Tốc Độ phản ứng hóa học chuyên Đề học tập năng lượng hoạt hóa của phản ứng hóa học

Thực hiện được một số thí nghiệm nghiên cứu và giải thích được các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng nồng độ, nhiệt độ, áp suất, diện tích bề mặt, chất xúc tác...10 4.. - Thực hiện đư

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA HÓA -

-HỌC PHẦN

HOÁ LÝ TRONG TRƯỜNG PHỔ THÔNG

TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG HÓA HỌC

CHUYÊN ĐỀ HỌC TẬP:

NĂNG LƯỢNG HOẠT HÓA CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC

Huỳnh Thị Khánh Ly Đặng Thị Ngọc Trâm

Đà Nẵng, tháng 4 năm 2023

1

MỤC LỤC

A YÊU CẦU CẦN ĐẠT 3

B NỘI DUNG 4

I CHỦ ĐỀ: TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG 4

1 Trình bày được khái niệm tốc độ phản ứng hóa học và cách tính tốc độ trung bình của phản ứng 4

2 Viết được biểu thức tốc độ phản ứng theo hằng số tốc độ phản ứng và nồng độ (còn gọi là định luật tác dụng khối lượng (M Guldberg và P Waage, 1864) chỉ đúng cho phản ứng đơn giản nên không tùy ý áp dụng cho mọi phản ứng) Từ đó nêu được ý nghĩa hằng số tốc độ phản ứng 7

3 Thực hiện được một số thí nghiệm nghiên cứu và giải thích được các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng (nồng độ, nhiệt độ, áp suất, diện tích bề mặt, chất xúc tác) 10

4 Nêu được ý nghĩa của hệ số nhiệt độ Van’t Hoff (γ) 14

5 Vận dụng được kiến thức tốc độ phản ứng hoá học vào việc giải thích một số vấn đề trong cuộc sống và sản xuất 15

II CHUYÊN ĐỀ HỌC TẬP: NĂNG LƯỢNG HOẠT HÓA CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC 17

1 Trình bày được khái niệm năng lượng hoạt hoá (theo khía cạnh ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng) 17

2 Nêu được ảnh hưởng của năng lượng hoạt hoá và nhiệt độ tới tốc độ phản ứng thông qua phương trình Arrhenius: 17

3 Giải thích được vai trò của chất xúc tác 19

2

A YÊU CẦU CẦN ĐẠT

1 Chủ đề: Tốc độ phản ứng hóa học

- Trình bày được khái niệm tốc độ phản ứng hóa học và cách tính tốc độ trung bình của phản ứng

- Viết được biểu thức tốc độ phản ứng theo hằng số tốc độ phản ứng và nồng độ (còn gọi là định luật tác dụng khối lượng (M Guldberg và P Waage, 1864) chỉ đúng cho phản ứng đơn giản nên không tùy ý áp dụng cho mọi phản ứng) Từ đó nêu được ý nghĩa hằng số tốc độ phản ứng

- Thực hiện được một số thí nghiệm nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng (nồng độ, nhiệt độ, áp suất, diện tích bề mặt, chất xúc tác)

- Giải thích được các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng như: nồng độ, nhiệt độ, áp suất, diện tích bề mặt, chất xúc tác

- Nêu được ý nghĩa của hệ số nhiệt độ Van’t Hoff (γ)

- Vận dụng được kiến thức tốc độ phản ứng hoá học vào việc giải thích một số vấn đề trong cuộc sống và sản xuất

2 Chuyên đề học tập: Năng lượng hoạt hóa của phản ứng hóa học

- Trình bày được khái niệm năng lượng hoạt hoá (theo khía cạnh ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng)

- Nêu được ảnh hưởng của năng lượng hoạt hoá và nhiệt độ tới tốc độ phản ứng thông qua phương trình Arrhenius: k = A

- Giải thích được vai trò của chất xúc tác

3

B NỘI DUNG

I CHỦ ĐỀ: TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG HÓA HỌC

1 Trình bày được khái niệm tốc độ phản ứng hóa học và cách tính tốc độ trung

bình của phản ứng.

