SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

ĐỀ TÀI:
"MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP PHẦN CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁC
PHẢN ỨNG HÓA HỌC DÙNG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI BẬC
THPT"

1


II.1. Hệ thống các câu hỏi và bài tập phần “cơ sở lý thuyết các phản ứng hóa học”
trong tài liệu giáo khoa chuyên Hoá học
II.1.1. Chương IV: Lý thuyết về phản ứng hóa học
a. Nội dung cơ bản
* Về mặt kiến thức: Giúp học sinh nắm được các kiến thức:
- Định nghĩa hiệu ứng nhiệt của một phản ứng.
- Định nghĩa: Năng lượng liên kết E, nhiệt tạo thành ∆H của hợp chất, nhiệt phân huỷ
(∆H’ = - ∆H), nhiệt hoà tan chất …
- Nội dung và hệ quả của định luật Hes (Hess).
- Nguyên lý I, II của nhiệt động học; năng lượng tự do Gip.
- Tốc độ phản ứng hóa học (định nghĩa, các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng). Định
luật Gunbe – vagơ (định luật tác dụng khối lượng trong động hóa học).
- Khái niệm về năng lượng hoạt hoá, quy tắc Van hôp.
- Khái niệm phản ứng thuận nghịch – bất thuận nghịch, trạng thái cân bằng, hằng số cân bằng.
Định luật tác dụng khối lượng (đối với phản ứng thuận nghịch).
- Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học, nguyên lý Lơ Satơliê về chuyển dịch cân
bằng.
* Về mặt kỹ năng: Giúp học sinh có được các kỹ năng sau:
- Cách xác định nhiệt phản ứng hóa học.
+ Dựa vào năng lượng liên kết.
+ Dựa vào nhiệt hình thành (nhiệt sinh, sinh nhiệt) của hợp chất.


(2)

kT (γ: gama): hệ số nhiệt độ của tốc độ phản ứng.
vT1 , vT2 :

Tốc độ phản ứng ở nhiệt độ T1, T2.

- Tính HSCB với phản ứng hóa học xảy ra ở điều kiện cụ thể:
* Kc, Kp, Kx
aA + bB + …

cC + dung dịch + …

+ Trong pha lỏng: Kc (HSCB theo nồng độ).
+ Trong pha khí: Kp (gần đúng ta dùng áp suất riêng phần pi).
+ Trong pha khí: Kx (HSCB theo phân số mol).
* Biểu thức tổng quát và liên hệ giữa các HSCB.
c
d
[
C ] .[ D ]
Kc =
[ A] a .[ B] b

[ ]: Nồng độ cân bằng của chất đang xét.

PCc .PDd
Kp = a b
PA .PB

*Đề bài :Tính ∆H của phản ứng sau:
CH4(k) + 4Cl2(k) → CCl4(k) + 4HCl(k)
Biết các giá trị năng lượng liên kết:
C – Cl
326,30

H – Cl
430,9

414,2

C–H

Cl – Cl
242,6

kJ

* Mục đích của đề:Yêu cầu học sinh dựa vào năng lượng liên kết để xác định ∆H phản
ứng.
* Hướng dẫn giải:
Ta có:

∆H = 4EC – H + 4ECl – Cl – (4EC – Cl + 4EH – Cl) = - 401,6 kJ

Ví dụ 2:
* Học sinh cần dựa vào định luật Hes với phương pháp tổ hợp các phương trình nhiệt hóa
học để xác định nhiệt phản ứng.
Ví dụ 3: [40, tr 198, 200, 202]
* Đề bài yêu cầu vận dụng kiến thức, kỹ năng tính ∆H0, ∆S0, ∆G0 của phản ứng, kết luận

+ Trạng thái 2: Khi giảm thể tích hỗn hợp xuống 3 lần nghĩa là nồng độ chất tăng 3 lần
v2 = k [ SO2 .3] 2 .[ O2 .3] 2 = k [ SO2 ]1 .[ O2 ]1 .27
2

+ Từ (a) và (b)

