skkn ĐỘNG hóa học và xúc tác bồi DƯỠNG học SINH GIỎI

SƠ LƯỢC LÝ LỊCH KHOA HỌC I THÔNG TIN CHUNG VỀ CÁ NHÂN Họ tên: NGUYỄN NGỌC BẢO TRÂN Ngày tháng năm sinh: 21 – 02 – 1983 Nam, nữ: Nữ Địa chỉ: 59/65A – đường Phan Đình Phùng – phường Quang Vinh – TP Biên Hoà – Tỉnh Đồng Nai Điện thoại: 0613828107 (CQ); ĐTDĐ: 0985945157 Fax: E-mail: baotranltv@gmail.com Chức vụ: Giáo viên Đơn vị công tác: Trường THPT chuyên Lương Thế Vinh II TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO - Học vị (hoặc trình độ chuyên môn, nghiệp vụ) cao nhất: Thạc sĩ - Năm nhận bằng: 2011 - Chuyên ngành đào tạo: Lý luận phương pháp dạy học Hoá học III.KINH NGHIỆM KHOA HỌC - Lĩnh vực chuyên môn có kinh nghiệm: Hoá học Số năm có kinh nghiệm: năm - Các sáng kiến kinh nghiệm có năm gần đây: + Nhiệt động hoá học + Amino axit peptit + Lý thuyết cân hoá học + Cấu tạo nguyên tử liên kết hoá học + Gluxit Tên sáng kiến kinh nghiệm: ĐỘNG HÓA HỌC VÀ XÚC TÁC BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Vấn đề đào tạo học sinh giỏi nhiệm vụ quan trọng, trường trung học phổ thông chuyên Tuy nhiên, giáo trình dành cho chương trình chuyên không nhiều nên giáo viên học sinh gặp không khó khăn trình dạy học Xuất phát từ thực tế biên soạn chuyên đề góp phần việc giảng dạy cho học sinh chuyên Hoá Đây chuyên đề cá nhân nên không tránh khỏi hạn chế định, mong nhận đóng góp ý kiến quý thấy cô giáo II TỔ CHỨC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI II.1 Cơ sở lý luận II.1.1 Bồi dưỡng học sinh giỏi Hoá học bậc trung học phổ thông II.1.1.1 Bồi dưỡng học sinh giỏi phát hiện, đào tạo nhân tài cho đất nước Trong công cải cách giáo dục nay, việc phát đào tạo học sinh giỏi để tạo đà phát triển nhân tài cho đất nước nhiệm vụ quan trọng bậc THPT Vì người giáo viên môn cần có nhiệm vụ phát hiện, bồi dưỡng học sinh giỏi môn Công việc mẻ, gặp nhiều khó khăn mang nét đặc thù II.1.1.2 Những lực phẩm chất học sinh giỏi Hoá học Có lực tiếp thu kiến thức có kiến thức vững vàng, sâu sắc, hệ thống Biết vận dụng linh hoạt, sáng tạo kiến thức vào tình Có lực tư sáng tạo, suy luận logic Biết phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hoá vấn đề, có khả sử dụng linh hoạt phương pháp tư duy: quy nạp, diễn dịch, loại suy… Có kỹ thực nghiệm tốt, có lực phương pháp nghiên cứu khoa học hoá học Biết nêu lý luận cho tượng xảy thực tế, biết cách dùng thực nghiệm để kiểm chứng lại lý luận biết cách dùng lý thuyết để giải thích tượng kiểm chứng II.1.1.3 Một số biện pháp phát bồi dưỡng học sinh giỏi Hoá học a) Một số biện pháp phát học sinh có lực trở thành học sinh giỏi Hoá học Làm rõ mức độ đầy đủ, xác kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo theo tiêu chuẩn kiến thức, kỹ chương trình sách giáo khoa Làm rõ trình độ nhận thức mức độ tư học sinh nhiều biện pháp nhiều tình lý thuyết thực nghiệm để đo mức độ tư học sinh Đặc biệt đánh giá khả vận dụng kiến thức cách linh hoạt, sáng tạo Soạn thảo lựa chọn số dạng tập đáp ứng hai yêu cầu để phát học sinh có lực trở thành học sinh giỏi Hoá học b) Một số biện pháp trình bồi dưỡng học sinh giỏi Hoá học Hình thành cho học sinh kiến thức bản, vững vàng, sâu sắc Đó lý thuyết chủ đạo, định luật bản, quy luật môn Hệ thống kiến thức phải phù hợp với logic khoa học, logic nhận thức đáp ứng đòi hỏi phát triển nhận thức cách hợp lý Rèn luyện cho học sinh vận dụng lý thuyết chủ đạo, định luật, quy luật môn học cách linh hoạt, sáng tạo sở chất hoá học vật, tượng Rèn luyện cho học sinh dựa chất hoá học, kết hợp với kiến thức môn học