(SKKN HAY NHẤT) KHAI THÁC KIẾN THỨC về cân BẰNG hóa học để bồi DƯỠNG học SINH GIỎI

SỞ GIÁO DỤC - ĐÀO TẠO NAM ĐỊNH
TRƢỜNG THPT CHUYÊN LÊ HỒNG PHONG

Sáng kiến dự thi cấp tỉnh

BÁO CÁO SÁNG KIẾN
KHAI THÁC KIẾN THỨC VỀ
CÂN BẰNG HÓA HỌC ĐỂ BỒI DƯỠNG
HỌC SINH GIỎI

Tác giả

: Nguyễn Thị Thái

Trình độ chun mơn : Thạc sĩ Hóa học
Chức vụ

: Giáo viên mơn Hóa học

Nơi công tác

: Trƣờng THPT chuyên Lê Hồng Phong
Nam Định, tháng 5 năm 2015

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Phần thứ nhất
THÔNG TIN CHUNG VỀ SÁNG KIẾN
1. Tên sáng kiến: KHAI THÁC KIẾN THỨC VỀ CÂN BẰNG HÓA
HỌC ĐỂ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI.

2. Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Đây là một trong những chuyên đề dùng để bồi
dưỡng HSGQG, học sinh giỏi thi khu vực các trường THPT chuyên khu vực duyên
hải và đồng bằng Bắc Bộ, là nội dung kiến thức dạy học sinh chuyên Hóa 10,11;
là tài liệu cho học sinh chuyên Hóa và giáo viên dạy mơn Hóa học.
3. Thời gian áp dụng sáng kiến: Từ tháng 9 năm 2014 đến tháng 5 năm 2015
4. Tác giả:
Họ và tên

: Nguyễn Thị Thái

Năm sinh

: 26 - 05 - 1980

Nơi thường trú

: Số nhà 19/88 đường Vị Xun - Nam Định

Trình độ chun mơn : Thạc sĩ Hóa học
Chức vụ cơng tác

: Giáo viên

Nơi làm việc

: Trường THPT chuyên Lê Hồng Phong, T.P Nam Định

Địa chỉ liên hệ

: Số nhà 19/88 đường Vị Xuyên - Nam Định

Điện thoại

: 0913265103

5. Đồng tác giả: Không
6. Đơn vị áp dụng sáng kiến:
Tên đơn vị

: Trường THPT chuyên Lê Hồng Phong

Địa chỉ

: 76 Vị Xuyên

Điện thoại

: 03503 640297

2

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU
I. Điều kiện hoàn cảnh tạo ra sáng kiến.
II. Thực trạng
III. Các giải pháp
NỘI DUNG SÁNG KIẾN

Chƣơng I. Khái quát về cân bằng hóa học. Hằng số cân bằng
1)

Phản ứng thuận nghịch

2)

Định luận tác dụng khối lượng

3)

Hằng số cân bằng

a)

Hằng số cân bằng KP

b)

Hằng số cân bằng Kc (hằng số cân bằng nồng độ)

c)

Hằng số cân bằng theo số mol Kn

d)

Đại lượng Kx

Bài tập áp dụng chƣơng I.

Chƣơng II. Chiều hƣớng diễn biễn các q trình hóa học. Phƣơng trình
đẳng nhiệt Van’t Hoff
1)

Chiều hướng diễn biến các quá trình hóa học

2)

Cơng thức Van’t Hoff

3)

Phương trình đẳng nhiệt Van’t Hoff

Bài tập áp dụng chƣơng II.
Chƣơng III. Một số phƣơng pháp xác định hằng số cân bằng
1)

Xác định hằng số cân bằng bằng phương pháp nhiệt động

2)

Xác định hằng số cân bằng bằng phương pháp gián tiếp tổ hợp cân bằng

3)

Xác định hằng số cân bằng theo thành phần các chất tại thời điểm cân bằng

4)

XĐ hằng số cân bằng của phản ứng tại T1 bằng hằng số cân bằng tại T2

Bài tập áp dụng chƣơng III.
Chƣơng IV. Các yếu tố ảnh hƣởng tới chuyển dịch cân bằng
1)

Ảnh hưởng của sự biến đổi nồng độ

2)

Ảnh hưởng của sự biến đổi nhiệt độ

3)

Ảnh hưởng của sự thay đổi áp suất

3

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


4)

Ảnh hưởng của sự đưa vào một cấu tử trơ.

5)

Việc thêm các khí hoạt động vào hệ.

Bài tập áp dụng chƣơng IV.

Chƣơng V. Các trƣờng hợp riêng.
1. Sự phá vỡ cân bằng.
2. Cân bằng nối tiếp.
3. Cân bằng đồng thời.