1.1 Trình bày được khái niệm tốc độ phản ứng

- GV dẫn dắt đồng thời cho HS xem các hình ảnh minh họa: Trong cuộc sống của

chúng ta xảy ra rất nhiều phản ứng hóa học, trong đó có những phản ứng xảy ra nhanh

như phản ứng đốt than, phản ứng nổ của pháo hoa, … nhưng cũng có những phản ứng

xảy ra chậm hơn như phản ứng tạo gỉ sắt, lên men rượu, …

* Phản ứng xảy ra nhanh

*

Phản ứng xảy ra chậm

- GV dẫn dắt: Vậy làm thế nào để ta có

thể đánh giá mức độ nhanh hay chậm

của 1 phản ứng hóa học? Ở môn Vật lí

các em đã được học, để đánh giá mức

độ nhanh hay chậm của chuyển động ta

sử dụng đại lượng vận tốc, tương tự

như vậy ở các phản ứng hóa học, để

đánh giá mức độ nhanh hay chậm của

phản ứng ta sử dụng đại lượng tốc độ

phản ứng Sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu

khái niệm và cách tính tốc độ phản ứng

hóa học?

- GV yêu cầu: HS quan sát hình sau và cho biết: Lượng chất của chất phản ứng và sản

phẩm thay đổi thế nào theo thời gian.

4

- HS trả lời, các bạn khác góp ý, bổ sung.

- GV nhận xét, đưa ra đáp án

- GV kết luận: Khi một phản ứng hóa học xảy ra, theo thời gian thì lượng chất phản ứng giảm dần theo thời gian, lượng chất sản phẩm tăng dần theo thời gian Sự thay đổi lượng chất theo thời gian được đặc trưng bởi 1 đại lượng đó chính là tốc độ phản ứng

- GV đưa ra khái niệm, đơn vị tốc độ phản ứng của phản ứng hóa học (tốc độ phản

ứng):

- GV dẫn dắt: Kết hợp các kiến thức vừa được học về khái niệm tốc độ phản ứng, sự thay đổi nồng độ của các chất phản ứng và sản phẩm theo thời gian, kết luận được tốc

độ phản ứng cũng sẽ thay đổi theo thời gian

+ Nếu như sự thay đổi nồng độ được tính trong một khoảng thời gian phản ứng ta có khái niệm tốc độ phản ứng trung bình

+ Còn nếu như sự thay đổi đó được tính tại một thời điểm hoặc trong một khoảng thời gian rất ngắn ta có khái niệm tốc độ phản ứng tốc thời

- GV đưa ra khái niệm tốc độ trung bình và tốc tức thời của phản ứng

1.2 Cách tính tốc độ trung bình của phản ứng

- GV yêu cầu: HS nhắc lại khái niệm tốc độ phản ứng và tốc độ trung bình của phản ứng

5

ĐÁP ÁN Khi phản ứng hóa học xảy ra, lượng chất phản ứng giảm dần theo thời gian, lượng chất sản phẩm tăng dần theo thời gian

Tốc độ phản ứng của một phản ứng hóa học là đại lượng đặc trưng cho sự thay

đổi (biến thiên) lượng chất (nồng độ) của một trong các chất phản ứng hoặc sản phẩm phản ứng trong một đơn vị thời gian

Tốc độ phản ứng kí hiệu là , có đơn vị: (đơn vị nồng độ)/(đơn vị thời gian) v

ví dụ: M/s hay M.s-1

Tốc độ trung bình của phản ứng là tốc độ được tính trong một khoảng thời gian

phản ứng

Tốc độ tức thời của phản ứng là tốc độ phản ứng tại một thời điểm nào đó.

- GV nhận xét.

