TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC
---------------------------

HOÀNG PHƢỢNG ANH

BÀI TẬP ĐỘNG HỌC VÀ CÂN BẰNG
HÓA HỌC TRONG CÁC ĐỀ THI
CAO HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa Lí

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học
ThS. Đăng Thị Thu Huyền

HÀ NỘI - 2015


LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà
Nội 2 đã tạo điều kiện thuận lợi để khóa học đƣợc hoàn thành tốt đẹp.
Em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến Th.S Đăng Thị Thu Huyền
ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đề tài
này.
Em chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong khoa Hóa Học đã truyền
đạt cho em rất nhiều kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập ở đây.
Cuối cùng xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn là chỗ dựa tinh thần
vững chắc, tạo điều kiện cho em thực hiên tốt luận văn này.
Do nhiều điều kiện về thời gian và trình độ còn hạn chế, nên khóa luận
này không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong đƣợc sự góp ý của thầy,

CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............. 19
2.1. Mục đích nghiên cứu ............................................................................ 19
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu...................................................................... 19
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................. 20
3.1. Bài tập phần động hóa học. .................................................................. 20
3.2. Bài tập phần cân bằng hóa học............................................................. 35
PHỤ LỤC ........................................................................................................ 58
KẾT LUẬN ..................................................................................................... 65
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 66


MỞ ĐẦU
Thế kỷ XXI với sự phát triển nhảy vọt của khoa học và công nghệ, đặc
biệt là công nghệ thông tin và truyền thông, đang đƣa nhân loại bƣớc đầu quá
độ sang nền kinh tế tri thức. Xu thế hội nhập, toàn cầu hóa, dân chủ hóa....,
đang tác động mạnh mẽ đến giáo dục trên tất cả các phƣơng diện.
Đáp ứng nhu cầu của thời đại, triết lý về giáo dục cho thế kỷ XXI có
những biến đổi to lớn. Trong đó quan niệm về “học tập suốt đời: một động
lực xã hội” đƣợc coi nhƣ một trong những chìa khóa mở cửa đi vào thế kỷ
XXI ; ý tƣởng “đặt học tập suốt đời vào trung tâm của xã hội” đƣợc coi nhƣ
một bƣớc nhảy về chất trong sự phát triển của giáo dục.
Hằng năm ở Việt Nam, các trƣờng đại học tổ chức các kì thi cao học
cho các sinh viên mới tốt nghiệp ra trƣờng, giáo viên đã đi dạy học nhằm đáp
ứng nhu cầu nâng cao trình độ kiến thức, trau dồi chuyên môn nghiệp vụ để
giảng dạy cho học sinh tốt hơn. Tuy nhiên không ít sinh viên và giáo viên gặp
phải những khó khăn trong việc ôn thi cao học để đạt kết quả cao. Vì vậy cần
hệ thống hóa các dạng bài thƣờng gặp trong các đề thi cao học và phân loại,
tìm ra phƣơng hƣớng giải các dạng bài đó để việc ôn thi cao học trở nên dễ
dàng và đạt kết quả cao hơn.
Xuất phát từ lí do đó em đã lựa chọn đề tài: “Bài tập động hóa học và


Trong đó: v : tốc độ trung bình trong khoảng thời gian từ t1 đến t2.
∆C: sự biến thiên nồng độ mol/lit của chất khảo sát từ C1 đến C2.
Dấu cộng ứng với việc xác định tốc độ theo sự biến thiên nồng độ chất
tạo thành, còn dấu trừ ứng với chất tham gia.
Đơn vị: mol/(l.s) hoặc mol/(l.h), …
Khi ∆t → 0 thì tốc độ trung bình trở thành tốc độ tức thời hay
v

dC
dt

(2)

Xét phản ứng trong hệ đồng thể:

6


aA + bB + … → cC + dD + …
mà ta có thể theo dõi sự tiến triển theo thời gian.
Tốc độ của phản ứng đã cho đƣợc xác định nhƣ sau: v A  

dCA
dt

(3)

