Chọn đáp án đúng: Phản ứng thuận nghịch A2 (k) + B2 (k) ⇄ 2AB (k). Có hệ số nhiệt độ g của phản ứng thuận và phản ứng nghịch lần lượt là 2 và 3. Hỏi khi tăng nhiệt độ cân bằng dịch chuyển theo chiều nào và từ đó suy ra dấu của DH° của phản ứng thuận.

Khi nhiệt độ tăng từ 300°C lên 500°C, giá trị của hằng số cân bằng Kp tăng từ 11,5 lên 33. Điều này có nghĩa là khi nhiệt độ tăng, cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận, tức là chiều tạo ra B(k) và C(k). Theo nguyên lý Le Chatelier, khi tăng nhiệt độ mà cân bằng chuyển dịch theo chiều thu nhiệt, thì phản ứng thuận là phản ứng thu nhiệt. Do đó, phản ứng A(k) ⇌ B(k) + C(k) là một quá trình thu nhiệt.

Để giải bài toán này, ta sử dụng phương trình Van't Hoff để tính ΔH° và sau đó tính ΔS°.

Phương trình Van't Hoff:

ln(K2/K1) = -(ΔH°/R) * (1/T2 - 1/T1)

Trong đó:

K1 = 2900 (tại T1 = 28°C = 301 K)

K2 = 40 (tại T2 = 48°C = 321 K)

R = 8.314 J/(mol.K)

Tính ΔH°:

ln(40/2900) = -(ΔH°/8.314) * (1/321 - 1/301)

ln(40/2900) = -(ΔH°/8.314) * (-0.0002077)

-4.28 = (ΔH°/8.314) * 0.0002077

ΔH° = (-4.28 * 8.314) / 0.0002077

ΔH° = -172050 J/mol = -172.05 kJ/mol

Tính ΔS°:

ΔG° = -R*T*lnK = ΔH° - TΔS°

Chọn T1 = 301K, K1 = 2900

ΔG° = -8.314 * 301 * ln(2900) = -8.314 * 301 * 7.972 = -20007.9 J/mol = -20.0079 kJ/mol

ΔS° = (ΔH° - ΔG°) / T

ΔS° = (-172050 - (-20007.9)) / 301

ΔS° = -152042.1 / 301

ΔS° = -505.12 J/(mol.K)

Vậy, ΔH° = -172.05 kJ/mol và ΔS° = -505.12 J/(mol.K). Đáp án gần nhất là B.

Phản ứng được coi là xảy ra hoàn toàn khi hằng số cân bằng K của nó rất lớn (K >> 1). Điều này có nghĩa là ở trạng thái cân bằng, nồng độ của các sản phẩm lớn hơn rất nhiều so với nồng độ của các chất phản ứng. Trong các phương án đã cho, phương án B có hằng số cân bằng lớn nhất (KCb = 1 × 10¹⁶), cho thấy phản ứng này gần như hoàn toàn chuyển hóa các chất phản ứng thành sản phẩm.

Phân tích các phương án:

• Phương án A: Sai. Ở cùng điều kiện, khí SO₂ dễ ngưng tụ hơn H₂O do lực tương tác van der Waals giữa các phân tử SO₂ lớn hơn (do kích thước và số electron nhiều hơn), chứ không chỉ vì phân tử lượng lớn hơn. Mặc dù phân tử lượng lớn hơn đóng góp vào lực van der Waals, nhưng đây không phải là yếu tố duy nhất.
• Phương án B: Sai. Iod dễ thăng hoa vì lực tương tác giữa các phân tử I₂ tương đối yếu so với năng lượng cần thiết để chuyển từ trạng thái rắn sang lỏng. Việc có liên kết cộng hóa trị trong phân tử I₂ không trực tiếp giải thích hiện tượng thăng hoa.
• Phương án C: Đúng. Ở cùng điều kiện, khí CO₂ dễ ngưng tụ hơn H₂ vì lực tương tác van der Waals giữa các phân tử CO₂ lớn hơn (do kích thước và số electron nhiều hơn). Phân tử lượng CO₂ lớn hơn đáng kể so với H₂, dẫn đến lực hút giữa các phân tử CO₂ mạnh hơn, làm cho CO₂ dễ chuyển sang trạng thái lỏng hoặc rắn hơn.
• Phương án D: Sai. Thủy ngân ở thể lỏng ở nhiệt độ phòng chủ yếu do cấu hình electron đặc biệt của nó dẫn đến liên kết kim loại yếu hơn so với các kim loại khác. Cấu hình electron này khiến các electron khó bị “chia sẻ” để tạo thành liên kết kim loại mạnh, làm cho thủy ngân có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn nhiều so với các kim loại khác.

Kết luận: Phương án C là phát biểu đúng.