Chào các em học sinh thân mến! Hôm nay, cô trò chúng ta sẽ cùng nhau đi chinh phục một bài tập về cân bằng hóa học, một chủ đề rất quan trọng trong chương trình Hóa học lớp 11. Các em hãy mở sách giáo khoa trang [Số trang có bài tập trong SGK Hóa 11, ví dụ: 150] ra nhé.

Đề bài cho chúng ta như sau: “Cho 0,4 mol SO2 và 0,6 mol O2 vào một bình dung tích 1 lít được giữ ở một nhiệt độ không đổi tạo khí SO3. Khi phản ứng đạt đến trạng thái cân bằng, lượng SO2 trong bình là 0,3 mol. Tính hằng số cân bằng của phản ứng tổng hợp SO3 ở nhiệt độ trên.”

Đây là một bài tập khá điển hình, yêu cầu chúng ta tính hằng số cân bằng K_C. Để giải quyết bài tập này, chúng ta sẽ thực hiện từng bước một theo đúng quy trình đã học.

Bước 1: Viết phương trình phản ứng hóa học

Phản ứng tổng hợp SO3 từ SO2 và O2 là một phản ứng thuận nghịch. Chúng ta sẽ viết phương trình phản ứng như sau:

SO2 (k) + 1/2 O2 (k) <=> SO3 (k)

Để tiện cho việc tính toán, chúng ta có thể sử dụng phương trình với hệ số nguyên:

2SO2 (k) + O2 (k) <=> 2SO3 (k)

Cô chọn phương trình thứ hai vì nó sẽ giúp chúng ta làm việc với các số mol nguyên.

Bước 2: Lập bảng biến thiên nồng độ theo phương trình phản ứng

Chúng ta sẽ lập một bảng để theo dõi sự thay đổi về số mol của các chất tham gia và sản phẩm trong quá trình phản ứng. Dựa vào đề bài, chúng ta biết các thông tin ban đầu và thông tin tại cân bằng.

Giả sử ban đầu:
– Số mol SO2 ban đầu: 0,4 mol
– Số mol O2 ban đầu: 0,6 mol
– Số mol SO3 ban đầu: 0 mol (vì mới cho vào bình)

Theo phương trình phản ứng: 2SO2 + O2 <=> 2SO3

– Số mol phản ứng: Gọi x là số mol O2 đã phản ứng.
– Theo tỉ lệ mol, số mol SO2 đã phản ứng là 2x.
– Theo tỉ lệ mol, số mol SO3 tạo thành là 2x.

– Số mol tại cân bằng:
– Số mol SO2 tại cân bằng = Số mol SO2 ban đầu – Số mol SO2 đã phản ứng = 0,4 – 2x
– Số mol O2 tại cân bằng = Số mol O2 ban đầu – Số mol O2 đã phản ứng = 0,6 – x
– Số mol SO3 tại cân bằng = Số mol SO3 ban đầu + Số mol SO3 tạo thành = 0 + 2x = 2x

Bây giờ, chúng ta cùng điền vào bảng.

| Chất | Ban đầu (mol) | Phản ứng (mol) | Cân bằng (mol) |
|———|—————|—————-|—————-|
| SO2 | 0,4 | -2x | 0,4 – 2x |
| O2 | 0,6 | -x | 0,6 – x |
| SO3 | 0 | +2x | 2x |

Bước 3: Sử dụng thông tin tại cân bằng để tìm giá trị của x

Đề bài cho biết “Khi phản ứng đạt đến trạng thái cân bằng, lượng SO2 trong bình là 0,3 mol”. Đây là thông tin mấu chốt để chúng ta xác định giá trị của x.

Từ bảng biến thiên, ta có số mol SO2 tại cân bằng là (0,4 – 2x).
Theo đề bài, số mol SO2 tại cân bằng là 0,3 mol.
Vậy, ta có phương trình:
0,4 – 2x = 0,3

Giải phương trình này để tìm x:
2x = 0,4 – 0,3
2x = 0,1
x = 0,1 / 2
x = 0,05 mol

Bước 4: Tính số mol các chất tại cân bằng

Bây giờ chúng ta đã có giá trị của x, chúng ta sẽ tính số mol cụ thể của từng chất tại trạng thái cân bằng:

– Số mol SO2 tại cân bằng = 0,4 – 2x = 0,4 – 2*(0,05) = 0,4 – 0,1 = 0,3 mol (Đúng với đề bài cho)
– Số mol O2 tại cân bằng = 0,6 – x = 0,6 – 0,05 = 0,55 mol
– Số mol SO3 tại cân bằng = 2x = 2*(0,05) = 0,1 mol

Bước 5: Tính nồng độ mol của các chất tại cân bằng

Hằng số cân bằng K_C được tính dựa trên nồng độ mol của các chất tại cân bằng.
Đề bài cho dung tích bình là 1 lít.
Công thức tính nồng độ mol là: C = n / V
Trong đó:
– C là nồng độ mol (mol/L)
– n là số mol (mol)
– V là thể tích (L)

Vì dung tích bình là 1 lít, nên nồng độ mol của mỗi chất tại cân bằng chính bằng số mol của nó tại cân bằng.

– Nồng độ SO2 tại cân bằng: [SO2] = 0,3 mol / 1 L = 0,3 M
– Nồng độ O2 tại cân bằng: [O2] = 0,55 mol / 1 L = 0,55 M
– Nồng độ SO3 tại cân bằng: [SO3] = 0,1 mol / 1 L = 0,1 M

Bước 6: Viết biểu thức tính hằng số cân bằng K_C và tính giá trị của nó

Biểu thức tính hằng số cân bằng K_C cho phản ứng: 2SO2 (k) + O2 (k) <=> 2SO3 (k) là:

\[ K_C = \frac{[SO_3]^2}{[SO_2]^2 \cdot [O_2]} \]

Trong đó:
– [SO3], [SO2], [O2] là nồng độ mol của các chất tại trạng thái cân bằng.

Bây giờ, chúng ta thay các giá trị nồng độ đã tính được vào biểu thức:

\[ K_C = \frac{(0,1)^2}{(0,3)^2 \cdot (0,55)} \]

Tính toán giá trị này:

\[ K_C = \frac{0,01}{0,09 \cdot 0,55} \]
\[ K_C = \frac{0,01}{0,0495} \]
\[ K_C \approx 0,202 \]

Vậy, hằng số cân bằng của phản ứng tổng hợp SO3 ở nhiệt độ trên là khoảng 0,202.

Các em thấy đó, với phương pháp lập bảng và điền thông tin từng bước, chúng ta đã hoàn thành bài tập một cách dễ dàng. Điều quan trọng là các em phải đọc kỹ đề bài, xác định đúng các thông số ban đầu và thông số tại cân bằng, sau đó áp dụng đúng các công thức đã học.

Cô hy vọng qua bài tập này, các em đã nắm vững hơn cách giải các bài toán về hằng số cân bằng. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, đừng ngần ngại hỏi cô nhé!