Đang tải... (xem toàn văn)
Bài giảng Hóa học chất rắn: Chương 3 - Phản ứng hóa học được biên soạn với các nội dung chính sau: Các dạng phản ứng hóa học; Động học phản ứng hóa học; Bài tập về phản ứng hóa học;... Mời các bạn cùng tham khảo bài giảng!
8/28/2021 Các mạng tinh thể tiêu biểu 47 Chương 3: Phản ứng hóa học 3.1 Các dạng phản ứng hóa học 3.1.1 Phản ứng xi hóa – khử ĐN: Phản ứng hố học có thay đổi số e chất phản ứng Phản ứng có thay đổi số oxi hóa số nguyên tố Trần Vũ Diễm Ngọc 48 24 8/28/2021 3.1 Các dạng phản ứng hóa học 3.1.1 Phản ứng xi hóa – khử Hợp chất có tính oxh mạnh: K2Cr2O7; KMnO4; HCIO4; H2SO4; KCIO3; Ce(SO4)2 Các xít MgO, Cr2O3, CO2 Các chất hoàn nguyên: Al, Na, Zn, C, S, H Trần Vũ Diễm Ngọc 49 3.1 Các dạng phản ứng hóa học 3.1.1 Phản ứng xi hóa – khử Trần Vũ Diễm Ngọc 50 25 8/28/2021 Chương 3: Phản ứng hóa học 3.1 Các dạng phản ứng hóa học 3.1.1 Phản ứng xi hóa – khử Trần Vũ Diễm Ngọc 51 3.1 Các dạng phản ứng hóa học 3.1.1 Phản ứng xi hóa – khử Trần Vũ Diễm Ngọc 52 26 8/28/2021 3.1 Các dạng phản ứng hóa học 3.1.1 Phản ứng xi hóa – khử Thế khử : đặc trưng khả ơxi hóa khử cặp lớn: dạng oxh hoạt động mạnh, khử yếu nhỏ: dạng oxh hoạt động yếu, khử mạnh Trần Vũ Diễm Ngọc 53 3.1 Các dạng phản ứng hóa học 3.1.1 Phản ứng xi hóa – khử Trần Vũ Diễm Ngọc 54 27 8/28/2021 3.1 Các dạng phản ứng hóa học 3.1.1 Phản ứng xi hóa – khử • Phản ứng tạo dòng điện pin chênh lệch điện cực kim loại • Sự chênh lệch lớn độ hoạt động kim loại khác phản ứng oxi hóa khử xảy pin mạnh Trần Vũ Diễm Ngọc 55 3.1 Các dạng phản ứng hóa học 3.1.1 Phản ứng xi hóa – khử • Khi có mơi trường tham gia (ion H+, OH-) Trần Vũ Diễm Ngọc 56 28 8/28/2021 3.1 Các dạng phản ứng hóa học • 3.1.1 Phản ứng xi hóa – khử Quá trình thiêu quặng Quá trình nung quặng tinh quặng đến nhiệt độ thấp nhiệt độ nóng chảy chúng (tính chất hố lý bị thay đổi, tính chất hố học vấn giữ ngun) Thiêu oxi hố khơng hồn tồn- loại phần lưu huỳnh chứa quặng, phần lại nằm dạng MeS MeSO4 2 Thiêu sunfat hoá- Đưa MeS MeO dạng MeSO4 có lợi cho cơng đoạn gia cơng Thiêu oxi hố triệt để- nung quặng sunfua mơi trường oxi hố đến khử hết lưu huỳnh tinh quặng Trần Vũ Diễm Ngọc 57 3.1 Các dạng phản ứng hóa học 3.1.1 Phản ứng xi hóa – khử • Q trình thiêu quặng thiêu xẩy phản ứng hoá học sau đây: MeS + 3O2 = 2MeO + 2SO2 SO + O2 2SO3 MeO + SO3 MeSO4 Trần Vũ Diễm Ngọc 58 29 8/28/2021 3.1 Các dạng phản ứng hóa học 3.1.1 Phản ứng xi hóa – khử Q trình thiêu quặng tinh quặng ZnS: • GT0 RT ln K p Phản ứng 7730K ZnS+1,5 O2=ZnO +SO2 G010-5 -0,92 8730K lgK 6,22 G010-5 9730K G0 10-5 -0,90 lgK 5,40 -0,88 lgK 4,75 FeS+1,5O2=FeO+SO2 -0,87 5,85 -0,85 5,06 -0,62 0,43 3FeS+5O5=Fe3O4+3SO2 -3,15 21,20 -3,25 18,26 -2,96 15,50 ZnS + 