Bài giảng hóa lý chương 3 động hóa học

Định nghĩa Được xác định bởi biến thiên của lượng chất bất kỳ chất tham gia hay sản phẩm trong một đơn vị thể tích và sau một đơn vị thời gian..  Tổng các giai đoạn mà ở đó diễn ra phản

Trang 1

CHƯƠNG 3

ĐỘNG HÓA HỌC

Trang 2

Nội dung

3.1 Một số khái niệm cơ bản 3.2 Định luật tác dụng khối lượng 3.3 Động học phản ứng đơn giản 3.4 Động học phản ứng Phức tạp 3.5 Phương pháp xác định tốc độ - bậc phản ứng 3.6 Ảnh hưởng nhiệt độ đến tốc độ phản ứng

3.7 Thuyết nghiên cứu động học 3.8 Xúc tác

Trang 3

Định nghĩa

Được xác định bởi biến thiên của lượng chất bất kỳ (chất tham gia hay sản phẩm) trong một đơn vị thể tích và sau một đơn vị thời gian

3.1 Một số khái niệm cơ bản

3.1.1 Tốc độ phản ứng

Trang 4

Dấu ±

Trang 5

 “+” nếu i là một trong các sản phẩm.

 “–” nếu i là một trong các chất tham gia.

3.1 Khái niệm cơ bản

Dấu ±

Trang 7

1 dt

dC 3

1 dt

Trang 8

1 dt

dC c

a dt

dC b

a dt

dC

Trang 9

Khảo sát phản ứng:

2A + B  2C + 3D Biết tốc độ tạo thành chất C trong phản ứng là 1,0 mol.l-1.s-1.

1 Xác định tốc độ tạo thành D và mất đi của A, B?

Bài tập

Trang 13

Fe2+ + O2  Fe3+ + O2- + H+ 

O2-Fe2+ +  Fe3+ + + H+  H2O2H2O2 + Fe2+  Fe3+ + OH- + Fe2+ +  Fe3+ + OH- 2OH- + 2H+  2H2O

Trang 14

 Tổng các giai đoạn mà ở đó diễn ra phản ứng hóa học được gọi là

cơ chế phản ứng hóa học , còn từng giai đoạn của phản ứng được gọi là giai đoạn sơ cấp của phản ứng.

 Các chất tham gia vào quá trình phản ứng hóa học được gọi là các chất phản ứng.

 Các chất được tạo ra trong quá trình chuyển hóa hóa học và không bị tiếp tục biến đổi được gọi là các sản phẩm phản ứng.

 Các chất được tạo ra trong một số giai đọan được gọi là các chất trung gian.

3.1.3 Cơ chế phản ứng

Trang 17

Xác định nồng độ của tác chất phản ứng (sản phẩm) theo thời gian hoặc áp suất tổng của hệ khí.

Trang 18

3.1.4 Phương pháp xác định tốc độ phản ứng

Trang 19

Đối với phản ứng đơn giản , tốc độ phản ứng ở mỗi thời điểm tỷ lệ thuận với tích số nồng độ của các chất tham gia phản ứng

(với số bậc xác định).

3.2.1 Định luật tác dụng khối lượng

3.2 Định luật tác dụng khối lượng

Nội dung

Trang 20

aA + bB  sản phẩm

k

Trang 21

2

1 n B

n

A CkC

dt

dC

W = ± i

(aA + bB = cC + dD)

Trang 22

 Phân tử số là số phân tử tham gia vào một phản ứng sơ cấp.

 Người ta phân biệt phản ứng đơn phân tử, lưỡng phân tử và tam phân tử.

 Phản ứng đơn phân tử là phản ứng trong đó quá trình cơ bản của nó

là sự biến hóa của 1 phân tử.

