Vận dụng nguyên lí chuyển dịch cân bằng Le Chatelier trong phản ứng thuận nghịch

VnHocTap.com giới thiệu đến các em học sinh lớp 11 bài viết Vận dụng nguyên lí chuyển dịch cân bằng Le Chatelier trong phản ứng thuận nghịch, nhằm giúp các em học tốt chương trình Hóa học 11.

Nội dung bài viết Vận dụng nguyên lí chuyển dịch cân bằng Le Chatelier trong phản ứng thuận nghịch:
24. a) Phát biểu nguyên lí Le Chatelier về chuyển dịch cân bằng và vận dụng nguyên lí để giải bài tập sau: Ở nhiệt độ thường có hỗn hợp hai khí NO2 và N2O, ở trạng thái cân bằng đựng trong một bình kín: 2NO2 (k) = N2O4 (k); H = -62,8 kJ (Màu nâu đỏ) (Không màu) Màu sắc của hỗn hợp khí đó thay đổi như thế nào khi: (1) Nhúng vào bình nước đá. (2) Nhúng vào bình nước sôi. b) Cho cân bằng sau đây: N2 + 3H2 = 2NH3. Khi thay đổi áp suất, nhiệt độ thì cân bằng sẽ dịch chuyển như thế nào? Giải thích. c) Phản ứng: 2SO4 + O2 = 2SO3 là phản ứng tỏa nhiệt. Cho biết cân bằng trên sẽ chuyển dịch như thế nào khi giảm nhiệt độ? tăng áp suất? khi thêm chất xúc tác? Giải thích. (Trích đề thi tuyển sinh Đại học, Cao đẳng năm 2003 khối A) Giải: a) Nguyên lí Le Chatelier: “Một phản ứng thuận nghịch đang ở trạng thái cân bằng khi chịu một tác động bên ngoài như thay đổi nồng độ, áp suất, nhiệt độ, sẽ dịch chuyển cân bằng theo chiều làm giảm tác động bên ngoài đó”. Vậy phản ứng thuận tỏa nhiệt và phản ứng nghịch thu nhiệt. (1) Khi nhúng bình vào nước đá là hạ nhiệt độ của hệ cân bằng nên cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận là chiều tỏa nhiệt để làm giảm tác động của việc hạ nhiệt độ của hệ, nghĩa là tạo thêm N2O4 nên màu của hỗn hợp khí nhạt đi. (2) Khi nhúng bình vào nước sôi là tăng nhiệt độ của hệ cân bằng nên cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch là chiếu thu nhiệt để làm giảm tác động của việc tăng nhiệt độ của hệ, nghĩa là tạo thêm NO2 nên màu của hỗn hợp khí nâu đỏ đậm hơn. b) Cân bằng hóa học. Cân bằng trên đây sẽ thay đổi nếu ta thay đổi áp suất, nhiệt độ. Thay đổi áp suất: nếu tăng áp suất, cân bằng dời về phía làm giảm số phân tử khí tức là về phía thuận. Ngược lại, khi giảm áp suất, cân bằng dời theo chiều làm tăng số phân tử khí tức là theo chiều nghịch. Khi tăng nhiệt độ, cân bằng dịch chuyển về phía thu nhiệt tức là theo chiều nghịch. Ngược lại khi giảm nhiệt độ, cân bằng dịch chuyển về phía phát nhiệt tức là theo chiều thuận. c) Phản ứng: 2SO4 + O2 → 2SO3 (1) là phản ứng tỏa nhiệt và giảm số phân tử khí.
Cân bằng của phản ứng (1) chuyển dịch theo chiều thuận khi giảm nhiệt độ. Giải thích: Với phản ứng tỏa nhiệt, khi tăng nhiệt độ, cân bằng phản ứng chuyển dịch về phía tạo thành những chất tham gia phản ứng. Vậy khi giảm nhiệt độ, cân bằng phản ứng (1) chuyển dịch về phía tạo thành những chất sản phẩm (chiều thuận). Cân bằng của phản ứng (1) chuyển dịch theo chiều thuận khi tăng áp suất. Giải thích: Với phản ứng có sự thay đổi về số phân tử khí, khi tăng áp suất cân bằng phản ứng chuyển dịch về phía giảm số phân tử khí (chiều thuận). Cân bằng của phản ứng (1) không bị chuyển dịch khi thêm chất xúc tác. Giải thích: Do chất xúc tác ảnh hưởng như nhau đến tốc độ của phản ứng thuận và của phản ứng nghịch. 25. a) Một oxit nitơ có công thức NOx trong đó N chiếm 30,43% về khối lượng. Xác định NOx. Viết phản ứng của NOx với dung dịch kiềm dưới dạng ion rút gọn. b) NOx nhị hợp theo phản ứng: 2NO (k) <=> N2O2x (k). NOx là khí màu nâu, N2Ox là khí không màu. – Khi giảm áp suất hệ phản ứng, cân bằng trên dịch chuyển theo chiều nào? Giải thích? – Khi ngâm bình chứa NOx vào nước đá, thấy màu nâu của bình nhạt dần. Cho biết phản ứng thuận là phát nhiệt hay thu nhiệt? Giải thích? (Đề thi tuyển sinh vào Trường ĐHQG TP. Hồ Chí Minh năm 1997).
Giải: a) Từ dữ kiện: Khi giảm áp suất: cân bằng dịch chuyển theo chiều nghịch, là chiều tạo nhiều phân tử khí hơn. Khi ngâm vào nước đá: cân bằng dịch chuyển theo chiều thuận, theo nguyên lí Le Chatelier chiều này phải là chiều phát nhiệt. Vậy chiều thuận của phản ứng là chiều phát nhiệt. 26. Cho vào bình kín hai chất khí là H2 và NH3 với chất xúc tác thích hợp ở nhiệt độ t1. Áp suất ban đầu trong bình là p1. a) Giữ nguyên nhiệt độ t1 một thời gian cho đến khi hệ thống đạt cân bằng thì áp suất trong bình là p2. So sánh p1 và p2. b) Sau khi đạt đến áp suất p2 tăng nhiệt độ lên t2. Khi đạt đến cân bằng mới ở nhiệt độ t2 thì áp suất trong bình là p3. So sánh p2 và p3. Thành phần của hỗn hợp khí trong bình thay đổi như thế nào so với cân bằng cũ (ở nhiệt độ t1) biết rằng phản ứng: N2 + 3H2 → 2NH3 Tỏa nhiệt theo chiều thuận? Biết thể tích bình không đổi. Giải a) Khí đầu chỉ có H2 và NH3, có phản ứng: 2NH3 = N2 + 3H2. Vì số mol khí tăng nên áp suất tăng: p2 > p1 b) Khi tăng nhiệt độ (t2 > t1) có cân bằng: N2 + 3H2 = 2NH3 (tỏa nhiệt). Khi tăng nhiệt độ phản ứng chuyển dịch theo chiều nghịch thu nhiệt, làm tăng số mol khí nên p3 > p2. Thành phần khí thay đổi như sau so với cân bằng khí ở nhiệt độ t1: – Số mol NH3 giảm – Số mol N2 số mol H2 đều tăng.