2O2 = ZnSO4 -1,23 8,35 -1,15 6,91 -1,08 5,80 FeS + 2O2 = FeSO4 -1,32 3,97 -1,25 7,41 1,15 6,32 Trần Vũ Diễm Ngọc 59 3.1 Các dạng phản ứng hóa học 3.1.1 Phản ứng xi hóa – khử • Hồn ngun Đưa oxit KL hoá trị cao đến hoá trị thấp MeX + B = Me + BX X – O, Cl, C, S,… B – chất hoàn nguyên Trần Vũ Diễm Ngọc 60 30 8/28/2021 3.1 Các dạng phản ứng hóa học 3.1.1 Phản ứng xi hóa – khử • Các phương pháp hồn ngun - Chất hồn ngun Khí : hoàn nguyên gián tiếp (CO, H2) - Chất HN Rắn: hoàn nguyên trực tiếp (C) - Chất HN Kim loại: hoàn nguyên nhiệt kim - Điện phân: - Phân ly Trần Vũ Diễm Ngọc 61 • Các phương pháp hồn ngun Dãy hoạt động hóa học Hoạt tính hóa học giảm HN C 2ZnO + C = 2Zn + CO2 HN H2 2Fe2O3 + 2C = 3Fe + 3CO2 CuO + H2 = Cu + H2O 2PbO + C = 2Pb + CO2 Ag2O + H2 = 2Ag + H2O Trần Vũ Diễm Ngọc 62 31 8/28/2021 Các phương pháp hồn ngun • MeX+ B = Me + BX ΔG(B→BX) < ΔG (Me→MeX) 63 3.1 Các dạng phản ứng hóa học 3.1.1 Phản ứng xi hóa – khử - Chất hồn ngun Khí : hồn ngun gián tiếp (CO, H2) MeO + CO MeO + CO Me + CO2 (Fe2O3; Cu2O, NiO ) Me + CO2 (FeO; WO2, MoO2 ) Điều kiện hoàn nguyên: (%CO)mt > (%CO)cb (A) Trần Vũ Diễm Ngọc 64 32 8/28/2021 3.1 Các dạng phản ứng hóa học 3.1.1 Phản ứng xi hóa – khử - Chất hồn ngun Khí : hồn nguyên gián tiếp (CO, H2) Trần Vũ Diễm Ngọc 65 3.1 Các dạng phản ứng hóa học 3.1.1 Phản ứng xi hóa – khử - Chất hồn ngun Khí : hoàn nguyên gián tiếp (CO, H2) Trần Vũ Diễm Ngọc 66 33 8/28/2021 3.1 Các dạng phản ứng hóa học 3.1.2 Phản ứng với axit, bazo (kiềm) Trần Vũ Diễm Ngọc 85 3.1 Các dạng phản ứng hóa học 3.1.2 Phản ứng với axit, bazo (kiềm) Bảng : Biến thiên đẳng nhiệt đẳng áp số phản ứng hoà tan quặng kẽm Trần Vũ Diễm Ngọc 86 43 8/28/2021 3.1 Các dạng phản ứng hóa học 3.1.2 Phản ứng với axit, bazo (kiềm) Sản xuất TiO2 từ Rutine Xỉ Ti TiO2 + 2NaOH = Na2TiO3 + H2O Na2TiO3 + 2H2O = H2TiO3 + 2NaOH H2TiO3 + 2HCl = TiOCl2 + 2H2O Ti4+ +2H2O = TiO(OH)2 + 2H+ TiOCl2 + H2 O → TiO2 + 2HCl 𝑡𝑜 H2TiO3 → TiO2 + H2O Trần Vũ Diễm Ngọc 87 3.1 Các dạng phản ứng hóa học 3.1.3 Phản ứng điện hóa Phản ứng điện hóa xảy dung dịch chất điệ li trạng thái hòa tan nóng chảy - Là hệ oxi hóa-khử điện hóa chất oxi hóa chất khử khơng trực tiếp va chạm vào trình phản ứng - E chuyển từ chất khử tới chất oxi hóa gián tiếp qua vật dẫn kim loại dùng làm điện cực A: Fe2+ + Pt = Fe3+ + e (Pt) oxh K: Ce(IV) + e (Pt) = Ce (III) + Pt khử 88 44 8/28/2021 3.1 Các dạng phản ứng hóa học 3.1.3 Phản ứng điện hóa Trần Vũ Diễm Ngọc 89 3.1 Các dạng phản ứng hóa học 3.1.3 Phản ứng điện hóa Hệ thống điện hóa - Dung dịch điện ly - Điện cực - Nguồn Trần Vũ Diễm Ngọc 90 45 8/28/2021 3.1 Các dạng phản ứng hóa học 3.1.3 Phản ứng điện hóa Dung dịch điện ly - Dung dịch nước: dung môi chất tan: