,5)

(y − 0,5) (3,5 − y) =2,2

(y < 1)

3y + 0,5 = 4,8(4y - 17,5 - y2) = 19,2y - 8,4 - 4,8y2

4,8y2 = 16,2y + 8,9 = 0

=> y1 = 2,68 > 1 (loại)

y2 = 0,69

=> y = 0,69

K P(1)=

P CO P H

2

3

P CH

4 P H

2O

=(n y − x T ) (3 y + x n T )3 (1 − y n T ) (n 4 − y − x T ) P T

2

=0,19 (2,57)2

0,31 2,81 .

P T2

(6,38 )2 =1,3

=> PT = 3,78 (atm)

Ví dụ 10 1 Sunfuryl điclorua SO2Cl2 là hoá chất phổ biến trong phản ứng clo hoá Tại 350oC, 2 atm phản ứng

SO2Cl2 (khí) = SO2 (khí) + Cl2 (khí) (1)Có Kp = 50

a) Hãy cho biết đơn vị của trị số đó và giải thích: hằng số cân bằng Kp này phải có đơn vị như vậy

b) Tính phần trăm theo thể tích SO2Cl2(khí) còn lại khi (1) đạt tới cân bằng ở điều kiện đã cho

c) Ban đầu dùng 150 mol SO2Cl2(khí), tính số mol Cl2(khí) thu được khi (1) đạt tới cân bằng

Các khí được coi là khí ly tưởng

2 a) Tính độ điện li của dung dịch CH3NH2 0,010M

50 2

50 Kp

P

Kp







b) Độ điện li thay đổi ra sao khi

- Pha loãng dung dịch ra 50 lần

- Khi có mặt NaOH 0,0010M

- Khi có mặt CH3COOH 0,0010M

- Khi có mặt HCOONa 1,00M

Biết: CH3NH2 + H+ CH3NH3 ; K = 1010,64

CH3COOH CH3COO- + H+ ; K = 10-4,76

Cách giải:

1 a) Gọi số mol SO2Cl2 ban đầu là 1, độ phân li là a , ta có:

SO2Cl2 (khí) SO2 (khí) + Cl2 (khí) (1)

Phân li a

pSO2 (atm) ´ pCl2(atm)

Kp = = 50 atm (2)

pSO2Cl2(atm)

b)Vì các khí đều là khí lí tưởng nên pi=.xi

(3)

ni

Σ nj

ở đây : nSO2 = nCl2 = a ; nSO2Cl2 = (1 - a) ; còn Σ nj = 1 + a (5)

b) Tổ hợp (5) và (4) , (3) và (2) ta có: