GIÁO TRÌNH HOÁ LÝ part 1 docx

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT GIÁO TRÌNH HOÁ LÝ DÙNG CHO SINH VIÊN NGÀNH MÔI TRƯỜNG TRẦN KIM CƯƠNG - 2002 Giáo trình Hoá lý dùng cho SV ngành Môi trường -2- Phần I ĐỘNG HÓA HỌC CHƯƠNG I MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN I Tốc độ phản ứng hóa học: Định nghóa: Tốc độ phản ứng hóa học biến thiên nồng độ chất cho (chất tham gia phản ứng sản phẩm phản ứng) đơn vị thời gian Các cách biểu diễn tốc độ phản ứng: a Biểu diễn tốc độ phản ứng theo nồng độ chất tham gia phản ứng : Xét phản ứng : A + A → sp Ở thời điểm t1, C1,A1 Ở thời điểm t2, C , A C ,A _ Ta coù: v = C 1,A ( − C ,A1 − C1,A1 ) = − ∆C _ (I-1), v = ( − C ,A − C1,A ) = − ∆C (I-2) t − t1 ∆t ∆t Sở dó có dấu trừ đằng trước (I-1,2) t2 > t1 C ,A < C1,A , nhö C ,A < t − t1 A1 A2 C 1,A _ Toùm laïi, v = − ∆C A i (I-3) ∆t _ Khi ∆t → tốc độ trung bình ( v ) tiến đến tốc độ thực (v), tức v=− dC A i (I-4) dt b Biểu diễn tốc độ phản ứng theo nồng độ chất sản phẩm phản ứng: / / Xét phản ứng: A + A → A + A Ở thời điểm t1, C1,A/ C1,A Ở thời điểm t2, C2 ,A / C2,A/ _ Ta coù: v = Toùm laïi, v = _ C ,A / − C 1,A / 1 t − t1 ∆C A / i ∆t = ∆C A / ∆t _ (I-5), v = C ,A / − C1,A / t − t1 = ∆C A / ∆t (I-6) ( I-7 ) Tương tự trên, ta suy ra: v = Thạc só Trần Kim Cương / dC A / i dt (I-8) Khoa hoá học Giáo trình Hoá lý dùng cho SV ngành Môi trường -3- c Kết luận: _ v=m ∆C dC (I-9) v = m (I-10) ∆t dt Chú ý: Dấu trừ đằng trước biểu thức biểu diễn theo chất tham gia phản ứng; dấu cộng đằng trước biểu thức biểu diễn theo chất sản phẩm phản ứng d Ghi chú: / / / / Giả sử ta có phản ứng: ν1A + ν A +L→ ν1A + ν A +L v = − / dC A dC A1 dC A dC A1/ =− =L= / = / = L (I-11) ν dt ν dt ν dt ν dt II Sự phân loại động học phản ứng hóa học: Về phương diện động học, người ta chia phản ứng hóa học theo phân tử số theo bậc phản ứng Phân tử số phản ứng: a Định nghóa: + Phân tử số phản ứng số phân tử tương tác lúc với tương tác mà gây nên phản ứng + Theo phân tử số, người ta chia phản ứng thành phản ứng đơn phân tử, lưỡng phân tử tam phân tử, tùy theo số phân tử tham gia vào tác động hóa học b Phản ứng đơn phân tử: + Định nghóa: phản ứng đơn giản xảy phân tử, biến đổi hóa học phân tử tác động hóa học + Ví dụ: I → 2I ; Α → sp + Phương trình động học: Xét phản ứng: A → sp , ta có: v = k.C A độ, CA nồng độ chất A (I-12), k số tốc c Phản ứng lưỡng phân tử: + Định nghóa: phản ứng tương tác hóa học xảy va chạm đồng thời hai phân tử dạng khác dạng + Ví dụ: HI → H + I ; CH COOC H + NaOH → CH COONa + C H OH A + B → sp ; A → sp + Phương trình động học: - Xét phản ứng: A + B → sp , ta có: v = k.C A C B (I-13) Thạc só Trần Kim Cương Khoa hoá học Giáo trình Hoá lý dùng cho SV ngành Môi trường -4- - Xét phản ứng: 2A → sp , ta có: v = k.C (I-14) A d Phản