tiểu luận môn hoá đại cương vô cơ đề tài đại cương về động hoá học

Là một sinh viên sư phạm với vốn hiểu biết còn hạn chế và cần rèn luyện nhiều hơn rồi chọn đề tài “động hoá học các phản ứng đơn giản và hệ thống bài tập củng cố, phát triển kiến thức” đ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y KHOA VINH

***

TIỂU LUẬN Môn: HOÁ ĐẠI CƯƠNG – VÔ CƠ

Đề tài: Đại cương về Động hoá học

Họ và tên: Phan Thị Thanh Huyền Lớp: D4A

Khoá: 2021 – 2026 Giảng viên hướng dẫn: TS.Lê Thị Mai Hoa

Vinh, ngày 02 tháng 12 năm 2021

MỤC LỤC

I MỞ ĐẦU 4

1 Lời giới thiệu 4

2 Đối tượng nghiên cứu 5

3 Nhiệm vụ nghiên cứu 5

4 Mục tiêu 5

5 Mục đích 5

6 Phương pháp nghiên cứu 5

7 Cơ sở lý luận của đề tài 6

II NỘI DUNG 6

1.Một số khái niệm 6

1.1 Khái niệm về dộng hoá học 6

1.2 Tốc độ phản ứng: 6

1.3 Phản ứng đơn giản 7

1.4 Phản ứng phức tạp: 8

1.5 Phản ứng đồng thể 8

1.6 Phản ứng dị thể: 8

2 ĐỊNH LUẬT TÁC DỤNG KHỐI LƯỢNG 8

2.1 Định luật tác dụng khối lượng 8

2.2 Bậc pha phân tử số của phản ứng 9

3 PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC PHẢN ỨNG 10

3.1 Khái niệm 10

3.2 Xét các phản ứng 10

3.3 Các quy luật động học đơn giản 11

4 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG 12

4.1 Quy tắc Van Hốp 13

4.2 Biểu thức Areniux 13

4.3 Thuyết va chạm hoạt động và năng lượng hoạt hoá 13

4.4 Ảnh hưởng của xúc tác đến tốc độ phản ứng 14

5 CÂN BẰNG HOÁ HỌC 17

5.1 Phản ứng thuận nghịch, hằng số cân bằng 17

5.2 Nguyên lý chuyển dịch cân bằng Lơ Satolie 17

6 CÂU HỎI TỰ LƯỢNG GIÁ 18

6.1 Tốc độ trung binhg và tốc độ tức thời của một phản ứng được tính như thế nào? 18

6.2 Phân biệt bậc của phản ứng và phân tử số của phản ứng? 18

6.3 Phản ứng đơn giản, phản ứng phức tạp là như thế nào? 19

6.4 Phản ứng 2NO + O 2→ 2NO 2 là một phản ứng đơn giản Tốc độ phản ứng sẽ thay đổi như thế nào: 19

6.5 Cho phản ứng H 2 + I 2→ 2HI viết biểu thức tốc độ phản ứng Biết rằng 20

6.6 Một phản ứng tiến hành với vận tốc v ở 20 o C Phải tăng nhiệt độ lên đến bao nhiêu để vận tốc phản ứng tăng lên 1024 lần Cho biết hệ số nhiệt độ của phản ứng bằng 2 20

6.7 Một phản ứng có hệ số nhiệt độ băng 2 Ở 0 o C phản ứng kết thúc sau 1024 ngày Hỏi ở 30 o C phản ứng kết thúc ở thời gian bao lâu? .20 6.8 Tính hệ số nhiệt độ γ trong trường hợp ở 393 o K phản ứng kết thúc trong 18 phút? 20

III KẾT LUẬN 21

TÀI LIỆU THAM KHẢO 21

LỜI CẢM ƠN

Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập ở giảng đường Đại học đến nay, em nhận được nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý thầy cô, bạn bè Với lòng biết ơn sâu sắc em xin gửi đến cô TS.Lê Thị Mai Hoa – Trường đại học Y Khoa Vinh với tri thức và tâm huyết của mình đã tận tình dạy dỗ và truyền đạt những kiến

thức quý báu Tham gia lớp học em đã tiếp cận với nhiều kiến thức bổ ích vàrất cần thiết trong quá trình học tập, thời gian làm việc sau này.