Thường dùng dd điện ly mạnh: HCl, H2SO4, H2SiF6, NaOH… - Dung dịch muối nóng chảy, có độ dẫn điện lớn Trần Vũ Diễm Ngọc 91 Chương 3: Phản ứng hóa học 3.1 Các dạng phản ứng hóa học 3.1.3 Phản ứng điện hóa Điện cực Điện cực nối với cực âm nguồn điện gọi cực âm hay catot (catod) Điện cực nối với cực dương nguồn điện gọi cực dương hay anot (anod) Catot: trình khử xảy (chất oxi hóa nhận điện tử để tạo thành chất khử tương ứng) Anot: q trình oxi hóa xảy ra, (chất khử cho điện tử để tạo thành chất oxi hoá tương ứng) Trần Vũ Diễm Ngọc 92 46 8/28/2021 3.1 Các dạng phản ứng hóa học 3.1.3 Phản ứng điện hóa Phản ứng oxi hóa - khử Điện hóa Điện phân Điện Anot Catot Hệ điện hóa Quá trình Oxi hóa Khử Điên Thấp (-) Cao (+) Pin điện Cao (+) Thấp (-) Bình điện phân Trần Vũ Diễm Ngọc 93 3.1 Các dạng phản ứng hóa học 3.1.3 Phản ứng điện hóa Phản ứng oxi hóa - khử Thế oxi hóa khử (thế khử) cặp oxi hóa khử hiệu điện dạng khử dạng oxi hóa Là đại lượng đặc trưng cho tính oxi hóa khử chất Thế oxi hóa khử là: EaOx/bKh 2H+ + 2e ⇋ H2 , oxi hóa khử E2H+/H2= 0,0 V Fe2+ + 2e ⇋ Fe, oxi hóa khử EFe2+/Fe = -0,440 V Cl2 + 2e ⇋ 2Cl- , oxi hóa khử ECl2/2Cl- = + 1,360 V Trần Vũ Diễm Ngọc 94 47 8/28/2021 3.1 Các dạng phản ứng hóa học 3.1.3 Phản ứng điện hóa Phản ứng oxi hóa - khử Phương trình Nernst: R: số khí lý tưởng n : số electron trao đổi Ox Kh T: nhiệt độ F: số Faraday = 96500 C/mol [Ox], [Kh]: nồng độ dạng oxh, khử TTCB Trần Vũ Diễm Ngọc 95 3.1 Các dạng phản ứng hóa học 3.1.3 Phản ứng điện hóa Phản ứng oxi hóa - khử AgCl(r) + e- ↔ Ag(r) + Cl Hg2Cl2(r) + 2e- ↔ 2Cl- + 2Hg(l) E = Eo + (0.059/n)log1/[Cl-] E = Eo + (0.059/2)log1/[Cl-]2 Trần Vũ Diễm Ngọc 96 48 8/28/2021 3.1 Các dạng phản ứng hóa học 3.1.3 Phản ứng điện hóa Dãy điện hóa - E lớn dạng oxi hóa mạnh, dạng khử yếu ngược lại - Kim loại đứng trước khử ion kim loại đứng sau Trần Vũ Diễm Ngọc 97 3.1 Các dạng phản ứng hóa học 3.1.3 Phản ứng điện hóa Nhiệt động học (ΔG0), cân (Kcb) điện hóa học: Trần Vũ Diễm Ngọc 98 49 8/28/2021 3.1 Các dạng phản ứng hóa học 3.1.3 Phản ứng điện hóa Trần Vũ Diễm Ngọc 99 3.1 Các dạng phản ứng hóa học 3.1.3 Phản ứng điện hóa MeO đứng sau Al dãy điện hóa ion kim loại bị khử tạo thành kim loại bám vào điện cực catot Ion đứng sau có tính oxi hóa mạnh nên bị khử trước catot Trần Vũ Diễm Ngọc 100 50 8/28/2021 3.1 Các dạng phản ứng hóa học 3.1.3 Phản ứng điện hóa Ion kim loại từ Al trở trước ion kim loại không bị khử ởvcatot mà H2O dung dịch bị khử tạo H2 bay phóng thích ion OHtrong dung dịch Al trở trước bị khử tạo kim loại tương ứng điện phân nóng chảy chất điện có chứa ion Trần Vũ Diễm Ngọc 101 3.1 Các dạng phản ứng hóa học 3.1.3 Phản ứng điện hóa Trần Vũ Diễm Ngọc 102 51 8/28/2021 3.1 Các dạng