Skkn hệ thống lí thuyết và bài tập động hóa học bồi dưỡng học sinh giỏi quốc gia

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI: " HỆ THỐNG LÍ THUYẾT VÀ BÀI TẬP ĐỘNG HÓA HỌC BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA" skkn MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: Trong năm qua, đề thi học sinh giỏi cấp quốc gia quốc tế thường đề cập tới phần động hóa học nhiều góc độ khác Tuy nhiên, sách giáo khoa phổ thông , điều kiện giới hạn thời gian nên kiến thức đề cập đến cách sơ lược Qua thực tiễn giảng dạy đội tuyển học sinh giỏi Quốc gia nhiều năm đă nghiên cứu, lựa chọn hệ thống kiến thức lí thuyết bản, trọng tâm; sưu tầm tập điển hình để soạn chuyên đề giảng dạy động hóa học giúp cho học sinh có tài liệu đầy đủ động học phản ứng, hiểu sâu vận dụng tốt kiến thức vào việc giải tập, đáp ứng ngày cao chất lượng giảng dạy học tập cho đội tuyển học sinh giỏi mơn Hóa học ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI: Động hóa học ngành khoa học nghiên cứu qui luật xảy q trình hóa học theo thời gian Đối tượng động học hóa học nghiên cứu tốc độ phản ứng hóa học, yếu tố có ảnh hưởng đến tốc độ (nồng độ, nhiệt độ, chất xúc tác…) chế phản ứng, từ ta có khả điều khiển trình hóa học xảy với vận tốc mong muốn hạn chế q trình khơng có lợi PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI: Do hạn chế thời gian nguồn lực nên mặt không gian đề tài nghiên cứu giới hạn phạm vi trường THPT chuyên HY Về mặt kiến thức kỹ năng, đề tài nghiên cứu sở lí thuyết chung động hóa học như: tốc độ phản ứng hóa học, định luật tốc độ, yếu tố ảnh hưởng đến tốc skkn độ phản ứng, chế phản ứng bậc phản ứng, phương trình động học phản ứng hóa học, cách xác định bậc phản ứng hệ thống tập áp dụng PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: Tìm hiểu tài liệu sở lí luận liên quan đến đề tài, hệ thống lại lí thuyết chủ đạo đồng thời xây dựng hệ thống dạng tập áp dụng Thực nghiệm giảng dạy cho đội tuyển HSG, kiểm tra đánh giá kết thực đề tài rút học kinh nghiệm (phương pháp chính) NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI Nhiệm vụ động hoá học nghiên cứu giai đoạn trung gian (tìm chế phản ứng) để chuyển chất ban đầu thành sản phẩm cuối, vận tốc giai đoạn, tìm phương trình tốc độ phản ứng nghiên cứu điều kiện ảnh hưởng đến Chính để góp phần vào việc giúp học sinh có nhìn đắn xác lý thuyết số phương pháp thực nghiệm xác định khả năng, chế bậc phản ứng hóa học có vai trị quan trọng học sinh nội dung quan trọng kì thi chọn học sinh giỏi cấp ĐIỀU KIỆN ĐỂ ÁP DỤNG ĐỀ TÀI: - Giảng dạy cho học sinh lớp chuyên Hóa đối tượng học sinh thi chọn học sinh giỏi quốc gia mơn hóa học THỜI GIAN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI: Đề tài thực nghiệm năm skkn NỘI DUNG A CƠ SỞ LÍ THUYẾT CỦA ĐỘNG HĨA HỌC I.TỐC ĐỘ CỦA CÁC PHẢN ỨNG HOÁ HỌC Tốc độ phản ứng hóa học biến thiên nồng độ chất phản ứng sản phẩm đơn vị thời gian chia cho hệ số tỉ lượng chất nghiên cứu phương trình phản ứng cân Nồng độ chất thường biểu thị băng mol/lit đơn vị vận tốc phản ứng mol.l-1.thời gian-1 TỐC ĐỘ TRUNG BÌNH (1) Ở đây: tốc độ trung bình phản ứng, ∆C biến thiên nồng độ khoảng thời gian ∆t TỐC ĐỘ TỨC THỜI Cho ∆t→0, tỉ số ∆C/∆t dẫn tới giới hạn đạo hàm dC/dt nồng độ theo thời gian, giới hạn lấy với dấu thích hợp, gọi tốc độ tức thời hay tốc độ thực v phản ứng thời điểm t Đối với phản ứng tổng quát : aA + bB → cC + dD Với a, b, c, d hệ số tỉ lượng chất phương trình phản ứng Tốc độ tức thời phản ứng xác định theo biểu thức : (2) Tốc độ phản ứng đặc trưng cho khả xảy nhanh chậm phản ứng điều kiện định II CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ skkn Biểu thức liên hệ tốc độ phản ứng hoá học với nồng độ chất tham gia phản ứng gọi định luật tốc độ phản ứng hố học Xét phản ứng hóa học nhiệt độ không đổi: aA + bB → cC + dD Định luật tốc độ có dạng: V = k[A]a[B]b (3) k số tốc độ, a bậc phản ứng riêng phần chất A, b bậc phản ứng riêng phần chất B Biểu thức (3) biểu thức định luật tác dụng khối lượng động hóa học Gunbe Vagơ Tổng a+b gọi phân tử số hay bậc phản ứng Tuy nhiên số phản ứng tuân theo định luật tác dụng khối lượng Bậc phản ứng không tổng hệ số phân tử phương trình phản ứng Bậc phản ứng xác định dựa vào thực nghiệm, số nguyên, phân số hay có khơng xác định Do tốc độ phản ứng tổng quát phản ứng viết sau : Bậc tồn phần phản ứng n = n1 + n2 n1, n2 gọi bậc riêng phần phản ứng chất A, B Với phản ứng đơn giản tức phản ứng diễn theo giai đoạn (cũng thường gọi phản ứng sơ cấp), a b trùng với hệ số tỉ lượng chất phản ứng phương trình phản ứng cân Đối với phản ứng phức tạp, diễn theo nhiều giai đoạn, bậc phản ứng a b trùng không trùng với hệ số tỉ lượng Vì thế, phản ứng phức tạp, khơng thể dựa vào hệ số tỉ lượng để đưa biểu thức định luật tốc độ mà phải dựa vào thực nghiệm Chẳng hạn phản ứng oxi hóa NO O2: 2NO + O2  NO2 (4) Thực nghiệm cho biết tốc độ oxi hóa NO diễn tả biểu thức: v = k.[NO]2.[O2] skkn Như vậy, bậc phản ứng riêng phần NO 2, bậc phản ứng riêng phần O 1, trùng với hệ số tỉ lượng Nhưng nhiều phản ứng phức tạp, hệ số a, b không trùng với hệ số tỉ lượng Chẳng hạn phản ứng khử NO hydro: 2NO + 2H2  N2 + 2H2O (5) Có biểu thức định luật tốc độ thực nghiệm v = k.[NO] 2[H2] Như thế, bậc phản ứng riêng phần H2 1, hệ số tỉ lượng phương trình phản ứng Thậm chí, a b nhận giá trị khơng phải số nguyên không Chẳng hạn như, với phản ứng clo hóa cloroform: CHCl3(k) + Cl2(k)  CCl4(l) + HCl(k) (6) Có định luật tốc độ diễn tả biểu thức: v = k[CHCl3][Cl2]1/2 Từ biểu thức định luật tác dụng khối lượng, ta dễ dàng tìm thứ nguyên số tốc độ phản ứng Chẳng hạn như, tốc độ phản ứng phân hủy N2O5: 2N2O5  2NO2 + O2 (7) diễn tả biểu thức: v = k[N 2O5] Nếu v có thứ nguyên mol.L -1.s-1 [N2O5] có thứ nguyên mol.L -1 ta có thứ nguyên k: Nếu phản ứng bậc 2, thứ nguyên k là: = s-1 = mol-1.L.s-1 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN TỐC ĐỘ CỦA PHẢN ỨNG HOÁ HỌC Để xảy phản ứng hóa học, chất phản ứng cần phải tiếp xúc với thông qua va chạm tiểu phân (nguyên tử, phân tử, ion) tốc độ phản ứng tỉ lệ với số va chạm đơn vị thời gian Tuy nhiên, tất va chạm dẫn tới phản ứng hoá học Chỉ va chạm có lượng dư cần thiết, so với lượng trung bình phá liên kết phân tử chất đầu dẫn đến hình thành phân tử Những va chạm gọi va chạm có hiệu Hiệu lượng tối thiểu để va chạm hiệu với lượng trung bình hệ chất phản ứng gọi lượng hoạt động hoá (Ea) tính