Báo cáo bài tập lớn môn hóa lý 2 c ho bảng số liệu thực nghiệm thủy phân chất a Ở nhiệt Độ phòng như sau

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINHTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.. MINH CHỨNG THAM GIA HOẠT ĐỘNG...12... Năng lượng foton cao hơn dẫn đến ΔG của phản ứng quang hóa phụ thuộc vào hiệuG°

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH

KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

——————–———————

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN: HÓA LÝ 2 GVHD:

Nhóm

TP Hồ Chí Minh

I LỜI MỞ ĐẦU 1

II PHƯƠNG PHÁP LÀM BÀI 1

III ĐỀ BÀI VÀ KẾT QUẢ 2

IV KẾT LUẬN 11

V TÀI LIỆU THAM KHẢO 11

VI MINH CHỨNG THAM GIA HOẠT ĐỘNG 12

III ĐỀ BÀI VÀ KẾT QUẢ

Câu 1: C ho bảng số liệu thực nghiệm thủy phân chất A ở nhiệt độ phòng như sau

1.1 Xác định bậc phản ứng, hằng số tốc độ và thời gian bán hủy chất A

Ta thấy kết quả nó giông nhau vì thế nó là bậc 1

Thời gian bán hủy của A:

T1/2 = 0.693/Ktb = 190.17 min

1.2 Nếu biết phản ứng thủy phân chất A ở nhiệt độ phòng đã cho là bậc 1 theo A và bậc 1 theo H2O thì “giá trị thực” hằng số tốc độ phản ứng là bao nhiêu?

Kth = Ktb * C0 = 1.515 *10-3 (min-1)

1.3 Giả sử nồng độ ban đầu của nước đúng bằng nồng độ ban đầu của chất

A, tính lại các giá trị nồng độ CA ứng với các thời gian phản ứng trong bảng số liệu nêu trên và tính lại thời gian bán hủy chất A

Nồng độ [H2O] = [C0]= 0.316

1.4 Giả sử nồng độ ban đầu của nước gấp 2 lần nồng độ ban đầu của chất

A, tính lại các giá trị nồng độ CA ứng với các thời gian phản ứng trong bảng số liệu nêu trên và tính lại thời gian bán hủy chất A

Nồng độ [H2O] = 2*[C0]= 0.632

C0 - Ca= x

CA,

mol/L

9

1.5 Vẽ đồ thị thể hiện nồng độ C A theo thời gian phản ứng (số liệu thực nghiệm đã cho trong bảng, các kết quả tính toán từ câu 1.3 và 1.4), so sánh 3 tình huống này, nhận xét vai trò của bậc phản ứng và tỷ lê nồng độ tác chất ban đầu đối với tốc độ phản ứng

t, min 0 5,53 14,00 32,05 71,84 138,16 231,0

CA,

mol/L

0 0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

Đồ thị

t(min)

Nhận xét :

Nhìn vào độ thị ta có Ca1 > Ca2 > Ca và giảm dần theo thời gian Bậc phản ứng cũng không thay đổi trong cả nồng độ Ca1 và Ca2 đều giảm theo tỉ lệ nhất định Tỉ lệ giảm có thẻ phụ thuộc vào điều kiện phản ứng, nhưng không thay đổi về bậc phản ứng trong bài toán

1.6 Thử mô tả tình huống “phân hủy nước” bởi chất A có thể coi là phản ứng bậc 1 biểu kiến

Tình huống phân hủy nước được mô tả như sau:

Chất A được phân hủy tạo thành sản phầm khác gồm cả nước Phản ứng này có thể được coi là bậc 1 nếu tốc độ phản ứng phụ thuộc vào tuyến tính vào nồng độ

chất A và hằng số k có thể được xác định dựa trên dựa liệu thực nghiệm Từ đò ta

có công thức tốc độ phản ứng là:

v= k[A]

