Chuong 5

7/20/2020 Chương Š TOC DO PHAN UNG HOA HOC - Tốc độ phản ứng ĐỘNG HÓA HỌC + - Các yếu tố ảnh hưởng tốc độ phản ứng - Cơ chế phản ứng 7/20/2020 I Định nghĩa tốc độ phản ứng Tốc độ phản ứng thường biểu diễn mol phản ứng/Ií/đon vị thời gian Tốc độ phản ứng xác định thông qua thay đổi nồng độ chât phản ứng hay sản phâm tạo thành theo thời g1an Vận tốc tạo thành hay chất là: - Vận tốc trung bình AC Vip = — ar - Vận tôc tức thời Vy; = lim , * ' C (nồng độ) At) Ac dt Vv ác - Tong quat: aA + bB — - Vận tốc trung bình: cC + dD 1A[4] Vip = —-—— = 1đ[A] - Vận tộc tức thời: | f„ = — Tp 1A[B] 1A[C] 1A[D] cad ab SAP 1d[B] 1ả[C] 14[D] hae =o at ~d dt - Ví dụ: Xét phản ứng trộn mol H, v6i mol ICI bình kin dung tich L 230 °C HK) + 2IClq› —>- l2) + 2HClq› 7/20/2020 Vi, tb UV - (224 = — A[H;] _=— 1A[IcI]_= All;] _= 1A[HCI At At At At Concentration and Rate Data for Reaction of 2.000 M ICI and 1.000 M H, at 230°C Average Rate During CH One Time Interval = — Am] [H;] (mol/L) (mol/L) (M-s~'y 2000 1.348 1.052 0.872 At Time () (seconds) 0.326 0.148 0.090 0.062 0.046 0.035 0.028 602 , 0.748 0.656 0.586 0.530 0.484 : Vận tốc trung bình phản ứng khoảng thời gian từ 2s dén 3s: = -(0,436 — 0,526)/(3 — 2) = 0,09 M.s"! [H] Vie = — 0.600 M 0.300 M d[H;] — dt 1d[ICI]_ d[I;]} _ 1d[HCH dt dt dt 7/20/2020 II Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng - Bản chât chât phản ứng - Nồng độ chất phản ứng - Nhiệt độ - Xúc tác Bản chất chất phản ứng Trang thai vat li Xăng dạng lỏng: cháy êm địu P trắng: cháy oxy i xi * Xăng dạng hơi: cháy gây nơ P đỏ: có thê bảo quản VỚI Sự có mặt oxy K;SO„ø K;SO(qa + + Ba(NO¿)¿¿@ Ba(NO¿);(qay ————®> https://www.youtube.com/watch?v=IC-fOKIGSbQ — 2KNO¿(aa + BaSOA4A(r) 7/20/2020 Diện tích tiếp xúc bề mặt Diên tích tiếp , P Cấu tạo hóa học xúc bề loại lượng ion Kim mặt lớn phản fa Cang Bot phan (CaCO,) nan : thấp (Na): Phản ứng nhanh với nước nhiệt độ thường Vién phan (CaCO) nhành Xay a có hóa Km loại có lượng 1on hóa cao (Ca): Phản ứng chậm với nước nhiệt độ thường Ảnh hưởng nơng độ - Phương trình tốc độ phản ứng Xét phản ứng: aA + bB + ——>cC + dD + Phương trình tốc độ: |ƒ = k[A]*[B]” x: bậc phản ứng riêng củaA y: bậc phản ứng riêng B x + y + : bậc phản ứng tông k: số tốc độ phản ứng x, y, trùng khơng trùng với hệ số a, b, phương trình phản ứng Các giá trị có thê có x, y: sơ ngun, thập phân, chí sơ âm 7/20/2020 Ví dụ: H, Bry + — Br ——~ 2Br ° H + Br —-HBr ~~ ¡+ HBr Khơi mào Br + H, —~ HBr + H H + Br —~HBr „_„IH;]IBsl” HBr + Br [Br, | Phát triển mạch Ngắt mach Khơng có cách để dự đốn bậc phản ứng mà phải làm thực nghiệm Đề xác định bậc phản ứng riêng chất người lấy dư chất phản ứng cịn lại, lúc xem nông độ chât rât dư hăng sơ st q trình phản ứng aA + bB —> Trong phản ứng lấy dư B cC + dl) thì: V =k|Alf[Bo]f= k[A]l” vơi k'=k[B, 7/20/2020 Những lưuý với số tốc độ phản ứng k Đại diện cho phản ứng xác định (phụ thuộc hệ sô cân băng) Đơn vị phụ thuộc vào bậc tong phản ứng Không thay đôi theo nồng độ chất phản ứng hay sản phâm Không thay đổi theo thời gian Thay đối theo nhiệt độ Phụ thuộc vào xúc tác Ví dụ 1: Xác định bậc phản ứng, số tốc độ phản ứng với liệu sau: A+ Thí nghiệm Nơng độ ban đầu A 2B —(C) Nông độ ban đầu B l 1.0 x 10-2 M 1.0 x 10-2 M 2.0 x 10-2 M 3.0 X 10-6 M-s~! 