- Từ các khái niệm, GV hướng dẫn HS tìm hiểu công thức tổng quát tính tốc độ trung bình của phản ứng

- GV cần lưu ý giải thích cho HS (hoặc nếu HS có thắc mắc): Việc đặt dấu “-“ trước biểu thức biến thiên nồng độ chất phản ứng Vì: Nồng độ chất phản ứng giảm dần theo

thời gian nên biến thiên nồng độ chất đầu âm Đặt dấu trừ trước biểu thức biến thiên nồng độ chất phản ứng để tốc độ phản ứng có giá trị dương

- GV trình bày 1 ví dụ để HS có thể hiểu rõ cách tính tốc độ trung bình của phản ứng

Ví dụ: Trong phản ứng hóa học: Mg(s) + 2HCl(aq) ⟶ MgCl (aq) + H2 2(g)

Sau 40 giây, nồng độ của dung dịch HCl giảm từ 0,8M về còn 0,6M Tính tốc độ trung bình của phản ứng theo nồng độ HCl trong 40 giây

Hướng dẫn giải:

Thời gian phản ứng: t = 40 (s)

Biến thiên nồng độ dung dịch HCl là C = 0,6 – 0,8 = –0,2 (M)

Hệ số cân bằng của HCl trong phương trình hóa học là 2

Tốc độ trung bình của phản ứng trong 40 giây là: (M/s)

- HS hoàn thành phiếu học tập

PHIẾU HỌC TẬP SỐ 1

Phản ứng phân hủy H2O2:

H O2 2⟶ H O + O2 2 Kết quả thí nghiệm đo nồng độ H2O2 tại các thời điểm khác nhau được trình bày trên Bảng 1.1

Bảng 1.1 Kết quả thí nghiệm phản ứng phân hủy H 2 O 2

Thời gian

Nồng độ H2O2 (mol/L) 1,000 0,707 0,500 0,354 0,250

6

- Tốc độ trung bình của phản ứng được xác định như sau:

đối với chất phản ứng

đối với sản phẩm phản ứng

: tốc độ trung bình của phản ứng

C1, C : nồng độ của một chất tại 2 thời điểm tương ứng , 2

- Cho phản ứng tổng quát: aA + bB cC + Dd

Tốc độ phản ứng tỉ lệ với các hệ số phản ứng a, b, c, d

Biểu thức tốc độ trung bình của phản ứng

Trong đó: CA; CB; CC; CD lần lượt là biến thiên lượng các chất A, B, C, D trong khoảng thời gian t

Thực hiện các yêu cầu sau:

1 Hãy tính tốc độ phản ứng theo nồng độ H2O2 trong các khoảng thời gian từ: a) 3 giờ đến 6 giờ; b) 6 giờ đến 9 giờ c) 9 giờ đến 12 giờ

2 Nhận xét về sự thay đổi tốc độ phản ứng theo thời gian

- GV mời đại diện nhóm HS báo cáo kết quả, các nhóm khác góp ý, bổ sung

- GV nhận xét, đưa ra đáp án phiếu học tập số 1

2 Viết được biểu thức tốc độ phản ứng theo hằng số tốc độ phản ứng và nồng độ (còn gọi là định luật tác dụng khối lượng (M Guldberg và P Waage, 1864) chỉ đúng cho phản ứng đơn giản nên không tùy ý áp dụng cho mọi phản ứng) Từ đó nêu được ý nghĩa hằng số tốc độ phản ứng.

- GV cho HS xem video và trả lời các câu hỏi

Link vieo: Ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng - YouTube

- HS trả lời, các bạn khác góp ý, bổ sung

- GV nhận xét, đưa ra câu trả lời

7

ĐÁP ÁN PHIẾU HỌC TẬP SỐ 1

1 a) Tốc độ phản ứng trong khoảng thời gian từ 3 giờ đến 6 giờ là:

H O (6h ) H O (3h)

tb

V

6 3





0,500 0,707 0,069 3



(mol/ (L.h)) b) Tốc độ phản ứng trong khoảng thời gian từ 6 giờ đến 9 giờ là:

H O (9h) H O (6h )

tb

V

9 6





0,354 0,500

0,049 3



(mol/ (L.h)) c) Tốc độ phản ứng trong khoảng thời gian từ 9 giờ đến 12 giờ là:

H O (12h ) H O (9h)

tb

V

12 9





0,250 0,354 0,035 3



(mol/ (L.h))