khác chọn hướng giải vấn đề cách logic gọn gàng Rèn luyện cho học sinh biết phán đoán (quy nạp, diễn dịch…) cách độc đáo, sáng tạo giúp cho học sinh hoàn thành làm nhanh hơn, ngắn gọn Huấn luyện cho học sinh biết tự đọc có kỹ đọc sách, tài liệu Người giáo viên môn phải thường xuyên sưu tầm tích luỹ tài liệu môn, cập nhật hoá tài liệu hướng dẫn học sinh tự học, tự nghiên cứu xem biện pháp thiếu việc bồi dưỡng học sinh giỏi II.1.2 Bài tập hoá học II.1.2.1 Vai trò, mục đích tập hoá học Bài tập hoá học vừa mục tiêu, vừa mục đích, vừa nội dung vừa phương pháp dạy học hữu hiệu cần quan tâm, trọng học Nó cung cấp cho học sinh kiến thức, niềm say mê môn mà giúp học sinh đường giành lấy kiến thức, bước đệm cho trình nghiên cứu khoa học, hình thành phát triển có hiệu hoạt động nhận thức học sinh Bằng hệ thống tập thúc đẩy hiểu biết học sinh, vận dụng sáng tạo hiểu biết vào thực tiễn, yếu tố trình phát triển xã hội, tăng trưởng kinh tế nhanh bền vững II.1.2.2 Phân loại tập hoá học Dựa theo nhiều sở chia tập hoá học thành nhiều loại nhỏ để học sinh dễ nắm bắt ghi nhớ TỔNG QUÁT VỀ BÀI TẬP HÓA HỌC Bài tập tổng hợp Bài tập đơn giản Bài tập định tính Nghiên cứu tài liệu Bài tập định lượng Bài tập định tính có nội dung thực nghiệm Hoàn thiện kiến thức kỹ Kiểm tra đánh giá Nghiên cứu tài liệu Bài tập định lượng có nội dung thực nghiệm Hoàn thiện kiến thức kỹ Kiểm tra đánh giá II.1.2.3 Tác dụng tập hoá học việc dạy học nói chung việc bồi dưỡng học sinh giỏi Hoá học nói riêng a) Bài tập hoá học có tác dụng sau: - Làm xác khái niệm định luật học - Giúp học sinh động, sáng tạo học tập, phát huy khả suy luận, tích cực học sinh - Ôn tập, củng cố hệ thống hoá kiến thức - Kiểm tra kiến thức, rèn luyện kỹ học sinh - Rèn luyện phát triển tư cho học sinh b) Ngoài tác dụng chung trên, việc bồi dưỡng học sinh giỏi Hóa học, tập hóa học có tác dụng sau : - Là phương tiện để ôn luyện, kiểm tra, đánh giá nắm bắt kiến thức cách chủ động, sáng tạo - Là đường nối liền kiến thức thực tế lý thuyết tạo thể hoàn chỉnh thống biện chứng trình nghiên cứu - Phát triển lực nhận thức, tăng trí thông minh, phương tiện để học sinh tiến tới đỉnh vinh quang, đỉnh cao tri thức II.1.3 Nội dung kiến thức hoá học thường đề cập kỳ thi học sinh giỏi quốc gia A/ Lý thuyết đại cương - Cấu tạo nguyên tử, liên kết hoá học Sự lai hoá obitan - Lý thuyết điện ly Dung dịch.tính tan chất, loại công thức tính nồng độ Các phản ứng axít - bazơ, loại thị quỳ tím, phennolphtalein - Tích số tan, số cân axít – bazơ Tính pH , Ka , Kb - Các định luật chất khí: Định luật Avogađrô, tỷ khối … - Phản ứng oxi hoá -khử, dãy điện hoá, oxi hoá -khử, sức điện động thành lập pin - Các loại mạng tinh thể - Lý thuyết phản ứng hoá học : Cân hoá học, hiệu ứng nhiệt, nhiệt tạo thành, nhiệt đốt cháy, nhiệt hoà tan, lượng mạng lưới tinh thể, lượng liên kết, tốc độ phản ứng - Năng lương tự Gibbs, chu trình Bocnơ-habơ, định luật Hess - Hạt nhân nguyên tử - Hiện tượng phóng xạ, đồng vị phóng xạ, phản ứng hạn nhân - Chu kỳ bán huỷ, độ phóng xạ, phân rã hạn α, β, γ B/ Hoá học vô (hoá học ngưyên tố) - Các nguyên tố halogen, nguyên tố oxi, lưu huỳnh, nitơ, phốt pho, cacbon - Các hơp chất đơn giản, thông dụng nguyên tố - Kim loại kiềm, kiềm thổ, nhôm, sắt, đồng, chì, crôm, kẽm, thuỷ ngân - Các hợp chất đơn giản, thông dụng chúng - Nhận biết chất vô C/ Hoá hưũ - Danh pháp :Tên quốc tế, tên thông thường - Hiệu ứng cấu trúc: Hiệu ứng cảm ứng, hiệu ứng liên hợp, hiệu ứng siêu liên hợp - Đồng đẳng, đồng phân, lập công thức phân tử, công