Em đã cố gắng vận dụng những kiến thức đã học được trong kỳ qua đểhoàn thành bài tiểu luận Nhưng do kiến thức hạn chế và không có nhiều kinhnghiệm thực tiễn nên khó tránh những sai sót trong quá trình nghiên cứu vàtrình bày Rất mong cô góp ý để bài tiểu luận của em được hoàn thiện hơn

Một lần nữa em xin trân trọng cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ của cô đểgiúp em hoàn thiện bài tiểu luận, chúc cô thành công hơn nữa trên sự nghiệp

“trồng người” Trân trọng!

I MỞ ĐẦU

1 Lời giới thiệu

Động hoá học là một ngành khoa học nghiên cứu quy luật xảy ra củaquá trình hoá học theo thời gian Đối tượng của động học hoá học là nghiêncứu về tốc độ của phản ứng hoá học, về những yếu tố có ảnh hưởng đến tốc độ(nồng độ, nhiệt độ, chất xúc tác… ) đồng thời qua đó nghiên cứu về cơ cấucủa phản ứng hoá học Trong đó, động hoá học các phản ứng đơn giản chủ yếunghiên cứu các quy luật động học đơn giản Mặc dù như vậy, đây là nội dungtương đối khó, mới lạ, trừu tượng đối với học sinh sinh viên chưa từng tiếpxúc với nội dung này ở trường trung học phổ thông

Để có thể nắm vững kiến thức và vận dụng kiến thức một cách linhhoạt, chính xác người dạy phải cung cấp cho học sinh những kiến thức cũngnhư những phương pháp giải bài tập thích hợp với mức độ yêu cầu của họcsinh Là một sinh viên sư phạm với vốn hiểu biết còn hạn chế và cần rèn luyệnnhiều hơn rồi chọn đề tài “động hoá học các phản ứng đơn giản và hệ thốngbài tập củng cố, phát triển kiến thức” để cung cấp và làm rõ một phần nộidung của động hoá học, hướng dẫn giải bài tập giúp học sinh sinh viên vữngkiến thức và áp dụng vào bài tập đưa ra

Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đó nên tốc độ phản ứng, người ta mớihiểu rõ đầy đủ bản chất của các biến hoá xảy ra trong một phản ứng hoá học,xác lập được cơ chế phản ứng, cho phép chúng ta lựa chọn các yếu tố thích

hợp tác động lên phản ứng, tinh chế độ làm việc tối ưu của lò phản ứng làphản ứng có tốc độ lớn, hiệu suất cao

Người ta phân biệt được động hoá học hình thức và động hoá học lýthuyết Động hoá học hình thức chủ yếu thiết lập trên cơ sở lượng tử vật lýthống kê thuyết động học chất khí tính được giá trị tuyệt đối của hằng số tốc

độ phản ứng

2 Đối tượng nghiên cứu

Nội dung kiến thức và bài tập nội dung động lực học các phản ứng đơngiản

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết về động lực học các phản ứng đơn giản

- Thống kê, phân loại các bài tập trong tài liệu, giáo trình và hướng dẫn giảibài tập

- Xây dựng hệ thống bài tập củng cố vận dụng kiến thức và các phản ứng đơngiản

6 Phương pháp nghiên cứu

a Nghiên cứu và phân tích các tải liệu giáo trình có liên quan

b Phương pháp tổng hợp thu thập tài liệu

c Phương pháp giải toán hoá học

7 Cơ sở lý luận của đề tài

a Tư duy hoá học

Trong thế kỉ XXI, nhiều thay đổi trong giáo dục trên thế giới đã ảnhhưởng đến nền giáo dục Việt Nam

