Đang tải... (xem toàn văn)
áo cáo thực hành các qua strinhf và thiết bị tĩnh học sấy,trong công nghệ hóa học ,trong thực phẩm và trong bộ môn máy thiết bị môi trường đày đủ full nguyên bản các chi tiết tính toán ,dạy đủ công thức tính toán và ull nghuyên bản
BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỐ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC TIỂU LUẬN ĐỘNG HÓA HỌC ĐỀ TÀI:TÓM TẮT KIẾN THỨC ĐÃ HỌC GVHD:Nguyễn Anh Tuấn Lớp học phần: 210403402 TP HỒ CHÍ MINH Ngày 3/11/2013 Đề tài: tóm tắt kiến thức đã học GVHD:Nguyễn Anh Tuấn Trang 2 LỜI MỞ DẦU Động hóa học nghiên cứu diễn biến của quá trình biến đổi hóa học các chất thể hiện ở: tốc độ quá trình; đƣờng đi của quá trình hay còn gọi là cơ chế phản ứng; các yếu tố ảnh hƣởng đến vận tốc nhƣ nhiệt độ, môi trƣờng , Động hóa học là một môn cơ sở ngành rất quan trọng.Nó giúp ta hiểu sâu xa hơn bản chất của các quá trình phản ứng ,cũng nhƣ cơ chế phản ứng,nó giúp ta biết dƣợc tốc độ của một phản ứng .Từ đó ứng ứng dụng vào trong lĩnh vức ngiên cứu điều chế các chất hóa học cần thiết phục vu cho cuộc sống. Nhằm hiểu rõ hơn vấn dề trên chúng ta cùng tìm hiểu những vấn đề cơ bản của động hóa học qua bài tóm tắt những kiến thức cơ bản của dộng hóa học Đề tài: tóm tắt kiến thức đã học GVHD:Nguyễn Anh Tuấn Trang 3 CHƢƠNG 1:CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ QUY LUẬT THỰC NGHIỆM I. Các lĩnh vực nghiên cứu của động hóa học Động hóa học nghiên cứu về tốc độ và cơ chế của những chuyển hóa hóa học, về các hiện tƣợng chuyển hóa và về các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình phản ứng hóa học. Động hóa học đƣợc chia làm hai bộ phận: -Mô tả toán học hình thức tốc độ phản ứng dựa vào định luật cơ sở của động hóa học. Không tính đến cơ chế của tƣơng tác đó.Bộ phận này đƣơc gọi là động học hình thức hay quy luật cơ sở của động hóa học. -Động hóa học phân tử nghiên cứu cứu chuyển biến hóa học trên cơ sở số liệu phân tử, tức là học thuyết về cơ chế của tƣơng tác hóa học. II. Các khái niệm cơ bản 1. Cơ chế phản ứng: Thông thƣờng các phản ứng hóa học không xảy ra theo con đƣờng tƣơng tác đơn giản của các phân tử chất tham gia phản ứng và chuyển trực tiếp thnah2 các phân tử sản phẩm.đa số các phản ứng đều diễn ra theo một số giai đoạn. 2. Tốc độ của phản ứng hóa học đồng thể Tốc độ của một phản ứng hóa học đồng thể là biến thiên lƣợng chất trong một đơn vị thời gian , trong một đơn vị thể tích.Đối với phản ứng đồng thể xảy ra ở thể tích không đổi, tốc độ của quá trình tính theo chất nào đó là biến thiên nồng độ của chất đó trong một đơn vị thời gian. Nếu phản ứng đƣợc miêu tả bằng phƣơng trình tỉ lƣợng : nA+Mb+ = n’A’+M’b’+ trong đó :n,m,n’,m’ là các hệ số tỉ lƣợng; A,B là các chất tham gia phản ứng A’,B’ là các sản phẩm phản ứng Thì tốc độ phản ứng đƣợc tính nhƣ sau: V A = hoặc Để đo tốc độ phản ứng có giá trị là đơn trị thì phải đƣa vào biển thức tốc độ các hệ số tỉ lƣợng. Khi đó biểu thức tôc độ có dạng: V = = = = Theo định luật kinh nghiệm của gunbec – vazơ tốc độ của phản ứng tỉ lệ với nồng độ chất phản ứng. Đối với phản ứng tổng quát ta có: Đề tài: tóm tắt kiến thức đã học GVHD:Nguyễn Anh Tuấn Trang 4 V= k . 