chương 1 động học các phản ứng hóa học đồng thể

Phương trình động học phản ứng... Phương trình động học phản ứng... Trên cơ sở đó có... xem phương trình nào có giá trị hằng số tốc độ không thay đổi, thì bậc phản ứng với phươ

Trang 1

Giáo viên : Trần Minh Hải

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HÒA

Trang 2

Chương 1 : Động học các phản ứng hóa học đồng thể

Những khái niệm cơ bản

Phương pháp thực nghiệm đo tốc độ phản ứng, xác

định bậc, và hằng số tốc độ phản ứng

Phương pháp thực nghiệm đo tốc độ phản ứng, xác

định bậc, và hằng số tốc độ phản ứng

1.4

Trang 3

1.1 những khái niệm cơ bản

a

Định nghĩa :

Đại lượng cho biết diễn

biến nhanh, chậm của

phản ứng.

-Được xác định bằng

thực nghiệm đo độ giảm

số mol chất đầu hoặc độ

tăng số mol sản phẩm

1.1.1 Tốc độ phản ứng

Biểu thức tính :

Xét phản ứng

Trang 4

1.1.2 Định luật tác dụng khối lượng

Nghiên cứu thực nghiệm chứng minh

Đối với các phản ứng khác nhau thì

đường cong biểu diễn sự phụ thuộc

này khac nhau

V = k x [A]n1 x [B]n2

Mô tả ảnh hưởng của nồng độ lên tốc

độ phản ứng

K : là hằng số tốc độ của phản ứng

Trang 5

1.1.3 Phân loại động học các phản ứng

-số phân tử tương tác đồng

thời với nhau để trực tiếp gây

ra biến đổi hóa học trong một

phản ứng cơ bản

Phản ứng đơn phân tử:

I2 → 2IPhản ứng lưỡng phân tử:

2HI → I2 + H2

-số phân tử tương tác đồng

thời với nhau để trực tiếp gây

ra biến đổi hóa học trong một

phản ứng cơ bản

Phản ứng đơn phân tử:

I2 → 2IPhản ứng lưỡng phân tử:

2HI → I2 + H2

a Phân tử số phản ứng

Trang 6

Trang 7

-Nếu n = 0 thì , khi đó phản ứng là bậc không

-Nếu n = 1 thì , khi đó

phản ứng là bậc nhất (đối với A)

phản ứng là bậc 2 (bậc nhất đối với A, B)

-Nếu n = 3 → Phản ứng

-Nếu n = 0 thì , khi đó phản ứng là bậc không

phản ứng là bậc nhất (đối với A)

phản ứng là bậc 2 (bậc nhất đối với A, B)

-Nếu n = 3 → Phản ứng

b Bậc phản ứng

Phương trình tổng quát có

k B

A

k

v = 1. 2 = 1+ 2 = =

Trang 8

1.2.1- PHẢN ỨNG BẬC NHẤT

a Định nghĩa:

- Phản ứng mà vận tốc của nó phụ thuộc bậc nhất vào nồng độ.

b Phương trình động học phản ứng

Trang 9

1.2.1 PHẢN ỨNG BẬC NHẤT

[A] 0 = a : nồng độ ban đầu [A] = a - x : nồng độ thời điểm t

d[A]

[A] = k dt d[a - x]

[a - x] = k dt d[x]

= k dt

Trang 10

d[x]

[a - x] = k dt

ln [a - x] = kt + C thời điểm t = 0 thì x = 0, C = ln a

ln [a - x] = kt + ln a Phương trình động học phản ứng bậc nhất

Trang 11

c Thời gian bán huỷ, chu kỳ bán huỷ, thời gian nửa phản ứng (half-life)

Thời gian để nồng độ chất phản ứng giảm một nửa, ký hiệu t 1/2

ln [a - x] = kt + ln a thời điểm t 1/2 thì x = ½ a

ln 2 k

t 1/2 =

0,693 k

t 1/2 =

Trang 12

Ví dụ

0,693

14 C phân huỷ theo phản ứng bậc nhất, có hằng số vận tốc bằng 1,21 x 10 -4 y -1

Tính thời gian bán huỷ của một miếng 14 C.

k

t 1/2 =

0,693 1,21 x 10 -4 y -1

t 1/2 = = 5727 years

Trang 13

Bài tập tự giải 1 :

Giả sử rằng sinh viên sẽ quên một nửa những gì đã được học sau 6 tháng nếu không ôn tập, một sinh viên năm I bắt đầu học môn học mà không có điều kiện để ôn tập Hỏi sau khi tốt nghiệp đại học (5 năm) bao nhiêu những gì đã được học mà sinh viên này còn nhớ Coi sự quên như là quá trình bậc I.