ứng tam phân tử: + Định nghóa: phản ứng tương tác hóa học xảy va chạm đồng thời ba phân tử lúc + Ví dụ: CO + Cl → COCl ; A + B +C → sp ; A + B → sp + Phương trình động học: - Xét phản ứng: A + B + C → sp , ta coù: v = k.C A C B C C (I-15) - Xét phản ứng: 2A + B → sp , ta coù: v = k.C C B (I-16) A e Ghi chú: + Sự va chạm đồng thời ba phân tử lúc có xác suất bé vậy, phản ứng tam phân tử Trong thực tế, người ta chưa phát phản ứng có phân tử số lớn ba + Đối với phản ứng mà phương trình phản ứng phản ứng có số phân tử lớn ba tham gia trình thực tế xảy đường phức tạp (gồm nhiều giai đoạn - nhiều tác động hóa học bản) gồm hai nhiều hai giai đoạn nối tiếp nhau, giai đoạn đó, tương tác hóa học xảy va chạm hai, hơn, ba phân tử Ví dụ: Phản ứng: NO + H → N + H O xảy theo hai giai đoạn sau: NO + H → N O + H O (chaäm); N O + H → N + H O (nhanh) Bậc phản ứng: a Định nghóa: + Bậc phản ứng hóa học hay gọi tắt bậc phản ứng tổng số hệ số lũy thừa nồng độ phương trình biểu diễn phụ thuộc tốc độ phản ứng vào nồng độ chất phản ứng + Theo bậc phản ứng, người ta chia phản ứng hóa học làm phản ứng bậc một, bậc hai, bậc ba, bậc không bậc phân số b Phản ứng bậc một: + Định nghóa: Phản ứng bậc phản ứng phụ thuộc tốc độ phản ứng vào nồng độ mô tả phương trình: v = k.C (I-17), C nồng độ chất đầu (chất tham gia phản ứng) + Ví dụ: - Xét phản ứng: A → sp , ta có: v = k.C A (I-18) - Xét phản ứng: A + B (rất dư) → sp, ta coù: v = k.C A C B = k / C A (I-19) Thạc só Trần Kim Cương Khoa hoá học Giáo trình Hoá lý dùng cho SV ngành Môi trường -5- Vì B dư nên nồng độ chất B thay đổi không đáng kể theo thời gian , tức là: C B ≈ C 0,B = const , vậy, tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nồng độ chất A c Phản ứng bậc hai: + Định nghóa: Phản ứng bậc phản ứng phụ thuộc tốc độ phản ứng vào nồng độ mô tả phương trình: v = k C A C B (I-20) hoaëc v = k C (I-21), CA, CB nồng độ chất tham gia phản ứng A, B A + Ví dụ: - Xét phản ứng: A + B → sp , ta coù: v = k C A C B - Xét phản ứng: 2A → sp , ta coù: v = k C A - Xét phản ứng: A + B + C (rất dư) → sp, ta có: v = k.CA.CB.CC = k/.CA.CB d Phản ứng bậc ba: + Định nghóa: Phản ứng bậc ba phản ứng phụ thuộc tốc độ phản ứng vào nồng độ mô tả phương trình sau: v = k C A C B C C (I-22) hoaëc v = k C C B (I-23), CA, CB CC nồng độ chất tham gia phản ứng A A, B C + Ví dụ: - Xét phản ứng: A + B + C → sp , ta coù: v = k C A C B C C - Xét phản ứng: 2A + B → sp, ta coù: v = k C C B A e Phản ứng bậc không: + Định nghóa: Phản ứng bậc không phản ứng mà tốc độ phản ứng không phụ thuộc vào nồng độ chất tham gia phản ứng Phương trình động học phản ứng bậc dạng: v = k = const (I-24) + Ví dụ: A (rất dư) +B (rất dư)→ sp, ta coù: v = k C A C B = k ( a − x )( b − x ) , a, b nồng độ ban đầu A, B tương ứng, x độ giảm nồng độ A B Vì x