Bài 3.7 trang 12, 13 SBT Hóa 11 - Kết nối tri thức: Nếu cho 2 mol H2 và 2 mol I2 vào bình kín dung tích 10 lít...

Cho phản ứng thuận nghịch sau: \[{{\rm{H}}_{\rm{2}}}\left( g \right) + {{\rm{I}}_{\rm{2}}}\left( g \right){\rm{ }} \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} 2{\rm{HI}}\left( g \right)\]

Ở 430 °C, nồng độ các chất ở trạng thái cân bằng là: [H₂] = [I₂] = 0,107 mol/L; [HI] = 0,786 mol/L.

a) Tính hằng số cân bằng (K_C) của phản ứng ở 430 °C.

b) Nếu cho 2 mol H₂ và 2 mol I₂ vào bình kín dung tích 10 lít, giữ bình ở 430 °C thì nồng độ các chất ở trạng thái cân bằng là bao nhiêu?

Phương pháp giải :

Tổng quát, nếu có phản ứng thuận nghịch sau:

aA+bB\(\mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} \) cC +dD

Khi phản ứng ở trạng thái cân bằng, ta có: \[{{\rm{K}}_{\rm{C}}}{\rm{ = }}\frac{{{{{\rm{[C]}}}^{\rm{c}}}{{{\rm{[D]}}}^{\rm{d}}}}}{{{{{\rm{[A]}}}^{\rm{a}}}{{{\rm{[B]}}}^{\rm{b}}}}}\]

Trong đó [A], [B], [C] và [D] là nồng độ mol các chất A, B, C và D ở trạng thái cân bằng; a, b, c và d là hệ số tỉ lượng các chất trong phương trình hoá học. Chất rắn không xuất hiện trong biểu thức hằng số cân bằng.

Lời giải chi tiết:

a) Hằng số cân bằng (K_C) của phản ứng ở 430 °C:

\[{{\rm{K}}_{\rm{C}}} = \frac{{{{[{\rm{HI}}]}^2}}}{{[{{\rm{H}}_{\rm{2}}}][{{\rm{I}}_{\rm{2}}}]}} = \frac{{0,{{786}^2}}}{{0,107 \times 0,107}} \approx 53,96\]

b) Ta có: \[{{\rm{C}}_{{{\rm{H}}_{\rm{2}}}}} = {\rm{ }}{{\rm{C}}_{{{\rm{I}}_{\rm{2}}}}} = \frac{2}{{10}} = 0,2{\rm{ }}({\rm{M}})\];

\[{{\rm{H}}_{\rm{2}}}\left( g \right){\rm{ }} + {\rm{ }}{{\rm{I}}_2}\left( g \right){\rm{ }} \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} {\rm{ }}2{\rm{HI}}\left( g \right){\rm{ }}\]

Ban đầu (M): 0,2 0,2 0

Phản ứng (M): x ← x ← 2x

Cân bằng (M): 0,2 – x 0,2 – x 2x

Ở 430 °C °C, ta có: K_C = 53,96

\[\begin{array}{l} \Leftrightarrow \frac{{{{[{\rm{HI}}]}^2}}}{{[{{\rm{H}}_{\rm{2}}}][{{\rm{I}}_{\rm{2}}}]}} = 53,96\\ \Leftrightarrow \frac{{{{{\rm{(2x)}}}^2}}}{{(0,2 - {\rm{x}})(0,2 - {\rm{x}})}} = 53,96\\ \Rightarrow {\rm{x}} \approx 0,1572{\rm{ (M)}}\end{array}\]

\[ \Rightarrow \]\[[{{\rm{H}}_{\rm{2}}}] = [{{\rm{I}}_{\rm{2}}}] = 0,2 - 0,1572 = 0,0428{\rm{ }}({\rm{M}});{\rm{ }}[{\rm{HI}}] = 2 \times 0,1572 = 0,3114{\rm{ }}({\rm{M}})\]