Xét hệ cân bằng gồm ba chất có mặt trong phản ứng sau: NH4Cl(r) ⇌ HCl(k) + NH3(k).

(1) Hệ có số cấu tử là 3, số pha là 2, số bậc tự do là 2.

(2) Hệ có số cấu tử là 2, số pha là 2, số bậc tự do là 2.

(3) Nếu nồng độ HCl và NH3 bằng nhau thì số cấu tử của hệ là 1, số pha là 2, số bậc tự do là 1.

(4) Nếu nồng độ HCl và NH3 bằng nhau thì số cấu tử của hệ là 2, số pha là 2, số bậc tự do là 2.

Để giải quyết câu hỏi này, chúng ta cần xem xét từng phát biểu:

(1) Đây là nội dung của nguyên lý Le Chatelier. Khi một hệ cân bằng bị tác động bởi một yếu tố bên ngoài (như áp suất, nhiệt độ, nồng độ), hệ sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm tác động đó. Phát biểu này đúng.

(2) Khi tăng nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều phản ứng thu nhiệt (cần nhiệt để làm giảm nhiệt độ hệ); khi giảm nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều phản ứng tỏa nhiệt (sinh nhiệt để làm tăng nhiệt độ hệ). Phát biểu này sai.

(3) Hằng số cân bằng K chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ. Ở một nhiệt độ xác định, K là một hằng số. Phát biểu này đúng.

(4) Khi thêm một chất vào hệ cân bằng, cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều làm giảm lượng chất đó. Ví dụ, nếu thêm chất phản ứng, cân bằng dịch chuyển theo chiều tạo sản phẩm để giảm lượng chất phản ứng vừa thêm vào. Phát biểu này đúng.

Vậy, các phát biểu đúng là (1), (3) và (4).

Trong biểu thức hằng số cân bằng Kp, chỉ có áp suất của các chất khí xuất hiện. Các chất rắn và lỏng nguyên chất không xuất hiện trong biểu thức Kp vì hoạt độ của chúng được coi là bằng 1. Điều này xuất phát từ việc áp suất hơi của chất rắn (CaCO3 và CaO trong trường hợp này) là không đáng kể và được coi là hằng số ở một nhiệt độ xác định, do đó chúng không ảnh hưởng đến vị trí cân bằng của phản ứng. Vì vậy, áp suất hơi của CaCO3 và CaO không có mặt trong biểu thức Kp vì áp suất hơi của chất rắn không đáng kể.

Số pha của một hệ là số lượng các vùng đồng nhất về mặt hóa học và vật lý, được phân cách rõ ràng với nhau. Trong hệ phản ứng BaSO4(r) ⇌ BaO(r) + SO2(k) + O2(k), ta có:

• BaSO4 ở trạng thái rắn (r) là một pha.
• BaO ở trạng thái rắn (r) là một pha.
• SO2 và O2 ở trạng thái khí (k) trộn lẫn vào nhau tạo thành một pha khí duy nhất.

Vậy tổng cộng có 3 pha: hai pha rắn (BaSO4 và BaO) và một pha khí (SO2 và O2).

Phát biểu 1 không đúng vì một số chất rắn có thể thăng hoa (chuyển trực tiếp từ trạng thái rắn sang trạng thái khí) ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi của một số chất lỏng. Ví dụ, băng khô (CO₂ rắn) thăng hoa ở -78.5°C, trong khi nước lỏng sôi ở 100°C.

Phát biểu 2 đúng vì chất lỏng phân cực có lực tương tác giữa các phân tử mạnh hơn (tương tác lưỡng cực - lưỡng cực) so với chất lỏng không phân cực (chỉ có lực Van der Waals). Do đó, cần nhiều năng lượng hơn để phá vỡ các liên kết này và chuyển chất lỏng phân cực sang trạng thái khí, dẫn đến nhiệt độ sôi cao hơn.

Phát biểu 3 đúng vì liên kết hydro là một loại tương tác giữa các phân tử mạnh hơn nhiều so với tương tác lưỡng cực - lưỡng cực và lực Van der Waals. Các chất có liên kết hydro đòi hỏi nhiều năng lượng hơn để phá vỡ các liên kết này, do đó có nhiệt độ sôi cao hơn so với các hợp chất tương tự chỉ có các loại tương tác yếu hơn.

Vậy chỉ có phát biểu 2 đúng.

Nội năng là một hàm trạng thái, nghĩa là nó chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối của hệ, mà không phụ thuộc vào đường đi giữa hai trạng thái đó. Vì vậy, sự biến thiên nội năng \(\Delta U\) giữa hai trạng thái xác định là duy nhất, không phụ thuộc vào đường đi. Theo nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học (định luật bảo toàn năng lượng), \(\Delta U = Q - A\), trong đó Q là nhiệt lượng hệ nhận được và A là công hệ thực hiện. Do đó, đáp án D là đáp án chính xác.