3.2.2 Phân tử số phản ứng hoá học

Trang 23

Mô hình phản ứng:

aA + bB  sản phẩmTốc độ phản ứng theo định luật tác dụng khối lượng:

2

B

n A

Trang 24

 Bậc phản ứng của một chất: chính là số mũ của chất đó trong phương trình động học

Trang 25

W = − =

kC dt

dC

W = − =

2 2

1 C C

kC dt

dC

3 2

2 1 2

kC dt

Trang 26

Mô hình:

Gọi:

 k : hằng số tốc độ phản ứng

 CAo : nồng độ A ban đầu

 CA: nồng độ tại thời điểm t

3.3 Động học phản ứng đơn giản

3.3.1 Phản ứng một chiều bậc 1

A sản phẩmk

Trang 27

Ví dụ

CH3COCH3  C2H4 + CO + H2N2O5  N2O4 + ½ O2

Trang 29

Phương trình động học của phản ứng bậc 1:

ktC

Cln

Trang 30

Trang 31

0 A

A kt lnC lnC = − +

ktC

Cln

Trang 32

Là thời gian mà nồng độ chất tham gia

phản ứng giảm đi một nửa.

Chu kỳ bán hủy – t1/2

Trang 33

o A

A =

ktC

Cln

Trang 35

Một đồng vị phóng xạ sau 1 giờ phân hủy hết 75% Xác định:

1 Hằng số tốc độ k? (câu 74)

2 Chu kỳ bán huỷ? (câu 75)

3 Thời gian cần thiết phân huỷ 87,5%? (câu 76)

4 Lượng chất phân hủy sau 15 phút? (câu 77)

Bài tập 1

Trang 37

Khảo sát phản ứng bậc nhất:

N2O5 = N2O4 + ½ O2

Biết hằng số tốc độ bằng 0,002 phút-1, hỏi sau 2 giờ

phân huỷ bao nhiêu phần trăm N2O5?

Bài tập 3

ĐS: 21,35%

Trang 38

Khảo sát phản ứng bậc nhất với sự phân huỷ H2O2 Người ta dùng KMnO4 để chuẩn độ cùng thể tích H2O2 ở các thời điểm khác nhau thì thu được kết quả sau:

t, phút 0 10 20 30 VKMnO4, ml 21,6 12,4 7,2 4,1 Xác định k?

Bài tập 4

ĐS: 0,0554 phút-1

Trang 39

Dimetyleter phân hủy theo phản ứng bậc 1 như sau:

(CH3)2O (k) → CH4 (k) + CO (k) + H2 (k)

Ở 25oC, khi áp suất ban đầu của eter là 0,395 atm thì sau 10 giây áp suất của hỗn hợp là 0,4050 atm Tính thời gian cần thiết để áp suất hỗn hợp tăng lên gấp đôi so với ban đầu?

Trang 40

Khảo sát hai mô hình cụ thể sau:

Dạng 1: 2A → Sản phẩm Dạng 2: A + B → Sản phẩm

Trang 41

 CAo : nồng độ A ban đầu

 CA: nồng độ tại thời điểm t

2A sản phẩmk

Trang 42

Ví dụ

H2 + I2  2HI2HI  H2 + I2

Trang 43

Theo định luật tác dụng khối lượng:

2 A

Trang 44

Phương trình động học của phản ứng bậc 2:

kt C

1 C

1

0 A A

=

C

1 C

1

0 A A

Trang 45

Biểu diễn đồ thị

kt C

1 C

1

0 A A

Trang 46

0 A

2 1

Trang 47

Bài tập 6

Khảo sát phản ứng bậc hai có nồng độ như nhau (mô hình 2A  sản phẩm), sau 10 phút xảy ra hết 25% lượng ban đầu Xác định chu kỳ bán huỷ của phản ứng? (câu 78)

Trang 48

Bài tập 7

Phản ứng bậc 2 đơn giản dạng 2A → sản phẩm có thời gian phản ứng hết 40% lượng chất là 10 phút Thời gian để phản ứng hết 60% lượng chất?