3. Bậc và phân tử số của phản ứng Bậc của phản ứng là tổng các lũy thừa nồng độ của các chất tham gia phan ứng trong phƣơng trình biểu diễn sự phụ thuộc tốc độ phản ứng vào nồng độ chất phản ứng. Phân tử số của phản ứng là số tiểu phân (phân tử, nguyên tử, ion, gốc tự do ) tƣơng tác đồng thời, chính những tƣơng tác này dẫn đến biến đổi hóa học. Phân tử số bao giờ cũng là một số nguyên dƣơng, trong khi đó bậc của phản ứng có thể là số nguyên, phân số, dƣơng, âm hoặc bằng không. 4. phản ứng đơn giản Đó là phản ứng theo đó phƣơng trình tỷ lƣợng biểu thị tác động hóa học cơ bản. Trong trƣờng hợp riêng này bậc và phân tử số phản ứng đƣợc biểu thị bằng cùng một số. Thí dụ: Cl 2 2Cl v=k.C Cl2 bậc 1 Chỉ một phân tử tham gia phản ứng. 1 phân tử số I 2 + H 2 2HI v=k.C I2 C H2 bậc 2 Phản ứng gây ra do va chạm của 2 phân tử. 2 phân tử số 2NO +O 2 2NO 2 v=k. . bậc 3 5.Phản ứng phức tạp Khác với phản ứng đơn giản, phản ứng phức tạp diễn ra qua nhiều giai đoạn trung gian, do đó phƣơng trình phản ứng hóa học ở dạng tổng quát chỉ là sự Đề tài: tóm tắt kiến thức đã học GVHD:Nguyễn Anh Tuấn Trang 5 tổ hợp của nhiều phản ứng trung gian và vì vậy nó không biểu thị cơ chế phản ứng. Trong trƣờng hợp này bậc và phân tử số không trung nhau. Thí dụ: sự nhiệt phân etanal không tuân theo quy luật đơn giản về sự biến thiên nồng độ chất theo thời gian. CH 3 CHO CH 4 + CO Phƣơng trình đông học có dạng v=k[CH 3 CHO] 3/2 Bậc động học của phản ứng này là một phân số và bằng 3/2 Đề tài: tóm tắt kiến thức đã học GVHD:Nguyễn Anh Tuấn Trang 6 CHƢƠNG 2 : ĐỘNG HÓA HỌC CỦA PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ CÓ BẬC ĐƠN GIẢN 1.Một số định nghĩa và khái niệm: 1.1. Định nghĩa: Phản ứng một chiều có bậc đơn giản là mọi phản ứng một chiều bất kỳ, kể cả các phản ứng phức tạp có cơ chế dây chuyền hay không dây chuyền, trong pha khí hay trong dung dịch có bậc toàn phần đƣợc xác định bởi thực nghiệm là một số nguyên dƣơng,bằng 1, 2 hoặc 3. 1.2. Dạng phản ứng và phƣơng trình động học: γA → sản phẩm (γ = 1,2,3 là hệ số tỉ lƣợng) Phƣơng trình động học: C a n (n là bậc của A đồng thời là bậc toàn phần của phản ứng). 2. Phản ứng bậc 1: 2.1. Một số ví dụ: CH 3 N 2 CH 3 → C 2 H 6 + N 2 2N 2 O 5 → 2N 2 O 4 + O 2 CH 3 OCH 3 → CH 4 + CO + H 2 2.2. Phƣơng trình động học: A -> sản phẩm t=0 0 0 vận tốc V=0 t0 a-x x vận tốc V= =k 1 .