Bài giảng Hóa học đại cương - Chương 10: Tốc độ và cơ chế phản ứng hóa học

9/16/2013 KHÁI NiỆM TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG HÓA HỌC CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG PHẢN ỨNG DÂY CHUYỂN VÀ QUANG HĨA 9/16/2013 Động hóa học: khảo sát phản ứng hóa học diễn qua giai đoạn trung gian để đạt trạng thái cân Động hóa học nghiên cứu:  Tốc độ,  Cơ chế  Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình hóa học: (nhiệt độ, áp suất, xúc tác,… , chất chất phản ứng)  Hệ số tỉ lượng phản ứng hóa học: số số nguyên tử, phân tử, ion chất tham gia tương tác ghi phản ứng cân (tối giản)  Ví dụ: Hệ số tỷ lượng N2, H2, NH3 phản ứng: N2 + 3H2=2NH3 tương ứng là:1, 3, 2 9/16/2013  Phản ứng đơn giản: phản ứng xảy giai đoạn Ví dụ: NO + O3 = NO2 + O2  Phản ứng phức tạp: phản ứng xảy qua nhiều giai đoạn (nối tiếp, song song, đồng thời)  Ví dụ: 2NO + O2 = 2NO2 Thuộc loại phản ứng phức tạp, gồm hai giai đoạn nối tiếp: NO + NO = N2O2 (nhanh) (1) N2O2 + O2 = 2NO2 (chậm) (2)  Tập hợp giai đoạn xảy phản ứng gọi chế phản ứng  Giai đoạn diễn chậm giai đoạn định tốc độ phản ứng 9/16/2013 BẬC PHẢN ỨNG Bậc phản ứng tổng số mũ nồng độ chất phản ứng ghi biểu thức định luật tác dụng khối lượng Nếu tổng số mũ 1, 2, 3,… phản ứng gọi phản ứng bậc một, bậc hai, bậc ba,… Tốc độ phản ứng thay đổi nồng độ tác chất hay sản phẩm xảy đơn vị thời gian  Tốc độ trung bình  Tốc độ tức thời 9/16/2013   Tốc độ phản ứng tức thời (Instantaneous rate) Ví dụ: xét phản ứng mA  sản phẩm Tốc độ tức thời = - (dCA/dt) = k[A]m Tốc độ phản ứng trung bình: Sự thay đổi nồng độ chất khoảng thời gian xác định V TB= Thay đổi số mol chất Thay đổi thời gian Tốc độ theo cấu tử aA + bB  pP + qQ Chú ý: Tốc độ pu tính theo tác chất có dấu ” –” Tốc độ theo sản phẩm có dấu “+” Đơn vị tốc độ phản ứng, theo IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) mol.dm-3.s-1 9/16/2013 9/16/2013 VÍ DỤ 1: I2 = 2I 2HI v=k[I2] = H2 + I2 2N2O5 = 4NO2 + O2 2NO2+ F2 = 2NO2F S2O82-+ 3I- = SO42-+ 3I3- v=k[HI]2 v=k[N2O5] v=k[NO2] [F2] v=k[S2O82-] [I-] 9/16/2013 Ví dụ: aA + bB = cC + dD Tốc độ phản ứng:   v  kC A C B m n Trong :  v: tốc độ tức thời phản ứng thời điểm xét  CA, CB: nồng độ tức thời chất A B thời điểm  k: số tốc độ, phụ thuộc vào chất phản ứng nhiệt độ  n, m: số mũ, xác định thực nghiệm  n + m = bậc phản ứng Bậc phản ứng 0 Bậc phản ứng (Sự thay đổi nồng độ tác chất không làm thay đổi đến tốc độ phản ứng) Phản ứng bậc 1: Khi tăng gấp đôi nồng độ tác chất dẫn đến tăng gấp đôi tốc độ phản ứng Phản ứng bậc n tăng gấp đôi nồng độ tốc độ phản ứng tăng 2n lần Chú ý: Bậc phản ứng (m, n) trùng không trùng với hệ số tỷ lượng phương trình phản ứng Bậc phản ứng xác định thực nghiệm 9/16/2013 Ví dụ 2: ` 2HI (k) = H2 (k) + I2 (k) 443oC có tốc độ tỷ lệ với nồng độ HI sau: [HI] (mol/l) 0.0050 0.010 0.020 V (mol/l.s) 7.5x10-4 3.0x10-3 ? a Xác định bậc, viết biểu thức tốc độ b Tính số tốc độ k nhiệt độ khảo sát c Tính tốc độ phản ứng nhiệt độ nồng độ HI 0.020 mol/l Giải: a Xác định bậc, viết biểu thức tốc độ: v1=k[HI]1n=k(0.005)n, v2=k[HI]2n=k(0.01)n,  v1/v2=4=(2)n  Bậc phản ứng =2 b Tính số tốc độ k nhiệt độ khảo sát v1= k[HI]12= k(0.005)2= 7.5x10-4  k=30 l/mol.s c Tính tốc độ phản ứng nhiệt độ nồng độ HI 0.020 mol/l v1= k[HI]12= 30(0.02)2= 1.2x10-2 mol/l.s 9/16/2013 Ví dụ 3: Xác định bậc, biểu thức tốc độ, số tốc độ: ` 2NO (k) + O2 (k) = 2NO2 (k) 443oC có tốc độ tỷ lệ với nồng độ HI sau: [NO] (mol/l) 1.0x10-4 1.0x10-4 2.0x10-4 [O2] (mol/l) 1.0x10-4 3.0x10-4 3.0x10-4 V (mol/l.s) 2.8x10-6 8.4x10-6 3.4x10-6 Giải: Biểu thức tốc độ:v=k[NO]x[O2]y Tính theo [O2]  y=1 Tính theo [NO]  x=2  v=k[NO]2[O2] k=2.8x106 l2/mol.s 10