phản ứng hóa học 3.1.3 Phản ứng điện hóa Trần Vũ Diễm Ngọc 103 3.2 Động học phản ứng hóa học Ðộng học khoa học nghiên cứu tốc độ phản ứng hóa học Tốc độ phản ứng hóa học bị ảnh hưởng nồng độ, nhiệt độ, áp suất, dung môi, chất xúc tác, hiệu ứng thế, hiệu ứng đồng vị, hiệu ứng muối Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng lên tốc độ phản ứng, người ta hiểu biết đầy đủ chất biến hóa xảy phản ứng hóa học, xác lập chế phản ứng Phạm vi giá trị động học: -Xác định tốc độ phản ứng -Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ -Nghiên cứu chế trình Bước chậm định tốc độ trình Trần Vũ Diễm Ngọc 104 52 8/28/2021 3.2 Động học phản ứng hóa học 3.2.1 Tốc độ phản ứng Tốc độ phản ứng hóa học đại lượng đặc trưng cho diễn biến nhanh hay chậm phản ứng hóa học Tốc độ phản ứng hóa học thời điểm t = dC/dt, độ nghiêng đường biểu diễn với t Trần Vũ Diễm Ngọc 105 Chương 3: Phản ứng hóa học 3.2 Động học phản ứng hóa học 3.2.1 Tốc độ phản ứng Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào chất phản ứng điều kiện tiến hành: nồng độ, nhiệt độ, chất xúc tác… Tốc độ tức thời phản ứng: Trần Vũ Diễm Ngọc 106 53 8/28/2021 Chương 3: Phản ứng hóa học 3.2 Động học phản ứng hóa học 3.2.1 Tốc độ phản ứng k số tốc độ phản ứng hóa học Bậc phản ứng = (m+n) Trần Vũ Diễm Ngọc 107 3.2 Động học phản ứng hóa học 3.2.1 Tốc độ phản ứng Phản ứng bậc 1: Trần Vũ Diễm Ngọc 108 54 8/28/2021 3.2 Động học phản ứng hóa học 3.2.1 Tốc độ phản ứng Phản ứng bậc 2: A0: nồng độ chất ban đầu A Trần Vũ Diễm Ngọc 109 3.2 Động học phản ứng hóa học 3.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng Ảnh hưởng nồng độ chất phản ứng Tốc độ tỷ lệ với tích nồng độ chất phản ứng lũy thừa lên với số mũ hệ số tỉ lượng tương ứng Ảnh hưởng nhiệt độ A: số gọi thừa số trước lũy thừa E: lượng hoạt hóa T: nhiệt độ R: số khí Trần Vũ Diễm Ngọc 110 55 8/28/2021 BÀI TẬP Al(r) + Fe2O3(r) > 2Fe(r) + Al2O3(r) HFe2O3(r)= -822,2 (kJ/mol) HAl2O3(r) = -1669,8 (kJ/mol) Trần Vũ Diễm Ngọc 111 BÀI TẬP Trần Vũ Diễm Ngọc 112 56 8/28/2021 BÀI TẬP Trần Vũ Diễm Ngọc 113 BÀI TẬP Trần Vũ Diễm Ngọc 114 57 ... H Trần Vũ Diễm Ngọc 49 3. 1 Các dạng phản ứng hóa học 3. 1.1 Phản ứng xi hóa – khử Trần Vũ Diễm Ngọc 50 25 8/28/2021 Chương 3: Phản ứng hóa học 3. 1 Các dạng phản ứng hóa học 3. 1.1 Phản ứng xi hóa. .. sau Trần Vũ Diễm Ngọc 97 3. 1 Các dạng phản ứng hóa học 3. 1 .3 Phản ứng điện hóa Nhiệt động học (ΔG0), cân (Kcb) điện hóa học: Trần Vũ Diễm Ngọc 98 49 8/28/2021 3. 1 Các dạng phản ứng hóa học 3. 1 .3. .. chảy chất điện có chứa ion Trần Vũ Diễm Ngọc 101 3. 1 Các dạng phản ứng hóa học 3. 1 .3 Phản ứng điện hóa Trần Vũ Diễm Ngọc 102 51 8/28/2021 3. 1 Các dạng phản ứng hóa học 3. 1 .3 Phản ứng điện hóa Trần