Chuyên đề Hóa học vô cơ: Tốc độ phản ứng – cân bằng hóa học

CHUYÊN ĐỀ: TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG - CÂN BẰNG HÓA HỌC
A. KIẾN THỨC CẦN NHỚ
I-Tốc độ phản ứng 
Khái niệm :
Tốc độ phản ứng là đại lượng đặc trưng cho độ biến thiên nồng độ của một trong các chất tham gia phản ứng hoặc sản phẩm tạo thành trong một đơn vị thời gian .
Công thức tính tốc độ trung bình của phản ứng : V= mol/(l.s) (V) 
t = thời gian sau (t2) – thời gian đầu (t1)
- Đối với chất tham gia (nồng độ giảm dần) : C = Cđầu – Csau 
- Đối với chất sản phẩm (nồng độ tăng dần) : C = Csau – Cđầu 
- Đối với phản ứng tổng quát dạng: a A + b B c C + d D 
V = = = = 
Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng 
Ảnh hưởng của nồng độ : Tốc độ phản ứng tỉ lệ thuận với nồng độ các chất tham gia phản ứng .
Ảnh hưởng của áp suất : (Đối với phản ứng có chất khí tham gia): Khi áp suất tăng , tốc độ phản ứng tăng (hoặc ngược lại) 
Ảnh hưởng của nhiệt độ : khi nhiệt độ tăng , tốc độ phản ứng tăng (hoặc ngược lại) . 
Thông thường , khi tăng nhiệt độ lên 100C thì tốc độ phản ứng tăng từ 2 đến 4 lần . Số lần tăng đó gọi là hệ số nhiệt độ (). 
 (V1 và V2 là tốc độ phản ứng ở nhiệt độ t1 và t2)
Ảnh hưởng của diện tích bề mặt : (Đối với phản ứng có chất rắn tham gia) : Khi diện tích bề mặt tăng , tốc độ phản ứng tăng .
Ảnh hưởng của chất xúc tác : Chất xúc tác là chất làm tăng tốc độ phản ứng , nhưng không bị tiêu hao trong phản ứng .
II-Cân bằng hóa học 
Phản ứng một chiều : Là phản ứng chỉ xảy ra theo một chiều xác định (không có chiều ngược lại) 
a A + b B c C + d D
 Phản ứng thuận nghịch : Là phản ứng mà trong điều kiện xác định có thể đồng thời xảy ra theo hai chiều ngược nhau 
a A + b B c C + d D (chiều thuận và chiều nghịch )
Cân bằng hóa học : Là trạng thái của hệ phản ứng thuận nghịch , tại đó tốc độ phản ứng thuận và nghịch bằng nhau và nồng độ các chất không thay đổi nữa . Cân bằng hóa học là một cân bằng động .
Hằng số cân bằng của phản ứng thuận nghịch (K) :
Đối với hệ phản ứng thuận nghịch đồng thể (hệ chỉ gồm chất khí hoăc chất tan trong dung dịch) tổng quát dạng : 
 a A + b B c C + d D 
Kc = = 
(Trong đó là nồng độ mol/l của các chất A , B , C , D ở trạng thái cân bằng) .
Đối với hệ phản ứng thuận nghịch dị thể ( hệ gồm chất rắn và khí) hoặc (hệ gồm chất rắn và chất tan trong dung dịch ) thì nồng độ của chất rắn được coi là hằng số (không có trong biểu thức tính K)
 Thí dụ : C(r) + CO2(k) 2CO(k) Kc = 
 CaCO3(r) CaO(r) + CO2(k) Kc = [CO2] 
Hằng số cân bằng của một phản ứng xác định chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ .
Đối với một phản ứng xác định , nếu thay đổi hệ số các chất trong phản ứng thì giá trị hằng số cân bằng cũng thay đổi .