Chƣơng VI. BÀI TẬP TỔNG HỢP
IV. Hiệu quả do sáng kiến đem lại.
V. Kiến nghị và đề xuất.
TÀI LIỆU THAM KHẢO

4

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Phần thứ hai

MỞ ĐẦU
I. Điều kiện hoàn cảnh tạo ra sáng kiến.
Trong bộ mơn Hóa học nói chung và Hóa học đại cương nói riêng, cân bằng
hóa học ln là một phần khó, gây khó khăn cho học sinh khi học tập.
Xây dựng và hệ thống một số nội dung lí thuyết chun đề cân bằng hóa học
áp dụng cho học sinh chuyên Hóa nhằm giúp học sinh bao quát được lượng rộng
kiến thức và hiểu sâu các vấn đề về cân bằng hố học góp phần nâng cao hiệu quả
học tập của học sinh.
Vận dụng các bài tập cân bằng hóa học để hiểu rõ và nắm vững các vấn đề
trong quá trình luyện tập cho các kì thi Học sinh giỏi với mục đích trong thời gian
ngắn nhất học sinh có thể nắm bắt và giải quyết được nhiều tình huống nhất, đúc
rút được vốn hiểu biết và kinh nghiệm cho bản thân.
Vì những lí do trên tơi đã xây dựng và hệ thống chuyên đề “Cân bằng hóa

học” để nghiên cứu nhằm giúp học sinh có thể nắm được nội dung của vấn đề và
có thể ứng dụng trong làm bài tập nhằm hỗ trợ trong các bài thi học sinh giỏi thi
khu vực các trường THPT chuyên khu vực duyên hải và đồng bằng Bắc Bộ, Học
sinh giỏi Quốc gia hay Quốc tế. Đây là một trong các chuyên đề mà tôi đã sử dụng
để dạy học sinh giỏi trong kì thi chọn HSGQG, học sinh chun Hóa 10, 11 và ơn
tập cho học sinh giỏi thi khu vực các trường THPT chuyên khu vực duyên hải và
đồng bằng Bắc Bộ.
II. Thực trạng
Trong quá trình học tập, nghiên cứu và giảng dạy bộ mơn hóa học tơi thấy
mơn Hóa học chun trong trường phổ thơng là mơn khó, lượng kiến thức mà các
em cần cập nhật rất lớn. Song chúng ta không thể nhồi nhét tất cả những tri thức đó
cho học sinh mà phải dạy cho học sinh phương pháp học và lĩnh hội kiến thức đặc
biệt đối với học sinh chuyên và học sinh giỏi nếu khơng có những bài giảng và
phương pháp hợp lí, phù hợp với thế hệ học trị thì dễ làm cho học sinh khó khăn
trong việc tiếp thu kiến thức. Giáo viên không thể cho học sinh tự học bằng cách
đưa ra rất nhiều tài liệu tham khảo, để học sinh tự mày mị trong biển kiến thức đó
để chiếm lĩnh tri thức được. Mà giáo viên phải tạo cơ hội cho học sinh có được
phương pháp, kĩ năng, thói quen, ý chí tự học từ đó tạo cho các em lòng ham học,
5

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


khơi dậy nội lực vốn có trong mỗi con người, kết quả học tập của học sinh sẽ được
nhân lên gấp bội. Vì vậy tơi viết sáng kiến kinh nghiệm với nội dung KHAI THÁC
KIẾN THỨC VỀ CÂN BẰNG HÓA HỌC ĐỂ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI
với mục đích làm cho mơn hóa học, đặc biệt là chun đề này ngày càng dễ hiểu,
thiết thực, gần gũi và lôi cuốn học sinh khi học, giúp các em học sinh trong một
khoảng thời gian rất ngắn có thể hiểu được những kiến thức cơ bản để có thể áp
dụng để giải bài tập mà khơng cảm thấy khó khăn trong vấn đề tích hợp kiến thức

trong nhiều giáo trình.
Nội dung kiến thức đều có trong các giáo trình và tài liệu tham khảo, nhưng
có tài liệu viết sơ sài, có tài liệu lại viết quá sâu về vấn đề này. Đối với học sinh
chuyên THPT chỉ áp dụng kiến thức ở mức độ vừa phải để các em có thể hiểu và
áp dụng để giải các bài tập trong lĩnh vực các cuộc thi olympic khu vực, thi
HSGQG, và có thể xa hơn nữa. Vấn đề ở chỗ trong một khoảng thời gian rất ngắn
việc các em tự nghiên cứu tài liệu và rút ra những kiến thức vừa phải cho mình là
rất khó khăn.Từ những thực trạng trên tơi thấy việc viết sáng kiến kinh nghiệm trên
là cần thiết cho giáo viên và học sinh trong quá trình dạy học. Việc này cần phải
dành rất nhiều tâm sức. Tôi mong rằng các đồng nghiệp hãy cùng tơi chung sức để
có được một hệ thống kiến thức áp dụng hiệu quả trong công tác giảng dạy.
III. Các giải pháp
Nội dung sáng kiến gồm 6 chương sau:
Chƣơng I. Khái quát về cân bằng hóa học. Hằng số cân bằng
Bài tập áp dụng chƣơng I.
Chƣơng II. Chiều hƣớng diễn biễn các quá trình hóa học. Phƣơng trình
đẳng nhiệt Van’t Hoff
Bài tập áp dụng chƣơng II.
Chƣơng III. Một số phƣơng pháp xác định hằng số cân bằng
Bài tập áp dụng chƣơng III.
Chƣơng IV. Các yếu tố ảnh hƣởng tới chuyển dịch cân bằng
Bài tập áp dụng chƣơng IV.
Chƣơng V. Các trƣờng hợp riêng.
6

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


1. Sự phá vỡ cân bằng.
2. Cân bằng nối tiếp.

3. Cân bằng đồng thời.
Chƣơng VI. BÀI TẬP TỔNG HỢP
Trong mỗi phần đều có đưa ra những phương pháp giải, 15-20 bài tập mẫu,
các bài tập tham khảo.