thức cấu tạo - Hoá lập thể chất hữu - Cấu trúc tính chất vật lý - Phản ứng Hữu chế phản phản ứng - Xác định cấu tạo chất hữu - Tổng hợp hữu - Phân tích định tính, định lượng phương pháp đơn giản - Thuyết cấu tạo hoá học, định luật Raum, tỉ khối II.2 Nội dung, biện pháp thực giải pháp đề tài a) Nội dung đề tài CHƯƠNG 1: ÁP DỤNG ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA ĐỘNG HỌC CHO CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN 1.1 PHẢN ỨNG BẬC NHẤT 1.2 PHẢN ỨNG BẬC HAI 1.3 PHẢN ỨNG BẬC BA 1.4 PHẢN ỨNG BẬC KHÔNG 1.5 PHẢN ỨNG BẬC N (N # 1) 1.6 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG VÀ XÁC ĐỊNH BẬC PHẢN ỨNG 1.6.1 Đo tốc độ phản ứng 1.6.2 Xác định bậc phản ứng 1.6.2.1 Phương pháp vi phân 1.6.2.2 Phương pháp tích phân (hay phương pháp thay thế) 1.6.2.3 Phương pháp thời gian chuyển hóa 1/q phần chất phản ứng CHƯƠNG 2: ÁP DỤNG ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA ĐỘNG HỌC CHO PHẢN ỨNG PHỨC TẠP 2.1 PHẢN ỨNG THUẬN NGHỊCH 2.1.1 Phản ứng thuận nghịch bậc 2.1.2 Phản ứng thuận nghịch phức tạp 2.2 PHẢN ỨNG SONG SONG 2.2.1 Phản ứng song song bậc 2.2.2 Phản ứng song song bậc hai 2.2.3 Phản ứng song song với bậc trộn lẫn 2.3 PHẢN ỨNG NỐI TIẾP 2.4 PHƯƠNG PHÁP NỒNG ĐỘ ỔN ĐỊNH VÀ CƠ CHẾ CỦA PHẢN ỨNG PHỨC TẠP CHƯƠNG 3: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG 3.1 ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG – ĐỊNH LUẬT TÁC DỤNG KHỐI LƯỢNG 3.1.1 Định luật tác dụng khối lượng (Định luật Gunbe (Guldberfg) – Vagơ (Waage)) 3.1.2 Phân tử số - Bậc phản ứng 3.2 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG – PHƯƠNG TRÌNH ARRHENIUS 3.3 ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG 3.3.1 Khái niệm 3.3.2 Phân loại 3.3.3 Sơ lược vai trò chất xúc tác dương CHƯƠNG 4: MỘT SỐ BÀI TẬP MINH HỌA b) Biện pháp thực giải pháp đề tài - Nghiên cứu lý luận: + Nghiên cứu lý luận mục đích, yêu cầu, biện pháp phát bồi dưỡng học sinh giỏi Hóa học + Nghiên cứu lý luận việc xây dựng hệ thống lý thuyết tập phần “Động hoá học xúc tác” + Tìm hiểu tài liệu có liên quan đến đề tài: Sách, nội dung chương trình, tài liệu giáo khoa chuyên Hóa học, đề thi Hóa học nước quốc tế - Nghiên cứu thực tiễn + Tìm hiểu thực tiễn giảng dạy bồi dưỡng học sinh khá, giỏi lớp chuyên, chọn Hóa học nhằm phát vấn đề nghiên cứu + Trao đổi kinh nghiệm với giáo viên có nhiều kinh nghiệm bồi dưỡng học sinh khá, giỏi, … - Thực nghiệm sư phạm: Nhằm đánh giá hệ thống tập sưu tầm, biên soạn áp dụng vào thực tế giảng dạy, bồi dưỡng học sinh giỏi để dự thi học sinh giỏi cấp tỉnh cấp quốc gia III HIỆU QUẢ CỦA ĐỀ TÀI Về lí luận Bước đầu sáng kiến kinh nghiệm xác định góp phần xây dựng hệ thống lý thuyết tập “Động hoá học xúc tác” tương đối phù hợp với yêu cầu mục đích bồi dưỡng học sinh giỏi Hóa học trường phổ thông giảng dạy lớp chuyên Về mặt thực tiễn Nội dung sáng kiến kinh nghiệm giúp giáo viên có thêm nhiều tư liệu bổ ích việc giảng dạy lớp chuyên bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi IV ĐỀ XUẤT, KHUYẾN NGHỊ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG Đối với Sở giáo dục nhà trường - Tổ chức nhiều đợt tập huấn báo cáo chuyên đề dạy chuyên có chất lượng cao áp dụng vào giảng dạy cho học sinh lớp chuyên - Khuyến khích tạo điều kiện để giáo viên đầu tư soạn giảng tài liệu dạy chuyên có chất lượng hiệu cao Đối với giáo viên - Luôn tự học tập để nâng cao trình độ chuyên môn nhằm đáp ứng với yêu cầu soạn giảng giảng dạy lớp chuyên - Đầu tư soạn giảng tài liệu giảng dạy cho lớp chuyên V TÀI LIỆU THAM