Bài 7.22 trang 26, 27, 28, 29, 30 SBT Hóa 11 - Kết nối tri thức: Trong thực tế, phản ứng được thực hiện ở khoảng 450 °C...

Phản ứng oxi hoá SO₂ là giai đoạn then chốt trong quá trình sản xuất H₂SO₄:

\({\rm{S}}{{\rm{O}}_{\rm{2}}}\left( {\rm{g}} \right){\rm{ }} + {\rm{ }}\frac{1}{2}{{\rm{O}}_{\rm{2}}}\left( {\rm{g}} \right) \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} {\rm{ S}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}}\left( {\rm{g}} \right){\rm{ }}{\Delta _{\rm{r}}}{\rm{H}}_{298}^0{\rm{ = }} - {\rm{99,2 kJ}}\)

a) Viết biểu thức tính hằng số cân bằng K_C của phản ứng.

b) Hãy cho biết phản ứng trên là toả nhiệt hay thu nhiệt.

c) Trong thực tế, phản ứng được thực hiện ở khoảng 450 °C. Tại sao không thực hiện phản ứng ở 25 °C hoặc 600 °C?

Phương pháp giải :

a) 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.

b) \({{\rm{\Delta }}_{\rm{r}}}{\rm{H}}_{{\rm{298}}}^{\rm{0}}\) > 0: Phản ứng thu nhiệt.

\({{\rm{\Delta }}_{\rm{r}}}{\rm{H}}_{{\rm{298}}}^{\rm{0}}\) < 0: Phản ứng tỏa nhiệt.

c) Nhiệt độ ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng (nhiệt độ cao, tốc độ phản ứng lớn).

Nguyên lý Le Chatelier: Một phản ứng thuận nghịch đang ở trạng thái cân bằng khi chịu một tác động từ bên ngoài như biến đổi nồng độ, áp suất, nhiệt độ thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động đó.

Chất xúc tác không làm chuyển dịch cân bằng.

Lời giải chi tiết:

a) Biểu thức tính hằng số cân bằng K_C của phản ứng:

\({{\rm{K}}_{\rm{C}}}{\rm{ = }}\frac{{{\rm{[S}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}}{\rm{]}}}}{{{\rm{[S}}{{\rm{O}}_{\rm{2}}}{\rm{][}}{{\rm{O}}_{\rm{2}}}{{\rm{]}}^{\frac{1}{2}}}}}\)

b) Ta có: \({\Delta _{\rm{r}}}{\rm{H}}_{298}^0{\rm{ = }} - {\rm{99,2 kJ}}\)< 0

Phản ứng trên là phản ứng tỏa nhiệt.

c) Theo nguyên lý chuyển dịch cân bằng Le Chatelier, để cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận, ta cần giảm nhiệt độ. Nhưng khi thực hiện phản ứng ở nhiệt độ 25 °C, tốc độ phản ứng nhỏ, hiệu suất giảm. Còn khi thực hiện phản ứng ở nhiệt độ 600 °C, cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch, hiệu suất giảm. Vậy nên trong thực tế, phản ứng được thực hiện ở khoảng 450 °C.