Câu 2: Coi phản ứng phân hủy ozon 2 O3 → 3 O2 diễn ra theo cơ chế

2.1 Dùng phương pháp nồng độ ổn định thiết lập phương trình tốc độ phản ứng phân hủy ozone

Từ cơ chế ta thấy có O là chất trung gian

=> theo phương pháp nồng độ ổn định:

d C o

dt =k1C O 3 − k2C O 2 C O − k3C O 3 C O=0

⇔C O= k1C O 3

k2C O 2+k3C O 3

Ta có biểu thức tính tốc độ phản ứng

R=−1

d C O 3

dt =−

1

2×(− k1C O 3+k2C O 2 C O − k3C O 3 C O)

¿1

k2C O 2+k3C O 3+k3C O 3 k1C O 3

k2C O 2+k3C O 3)

¿1

k2C O 2+k3C O 3)

2.2 Thử đơn giản hóa phương trình tốc độ phản ứng ozone cho một số điều kiện phản ứng, ví dụ như nồng độ ozone hay áp suất riêng phần của ozone trong hệ phản ứng

Giả sử cho C O 3 ≫ C O 2 ⇒ R=1

k3C O 3

)

¿1

2k1C O 3 ×(1+1)=k1C O 3

⇒ coi như phản ứng bậc 1

Giả sử cho C O 3 ≪ C O 2 ⇒ R=1

k2C O 2

)

¿1

2k1C O 3 ×(1− 1)=0

⇒ coi như không phản ứng

Câu 3: Tính năng lượng foton trong vùng ánh sáng cực tím UVA

λ≈ 300 nm ÷ 450 nm

Xác định vùng giá trị biến thiên năng lượng Gibbs chuẩn của phản ứng quang hóa do chiếu tia cực tím (kJ/mol) trong các trường hợp hiệu suất lượng tử của phản ứng quang hóa γ = 1; γ = 0,1; γ = 100 ?

Năng lượng foton trong vùng ánh sáng cực tím UVA ≈ 300 nm÷ 450 nm

λ = 300nm

E= ℎc c

λ =

−19

λ = 450nm

E= ℎc c

λ =

Biến thiên năng lượng fonton trong vùng ánh sáng cực tím UVA trong 1 mol chất là:

∆ E=(E2− E1) N A=−2,21 10 −19 6,02 1023=−133042 (J /mol )=−133,042(kJ /mol)

Biến thiên năng lượng Gibbs chuẩn của phản ứng quang hóa do chiếu tia cực tím với:

γ=1 :

∆ G=γ ∆ E=1.(−133,042)=− 133,042(kJ /mol)

γ=0,1:

∆ G=γ ∆ E=0, 1.(− 133,042)=−13,3042(kJ /mol)

γ=100 :

∆ G=γ ∆ E=100 (−133,042)=−13304,2(kJ /mol)

Nhận xét:

Biến thiên năng lượng Gibbs chuẩn (ΔG) của phản ứng quang hóa phụ thuộc vào hiệuG) của phản ứng quang hóa phụ thuộc vào hiệu suất lượng tử (γ) và năng lượng foton (∆E):

Với

 Với γ càng cao, ΔG) của phản ứng quang hóa phụ thuộc vào hiệuG càng âm, phản ứng càng dễ xảy ra hơn

Năng lượng foton cao hơn dẫn đến ΔG) của phản ứng quang hóa phụ thuộc vào hiệuG° âm hơn, phản ứng cũng dễ xảy ra hơn

 Với

Câu 4: Tìm các đặc trưng chung của phản ứng quang hóa và phản ứng quang xúc

tác Tìm các đặc trưng riêng của 2 nhóm phản ứng này

tác Tìm các đặc trưng riêng của 2 nhóm phản ứng này.