KHẢO Bài tập Hóa học đại cương vô - Nguyễn Duy Ái, Đào Hữu Vinh - NXB Giáo dục, 2003 Đề thi học sinh giỏi Quốc Gia từ năm 1996 đến 2010 Hóa lý tập (Động học xúc tác) - PGS Trần Khắc Chương, PGS Mai Hữu Khiêm - Trường ĐH Bách Khoa TP HCM, 1999 Giáo trình Động học xúc tác - Trần Khắc Chương - Trường ĐH Bách Khoa TP.HCM, 1979 Một số vấn đề chọn lọc Hóa học Tập I - Nguyễn Duy Ái, Nguyễn Tinh Dung, Trần Thành Huế, Trần Quốc Sơn, Nguyễn Văn Tòng - NXB Giáo dục, 2004 Tài liệu giáo khoa chuyên Hóa học 10 - Đào Hữu Vinh, Nguyễn Duy Ái - NXB Giáo dục, 2002 NGƯỜI THỰC HIỆN NGUYỄN NGỌC BẢO TRÂN 10 Bài (HSG Quốc gia 1999) Thực nghiệm cho biết 250C, tốc độ tiêu thụ NO phản ứng 2NO (k) + Cl2(k) → 2NOCl(k) (1) 3,5.10-4 mol.l-1.s-1 Hãy tính tốc độ (ở 298K) a) phản ứng (1) b) tiêu thụ khí Cl2 c) tạo thành NOCl Giải dCCl2 dC NO dC =− = + NOCl dt dt dt ν pứ ν tiêu thụ NO =− a ν pứ = + = dC NO = - 3,5.10-4 mol.l-1.s-1 dt 3,5.10-4 = 1,75.10-4 mol.l-1.s-1 b ν tiêu thụ Cl = dCCl2 dt c ν tạo thành NOCl = = - ν pứ = - 1,75.10-4 mol.l-1.s-1 dC NOCl = 2ν dt pứ = 3,5.10-4 mol.l-1.s-1 Bài (HSG Quốc gia 2001) Phản ứng S2O82 - + 2I- → 2SO42 - + I2 (1) khảo sát thực nghiệm sau: Trộn dung dịch KI với dung dịch hồ tinh bột dung dịch S2O32 - , sau thêm dung dịch S2O82 – vào dung dịch Các dung dịch có nồng độ ban đầu thích hợp Viết phương trình phản ứng xảy ra; dung dịch từ không màu chuyển sang màu xanh lam? Người ta thu số liệu sau đây: Thời gian thí nghiệm (theo Nồng độ I- (theo mol.l- giây) ) 1,000 20 0,752 50 0,400 80 0,010 Dùng số liệu đó, tính tốc độ trung bình phản ứng (1)? 60 Giải S2O82 - + 2I- → 2SO42 - + I2 (1) Sau I2 giải phóng bị S2O32 – khử 2S2O32 – + I2 → S4O62 – + 2I- (2) Khi hết S2O32 – I2 giải phóng từ (1) tác dụng với hồ tinh bột làm cho dung dịch xuất màu xanh lam Từ (1) suy + Hồ tinh bột (dạng amilozơ) ν pứ (3) Phân tử I2 ∆C I − C1 − C2 = ∆t t − t1 =− ν1=  − 0,752  −3   = 6,2.10  20 −  ν2=  − 0,4  −3   = 6.10  50  ν3=  − 0,01  −3   = 6,1875.10  80  ν pứ `“Hợp chất bọc” màu xanh lam đặc trưng = ν1 +ν +ν = 6,129.10 −3 mol / l.s Bài (HSG Quốc gia 2002) Tại 250C phản ứng 2N2O5(k) → 4NO2(k) + O2(k) có số tốc độ k = 1,8.10 -5 s1 ; biểu thức tính tốc độ phản ứng ν = k C N O Phản ứng xảy bình kín thể tích 20,00 lít không đổi Ban đầu lượng N2O5 cho vừa đầy bình Ở thời điểm khảo sát, áp suất riêng N2O5 0,070 atm Giả thiết khí khí lý tưởng Tính tốc độ: a) tiêu thụ N2O5 b) hình thành NO2 ; O2 Tính số phân tử N2O5 bị phân tích sau 30 giây? 61 Nếu phản ứng có phương trình N 2O5(k) → 2NO2(k) + 1/2O2(k) trị số tốc độ phản ứng, số tốc độ phản ứng có thay đổi không? Giải thích Giải ν pư = k.C N O (1) dC N2O5 dC NO2 dCO2 = = dt dt dt =- n P 0, 07 −3 PV = nRT ⇒ C N O = V = RT = 0, 082.298 = 2,8646.10 mol/l ⇒ ν pư ⇒ ν tiêu thụ ⇒ ν tạo thành (NO2) = ⇒ ν tạo thành (O2) = = 1,8.10-5.2,8646.10-3 = 5,16.10-8 mol/l.s dC N2 O5 (N2O5) = = - 2ν pứ = - 2.5,16.10-8 = - 1,032.10-7 mol/l.s dt dC NO2 dt dCO2 dt = 4ν pứ = 4.5,16.10-8 = 2,064.10-7 mol/l.s = ν pứ = 5,16.10-8 mol/l.s N N2O5 = n N 2O5 N ; mà n = ⇒ NN O = − dC N 2O5 dt dC ∆C ∆t Vbình = − N 2O5 t Vbình ∆t dt t Vbình N0 = 1,032.10-7.30.20.6,023.1023 ≈ 3,7.1019 phân tử ν pư, k không đổi (tại nhiệt độ T xác định) k phụ thuộc vào nhiệt độ Theo (1) k không đổi, C N O không đổi ν pư không đổi Bài (HSG Quốc gia 2002 – vòng 2) 1) Phản ứng phân hủy N2O5 nhiệt độ T: 2N2O5 → 4NO2 + O2 (1) Nồng độ N2O5 biến đổi theo thời gian sau: Thời gian, s 200 400 600 1000 [N2O5], mol/l 0,11 0,073 0,048 0,032 0,014 a) Phản ứng (1) phản ứng bậc