(a-x). → . Trong đó C là hằng số tích phân. Tìm hằng số tích phân C bằng cách từ điều kiện đầu tại t = 0, x = 0 suy ra C = - lna. Thay vào (*) ta có: , hay ln( =k 1 t. phƣơng trình ta thấy thứ nguyên của k là t -1 . Nồng độ chất đầu tại thời điểm t là : a x a.e k1t Nồng độ sản phẩm tại thời điểm t là : x a(1 e k1t ) Nhận xét : Khi t = ∞ thì x = a nghĩa là phản ứng bậc 1 không có thời điểm kết thúc. Đề tài: tóm tắt kiến thức đã học GVHD:Nguyễn Anh Tuấn Trang 7 * Thời gian bán huỷ của phản ứng ký hiệu là 1/2 ½= Nhận xét: Thời gian nữa phản ứng không phụ thuộc vào nồng độ ban đầu. Đây là đặc trƣng quan trọng mà phản ứng bậc 1 mới có. * Cách xác định hằng số tốc độ k1 bằng phƣơng pháp đồ thị. Chuyển phƣơng trình về dạng : ln a - ln(a- x) = k t hay ln(a- x) = ln a- k t y = b – ax tg 3. Phản ứng bậc 2; 1 chiều: a) Phản ứng bậc 2; 1 chiều: là phản ứng có tốc độ phụ thuộc bậc 2 vào nồng độ chất phản ứng ví dụ: 2HI H2 + I2 Ta xét phản ứng: A + B sản phẩm Nếu ban đầu CA=CA thì tại t=0 a a 0 t a-x a-x x Ta có vận tốc phản ứng tại thời điểm t: V = = =k2.(a-x) Trƣờng hợp CA ≠ CB (a≠ b). Khi đó V= = Ví dụ phản ứng : C COO + NaOH → C COONa + OH Trƣờng hợp phức tạp hơn đó là loại phản ứng mà các chất tham gia có hệ số tỷ lƣợng khác nhau. Ví dụ: + 3KI → + 2KBr + KI3. Nếu lúc đầu A và B lấy theo nồng độ tỷ lƣợng thì phản ứng bậc 2 loại này cũng đƣợc biểu thị nhƣ phƣơng trình (2). Ghi chú: Đa số các phản ứng sơ cấp có sự tham gia của nguyên tử tự do hoặc gốc tự do là phản ứng 2 phân tử có bậc bằng 2 thuộc một trong hai dạng trên. Ví dụ phản ứng thuộc dạng (1): CH3 CH3 C2 H6 Đề tài: tóm tắt kiến thức đã học GVHD:Nguyễn Anh Tuấn Trang 8 Ví dụ phản ứng thuộc dạng (2): HBr H H2 Br b) Động học của phản ứng bậc 2 đơn giản: + Khi CA = CB = a. Ta có: V=- = =k2.(a-x)2 = Theo công thức tích phân : = Khi n = 2, ta có từ điều kiện ban đầu x = 0 khi t = 0 suy ra hằng số tích phân C = 1/a. Vậy =k2t k2= Động học phản ứng bậc 2 khi CA ≠ CB: = Để giải phƣơng trình này ta phân ly biến số, lấy tích phân: =k2+c Sau một số biến đổi ta có: =k2t →k2= (Chú ý : Không có biểu thức tính T 1/2 cho cả 2 chất). c) Sự giảm bậc của phản ứng: Trong một phản ứng khi nồng độ của một chất >> chất kia (ví dụ: b>>a, vì x<a nên x<<b và b-x ≈ b). Khi đó ta viết: =k2(a-x).b=k’.(a-x). với k2b=k’ Phƣơng trình này có dạng bậc1:kt và ngƣời ta nói phản ứng có bậc 1 giả. Ví dụ: Phản ứng thuỷ phân Sacaro C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6. Nếu trong phản ứng lấy [H2O]>>[Sacaro] thì phản ứng xảy ra theo qui luật động học bậc 1. d) Phản ứng bậc 2 có nồng độ không tỷ lƣợng: γ1A1 + γ2A2 → sản phẩm t=0 a b t≠ 0 a-x (b- ) Đề tài: tóm tắt kiến thức đã học GVHD:Nguyễn Anh Tuấn Trang 9 Các nồng độ ban đầu sẽ tỷ lƣợng nếu b thì phƣơng trình động học sẽ có dạng đơn giản. Xét trƣờng hợp khi b thì phƣơng trình động học có dạng: = =k2.(a-x).( b- ) Khi γ1 = γ2 = 1 thì phƣơng trình này trở lại (1). Ví dụ: C2H4Br2 + 3KI → C2H4 + 2KBr + KI3. Phƣơng trình tốc độ phản ứng là: V = =k2 [C2H4Br2][KI] k(a-x)(b-3x) Phƣơng trình dạng tích phân: k 2 t= 4. Phản ứng bậc 3, 1 chiều: * Có 3 trƣờng hợp sau: a). 3A → sản phẩm (CA = CB = CC). Khi đó V = = =k 2 .(a-x) 3 . Thực tế hầu nhƣ không gặp phản ứng loại này. b). 2A + B → sản phẩm (CA = CB ≠ CC). khi đó V = = =k3.(a-2x 2 ).