Giải bài tập SGK Hóa 10 Nâng cao Bài 50: Cân bằng hóa học

Hằng số cân bằng K_C của một phản ứng phụ thuộc vào yếu tố nào sau đây?

A. Nồng độ.

B. Nhiệt độ.

C. Áp suất.

D. Sự có mặt chất xúc tác.

Phương pháp giải

\({K_C} = \frac{{{{[C]}^c}{{[D]}^d}}}{{{{[A]}^a}{{[B]}^b}}}\)

K_C là hằng số cân bằng nồng độ của phản ứng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, không phụ thuộc vào nồng độ các chất ban đầu.

Hướng dẫn giải

Chọn B.

Hằng số cân bằng KC chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.

Cân bằng hóa học là gì? Tại sao nói cân bằng hóa học là cân bằng động? Hãy cho biết ý nghĩa của hằng số cân bằng K_C. Hằng số cân bằng K_C của một phản ứng có luôn luôn là một hằng số không?

Phương pháp giải

Để giải bài tập này cần nắm vững lí thuyết về cân bằng hóa học

Hướng dẫn giải

- Cân bằng hóa học là trạng thái của phản ứng thuận nghịch khi tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch.

- Cân bằng hóa học là cân bằng động vì: ở trạng thái cân bằng không phải là phản ứng dừng lại, mà phản ứng thuận và phản ứng nghịch vẫn xảy ra nhưng tốc độ bằng nhau (v_t = v_n ). Điều này có nghĩa là trong một đơn vị thời gian số mol chất phản ứng giảm đi bao nhiêu theo phản ứng thuận lại được tạo ra bấy nhiêu theo phản ứng nghịch. Do đó cân bằng hóa học là cân bằng động.

- Ý nghĩa của hằng số cân bằng K_C: Hằng số cân bằng K_C cho thấy tích nồng độ các sản phẩm phản ứng lớn hơn hay bé hơn tích nồng độ các chất phản ứng bao nhiêu lần. Mặt khác, vì nó cho biết lượng các chất phản ứng còn lại và lượng các sản phẩm tạo thành ở vị trí cân bằng, do đó biết hiệu suất của phản ứng.

- Hằng số cân bằng K_C của một phản ứng không luôn luôn là hằng số vì hằng số cân bằng phụ thuộc vào nhiệt độ. Tại một nhiệt độ, mỗi cân bằng hóa học có một hằng số cân bằng đặc trưng cho nó.

Viết các biểu thức hằng số cân bằng cho các phản ứng sau:

a) CaCO₃ (r) ⇔ CaO (r) + CO₂ (k)

b) Cu₂O + 1/2O₂ ⇔ 2CuO (r)

c) 2SO₂ (k) + O₂ (k) ⇔ 2SO₃

SO₂ (k) + 1/2O₂ (k) ⇔ SO₃ (k)

2SO₃ (k) ⇔ 2SO₂ (k) + O₂ (k)

Hãy cho biết mối liên hệ giữa ba hằng số cân bằng ứng với ba trường hợp trong câu c) ở cùng nhiệt độ.

Phương pháp giải

Áp dụng công thức tính \({K_C} = \frac{{{{[C]}^c}{{[D]}^d}}}{{{{[A]}^a}{{[B]}^b}}}\)

Hướng dẫn giải

Hằng số cân bằng của các phản ứng

a)  K_C = [CO₂]

b)  \({K_C} = \frac{1}{{{{[{O_2}]}^{\frac{1}{2}}}}}\)

c)  \({K_{{C_1}}} = \frac{{{{[S{O_3}]}^2}}}{{{{[S{O_2}]}^2}.[{O_2}]}}\)

\({K_{{C_2}}} = \frac{{[S{O_3}]}}{{[S{O_2}].{{[{O_2}]}^{\frac{1}{2}}}}}\)

\({K_{{C_3}}} = \frac{{{{[S{O_2}]}^2}.[{O_2}]}}{{{{[S{O_3}]}^2}}}\)

