Bài 9. Lý thuyết về phản ứng hóa học ( Vũ Khắc Ngọc - LTĐH đảm bảo - Hocmai.vn)
Khóa học LTĐH đảm bảo môn Hóa –Thầy Ngọc Lý thuyết về phản ứng hóa học Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 1 - LÝ THUYẾT VỀ PHẢN ỨNG HÓA HỌC TÀI LIỆU BÀI GIẢNG I. TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG Các phản ứng hoá học xảy ra nhanh chậm khác nhau, ta nói phản ứng xảy ra với tốc độ khác nhau. Có phản ứng xảy ra trong hàng nghìn năm, như sự chuyển hoá đá granit thành đất sét. Tốc dộ phản ứng hóa học được đo bằng sự thay đổi nồng độ của một chất tham gia phản ứng trong một đơn vị thời gian, thường biểu thị bằng sôốmol/l trong một giây (mol/l.s). Ví dụ phản ứng oxi hoá SO 2 thành SO 3 : 2SO 2 + O 2 2SO 3 Nếu nồng độ ban đầu của SO 2 là 0,03 mol/l, sau 30 giây nồng độ của nó là 0,01 mol/l thì tốc độ của phản ứng này trong khoảng thời gian đó bằng : Một cách tổng quát, tốc độ của phản ứng hoá học được tính theo công thức : trong đó, v : tốc độ phản ứng C 1 : nồng độ ban đầu của một chất tham gia phản ứng (mol/l). C 2 : nồng độ của chất đó (mol/l) sau t giây (s) xảy ra phản ứng ∆C = C 1 - C 2 Tốc độ của phản ứng hoá học phụ thuộc vào bản chất của những chất tham gia phản ứng và những điều kiện tiến hành phản ứng, quan trọng nhất là : nồng độ các chất tham gia phản ứng, nhiệt độ, sự có mặt của chất xúc tác. Khi tăng nồng độ các chất tham gia phản ứng, các phân tử va chạm với nhau nhiều hơn trong một đơn vị thời gian nên tốc độ của phản ứng tăng lên. Tốc độ của phản ứng tỉ lệ thuận với nồng độ các chất tham gia phản ứng. Ví dụ tốc độ của phản ứng tạo thành hiđro iotua từ hiđro và hơi iot được tính như sau: v = k [H 2 ] [I 2 ] Trong đó v : tốc độ phản ứng [H 2 ] : nồng độ của hiđro, mol/l [I 2 ] : nồng độ của iot, mol/l k : hệ số tỉ lệ đặc trưng cho mỗi phản ứng, còn gọi là hằng số tốc độ. Ở dạng tổng quát, với phản ứng : A + B AB v = k [A] [B] Để xảy ra phản ứng, các phân tử phải va chạm nhau, tuy không phải va chạm nào cũng gây ra phản ứng. Khi tăng nhiệt độ, số va chạm có hiệu quả (gây ra phản ứng tăng lên, số lần va chạm giữa các phân tử trong một đơn vik thời gian tăng lên, dẫn đến sự tăng tốc độ phản ứng. Thông thường, khi tăng nhiệt độ 10 o C thì tốc độ phản ứng tăng 2 - 3 lần. Ở phản ứng có chất rắn tham gia, như phản ứng giữa sắt với lưu huỳnh, cacbon với oxi, kẽm với dung dịch axit sunfuric thid tốc độ phản ứng tỉ lệ thuận với độ lớn của bề mặt các chất tham gia phản ứng. Do vậy, để thực hiện phản ứng, các chất rắn thường được nghiền nhỏ để tăng diện tích tiếp xúc giữa các chất phản ứng. Tốc độ của phản ứng cũng tăng lên khi có mặt chất xúc tác. Có thể thấy rõ điều này qua phản ứng oxi hoá SO 2 thành SO 3 . Nếu chỉ đun nóng hỗn hợp gồm SO 2 và O 2 thì phản ứng xảy ra rất chậm. Nếu có mặt chất xúc tác (crom oxit Cr 2 O 3 hoặc mangan đioxit MnO 2 ) thì phản ứng xảy ra nhanh. Nếu làm thí nghiệm như mô ta trong hình vẽ, ta sẽ trông rõ anhiđrit sunfuric đi vào bình cầu ở dạng mù (đó là do SO 3 gặp hơi nước trong bình cầu, tạo thành những giọt nhỏ axit sunfuric). Dụng cụ được lắp như hình vẽ. Khóa học LTĐH đảm bảo môn Hóa –Thầy Ngọc Lý thuyết về phản ứng hóa học Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 2 - Khi bắt đầu thí nghiệm, ta đốt nóng mạnh crom oxit, sau đó dùng quả bóp cao su để đẩy không khí vào, không khí sẽ mang theo khí sunfurơ. Khi hỗn hợp khí đi qua chất xúc tác đun nóng thì khí sunfurơ bị oxi của không khí oxi hoá và anhiđrit sunfuric được tạo thành. II. CÂN BẰNG HÓA HỌC Có những phản ứng xảy ra theo hai chiều ngược nhau, ví dụ phản ứng phân huỷ và tạo thành nước, phản ứng phân huỷ và tạo thành thuỷ ngân oxit, phản ứng phân huỷ và tạo thành anhiđrit sunfuric v.v Ta xét phản ứng oxi hoá anhiđric sunfurơ để tạo thành anhiđrit sunfuric : 2SO 2 + O 2 2SO 3 Nếu ta cho anhiđrit sunfuric đi qua chất xúc tác đã được sử dụng để oxi hoá anhiđric sunfurơ, và cũng ở đúng nhiệt độ oxi hoá anhiđric sunfurơ thì thấy rằng, một phần anhiđrit sunfuric bị phân