⇔

2

(b)

v2
= 27 lần
v1

+ Kết luận: Tốc độ của phản ứng tạo SO3 tăng 27 lần.
Ví dụ 5:
* Đề bài: Nếu ở 1500C, một phản ứng nào đó kết thúc sau 16 phút, thì ở 120 0C và 2000C
phản ứng đó kết thúc sau bao nhiêu phút? Giả sử hệ số nhiệt độ của phản ứng trong
khoảng nhiệt độ đó là 2,0.
* Mục đích của bài: Yêu cầu học sinh vận dụng quy tắc Van Hôp, tính thời gian sau từng
nhiệt độ cho trước.
* Hướng dẫn giải:
+ ở 1200C: Ta có: v150 = 120.2(150 – 120)/10 = v120.23
Phản ứng kết thúc sau thời gian t1 = 16.23 = 128 phút
+ ở 2000C: Ta có: v200 = v150.25
Phản ứng kết thúc sau thời gian t2 =

16

B là (1 – x)
C, D là x
+ Tìm ra x dựa vào Kc = 4
x = 0,90 hay 90%.
c) Do ∆H = 0. Vậy khi tăng nhiệt độ cân bằng thực tế không bị dịch chuyển, nhưng tốc
độ phản ứng nhanh hơn, nghĩa là phản ứng đạt tới trạng thái cân bằng nhanh hơn.
Ví dụ 26:
* Đề bài: Trong công nghệ hoá dầu, các ankan được loại hiđro để chuyển thành
hiđrocacbon không no có nhiều ứng dụng hơn. Hãy tính nhiệt của mỗi phản ứng sau đây:
C4H10 → C4H6 + H2

∆H10 (1)

CH4 → C6H6 + H2

∆H20 (2)

Biết năng lượng liên kết E theo kJ. mol-1 của các liên kết như sau:
E

435,9

Liên kết

H–H

416,3

409,1
C–H


CH3COOC2H5 + H2O

+ Để phản ứng nhanh đạt tới trạng thái cân bằng cần:
Dùng xúc tác là axit (HCl, H2SO4)
Tăng nhiệt độ vừa phải
+ Biện pháp chuyển dịch cân bằng về phía tạo thành este:
Tăng nồng độ của axit hoặc rượu
Giảm lượng chất sau phản ứng (lấy bớt sản phẩm ra)
2.Tính HSCB:
+

K=

C2
= 3,6
( a − c ).( b − c )

+ Lượng este tăng lên là ≈ 1,44 lần.
* Dạng đề thi với mục đích là : giúp học sinh nắm vững lý thuyết về hằng số cân bằng, sự
chuyển dịch cân bằng khi các yếu tố thay đổi. Mặt khác, tổng hợp các kỹ năng: tính hằng
số cân bằng theo độ điện li α, áp suất P và ngược lại ; tính năng lượng tự do ∆G0 theo
∆H0, ∆S0 ; áp dụng quan hệ Kp và Kc để tính lượng chất…
Ví dụ 28 :
* Đề bài : Sunfurylđiclorua SO2Cl2 là hoá chất phổ biến trong phản ứng clo hoá. Tại
3500C, 2 atm phản ứng:
SO2Cl2(k)

SO2(k) + Cl2(k)


P.α 2
= 50
1−α 2

tính được α = 0,9806

+ Số mol SO2Cl2(k) còn lại là 1 - α = 0,0194 mol. Do vậy % theo thể tích SO 2Cl2(k)
còn lại là 0,98%.
Cách 2: SO2Cl2(k)

SO2(k) + Cl2(k) (1)

+ Dựa vào biểu thức tính

Kp = 50 atm

P2
KP =
= 50
2 − 2P

tính được P = 0,9902 atm

+ áp suất lúc cân bằng: PSO2Cl2 ( k ) = 0,0196 atm
Do vậy, số mol SO2Cl2(k) = 0,0098 hay 0,98%. (trong cùng nhiệt độ, áp suất: % theo số
mol cũng như % theo thể tích)
3. Ban đầu dùng 150 mol SO2Cl2(k), số mol Cl2(k) lúc cân bằng
nCl2 = nSO2 = nSO2Cl2 ×α = 150 × 0,9806 = 147,09 mol.