Thí dụ : N2(k) + 3H2(k) 2 NH3(k) Kc1 = 
 1/2N2(k) + 3/2 H2(k) NH3(k) Kc2 = 
 Kc1 Kc2 và Kc1 = (Kc2)2
5- Sự chuyển dịch cân bằng hóa học : 
Khái niệm : Sự chuyển dich cân bằng là sự phá vỡ trạng thái cân bằng cũ để chuyển sang trạng thái cân bằng mới do các yếu tố bên 
 ngoài (nồng độ , nhiệt độ ,áp suất ) tác động lên cân bằng . 
Nguyên lí chuyển dịch cân bằng (Lơ satơliê) : Một phản ứng thuận nghịch đang ở trạng thái cân bằng , khi chịu một tác động từ bên ngoài như biến đổi (nồng độ , nhiệt độ , áp suất ); cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động bên ngoài đó .
Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học 
Khi tăng nồng độ một chất , cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm nồng độ chất đó 
Khi giảm nồng độ một chất , cân bằng chuyển dịch theo chiều làm tăng nồng độ chất đó 
Khi tăng nhiệt độ của hệ , cân bằng chuyển dịch theo chiều thu nhiệt (). 
Khi giảm nhiệt độ của hệ , cân bằng chuyển dịch theo chiều tỏa nhiệt ().
Nếu phản ứng thuận là tỏa nhiệt thì phản ứng nghịch là phản ứng thu nhiệt (hoặc ngược lại)
Khi tăng áp suất của hệ , cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm số phân tử khí .
Khi giảm áp suất của hệ , cân bằng chuyển dịch theo chiều làm tăng số phân tử khí .
Đối với hệ phản ứng thuận nghịch mà có số phân tử khí ở phản ứng thuận bằng số phân tử khí ở phản ứng nghịch , thì áp suất không làm chuyển dịch cân bằng .
Chất xúc tác không có tác dụng làm chuyển dịch cân bằng , mà chỉ có tác dụng làm cho phản ứng nhanh chóng đạt đến TTCB .
B.CÁC DẠNG BÀI TẬP VỀ CÂN BẰNG VÀ SỰ CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG
Dạng 1: Tốc độ phản ứng
Câu 1. Trong CN người ta điều chế NH3 theo phương trình hoá học: .
Khi tăng nồng độ H2 lên hai lần (giữ nguyên nồng độ của N2 và nhiệt độ phản ứng) thì tốc độ phản ứng tăng lên bao nhiêu lần?
A. 2 lần	B. 4 lần	C. 8 lần	D. 16lần
Hướng dẫn giải:
giả sử ban đầu [N2] = a M. [H2] = bM
tốc độ pư ban đầu được tính bằng CT. v1 = k[N2][H2]3 = k.a.b3 
 - - - - - sau - - - - - - - - CT: v2= k[N2][H2]3= k.a.(2b)3
 => v2 = 8 v1.. Chọn đáp án C
Câu 2. Khi nhiệt độ tăng thêm 100c, tốc độ phản ứng hoá học tăng thêm 2 lần. Hỏi tốc độ phản ứng đó sẽ tăng lên bao nhiêu lần khi nâng nhiệt độ từ 250c lên 750?
(2 được gọi là hệ số nhiệt độ).
A. 32 lần	B. 4 lần	C. 8 lần	D. 16lần
Hướng dẫn giải:
=v1. 25 =32 v1. đáp án A
Câu 3. Khi nhiệt độ tăng thêm 100c, tốc độ phản ứng hoá học tăng thêm 3 lần. để tốc độ phản ứng đó (đang tiến hành ở 30oc) tăng lên 81 lần thì cần thực hiệt ở nhiệt độ nào?
A. 40oc 	B. 500c	C. 600c	D. 700c
Hướng dẫn giải:
 = 81v1 = 34v1 => đáp án D
Câu 4. Khi nhiệt độ tăng thêm 100c, tốc độ phản ứng hoá học tăng thêm 4 lần. Hỏi tốc độ phản ứng đó sẽ giảm đi bao nhiêu lần nhiệt khi nhiệt độ giảm từ 700c xuống 40 lần?