2 Nhận xét về sự thay đổi tốc độ phản ứng theo thời gian: Tốc độ phản ứng giảm dần theo thời gian

CÂU HỎI

1 Phản ứng ở ống nghiệm nào xảy ra nhanh nhất? Chậm nhất?

2 Nồng độ ảnh hưởng thế nào đến tốc độ phản ứng?

CÂU TRẢ LỜI

1 Phản ứng ở ống nghiệm chứa dung dịch HCl có nồng độ 1,5 mol/L xảy ra nhanh nhất

Phản ứng ở ống nghiệm chứa dung dịch HCl có nồng độ 0,5 mol/L xảy ra chậm nhất

2 Ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng: Khi nồng độ các chất tham gia càng cao tốc độ phản ứng càng nhanh

- GV kết luận: Phản ứng trên diễn ra với tốc độ khác nhau ở mỗi ống nghiệm chứng minh được rằng nồng độ chất phản ứng ảnh hưởng đến tốc độ của phản ứng

- GV nêu vấn đề: Thực nghiệm đã chứng minh ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng, vậy biểu thức liên hệ giữa tốc độ phản ứng và nồng độ chất phản ứng là gì?

- GV đưa ra phát biểu định luật tác dụng khối lượng của hai nhà bác học: Guldberg và Waage

- GV bổ sung thêm kiến thức: Định luật tác dụng khối lượng chỉ đúng cho các phản ứng đơn giản, đó là phản ứng một chiều, chỉ qua một giai đoạn từ chất phản ứng tạo ra sản phẩm

- Từ phát biểu định luật tác dụng khối lượng: GV đưa ra biểu thức biểu diễn mối liên

hệ giữa nồng độ chất phản ứng và tốc độ phản ứng Nêu ý nghĩa của từng đại lượng

- GV yêu cầu HS: Từ biểu thức mối quan hệ giữa nồng độ và tốc độ tức thời của phản ứng hóa học ở trên, em hãy đưa ra nhận xét về giá trị tốc độ phản ứng khi nồng độ các chất phản ứng bằng 1M.

- HS trả lời

- GV nhận xét, đưa ra đáp án

ĐÁP ÁN

Khi nồng độ chất phản ứng bằng 1M thì v=k, nghĩa là tốc độ phản ứng bằng hằng số tốc độ phản ứng

- GV kết luận và nêu ý nghĩa của hằng số tốc độ phản ứng:

8

Ở nhiệt độ không đổi, tốc độ phản ứng tỉ lệ với tích số nồng độ các chất tham gia phản ứng với số mũ thích hợp

Cho phản ứng đơn giản:

aA + bB cC + Dd Mối quan hệ giữa nồng độ và tốc độ tức thời của phản ứng hóa học được biểu diễn bằng biểu thức:

a b

A B

v k.C C Trong đó: v: tốc độ phản ứng tại thời điểm đang xét (tốc độ tức thời)

k: hằng số tốc độ phản ứng

CA, C : nồng độ (M) chất A, B tại thời điểm đang xét.B

Ý nghĩa của hằng số tốc độ: Khi nồng độ chất phản ứng bằng 1M thì hằng số tốc

độ phản ứng có giá trị đúng bằng tốc độ của phản ứng, và được gọi là tốc độ riêng

- GV trình bày 1 ví dụ để HS có thể hiểu rõ biểu thức mối quan hệ giữa nồng độ và tốc

độ tức thời của phản ứng

Ví dụ: Cho phản ứng đơn giản sau: H (g) + Cl (g) 2HCl(g)2 2 

a) Viết biểu thức tốc độ tức thời của phản ứng trên

b) Tốc độ phản ứng thay đổi thế nào khi nồng độ H giảm 2 lần và giữ nguyên nồng2

độ Cl ?2

Hướng dẫn giải:

a) Biểu thức tốc độ tức thời của phản ứng là:

b) Nồng độ H giảm 2 lần và giữ nguyên nồng độ Cl2 2

Vậy tốc độ phản ứng giảm một nửa khi nồng độ H giảm 2 lần và giữ nguyên nồng 2

độ Cl 2

- GV cho HS hoạt động theo nhóm đôi hoàn thành bài tập sau:

- GV yêu cầu 2 HS từ 2 nhóm trình bày đáp án của mình trên bảng

- Các nhóm khác nhận xét

- GV đánh giá và đưa ra đáp án

3 Thực hiện được một số thí nghiệm nghiên cứu và giải thích được các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng (nồng độ, nhiệt độ, áp suất, diện tích bề mặt, chất xúc tác).