huỷe thành anhiđric sunfurơ và oxi, nghĩa là xảy ra phản ứng : 2SO 3 2SO 2 + O 2 Như vậy, phản ứng tạo thành SO 3 và phản ứng phân huỷ SO 3 xảy ra ở cùng điều kiện. Hai phản ứng đó là thuận nghịch của nhau. Những phản ứng hoá học xảy ra theo hai chiều ngược nhau ở cùng điều kiện gọi là phản ứng thuận nghịch. Phản ứng thuận nghịch biểu thị bằng phương trình với những mũi tên hai chiều ngược nhau : 2SO 2 + O 2 2SO 3 Lúc đầu, khi mới trộn SO 2 với O 2 thì tốc độ phản ứng thuận lớn (phản ứng tạo thành SO 3 ), còn tốc độ của phản ứng nghịch bằng không. Theo mức độ xảy ra phản ứng, các chất đầu bị tiêu thụ, nồng độ của chúng giảm xuống nên tốc độ của phản ứng thuận giảm. Đồng thời với sự giảm nồng độ của các chất tham gia phản ứng là sự xuất hiện và tăng nồng độ của sản phẩm phản ứng. Do vậy, phản ứng nghịch (phản ứng phân huỷ SO 3 ) bắt đầu xảy ra và tốc độ của nó tăng dần. Đến một lúc các chất tham gia và tạo thành sau phản ứng đạt đến một tỉ lệ xác định, có bao nhiêu phân tử SO 3 được tạo ra thì có bấy nhiêu phân tử SO 3 bị phân huỷ thành SO 2 và O 2 trong cùng một đơn vị thời gian. Lúc đó tốc đọ của phản ứng thuận bằng tốc độ của phản ứng nghịch. Ta nói, phản ứng đạt đến trạng thái cân bằng. Cân bằng hoá học là trạng thái của hỗn hợp các chất phản ứng khi tốc độ của phản ứng thuận bằng tốc độ của phản ứng nghịch : v t = v n (v t : tốc độ phản ứng thuận, v n : tốc độ của phản ứng nghịch) Cân bằng hoá học là cân bằng động, nghĩa là khi hệ đạt tới trạng thái cân bằng, các phản ứng thuận nghịch vẫn tiếp tục xảy ra, nhưng vì tốc độ của chúng bằng nhau, do đó không nhận thấy sự biến đổi trong hệ. Cân bằng hoá học của một phản ứng sẽ bị thay đổi nếu ta thay đổi các điều kiện tiến hành phản ứng như nhiệt độ, áp suất và nồng độ các chất tham gia phản ứng. Phản ứng oxi hoá SO 2 thành SO 3 đã đạt đến trạng thái cân bằng ở nhiệt độ xác định, nếu cho thêm oxi thì tốc độ của phản ứng thuận sẽ tăng, làm tăng nồng độ của SO 3 làm giảm nồng độ của SO 2 và O 2 . Nhưng sự tăng nồng độ SO 3 cũng kéo theo sự tăng nồng độ của phản ứng thuận và nghịch. Sau một thời gian nào đó, tốc độ của các phản ứng thuận và nghịch lại bằng nhau, cân bằng mới được các lập, nhưng nồng độ của SO 3 bây giờ lớn hơn so với trước khi thêm oxi, còn nồng độ của SO 2 thì nhỏ hơn. Quá trình biến đổi nồng độ các chất trong hỗn hợp phản ứng từ trạng thái cân bằng này đến trạng thái cân bằng khác do sự thay đổi điều kiện của môi trường gọi là sự chuyển dịch cân bằng hoá học. Thực nghiệm cho thấy rằng, nếu phản ứng xảy ra làm giảm thể tích của hỗn hợp các chất phản ứng (làm giảm số phân tử khí) thì sự tăng áp suất sẽ làm cho cân bằng chuyển dịch về phía giảm số phân tử khí, nghĩa là sang phía giảm áp suất; khi giảm áp suất thì cân bằng sẽ chuyển dịch sang phía tăng số phân tử khí, nghĩa là sang phía tăng áp suất. Trong trường hợp phản ứng xảy ra không có sự biến đổi số phân tử khí thì áp suất không ảnh hưởng đến sự chuyển dịch cân bằng. Nhiệt độ ảnh hưởng đến sự chuển dịch cân bằng hoá học theo quy luật : khi đun nóng, cân bằng của phản ứng toả nhiệt sẽ chuyển dịch về phía tạo thành những chất ban đầu, còn cân bằng của phản ứng thu nhiệt sẽ chuyển dịch về phía tạo thành sản phẩm phản ứng. Các chất xúc tác ảnh hưởng như nhau đến tốc độ của phản ứng thuận và tốc độ của phản ứng nghịch, do vậy chất xúc tác không làm chuyển dịch cân bằng hoá học. Giáo viên: Vũ Khắc Ngọc Nguồn: Hocmai.vn . Khóa học LTĐH đảm bảo môn Hóa –Thầy Ngọc Lý thuyết về phản ứng hóa học Hocmai. vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 190 0 5 8-5 8-1 2 - Trang | 1 - LÝ THUYẾT VỀ PHẢN. hình vẽ. Khóa học LTĐH đảm bảo môn Hóa –Thầy Ngọc Lý thuyết về phản ứng hóa học Hocmai. vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 190 0 5 8-5 8-1 2 - Trang | 2 - Khi bắt. gia phản ứng (mol/l). C 2 : nồng độ của chất đó (mol/l) sau t giây (s) xảy ra phản ứng ∆C = C 1 - C 2 Tốc độ của phản ứng hoá học phụ thuộc vào bản chất của những chất tham gia phản ứng