không? b) Tính số tốc độ phản ứng? 62 2) Phản ứng phân hủy N2O5 pha khí phản ứng bậc Hằng số tốc độ (HSTĐ) phản ứng 4,8.10-4 s-1 Phản ứng thực phòng kín Ở thời điểm t = phòng có N 2O5, P0 = 66,75kPa Tính áp suất bình thời điểm t = 10 phút? 3) Ở 298K, HSTĐ phản ứng phân hủy khí N2O5 3,38.10-5 s-1, HSTĐ phản ứng phân hủy N2O5 lỏng 4,47.10-5 s-1 Hãy giải thích khác biệt này? Giải t 1.a Nếu (1) bậc k = ln C0 C Thời gian (s) 200 -1 k (s ) 2,05.10-3 Vì k = const => phản ứng (1) bậc b k = 400 2,07.10-3 600 2,06.10-3 1000 2,06.10-3 k1 + k + k3 + k = 2,06.10 −3 s −1 Cách 2: Dạng đồ thị ln C0 = f(t) lnC = f(t) C t (s) [N2O5] (mol/l) ln C0 C 0,11 200 400 0,073 0,048 600 0,032 1000 0,014 0,41 1,23 2,06 0,83 lnC -2,2 -2,61 -3,04 -3,44 -4,27 Từ đồ thị ta thấy đường biểu diễn đường thẳng => Phản ứng bậc ln ln C C0 C 2-3 -4 200 ln 400 600 800 200 t(s) C0 P (N O ) 66,75 = kt = ln => ln = 4,8.10 −1.10.60 (s) C P ( N 2O5 ) P ( N 2O5 ) => P(N2O5) = 50,05 kPa 2N2O5 t = 0: → 4NO2 + O2 66,75 (kPa) 63 400 600 800 1000 t(s) t = 10’: 50,05 33,4 8,35 (kPa) => Ptoàn phần = 91,8 kPa k = A.e − E a / RT Nhiệt độ không đổi, khác giá trị k khác lượng hoạt hóa gây Bài (HSG Quốc gia 2003) + H Cho: CH3COCH3 (A) + I2 (B)  → CH3COCH2I (E) + HI (F) Biết phản ứng bậc A H + Mặt khác, thực nghiệm cho thấy trình phản ứng có tạo chất trung gian CH3 C CH2 CH3 C CH3 + OH OH Từ người ta nêu giả thiết phản ứng xảy qua giai đoạn a) Viết phương trình biểu diễn định luật tốc độ phản ứng cho biết thứ nguyên (đơn vị) số tốc độ phản ứng? b) Viết biểu thức biểu diễn tốc độ phản ứng qua: ν tiêu hao (A), (B) ; ν tạo thành (E), (F)? c) Viết phương trình biểu diễn giai đoạn phản ứng Giai đoạn định tốc độ phản ứng? Hãy chứng minh chế nêu phù hợp với phương trình viết câu a)? d) Nếu C bđ A, B, H+ 0,1M, sau 30 phút, nồng độ A giảm bớt 15% so với Cbđ ν tạo thành HI thời điểm 30 phút 3,47.10 -5 mol/l.phút Tính số tốc độ phản ứng? Giải a ν pứ = k CA CH+ Thứ nguyên k = b ν = − ν C A C H + mol l phút = = l.mol −1 phút −1 mol mol l l dC I dC E dC F dC A =− = = dt dt dt dt 64 ν tiêu hao (A) = dC A dt ν tiêu hao (B) = dC B dt ν tạo thành (E) = dC E dt ν tạo thành (F) = dC F dt c giai đoạn phản ứng: + H+ CH3-C-CH3 K cb → ¬  CH3-C-CH3 (1) (nhanh) O + OH K2  → CH3-C=CH2 + H+ ¬  CH3-C-CH3 (2) (chậm) + OH CH3-C=CH2 OH + K3  → ¬  I2 OH CH3-C-CH2I + HI (3) (nhanh) O Chứng minh chế phù hợp: ν pứ = k.[CH3COCH3].[H+] Vì (2) giai đoạn chậm (giai đoạn định tốc độ phản ứng) nên: ν Từ (1) có: K cb = pứ = ν = K2.[CH3C(O+H)CH3] (*) [CH 3C (O + H )CH ] [CH 3COCH ][ H + ] => [CH3C(O+H)CH3] = Kcb.[CH3COCH3].[H+] Thay vào (*) => ν pứ = ν = K2.Kcb.[CH3COCH3].[H+] = k.[CH3COCH3].[H+] (đpcm) d Ban đầu: Phản ứng: 30’: A + 0,1 + H ,1M B   → E + F 0,1 (mol/l) 15 0,1 = 0,015 100 0,085 => [A] = 0,085 (mol/l) [H+] = 0,1 + 0,015 = 0,115 (mol/l) 65 0,015 (mol/l) 0,015 (mol/l) dC HI ∆C HI = = 3,47.10 −5 ( mol / l phút ) dt ∆t ν = k C AC H + = => k = 3,47.10 −5 (mol / l phút ) = 3,54987.10 −3 l / mol phút 0,085(mol / l ).0,115(mol / l ) Bài (HSG Quốc gia 2004) Khí CO gây độc tác dụng với hemoglobin (Hb) máu theo phương trình: 3CO + 4Hb → Hb4(CO)3 Số liệu thực nghiệm 200C động học phản ứng sau: Tốc độ phân hủy Hb ( Nồng độ ( µ.mol.l-1 ) CO Hb ) 1,50 2,50 1,05 2,50 2,50 1,75 2,50 4,00 2,80 Hãy tính tốc độ phản ứng nồng độ CO 1,30 ; Hb 3,20 (đều theo µ.mol.l-1 ) 200C? Giải ν pứ x y CHb = k CCO = ν phân hủy Hb ν = k 1,5x 2,5y = 1, 05 ν = k 2,5x 2,5y = 1,75 ν = k 2,5x y = 2,80 x ν  2,5  1, 75 ⇒ = = ⇒ x=1 ν  1,5 ÷  1, 05 y ν3   2,8 = = ⇒ y=1 ÷ ν  2,5  1,75 ν pứ dCHb =− ν dt =− ⇒k= −ν p / h Hb 4.CCO CHb = phân hủy Hb ⇒ν pư = k.CCO.CHb = − ν phân hủy Hb 1, 05 = 0, 07 µ mol −1.l.s −1 4.1,5.2,5 Khi CCO = 1,3; CHb = 3,2 ⇒ ν pứ = 0,07 1,3 3,2 = 0,2912 µ.mol.l-1 s-1 Bài (HSG Quốc gia 2005) 66 Phản ứng 2NO2(k) + F2(k) → 2NO2F(k) thực bình kín tích bình V (có thể thay đổi V bình pittông) Áp suất ban đầu NO 0,5 atm, F2 1,5 atm, điều kiện tốc độ đầu ν = 3,2.10-3 mol/l.s 1) Nếu thực phản ứng nhiệt độ với lượng ban đầu chất phản ứng thêm khí trơ vào bình thể tích thành 2V, áp suất tổng quát atm tốc độ đầu 8.10 - mol/l.s Kết có cho phép thiết lập phương trình động học (biểu thức tốc độ) phản ứng hay không? 2) Người ta lại thực phản ứng điều kiện nhiệt độ với lượng NO2, F2 khí trơ (1) giảm thể tích xuống V/2 Tính giá trị tốc độ đầu ν 0? 3) Nếu thay cho việc thêm khí trơ, người ta thêm NO vào áp suất tổng quát atm thể tích V tốc độ đầu ν = 1,6.10-2 mol/l.s Kết cho phép kết luận phương trình động học phản ứng? 4) Dự đoán chế phản ứng? Giải Vđ = V Sau thêm khí trơ, Vs = 2V => V tăng gấp đôi PNO PF giảm lần => 2 nồng độ chúng giảm lần PA = C A RT Còn V0 giảm lần => bậc phản ứng bậc Phương trình động học: ν = k.[ NO2 ][ F2 ] ν = k [NO2 ]2 ν = k [F2 ]2 Cách 2: ν = k [ NO2 ] x [ F2 ]2 (1) 3, 2.10−3 = k [ NO2 ]x [ F2 ] y Tại thể tích V: Tại thể tích 2V: số mol NO2, F2 không đổi, thể tích tăng lần => nồng độ giảm lần x => 8.10 −4 y  [ NO2 ]   [ F2 ]  = k     (2)     Từ (1) (2) => x + y = 67 => phản ứng bậc 2 Ở thí nghiệm 3: T = const, lượng NO2, F2, khí trơ không đổi Vgiảm = V => PNO , PF tăng gấp lần => ν pứ tăng lần so với ν (ν pứ đầu) 2 => Tốc độ đầu phản ứng thí nghiệm => Tốc độ đầu phản ứng thí nghiệm 1: ν = 4.3,2.10-3 = 1,28.10-2 mol/l.s Ở thí nghiệm 4: PF không đổi, PNO = – 1,5 = 2,5 atm => PNO tăng lần so với 2 thí nghiệm 1,6.10 −2 = lần Tốc độ đầu tăng: 3,2.10 −3 Cách 2: PNO2 tăng lần => C NO2 tăng lần ν = k (5.[ NO2 ] x [ F2 ] y ) = 1,6.10 −2 (3) Lập tỉ số (3) (1) => x =1 => y = => ν = k [ NO2 ].[ F2 ] Căn vào phương trình động học phản ứng, chế phản ứng là: NO2 + F2 → NO2F + F (Chậm) F + NO2 → NO2F (Nhanh) Bài (HSG Quốc gia 2006) Để xác định bậc phản ứng 2X + Y → Z (1) Người ta tiến hành thí nghiệm theo phương pháp nồng độ đầu, nhiệt độ Kết sau: Thí Thời gian thí Nồng độ đầu Nồng độ đầu Nồng độ sau nghiệm nghiệm X Y Y số (Phút) (M) (M) 0,300 0,250 10 0,300 0,160 15 0,500 0,250 a Xác định bậc riêng phần, bậc toàn phần phản ứng (1)? b Tính số tốc độ phản ứng (có ghi rõ đơn vị)? 68 (M) 0,205 0,088 0,025 c Có gần tốc độ phản ứng công nhận này? Hãy trình bày cụ thể Giải ∆C a Trước hết tính tốc độ trung bình ν tb phản ứng (1) theo chất Y: ν tb = − Y ∆t (a) Từ số liệu đề bài, ta tính ν tb thí nghiệm sau: Thí nghiệm số ν 9,0.10-3 7,2.10-3 1,5.10-3 (M.phút-1) Kí hiệu bậc riêng phần phản ứng (1) theo X a, theo Y b tb Ta có: ν = k C Xa CYb (b) (c) Một cách gần ta coi tốc độ trung bình ( ν tb) tốc độ tức thời ν tính theo (c) So sánh cặp số liệu thực nghiệm cho đề ta tính bậc riêng phần phản ứng (1) theo chất X a theo Y b sau: a ν 1,5.10 −2  0,500   0,250  = = 1,66 =     −3 ν 9,0.10  0,300   0,250  a b ν 9,0.10 −3  0,300   0,250  = = 1,25 =     −3 ν 7,2.10  0,300   0,160  => a = b => b = 1/2 Vậy: - Bậc riêng phần phản ứng (1) theo X a = 1; theo Y b = 1/2 - Bậc toàn phần phản ứng (1) + 1/2 = 3/2 1/ - Biểu thức (c) viết lại là: ν = k C X C y (d) ν b Từ (d) suy k = C C 1/ X Y (e) Thay số vào (e) ta được: TN1: k1 = 9,0.10 −3 = 6.10 −2 1/ 0,3.(0,25) TN2: k = 7,2.10 −3 = 6.10 −2 1/ 0,3.