Trang 49

Bài tập 8

Trang 50

C

1 C

1

0 A A

k = 0,9814 l/mol.phút

Kết quả

Trang 52

Thời điểm t

CAo CBo

CA CBPhản ứng:

Trang 53

Theo định luật tác dụng khối lượng:

B A

A kC C dt

dC

Trang 54

B A

A kC Cdt

dC

kdt q)

(C C

dC

A A

A = − +

kdt

dC C

1

Trang 55

kt C

C

.C

C ln C

C

1

A

0 B

B

0 A 0

A

0 B

0 A

0 B A

B

C

Clnkt

C

CC

1

Trang 56

A

0 B

0 A

0 B A

B

C

C ln kt

C

C C

(C0B − C0A)k

0 A

0 B

C

C ln

Trang 57

CA = CAo – x

CB = CBo – x

A + B sản phẩmBan đầu

Trang 58

kt C

C

.C

C ln C

C

1

A

0 B

B

0 A 0

A

0 B

C

.(C

C ln C

C

1

o A

0 B

o B

0 A 0

A

0 B

Trang 59

.(C

C ln C

C

1

o A

0 B

o B

0 A 0

A

0 B

x = CAo/2

B

o A

o B 0

C C

−

=

k

t1/2

Trang 60

Bài tập 9

Khảo sát phản ứng thuỷ phân acetate ethyl ở 15,8oC trong dung dịch kiềm natri hydroxyd Biết nồng độ đầu của natri hydroxyd và este lần lượt là 0,02578 mol/l và 0,01211mol/l.

Thực nghiệm xác định lượng este và natri hydroxyd đã phản ứng (x, mol/l) theo thời gian t như sau:

t, giây 224 377 629 816

x, mol/l 0,00322 0,00477 0,00657 0,00757 Xác định hằng số tốc độ của phản ứng bậc hai trên?

Trang 61

Phản ứng thuỷ phân acetate ethyl:

NaOH + CH3COOC2H5 = CH3COONa + C2H5OH (A + B  sản phẩm)

Biết:

l / mol 01211

, 0

C0B =

l / mol 02578

, 0

C0A =

Bài tập 9

Trang 62

0 A

0 B A

B

C

C ln kt

C

C C

C

x lg

C

C ln

B

0 A 0

A

0 B

0 A 0

A

0

C C

C t

2,303 C

C C

C t

1 k

x

−

= 0 A

Trang 63

Kết quả tính toán theo công thức lý thuyết

l / mol ,

Trang 64

0 A

0 B A

B

C

C ln kt

C

C C

Kết quả

Bài tập 9

Trang 65

3A → sản phẩm 2A + B → sản phẩm

Trang 66

Ví dụ

2NO + O2  2NO22NO + Cl2  2NOCl2NO + Br2  2NOBr

Trang 67

Biểu thức tốc độ trong ba trường hợp có thể viết:

3 A

A kC dt

dC

W = − =

B

2 A

A kC C dt

dC

W = − =

C B A

A kC C C dt

dC

Trang 68

Ta chỉ xét trường hợp đơn giản:

0 C

0 B

0

C = =

3 A

Trang 69

Phương trình tốc độ được viết:

1 C

1

2 0 A

2 A

1

2 0 A A

=

−

− x 2

hay

Trang 70

( )0 2 A

1/2

C 2k

Trang 71

Trường hợp tổng quát bậc n, đơn giản các nồng độ đầu bằng nhau, PTĐH có dạng:

( )n i

i k C dt

dC

3.3.4 Phản ứng một chiều bậc n

Trang 72

Phương trình động học tường minh: (n ≠ 1)

( ) ( ) C (n - 1)k.t

1 C

1

1 - n 0 i

1 -

n i

=

−

3.3.4 Phản ứng một chiều bậc n

Trang 73

( ) C ( 1 ) k

1 -

2

0 i n

1 - n 1/2

Trang 75

Phản ứng dây chuyền

Phản ứng nối tiếp

Phản ứng thuận nghịch

Phản ứng phức tạp

Phản ứng song song

3.4 Động học phản ứng phức tạp

3.4.1 Mở đầu

Trang 76

Định nghĩa

3.4.2 Phản ứng thuận nghịch

Trang 77

Khảo sát mô hình phản ứng sau:

t = 0 CAo CBoPhản ứng x x Thời điểm t CA= CAo–x CB= CBo + x

Phản ứng thuận nghịch bậc nhất

Trang 78

B

' A

Trang 79

(C x) (k C x) (kC k C ) (k k )x

k dt

B

'

0 A

0 B

( o

B

'

o A

o B

'

o

)CkkC

(

x)'kk

()CkkC

()