7

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Phần thứ ba

NỘI DUNG SÁNG KIẾN
Cân bằng hoá học : Nghiên cứu khả năng, chiều hướng và giới hạn của phản ứng, nghĩa là trong
những điều kiện nào một phản ứng hố học có thể xảy ra, tự xảy ra theo chiều nào, khi nào phản
ứng đạt cân bằng, hiệu suất phản ứng là bao nhiêu, ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài đến sự
chuyển dịch cân bằng phản ứng như thế nào.

CHƢƠNG I.
KHÁI QUÁT VỀ CÂN BẰNG HÓA HỌC
HẰNG SỐ CÂN BẰNG
1) Phản ứng thuận nghịch
Trong nhiều quá trình hóa học, các chất phản ứng có thể biến hóa hồn tồn
thành sản phẩm của phản ứng. Ví dụ như khi được đốt nóng và có mặt chất xúc tác
mangan đioxit (MnO2), muối kali clorat (KClO3) phân hủy hoàn toàn thành kali
clorua (KCl) và oxi theo phản ứng:
2KClO3 ⇌ 2KCl + 3O2
Nhưng KCl và O2 không thể kết hợp lại với nhau tạo thành KClO3. Những
phản ứng chỉ xảy ra theo một chiều như vậy gọi là phản ứng một chiều.
Khi cho khí hidro đi qua oxit sắt từ (Fe3O4) được đốt nóng đến 500ºC, xảy ra

phản ứng tạo thành Fe và H2O:
Fe3O4 + 4H2 ⇌ 3Fe + 4H2O
Ngược lại nếu cho sắt hạt tác dụng với hơi nước ở 500ºC ta lại thu được H2
và Fe3O4 theo phản ứng ngược lại:
3Fe + 4H2O ⇌ Fe3O4 + 4H2
Như vậy ở cùng điều kiện như nhau đã xảy ra hai phản ứng ngược chiều
nhau, nghĩa là phản ứng đó có thể thực hiện theo hai chiều. Những phản ứng đó
được gọi là phản ứng thuận nghịch. Khi viết phương trình phản ứng thuận nghịch,
người ta hay dấu → bằng dấu ⇌.
8

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Ví dụ:
Fe3O4 + 4H2 ⇌ 3Fe + 4H2O
Về lý thuyết có thể nói mọi phản ứng đều thuận nghịch nhưng trong thực tế
phản ứng đó dịch chuyển hầu như hồn tồn về một phía mà thơi.
Đặc điểm của phản ứng thuận nghịch là khơng thể thực hiện được một cách
hồn tồn, nghĩa là các chất phản ứng khơng thể biến hết thành các sản phẩm.
Ví dụ: Khi trộn 1mol khí CO2 với 1 mol khí H2 ở trong bình kín, rồi đốt
nóng đến 1200ºC, nếu giữ cho nhiệt độ khơng đổi, thì khi tạo nên 0,6 mol khí CO
và 0,6 mol hơi nước, nhận thấy phản ứng dừng lại. Lúc bấy giờ ở trong bình cịn
lại 0,4 mol khí CO2 với 0,4 mol khí H2. Sở dĩ ta thấy phản ứng về bề ngồi hình
như ngừng lại là vì trong đó có phản ứng thuận nghịch xảy ra, nghĩa là:
CO2 + H2 ⇌ CO + H2O
Sau khi trộn CO2 với H2 , chúng bắt đầu tác dụng với nhau tạo nên CO và
H2O. Do phản ứng xảy ra, nồng độ của CO2 với H2 giảm dần theo thời gian và tốc
độ phản ứng thuận giảm dần. Nhưng đồng thời những sản phẩm của phản ứng
thuận là CO và H2O lại bắt đầu tác dụng với nhau tạo nên CO2 với H2. Nồng độ

của CO và H2 do phản ứng thuận tạo ra được tăng lên dần. Đến một lúc nào đó, tốc
độ của phản ứng thuận bằng tốc độ của phản ứng nghịch.
Lúc đó, trong mỗi đơn vị thời gian có bao nhiêu phân tử CO 2 với H2 mất đi
do phản ứng thuận thì có bấy nhiêu phân tử CO với H2O được tạo nên do phản ứng
nghịch. Bởi vậy dù có để lâu bao nhiêu đi nữa, nếu các điều kiện bên ngồi được
giữ khơng đổi, nồng độ của cả bốn chất trong hệ phản ứng trên đây vẫn khơng đổi.
Nếu làm thí nghiệm của phản ứng nghịch, nghĩa là trộn mol 1 CO với 1 mol
H2O trong bình kín và cũng đốt nóng đến 1200ºC thì cũng thu được những kết quả
như trên : 0,4 mol CO2, 0,4 mol H2, 0,6 mol CO và 0,6 mol H2O.
Một hệ phản ứng khi có tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch
được gọi là ở trạng thái cân bằng hóa học. Nhìn bề ngồi lúc đó tưởng chừng phản
ứng đã ngừng lại (ΔG = 0) nhưng thực tế vẫn luôn luôn diễn ra đồng thời quá trình
thuận và q trình nghịch cho nên cân bằng đó được gọi là cân bằng động.
9