(0,16) 69 TN3: k3 = 1,5.10 −3 = 6.10 −2 0,5.(0,25)1/ Vậy k = k1 = k2 =k3 = 6.10-2 M-1/2.phút-1 c Trong ta phải chấp nhận gần coi tốc độ trung bình ν tb tốc độ tức thời ν (đây điều bắt buộc) Như cách khái quát, xác định bậc phản ứng theo nồng độ đầu phương pháp gần Bài 10 (HSG Quốc gia 2007 – vòng 2) t Thực nghiệm cho biết nhiệt phân pha khí N 2O5 → NO2 + O2 (*) phản ứng chiều bậc Cơ chế thừa nhận rộng rãi phản ứng là: k N2O5 → NO2 + NO3 (1) k NO2 + NO3 → N2O5 (2) k NO2 + NO3 → NO + NO2 + O2 (3) k N2O5 + NO → 3NO2 (4) −1 a Áp dụng gần trạng thái dừng cho NO, NO chế trên, thiết lập biểu thức tốc độ (*) Kết có phù hợp với thực nghiệm không? b Giả thiết lượng hoạt hóa (2) không, (3) 41,570 kJ/mol Dựa vào đặc điểm cấu tạo phân tử xét chế trên, phân tích cụ thể để đưa biểu thức tính k-1/k2 cho biết trị số 350K? c Từ phân tích giả thiết câu b cho phản ứng (1) (2) dẫn tới cân hóa học có số K, viết lại biểu thức tốc độ (*) có số cân hóa học K? Một phản ứng gây phá hủy tầng ozon khí là: NO + O3 → NO2 + O2 Trong thí nghiệm, tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nồng độ chất phản ứng sau: Thí nghiệm [NO], mol/l 0,02 0,04 0,02 [O3], mol/l 0,02 0,02 0,04 70 Tốc độ ν , mol/l.s 7,1.10-5 2,8.10-4 1,4.10-4 Xác định bậc phản ứng riêng a, b số tốc độ trung bình k phương trình động học ν = k.[NO]a.[O3]b Chú ý tới đơn vị đại lượng Giải a Xét d[NO3]/dt = k1.[N2O5] – k-1.[NO2][NO3] – k2.[NO2][NO3] ≈ => [NO3] = k1.[N2O5] / {(k-1 + k2)[NO2]} (a) Xét d[NO]/dt = k2.[NO2][NO3] – k3.[NO][N2O5] ≈ => [NO] = k2.[NO2][NO3] / k3.[N2O5] (b) Thế (a) vào (b) ta [NO] = k1.k2 / k3.(k-1 + k2) (c) Xét d[N2O5]/dt = – k1.[N2O5] + k-1.[NO2][NO3] – k3.[NO][N2O5] (d) Thế (a) (c) vào (d) biến đổi thích hợp, ta được:  k (k − k )  d [ N 2O5 ] / dt = − k1 + −1 .[ N 2O5 ] = k '.[ N 2O5 ] k −1 + k   b Trong (2) va chạm NO2 với NO3 nên N2O5 ≡ O2NONO2 tái tạo, tức có va chạm N với O Ta gọi trường hợp Trong (3) NO tạo O bị tách khỏi NO 2; NO2 tạo từ tách O khỏi NO3 Sau 2O kết hợp tạo O Ta gọi trường hợp Như số va chạm phân tử chừng gấp so với trường hợp Phương trình Areniuxơ viết cụ thể cho phản ứng xét: Phản ứng (2) : k −1 = A2 e − E / RT (*) Phản ứng (3) : k2 = A3 e− E / RT (**) Vì đại lượng A Areniuxơ đặc trưng cho số va chạm dẫn tới phản ứng, ta 2 E / RT = e 41,570 /8,314.10 thấy A3 = 2A2, lấy (*) chia cho (**) ta k−1 / k2 = e −3 350 ≈ 8.105 lần (E2 = 0, E3 = 41,570; T = 350; A3 = 2A2) c Kết hợp (1) với (2) ta có cân hóa học: N2O5  NO2 + NO3 K = k1/k-1 = [NO2][NO3]/[N2O5] (I.1) Đưa (I.1) vào biểu thức (b): [NO] = k2.[NO2][NO3] / k3.[N2O5] = k2K/k3 (I.2) 71 (I) Thế biểu thức (I.2) vào (a) (d) ta có: d[N2O5]/dt = – k1.[N2O5] + k-1.[NO2]{k-1[NO2](k1[N2O5]/(k-1 + k2)[NO]} – k3(k2K/k3) ⇒ d[N2O5]/dt = {– k1 + (k-1k1/k-1 + k2) – k2K}[N2O5] (I.3) Giả thiết k-1 >> k2 phù hợp với điều kiện Ea2 ≈ Cân hóa học (I) nhanh chóng thành lập Vậy từ (I.3) ta có: d[N2O5]/dt = {– k1 + (k-1k1/k-1) – k2K}[N2O5] (I.4) Chú ý: K = k1/k-1, ta d[N2O5]/dt = {– k1 + (k-1 – k2)K}[N2O5] (I.5) lnν = lnk + aln[NO] +bln[O3], chọn thí nghiệm thí nghiệm ta có: lnν - lnν = a(ln[NO]2 – ln[NO]1) ⇒ ln(2,8.10-4/7,1.10-5) = ln4 = aln2 ⇒ = 2a ⇒ a = Xét tương tự với thí nghiệm thí nghiệm 3, ta có ln2 = bln2 ⇒ = 2b ⇒ b = k (trung bình) = ν /[NO]2[O3] = 8,9 l2mol-2s-1 Bài 11 (HSG Quốc gia 2008) Đối với phản ứng: A + B → C + D 1) Trộn thể tích dung dịch chất A dung dịch chất B có nồng độ 1M: a) Nếu thực phản ứng nhiệt độ 333,2K sau nồng độ C 0,215M Tính số tốc độ phản ứng? b) Nếu thực phản ứng 343,2K sau 1,33 nồng độ A giảm lần Tính lượng hoạt hoá phản ứng (theo kJ.mol-1)? 