I.N.Tônxtoi đã viết: “kiến thức chỉ thực sự là kiến thức khi nào nó làthành quả những cố gắng của tư duy chứ không phải của trí nhớ”

Qua quá trình dạy học hoá học, học sinh có thể được trang bị và rènluyện nhiều loại tư duy trong đó có tư duy logic

Tư duy logic là một trong những kỹ năng không thể thiếu trong lĩnh vựccác môn khoa học tự nhiên Đối với môn hoá học vừa rèn luyện tư duy chohọc sinh còn là nhiệm vụ quan trọng

II NỘI DUNG

1.Một số khái niệm

1.1 Khái niệm về dộng hoá học

Động học hoá học là một bộ phận của hoá lý Đông học hoá học có thểgọi tắt là động hoá học Động hoá học là khoa học nghiên cứu về tốc độ phảnứng hoá học Tốc độ phản ứng hoá học bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố Cácyếu tố đó là nồng độ, nhiệt độ, áp suất, dung môi, chất xúc tác, hiệu ứng thế,hiệu ứng đồng vị

Động hoá học bao gồm các nghiên cứu về điều kiện thí nghiệm ảnhhưởng đến tốc độ phản ứng hoá học và cung cấp thông tin về cơ chế và trạngthái chuyển tiếp của phản ứng

1.2 Tốc độ phản ứng:

Tốc độ phản ứng hoá học là đại lượng đặc trưng cho độ nhanh chậm của

sự xảy ra phản ứng Tốc độ phản ứng thường được đo bằng độ biến thiên nồng

độ của một trong các chất tham gia hoặc tạo thành trong một đơn vị thời gian:

v = ± C 2−C1

t 2−t1 = ∆ C ∆ tTrong đó: v là tốc độ trung bình trong khoảng thời gian t1 đến t2

∆ Clà sự biến thiên nồng độ mol/l của khảo sát C1 đén C2

Dấu cộng ứng với sự xác định v theo sự biên thiên nồng độ của các chấttạo thành, còn dấu trừ ứng với chất tham gia

Ví dụ: H2 + I2→ 2HI

NaCl (dd) + AgNO3 (dd) → AgCl + NaNO3 (dd) là phản ứng đồng thể,

2 ĐỊNH LUẬT TÁC DỤNG KHỐI LƯỢNG

2.1 Định luật tác dụng khối lượng

Vào năm 1864 – 1867 Guinbec và Oago, (Wwaager – Na Uy) đã đưa ranội dung định luật “ở một nhiệt độ không đổi, tốc độ phản ứng tỷ lệ thuận vớitích số nồng độ các chất tham gia phản ứng với những luỹ thừa xác định”

Ví dụ: Phản ứng aA + bB → cC Theo định luật ta có phương trình tốc độ

- Nếu là phản ứng phức tạp thì m, n khác hệ số a, b trong phương trình.

Ví dụ: Giai đoạn 2 là giai đoạn chậm nhất của cả quá trình, nên phương trìnhtốc độ được viết cho cả quá trình

- Nếu [A] = [B] = 1 thì v = k, ta gọi k là tốc độ riêng của phản ứng

2.2 Bậc pha phân tử số của phản ứng

- Bậc phản ứng: là tổng số mũ n + m của nồng độ các chất tham gia

- Ngoài ra người ta còn gặp phản ứng bậc 0, có khi là không xác định,

có khi là một số nguyên hoặc thập phân

- Phản ứng hoá học mà chúng ta thương viết nói chung là phản ứng tổngcộng của nhiều giai đoạn trung gian Mỗi giai đoạn trung gian được gọi là mộtgiai đoạn sơ cấp

Tốc độ của giai đoạn sơ cấp nào xảy ra chậm nhất sẽ quyết định vậntốc, bậc, phân tử số của quá trình phản ứng