Phản ứng quang hóa và phản ứng quang xúc tác đều là những quá trình hóa học sử dụng ánh sáng (thường là tia UV) để kích thích phản ứng xảy ra hoặc tăng tốc độ phản ứng Tuy nhiên, hai loại phản ứng này có những điểm chung và khác biệt rõ ràng:

Đặc trưng chung:

1 Cả hai đều cần ánh sáng để kích hoạt, ánh sáng có thể là ánh sáng mặt trời hoặc ánh sáng nhân tạo từ các bóng đèn UV

2 Năng lượng ánh sáng ở cả hai trường hợp được chuyển đổi thành dạng năng lượng khác, thường là năng lượng hóa học, thông qua quá trình hấp phụ photon

3 Trong phản ứng quang hóa và quang xúc tác, các phân tử hoặc nguyên tử trung gian thường được tạo ra, chúng có thể là các gốc tự do hoặc các trạng thái kích thích

Đặc trưng riêng:

Đặc trưng Phản ứng Quang Hóa Phản ứng Quang Xúc Tác

Xúc tác

Không cần xúc tác, Ánh sáng trực tiếp cung cấp năng lượng kích thích cho các phân tử chất phản ứng, dẫn đến phản ứng hóa học

Cần xúc tác: thường là các bán dẫn, có khả năng hấp thụ ánh sáng và tạo ra các điện tử và lỗ trống Xúc tác có thể được tái sử dụng nhiều lần mà không bị tiêu hao trong quá trình phản ứng (ví dụ: TiO2, ZnO)

Môi trường

phản ứng Dung môi hoặc khí quyển tự do. Có thể diễn ra trên bề mặt xúc tác.

Hiệu suất

phản ứng

Thấp: một số phản ứng quang hóa

có thể cần cường độ ánh sáng mạnh hoặc thời gian phản ứng lâu để đạt được hiệu quả mong muốn

Cao: Phản ứng có thể diễn ra ở điều kiện ánh sáng dịu nhẹ và thời gian phản ứng ngắn hơn

Chọn lọc

sản phẩm

Khó khăn: có thể xảy ra đồng thời nhiều phản ứng khác nhau, dẫn đến hình thành các sản phẩm phụ không mong muốn

Dễ dàng: chất xúc tác quang có khả năng chọn lọc cao, giúp hạn chế các phản ứng phụ và tăng tỷ lệ sản phẩm mong muốn

Câu 5: Tìm các đặc trưng chung của phản ứng xúc tác và phản ứng xúc tác

enzym Tìm các đặc trưng riêng của 2 nhóm phản ứng này (max 1 trang A4)

Phản ứng xúc tác và phản ứng xúc tác enzym là hai loại phản ứng hóa học trong

đó xúc tác đóng vai trò thiết yếu để tăng tốc độ phản ứng mà không bị tiêu hao trong quá trình phản ứng Dưới đây là các đặc trưng chung và riêng của hai nhóm phản ứng này:

Đặc trưng chung:

Tăng tốc độ phản ứng: Cả hai loại phản ứng đều sử dụng xúc tác để tăng tốc độ phản

ứng Xúc tác làm giảm năng lượng hoạt hóa cần thiết cho phản ứng, từ đó làm tăng tốc độ chuyển hóa của phản ứng

2 Không bị tiêu hao trong phản ứng: Xúc tác không bị thay đổi vĩnh viễn hoặc tiêu hao trong quá trình phản ứng và có thể tái sử dụng

3

Định hướng phản ứng: Xúc tác có thể hướng phản ứng theo một con đường cụ thể, từ

đó tăng hiệu suất và chọn lọc sản phẩm của phản ứng

Đặc trưng riêng:

Câu 6: Tìm hiểu về phản ứng xúc tác chuyển pha (max 1 trang A4)

Phản ứng xúc tác chuyển pha là một loại phản ứng xúc tác trong đó xúc tác tạo điều kiện cho việc chuyển chất phản ứng từ một pha này sang pha khác, thường từ pha lỏng sang pha rắn, hoặc ngược lại Điểm nổi bật của loại xúc tác này là khả năng hoạt động ở biên giới giữa hai pha khác nhau, giúp tăng hiệu suất của phản ứng bằng cách tăng khả năng tiếp xúc giữa các chất phản ứng Điều này làm giảm mạnh năng lượng hoạt hóa cần thiết cho phản ứng và thúc đẩy phản ứng diễn ra nhanh chóng và hiệu quả hơn

Nguyên lý hoạt động: phản ứng xúc tác chuyển pha thường bao gồm một xúc tác

có khả năng hoà tan trong một pha nhưng lại có thể tương tác với chất phản ứng ở pha

Thuộc tính Phản ứng Xúc Tác Phản ứng Xúc Tác Enzym

Loại xúc tác Kim loại, oxit kim loại,hợp chất hữu cơ Enzym (protein phức tạp)

Ứng dụng Công nghiệp hóa chất,dầu mỏ, polyme, môi

trường

Sinh hóa, y học, công nghệ

sinh học

Điều kiện phản

ứng Có thể cần nhiệt độ vàáp suất cao Điều kiện nhẹ nhàng (nhiệtđộ phòng, áp suất thường)

Chọn lọc phản ứng Có thể chọn lọc nhưngthường kém hơn enzym Rất chọn lọc, thường chỉ cụthể cho một loại phản ứng

Ảnh hưởng của

điều kiện môi

trường

Có thể chịu được biến đổi môi trường rộng Nhạy cảm với pH, nồng độion, và chất ức chế

khác Xúc tác chuyển pha thường là một hợp chất lưỡng tính, sở hữu cả phần kỵ nước (hydrophobic) và ưa nước (hydrophilic) Nhờ cấu trúc đặc biệt này, xúc tác có thể dễ dàng di chuyển giữa các pha và mang theo chất phản ứng từ pha này sang pha khác

Ưu điểm:

- Hiệu quả cao: Do tăng mức độ tiếp xúc giữa các chất phản ứng, phản ứng xúc tác chuyển pha thường hiệu quả hơn so với các phản ứng không sử dụng xúc tác

- Tiết kiệm dung môi: Phản ứng này có thể giảm lượng dung môi cần thiết cho phản ứng, từ đó giảm thiểu tác động đến môi trường và chi phí cho quá trình sản xuất

- Thân thiện môi trường: Do giảm lượng dung môi và khả năng tái sử dụng xúc tác, phản ứng xúc tác chuyển pha được coi là thân thiện với môi trường

Hạn chế:

- Tùy thuộc vào tính chọn lọc của xúc tác: Xúc tác cần phải được thiết kế cụ thể cho từng loại phản ứng, do đó có thể không linh hoạt bằng các loại xúc tác khác

- Chi phí cho xúc tác: Một số xúc tác chuyển pha đặc biệt có thể tốn kém và khó tái sử dụng

Ứng dụng:

- Phản ứng xúc tác chuyển pha được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau:

- Hóa dược: Sản xuất các hợp chất dược phẩm đòi hỏi độ tinh khiết cao và hiệu suất tối ưu

- Hóa hữu cơ: Tổng hợp các hợp chất hữu cơ phức tạp

- Công nghệ sinh học: Tăng cường hiệu quả chuyển hóa trong các phản ứng enzym

- Hóa môi trường: Xử lý chất thải hữu cơ bằng phản ứng xúc tác chuyển pha giúp phân hủy các chất ô nhiễm một cách hiệu quả

IV KẾT LUẬN

V TÀI LIỆU THAM KHẢO

- Giáo trình hóa lý 2 – TS.Nguyễn Văn Dũng

- Phản ứng xúc tác chuyển pha trong xử lý nước thải - Tác giả: Nguyễn Thị Thu Hà,

Tạp chí Khoa học và Công nghệ Môi trường, Tập 43, Số 2 (2020)

- Ứng dụng của phản ứng xúc tác chuyển pha trong tổng hợp vật liệu nano - Tác

giả: Lê Thị Thu Hằng, Tạp chí Hóa học, Tập 92, Số 12 (2023)

Phản ứng xúc tác chuyển pha Cơ chế và ứng dụng Kênh Youtube: Khoa Hóa

-Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh

VI MINH CHỨNG THAM GIA HOẠT ĐỘNG