Ví dụ 29: [12, đề 2002 – 2003]


*Mục đích của đề:Yêu cầu học sinh thiết lập biểu thức liên hệ hằng số cân bằng theo độ
phân li, áp suất, thể tích, khối lượng.Từ đó tính các đại lượng liên quan.
* Hướng dẫn giải:
1. Thiết lập biểu thức của KP, KC:
Phương trình:

PCl5(k)

Ban đầu:

a

Cân bằng:

a–x

PCl3(k) + Cl2(k)
x

x

mol

+ Tổng số mol khí lúc cân bằng: n = a + x
Trong đó:

a=

m


α2
.P
1 −α2

* Tính KC (có 2 cách)
Cách 1: + Tính nồng độ cân bằng của mỗi khí

[ PCl5 ] = a(1 − α ) ;
V

[ PCl3 ] = [ Cl2 ] = a.α
V

9


+ HSCB

KC =

[ PCl3 ][ Cl2 ] = aα 2 =
mα 2
[ PCl5 ]
V (1 − α ) 208,239V (1 − α )
KP = KC .(RT)∆ν

Cách 2: + Ta biết:
+


62,826 x 2,016 = 138,753 g/mol
+ Tổng số mol khí lúc cân bằng
n1 =a (1 +α1 ) =0,600mol =

83,30
M

tính được α1= 0,500.

* Tìm KP tại nhiệt độ T1
K PT1 =

α12
( 0,5) 2 .2,70 = 0,900
.
P
=
1
2
1 −α12
1 −( 0,5)

3. Thí nghiệm 2 :
- giữ nguyên nhiệt độ : KP không đổi
- Giữ nguyên số mol PCl5

a = 0,400 mol

- áp suất cân bằng P2 = 0,500 atm
* Ta có:

= × = 6,489
V1 n1 P2

n1 RT
P1

lần

4. Thí nghiệm 3:
- Thay đổi nhiệt độ: KP thay đổi (T3 = 0,9T1)
- Giữ nguyên số mol PCl5 a = 0,400 và V1
- áp suất cân bằng P3 = 1,944 atm (do nhiệt độ giảm, tổng số mol khí n3 thay đổi, n3 ≠ n1)
* Tìm α3
+ n3 = a (1 + α3) = 0,4 (1 + α3)
+ Ta có:

P1V1 = nRT1

P3.V1 = n3.RT3 = n3.R.0,9T1
P
n
1,944 0,4(1 +α3 ).0,9
⇔ 3 = 3 .0,9 ⇔
=
P1

2,7

0,6


1. Tính tốc độ:
11


a) Tiêu thụ N2O5.
b) Hình thành NO2, O2.
2. Tính số phân tử N2O5 đã bị phân tích sau 30 s.
3. Nếu phản ứng trên có phương trình 2N2O5(k) → 2NO2(k) + 1/2 O2(k) thì trị số tốc độ phản
ứng, hằng số tốc độ phản ứng có thay đổi không? Giải thích?
* Mục đích của đề: Giúp học sinh củng cố kiến thức về tốc độ phản ứng; kỹ năng: viết
phương trình động học của phản ứng, biểu thị và tính tốc độ hình thành, tốc độ tiêu thụ,
tính số phân tử bị phân tích, mặt khác tại nhiệt độ T xác định: tốc độ phản ứng v pư và
hằng số tốc độ phản ứng k đều không đổi.
* Hướng dẫn giải:
1.a) - Tính tốc độ của phản ứng theo biểu thức
+

vpư = k.

trong đó: C N

2 O5

=

C N 2O5

n N 2 O5
V


5

= −2. vpư = - 2.5,16.10-8 = -1,032.10-7 mol.l-1.s-1 (3)