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


2) Định luận tác dụng khối lƣợng
Trong điều kiện nhiệt độ, áp suất không đổi xét phản ứng tổng quát:
aA + bB +….→ cC + dD + ….
Biến thiên năng lượng tự do của phản ứng (ΔGpư) được xác định bởi phương
trình:
Trong đó:

là biến thiên năng lượng tự do của phản ứng ở điều kiện

chuẩn.
(i): là hoạt độ của chất i
Khi phản ứng đạt đến trạng thái cân bằng: ΔG = 0

→

→

Khi T = hằng số →

(1.1) →
Trường hợp cân bằng được thiết lập giữa các chất khí, có thể thay hoạt độ
các chất trong biểu thức tính hằng số cân bằng K bằng áp suất riêng phần các chất
đó trong hỗn hợp.
Chú ý: Hoạt độ chất rắn hoặc chất lỏng nguyên chất bằng 1.

Đối với những hệ phản ứng dị thể, người ta chứng minh được rằng hằng số
cân bằng chỉ phụ thuộc vào pha khí hoặc pha lỏng (trong trường hợp dung dịch).
Ví dụ: Đối với phản ứng thuận nghịch:
FeO(r) + CO(k) ⇌ CO2(k) + Fe(r)
Hằng số cân bằng:

10

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


3) Hằng số cân bằng
a) Hằng số cân bằng KP
Giả thiết rằng các khí trong hệ đều là các khí lý tưởng và tn theo phương
trình trạng thái:

Trong đó: PA, PB, PC, PD,… là áp suất riêng phần chất khí A, B, C, D,… lúc
cân bằng.

KP là hằng số cân bằng tính từ áp suất riêng
Những số mũ a, b, c, d,… là những hệ số của các chất trong phương trình
phản ứng.
b) Hằng số cân bằng Kc (hằng số cân bằng nồng độ)
Với các chất khí lý tưởng Pi = CiRT với Ci là nồng độ chất i
Tại trạng thái cân bằng nồng độ chất i bằng [i]

Với: Δn = ( c + d + …) – ( a + b +…)

→

c) Hằng số cân bằng theo số mol Kn
Ta có
Trong đó: n là tổng số mol các khí tại cân bằng
P là áp suất toàn phần của hệ

11

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Với:

Δn = ( c + d + …) – ( a + b +…)

Ta có :

PV = nRT →

Do đó ta có:

d) Đại lƣợng Kx
Ta có: áp suất riêng phần

Pi = Xi . PT (PT là áp suất toàn phần)

Trong đó :
Khi đó: Kp = Kx . PΔn
Với:

→

→
Kx khơng phải là hằng số cân bằng vì nó phụ thuộc cả vào nhiệt độ và áp
suất.

12

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


BÀI TẬP ÁP DỤNG CHƢƠNG I
Bài 1: Xét phản ứng ở pha khí:

N 2 O4 k 

2 NO2( k )

Khi phản ứng đạt tới cân bằng hóa học, áp suất chung của hệ là P,  là độ
điện li của N2O4.
Hãy thiết lập:

a)

Biểu thức tính Kp

b)

Biểu thức liên hệ (Kc, Kp), (Kx, Kp), Kx có phải là hằng số cân bằng

không?
Nhận xét: Học sinh cần nắm vững về biểu thức tính Kp, từ số mol ban đầu cần tính
ra số mol của các chất tại thời điểm cân bằng, rồi thay vào biểu thức tính Kp. Nắm
chắc mối liên hệ (Kc, Kp), (Kx, Kp). Chú ý Kx không phải hằng số cân bằng vì nó
phụ thuộc vào cả nhiệt độ và áp suất.
Giải:

N 2 O4 k 

2 NO2( k )

Ban đầu 1


1a

2

Tổng số mol hỗn hợp sau phản ứng n = 1+ (mol)
Tại cân bằng:

a)

PN2O4 =
PNO2 =
Kp =

1
Phệ
1
2
Phệ
1

2
PNO

2

PN 2O4

b)

=

4 2
4 2
 Ph 
 Ph
1   1   
1 2

Có n  2  1  1

Kp  Kc   RT 

n

 Kc 

Kp

 RT 

n

 Kp   RT 

1

13

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Kp  Kx  P n  Kx  Kp  P 1

Kx khơng phải hằng số cân bằng vì nó phụ thuộc vào cả nhiệt độ và áp suất.
Bài 2: Nitrosyl clorua là một chất rất độc, khi đun nóng sẽ phân hủy thành nito
monoxit và clo.
a)

Viết phương trình cho phản ứng này.

b)

Tính Kp của phản ứng tại 298K (theo atm và theo Pa). Cho:

Nitrosyl clorua

Nito monoxit

0
(kJ/mol)
H 298

51,71

90,25

0
(J/K.mol)
S298

264

211

Clo

223

c) Tính gần đúng Kp của phản ứng ở 475K.