Trang 14

Cho biết đồng vị phóng xạ 14

6 C có chu kỳ bán rã là 5727 năm, sự phân rã phóng xạ này là quá trình bậc nhất Một bộ xương người được phát hiện có hàm lượng

14

6 C giảm chỉ còn 1% so với thời điểm ban đầu của nó Người này sống các đây bao nhiêu năm?

Trang 15

Bài tự giải 3

Thời gian bán huỷ của một phản ứng là 2,6 năm, tác chất có nồng độ ban đầu là 0,25 M nồng độ tác chất này bằng bao nhiêu sau 9,9 năm nếu phản ứng là bậc 1.

Trang 16

Sự phân huỷ N2O5: 2N2O5 2N2O4 + O2 tuân

theo quy luật động học của phản ứng bậc 1 với Hỏi có bao nhiêu %N2O5 bị

phân huỷ sau 2 giờ?

( )1 002

,

= ph k

Trang 17

Sự thải một loại kim loại nặng ra khỏi cơ thể là bậc I và có thời gian bán huỷ là 60 ngày Một người cân nặng

75 kg bị ngộ độc 6,4 x 10-3 grams kim loại nặng Hỏi

phải mất bao nhiêu ngày để mức kim loại nặng của

người này về mức bình thường ( bình thường 23 ppb theo thể trọng).

Trang 18

Thời gian bán huỷ của một phản ứng là 726 s, tác chất có nồng độ ban đầu là 0,6 M nồng độ tác chất này

bằng bao nhiêu sau 1452 s nếu phản ứng là bậc 1 Hỏi mất thời gian bao lâu thì nồng độ tác chất còn 0,1 M.

Trang 19

1.2.2 PHẢN ỨNG BẬC HAI

a Định nghĩa:

- Phản ứng mà vận tốc của nó phụ thuộc bậc hai vào nồng độ.

b Phương trình động học phản ứng

Trang 20

d[A]

[A][B] = k dt d[a - x]

[a - x] 2 = k dt

d[x]

[a - x] 2 = k dt

[A] 0 = [B] 0 = a : nồng độ ban đầu

[A] = [B] = a - x : nồng độ thời điểm t

Trang 21

d[x]

[a - x] 2 = k dt

thời điểm t = 0 thì x = 0, C = 1/a

Phương trình động học phản ứng bậc hai

1 [a - x] = kt + C

1 [a - x] = kt +

1 a

Trang 22

c Thời gian bán huỷ, chu kỳ bán huỷ, thời gian nửa phản ứng (half-life)

Thời gian để nồng độ chất phản ứng giảm một nửa, ký hiệu t 1/2

thời điểm t 1/2 thì x = ½ a

1

t 1/2 =

1 [a - x] = kt +

1 a

Trang 23

B Phương trình động học phản ứng trường hợp a ≠b

A + B C + D

V = d[A]

dt = k [A][B]

[A] 0 = a : nồng độ ban đầu

[A] = a - x : nồng độ thời điểm t

d[a - x]

[a - x][b - x] = k dt

[B] 0 = b : nồng độ ban đầu

[B] = b - x : nồng độ thời điểm t

Trang 24

d[x]

[a - x][b - x] = k dt

1 [a - x][b - x] =

M [a - x] +

N [b - x]

=

M [a - x] +

N [b - x] [a - x][b - x]

(Mb + Na) – (M + N)x

(Mb + Na) = 1 (M + N) = 0

Mb - Ma = 1

N = - M

M = 1/(b – a)

N = - 1/(b – a)

Trang 25

b

x

a b

a

x

b a

Trang 26

Sự thuỷ phân etyl axetat bằng xút là phản ứng bậc 2.

Sự biến thiên lượng etyl axetat và xút thao thời gian dưới đây:

0,5638 0,4866 0,4467 0,4113 0,38790,3114 0,2342 0,1943 0,1589 0,1355

4Tính giá trị trung bình của hằng số tốc độ phản ứng ?