- Tính tốc độ hình thành NO2, O2:
+

vhtNO2 =

+

vhtO2 =

dC NO2
dt

dCO2
dt

= 4 .vpư

= vpư

vhtNO2 , vhtO2

= 2,046.10-7 mol.l-1.s-1

= 5,16.10-8 mol.l-1.s-1

2. Tính số phân tử N2O5 bị phân tích sau thời gian t:


157,4

2PC – P0 (Torr) 632

605

536,4

461,6

386,6

317,2

k (mol-1.l.phút1
)

0,811

0,864

0,888

0,882

0,861

* Nhận xét: Các giá trị k xấp xỉ nhau nên phản ứng (1) thuộc bậc 2.
b) Hằng số tốc độ phản ứng k .

Hướng dẫn giải:
1. a) Gọi thời gian để 30% BrO- bị chuyển hoá là t1.
13


99% BrO- bị chuyển hoá là t2.
+ Biểu thức tốc độ phản ứng :

[

] [

1 d BrO −
v=− .
= k BrO −
3
dt

].
2

Nồng độ ban đầu a = 0,1 ; lượng chuyển hoá x1 = 0,03
x2 = 0,099.
+ Lượng còn lại: a – x1 = 0,07
a – x2 = 0,001
+ Theo quy luật động học bậc 2 ta có biểu thức:
1 1
1
t= 
− 

+ Biểu thức tốc độ phản ứng : v = −
⇔v= −
hay

dx
2
= k ( a − x)
dt

(*)

d CA
dt

= k .C A2

d ( a − x)
2
= k .( a − x )
dt

Phương trình tốc độ dạng vi phân.

+ Lấy tích phân của (*):
dx

∫ ( a − x)

2



1
a

1
1
−
a −x a

(**) Phươngtrình tốc độ dạng tích phân.
1
t1 2 .a

hay t1/2 =

1
k.a

(Điều phải chứng minh)

Bài 9: Cho phản ứng “khí nước”
CO2 + H2

CO + H2O

a) Tính ∆G của phản ứng ở 1000 K, biết
32,11 J. mol-1.K-1.
0

∆H 0

c) Thành phần hỗn hợp (theo % thể tích) của:
CO: 34,6%;

CO2: 10,4%;

H2O: 9,6%;

H2: 45,4%

Bài 10: Cho biết phản ứng:
CH4(k)
và

0
S 298

C(gr) + 2H2(k);

0
∆G298
= 74,85kJ

(J.K-1.mol-1) của CH4(k) là 186,19; của C(gr) là 5,69; của H2(k) là 130,59.

15


a) Tính

∆G 0

Lơ Satơliê.
Bài 11: Cân bằng:

N2O4(k)

2NO2(k)

nhận được xuất phát từ a mol N2O4 tinh khiết.
a) Gọi α là độ phân li của N2O4: α =

Số mol N2O4 bị phân li
Số mol N2O4 ban đầu

Tính số mol NO2, N2O4 và tổng số mol của hệ khi cân bằng theo a và α.
b) Tính áp suất riêng phần của NO2, N2O4 theo α và áp suất tổng cộng P của hệ khi cân
bằng.
c) Thiết lập biểu thức sự phụ thuộc của HSCB Kp vào P và α.
d) Nếu ban đầu có 1,588 g N2O4 trong bình dung tích 0,5 lít, ở 250C và áp suất P lúc cân
bằng là 760 mmHg thì α, KP, áp suất riêng phần của NO2, N2O4 là bao nhiêu?
Mục đích của bài: Yêu cầu học sinh thiết lập và tính số mol, áp suất riêng phần của chất,
tính HSCB KP ở điều kiện cụ thể.
Hướng dẫn giải:
a) Xét cân bằng: N2O4(k)
Ban đầu:

2NO2(k)

a
16



Thay các biểu thức
KP =

2
PNO
2

rồi biến đổi ta được:

