Bài 19 Tốc độ phản ứng I Tốc độ phản ứng hóa học 1 Khái niệm tốc độ phản ứng hóa học Tốc độ phản ứng được xác định bằng sự thay đổi lượng chất đầu hoặc chất sản phẩm trong một đơn vị thời gian giây (s[.]
Bài 19: Tốc độ phản ứng I Tốc độ phản ứng hóa học Khái niệm tốc độ phản ứng hóa học Tốc độ phản ứng xác định thay đổi lượng chất đầu chất sản phẩm đơn vị thời gian: giây (s), phút (min), (h), ngày (d), … Lượng chất biểu diễn số mol, nồng độ mol, khối lượng thể tích Các phản ứng khác xảy với tốc độ khác nhau, có phản ứng xảy nhanh, có phản ứng xảy chậm Ví dụ: Tốc độ trung bình phản ứng Để đặc trưng cho nhanh chậm phản ứng khoảng thời gian, ta dùng tốc độ phản ứng trung bình Đối với phản ứng tổng quát: aA + bB cC + dD Gọi CA, CB, CC, CD biến thiên lượng chất chất A, B, C, D khoảng thời gian t Tốc độ trung bình phản ứng tính theo biểu thức: CA CB CC CD v tb a t b t c t d t Ví dụ: Phản ứng phân hủy H2O2: H2O2 H2O + O2 Kết thí nghiệm đo nồng độ H2O2 thời điểm khác trình bày bảng sau: Tốc độ phản ứng (h) 12 Nồng độ H2O2 (mol/L) 1,000 0,707 0,500 0,354 0,250 Tính tốc độ phản ứng theo nồng độ H2O2 khoảng thời gian từ đến Hướng dẫn giải: Tốc độ phản ứng theo nồng độ H2O2 khoảng thời gian từ đến là: v tb CH O t CH O (3h ) CH O (0h ) 2 30 0,707 1,000 0,098 (mol/(L.h)) II Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng Ảnh hưởng nồng độ đến tốc độ phản ứng Khi nồng độ chất phản ứng tăng lên, số va chạm hạt tăng lên, làm số va chạm hiệu tăng lên dẫn đến tốc độ phản ứng tăng Ở nhiệt độ không đổi, tốc độ phản ứng tỉ lệ thuận với tích số nồng độ chất phản ứng với số mũ thích hợp Đối với phản ứng đơn giản (phản ứng xảy qua giai đoạn), số mũ hệ số chất tham gia phương trình hóa học Ví dụ: Xét phản ứng: 2NO + O2 2NO (1) Từ thực nghiệm, xác định mối liên hệ tốc độ phản ứng (1) nồng độ chất tham gia phản ứng: v k C 2NO CO Trong đó: CNO CO nồng độ mol NO O2 thời điểm xét; k gọi số tốc độ phản ứng; v tốc độ phản ứng thời điểm xét Xét thời điểm C NO 1M CO 1M , v = k Như vậy: số tốc độ k tốc độ phản ứng nồng độ tất chất đầu đơn vị Chú ý: Đại lượng k đặc trưng cho phản ứng phụ thuộc vào nhiệt độ, không phụ thuộc vào nồng độ chất phản ứng Giá trị k xác định từ thực nghiệm Ảnh hưởng áp suất đến tốc độ phản ứng Tăng áp suất hỗn hợp khí làm tốc độ phản ứng tăng Chú ý: Việc thay đổi áp suất không làm ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng khơng có chất khí tham gia Ảnh hưởng nhiệt độ đến tốc độ phản ứng Khi tăng nhiệt độ, hạt (phân tử, nguyên tử ion) chuyển động nhanh hơn, động cao Khi đó, số va chạm hiệu hạt tăng lên, dẫn đến tốc độ phản ứng tăng Thực nghiệm cho thấy tăng nhiệt độ lên 10oC tốc độ phản ứng thường tăng từ đến lần Gọi vT tốc độ phản ứng nhiệt độ T, vT + 10 tốc độ phản ứng nhiệt độ T + 10, đó: v T 10 vT Trong biểu thức trên, gọi hệ số nhiệt độ Van’t Hoff (Van-Hốp) Giá trị lớn ảnh hưởng nhiệt độ đến tốc độ phản ứng mạnh Ví dụ: Xét phản ứng acetone iodine: CH3COCH3 + I2 CH3COCH2I + HI Phản ứng có hệ số nhiệt khoảng từ 30oC đến 50oC 2,5 Ở 35oC, phản ứng có tốc độ 0,036 mol/(L.h) Tính tốc độ phản ứng 45oC Hướng dẫn giải: v v T 10 45 C 2,5 v 45 C 0,09 (mol/(L.h)) vT 0,036 o o Ảnh hưởng diện tích bề mặt đến tốc độ phản ứng Ví dụ: Nghiên cứu ảnh hưởng diện tích bề mặt đến tốc độ phản ứng: CaCO3 + 2HCl CaCl2 + CO2 + H2O Tiến hành thí nghiệm: - Cho lượng (khoảng g) đa vôi dạng viên vào bình tam giác (1) đá vơi đập nhỏ vào bình tam giác (2) - Rót 20 ml dung dịch HCl 0,5M vào bình Nhận xét: Phản ứng bình (2) có tốc độ khí nhanh Khi tăng diện tích bề mặt tiếp xúc, số va chạm chất đầu tăng lên, số va chạm hiệu tăng theo, dẫn đến tốc độ phản ứng tăng Ảnh hưởng chất xúc tác đến tốc độ phản ứng Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng khơng bị biến đổi lượng chất sau phản ứng Ví dụ: Thực hai phản ứng phân hủy H2O2: phản ứng có xúc tác MnO2, phản ứng không xúc tác Đo thể tích khí oxygen theo thời gian biểu diễn đồ thị sau: Nhận xét: Đường phản ứng (b) có tốc độ khí oxygen nhanh hơn, phản ứng (b) có xúc tác MnO2 III Một số ứng dụng việc thay đổi tốc độ phản ứng Trong đời sống sản xuất, người áp dụng nhiều biện pháp kĩ thuật để thay đổi tốc độ phản ứng thay đổi nồng độ, nhiệt độ, dùng chất xúc tác, … Ví dụ: Trong hàn xì, đốt acetylene oxygen nguyên chất cháy nhanh cho nhiệt độ cao đốt oxygen không khí ... thấy tăng nhiệt độ lên 10oC tốc độ phản ứng thường tăng từ đến lần Gọi vT tốc độ phản ứng nhiệt độ T, vT + 10 tốc độ phản ứng nhiệt độ T + 10, đó: v T ? ?10 vT Trong biểu thức trên, gọi hệ số... Đối với phản ứng đơn giản (phản ứng xảy qua giai đoạn), số mũ hệ số chất tham gia phương trình hóa học Ví dụ: Xét phản ứng: 2NO + O2 2NO (1) Từ thực nghiệm, xác định mối liên hệ tốc độ phản ứng... Tốc độ trung bình phản ứng tính theo biểu thức: CA CB CC CD v tb a t b t c t d t Ví dụ: Phản ứng phân hủy H2O2: H2O2 H2O + O2 Kết thí nghiệm đo nồng độ H2O2 thời điểm