A. 32 lần	B. 64 lần	C. 8 lần	D. 16 lần
Hướng dẫn giải:
 = 43v1 = V1.64 đáp án B
Câu 5. Khi nhiệt độ tăng thêm 500c thì tốc độ phản ứng hoá học tăng lên 1024 lần. Hỏi giá trị hệ số nhiệt của tốc độ phản ứng trên là?
A. 2 	B. 2,5 	C. 3	D. 4
Hướng dẫn giải:
 = 1024v1 = V1.45 đáp án D
Câu 6. Trong các phản ứng sau đây, nếu lượng Fe trong các cặp đều được lấybằng nhau thì cặp nào có tốc độ phản ứng lớn nhất?
Hướng dẫn giải:
đáp án D.
Giả sử v = 100 ml à trong dd HCl 20% 
Câu 7. Cho phương trình A(k) + 2B (k) à C (k) + D(k)
Tốc độ phản ứng được tính bằng công thức Hỏ tốc độ phản ứng tăng lên bao nhiêu lần nếu
Nồng độ của B tăng lên 3 lần, nồng độ của A không đổi (tăng 9 lần)
áp suất của hệ tăng 2 lần	 (tăng 8 lần)	
Câu 8. Để hoà tan một tấm Zn trong dd HCl ở 200c thì cần 27 phút, cũng tấm Zn đó tan hết trong dd HCl nói trên ở 400c trong 3 phút. Hỏi để hoà tan hết Tấm Zn đó trong dd HCl trên ở 550c thì cần bao nhiêu thời gian?
A. 60 s	B. 34,64 s	C. 20 s	D. 40 s
Hướng dẫn giải:
Khi nhiệt độ tăng 40 – 20 = 200c thì thời gian phản ứng giảm 27:3 = 9 lần. Vậy tốc độ phản ứng tăng 9 lần. => khi tăng 100c thì tốc độ phản ứng tăng 3 lần.
Khi tăng thêm 550c thì tốc độ phản ứng tăng . Vậy thời gian để hoà tan tấm Zn đó ở 550c là:
 = 34,64 s
Dạng 2: Hằng số cân bằng
Câu 1. ở một nhiệt độ nhất định, phản ứng thuận nghịch đạt trạng thái cân bằng khi nồng độ của các chất như sau: 
 [H2] = 2,0 mol/lít. [N2] = 0,01 mol/lít. [NH3] = 0,4 mol/lít. 
Hằng số cân bằng ở nhiệt độ đó và nồng độ ban đầu của N2 và H2.
A. 2 và 2,6 M.	B. 3 và 2,6 M.	 C. 5 và 3,6 M.	D. 7 và 5,6 M.
Hướng dẫn giải:
[N2] = 0,21M. [H2] = 2,6M
Câu 2. Một phản ứng thuận nghịch 
Người ta trộn bốn chất A, B, C, D. mỗi chất 1 mol vào bình kín có thể tích v không đổi. Khi cân bằng được thiết lập, lượng chất C trong bình là 1,5 mol. Hãy tìm k = ?
A. 9.	B. 10	C. 12	D. 7
Hướng dẫn giải:
Câu 3. Tính nồng độ cân bằng của các chất trong phương trình: 
Nếu lúc đầu chỉ có CO và hơi nước với nồng độ [CO] = 0,1M. [H2O] = 0,4 M. k = 1
A. 0,08.	B. 0,06	C. 0,05	D. 0,1
Hướng dẫn giải:
C. TỔNG HỢP ĐỀ THI CAO ĐẲNG – ĐẠI HỌC
Dạng 1: Tốc độ phản ứng
Câu 1. (Đại Học KB – 2009) Cho chất xúc tác MnO2 vào 100 ml dung dịch H2O2, sau 60 giây thu được 3,36 ml khí O2 (ở đktc). Tốc độ trung bình của phản ứng (tính theo H2O2) trong 60 giây trên là
	A. 2,5.10-4 mol/(l.s) 	 B. 5,0.10-4 mol/(l.s) 	 C. 1,0.10-3 mol/(l.s) 	D. 5,0.10-5 mol/(l.s)
Hướng dẫn giải:
nO2 = 1,5.10-3
nH2O2 = 3.10-3
= 5.10-4 mol/(l.s)
Câu 2. (Cao đẳng – 2007) Cho phương trình hóa học của phản ứng tổng hợp amoniac 
	N2 (k) + 3H2 (k) 2NH3 (k) 