Trang 29

1.3 Động học các phản ứng đồ thể

phức tạp

1.3.1 Phản ứng thuận nghịch

Phản ứng thuận nghịch bậc 1

Trang 30

1.3 Động học các phản ứng đồng thể

phức tạp

=> Tốc độ phản ứng chung

k dt

dx dt

dx v

Trang 31

phức tạp

1 ln

k

α α

K

Ka t

k

1

ln

1

2 1

+

−

= +

Trang 32

phức tạp

1.3.2 Phản ứng Nối tiếp (Đọc tài liệu)

1.3.3 Phản ứng song song (Đọc tài liệu)

Trang 33

1.4 Phương pháp thực nghiệm đo tốc độ phản ứng, xác định bậc, và hằng số tốc độ phản ứng

1.4.1 Phương pháp đo tốc độ phản ứng

- Ðể tìm phương trình tốc độ, người ta sử dụng phương pháp qui ước xác định sự biến thiên nồng độ của một chất hoặc một

số chất tham gia phản ứng theo thời gian Trên cơ sở đó có

Trang 34

1.4.2 Xác định bậc phản ứng

1.4.2.1 Phương pháp thế

- Nguyên tắc: Xác định biến thiên nồng độ của chất nào đó ở thời điểm khác nhau, rồi lấy giá trị thực nghiệm thu được thế vào các dạng phương trình của phản ứng bậc 0, 1, 2, 3

xem phương trình nào có giá trị hằng số tốc độ không thay

đổi, thì bậc phản ứng với phương trình đó

- Trường hợp không tìm thấy một phương trình cho giá trị k không đổi, thì phản ứng nghiên cứu là phản ứng phức tạp,

tìm cách thích hợp để xác định

Trang 35

1.4.2.1 Phương pháp thế

Ví dụ: Phản ứng xà phòng hóa metyl axetat bằng NaOH ở 298K xảy ra như

Trang 36

1.4.2.2 Phương pháp đồ thị

- Nguyên tắc của phương pháp này là xây dựng đồ thị sự phụ thuộc của nồng độ vào thời gian C = f(t) Tìm xem dạng nào của hàm số cho đường biểu diễn là đường thẳng, thì bậc của phản ứng phải tìm ứng với dạng hàm số đó

Trang 37

1.4.2.2 Phương đồ thị

a Phản ứng bậc nhất

303 ,

2

lg

lg a − x = a − k t

lga

a

303 , 2

k α

tg = −

Trang 38

1.4.2.2 Phương đồ thị

b Phản ứng bậc hai

Trang 39

1.4.2.3 Phương pháp nồng độ đầu

x a

.

k dt

n / /

o

a lg a

lg

v

lg a

a v

Trang 40

1.4.2.4 Phương pháp chu kỳ bán hủy

Đối với phản ứng bậc 1:

const k

693 ,

0 t

− +

=

Trang 41

1.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên tốc độ phản ứng

Nhiệt độ có ảnh hưởng rõ rệt lên tốc độ phản ứng hóa học Đối với hầu hết phản ứng khi tăng nhiệt độ thì tốc độ phản ứng tăng

Tuy nhiên, nhiệt độ có ảnh hưởng khác nhau lên tốc độ phản ứng Hình vẽ 1.7 làm sáng tỏ điều đó

Trang 42

1.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên tốc độ phản ứng

Trang 43

Sự tăng nhiệt độ sẽ làm tăng tốc độ phản ứng

v 2

Một quy luật định lượng đơn giản được Van Hoff đưa ra từ thực nghiệm:

“Ở khoảng nhiệt độ gần nhiệt độ phòng, nếu tăng nhiệt độ phản ứng thêm 10 0 C thì tốc độ phản ứng tăng từ 2 đến 4 lần”.

Ký hiệu gama (γ = 2 đến 4, là hệ số nhiệt độ của vận tốc phản ứng).

Trang 44

1.5.2 - Phương trình Arrhenius

Vận tốc phản ứng tuỳ thuộc nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng các phân tử chuyển động nhanh và va chạm nhiều, động năng tăng Vì thế, phần va đụng hiệu quả để vượt qua hàng rào năng lượng hoạt hoá cũng tăng theo nhiệt độ.

năm 1889, Svante Arrhenius đưa ra công thức toán về mối liên hệ giữa T và k

k = A e -Ea/RT

Ea = năng lượng hoạt hoá.

R = 8,314 J/mol.K.

T = nhiệt độ tuyệt đối Kelvins.

A là hệ số lệ thuộc vận tốc va chạm và hệ số định hướng không gian.

Trang 45

1.5.2 - Phương Trình Arrhenius

Lấy logarithm tự nhiên hai vế của k = A x e -Ea/RT

1 T

T T

k 1 k

Định dạng
Số trang	45
Dung lượng	0,91 MB