Một cách tổng quát, để tốc độ phản ứng là đơn giá thì phải đƣa thêm
vào biểu thức tốc độ các hệ số hợp thức:

phản ứng.
Xét phản ứng:
Biểu thức:

aA + bB + … → cC + dD + …

v = k. CαA .CβB …

(5)

Trong đó:
+ CA, CB, … là nồng độ chất A, B, … tại thời điểm đƣợc xét.
+ Số mũ α, β,… là các số nguyên hay nửa nguyên (phân số), đƣợc gọi là
bậc riêng phần đối với các chất A, B, … của phản ứng đang xét.
+ Tổng các bậc riêng phần đó là n = α + β + … là bậc toàn phần của phản
ứng. Bậc của phản ứng là đại lƣợng thực nghiệm.

7


*Chú ý: Để xác định bậc phản ứng riêng đối với một chất nào đó ngƣời
ta nghiên cứu sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nồng độ của chất đó khi
nồng độ của các chất còn lại là dƣ và rất lớn, để cho trong quá trình phản ứng
nồng độ của chúng thay đổi không đáng kể và do đó không ảnh hƣởng đến tốc
độ phản ứng. Trong điều kiện đó, tốc độ phản ứng chỉ phụ thuộc vào nồng độ
chất khảo sát.
+ Hằng số k là hệ số tỉ lệ hay là hằng số tốc độ.
Từ v = k. CAα. CBβ… , nếu CA = CB = … 1mol.L-1 ta có v = k hay hằng số
tốc độ phản ứng là tốc độ của phản ứng khi nồng độ các chất phản ứng bằng
đơn vị. k phụ thuộc: bản chất của chất tham gia phản ứng và nhiệt độ.


k = A.e-Ea /RT

(6)

Trong đó: k là hằng số tốc độ;
A là hằng số thƣờng đƣợc gọi là thừa số tần số Arrhenius (A có
cùng đơn vị với k, có trị số riêng cho mỗi loại phản ứng và không phụ
thuộc vào nhiệt độ);
e là cơ số ln (Nepe);
R là hằng số khí;
T là nhiệt độ K;
Ea là năng lƣợng hoạt (động) hóa của phản ứng hay năng lƣợng
hoạt hóa thực nghiệm. Năng lƣợng hoạt động hoá là năng lƣợng giới hạn mà
phân tử cần phải có để phản ứng xảy ra. Ea có trị số riêng cho mỗi phản ứng
và thƣờng đƣợc coi là không phụ thuộc vào nhiệt độ.
Tại 2 nhiệt độ T1 và T2 ta có: ln

k T2
k T1

=

Ea
R

1 1
 - 
 T1 T2 


Xét phƣơng trình phản ứng tổng quát là: A → sản phẩm
Phƣơng trình động học: -

dCA
= kCA
dt

Đơn vị của hằng số tốc độ: (thời gian)-1
Lấy tích phân ta đƣợc:
và

ln

a
=k.t
a-x

(8)

ln2
k

(9)

t1/2 =

Chu kì bán hủy không phụ thuộc vào nồng độ ban đầu của chất.
Nếu các chất phản ứng là chất khí và chất phóng xạ, vì nồng độ của
chất phản ứng tỉ lệ với áp suất cũng nhƣ tỉ lệ với số nguyên tử hay phân tử của
nó trong hệ phản ứng, cho nên phƣơng trình động học tích phân của phản ứng

t

Phƣơng trình động học: 

a-x

dCA
= kCA 2
dt

Đơn vị của k: (mol/l)-1.(thời gian)-1
Lấy tích phân sau khi đã tách các biến số ta đƣợc:
Và thời gian nửa phản ứng: t1/2 

1
ak

1 1
- = kt (11)
a-x a
(12)

Nhận xét: t1/2 tỉ lệ nghịch với nồng độ ban đầu của chất phản ứng.
*Trường hợp 2:
t=0
t