- GV dẫn dắt: Từ biểu thức của định luật tác dụng khối lượng tốc độ phản ứng tỉ lệ với tích số nồng độ các chất tham gia phản ứng với số mũ thích hợp và hằng số k phụ thuộc vào bản chất của phản ứng và nhiệt độ, ta kết luận được rằng yếu tố nồng độ và nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng Ngoài 2 yếu tố là nồng độ và nhiệt độ thì còn

9

BÀI TẬP

Cho phản ứng đơn giản xảy ra trong bình kín: 2NO(g) + O2(g)  2NO2(g)

a) Viết biểu thức tốc độ tức thời của phản ứng

b) Ở nhiệt độ không đổi, tốc độ phản ứng thay đổi như thế nào khi:

- Nồng độ O tăng 3 lần, nồng độ NO không đổi?2

- Nồng độ NO tăng 3 lần, nồng độ O không đổi?2

- Nồng độ NO và O đều tăng 3 lần?2

ĐÁP ÁN

2

NO O

.C C

v k

1 C 3C = 3 C CNO O NO O 3

v k k v; tốc độ phản ứng tăng 3 lần

2 (3C ) 3C = 9 C CNO O NO O 9

v k k v; tốc độ phản ứng tăng 9 lần

3 (3C ) 3C = 27 C CNO O NO O 27

3 yếu tố nữa đó là áp suất, diện tích bề mặt, chất xúc tác Để tìm hiểu và giải thích được ảnh hưởng của các yếu tố đó đến tốc độ phản ứng hóa học như thế nào, thì chúng

ta cần phải tìm hiểu được bản chất của các phản ứng hóa học

- GV sử dụng phương pháp dạy học theo trạm để giúp HS thực hiện được một số thí nghiệm nghiên cứu và giải thích được các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng

- GV chia lớp ra thành 5 nhóm (mỗi nhóm từ 7-8 HS) GV thiết kế nhiệm vụ là các phiếu học tập cho 5 trạm ứng với 5 yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng

PHIẾU HỌC TẬP TRẠM 1 Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng

Na S2 2O3 + H2SO4 → Na2SO4 + S + SO + H O2 2

Chuẩn bị: Các dung dịch: Na2S2O3 0,05 M, Na2S2O3 0,10 M, Na2S2O3 0,30 M, H2SO4 0,5 M; 3 bình tam giác, đồng hồ bấm giờ, tờ giấy trắng có kẻ chữ X

Tiến hành:

- Cho vào mỗi bình tam giác 30 mL dung dịch Na2S2O3 với các nồng độ tương ứng

là 0,05 M; 0,10 M và 0,30 M Đặt các bình lên tờ giấy trắng có kẻ sẵn chữ X

- Rót nhanh vào mỗi bình 30 mL dung dịch H2SO4 0,5 M và bắt đầu bấm giờ

Lưu ý: Phản ứng có sinh ra khí độc Cần tiến hành cẩn thận và tránh ngửi trực tiếp trên miệng bình tam giác.

Quan sát và thực hiện các yêu cầu sau:

1 Quan sát vạch chữ X trên tờ giấy dưới đáy bình, ghi lại thời điểm không nhìn thấy vạch chữ X nữa và trả lời câu hỏi: Phản ứng ở bình nào xảy ra nhanh nhất? Chậm nhất?