	Khi tăng nồng độ của hiđro lên 2 lần, tốc độ phản ứng thuận 
	A. tăng lên 8 lẩn.	B. giảm đi 2 lần . 	C. tăng lên 6 lần. 	 D. tăng lên 2 lần. 
Hướng dẫn giải:
Ta có: vt = k.CN2.C
Tăng nồng độ H2 lên 2 lần: thì vs = k.CN2.(2CH2)3 = 8vt
Câu 3. (Cao đẳng – 2010) Cho phản ứng: Br2 + HCOOH ® 2HBr + CO2
Nồng độ ban đầu của Br2 là a mol/lít, sau 50 giây nồng độ Br2 còn lại là 0,01 mol/lít. Tốc độ trung bình của phản ứng trên tính theo Br2 là 4.10-5 mol (l.s). Giá trị của a là
A. 0,018.	 	B. 0,016. 	C. 0,012. 	D. 0,014. 
Hướng dẫn giải:
từ phản ứng: Br2 + HCOOH ® 2HBr + CO2
 [bđ] a 
 [pứ] a – 0,01 a – 0,01 
 V = => a = 0,012
Câu 4. (Đại Học KA – 2010) Hỗn hợp khí X gồm N2 và H2 có tỉ khối so với He bằng 1,8. Đun nóng X một thời gian trong bình kín (có bột Fe làm xúc tác), thu được hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với He bằng 2. Hiệu suất của phản ứng tổng hợp NH3 là
	A. 50%	B. 36%	C. 40%	D. 25%
Hướng dẫn giải:
	Chọn số mol của hỗn hợp là 1.
	Gọi số mol của N2 là x, thì của H2 là 1 – x, số mol N2 phản ứng là a 
	N2 + 3H2 2NH3
	Ban đầu:	a 1 – a
	Phản ứng:	x 3x 2x
	Sau phản ứng:	a-x 1-a-3x 2x
	Hỗn hợp X: 	28a + 2(1 – a) = 1,8.4
a = 0,2
Hỗn hợp Y có số mol là: a – x + 1 – a – 3x + 2x = 1 – 2x 
mY = (1 – 2x)2.4 
Ta có mX = mY
(1 – 2x)2.4 = 1,8.4
x = 0,05
Hiệu suất phản ứng: 
* Đây là bài tập có công thức giải nhanh như sau các em tham khảo:
Dạng để: Cho hỗn hợp X gồm H2 và N2 có M trung bình = a. Tiến hành PƯ tổng hợp NH3 được hỗn hợp Y có M trung bình = b. Tính hiệu suất PƯ tổng hợp NH3?
gọi x là mol H2, y là mol N2.Ta có các trường hợp sau:
-Nếu x>3y(H2 dư):H=1/2 * (1-a/b)*(1+x/y)
Nếu x<3y(N2 dư) H= 3/2 *(1-a/b)* (1+x/y)
-Nếu x=3y thì dùng H=2*(1-a/b) hoặc dùng một trong hai công thức trên đều đúng.
Dạng 2: Hằng số cân bằng
Câu 1. (Đại Học KA – 2009) Một bình phản ứng có dung tích không đổi, chứa hỗn hợp khí N2 và H2 với nồng độ tương ứng là 0,3 M và 0,7 M. Sau khi phản ứng tổng hợp NH3 đạt trạng thái cân bằng ở t0C, H2 chiếm 50% thể tích hỗn hợp thu được. Hằng số cân bằng KC ở t0C của phản ứng có giá trị là
A. 2,500	B. 0,609	C. 0,500	D. 3,125
Hướng dẫn giải:
	Gọi lượng N2 phản ứng là x
	 N2 + 3H2 2NH3
Bđ 0,3 0,7 0
Pư x 3x 2x
Cb (0,3 – x) (0,7 – 3x) 2x
	0,7 – 3x = 0,5(0,7 – 3x + 0,3 – x + 2x)
	x = 0,1 
= 3,125
Câu 2. (Đại Học KA – 2008) Cho cân bằng hóa học: 2SO2 (k) + O2 (k) 2SO3 (k); phản ứng thuận là phản ứng tỏa nhiệt. Phát biểu đúng là:
