Quá trình tổng hợp NH3 trong công nghiệp từ N2 và H2 nên thực hiện ở áp suất cao hay áp suất thấp? Giải thích. Tìm hiểu thông tin, cho biết phản ứng tổng hợp NH3 ở các nhà máy thường được thực hiện ở áp suất nào.

MỞ ĐẦU

Khí NO₂ (màu nâu đỏ) liên tục chuyển hoá thành khí N₂O₄ (không màu) và ngược lại, tại một điều kiện xác định. Tại điều kiện này, khí NO₂ cũng như khí N₂O₄ trong các bình riêng biệt (Hình 1.1), sau một thời gian đều chuyển thành hỗn hợp khí có thành phần như nhau và không đổi theo thời gian.

Tại thời điểm hỗn hợp khí trong hai bình có thành phần như nhau, có phản ứng diễn ra trong hai bình này hay không?

Xem lời giải

I. KHÁI NIỆM PHẢN ỨNG THUẬN NGHỊCH VÀ TRẠNG THÁI CÂN BẰNG

Câu hỏi 1: Hãy nêu một số ví dụ về phản ứng thuận nghịch mà em biết.

Xem lời giải

Luyện tập 1: Phản ứng thuận nghịch có xảy ra hoàn toàn được không? Vì sao?

Xem lời giải

Câu hỏi 2: Xét Ví dụ 2:

a) Giải thích vì sao màu tím của hỗn hợp khí lại nhạt dần so với lúc mới bắt đầu trộn hai khí H₂ và l₂ với nhau.

b) Sau một khoảng thời gian, màu tím của hỗn hợp không thay đổi, chứng tỏ nồng độ của chất nào không thay đổi?

Xem lời giải

Câu hỏi 3: Cho hai đồ thị (a) và (b) dưới đây. Mỗi đồ thị biểu diễn sự thay đổi tốc độ phản ứng thuận và tốc độ phản ứng nghịch theo thời gian.

Hãy cho biết đồ thị nào thể hiện đúng Ví dụ 2. Đường màu xanh trong đồ thị đó biểu diễn tốc độ phản ứng thuận hay tốc độ phản ứng nghịch?

Xem lời giải

Câu hỏi 4: Vì sao giá trị $\frac{k_{t}}{k_{n}}$ là một hằng số ở nhiệt độ xác định?

Xem lời giải

II. BIỂU THỨC HẰNG SỐ CÂN BẰNG VÀ Ý NGHĨA

1. Biểu thức hằng số cân bằng

Câu hỏi 5: Viết biểu thức hằng số cân bằng K_C cho phản ứng thuận nghịch:

a) N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)

b) CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g)

Xem lời giải

Câu hỏi 6: Viết biểu thức hằng số cân bằng K_C cho phản ứng (*), (**) dưới đây.

H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2HI(g) (*)

$\frac{1}{2}$H₂(g) + $\frac{1}{2}$I₂(g) ⇌ HI(g) (**)

Theo em, giá trị hai hằng số cân bằng này có bằng nhau không?

Xem lời giải

2. Ý nghĩa của biểu thức hằng số cân bằng

Luyện tập 2: Trong công nghiệp, hydrogen được sản xuất từ phản ứng:

CH₄(g) + H₂O(g) ⇌ 3H₂(g) + CO(g)

a) Tính hằng số cân bằng K_C của phản ứng trên ở 760°C.

Biết ở nhiệt độ này, tất cả các chất đều ở thể khí và nồng độ mol của CH₄, H₂O, H₂ và CO ở trạng thái cần bằng lần lượt là 0,126 M; 0,242 M; 1,150 M và 0,126 M.

b*) Ở 760 °C, giả sử ban đầu chỉ có CH₄ và H₂O có nồng độ bằng nhau và bằng x M. Xác định x, biết nồng độ của H₂ ở trạng thái cân bằng là 0,6 M.

Xem lời giải

Vận dụng 1: Hãy cho biết trong công nghiệp, để thu được nhiều NH₃ hơn thì cần tăng hay giảm nồng độ N₂ và H₂.