4α 2
.P
1−α 2

d) + Đã biết: a = 0,01726 mol; V = 0,5 lít; P = 1 atm.
Tính số mol của hệ lúc cân bằng:
+ Ta có:

n=

PV
≈ 0,02046
R.T

a (1 + α) = n hay α = 0,1854

+ Tính KP = 0,1424
+

PN 2O4 = 0,687 atm

a)

KP =

4α 2
.P
1−α 2

b) KP = 1,52 ; KC = 0,0557 mol.l-1 ;

∆G 0

= - 1,16 kJ.mol-1

c) ∆H = 59,103 kJ.mol-1 ; ∆S = 181 J.mol-1.K-1
d) Thay α = 0,11 vào tính được KP = 0,049.
Khi P từ 1 atm giảm còn 0,8 atm, độ phân li α tăng cân bằng (1) chuyển dịch theo chiều
từ trái sang phải.
e) α = 0,08 ; KP = 0,049 ta tính được P = 1,9 atm.
Vậy khi α giảm cân bằng (1) chuyển dịch theo chiều từ phải sang trái.
Bài 13:
1. Thực hiện tổng hợp NH3 theo phản ứng:
N2(k) + 3H2(k)

2NH3(k)

(1)

a) Chứng minh rằng ở nhiệt độ, áp suất xác định, hiệu suất phản ứng sẽ cực đại nếu thành
phần mol của hỗn hợp các chất tác dụng lấy đúng theo hệ số tỷ lượng của chúng.

(1)

PN 2 + PH 2 + PNH 3 = P = 1atm
2
PNH
3
3
H2

PN 2 .P

=

2
x NH
.P 2
3
3
H2

x N 2 .x .P

4

= K x P −2

(2)

+ Lấy Nêpe 2 vế của (2):
ln Kx = ln KP + 2ln P

x
=
1
⇔
Khi NH 3

 dx N 2 + dx H 2 = 0 ⇔ dx N 2 = − dx H 2

+ Thay (a) vào (3) được:

xH 2 = 3x N 2

Do vậy tỉ lệ phần mol của N2 : H2 là 1 : 3
b) + Ta có:
ln K P1 = −

ln K P2

∆H 0 ∆S 0
A
+
= +B
RT1
R
T1

∆H 0 ∆S 0
A
=−
+

∆G = - RT lnK

+ Mặt khác:
ln K =

Trong đó:

A
11144,162
+B=
− 18,721
T
T

Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng: ∆G = 0 ⇒ lnK = 0
hay T = 595,3 K
Vậy nhiệt độ của sự chuyển hoá trên là 595,3 K.
2. a) HSCB KP:
+ Phản ứng:
Ban đầu:

N2(k) + 3H2(k)
1

3

2NH3(k) (1);

∆H0 = - 92,5 kJ


x N 2 .x

Trong đó:

3
H2

x H 2 = 0,48 ;

Thay các giá trị vào (2) ta tính được:
b) ở 4500C,

K P1 = 0,813.10 −4

K P1 = 0,813.10 −4 .

+ Hiệu suất phản ứng đạt 50% NH3 nghĩa là:
+ Trong đó:

P = 300 atm.

x NH 3 = 0,5 ;

x N 2 = 0,125 ;

2α
= 0,5
4 − 2α

x H 2 = 0,375 .

+ Tìm nhiệt độ ( t 20 ) T2.
áp dụng biểu thức của định luật KiecHoff:
Ta có:

ln

K P2
K P1

Thay các giá trị:

∆H 0
=
R

1
1 
 −

 T1 T2 

K P1 , K P2 , T1

(c)

vào (c) tính được T2 = 653,1K hay 380,10C

* Nhận xét:
Tại


k .J .mol −1 :

(

0
S 298
J .K −1 .mol −1

N2

H2

0

0

191,49

NH3
- 46,19

130,59

192,51

Tính ∆G0 của phản ứng ở 250C
21


0


dx NH 3
x NH 3

−

dx N 2
xN2

−

3dx H 2
xH2

(3)