	A. Cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận khi tăng nhiệt độ.
	B. Cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch khi giảm nồng độ O2.
	C. Cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận khi giảm áp suất hệ phản ứng.
	D. Cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch khi giảm nồng độ SO3.
Hướng dẫn giải: Theo nguyên lí Lơ-sa-tơ-lie khi giảm nồng độ một chất cân bằng dịch chuyển theo chiều làm tăng nồng độ chất đó.
Câu 3. (Cao đẳng – 2009) Cho cân bằng (trong bình kín) sau :
	DH < 0
Trong các yếu tố : (1) tăng nhiệt độ; (2) thêm một lượng hơi nước; (3) thêm một lượng H2; (4) tăng áp suất chung của hệ; (5) dùng chất xúc tác.
Dãy gồm các yếu tố đều làm thay đổi cân bằng của hệ là :
	A. (1), (4), (5)	B. (1), (2), (4)	C. (1), (2), (3)	D. (2), (3), (4)
Câu 4. (Đại Học KB – 2008) Cho cân bằng hoá học: N2 (k) + 3H2 (k) 2NH3 (k); phản ứng thuận là phản ứng toả nhiệt. Cân bằng hoá học không bị chuyển dịch khi 
A. thay đổi áp suất của hệ. 	B. thay đổi nồng độ N2. 
C. thay đổi nhiệt độ. 	D. thêm chất xúc tác Fe. 
Hướng dẫn giải:
Cân bằng hóa học chỉ có thể bị chuyển dịch khi thay đổi các yếu tố nồng độ, nhiệt độ và áp suất. Chất xúc tác chỉ có vai trò làm tăng tốc độ phản ứng (thuận và nghịch) mà không làm cho cân bằng chuyển dịch!
Đây là một bài khá dễ, vì các phản ứng thường dùng để hỏi về cân bằng Hóa học rất quen thuộc và có thể giới hạn được như: phản ứng tổng hợp NH3, tổng hợp SO3, nhiệt phân CaCO3, ....
Câu 5. (Cao đẳng – 2008) Cho các cân bằng hoá học:
N2 (k) + 3H2 (k) 2NH3 (k) (1) H2 (k) + I2 (k) 2HI (k) (2)
2SO2 (k) + O2 (k) 2SO3 (k) (3) 2NO2 (k) N2O4 (k) (4)
Khi thay đổi áp suất những cân bằng hóa học bị chuyển dịch là:
A. (1), (2), (3). B. (2), (3), (4). C. (1), (2), (4). D. (1), (3), (4).
Câu 6. (Cao đẳng – 2009) Cho các cân bằng sau :
 (1) 2SO2(k) + O2(k) 2SO3(k)	(2) N2 (k) + 3H2 (k) 2NH3 (k)
(3) CO2(k) + H2(k) CO(k) + H2O(k)	(4) 2HI (k) H2 (k) + I2 (k)
Khi thay đổi áp suất, nhóm gồm các cân bằng hoá học đều không bị chuyển dịch là
A. (1) và (2).	B. (1) và (3).	C. (3) và (4).	D. (2) và (4).
Hướng dẫn giải:
Tổng hệ số trước và sau phản ứng bằng nhau với (3) và (4)
Câu 7. (Đại Học KA – 2009) Cho cân bằng sau trong bình kín: N2O4 (k).	 (màu nâu đỏ) (không màu)
Biết khi hạ nhiệt độ của bình thì màu nâu đỏ nhạt dần. Phản ứng thuận có:
	A. DH 0, phản ứng tỏa nhiệt
	C. DH > 0, phản ứng thu nhiệt	D. DH < 0, phản ứng tỏa nhiệt
Câu 8. (Cao đẳng – 2008) Hằng số cân bằng của phản ứng xác định chỉ phụ thuộc vào