Xem lời giải

Câu hỏi 7: Hai acid HA và HB cùng nồng độ ban đầu là 0,5 M, phân li trong nước theo các cân bằng:

HA ⇌ H$^{+}$ + A$^{-}$

HB ⇌ H$^{+}$ + B$^{-}$

Với các hằng số cân bằng (hay gọi là hằng số phân li acid) tương ứng là K_C(HA) = 0,2 và K_C(HB) = 0,1. Tính nồng độ H$^{+}$ của mỗi dung dịch acid. Rút ra kết luận về mối liên hệ giữa độ mạnh của acid với độ lớn của hằng số phân li acid. Biết rằng acid càng mạnh khi càng dễ tạo ra H$^{+}$.

Xem lời giải

Luyện tập 3: Methanol (CH₃OH) là nguyên liệu quan trọng trong công nghiệp hoá học. Dựa vào hằng số cân bằng của các phản ứng ở 25°C, hãy lựa chọn phản ứng thích hợp để điều chế CH₃OH. Giải thích.

CO(g) +2H₂(g) ⇌ CH₃OH(g)                         K_C = 2,26.10$^{4}$ (1)

CO₂(g) + 3H₂(g) ⇌ CH₃OH(g) + H₂O(g)       K_C = 8,27.10$^{-1}$ (2)

Xem lời giải

III. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ, NỒNG ĐỘ VÀ ÁP SUẤT ĐẾN CÂN BẰNG HÓA HỌC

1. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới cân bằng hóa học

Câu hỏi 8: Từ Thí nghiệm 1, hãy cho biết:

a) Dựa vào dấu hiệu nào để biết trạng thái cân bằng của phản ứng (8) bị chuyển dịch khi thay đổi nhiệt độ.

b*) Khi tăng nhiệt độ hoặc giảm nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều thu nhiệt hay toả nhiệt?

Xem lời giải

Luyện tập 4: Dựa vào thí nghiệm 2, cho biết khi tăng nhiệt độ thì cân bằng (9) dịch chuyển theo chiều thuận hay chiều nghịch?

Xem lời giải

2. Nguyên lí dịch chuyển cân bằng Le Chatelier

Luyện tập 5: Cân bằng sau dịch chuyển theo chiều nào khi tăng nhiệt độ?

2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g)                       $\Delta _{r}H_{298}^{o}$ = -197,8 kJ

Xem lời giải

Câu hỏi 9: Cân bằng 2NO₂(g) ⇌ N₂O₄(g) chuyển dịch theo chiều nào khi tăng áp suất của hỗn hợp (bằng cách nén hỗn hợp) ở điều kiện nhiệt độ không đổi. Biết rằng áp suất tỉ lệ với số mol chất khí.

Xem lời giải

Vận dụng 3: Thành phần chính của tinh dầu chuối là ester CH₃COOCH₂CH₂CH(CH₃)₂. Để thu được hỗn hợp chất chứa nhiều ester này thì cần thay đổi nồng độ các chất như thế nào trong cân bằng:

CH₃COOH(aq) + ROH(aq) ⇌ CH3CHOOR(aq) + H₂O(l)

Với R là (CH₃)₂CHCH₂CH₂.

Xem lời giải

BÀI TẬP

Bài 1: Phát biểu nào sau đây về một phản ứng thuận nghịch tại trạng thái cân bằng là sai?

A. Tốc độ của phản ứng thuận bằng tốc độ của phản ứng nghịch.

B. Nồng độ của tất cả các chất trong hỗn hợp phản ứng là không đổi.

C. Nồng độ mol của chất phản ứng luôn bằng nồng độ mol của chất sản phẩm phản ứng.

D. Phản ứng thuận và phản ứng nghịch vẫn diễn ra.

Xem lời giải

Bài 2: Cho 0,4 mol SO₂ và 0,6 mol O₂ vào một bình dung tích 1 lít được giữ ở một nhiệt độ không đổi. Phản ứng trong bình xảy ra như sau:

2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g)

Khi phản ứng đạt đến trạng thái cân bằng, lượng SO₂ trong bình là 0,3 mol. Tính hằng số cân bằng K_C của phản ứng tổng hợp SO₃ ở nhiệt độ trên.

Xem lời giải

Bài 3: Nhũ đá được hình thành trong các hang động liên quan đến cân bằng sau đây:

Ca(HCO₃)₂(aq) ⇌ CaCO₃(s) + CO₂(aq) + H₂O(l)

Nếu nồng độ CO₂ hoà tan trong nước tăng lên thì có thuận lợi cho sự hình thành nhũ đá hay không? Giải thích.

Xem lời giải