A +
a


dt

1
a(b  x)
ln
 kt
b  a b(a  x)

Trong trƣờng hợp b > a thì ta có:

Hằng số tốc độ k có thứ nguyên: (nồng độ)-1.(thời gian)-1

11

(13)


Ta lập đƣợc bảng sau:

Thời gian
Phƣơng trình động học
Bậc

ứng
Dạng vi phân

1
Cùng nồng
độ đầu


t1/2 

1
k.a

2
Khác nồng
độ đầu

dx
 k(a  x)(b  x)
dt

kt 

1 a(b - x)

b - a b(a - x)

1.2. Lý thuyết cân bằng hóa học
1.2.1. Các khái niệm cơ bản
a. Phản ứng thuận nghịch và phản ứng không thuận nghịch
- Phản ứng thuận nghịch: là phản ứng xảy ra theo 2 chiều ngƣợc nhau
chiều thuận và chiều nghịch ở cùng một điều kiện.
Tổng quát: aA + bB

cC + dD

 2SO3
Ví dụ: 2SO2 +O2 

PCc .PDd
PAa .PBb

cC + dD
(14)

Với Pi là áp suất riêng phần của chất i trong phản ứng ở trạng thái nào
đó về nhiệt độ và áp suất.
Khi cân bằng đƣợc thiết lập G  0 , từ (14) ta có:

PCc .PDd
ΔG  RTln a b
PA .PB
o

(15)

PCc .PDd
Ở T,P = const: ∆G = - RTlnKp với K p  a b
PA .PB
o

(16)

Kp đƣợc gọi là hằng số cân bằng, chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.
Nhƣ vậy, tại một nhiệt độ xác định, khi một phản ứng thuận nghịch đạt
trạng thái cân bằng thì Kp có một giá trị xác định không đổi.

13


Đối với phản ứng trong pha khí, hằng số cân bằng còn đƣợc biểu thị
qua nồng độ phần mol Kx:
KX 

x cC .x dD
x aA .x bB

Với phần mol:

(18)
Xi 

ni
, ni là số mol chất i.
Σn i

Giữa pi và Xi có mối liên hệ: pi = P. Xi.

P  Σpi

P – áp suất toàn phần của hệ;

Quan hệ KP, KC, KX có mối liên hệ: KP = KC.(RT)∆n = KX.P∆n
Với ∆n =  (số mol khí)sp -  (mol khí)cđ
Khi ∆n = 0 thì KP = KC = K

14

(19)


> 0 , nghĩa là khi nhiệt độ
dT

tăng thì giá trị của hằng số cân bằng cũng tăng, hay phản ứng xảy ra theo
chiều thuận là chiều phản ứng thu nhiệt. Ngƣợc lại khi T giảm thì Kcb cũng
giảm, nghĩa là cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch, chiều của phản ứng
tỏa nhiệt.
- Nếu ΔHo < 0 (Phản ứng tỏa nhiệt) thì

dlnK
< 0 , hằng số Kcb biến thiên
dT

ngƣợc chiều với nhiệt độ T.
+ Khi hệ đang ở trạng thái cân bằng nếu ta làm tăng nhiệt độ của hệ thì
cân bằng của phản ứng chuyển dịch nghịch là chiều của phản ứng thu nhiệt.
Còn khi T giảm thì Kcb tăng → lập luận tƣơng tự trên ta thấy cân bằng chuyển
dịch theo chiều thuận, chiều của phản ứng phát nhiệt.
- Nếu ΔHo = 0, phản ứng không thu hay phát nhiệt, thì Kcb không phụ
thuộc vào nhiệt độ (trƣờng hợp này ít gặp).