kJ/mol skkn Năng lượng hoạt động hoá hàng rào lượng mà phân tử chất phản ứng phải đạt va chạm để phản ứng xảy (hình 1) Hiệu lượng mà phân tử đạt xảy va chạm có hiệu với lượng trung bình phân tử trang thái đầu chiều cao hàng rào lượng gọi lượng hoạt động hoá phản ứng thuận Phản ứng nghịch xẩy có va chạm hiệu phân tử sản phẩm Vì lượng trung bình phân tử chất đầu lượng trung bình phân tử sản phẩm khác nên lượng hoạt động hoá phản ứng thuận phản ứng nghịch khác Từ hình thấy hiệu lượng hoạt động hoá phản ứng nghịch phản ứng thuận hiệu lượng trung bình phân tử chất đầu lượng trung bình phân tử sản phẩm, tức biến thiên lượng phản ứng Trong trường hợp tổng quát, điều kiện nhiệt độ áp suất không đổi, biến thiên lượng biến thiên đẳng áp chuẩn G0 phản ứng Tuy nhiên, lượng dư mà phân tử đạt va chạm hoạt động chuyển hoá từ lượng chuyển động nhiệt, tức chủ yếu liên quan với biến thiên entanpi phản ứng Vì thế, người ta thừa nhận mối quan hệ sau lượng hoạt động hoá phản ứng thuận (Eat), lượng hoạt động hoá phản ứng nghịch (E an) biến thiên entanpi phản ứng (Hr): Eat – Ean = Hr (8) Hr Hình Năng lượng hoạt động hoá phản ứng thuận nghịch ( Reactants = Các chất phản ứng, Products = Các sản phẩm, Reaction Coordinate = toạ độ phản ứng) skkn Khi tăng nhiệt độ, động trung bình phân tử tăng lên, số va chạm có hiệu tăng lên, độ phản ứng tăng lên Những nghiên cứu thực nghiệm rộng rãi cho thấy đa số phản ứng hóa học, tăng nhiệt độ thêm 10 0C tốc độ phản ứng tăng lên từ đến lần Ví dụ phản ứng : H2O2 + 2I- + 2H+ → I2 + 2H2O Nếu cho 00C, k=1 thì : t (0C) 10 20 40 60 k 2,08 4,38 16,2 30,95 Khi nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ đến tốc độ phản ứng dĩ nhiên ta phải cố định nồng độ chất tham gia phản ứng Do đó, phụ thuộc tốc độ phản ứng vào nhiệt độ thực chất phụ thuộc số tốc độ vào nhiệt độ Gọi kT số tốc độ phản ứng cho nhiệt độ T k T+10 số tốc độ phản ứng nhiệt độ T+10, theo quy tắc ta có : Ở đây, γ (gama) gọi hệ số nhiệt độ phản ứng Quy tắc gần thô, áp dụng khoảng nhiệt độ biến thiên nhỏ 1000C Nếu chấp nhận γ = const khoảng nhiệt độ ta có cơng thức sau : Để biểu diễn tốt phụ thuộc số tốc độ k vào nhiệt độ nhà khoa học nghiên cứu tìm số phương trình sau : Phương trình Van Hốp : Trong đó, a b số, T nhiệt độ tuyệt đối Tuy nhiên Van Hốp không nêu ý nghĩa vật lí phụ thuộc khơng đề khái niệm hoạt hóa skkn Arêniut Ảnh hưởng nhiệt độ (T) lượng hoạt động hoá (E a) lên số tốc độ phản ứng (k) diễn tả phương trình kinh nghiệm Ahrenius: - Dạng vi phân : - Dạng tích phân : (9) lnk = lnA – Ea/RT Trong đó, T nhiệt độ tuyệt đối, R số khí (R=8,314 J/mol.K), B =E a/R số thực nghiệm >0, Ea gọi lượng hoạt hóa thực nghiệm lượng hoạt hóa Areniut đặc trưng cho số tốc độ k phản ứng tính J/mol kJ/mol ; C = lnA > số tích phân xác định thực nghiệm Khi Ea = 0, e-Ea/RT = nên k = A Giả định Ea = tương đương với giả định tất va chạm dẫn tới phản ứng Như A coi tần suất va chạm Vì lẽ đó, A thường gọi thừa số tần suất Từ phương trình Ahrenius rút ra: lnk = lnA – Ea/RT (10) Dựa vào phương trình (2) xây dựng đường thẳng thực nghiệm lnk = f(1/T) thu hệ số góc giá trị –Ea/R Từ (10) rút biểu thức cho phép xác định lượng hoạt động hoá biết số tốc độ hai nhiệt độ khác