2 Từ các kiến thức đã học và nghiên cứu sách giáo khoa hãy giải thích kết quả thí nghiệm trên và rút ra kết luận nồng độ ảnh hưởng như thế nào đến tốc độ của phản ứng hóa học

PHIẾU HỌC TẬP TRẠM 2 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng

Mg + 2H O → Mg(OH) + H 2 2 2

Chuẩn bị: Mg mảnh, dung dịch phenolphthalein, nước cất, 2 ống nghiệm, đèn cồn,

kẹp gỗ

Tiến hành:

- Cho vào mỗi ống nghiệm 3 ml nước cất

- Nhỏ vào mỗi ống nghiệm 1-2 giọt phenolphthalein và cho vào mỗi ống 1 mẫu Mg

10

Trong quá trình phản ứng, các hạt (phân tử, nguyên tử, ion) luôn chuyển động không ngừng và va chạm với nhau Những va chạm có năng lượng đủ lớn phá vỡ liên kết cũ và hình thành liên kết mới dẫn tới phản ứng hóa học, được gọi là va chạm có hiệu quả Xác suất va chạm có hiệu quả càng lớn thì phản ứng xảy ra càng nhanh, hay nói cách khác tốc độ của phản ứng tăng Vì vậy để tăng tốc độ phản ứng hóa học cần thay đổi các yếu tố ảnh hưởng sao cho các va chạm có hiệu quả tăng lên

- Đun nóng 1 ống nghiệm

Lưu ý: Làm sạch bề mặt Mg trước khi tiến hành thí nghiệm.

Quan sát và thực hiện các yêu cầu sau:

1 Sự thay đổi màu sắc trong ống nghiệm nào nhanh hơn?

2 Từ các kiến thức đã học và nghiên cứu sách giáo khoa hãy giải thích kết quả thí nghiệm trên và rút ra kết luận nhiệt độ ảnh hưởng như thế nào đến tốc độ của phản ứng hóa học

PHIẾU HỌC TẬP TRẠM 3 Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất đến tốc độ phản ứng

Hãy quét mã QR sau để xem video kết hợp nghiên cứu sách giáo khoa và thực hiện cấc yêu cầu sau:

1 Nêu mối liên hệ giữa nồng độ và áp suất của khí trong hỗn hợp Từ

đó rút ra kết luận áp suất ảnh hưởng như thế nào đến tốc độ của phản ứng hóa học

2 Áp suất ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng nào sau đây?

(1) N (g) + 3H (g) 2NH2 2 3(g)

(2) CO (g) + Ca(OH) (aq) → CaCO (s) + H2 2 3 2O(l)

(3) SiO (s) + CaO(s) → CaSiO2 3(s)

(4) BaCl (aq) + H2 2SO4(aq) → BaSO (s) + 2HCl(aq)4

* Kiến thức hỗ trợ: Việc thay đổi áp suất không làm ảnh hưởng đến tốc độ của phản

ứng không có chất khí tham gia.

PHIẾU HỌC TẬP TRẠM 4 Nghiên cứu ảnh hưởng của diện tích bề mặt đến tốc độ phản ứng

Chuẩn bị: 2 bình tam giác, dung dịch HCl 0,5M, đá vôi dạng viên, đá vôi đập nhỏ Tiến hành:

- Cho vào cùng một lượng (khoảng 2g) đá vôi dạng viên vào bình tam giác (1) và đá vôi đập nhỏ vào bình tam giác (2)

- Rót 20 ml dung dịch HCl 0,5M vào mỗi bình

Quan sát hiện tượng và thực hiện các yêu cầu sau:

1 Phản ứng trong bình nào có tốc độ thoát khí nhanh hơn?

2 Đá vôi dạng nào có tổng diện tích bề mặt tiếp xúc lớn hơn?

3 Từ các kiến thức đã học và nghiên cứu sách giáo khoa hãy giải thích kết quả thí nghiệm trên và rút ra kết luận diện tích bề mặt ảnh hưởng như thế nào đến tốc độ của phản ứng hóa học

PHIẾU HỌC TẬP TRẠM 5 Nghiên cứu ảnh hưởng của chất xúc tác đến tốc độ phản ứng

2H2O2 → 2H O + O 2 2

Chuẩn bị: 2 ống nghiệm, dung dịch H2O2 30%, bột MnO tàn đóm đỏ.2,

Tiến hành:

11