15


Trong khoảng nhiệt độ từ T1 đến T2 nếu xem ∆Ho = const thì sau khi
lấy tích phân (21) trở thành:
ln

K P,T2
K P,T1


Trƣờng hợp 1: n = 0  Gpƣ = Gopƣ + RTln(Kx) = 0  trạng thái cân
bằng của hệ không thay đổi hay yếu tố áp suất không ảnh hƣởng đến cân bằng
hóa học.
Trƣờng hợp 2: n  0  P∆n  1
- Tăng P  G  0 chuyển dịch theo chiều nghịch là chiều có n  
hay chiều giảm số phân tử khí.
- Giảm P  G    chuyển dịch theo chiều thuận là chiều có n > 
hay chiều tăng số phân tử khí.
Trƣờng hợp 3: Nếu n    P∆n < 1
- Tăng P  G  0  chuyển dịch theo chiều thuận hay chiều giảm số
phân tử khí.
- Giảm P  G    chuyển dịch theo chiều nghịch hay chiều tăng
số phân tử khí.

16


c. Ảnh hưởng của nồng độ
Xét cân bằng:

aA + bB

cC + dD

Ta có: vT = kT. CaA CbB , vN = kN. CcCCdD
Tại thời điểm cân bằng: vT = vN
Nếu ta tăng nồng độ chất A và B thì vT > vN nên cân bằng bị phá vỡ,
phản ứng chuyển dịch theo chiều thuận (là chiều làm giảm nồng độ chất A và
B) và ngƣợc lại.

Q
KP

Dấu của ∆G đƣợc quyết định bởi tỉ số

Q
.
KP

* Q < KP do ∆G < 0: Phản ứng diễn ra theo chiều thuận là chiều có tác dụng
làm Q tăng lên cho tới khi Q = KP thì cân bằng đƣợc thiết lập.
* Q > KP do ∆G > 0: Phản ứng diễn ra theo chiều nghịch là chiều có tác
dụng làm Q giảm xuống để tiến tới bằng KP, lúc này đạt tới sự cân bằng.
(*)Sự thêm một khí trơ vào hệ cân bằng trong pha khí
Sự thêm một khí trơ vào hệ cân bằng làm tăng áp suất chung của hệ
song vị trí cân bằng có thể thay đổi hoặc không còn tùy thuộc vào điều kiện
áp suất và thể tích của hệ có thay đổi hay không.
- Sự thêm khí trơ ở V = const không làm thay đổi trạng thái cân bằng vì
áp suất riêng của các khí trong phản ứng không thay đổi.
- Sự thêm khí trơ ở P = const có thể làm thay đổi trạng thái cân bằng do
sự giảm áp suất riêng của các chất khí trong hệ phản ứng.

18


CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
2.1. Mục đích nghiên cứu
Phân loại các dạng bài về động hóa học và cân bằng hóa học.
Tìm ra các phƣơng pháp giải cho các dạng bài đó.


- Nếu phản ứng là bậc 1 thì phƣơng trình động học:
ln

a
 kt
a-x

(1)

t

1/2

= ln2/k (2)

- Nếu phản ứng là bậc 2 : Khi nồng độ đầu giống nhau:
1
1
  kt
a-x a

(3)

t1/2 

Khi nồng độ đầu khác nhau:

1
k.a


(7)

Ví dụ:
Câu 1 (Đại học Sƣ phạm Hà Nội năm 2006)
1
2

Ở 45oC, sự phân hủy của N2O5 theo phản ứng: N2O5 →N2O4 + O 2 , có
hằng số tốc độ k = 1,2.10-2s-1.

20


a, Ở nhiệt độ này, ngƣời ta cho vào bình phản ứng khí N2O5 dƣới áp
suất 0,13 atm. Hãy tính tốc độ đầu (v) của phản ứng.
b, Tính thời gian để 80% N2O5 bị phân hủy. Tại thời điểm 80% N2O5 bị
phân hủy tính áp suất riêng phần của N2O4 và O2.
c, Nếu phản ứng đƣợc viết lại dƣới dạng: 2N2O5 →2NO2 +O2
Thì giá trị của k và v thay đổi nhƣ thế nào?
Lời giải
a, Giả thiết N2O5 là khí lí tƣởng, áp dụng phƣơng trình trạng thái khí lí tƣởng
ta có:
CN2O5 