nhau: (11) Hoặc : (12) skkn Từ phương trình (9) rút nhiệt độ, k nhỏ lượng hoạt động hoá lớn Từ (10) dễ thấy E a lớn độ dốc đường thẳng lnk = f(1/T) lớn, tức k thay đổi mạnh nhiệt độ thay đổi Trong đó, T nhiệt độ tuyệt đối, R số khí (R=8,314 J/mol.K), B =E a/R số thực nghiệm >0, Ea gọi lượng hoạt hóa thực nghiệm lượng hoạt hóa Areniut đặc trưng cho số tốc độ k phản ứng tính J/mol kJ/mol ; C = lnA > số tích phân xác định thực nghiệm ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC LÊN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG 1) (b) Hình Ảnh hưởng chất xúc tác lượng hoạt động hoá biến thiên entanpi phản ứng Xúc tác chất không phản ứng hoá học làm thay đổi tốc độ phản ứng Tác dụng làm giảm lượng hoạt động hoá xúc tác giải thích chế sau: - Chất xúc tác tương tác với phân tử phản ứng, làm yếu liên kết phân tử này, lượng dư cần thiết để va chạm hoạt động giảm đi, tức lượng hoạt động hố giảm (hình 2ª) - Chất xúc tác dẫn dắt phản ứng theo nhiều giai đoạn trung gian có lượng hoạt động hố thấp (hình 2b) skkn * v3/ v2 = ( 4,00 / 2,50 ) x ( 2,50 / 2,50 ) y = 2,80 / 1,75 ; ( 1,60) x = 1,60 x = Do phương trình động học (định luật tốc độ) phản ứng: vp = k CHbCCO (4) Để tính số tốc độ phản ứng k , từ (4) ta có: k = vp / CHbCCO (5) Tính giá trị k trung bình từ thí nghiệm bảng trên, lấy số liệu thí nghiệm bảng trên, chẳng hạn lấy số liệu thí nghiệm số đưa vào phương trình (5), ta tính k: 1,05 k =  2,50  1,50 = 0,07 (mol L-1 s-1)  Đưa gía trị k vừa tính được, nồng độ chất mà đề cho vào phương trình (4) để tính vpư: vpư = 0,07  1,30  3,20 = 0,2912 (mol L-1 s-1) a) Với điều kiện cho bình có phản ứng: CaCO3 ⇌ CaO + CO2 (k) (*) Trong bình có khí CO2 Giả thiết khí lý tưởng, ta có: n = PV RT 0,903  1,0 0,082054  1073,15 = = 0,01 (mol).CO Vậy n Nhận xét: CaCO3 10 Theo đề bài, lượng CaCO3 cho vào bình chân khơng là: 100 n Lượng CaCO3 bị phân tích 0,01 mol skkn = 0,01 mol = = 0,1 mol Sự có mặt 5,6 gam CaO lượng CaCO cịn lại khơng ảnh hưởng tới kết tính chất trạng thái rắn chiếm thể tích khơng đáng kể b) Giả thiết lượng CaCO3 cho vào bình chân khơng bị phân tích hết áp suất khí CO 0,903 atm (vì phản ứng (*) đạt tới cân hố học ) Do đó: Vmin = n RT / P = 0,1  0,082054  1073,15 / 0,903 = 9,75 (lít) Bài Người ta thực phản ứng NO (k) + F2 (k) NO 2F (k) bình kín tích V (có thể thay đổi thể tích bình pittơng) ¸p suất ban đâu NO2 0,5 atm, F2 1,5 atm Trong điều kiện tốc độ đầu v o = 3,2 103 mol.L1.s1 Nếu thực phản ứng nhiệt độ với lượng ban đầu chất phản ứng thêm khí trơ vào bình để thể tích thành 2V, cịn áp suất tổng qt atm, tốc độ đầu 8.10 4 mol.L1.s1 Kết qủa có cho phép thiết lập phương trình động học (biểu thức tóc độ) phản ứng hay không? Người ta lại thực phản ứng điều kiện nhiệt độ lượng NO2, F2 khí trơ (1) giảm thể tích xuống 0,5V Tính gía trị tốc độ đầu vo Nếu thay cho việc thêm khí trơ, người ta thêm NO vào cho áp suất tổng quát atm thể tích V tốc độ đầu v o = 1,6.102 mol.L1.s1 Kết qủa cho phép kết luận phương trình động học phản ứng? Dự đoán chế phản ứng (Đề thi chọn học sinh giỏi QG năm 2005 - Bảng A): Bài giải : Ở thí nghiệm 2, sau thêm khí trơ thể tích tăng gấp NO đơi P P F giảm lần so với thí nghiệm 1, nghĩa nồng độ chúng giảm lần (vì P A = CA.RT), tốc độ đầu phản ứng giảm lần Từ đây, kết luận bậc phản ng l 2 Phơng trình động học cú thể cú dạng sau đây: v = k [NO2] [F2] (a) , v = k [NO2]2 (b) , v = k [F2]2 (c) skkn 2 Ở thí nghiệm 3, P(NO 2) P(F2) tăng gấp đôi so với thí nghiệm Cũng lập luận trên, ta thấy tốc độ đầu phản ứng thí nghiệm phải lần tốc độ đầu phản ứng thí nghiệm Vo = 3,2  103 mol.L1.s1  = 1,28  102 mol.L1.s1 Ở thí nghiệm 4,F P không đổi, = atm  1,5 atm = 2,5NOatm P tăng lần so với NO P thí nghiệm 1, cịn tốc độ đầu phản ứng tăng lần Vậy phương trình động học phản ứng là: 2 v = k [NO2] [F2] Căn vào phương trình động học phản ứng, chế phản ứng là: NO2 + F F2 + NO2 NO2F + F (chậm) NO2F (nhanh) Bài 1) Một ống thủy tinh hàn kín, có gắn hai sợi tungsten (vonfram) cách 5mm, chứa đầy khơng khí khơ nhiệt độ áp suất chuẩn Phóng điện hai sợi Vài phút sau khí ống nghiệm nhuốm màu nâu đặc trưng a) Tiểu phân gây nên biến đổi màu quan sát nêu trên? Ước lượng giới hạn nồng độ lớn ống thủy tinh b)Màu nâu tương tự thấy xuất oxy nitơ (II) oxit gặp bầu thủy tinh chân không Viết phương trình phản ứng xảy bầu thủy tinh 2)Từ thí nghiệm 25oC có số đo sau: [NO] (mol.L-1) [O2] (mol.L-1) Tốc độ đầu (mol.L-1.s1 ) 1,16.10-4 1,21.10-4 1,15.10-8 1,15.10-4 2,41.10-4 2,28.10-8 1,18.10-4 6,26.10-5 6,24.10-9 2,31.10-4 2,42.10-4 9,19.10-8 skkn 5,75.10-5 2,44.10-5 5,78.10-9 (i) Xác định bậc phản ứng theo O2, theo NO bậc phản ứng chung (ii) Xác định số phản ứng 298oK (Bài tập chuẩn bị cho kì thi olympic Hóa Học quốc tế lần thứ 30) Bài giải : 1.a Màu nitơ dioxit NO2 Vì khơng khí có 78% N 21% O2 oxy tác nhân bị giới hạn (thiếu): Nếu O2 chuyển hết thành NO2 (hầu không thể) nồng độ nitơ dioxit bằng: [NO2] = 0,21/22,414 = 9,4.10-3 mol.L-1 b 2NO + O2 → 2NO2 (i) Bậc NO O2 tính nhờ trị số thí nghiệm nồng độ chất giữ không đổi (như [NO] coi khơng đổi thí nghiệm #1, & [O2] lại không đổi thí nghiệm #2, 4, 5) Bậc NO: Thấy tốc độ thay đổi theo [NO]2 Vậy phản ứng bậc theo NO Thí nghiệm Tỉ lệ [NO] Tỉ lệ tốc độ đầu #4 : #2 2,01 4,03 #4 : #5 4,02 15,9 #2 : #5 2,00 3,95 Thí nghiệm Tỉ lệ [NO] Tỉ lệ tốc độ đầu #2 : #1 1,99 1,98 #2 : #3 3,85 3,65 #1 : #3 1,93 1,84 Bậc O2: skkn Tốc độ biến đổi hiển nhiên theo [O2]: phản ứng bậc theo O2 bậc chung (ii) Biểu thức tính tốc độ phản ứng: v = k[NO]2[O2] nên k = v/[NO]2[O2] Từ thí nghiệm khác ta tính ktb=7,13.103L2mol-2s-1 Bài Phản ứng sau khảo sát 25 oC dung dịch benzen có chứa piridin 0,1M: CH3OH + (C6H5)3CCl → CH3OC(C6H5)3 + HCl A B C Quan sát tập hợp số liệu sau: Nồng độ đầu ∆t Nồng độ cuối [A]o [B]o [C]o Phút M (1) 0,100 0,0500 0,0000 25,0 0,00330 (2) 0,100 0,100 0,0000 15,0 0,00390 (3) 0,200 0,100 0,0000 7,50 0,00770 (i) Luật tốc độ phản ứng phù hợp với số liệu trên: (ii) Hãy biểu diễn gía trị trung bình số tốc độ theo giây đơn vị nồng độ mol (Bài tập chuẩn bị cho kì thi olympic Hóa Học quốc tế lần thứ 31) Bài giải : (i) Tốc độ trung bình ban đầu (M-1phút-1) 0,00330/25,0 = 0,000132 0,00390/15,0 = 0,000260 0,00770/7,50 = 0,000103 skkn Khi (B) tăng gấp đôi, tốc độ phản ứng tăng gấp đôi, nên phản ứng bậc theo B Khi [A] gấp đôi, tốc độ phản ứng gấp bốn nên phản ứng bậc hai theo A v = k[A]2[B] (ii) Lần 1: k = 0,264 Lần 2: k = 0,260 