0
Nhận xét: Bài này tính Kp dựa vào biểu thức G298
 RTlnK vì vậy cần tính

0
0
0
G298
 H 298,
 S298
 T theo dữ kiện đề bài. Tính gần đúng Kp của phản ứng ở

475K. Đây là nhiệt độ khác với nhiệt độ ban đầu nên cần dùng công thức liên hệ
Kp tại nhiệt độ khác nhau.
Giải:
a) 2 NOCl

2 NO  Cl2

0
0
0
0
b) H 298,
 2H 298
 NO   H 298(Cl )  2H 298( NOCl )
2

 2  90, 25 103  0  2  51, 71103

 77080  J 
0
0
0
0
S298,
 2S298
 NO   S298(Cl2 )  2S298( NOCl )

 2  211  223  2  264
 117  J K 
0
0
0
G298
 H 298,
 S298
T

 77080 117  298
 42214  J 

14

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


0
Có G298
 RTlnK

 LnK  

42214
8,314  298

 17, 04

 Kp  3,89  108 atm
Kp  4,032  103 Pa

c) Ln

Kp T2 
Kp T1 



H  1 1 
  
R  T1 T2 

 LnKp 475 K  

H  1
1 


  LnKp 298 K 
R  298 475 

 LnKp 475 K  

77080  1
1 


   17, 04 
8,314  298 475 

 Kp 475 K   4,31 103 atm

Hay Kp 475 K   436, 603Pa

Bài 3: SO2 phản ứng với O2 theo phương trình:
2SO2 k   O2 k 

2SO3( k )

Trong cơng ngiệp người ta dùng oxi khơng khí dư để thực hiện phản ứng ở
T=700K và có chất xúc tác ở áp suất thường.
Khi cân bằng ở áp suất 1 atm và 700K thu được hỗn hợp khí gồm 0,21 mol
SO2 ; 5,37 mol O2; 10,30 mol SO3 và 84,12 mol N2. Tính hằng số cân bằng Kp.
Nhận xét: Kp được tính bằng tích áp suất riêng phần của các chất sản phẩm chia
cho tích áp suất riêng phần của các chất tham gia tại thời điểm cân bằng với số mũ
của nó.
Giải:
Tại cân bằng, tổng số mol của hệ là:

 n 5,37  0, 21  10,30  84,12  100  mol 

PSO2 

nSO2
n

P 

PO2 

0, 21
 1  2,1  103 atm
100

5,37
 1  0, 0537 atm
100

15

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


PSO3 

10,30
 1  0,103 atm
100

 Kp 

2
PSO
3
2
SO2

P

 PO2



0,1032

 2,110 
3

2

 0, 0537

 4, 48  104 atm

Bài 4: Khí N2O4 kém bền, bị phân ly 1 phần theo phản ứng:
N 2 O4 k 

2 NO2( k ) (1)

Nhiệt độ (oC)

35

45

Mh (g/mol)

72,45

66,80

Thực nghiệm cho biết các số liệu sau khi (1) đạt tới trạng thái cân bằng ở áp
suất chung là 1 atm.
(Mh là khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khi ở trạng thái cân bằng).
Tính hằng số cân bằng Kp của (1) ở mỗi nhiệt độ trên.
Nhận xét: Bài cho M h của các chất như vậy có mối liên hệ để tính Kc, mà đề bài
hỏi tính hằng số cân bằng Kp của phản ứng ở mỗi nhiệt độ trên. Như vậy sau khi
tính Kc, ta dung biểu thức liên hệ Kc, Kp để tính Kp.
Giải:
Gọi a là số mol N2O4 ban đầu ở toC.
Xét cân bằng: N 2 O4 k 

2 NO2( k )

Ban đầu

a

0

Phản ứng



2

a 

2

  Ght

Tại cân bằng, tổng số mol khí là:

 n a   (mol)

Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí là:
Mh 

92a  92  92
92a

a 
a 

 2 


4 2
V 



a 
V  a   
V
2

 NO2 
Ở t C có Kc 
 N 2 O4 
2

o

16

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


V(l) là thể bình chứa khí.
Có PV  nRT
 RT 

PV
V

n
a 

n  2  1  1

Có Kp  Kc   RT n  Kc 

Kp

 RT 

n

 Kp   RT 

Kp  Kc   RT  
1

1

4 2
V
4 2

 2
V  a    a   a   2

Ở 35oC thì M h  72, 45  g mol 


Kp 

92a
63
 72, 45  a  

a 
17

4 2
2

 63 
2
   
 17 

 0,314

Ở 45oC thì M h  66,80  g mol 


92a
167
 66,80  a 

a 
63

Kp 

4 2
2

 167 
  2


 63 

 0, 6637

Bài 5: Tính hằng số cân bằng Kp đối với phản ứng:
N 2  3H 2

o

2 NH 3 ở 25 C

Biết Ght của NH3 bằng -16,64 kJ/mol
Kp sẽ thay đổi thế nào khi phản ứng được viết dưới dạng
1
3
N2  H 2
2
2

NH 3

Nhận xét: Đây là bài tốn cần tính Kp dựa vào biểu thức liên hệ với G0 . Chú ý
khi thay đổi hệ số tỉ lượng của các chất trong phương trình có ảnh hưởng đến Kp
của phản ứng.
Giải:
17

