Phản ứng tỏa nhiệt dưới đây đã đạt trạng thái cân bằng: 2 A(k) + B(k) ⇌ 4D (k)

Để dịch chuyển cân bằng của phản ứng theo chiều hướng tạo thêm sản phẩm, một số biện pháp sau đây đã được sử dụng: (1) Tăng nhiệt độ ; (2) Thêm chất D ; (3) Giảm thể tích bình phản ứng ; (4) Giảm nhiệt độ ; (5) Thêm chất A ; (6) Tăng thể tích bình phản ứng.

Đầu tiên, ta cần tính áp suất riêng phần của các khí trong hỗn hợp. Vì hydro chiếm 24% thể tích, ta có thể coi áp suất riêng phần của hydro bằng 0.24P (P là áp suất tổng). Áp suất riêng phần của nước sẽ là 0.76P (giả sử chỉ có hydro và nước trong hỗn hợp khí).

Tính thương số phản ứng Qp: Qp = (PH2O)^2 / (PH2)^2 = (0.76P)^2 / (0.24P)^2 = (0.76/0.24)^2 ≈ 10.03

So sánh Qp với Kp: Qp ≈ 10.03 và Kp = 10. Vì Qp > Kp, phản ứng sẽ dịch chuyển theo chiều nghịch để đạt trạng thái cân bằng. Điều này có nghĩa là ΔG > 0.

Để giải bài toán này, ta cần hiểu mối quan hệ giữa hằng số cân bằng của các phản ứng thuận nghịch liên quan đến nhau.

Phản ứng ban đầu: N2(k) + 2O2(k) ⇌ 2NO2(k) có K = 100.

Phản ứng cần tìm K': NO2(k) ⇌ ½ N2(k) + O2(k).

Nhận thấy rằng phản ứng cần tìm (phản ứng 2) là phản ứng ngược của phản ứng ban đầu (phản ứng 1) và được chia cho 2.

Bước 1: Đảo ngược phản ứng 1: 2NO2(k) ⇌ N2(k) + 2O2(k). Hằng số cân bằng của phản ứng đảo ngược là nghịch đảo của hằng số cân bằng ban đầu, tức là K_đảo = 1/K = 1/100 = 0,01.

Bước 2: Chia phản ứng đảo ngược cho 2: NO2(k) ⇌ ½ N2(k) + O2(k). Khi chia một phản ứng cho một hệ số, hằng số cân bằng mới sẽ là căn bậc của hằng số cân bằng cũ với bậc là hệ số đó. Trong trường hợp này, ta lấy căn bậc hai của K_đảo: K' = √(K_đảo) = √(0,01) = 0,1.

Vậy K' = 0,1.

Phản ứng bậc 1 đối với [A] và bậc 1 đối với [B] có nghĩa là phương trình tốc độ phản ứng có dạng: v = k[A][B].

A. Nếu [A], [B] đều gấp đôi, vận tốc phản ứng tăng gấp 2*2 = 4 lần, không phải 8 lần. Vì vậy, A sai.

B. Nếu [A] và [B] đều tăng gấp đôi, vận tốc phản ứng tăng lên gấp 2*2 = 4 lần. Phản ứng này có thể là phản ứng đơn giản hoặc phức tạp, thông tin này không đủ để kết luận. Tuy nhiên, về mặt tốc độ phản ứng, phát biểu này đúng.

C. Nếu [A] tăng gấp đôi, [B] tăng gấp ba, vận tốc phản ứng tăng lên gấp 2*3 = 6 lần. Vì phản ứng có bậc là 1 đối với cả A và B, thì đây có thể là phản ứng đơn giản, không nhất thiết là phức tạp. Do đó, phát biểu C có thể đúng nhưng không chính xác hoàn toàn.

D. Nếu [A] và [B] đều tăng gấp ba, vận tốc phản ứng tăng lên gấp 3*3 = 9 lần, không phải 6 lần. Vì vậy, D sai.

Vậy phương án B là phương án phù hợp nhất.

Phản ứng CO(k) + Cl2(k) → COCl2(k) là phản ứng đơn giản, do đó có phương trình tốc độ: v = k[CO][Cl2].

Khi nồng độ CO tăng từ 0,1M lên 0,4M, nồng độ Cl2 tăng từ 0,3M lên 0,9M thì:

- Nồng độ CO tăng 0,4/0,1 = 4 lần

- Nồng độ Cl2 tăng 0,9/0,3 = 3 lần

Vậy tốc độ phản ứng tăng 4 * 3 = 12 lần.