Lần 3: k = 0,258 ktb = 0,26L2mol-2ph-1 = 4,34.10-3 L2mol-2s-1 Bài Nghiên cứu động học phản ứng dẫn đến thông tin quan trọng chi tiết phản ứng hóa học Sau xem xét hình thành NO phản ứng với oxy Sự hình thành NO xảy theo phản ứng sau: 2NOCl(k) → 2NO(k) + Cl2(k) Hằng số tốc độ phản ứng cho bảng: T(K) k (L.mol-1.s-1) 300 2,6.10-8 400 4,9.10-4 Hằng số khí R = 8,314 J.mol-1.K-1 1)Áp dụng phương trình Arrhenius tính lượng hoạt hóa phản ứng Phản ứng NO O2 xảy theo phương trình: 2NO(k) + O2(k) → 2NO2(k) Đối với phản ứng người ta đề nghị chế sau: NO3(k) + NO(k) chậm i) Dựa vào chế viết biểu thức tốc độ phản ứng: Thực nghiệm chứng minh rằng: v = k[NO]2[O2] ii)Chọn câu trả lời đúng: skkn a)Cơ chế cho sai b)Cơ chế cho c) Chưa đủ sở để kết luận (Bài tập chuẩn bị cho kì thi olympic Hóa Học quốc tế lần thứ 34) Bài giải : 1) Phương trình Arrhenius có dạng: lgk = lgA – Ea/2,3RT Ta có : lgk1 = lgA – Ea/2,3RT1 (1) lgk2 = lgA – Ea/2,3RT2 (2) Trừ (1) cho (2) ta được : Thay số vào ta tính Ea = 98,225kJ.mol-1 2) Giai đoạn chậm định tốc độ, giai đoạn thứ hai: Thay biểu thức [NO3] vào biểu thức tốc độ phản ứng ta thu được: v = k2.K[NO]2[O2] 3)Câu b Bài BP (bo photphua) chất dễ tạo thành lớp vỏ bền bọc bên chất cần bảo vệ Chính tính chất chất chống ăn mịn có giá trị Nó điều chế cách cho bo tribromua phản ứng với photpho tribromua khí hydro nhiệt độ cao (>750oC) 1)Viết phản ứng xảy Tốc độ hình thành BP phụ thuộc vào nồng độ chất phản ứng 800 oC cho bảng sau: [BBr3] (mol.L-1) [PBr3] (mol.L-1) [H2] (mol.L-1) skkn v (mol.s-1) 2,25.10-6 9,00.10-6 0,070 4,60.10-8 4,50.10-6 9,00.10-6 0,070 9,20.10-8 9,00.10-6 9,00.10-6 0,070 18,4.10-8 2,25.10-6 2.25.10-6 0,070 1,15.10-8 2,25.10-6 4,50.10-6 0,070 2,30.10-8 2,25.10-6 9,00.10-6 0,035 4,60.10-8 2,25.10-6 9,00.10-6 0,070 19,6.10-8 (880oC) 2)Xác định bậc phản ứng hình thành BP viết biểu thức tốc độ phản ứng 3) Tính số tốc độ 800oC 880oC 4) Tính lượng hoạt hóa phản ứng (Bài tập chuẩn bị cho kì thi olympic Hóa Học quốc tế lần thứ 34) Bài giải : 1) BBr3 + PBr3 +3H2 → BP + 6HBr 2) Bậc phản ứng Biểu thức tốc độ phản ứng : v = k[BBr3][PBr3] 3) k800 = 4,60.10-8/2,25.10-8.9,00.10-6 = 2272L2.s-1.mol-1 k880 = 19,60.10-8/2,25.10-8.9,00.10-6 = 9679L2.s-1.mol-1 4) Phương trình Arrhenius có dạng: lgk = lgA – Ea/2,3RT Ta có : lgk1 = lgA – Ea/2,3RT1 (1) lgk2 = lgA – Ea/2,3RT2 (2) Trừ (1) cho (2) ta được : skkn Thay số vào ta tính Ea = 186kJ.mol-1 Bài Sự hấp thụ dược chất chất hữu gây thường dẫn đến trình động học đơn giản chế trình phức tạp Sau ta xét trình hấp thụ dược chất dày sau uống thuốc Gọi [A]s nồng độ dược chất trọng dày giả thiết tốc độ trình hịa tan vào máu phụ thuộc bậc vào [A] s Cũng giả thiết tốc độ chuyển hóa hay loại khỏi máu tỉ lệ với nồng độ máu [A]b a) Viết phương trình biểu thị d[A]b/dt b) Sau 75% [A]s loại khỏi dày Tính lượng [A]s cịn lại dày (%) sau uống thuốc (Bài tập chuẩn bị cho kì thi olympic Hóa Học quốc tế lần thứ 35) Bài giải : a) As  Ab  sản phẩm (1) (2) Giải phương trình vi phân (2) ta thu biểu thức [A] s=[A]oexp(-k1t) với [A]o nồng độ dược phẩm thời điểm t = b) Như ¼ lượng ban đầu lại sau (1/4)2 = 1/16 = 0,625 lại sau tương ứng với thời gian bán hủy Vậy 6,25% [A]s lại sau Bài 10 Ion