Mối liên hệ giữa 3 hằng số: K_C1, K_C2 và K_C3

\({K_{{C_3}}} = \frac{1}{{{K_{{C_1}}}}}\)

\({K_{{C_2}}} = \sqrt {{K_{{C_1}}}} \)

\({K_{{C_3}}} = {(\frac{1}{{{K_{{C_2}}}}})^2} = \frac{1}{{{K^2}_{{C_2}}}}\)

Sự chuyển dịch cân bằng hóa học là gì? Những yêu tố nào ảnh hưởng đến cân bằng hóa học? Chất xúc tác có ảnh hưởng đến cân bằng hóa học không? Vì sao?

Phương pháp giải

Để giải bài tập này cần nắm vững lí thuyết về cân bằng hóa học

Hướng dẫn giải

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

- Những yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học là: nồng độ, áp suất và nhiệt độ

- Chất xúc tác không ảnh hưởng đến cân bằng hóa học vì chất xúc tác không làm biến đổi nồng độ các chất trong cân bằng và cũng không làm biến đổi hằng số cân bằng. Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng thuận và tốc độ phản ứng nghịch với số lần bằng nhau nên có tác dụng làm cho phản ứng thuận nghịch đạt tới trạng thái cân bằng nhanh chóng hơn.

Phát biểu nguyên lí Lơ Sa-tơ-li-ê và dựa vào cân bằng sau để minh họa:

C(r) + CO₂(k) ⇌ 2CO(k); Δ_H = 172KJ

Phương pháp giải

- Nguyên lí chuyển dịch cân bằng (Nguyên lí Lơ Sa-tơ-li-ê): "Một phản ứng thuận nghịch đang ở trạng thái cân bằng khi chịu một tác động bên ngoài, như biến đổi nồng độ, áp-suất, nhiệt độ sẽ chuyển dịch cân bằng theo chiều làm giảm tác động bên ngoài đó”.

Hướng dẫn giải

- Nguyên lí Lơ Sa-tơ-li-ê: "Một phản ứng thuận nghịch đang ở trạng thái cân bằng khi chịu một tác động bên ngoài, như biến đổi nồng độ, áp suất, nhiệt độ thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động bên ngoài đó".

- Áp dụng: Giảm áp suất, tăng nhiệt độ, tăng nồng độ CO₂ hoặc giảm nồng độ CO cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều thuận.

Xét các hệ cân bằng sau trong một bình kín:

a) C(r) + H₂O(k) → CO(k) + H₂(k); ΔH = 131 kJ

b) CO(k) + H₂O(k) → CO₂(k) + H₂(k); ΔH = - 41kJ

Các cân bằng trên chuyển dịch như thế nào khi biên đổi một trong các điều kiện sau:

- Tăng nhiệt độ.

- Thêm lượng hơi nước vào.

- Thêm khí H₂ vào.

- Tăng áp suất chung bằng cách nén cho thể tích của hệ giảm xuống.

- Dùng chất xúc tác.

Phương pháp giải

Để giải bài tập này cần nắm vững lí thuyết về cân bằng hóa học

Hướng dẫn giải

Câu a:

C(r) + H₂O(k) ⇌ CO(k) + H₂(k); ΔH > 0

Câu b:

CO(k) + H₂O(k) ⇌ CO₂(k) + H₂(k); ΔH < 0

Cho biết phản ứng thuận nghịch sau:

H₂(k) + I₂(k) ⇌ 2HI(k)

Nồng độ các chất lúc cân bằng ở nhiệt độ 430^oC như sau:

[H₂] = [I₂] = 0,107M; [HI] = 0,786M

Tính hằng số cân bằng K_C của phản ứng ở 430^oC.