(b-x) Nếu nồng độ của A và B là tỷ lƣợng tức là a/2 = b thì phƣơng trình lại trở lại bậc 3 và có dạng nhƣ trƣờng hợp CA = CB = CC. Phản ứng bậc 3 ở dạng này là phản ứng trong pha khí. Ví dụ: 2NO + O2 → 2NO2 2NO + Cl2 → 2NOCl 2NO + Br2 → 2NOBr Thực nghiệm cho biết bậc của phản ứng đối với NO là 2, đối với X(O, Cl, Br) là 1. Phƣơng trình động học dạng vi phân là: =k NO .C 2 NO .C x (kNO = 2kx). Nếu nồng độ đầu của a, b là tỷ lƣợng tức là a/b = 2/1 hoặc b = a/2 thì phƣơng trình trên trở về trƣờng hợp đầu CA = CB = CC và V= k 2 .(a-x) 3 c) Phản ứng bậc 3 dạng: A + B + C → sản phẩm (CA ≠ CB ≠ CC). Đề tài: tóm tắt kiến thức đã học GVHD:Nguyễn Anh Tuấn Trang 10 Vận tốc phản ứng V= = =k3.(a-x).(b-x).(c-x). Nếu a = b = c thì trở về trƣờng hợp đầu. * Động học phản ứng bậc 3: a). Trƣờng hợp CA = CB = CC = a: V = = =k 2 .(a-x) 3 Tích phân ta có : → =k2t+C Khi t = 0, x = 0 thì C = 1/2a 2 . Vậy k2t= [ k3= [ Thay a - x = a/2 ta có:T ½ = b). Trƣòng hợp phƣơng trình có dạng: =k3.(a-2x 2 ).(b-x) Phân ly biến và lấy tích phân ta có: k3t = . c). Trƣờng hợp phƣơng trình có dạng: =k3.(a-x).(b-x).(c-x). Phân ly biến số và lấy tích phân ta có: -k3t= d). - Nếu c >> a; c >> b; c-x ≈ c thì phƣơng trình có dạng: -k3t= -k3ct= Phƣơng trình này có dạng bậc 2 và ngƣời ta nói trƣờng hợp này là phản ứng bậc 2 giả. - Nếu 2 trong 3 chất có nồng độ lớn hơn nhiều chất còn lại. Ví dụ c >> a; b>> a thì khi đó c-x ≈ c; b-x ≈ b thì phƣơng trình phản ứng bậc 3 sẽ có dạng: . Đặt k3.b.c=k3’ ta có . Ngƣời ta gọi đây là phản ứng bậc 1 giả. 5. Phản ứng bậc không: Loai phản ứng có tốc độ không phụ thuộc vào nồng độ chất phản ứng. Ví dụ phản ứng [...]... Trang 24 Đề tài: tóm tắt kiến thức đã học Trong đó Ea chính là năng lƣợng hoạt hóa hay gọi là năng lƣợng hoạt động hóa học Khi ta lấy tích phân phƣơng trình trên ta đƣợc : Lnk=- + lnko Trong đó thì lnko là hằng số tích phân Theo thực nghiệm thì có thể xác định đƣợc năng lƣợng hoạt hóa Ea theo quan hệ: Tg =- Từ đó suy ra k=koe-Ea/RT II/ Sự nổ nhiệt: -Nhiều phản ứng hóa học giải phóng 1 lƣợng nhiệt đáng... 7.2.1 định luật VantHoff Đến năm 1904 VantHoff mới hoàn chỉnh và định lƣợng hóa định luật dựa trên cơ sở động học của phản ứng quang hóa: lƣợng chất bị biến đổi trong quang hóa tỉ lệ thuận với quang năng ánh sáng đƣợc hấp thụ Ngƣời ta thƣờng gọi nó là định luật quang hóa thứ nhất Nếu sau thời gian dt nồng độ chất phản ứng quang hóa bik biến đổi một giá trị dC (trong dó C – nồng độ chất phản ứng, dC . của động hóa học Động hóa học nghiên cứu về tốc độ và cơ chế của những chuyển hóa hóa học, về các hiện tƣợng chuyển hóa và về các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình phản ứng hóa học. Động hóa học. động hóa học. Không tính đến cơ chế của tƣơng tác đó.Bộ phận này đƣơc gọi là động học hình thức hay quy luật cơ sở của động hóa học. -Động hóa học phân tử nghiên cứu cứu chuyển biến hóa học. chất hóa học cần thiết phục vu cho cuộc sống. Nhằm hiểu rõ hơn vấn dề trên chúng ta cùng tìm hiểu những vấn đề cơ bản của động hóa học qua bài tóm tắt những kiến thức cơ bản của dộng hóa học