Động hóa học - Chương 2 - Động hóa học phản Ứng cơ bản

a Xác định sự phụ thuộc của nồng độ từng chất A, B, C vào thời gian:... Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng Quy tắc Vant’t Hoff: - Tốc độ phản ứng hóa học phụ thuộc rất nhiều vào

PHẠM HẦU THANH VIỆTKHOA HÓA HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT

HÓA LÝ DƯỢC

ĐỘNG HÓA HỌC VÀ ĐIỆN HÓA HỌC

2.9.2 Động học của phản ứng nối tiếp một chiều bậc 1 dạng đơn giản nhất

Theo định luật tác dụng (bảo toàn) khối lượng:

𝐶0𝐴 = 𝑎 = 𝐶𝐴 + 𝐶𝐵 + 𝐶𝐶 (tại thời điểm t)

a) Xác định sự phụ thuộc của nồng độ từng chất A, B, C vào thời gian:

Phương trình vi phân tuyến tính cấp 1 thuần nhất:

(ODE: Ordinary Differential Equation)

Phương trình vi phân tuyến tính cấp 1:

𝑦′ + 𝑝 𝑥 𝑦 = 𝑞 𝑥 (1)

Thuần nhất: q(x) = 0 Không thuần nhất: q(x) # 0Cách giải:

- Phương pháp thừa số tích phân

- Phương pháp Bernoulli (phương pháp tìm nghiệm dưới dạng tích)

- Phương pháp Larrange (phương pháp biến thiên hằng số)

Dạng không thuần nhất (q(x)#0): nhân 2 vế của (1) với 𝑒׬ 𝑝 𝑥 𝑑𝑥

Áp dụng cụ thể:

𝑧′ + 𝑘2𝑧 = 𝑘2𝑎 1 − 𝑒−𝑘1 𝑡

𝒚′+ 𝒑 𝒙 𝒚 = 𝒒 𝒙 p(x) = k2

*** Tìm CB : theo định luật bảo toàn khối lượng

b) Đồ thị của phản ứng nối tiếp:

- B là chất trung gian hoạt động của 2 phản ứng A→B và B→C

- CB đạt cực đại tại thời điểm tmax, lúc đó 𝒅𝑪𝑩

Cho phản ứng nối tiếp: 𝐴 ՜𝑘1 𝐵 ՜𝑘2 𝐶

Ở thời điểm t = 0, nồng độ các chất A, B và C tương ứng là 2; 0 và 0 mol/lit Cho biết k1

= 0.2 phút -1 , k2 = 0.1 phút -1

Hãy vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của nồng độ các chất A, B, C vào thời gian?

𝐁à𝐢 𝐭ậ𝐩 𝟏

Cho phản ứng nối tiếp: 𝐴 ՜𝑘1 𝐵 ՜𝑘2 𝐶 có các thông số đặc trưng sau đây khi nồng độ

chất B đạt cực đại thì 𝐶𝐴

𝐶𝐵 = 4.5 và thời gian để độ biến đổi chất A là 25% là 85 giây.

Tính k1 và k2?

𝐁à𝐢 𝐭ậ𝐩 𝟐

Cho phản ứng nối tiếp: 𝐴 ՜𝑘1 𝐵 ՜𝑘2 𝐶

Ở thời điểm tmax, nồng độ chất A và B tương ứng là a và b Hãy cho biết trong số các phương trình sau đây phương trình nào đúng?

Dùng phần mềm toán học hoặc bảng tính để khảo sát sự phụ thuộc

thời gian của [I] trong cơ chế phản ứng A → I → P (k1, k2) Trong các

phép tính, sử dụng [A]0 = 1 mol dm−3 và thời gian từ 0 đến 5 giây

(a) Vẽ [I] theo t với k1 = 10 s−1 và k2 = 1 s−1 (b) Tăng dần tỷ lệ k2/k1 bằng cách giảm giá trị của k1 (giữ nguyên

k2 = 1s-1, thay đổi k1 sao cho k2/k1 = 0.3; 0.99; 3; 10) và khảo sát sự thay đổi của đồ thị [I] theo t? d[I]/dt theo thời gian sẽ tiến về giá trị nào?

