Trong một bình kín ở 500 K, hỗn hợp khí chứa CO, H2 và CO2 tham gia phản ứng bơi-gas shift: CO + H2O ⇌ CO2 + H2. a. Viết biểu thức Kp cho phản ứng và mô tả ảnh hưởng tăng áp suất toàn phần lên cân bằng...

a. Biểu thức Kp cho phản ứng bơi-gas shift được viết như sau: \[ K_p = \frac{P_{CO2} \cdot P_{H2}}{P_{CO} \cdot P_{H2O}} \] Trong đó: - \(P_{CO2}\), \(P_{H2}\), \(P_{CO}\), và \(P_{H2O}\) lần lượt là áp suất riêng phần của CO2, H2, CO và H2O. Khi tăng áp suất toàn phần của hệ thống, theo nguyên lý Le Chatelier, cân bằng sẽ dịch chuyển về phía có ít mol khí hơn. Trong phản ứng này, phía bên trái (phản ứng thuận) có tổng cộng 2 mol khí (1 mol CO và 1 mol H2O) và phía bên phải có 2 mol khí (1 mol CO2 và 1 mol H2). Do đó, việc tăng áp suất toàn phần không làm thay đổi vị trí cân bằng vì số mol khí ở cả hai phía là bằng nhau. b. Giả sử nCO = 1 mol, nH2O = 1 mol, ban đầu không có sản phẩm. Gọi x là số mol của CO và H2O tham gia phản ứng. Tại cân bằng, số mol sẽ là: - CO: \(1 - x\) - H2O: \(1 - x\) - CO2: \(x\) - H2: \(x\) Tổng số mol tại cân bằng là: \[ (1 - x) + (1 - x) + x + x = 2 \] Áp dụng biểu thức Kp, ta có: \[ K_p = \frac{(x)(x)}{(1-x)(1-x)} = \frac{x^2}{(1-x)^2} \] Biết giá trị Kp (giả sử là Kp = 1 ở 500 K), ta có: \[ 1 = \frac{x^2}{(1-x)^2} \] Giải phương trình: \[ 1 - 2x + x^2 = x^2 \] Suy ra: \[ 2x = 1 \Rightarrow x = \frac{1}{2} \] Vì vậy, tỉ lệ sản phẩm ở cân bằng sẽ là: - \(CO2 = x = \frac{1}{2}\) mol - \(H2 = x = \frac{1}{2}\) mol Số mol của CO và H2O ở cân bằng: - \(CO = 1 - x = \frac{1}{2}\) mol - \(H2O = 1 - x = \frac{1}{2}\) mol c. Vai trò xúc tác trong phản ứng bơi-gas shift là để tăng tốc độ phản ứng mà không làm thay đổi vị trí cân bằng. Xúc tác giúp giảm năng lượng kích hoạt của phản ứng, làm cho phản ứng diễn ra nhanh hơn. Các yêu cầu vật liệu xúc tác công nghiệp thường bao gồm: 1. Tính ổn định nhiệt độ cao để chịu được nhiệt độ của phản ứng. 2. Độ hoạt động cao để tối đa hóa hiệu suất phản ứng. 3. Khả năng tái sử dụng nhiều lần mà không mất đi hoạt tính. 4. Chi phí sản xuất và sử dụng hợp lý để đảm bảo tính khả thi kinh tế.