A. áp suất. B. chất xúc tác. C. nồng độ. D. nhiệt độ.
Câu 23. (Cao đẳng – 2010) Cho cân bằng hoá học: 
	Cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận khi
	A. thêm PCl3 vào hệ phản ứng 	B. tăng nhiệt độ của hệ phản ứng
 	C. thêm Cl2 vào hệ phản ứng 	D. tăng áp suất của hệ phản ứng
Câu 9. (Đại Học KA – 2010) Cho cân bằng 2SO2 (k) + O2 (k) 2SO3 (k). Khi tăng nhiệt độ thì tỉ khối của hỗn hợp khí so với H2 giảm đi. Phát biểu đúng khi nói về cân bằng này là :
	A. Phản ứng nghịch toả nhiệt, cân bằng dịch chuyển theo chiều thuận khi tăng nhiệt độ.
	B. Phản ứng thuận toả nhiệt, cân bằng dịch chuyển theo chiều nghịch khi tăng nhiệt độ.
	C. Phản ứng nghịch thu nhiệt, cân bằng dịch chuyển theo chiều thuận khi tăng nhiệt độ.
	D. Phản ứng thuận thu nhiệt, cân bằng dịch chuyển theo chiều nghịch khi tăng nhiệt độ.
Hướng dẫn giải: 
của hỗn hợp khí SO2, O2, SO3 phụ thuộc vào tỉ lệ số mol của chúng (MO2 = 32< < MSO3 = 64). Khi tăng nhiệt độ tỉ khối của hỗn hợp so với H2 giảm, tức là M giàm. Có nghĩa là số mol SO3 giảm. Vậy khi tăng nhiệt độ cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch là chiều thu nhiệt, suy ra chiều thuận là chiều toả nhiệt.
Câu 10. (Đại Học KA – 2010) Xét cân bằng: N2O4 (k) 2NO2 (k) ở 250C. Khi chuyển dịch sang một trạng thái cân bằng mới nếu nồng độ của N2O4 tăng lên 9 lần thì nồng độ của NO2
	A. tăng 9 lần.	B. tăng 3 lần.	C. tăng 4,5 lần.	D. giảm 3 lần.
Hướng dẫn giải:
Gọi nồng độ của N2O4 và NO2 ban đầu lần lượt là a, x. Sau khi tăng nồng độ của N2O4 là 9a, của NO2 là y
	=>	
Hướng dẫn: Theo hướng dẫn trên Dân trí của Tổ chuyên gia giải đề của Hệ thống đào tạo Công nghệ thông tin Quốc tế Bachkhoa-Aptech và Bachkhoa-Npower cung cấp chọn D, của PGS.TS Đào Hữu Vinh (ĐH Khoa học Tự nhiên - ĐH Quốc gia Hà Nội) cũng chọn D. Nhưng đáp án chính thức của Bộ giáo dục là B.
. Khi [N2O4] tăng 9 lần thì = 3a => B.
Câu 11. (Đại Học KB – 2010) Cho các cân bằng sau
	(I) 2HI (k) H2 (k) + I2 (k) ;
	(II) CaCO3 (r) CaO (r) + CO2 (k) ;
	(III) FeO (r) + CO (k) Fe (r) + CO2 (k) ;
	(IV) 2SO2 (k) + O2 (k) 2SO3 (k)
	Khi giảm áp suất của hệ, số cân bằng bị chuyển dịch theo chiều nghịch là 
	A. 4	B. 3	C. 2	D. 1
Hướng dẫn giải:
Giảm áp xuất cân bằng chuyển dịch theo chiều tăng áp suất của hệ (tăng tổng số mol khí): 
(II) CaCO3 (r) CaO (r) + CO2 (k) : trong pư trên duy nhất theo chiều thuận)
(IV) 2SO2 (k) + O2 (k) 2SO3 (k) (nghịch)
(I) 2HI (k) H2 (k) + I2 (k) ; (III) FeO (r) + CO (k) Fe (r) + CO2 (k) (không ảnh hưởng bởi áp suất)