Ví dụ: H2O2 + 2HI → 2H2O + I2 (a)

Phản ứng này xảy ra theo hai giai đoạn sơ cấp sau

H2O2 + 2HI → HIO + H2O (b) xảy ra chậm

HIO + HI → H2O + I2 (c) xảy ra nhanh

Từ đó tốc độ của phản ứng (a) là v = k [H2O2] [HI]

Trong trường hợp các giá trị m và n trùng với các hệ số của H2O2và HItrong phản ứng (b), là giai đoạn quyết định về của cả quá trình Bậc của phảnứng (a) là 2

Bằng thực nghiệm người ta xác định được phương trình động học củaphản ứng, từ đó đề xuất các giai đoạn sơ cấp của phản ứng, nghĩa ra đề xuất

Suy ra ở nhiệt độ không đổi, tốc độ phản ứng tỷ lệ với tích nồng độ có

số mũ tương ứng

Nếu CA= CB = 1 thì k = v Vậy hằng số tốc độ phản ứng k là tốc độ phảnứng khi nồng độ của các chất tham gia phản ứng được lấy bằng nhau và bằngđơn vị Do đó hằng số tốc độ phản ứng k còn gọi là tốc độ riêng của phản ứng

3.3 Các quy luật động học đơn giản

c Đơn vị hằng số tốc độ phản ứng

Khi phản ứng là bậc 1 đối với A áp dụng đinh luật tác dụng khối lượngcho phản ứng bậc 1 và định nghĩa của tốc độ phản ứng ta thu được phươngtrình động học của phản ứng bậc 1

k = 1t ln c

c−x

Như vậy trong phản ứng bậc 1 nồng độ các chất phản ứng giảm theothời fian dưới dạng hàm số mũ đơn vị 1/thời gian

Lưu ý: quá trình phân rã phóng xạ cũng xảy ra theo quy luật động họcbậc 1

k = 1t ln c

c−x ↔ k = 1

t ln

n o n

Với k là hằng số tôc độ phản rã phóng xạ

no là số hạt nhân ban đầu của đồng vị phóng xạ tại thời điểm t = 0

n là số hạt nhân của đồng vị phóng xạ ban đầu con lại ở thời điểm t 3.3.2 phản ứng bậc 2

Quy tắc chỉ đúng trong khoảng nhiệt đột thay đổi không cao

Nếu gọi n.10 là nhiệt độ cần tăng lên, thì ta có công thức tổng quát:

k = A.e−RT E hay lnk = - RT E + lnA ↔ lnk = - RT E + BTrong đó: R là hằng số lý tưởng

A, B là hằng số

E là năng lượng hoạt hoá của phản ứng

Nhận xét: Từ biểu thức trên ta thấy: Khi nhiệt độ tăng thì tốc độ phản ứng tăng-Phản ứng có E càng lớn thì tốc độ phản ứng diễn ra càng chậm

4.3 Thuyết va chạm hoạt động và năng lượng hoạt hoá

- Thuyết va chạm:

Để các nguyên tử hay phân tử có thể phản ứng được với nhua, chúngphải va chạm vào nhau Do đó, tốc độ phản ứng sẽ tăng khi tần số va chạmtăng tuy nhiên, thuyết va chạm không giải thích được sự khác biệt rất lớn giữakết quả tính toán lý thuyết và thực nghiệm

Đối với phản ứng: 2HI → H2 + I2

-Lý thuyết: Khi [HI] = 1mol/l thì số va chạm được tính là 6.1031 va chạm/s.cm3

so với năng lượng trung bình của chúng

Năng lượng tối thiểu mà 1 mol chất phản ứng cần phải có để chuyển cácphân tử của chúng từ trạng thái không hoạt động thành trạng thái hoạt động,gọi là năng lượng hoạt hoá của phản ứng

Ví dụ: 2SO2 + O2→2SO3, chất xúc tác và chất phản ứng đồng pha khí.