+ Khi ln Kx = 0, hiệu suất phản ứng sẽ cực đại.
 x NH 3 + x N 2 + x H 2 = 1

dx NH 3 + dx N 2 + dx H 2 = 0

T , P = const

ta có :

dx NH 3 = 0
dx N 2 + dxH 2 = 0 ⇔ dx N 2 = − dx H 2

+ Giả sử x NH = 1 ⇔ 
3



4. + Lập biểu thức liên hệ KP theo Kx và P
KP = Kx. P-2
+ Tính : Kx, KP thay vào biểu thức tìm được P = 5284 atm.
Bài 15 : Photphopentaclorua phân huỷ theo phương trình :
PCl5(k)

PCl3(k) + Cl2(k)

(1)

Trong bình phản ứng, ban đầu có chứa 0,3 mol PCl 5 dưới áp suất 1 atm. Khi cân bằng
thiết lập có áp suất là 1,25 atm ở thể tích, nhiệt độ không đổi.
a) Tính độ phân li α, HSCB KP và áp suất riêng phần của từng cấu tử trong hệ.
b) Lập biểu thức liên hệ giữa độ phân li α và áp suất chung của hệ lúc cân bằng PCB.
Mục đích của bài: Yêu cầu học sinh tính được các đại lượng: độ phân li α, HSCB KP, số
mol, áp suất riêng phần của từng cấu tử; thiết lập biểu thức liên hệ giữa α, và KCB.
Hướng dẫn giải:
a) Tính α, KP, PPCl , PPCl , PCl :
5

3

2

* Xét phương trình: PCl5(k)
Ban đầu:

PCl3(k) + Cl2(k)

0,3

+ Số mol khí lúc cân bằng :
áp suất riêng phần :

 PCl3 = Cl 2 = 0,075mol

 PCl5 = 0,225mol

PPCl5 = 1,25.

0,225
= 0,75atm
0,3 + 0,075

PPCl3 = PCl2 = 1,25.

0,075
= 0,25atm
0,375

23

(1)


+ HSCB

KP =


11%.
a) Tính HSCB KP của phản ứng.
b) Độ phân li sẽ thay đổi như thế nào khi áp suất giảm từ 1 atm xuống 0,8 atm.
c) Để cho độ phân li giảm xuống còn 8% thì phải nén hỗn hợp khí tới áp suất nào? Kết
quả nhận được có phù hợp với nguyên lý Lơ Satơliê không? Vì sao?
Mục đích của bài: Yêu cầu học sinh tính được HSCB K P của phản ứng, áp suất nguyên lý
Lơ Satơliê xét các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng phản ứng.
Hướng dẫn giải:
a) T = const, α = 0,11, giả sử ban đầu có 1 mol N2O4.
Phản ứng

N2O4(k)

HSCB:

4α 2
.P
1−α 2

KP =

2NO2(k)

(1)

(*)

Thay các giá trị α, P vào biểu thức (*) tính được KP = 0,049.
b) áp suất giảm từ 1 atm xuống 0,8 atm, độ phân li α tăng do: KP = 0,049, P = 0,8 atm
tính được α = 0,123 hoặc : Khi áp suất giảm cân bằng (1) chuyển dịch theo chiều thuận

∆G 0

và KP của phản ứng sau đây ở 1000K.

2CO(k) → C(gr) + CO2(k)

(a)

b) Tính áp suất riêng phần CO, CO2 của phản ứng (a) khi cân bằng tại 1000K, áp suất là 1
atm.
c) Phản ứng (a) là toả nhiệt hay thu nhiệt. Cân bằng chuyển dịch như thế nào khi tăng
nhiệt độ và áp suất của phản ứng (a).
d) Tính KP của các phản ứng sau ở 1000K:
CO(k) →

1
C
2 (gr)

+

1
CO2(k)
2

(b)

C(gr) + CO2(k) → 2CO (k) (c)
Mục đích của bài: Yêu cầu học sinh tổ hợp phản ứng tính các đại lượng: ∆G0 và KP
của phản ứng, tính áp suất riêng phần của chất ở 1000 K; vận dụng nguyên lý Lơ Satơliê