𝐁à𝐢 𝐭ậ𝐩 (∗∗∗):

CHƯƠNG 3 – LÝ THUYẾT VỀ CÁC QUÁ TRÌNH SƠ CẤP

3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng

Quy tắc Vant’t Hoff:

- Tốc độ phản ứng hóa học phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ

- “Khi nhiệt độ tăng 10oC thì tốc độ phản ứng tăng 2-4 lần”

- 𝛾 : hệ số nhiệt độ của phản ứng

Đây nghiệm relationship): áp

Jacobus Henricus Vant’t Hoff (1852-1911):

- Người Hà Lan, học trò của Kekulé và

Wutz, là người đoạt giải Nobel đầu tiên (công trình nghiên cứu về nhiệt động học của các dung dịch vô cùng loãng)

- Là người thiết lập nền móng cho các lý thuyết hóa học hiện đại (lai hóa sp 3 của

C, ái lực hóa học, cân bằng hóa học, nhiệt động học, động hóa học)

Phương trình Arrhenius - Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc

Nếu phản ứng đang xét là thuận nghịch:

a) Về mặt lý thuyết: thường sử dụng phương trình (2)

𝒌 = 𝑨 𝒆−𝑬/𝑹𝑻

E: năng lượng hoạt hóa (activation energy) Quá trình phản ứng: khi

xảy ra va chạm giữa các tiểu phân thì động năng của các tiểu phân được sử dụng để kéo giãn, uốn

cong, và cuối cùng là bẻ gãy liên kết (tương tự như đánh golf: cần cung cấp đủ động năng để trái banh vượt qua đỉnh chắn, sau đó lăn vào hố)

Activation energy

∆𝐸 không có ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào Ea (năng lượng hoạt hóa), Eacàng thấp thì tốc độ phản ứng càng nhanh

A: hằng số va chạm (pre-exponential faction – frequency factor)

b) Về mặt thực nghiệm: thường sử dụng phương trình (1), để xác định năng lượng hoạt hóa

- Xác định các điểm thực nghiệm (Bài thí nghiệm Hóa lý: Xác định năng

- Xác định góc α, không được đo trực tiếp, xác định qua góc bù α’

tgα = tg 𝜋 − α′ = −tgα′ = − 𝐴𝐵

𝐵𝐶 (> 0)

- Cuối cùng: E = −Rtgα (R = 8.314

J/mol.K, 1.987 cal/mol.K)

- Bài thí nghiệm Hóa lý số: Xác định năng lượng hoạt hóa của phản ứng xà

Cho hằng số tốc độ của phản ứng ở 40 oC và 60 oC tương ứng là 2 và 8 lit/mol.phút.

1 Tính A và E trong phương trình Arrhenius (R = 1.987 cal/mol.K)

2 Tính hằng số tốc độ ở 80 oC và 90 oC và hệ số nhiệt độ γ?

𝐁à𝐢 𝐭ậ𝐩 𝟒

Phản ứng động học bậc 2 giữa nguyên tử oxygen với benzene có hằng số tốc độ là 1.44 × 107 dm3 mol−1 s−1 ở 300.3 K, 3.03 × 107 dm3 mol−1 s−1 ở 341.2 K, và 6.9 × 107

dm3 mol−1 s−1 ở 392.2 K Hãy tính thừa số không gian A trong phương trình

Arrhenius và năng lượng hoạt hóa của phản ứng?

𝐁à𝐢 𝐭ậ𝐩 𝟓

Xét 1 phản ứng hình thành 2 sản phẩm, phản ứng được kiểm soát động học để điều chỉnh tỷ lệ của 2 sản phẩm Năng lượng hoạt hóa của phản ứng hình thành sản phẩm 1 lớn hơn so với phản ứng hình thành sản

giảm khi nhiệt độ tăng lên?

𝐁à𝐢 𝐭ậ𝐩 𝟕

Hằng số tốc độ trong phản ứng phân hủy 1 hợp chất ở 30 oC là 2.80 x

10-3 dm3 mol-1 s-1 và 1.38 x 10-2 dm3 mol-1 s-1 ở 50 oC Hãy tính giá trị của các tham số Arrhenius cho phản ứng này?

𝐁à𝐢 𝐭ậ𝐩 𝟖