Vì đồng pha nên các phân tử dễ trộn lẫn, tiếp xúc với nhau nên vận tốcphản ứng phụ thuộc nồng độ chất xúc tác

- Xúc tác dị thể: Chất xúc tác và chất phản ứng không cùng một phađồng nhất

Ví dụ: Quá trình lên men rượu C6H12O6

-Xúc tác âm: Làm giảm vận tốc của phản ứng:

2Na2SO3 + O2→2Na2SO4

-Xúc tác dương: Tăng vận tốc của phản ứng

2KClO3 → 2KCl + 3O2 cho một ít bột MnO2 thì phản ứng xảy ra rấtnhanh

4.4.2 Cơ chế và vai trò của xúc tác

- Phản ứng có xúc tác thường diễn ra qua nhiều giai đoạn trung gian, tạo

ra nhiều sản phẩm trung gian, thể hiện cơ chế xúc tác

A + B → C + D

A + k →[Ak]*

[Ak]* + B →[ABk]*

[ABk]* → C + D + k

- Vai trò của chất xúc tác: Sự có mặt của chất xúc tác làm cho phản ứng diễn

ra qua một số giai đoạn trung gian, có năng lượng hoạt hoá thấp hơn sơ vớiphản ứng không có xúc tác Từ đó làm tăng vận tốc phản ứng

+ Chất xúc tác có tính chọn lọc cao, thể hiện rõ ở các xúc tác enzim

Men amilaza chỉ thuỷ phân tinh bột và thực hiện ở khoang miệng là chủyếu vì vậy người ta khuyên nhai kỹ no lâu

Men proteaza thuỷ phân protit

Men ureaza thuỷ phân ure

Men lipaza thuỷ phân lipit acid béo

+ Trong đa số các trường hợp, tác dụng của các chất xúc tác làm giảm nănglượng hoạt hoá của phản ứng từ đó làm tăng tốc độ phản ứng

+ Chất phản ứng không bị thay đổi về lượng và chất sau phản ứng

- Ngoài ra còn có các yếu tố khác ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng:

+ Ảnh hưởng của nồng độ: Khi nồng độ chất phản ứng tăng, tốc độ phản ứngtăng

+ Ảnh hưởng của nhiệt độ: Khi nhiệt độ tăng, tốc độ phản ứng tăng

- Giải thích: Khi nhiệt độ phản ứng tăng dẫn đến hai hệ quả sau:

+ Tốc độ chuyển động của các phân tử tăng, dẫn đến tần số va chạm giữa cácchất phản ứng tăng

+ Tần số va chạm có hiệu quả giữa các chất phản ứng tăng nhanh Đây là yếu

tố chính làm cho tốc độ phản ứng tăng nhanh khi nhiệt độ tăng

- Ảnh hưởng của áp suất:

+ Đối với phản ứng có chất khi tham gia, khi tăng áp suất (nồng độ chất khítăng), tốc độ phản ứng tăng

+ Khi tăng áp suất, khoảng cách giữa các phân tử càng nhỏ nên sự va chạmcàng dễ có hiệu quả hơn, phản ứng xảy ra nhanh hơn

- Ảnh hưởng của diện tích bề mặt: Đối với phản ứng có chất rắn tham gia, khidiện tích bề mặt tăng, tốc độ phản ứng tăng

5.2 Nguyên lý chuyển dịch cân bằng Lơ Satolie

- Một hệ đạt trạng thái cân bằng thì các thông số về trạng thái của hệ (nhiệt độ,

áp suất, nồng độ) có một giá trị ổn định Khi thay đổi một trong các thông số

đó thì hệ thay đổi trạng thái cân bằng Vậy, sự chuyển dịch cân bằng là sựchuyển trạng thái này sang trạng thái khác dưới tác động bên ngoài lên hệ