peroxodisunfat tác nhân oxy hóa mạnh biết phản ứng xảy chậm.Ion peroxodisunfat oxy hóa tất ion halogenua (trừ ion florua) để tạo thành halogen phân tử.Tốc độ đầu (r o) phản ứng tạo thành iot phụ thuộc vào nồng độ đầu phản ứng sau 25oC: S2O82- + 2I- → 2SO42- + I2 (1) Ta có bảng sau: Co(S2O82-) [mol.L-1] Co(I-) [mol.L-1] ro [10-8.mol.L-1.s-1] skkn 0,0001 0,010 1,1 0,0002 0,010 2,2 0,0002 0,005 1,1 1)Viết công thức ion peroxodisunfat xác định trạng thái oxy hóa tất nguyên tố 2) Viết biểu thức tốc độ phản ứng (1) 3)Xác định bậc chung bậc riêng phần ion phản ứng (1) 4)Chứng minh số tốc độ phản ứng k=0,011L.mol-1.s-1 Năng lượng hoạt hóa phản ứng cho EA = 42kJ.mol-1 5) Xác định nhiệt độ (oC) mà số tốc độ phản ứng tăng 10 lần Iot phản ứng với ion thiosunfat sinh ion iodua 6) Viết phương trình phản ứng 7) Viết lại biểu thức tốc độ phản ứng cho phản ứng (1) điều kiện có dư ion thiosunfat so với ion peroxodisunfat iodua dung dịch (Bài tập chuẩn bị cho kì thi olympic Hóa Học quốc tế lần thứ 36) Bài giải : 1) 2) r = k.C(S2O82-).C(I-) 3) Bậc chung: 2; Bậc riêng phần S2O82-: 1; skkn Bậc riêng phần I-: 4) 5)Từ phương trình Arrenius viết: Do k1/k2 = 1/10 nên điều dẫn tới: 6) 2S2O32- + I2 → 2I- + S4O627) Cần phải lưu ý nồng độ ion iodua trường hợp ln khơng đổi iot sinh phản ứng với ion thiosunfat để tạo thành iot Chính bì phản ứng phản ứng giả bậc có phương trình tốc độ phản ứng là: r = k’.C(S2O82-) k’ trường hợp hoàn toàn khác k câu hỏi từ 2-5 bao hàm giả bão hoà nồng độ ion iodua C BÀI TẬP TỰ LUYỆN Bài Ở 10C, số tốc độ k1 = 4,5.103 s-1 Năng lượng hoạt hóa 58,0 kJ/mol Hỏi nhiệt độ số tốc độ k = 1.0.104 s-1 hệ số nhiệt độ phản ứng bao nhiêu? ĐS: 100C γ = 2,4 Bài 2N2O5 → 4NO2 + O2 Hằng số tốc độ k số nhiệt độ sau: t0 (C) 25,0 35,0 55,0 65,0 105.k (s-1) 1,72 6,65 75,0 240 Xác định lượng hoạt hóa phản ứng đồ thị Rút hệ số nhiệt độ phản ứng 300C, thời gian nửa phản ứng 300C ĐS: Ea = 103kJ/mol; t1/2 = 1,94.104 s ; γ = 3,71 skkn Bài Chu kì bán rã đồng vị 14C 5730 năm Xác định niên đại xác ướp có độ phóng xạ 2,50 nguyên tử phân rã phút, tính cho 1g cacbon Các vật sống có độ phóng xạ 15,3 nguyên tử phân rã phút, tính cho 1g cacbon Đ.S: 1,5.104 năm Bài Azometan phân hủy theo phản ứng bậc 1: CH3 – N = N – CH3 → C2H6 + N2 Bắt đầu có azometan với P0 = 160,0 mmHg Sau 100 giây, áp suất hệ P = 161,6 mmHg Tính số tốc độ k thời gian nửa phản ứng Đ.S: k = 1,005.10-4 s-1; t1/2 = 6,897.103 s Bài 2H2O2 → 2H2O + O2 Theo dõi tốc độ phản ứng cách định phân dung dịch H 2O2 với thể tích H2O2: Thời gian (phút) 10,0 20,0 30,0 V dd KMnO4 (ml) 22,8 13,8 8,25 5,00 Xác định bậc phản ứng số tốc độ k Đ.S: Bậc một; k = 0,05 ph-1 Bài Phản ứng thủy phân este RCOOR’ bậc (bậc chất): RCOOR’ + NaOH → RCOONa + R’OH Một dung dịch chứa 0,010 mol RCOOR’ 0,010 mol NaOH 1,0 lít Sau 2,00.102 phút 3/5 este bị thủy phân a Tính số tốc độ k phản ứng b Tính thời gian để 99% este bị thủy phân Đ.S: a) k = 0,75 mol-1.l.ph-1 b) t = 1,3.104 phút Bài Sự phân hủy axeton diễn theo phương trình : CH3COCH3 → C2H4 + H2 + CO skkn Theo thời gian phản ứng, áp suất chung hệ đo sau : t (phút) 6,5 13 19,9 p [mmHg] 312 408 488 562 Hãy chứng tỏ phản ứng bậc tính số tốc độ phản ứng Đ.S : k = 2,56.10-2 ph-1 