Phương pháp giải

Áp dụng công thức tính \({K_C} = \frac{{{{[C]}^c}{{[D]}^d}}}{{{{[A]}^a}{{[B]}^b}}}\)

Hướng dẫn giải

Biểu thức tính hằng số cân bằng

\({K_C} = \frac{{{{[HI]}^2}}}{{[{H_2}].[{I_2}]}}\)

Thay các giá trị [HI] = 0,786M; [H₂] = [I₂] = 0,107M

Vậy: \({K_C} = \frac{{{{(0,786)}^2}}}{{{{(0,107)}^2}}} = 53,96\)

Cho biết phản ứng sau:

H₂O(k) + CO(k) ⇌ H₂(k) + CO₂(k)

Ở 700^oC hằng số cân bằng K_C = 1,873. Tính nồng độ H₂O và CO ở trạng thái cân bằng, biết rằng hỗn hợp ban đầu gồm 0,300 mol H₂O và 0,300 mol CO trong bình 10 lít ở 700^oC.

Phương pháp giải

Áp dụng công thức tính \({K_C} = \frac{{{{[C]}^c}{{[D]}^d}}}{{{{[A]}^a}{{[B]}^b}}}\)

Hướng dẫn giải

C_M H₂O ban đầu = 0,03 mol/l

C_M CO ban đầu = 0,03 mol/l

Gọi x là nồng độ nước phản ứng:

                   H₂O     +       CO       ⇔   H₂ + CO₂

Phản ứng      x                 x

Cân bằng  (0,03-x)     (0,03-x)             x        x

Ta có:

\(K = \frac{{{x^2}}}{{{{(0,03 - x)}^2}}} = 1,873 \to x = 0,017\)

Vậy : [H₂O] = 0,03 – 0,017 = 0,013 (M); [CO] = 0,013 (M)

Hằng số cân bằng K_C của phản ứng:

H₂(k) + Br₂(k) ⇌ 2HBr(k) ở 730^oC là 2,18.10⁶. Cho 3,20 mol HBr vào trong bình phản ứng dung tích 12,0 lít ở 730°C. Tính nồng độ của H₂, Br₂ và HBr ở trạng thái cân bằng.

Phương pháp giải

Áp dụng công thức tính \({K_C} = \frac{{{{[C]}^c}{{[D]}^d}}}{{{{[A]}^a}{{[B]}^b}}}\)

⇒ Nồng độ của H₂, Br₂ và HBr

Hướng dẫn giải

Ta có:  C_M HBr = 0,27M

Gọi nồng độ của H₂ và Br₂ phản ứng là x

                    H₂ + Br₂ ⇔ 2HBr

Phản ứng:     x      x

Cân bằng:     x       x          (0,27 - 2x)

Ta có: 

\(K = \frac{{{{(0,27 - 2x)}^2}}}{{{x^2}}} = 2,{18.10^6} \to x = 1,{82.10^{ - 4}}\)

Vậy: [H₂] = [Br₂] = 1,82.10-4 M; [HBr] = 0,27 – 0,000364 ≈ 0,27M.

Iot bị phân hủy bởi nhiệt theo phản ứng sau:  I₂(k) ⇌ 2I(k)

Ở 727^oC hằng số cân bằng K_C là 3,80.10^-5. Cho 0,0456 mol I₂ vào ưong bình 2,30 lít ở 727°C. Tính nồng độ I₂ và I ở trạng thái cân bằng.

Phương pháp giải

Áp dụng công thức tính \({K_C} = \frac{{{{[C]}^c}{{[D]}^d}}}{{{{[A]}^a}{{[B]}^b}}}\)

⇒ Nồng độ của I₂

Hướng dẫn giải

Ta có:  C_M (I₂) = 0,0198 M

Gọi nồng độ iot bị chuyển hóa là x

                      I₂ (k)   ⇌     2I(k)

Phản ứng:    x

Cân bằng:   0,0198 - x      2x

Ta có:

\(K = \frac{{4{x^2}}}{{0,0198 - x}} = 3,{8.10^{ - 5}} \to x = 0,{434.10^{ - 3}}\)

Vậy: [I₂] = 0,0198 – 0,000434 = 0,0194M; [I] = 0,86.10^-3M