LUAN VAN CHAT LUONG download : add

G  2  16, 64  33, 28  kJ   33280  J 
G 0   RTLnKp
 LnKp  

G 0
33280
 LnKp  
 13, 43  Kp  6,8  105
RT
8,314  298

Xét phương trình:

N 2  3H 2

1
3
N2  H 2
2
2

Kp 

2 NH 3

Kp ' 

NH 3

PNH 3
1
2

3

PN2  PH22

2
PNH
3

PN 2  PH32

 Kp '  Kp  825

Bài 6: Ở 50oC và dưới áp suất là 0,344 atm độ phân ly  của N2O4(k) thành NO2
bằng 63. Xác định Kp, Kc, Kx.
Nhận xét: Dữ kiện đề bài cho ở 50oC và dưới áp suất là 0,344 atm độ phân ly 
của N2O4(k) thành NO2 bằng 63 như vậy đây là dữ kiện để tính Kp, sau đó dùng
biểu thức liên hệ giữa Kp với Kc, Kx để xác định Kc, Kx.
Giải:
N 2 O4 k 

2 NO2( k )

Ban đầu

1

Cân bằng

1

2

Phần mol

1
1

2
1

Kp 

2
PNO
2

PN2O4



2
P 2   NO
2

P   N2O4



 n 1   (mol) , n  2  1  1

2
P   NO
2

N O
2

4

4 2
1    4 2
 Kp  P 

P
1
12
1

Mà P=0,344 atm, độ phân ly = 0,63
=>

4  0, 632
Kp 
 0,344  0,91 atm
1  0, 632

Có Kp  Kc   RT   Kc 
n

Kp

 RT 

n

 Kp   RT 

1

18

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Kc  0,91  0, 082  323  0, 0334 (mol/ l)
1

=>

Kp  Kx  P n  Kx  Kp  P 1 

0,91
 2, 65
0,344

Bài 7: Ở T và P xác định một hỗn hợp khí cân bằng gồn 3 mol N2, 1 mol H2 và 1

mol NH3.
Xác định hằng số cân bằng Kx của phản ứng:
N 2  3H 2

2 NH 3

Giải:
N 2  3H 2

2
 NH
Kx  3
H  N

2 NH 3

3

2

2

Tại cân bằng tổng số mol khí là:

 n 1  1  3  5(mol)
2

1
  NH3  ;
5

3
5

N  ;
2

H 
2

1
5

1
 
25
5
 Kx   3 
 8,33
1 3 3
  
5 5

Bài 8: Người ta đun nóng 1 lượng PCl5 trong một bình kín thể tích 12 l ở 250oC
PCl3( k )  Cl2( k )

PCl5( k )

Lúc cân bằng trong bình có 0,21mol PCl5, 0,32 mol PCl3; 0,32 mol Cl2. Tính
hằng số cân bằng Kc, Kp.

Giải:
PCl5( k )

Tại cân bằng tổng số mol khí là
Có PV  nRT  Ph 
Có Kp 

n  1  1 1  1

PCl3( k )  Cl2( k )

PPCl3  PCl2
PPCl5

Kc  Kp   RT 
Kx  Kp   P 

0,85  0, 082  523
 3, 04atm
12

0,32  0,32 3, 04

 1, 744atm
0, 21
0,85

Kp
1, 744


 4, 07
RT 0, 082  523
Kp 1, 744


 0,574
P
3, 04

n

n



 n  0, 21  0,32  0,32  0,85(mol )



Bài 9: Tính các hằng số cân bằng Kx, Kc, Kp của phản ứng:
19

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


H 2(k)  I 2( k )

2HI( k )

Biết rằng khi cân bằng đạt được tại 450oC thì phân số mol của HI là

 HI  0,523 và phân số mol của I2 là  I  0, 466 .
2

Giải:
H 2(k)  I 2( k )

2HI( k )

Có n  2 1 1  0  Kp  Kc  Kx
Có Kx 

2
 HI
0,5232

 53,36
 I   H 0, 466  1  0,523  0, 466 
2

2

 Kp  Kc  Kx  53,36

Bài 10: Tính hằng số cân bằng của hai phản ứng sau ở nhiệt độ T=298K
a)

1
3
N 2( k )  H 2( k )
2

2

NH 3( k ) biết G 0  16, 6 kJ mol

b)

3
1
N 2( k )  H 2( k )
2
2

N3 H ( k ) biết G 0  328, 0 kJ mol

a)

1
3
N 2( k )  H 2( k )
2
2

NH 3( k )

Giải:

Có G 0  16, 6 kJ mol  16600 J
Mặt khác G   RTLnK
0

b)

3
1
N 2( k )  H 2( k )
2
2

16600
 6, 7
8,314  298
 Kp  812, 41
 LnKp 

N3 H ( k )

Có G 0  328, 0 kJ mol  328000 J
Mặt khác G0   RTLnK
 LnKp 

32800
 132, 4
8,314  298

 Kp  3,16 1058

Bài 11: Tính hằng số cân bằng của phản ứng:

C( r )  O2( k )

CO2( k )