CkkC

(

x)'kk

()CkkC

o B

Trang 80

t = 0 CAo CBoPhản ứng x x Thời điểm t CA= CAo–x CB= CBo + x

Cân bằng: CAo – xCB CBo + xCB

Trang 81

o B

x C

x

C '

k

k K

−

+

=

Trang 82

t)kk

()

CkkC

(

x)'kk

()CkkC

o B

CB

o B

x C

x

C '

k

k K

(x

Trang 86

Trang 87

Phản ứng thuận nghịch bậc hai

Trang 88

C B

' A

Trang 89

o x k' xC

kdt

Trang 90

Phản ứng thuận nghịch bậc hai

Trang 91

( ) ' B C

2 A

Trang 92

k x

C

k dt

Trang 93

Phản ứng song song là phản ứng khi từ một chất hay một số các chất ban đầu phản ứng theo hai hay nhiều hướng khác nhau.

Định nghĩa

3.4.3 Phản ứng song song

Trang 95

Phản ứng song song bậc 1

Là phản ứng từ một chất ban đầu phản ứng theo hai hướng khác nhau, các phản ứng này diễn ra đồng thời, độc lập nhau và bậc 1

Trang 96

Ví dụ

C2H5OH

C2H4 + H2O CH3CHO + H2

k k’

RR’ + CO R’CO + R RR’CO

k k’

KCl + O2 KClO3

KClO4 + KCl

k k’

Trang 97

Trang 98

=

A

C k ' C dt

dC

=

(1)

(2)

Trang 99

(3)Phương trình tốc độ tổng của cả phản ứng:

dt

dC dt

dC

+

= +

=

−

Trang 100

( C

C ln

A

o

A = +

t ) ' k k (

o A

(4)(5)

Trang 101

B

C =

t ) ' k k (

o A

(5)

CB vật chất

Trang 103

B

C =

t ) ' k k

( C

C ln

A o

A = +

Trang 104

Nhận xét

Khi hằng số tốc độ k và k’ khác nhau rất nhiều thì phản ứng chính là phản ứng có tốc độ lớn nhất hoặc phản ứng tạo sản phẩm quan trọng nhất

Trang 106

Trang 107

Ví dụ

Na + ClCN

NaCl + ½ C2N2 NaCN + ½ Cl2

C4H10 2C2H5

2CH4 + C2H2

Trang 108

Phương trình tốc độ:

B A

D kC C dt

dC

=

B A

E k'C Cdt

Trang 109

Phương trình tốc độ tổng quá trình:

B A

E D

B

dt

dCdt

dC

+

=+

Trang 110

B

o A

A

o B o

B

o

C

Cln)CC

.(

t

1)

'kk

(

−

=+

Trang 111

k

'

kC

A

o B o

B

o

C

Cln)CC

.(

t

1)

'kk

(

−

=+

Trang 112

Phản ứng song song bậc trộn lẫn

A + B

Trang 113

Phương trình tốc độ:

B A

B k ' C C dt

dC

=

−

B A

A

A k.C k'.C Cdt

Trang 114

Lấy (2) chia (1) ta được:

B B

C

1.'k

k1

Phản ứng song song bậc trộn lẫn

Trang 115

o B

B B

o B

o A A

C

Cln

.'k

kC

CC

Trang 116

o B

o A B

B

C

Cln

.'k

kC

CC

C'

kdt

Trang 118

Phản ứng song song tiến hành theo sơ đồ sau:

Xác định các hằng số k và k’, biết rằng trong hỗn hợp các sản phẩm phản ứng có 35% chất B, còn nồng độ chất A giảm đi một nửa sau

Trang 119

Định nghĩa

Trang 120

Cho sơ đồ phản ứng đơn giản:

Tại t = 0 thì nồng độ của chất A là C0A; còn chất B và C

k

A  →  →

3.4.4 Phản ứng nối tiếp

Trang 121

Từ sơ đồ phản ứng trên ta có thể viết:

(2’)C

k'dt

kC

)2(k’C

kCdt

dC

)1(kC

dtdC

B C

B A

B

A A

=+

−

=+

=

−

Trang 122

Thay (*) vào (2) ta được:

(*) e

C C

k' dC

C k' e

kC dC

kt 0

A B

B

kt 0

A B

Trang 123

kk'

k'

1

xkk'k

e

e C

C

e e

C C

t k'

kt 0

A C

t k' kt

0 A B

CB 

Trang 124

Khảo sát sự biến thiên nồng độ các chất đầu A, chất trung gian B và sản phẩm cuối C Ta tình được:

2 1

2

1

max

kk

k

klnt

2

k - k k

1

2

0 A max

B

k

kC

Trang 125

Khảo sát phản ứng nối tiếp tiến hành theo sơ đồ sau:

Nồng độ chất B đạt cực đại sau 103 giây, còn nồng độ chất A giảm

đi một nửa sau 160 giây Xác định k và k’?

k

A  →  →

Trang 126

Phương phápHoá học

Phương pháp đo

Phương phápHóa lý

Trang 127

 Đo sự quay cực quang học, nếu trong phản ứng có sự tham gia của chất hoạt động quang học…

Thông số hóa lý

3.5 Phương pháp xác định W-bậc phản ứng

3.5.1 Đo tốc độ phản ứng

Trang 128

Phương pháp tốc độ dạng cơ bản:

m 2

m

n 2

n 1

i kC C C dt

Trang 129

Phương phápchuyển hóa

Phương pháp Van’t HoffPhương pháp nồng độ đầu

3.5.2 Xác định bậc phản ứng

Trang 130

Phương pháp vi phân

2

1 n B

n A

i k' C C dt

dC

W = − =

β là bậc của chất phản ứng có mặt với nồng độ rất nhỏ hay có thể là bậc chung của phản ứng

130

Trang 131

Phương pháp Van’t Hoff:

β A

Lấy LOGARIT hai vế

Khảo sát hai thời điểm t1, t2

t1  W1, CA1t2  W2 , CA2

131

Trang 132

t1 : lnW1 = lnk + βlnCA1 t2 : lnW2 = lnk + βlnCA2 Bậc phản ứng β được xác định bằng phương pháp đại số như sau:

A2 A1 2 1

C

C ln W

W ln

Trang 133

Phương pháp nồng độ đầu

β 0

α

0BkA

W =

β 0

α

' 0

'

0 kA B

β 0

α

'' 0

''

0 kA B

W =

( ) ( '' )

0

' 0

'' 0

' 0 /A A ln

/W W

Trang 134

Câu 101, 102, 103

134

Trang 135

C ln

A

0

A =

kt C

1 C

1

0 A A

=

−

Bậc 1Bậc 2

1

2 0 A

2 A

=

−

Trang 136

Các kết quả sau đây thu được khi tiến hành phân hủy ammoniac trên bề mặt tungsten đun nóng

Áp suất đầu, mmHg 65 105 150 185

t1/2 , s 290 111 54 36 Xác định giá trị hằng số tốc độ của phản ứng trên?

Trang 137

Trong quá trình thủy phân nitrat metyl trong dung dịch nước, người

ta thu được kết quả như sau:

Trang 138

Thời gian bán hủy trong quá trình phân hủy nhiệt N2O lần lượt là

255 giây và 212 giây khi áp suất đầu là 290mmHg và 360mmHg Xác định bậc n và k của phản ứng phân hủy trên?

Trang 139

Khảo sát sự phân huỷ aceton:

CH3COCH3  C2H4 + H2 + CO Theo thời gian phản ứng, áp suất chung của hệ đo được như sau:

t, phút 0 6,5 13 19,9

P, mmHg 312 408 488 562 Xác định bậc và tính hằng số tốc độ của phản ứng trên?

Bài tập 20

Trang 140

Phương pháp chuyển hóa 1/q

PTĐH có dạng

n i

i kC d

1C

11

n

-1

n 1

-n 0i

1 -

n i

Trang 141

Gọi t1/q là thời điểm chuyển hóa 1/q chất tham gia phản ứng, tức là:

q

0i 0i

i

C-C

C =

Phương pháp chuyển hóa 1/q

Thay vào PT trên, ta được:

1/q n

1 1

1 - q

q 1

i

n C

141

Định dạng
Số trang	161
Dung lượng	1,25 MB