- Nguyên lý chuyển dịch cân bằng: “Nếu một hệ đang ở trạng thái cân bằng

mà ta thay đổi một trong số các thông số trạng thái của hệ thì cân bằng sẽchuyển dịch theo chiều có tác dụng chống lại sự thay đổi đó”

Nguyên lý đúng cho mọi phản ứng hoá học và mọi quá trình

Ví dụ 1: FeCl3 + 3KSCN ↔ Fe(SCN)3 + 3KCl

Giải thích:

-Khi phản ứng đã đạt nếu chúng ta thêm vào một ít KCl thì màu sản phẩm sẽnhạt đi

Nguyên nhân: Cân bằng đã chuyển dịch theo chiều thuận, để giảm bớt nồng

độ KCl, tức là cân bằng chuyển dịch theo chiều chống lại việc tạo thêm KCl -Nếu thêo KSCN hay FeCl3 thì màu sản phẩm đỏ hơn, vì cân bằng đã chuyểndịch theo chiều thuận

Nguyên nhân: Để làm bớt nồng độ các chất thêm vào

Ví dụ 2: N2 + 3H2→ 2NH3 (phản ứng toả nhiệt)

+ Nếu ta tăng nhiệt độ của hệ thì cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch vìphản ứng là phản ứng toả nhiệt

+ Nếu ta tăng áp suất P thì cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận

Do đó khi tổng hợp NH3 người ta thường tiến hành trong điều kiện áp suất cao

Ví dụ 3: 2CO + 2H2→ CH4 + CO2 + Q

Vì phản ứng toả nhiệt, áp suất giảm do số phân tử sau phản ứng giảm, nên nếutăng P thì phản ứng xảy ra theo chiều thuận

Nếu tăng nhiệt độ thì phản ứng xảy ra theo chiều nghịch

6 CÂU HỎI TỰ LƯỢNG GIÁ

6.1 Tốc độ trung binhg và tốc độ tức thời của một phản ứng được tính như thế nào?

- Tốc độ của một vật là độ lớn của sự thay đổi vị trí của nó, do đó nó là mộtđại lượng vô hướng

- Tốc độ trung bình của một vật trong một khoảng thời gian là quãng đường điđược trong một thời gian nào đó

- Tôc độ tức thời là giới hạn của tốc độ trung bình khi khoảng thời gian tiếngần đến 0

6.2 Phân biệt bậc của phản ứng và phân tử số của phản ứng?

- Bậc phản ứng bằng tổng số mũ của nồng độ các chất phản ứng trong biểuthức định luật tác dụng khối lượng Nếu tổng các số mũ đó là 1, 2, 3,… thìphản ứng được gọi là phản ứng bậc 1, bậc 2, bậc 3…

6.3 Phản ứng đơn giản, phản ứng phức tạp là như thế nào?

- Phản ứng phức tạp là phản ứng diễn ra qua nhiều giai đoạn (gồm nhiều phảnứng cơ sở, là những phản ứng có hệ số rất lớn vì xác suất để nhiều phân tửđồng thời va chạm vào nhau là rất nhỏ

Ví dụ: 2NO + 2H2→ N2 + 2H2O

Phản ứng này trải qua 3 giai đoạn sau, thể hiện cơ chế phản ứng

Giai đoạn 1: Nhanh NO + H2→ NOH2

Giai đoạn 2: Chậm NOH2 + NO →N2 + H2O2

6.4 Phản ứng 2NO + O 2→ 2NO 2 là một phản ứng đơn giản Tốc độ phản ứng sẽ thay đổi như thế nào:

a Tăng nồng độ oxy lên 4 lần

b Giảm bớt đi 1/3 nồng độ NO so với ban đầu

c Nồng độ NO và O2 đều tăng lên 3 lần

Như vậy v a= ¿4v, nồng độ tăng lên 4 lần

b Giảm bớt đi 1/3 nồng độ NO so với ban đầu