Biết rằng khi đạt đến cân bằng ở nhiệt độ t=1300 oC thì hỗn hợp phản ứng
chứa 22,5CO2.
Giải:
20

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


CO2( k ) Kp 

C( r )  O2( k )

C( r )  O2( k )

Ban đầu

PCO2
PO2



nCO2
nO2

CO2( k )

a

 

a–x

 n  a  mol 

x

Tại cân bằng hỗn hợp chứa 22,5 CO2
x
 0, 225
a
 x  0, 225a


Vậy: Kp 

x
0, 225a
9


 0, 29
a  x a  0, 225a 21

Bài 12: Thiết lập phương trình biểu thị hằng số cân bằng Kp đối với phản ứng
đêhiđro hóa xiclohexan.
C6 H12

C6 H 6  3H 2

Với giả thiết lượng xiclo hexan lấy ban đầu là 1 mol và dưới áp suất của hệ
là P=1 atm.
Giải:
C6 H 6  3H 2

C6 H12

Ban đầu

1

 

1–a

Kp 

PH32  PC6 H 6
PC6 H12



a

 n  1  3a  mol 

3a

27a3  a

P3
27a 4


3
3
1 a
  n  1  a   1  3a 

Bài 13: Ở 600K đối với phản ứng CO2( k )  H2( k )

CO( k )  H 2O( k )

Nồng độ cân bằng của H2, CO2,H2O và CO lần lượt bằng 0,600; 0,459;
0,500 và 0,425 mol/l.
Tìm Kc, Kp của phản ứng.
Giải:
CO2( k )  H 2( k )

CO( k )  H 2O( k ) n  1  1  1  1  0

 Kp  Kc

21

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Có Kc 

 H 2O  CO  0,500  0, 425  0, 772
 H 2   CO2  0, 600  0, 459

Bài 14: Ở 25oC phản ứng

1
NO(k)  O2( k )
2

NO2( k ) có G 0  34,82 kJ mol và

 0  56, 43kJ .

Xác định hằng số cân bằng ở 298K và ở 598K. Coi H0 không phụ thuộc
vào nhiệt độ.
Giải:
T  298K
G 0   RTLnKp
G 0
34,82 103
 LnKp 

 14, 054
RT
8,314  298
 Kp  1, 27 106

T  598
Ln

Kp 298 K 
Kp 598 K 



 0  1 1 
  
R  T1 T2 

 0  1 1 
56430  1
1 
 Ln

    


  11, 43
6
1, 27 10
R  T1 T2 
8,314  298 598 
Kp 598 K 

 1,1105
6
1, 27 10
Kp 598 K 

 Kp 598 K   1,1105 1, 27 106  13,97

Bài 15: Cho 2,5g COCl2 phân tích ở nhiệt độ t=400oC theo phương trình phản ứng
sau:

COCl2( k )

CO( k )  Cl2( k )

Biết rằng dưới áp suất 1 atm thể tích của hệ là 1,7. Chấp nhận khí là khí lí
tưởng. Tính hằng số cân bằng Kp.
Giải:
Có nCOCl 
2

2,5
5

(mol )  0, 0253(mol )
99 198

Khi cân bằng :

COCl2( k )

Ban đầu

11, 7

 n   400  273  0, 082  0, 0308(mol )
CO( k )  Cl2( k )

0,025
22

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


 

0,025 – a

a

a

 n  0, 0253  a(mol )
 0, 0253  a  0, 0308  a  5,5 103 (mol)

Kp 

PCO2  PCl2
PCOCl2

5,5 10 
3



2

1

0, 235  5,5 103

 0, 0496

Bài 16: Ở 378K hằng số cân bằng Kp của phản ứng C2 H5OH( k )

CH3CHO( k )  H 2( k )

bằng 6,4  10 – 9 . Nhiệt đốt cháy của etanol và
axetadehit là – 1412 và – 1196 kJ/mol.
Nhiệt hình thành của nước bằng – 287 kJ/mol.
Tìm Kp tại 403K. Coi 0 của phản ứng không phụ thuộc vào nhiệt độ.
Giải:
1

C2 H 5OH ( k )  3O2( k )

-1

5
CH 3CHO( k )  O2( k )
2

-1

1
H 2( k )  O2(k)
2

C2 H 5OH ( k )

2CO2( k )  3H 2O( k )
2CO2( k )  2 H 2O( k )
H 2 O( k )

10
 02

 0ht H 2O

CH 3CHO( k )  H 2( k )

 0

 0  10   02   0ht H2O
=  1412  1196  278  71kJ  71000 J

Ln

Kp 403 K 
Kp 378 K 

 Ln




Kp 403 K 

6, 4 109

Kp 403 K 
6, 4 109

 0  1 1 
  
R  T1 T2 
 0  1 1 
71000  1
1 

    