Bài Ở 3100C phân hủy AsH3 diễn theo phương trình : 2AsH3 → 2As + 3H2 theo dõi biến thiên áp suất theo thời gian : t (giờ) p [mmHg] 5,5 6,5 733,32 805,78 818,11 835,34 Hãy chứng tỏ phản ứng phân hủy Asen phản ứng bậc Tính số tốc độ Đ.S : k = 0,0404 giờ-1 Bài Khi thủy phân alkyl bromua dung dịch kiềm: RBr + OH- → ROH + BrNgười ta thấy với nồng độ đầu chất 0,04 mol/l để thu 0,005 mol Br- cần 47.103 giây Song nồng độ đầu hai chất 0,1 mol/l, để đạt mức độ chuyển hóa trước cần thời gian 4,7.103 giây Tính số tốc độ thủy phân Đ.S Phản ứng bậc 2; k = 2,13.10-3 mol-1.l.s-1 Bài 10 Etyl axetat bị thủy phân với có mặt NaOH Nồng độ chất thời điểm t =0 5.10-2 mol/l Thời gian nửa phản ứng 1800 giây, thời gian để 75% phản ứng tiến hành 5400 giây Xác định bậc phản ứng số tốc độ phản ứng Đ.S: bậc 2; k = 1,11.10-2 mol-1.l.s-1 KẾT LUẬN Trên hệ thống lí thuyết tập phần “Động hố học” mà tơi đúc rút từ năm trực tiếp giảng dạy cho em học sinh chuyên Hóa Nó tương đối phù hợp với yêu cầu mục đích giảng dạy, bồi dưỡng học sinh khá, giỏi trường chuyên skkn chuẩn bị dự thi học sinh giỏi cấp Nó dùng làm tài liệu học tập cho học sinh lớp chuyên Hoá học tài liệu tham khảo cho thầy cô giáo giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi Hố học bậc THPT góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy học tập mơn Hố học Trong việc bồi dưỡng học sinh giỏi năm qua việc áp dụng chuyên đề phần giúp em học sinh giải tốt tập “Động hoá học”; hệ thống hoá kiến thức cách nhanh đầy đủ từ vận dụng vào dạng tập cụ thể cách dễ dàng + Kết thực tiễn: Qua thực tế sử dụng chuyên đề việc bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi cho thấy với lượng kiến thức lí thuyết đầy đủ, chắt lọc, học sinh nắm bắt cách logich hệ thống hơn, vận dụng tốt việc giải tập đề thi, góp phần nâng cao số lượng chất lượng học sinh đoạt giải quốc gia mơn Hóa Học: - Năm học 2009 – 2010 có 6/6 hs đoạt giải (5 giải ba, khuyến khích) - Năm học 2010 – 2011có 7/8 hs đoạt giải (5 giải ba, khuyến khích) - Năm học 2011 – 2012 có 7/8 hs đoạt giải (1 giải nhì, giải ba, khuyến khích) - Năm học 2012 – 2013 có 9/9 hs đoạt giải (1 giải nhất,1 giải nhì, giải ba, khuyến khích) + Kiến nghị, đề xuất: Đây phần nhỏ chương trình ơn luyện cho học sinh chuẩn bị tham gia vào kỳ thi học sinh giỏi cấp, hệ thống tập cần phải cập nhật thường xuyên cho đa dạng , phong phú hơn, đáp ứng yêu cầu phát triển khơng ngừng mức độ khó skkn đề thi học sinh giỏi cấp, mong góp ý, xây dựng đồng nghiệp để chuyên đề tiếp tục hoàn thiện Hưng Yên, tháng 05 năm 2013 Người viết: Nguyễn Thị Huệ skkn ... dạy học tập mơn Hố học Trong việc bồi dưỡng học sinh giỏi năm qua việc áp dụng chuyên đề phần giúp em học sinh giải tốt tập ? ?Động hoá học? ??; hệ thống hoá kiến thức cách nhanh đầy đủ từ vận dụng vào... tuyển học sinh giỏi Quốc gia nhiều năm đă nghiên cứu, lựa chọn hệ thống kiến thức lí thuyết bản, trọng tâm; sưu tầm tập điển hình để soạn chuyên đề giảng dạy động hóa học giúp cho học sinh có... skkn chuẩn bị dự thi học sinh giỏi cấp Nó dùng làm tài liệu học tập cho học sinh lớp chuyên Hoá học tài liệu tham khảo cho thầy cô giáo giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi Hoá học bậc THPT góp phần