2.0 x 10-2 M 1.0 x 10-2 M 6.0 X 10-6 M-s~! 1.0 x 10-2 M Vận tốc tạo thành C thời điêm ban đầu 1.5 X 107-° M-s! 7/20/2020 Vận tốc phản ứng viết dạng tổng quát sau: V = k[A]*[B)? Để tính bậc phản ứng ta phải tính x y phương trình Theo số liệu thí nghiệm thu ta viết biểu thức vận tốc phản ứng cho tường thí nghiệm sau: 1,5.108 = k(102)*(102)Y (1) 3.108 = k(10-2)*(2.102)Y (2) 6.10 = k(2.10-2)*(102)Y (3) Từ (1) (2) tính đượcy = Từ (1) (3) tính x = Vậy, bậc phản ứng : x + y = Tính số tốc độ phản ứng: Thế x y vào phương trình tìm k = 1,5 M2.s1 Vĩ dụ 2: Xác định bậc phản ứng, số tốc độ phản ứng với dit liéu sau: Phản ứng A B biểu diễn phương trình : A+B-+C Người ta làm thí nghiệm độc lập thu liệu sau : Thời gian | Nồng độ đầu Tale | Blom | 8® | (AM ¡ï | 01000 | 1,00 01000 | 200 | 00500 | 100 | Nông độ cuối | 0,50 0.0975 0,50 0.0900 2,00 0,0450 Xác định tốc độ trung bình phản ứng thí nghiệm Từ xác định bậc phản ứng riêng A, B bậc phản ứng tổng cộng, xác định giá trị số tốc độ phản ứng k 7/20/2020 Đề cho biến thiên nồng độ A theo thời gian nên tác xác định vận tốc trung bình phản ứng thơng qua vận tốc chất A Vì A chất phản ứng hệ số cân A phản ứng nên ta có vận tốc trung bình phản ứng tính theo A cho thí nghiệm là: A[A] a tb1ì — —1At — tbe 3" — 0,1 — 0,0975 05 0,005 M.h -1 I1A[4] 01—0,09_ 002M.n-1 At 05 I1A[A] At - 0,05—0,045 - 00025 M.h—1 x Xác định bậc phản ứng: Vận tốc phản ứng viết dạng tổng quát sau: V = k[A]*[B]” Theo số liệu thí nghiệm thu ta viết biểu thức vận tốc phản ứng cho tường thí nghiệm sau: 0,005 = k(101)*(1)Y (1); 0,02 = k(101)*(2)Y (2) 00025 = k(0,05)*(1)Y (3) Từ (1) (2) tính y = 2; từ (1) va (3) tính x = Vậy phản ứng bậc A, bậc b bậc tổng cộng Tính số tốc độ phản ứng: Thế x y vào phương trình tìm k = 0,05 M2.h1 Lưu ý: Các giá trị vận tốc phản ứng phương trình (1), (2) (3) lấy giá trị trung bình biến thiên nồng độ chất bé thời gian dài Ảnh hưởng nhiệt độ Phuong trinh Arrhenius: k: hang sô tôc độ k= Ae E, RT R: Hằng số khí (R = 8,314 J/mol.K = 8,314 Pa.m3/mol.K) A: đặc trưng cho yếu tô định hướng phân tử hoạt động E, : lượng hoạt hóa phản ứng E E; Hiệu ứng nhiệt phản ứng: AH = E — Ea„) “ 7/20/2020 k=Ae Fa ® Antimony powder reacts with bromine more rapidly at 75°C (/eft) than at 25°C (right) HT increases = E,/RT decreases = —E/RT i increases — c~E/RT increases Dang logarite cua phuong trinh Arrhenius: => k increases => Reaction speeds up E Ink =InA-—4.— ub RT Dé xac dinh E, > xac dinh k m6t s6 T > lap d6 thi > E,/R 19 _ha k= Ae * Ink, =In A- fat Ink, KR, E, | =InA-—*.— RI - mè — E„ 1 J RAS, lÌn—>=—“(———) 20 10 7/20/2020 Ví dụ: Phản ứng sau có k= 9,16.103 s! °%C Năng lượng hoạt hóa phản ứng 88 kJ/mol Hay tính & phản ứng °C N,O; —> ky mR mò F„(1 T, Tạ ~ 88000/ 8314 NO, + NO, 1 273 275 = 0,282 => kr, k„ — "33 k;, = 12,18.10s”1 Vi du: Phản ứng sau có k= 1,6.105 s! 600 K Khi nhiệt độ tăng lên 700 K, k có giá trị k= 6,36.103 s1 Tính lượng hoạt hóa phản ứng 63610 " 16105 E, (1 8,314\600 700 Suy E, = 208995 J/mol +z: Hệ số nhiệt độ tốc độ phản ứng: số lần tăng tốc độ phản ứng nhiệt độ tăng 10° Nếu nhiệt độ phản ứng tăng từ T; đến T; thì: T,-T, =y 10 £ 7, y= Krs10) ky Van t Hoff nhan thay rang: nhiệt độ tăng 10° tốc độ phản ứng thương tăng từ đên lân 11 7/20/2020 Ảnh hưởng xúc tác Chat xuc tac: lam tang toc dé phan ung bang cach giam E,, Chemical Ep 100 kJ Activated F Complex |4Activati ——t& n Catalysed sk Activated (100 - 45) 65 kJ wei Complex AE 20 kJ ~ 45)/-” (65 k ten i “° — ~~ RT Ae CAE % Catalysed If E, Activation Energy decreases = —Ñ E,/RT decreases = E,/RT increases 25 kJ OkJ Time > => c~E,/RT incre ases —> k = increases Reaction speeds up Xuc tac dong thé: chat x/t va chat p/u | pha Xuc tac Xúc tác dị thể: chất x/t chất p/ư pha khác Chất ức chế: làm giảm tốc độ phản ứng 23 http://www.smartlearner.mobi/science/ReactionRatesEquilibrium/Rates_3.htm - Enzyme (Aue tac sinh hoc): la cae protein lam vai tro xuc tac cho phản ứng sinh hóa thê sông Trong phản ứng xúc tác enzyme: Chất phản ứng Substrate gọi chât Enzyme bound to substrate Enzyme Substrate | Cơ chê xúc tác “lock-and-key” cua enzyme cleaved f ®, ` Enzyme unbound Phản ứng xúc tac bang enzyme: co fin/) chon loc rat cao va xay diéu kién ém diu 12 7/20/2020 II Phương trình động học (phương trình tích phân tốc độ) phản ứng hóa học Là phương trình biểu diễn quan hệ nơng độ chất phản ứng thời gian phản ứng Phản ứng bậc không Tốc độ không phụ thuộc nồng độ Xét phản ứng a dt =k —> —> —d|A] = | —d[A] = Jae Sản phẩm akdt [Aly Ao] 4/2 =7 2ak Vv V= aA Đơn vị k: M.time™! Phản ứng bậc Xét phản ứng: aA —> Sản phẩm —= — 1đ[A4]=| kl] d[A] _ ~—— = akat In[A] = In[Ag] — akt | => J I n2 tạ =—T— ak bậc | voi A bậc tổng d[A] J- Ti = fet Don vi cua k: time! 0,693 ak > Thời gian nửa phản ứng: Inf A] { In[A] Là thời gian lượng chất phản ứng bị tiêu thụ t > 13 7/20/2020 Phan tng bac hai Xét phan img: tong ye — aA + bB — San pham 1d[A] _ 1d[B] _ kIA] ứø b dt dt bac | voi A, B bậc2 L8] Trường hợp đơn giản: Nồng độ ban đầu hệ số tỷ lượng A B a[A] y =< aye»- akdt a — [A] =——+akt 14a] Bồ j- dỊA| ape [Ao] t = | akat % "1/2 — [4g] Đơn vị &: M!.time' Xác định bậc phản ứng Cach 1: Vẽ đồ thị excel theo bậc phản ứng khác nhau, sau so sánh R7 Cách 2: Xác định & theo bậc biến thiên, # khơng đổi kết luận Vĩ dụ: Cho phản ứng A> B+C t(min) |_ [A] (mol/) TU CA x2 Dựa vào kêt đo biên thiên nông độ A theo thời gian xác định bậc phản ung 2 1.107 0.622 10 0.103 0.338 0.187 14 7/20/2020 IV Lý thuyết phản ứng Xétphinứng aA + bB > cC + dD Ly thuyét va cham: Dé phan ứng xảy cần phải có va chạm đơng thời a phan tu A va b phan tu B Dé co va cham hiệu chat phản ứng phải: - Có lượng lớn giá trị (yếu tố lượng) - Có định hướng xác định (yếu tố định hướng) Các phân tử thỏa mãn yếu tổ gọi phân tử hoạt động Va chạm phân tử hoạt động gọi va chạm hoạt động Khi tăng nơng độ số va chạm hoạt động/đơn vị thời gian tăng nên vận tóc phản ứng tăng > Với phản ứng xảy qua nhiều giai đoạn tốc độ phản ứng tốc độ giai đoạn chậm @Q NO +N,0 > NO, +N> J _, sS © @ Reactants Q Reactants ae e o Q Collision sac Nolở reaction Reactants e @ Q Collision Products o ọ —~ ð Reactants Collision No reaction Q Reactants 15 7/20/2020 Lý thuyết trạng thái chuyển tiếp: Xét phánứng A + B, —> AB A+B—-B — reactants A+B, +B A B B —> A—-B+B transition state AB, products AB +B Exothermic reaction : -B- B Energy _ nam Reactants A+B, Nang luong hoat hoa cua phan ứng (E„): Là tông động mà A A x ` phân tử chât phản ứng phải reverse | AF nn ` r, Products - co dé dat dén trang thai chuyén th tiếp Progress of reaction 16