cân bằng phản ứng n2+ o2 -> 2no được thực hiện ở nhiệt độ có hằng số cân bằng 40…
giải chi tiết cách tính giúp em với ạ
Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau giải một bài tập rất hay về cân bằng hóa học. Đây là dạng bài tập liên quan đến việc tính toán nồng độ ở trạng thái cân bằng khi biết hằng số cân bằng và nồng độ ban đầu.
Thầy sẽ hướng dẫn các em giải chi tiết từng bước một nhé.
Bước 1: Viết phương trình phản ứng và xác định hằng số cân bằng.
Phương trình phản ứng đã cho là: N2 + O2 <=> 2NO
Hằng số cân bằng của phản ứng này là KC = 40.
Lưu ý: Phản ứng này là phản ứng thuận nghịch, do đó có thể đạt trạng thái cân bằng.
Bước 2: Lập bảng biến thiên nồng độ (ICE Table – Initial, Change, Equilibrium).
Bảng này giúp chúng ta theo dõi sự thay đổi nồng độ của các chất từ lúc ban đầu đến trạng thái cân bằng.
Chúng ta sẽ lập bảng như sau:
| Chất | Nồng độ ban đầu (M) | Biến thiên nồng độ (M) | Nồng độ cân bằng (M) |
|———-|———————|———————–|———————-|
| N2 | 0.01 | -x | 0.01 – x |
| O2 | 0.01 | -x | 0.01 – x |
| NO | 0 | +2x | 2x |
Giải thích:
– “Nồng độ ban đầu”: Là nồng độ của các chất tại thời điểm bắt đầu phản ứng. Đề bài cho N2 và O2 có nồng độ ban đầu là 0.01 M. Ban đầu chưa có sản phẩm NO nên nồng độ là 0.
– “Biến thiên nồng độ”: Là sự thay đổi nồng độ của mỗi chất trong quá trình đạt đến cân bằng. Do phản ứng theo tỉ lệ mol 1:1:2, nên nếu N2 và O2 giảm đi một lượng là ‘x’ (mol/L), thì NO sẽ tăng lên 2x (mol/L). Chúng ta đặt dấu ‘-‘ cho chất phản ứng (bị tiêu hao) và dấu ‘+’ cho sản phẩm (được tạo thành).
– “Nồng độ cân bằng”: Là nồng độ của mỗi chất tại trạng thái cân bằng. Nó bằng Nồng độ ban đầu + Biến thiên nồng độ.
Bước 3: Thiết lập biểu thức hằng số cân bằng và giải phương trình.
Biểu thức hằng số cân bằng KC cho phản ứng N2 + O2 <=> 2NO là:
\[ K_C = \frac{[NO]^2}{[N_2][O_2]} \]
Ở trạng thái cân bằng, chúng ta thay nồng độ cân bằng từ bảng ICE Table vào biểu thức KC:
\[ 40 = \frac{(2x)^2}{(0.01 – x)(0.01 – x)} \]
\[ 40 = \frac{4x^2}{(0.01 – x)^2} \]
Bây giờ, chúng ta cần giải phương trình này để tìm giá trị của x.
Để đơn giản hóa việc giải phương trình, chúng ta có thể lấy căn bậc hai hai vế:
\[ \sqrt{40} = \sqrt{\frac{4x^2}{(0.01 – x)^2}} \]
\[ \sqrt{40} = \frac{2x}{0.01 – x} \]
Tính giá trị của căn bậc hai: \(\sqrt{40} \approx 6.32\)
\[ 6.32 = \frac{2x}{0.01 – x} \]
Nhân chéo hai vế:
\[ 6.32(0.01 – x) = 2x \]
\[ 0.0632 – 6.32x = 2x \]
Chuyển các hạng tử chứa x về một vế:
\[ 0.0632 = 2x + 6.32x \]
\[ 0.0632 = 8.32x \]
Giải tìm x:
\[ x = \frac{0.0632}{8.32} \]
\[ x \approx 0.0076 \]
Bước 4: Tính nồng độ O2 ở trạng thái cân bằng.
Từ bảng ICE Table, nồng độ cân bằng của O2 là: [O2]cân bằng = 0.01 – x.
Thay giá trị x vừa tìm được vào:
\[ [O_2]_{\text{cân bằng}} = 0.01 – 0.0076 \]
\[ [O_2]_{\text{cân bằng}} = 0.0024 \text{ M} \]
Kết luận:
Vậy, nồng độ của O2 ở trạng thái cân bằng là khoảng 0.0024 M.
Thầy hy vọng với cách giải chi tiết này, các em đã hiểu rõ cách làm dạng bài tập về hằng số cân bằng. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, đừng ngần ngại hỏi thầy nhé!
Chúc các em học tốt!
Gọi \(\rm x\) là nồng độ \(\rm N_2\) phản ứng \(\rm (x < 0,01)\)
\(\rm \kern1,2cm2N_2\ \ +\ \ O_2\ \ \rm \overset{t^°}\leftrightarrows \ \ 2NO\\BD:\kern,1cm 0,01\kern,8cm 0,01\kern1,4cm 0\\PU:\kern,5cmx\kern1,6cmx\kern1,5cm2x\\CB:0,01-x\kern,1cm0,01-x\kern,46cm 2x\)
Hằng số cân bằng:
\(\rm K_c = \dfrac{(2x)^2}{(0,01-x)(0,01-x)} = 40\)
\(\rm ⇔ 4x^2 = 40(0,01-x)^2\)
\(\rm ⇔4x^2 = 40(0,0001 – 0,02x + x^2)\)
\(\rm ⇔4x^2 = 0,004 – 0,8x + 40x^2\)
\(\rm ⇔36x^2 – 0,8x + 0,004 = 0\)
\(\rm ⇔\left[\begin{matrix} \rm x_1 \approx 0,015(Loại)\\ \rm x_2 \approx 0,0076(Nhận)\end{matrix}\right.\)
Nồng độ \(\rm O_2\) ở trạng thái cân bằng: \(\rm 0,01 – 0,0076 = 0,0024(M)\)
\(\rm PTHH:N_2+O_2 \buildrel{{t^o}}\over\rightleftharpoons 2NO\)
ban đầu 0,01 0,01
phản ứng x x 2x
cân bằng: (0,01-x) (0,01-x) 2x
\(\rm K_C=\dfrac{[NO]^2}{[N_2][O_2]}=\dfrac{(2x)^2}{(0,01-x)(0,01-x)}=40\)
\(\rm \to x=7,6.10^{-3} (M)\)
vậy nồng độ \(\rm O_2\) ở trạng thái cân bằng là: \(\rm 0,01-7,6.10^{-3}=2,4.10^{-3}(M)=0,0024(M)\)