P
0,13

 0,005 mol/lit
RT 0, 082.(45  273)


dCN2O5
dt

;

;

5

PO2 

1
0,104
PN2O4 
 0, 052atm
2
2

v 2  k 2 .C N2O5  

1 dCN2O5
2 dt

Nhƣ vậy khi đó giá trị k và v sẽ giảm đi một nửa.
k2 

1
k1  0, 6.102 s-1;
2

0,2270

a, Tính giá trị trung bình của hằng số tốc độ phản ứng.
b, Biết năng lƣợng hoạt động hóa của phản ứng bằng 107,9 kJ/mol. Tính hệ
số nhiệt độ của tốc độ phản ứng ở 25oC.
Lời giải
1, Từ biểu thức: k  Ae

 E*
RT

Tại nhiệt độ T:

E*
ln k T  
 ln A
RT

Tại nhiệt độ (T+10):

lnk T+10  

E*
 ln A ;
R(T+10)

k T+10
E* 1
1
10E*

k1  k 2 3,598.103  3,594.103

 3,596.103 ph 1
Tính k 
2
2

22


b, Từ ý (1): ln γ 

10E*
10.107,9.103

 1, 414  γ  4,11
RT(T+10) 8,314.298.(298  10)

Câu 3 (Đại học sƣ phạm Hà Nội năm 2012)
Ở 25oC, sự phân hủy của N2O5 theo phƣơng trình phản ứng:
N2O5 → 2NO2 +

1
O2
2

Có hằng số tốc độ k = 3,38.10-4s-1.
a, Tại nhiệt độ này khí N2O5 đƣợc nạp vào bình phản ứng với áp suất 0,15
atm. Hãy xác định giá trị tốc độ đầu của phản ứng với thứ nguyên là [nồng
độ].[thời gian]-1. Chỉ ra tốc độ hình thành của NO2 và O2.

2

5

Phản ứng có bậc 1 nên áp dụng công thức: kt  ln
 3,38.104.t  ln

0,15
 t  4761, 650s
0, 03

23

a
ax


Lƣợng N2O5 đã phản ứng: PN O  0,15.80%  0,12 atm.
2

5

PNO2  0,12.2  0, 24 atm

PO2  0,12 

,

1
 0, 06 atm

bằng 1,38.10-2M-1. ph-1 tại 398K.
2, Tính thời gian để axit axetic phản ứng đƣợc 90%.
3, Tính năng lƣợng hoạt hóa của phản ứng, biết rằng hệ số nhiệt độ của
tốc độ phản ứng bằng 2,5.
Lời giải
1, Tính lại nồng độ các chất sau khi trộn:
CM (CH3COOH) 

2.1
 1M
11

;

C M (C 2H 5OH) =

3.1
1,5M
1 1

Phƣơng trình: CH3COOH + C2H5OH → CH3COOC2H5 + H2O.
Ban đầu

1M

1,5M

Phản ứng

0,5

Khi axit phản ứng đƣợc 90%, x = 0,9M
Thay số vào (*) ta có: 1,38.10-2 .t 

1
(1,5  0,9).1
ln
 t  200,9ph
1,5  1 (1  0,9).1,5

3, Tính năng lƣợng hoạt hóa của phản ứng.
Hệ số nhiệt độ γ  2,5 cho biết tốc độ phản ứng tăng 2,5 lần khi nhiệt độ tăng
10oC.
Vì tốc độ phản ứng tỉ lệ thuận với hằng số tốc độ nên khi tốc độ tăng 2,5 lần
thì hằng số tốc độ cũng tăng 2,5 lần 

k T2
k T1

 2,5 , với T1 = 398K, T2 = 408K.

Áp dụng biểu thức:
ln

k T2
k T1



Ea 1 1
Ea


1
1
1
1

 k  2,5 (mol/lit)-1ph -1 ; t1/2 

 40ph
3
2,5.10
0, 01
k.a 2,5.0, 01

25