R  T2 T1 
8,314  378 403 

 4, 061

 Kp 403 K   2, 6 108

23

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


CHƢƠNG II. CHIỀU HƢỚNG DIỄN BIẾN CÁC Q
TRÌNH HĨA HỌC. PHƢƠNG TRÌNH

ĐẲNG NHIỆT Van’t Hoff
1) Chiều hƣớng diễn biến các q trình hóa học:
Có 2 yếu tố tác động lên chiều hướng diễn biến của các q trình hóa học.
Đó là entanpi ∆H và entropi ∆S.
-Quá trình tự diễn biến khi ∆H < 0, nghĩa là khi năng lượng của hệ giảm, hệ
chuyển từ trạng thái có năng lượng cao hơn sang trạng thái có năng lượng thấp
hơn, do đó hệ trở nên bền vững hơn.
-Quá trình tự diễn biến khi ∆S < 0, nghĩa là hệ chuyển từ trạng thái có độ
hỗn loạn thấp sang trạng thái có độ hỗn loạn cao hơn, do đó hệ trở nên bền vững
hơn.
Có thể xét rằng 2 yếu tố này tác động đồng thời lên hệ, nhưng theo 2 chiều
ngược nhau. Thật vậy:
-Về phương diện hóa học, entanpi giảm khi các nguyên tử kết hợp với nhau
để tạo thành các phân tử với các liên kết bền vững. Nhưng trong trường hợp đó ∆S
<0, độ hỗn loạn của hệ giảm đi. Ngược lại khi ∆S > 0 nghĩa là entropi thuận lợi
cho quá trình, thì hệ lại hấp thụ năng lượng để phá vỡ liên kết của các phần tử, do
đó ∆H của hệ tăng lên. Nói cách khác ln có sự cạnh tranh giữa 2 yếu tố ∆H và
∆S. trong cuộc cạnh tranh này yếu tố nào mạnh hơn sẽ quyết định chiều hướng của
quá trình. Sự cạnh tranh này được thể hiện qua thế đẳng áp – đẳng nhiệt G.
Ta tìm được biểu thức biểu diễn tác động tổng hợp của 2 yếu tố entanpi và
entropi: ∆G = ∆H - T∆S.
-Khi ∆S = 0, nghĩa là đối với quá trình trong đó khơng có sự thay đổi mức
độ hỗn loạn, yếu tố entropi không ảnh hưởng tới diễn biễn quá trình. Quá trình chỉ
chịu ảnh hưởng của yếu tố entanpi. Nó sẽ tự diễn biến khi ∆H < 0, nghĩa là ∆G < 0.
-Khi ∆H = 0, nghĩa là đối với q trình trong đó khơng có sự hấp thụ hay
giải phóng năng lượng, chẳng hạn q trình khuếch tán các khí, yếu tố entanpi
24

LUAN VAN CHAT LUONG download : add

khơng ảnh hưởng tới diễn biễn q trình. Q trình chỉ chịu ảnh hưởng của yếu tố
entropi. Nó sẽ tự diễn biến khi ∆S > 0, nghĩa là ∆G < 0.
-Khi ∆H < 0, ∆S > 0. Cả hai yếu tố entanpi và entropi cùng thuận lợi cho sự
diễn biến của q trình. Khi đó ∆G < 0.
-Khi ∆H > 0, ∆S < 0. Cả hai yếu tố entanpi và entropi cùng không thuận lợi
cho sự diễn biến của quá trình, q trình khơng thể tự xảy ra được. Khi đó ∆G > 0.
-Khi ∆H < 0, ∆S < 0. Quá trình được thúc đẩy bởi yếu tố entanpi, nhưng lại
bị cản trở bởi yếu tố entropi. Quá trình chỉ có thể tự diễn biến khi yếu tố entanpi
mạnh hơn entropi, nghĩa là ∆G < 0.
Cịn trong q trình ngược lại, tức là khi ∆H > 0, ∆S > 0, nghĩa là quá trình
được thúc đẩy bởi yếu tố entropi, nhưng lại bị cản trở bởi yếu tố entanpi. Quá trình
chỉ có thể tự diễn biến khi yếu tố entanpi yếu hơn entropi, nghĩa là ∆G < 0.
Như vậy, trong tất cả các trường hợp quá trình tự diễn biến, biến thiên thế
đẳng áp – đẳng nhiệt đều nhỏ hơn 0, nghĩa là thế đẳng áp – đẳng nhiệt giảm. Từ
đây chúng ta rút ra tiêu chuẩn của tính tự diễn biến của q trình. Đó là trong 1 q
trình tự diễn biến thì ∆G < 0.
Chú ý: Nếu đối với quá trình thuận ∆G < 0 (tự diễn biến) thì đối với q
trình nghịch (khơng tự diễn biến) ∆G >0. Khi ∆G = 0 q trình có thể xảy ra theo
cả 2 chiều ngược nhau.
2) Công thức Van’t Hoff:
Từ công thức cơ bản của nhiệt động lực học : ∆G=∆H  - T∆S = -RTlnK
Rút ra : lnK =
Giả sử nhiệt độ T1 hằng số cân bằng của phản ứng là K1, còn nhiệt độ T2
hằng số cân bằng của phản ứng là K2. Cũng giả thiết rằng trong khoảng từ T1 đến
T’2 ∆H và ∆S thay đổi không đáng kể, ta có:
lnK1=

(1)

;

lnK2=

(2)

Lấy (2)trừ đi (1), ta có:
ln K2-lnK1 =

–

→ ln(K2/K1) =

(

- )

25

LUAN VAN CHAT LUONG download : add