2) Trộn thể tích dung dịch chất A với thể tích dung dịch chất B, nồng độ 1M, nhiệt độ 333,2K sau A phản ứng hết 90%? Giải Đối với phản ứng: A + B → C + D Phương trình tốc độ phản ứng dạng tổng quát là: ν = kCACB 1) 72 (1) a) Vì nồng độ ban đầu A B nên (1) trở thành ν = kCA2 phương trình động học tích phân tương ứng là: kt = 1/CA – 1/CAo Thay giá trị số tính k1 = 2,1.10-4 mol-1ls-1 b) Tại 343,2K, tính toán tương tự trường hợp ta k2 = 4,177.10-4 mol-1ls-1 Thay giá trị k1 k2 vào phương trình Arrhenius tính Ea = 65378 Jmol-1 2) CAo = 1/3M; CBo = 2/3M Nồng độ ban đầu A B khác nhau, phương trình động học tích phân có dạng: kt = b( a − x ) ln a − b a (b − x) Thay giá trị số vào phương trình tính t = 24353 s (hay 6,764 h) Bài 12 (HSG Quốc gia 2010) Phản ứng oxi hoá ion I - ClO- môi trường kiềm diễn theo phương trình: ClO- + I- → Cl- + IO- (a) tuân theo định luật tốc độ thực nghiệm v = k[ClO-][I-][OH-]-1 Cho phản ứng (a) xảy theo chế:  → HClO + OH  ClO- + H2O ¬ k nhanh; k2 I- + HClO  → HIO + Cl chậm; k1 −1 k  → H O + IO OH- + HIO ¬ k nhanh −3 1) Cơ chế có phù hợp với thực nghiệm động học hay không? 2) Khi [I-]0 nhỏ so với [ClO-]0 [OH-]0 thời gian để nồng độ I- lại 6,25% so với lúc ban đầu gấp lần thời gian cần thiết để 75% lượng I ban đầu phản ứng (a)? Giải Định luật tốc độ thực nghiệm: v = k[ClO-][I-][OH-]-1 (1) Tốc độ phản ứng định giai đoạn chậm, nên: v = k2[HClO][I-] (2) Dựa vào cân nhanh giai đoạn 1, ta rút ra: 73 [HClO] = k1 k−1 [ClO-][H2O][OH-]-1 (3) Thay (3) vào (2) với [H2O] = const, ta có: k1 v = k2 k [H2O][ClO-][I-][OH-]-1 −1 k Đặt k2 k [H2O] = k → (4) trở thành: −1 (4) v = k[ClO-][I-][OH-]-1 (1) Từ chế đề nghị rút biểu thức định luật tốc độ thực nghiệm Cơ chế phù hợp với thực nghiệm Khi [I-]0 [...]... GIÁ SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Năm học: 2011 - 2012 ––––––––––––––––– Tên sáng kiến kinh nghiệm: ĐỘNG HÓA HỌC VÀ XÚC TÁC BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI Họ và tên tác giả: NGUYỄN NGỌC BẢO TRÂN Chức vụ: Giáo viên Đơn vị: Trường THPT chuyên Lương Thế Vinh Lĩnh vực: (Đánh dấu X vào các ô tương ứng, ghi rõ tên bộ môn hoặc lĩnh vực khác) - Quản lý giáo dục  - Phương pháp dạy học bộ môn: Hoá học  - Phương pháp giáo dục... trong khi khảo sát và đơn giản hóa trong phân tích phương trình động học người ta sử dụng phương pháp cô lập hay có tác giả gọi là phương pháp xác định “bậc phản ứng giả”, bậc “biểu kiến” của phản ứng Ví dụ, nếu phương trình động học có dạng: − dC A =k’.CBCA dt Khi CB lớn thì thực tế nồng độ của nó biến đổi không đáng kể trong phản ứng CB ≈ CoB và có thể gộp CBk’ = k Phương trình động học sẽ có dạng sau:... CoA   1.6 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG VÀ XÁC ĐỊNH BẬC PHẢN ỨNG 1.6.1 Đo tốc độ phản ứng Có rất nhiều phương pháp xác định tốc độ phản ứng, song nhiệm vụ chủ yếu bao gồm việc xác định thành phần của hệ (trong đó diễn ra sự biến đổi hóa học) theo thời gian Các phương pháp phân tích được sử dụng trong động học có thể phân thành 2 nhóm: hóa học và hóa lý Riêng các phương pháp phân tích hoa lý không... khi bậc động học trùng hợp với phân tử số, như bậc một, bậc hai và bậc ba – trùng hợp với phản ứng đơn, lưỡng và tam phân tử Thường gặp hơn cả là phản ứng bậc nhất và bậc hai, còn phản ứng bậc khác rất ít gặp 1.1 PHẢN ỨNG BẬC NHẤT Phản ứng diễn ra theo sơ đồ sau: A → Các sản phẩm Khi diễn ra ở T, V = const, theo định luật tác dụng khối lượng ta có: v=- dC A = k1C A dt (1.1) Sau khi biến đổi và lấy tích... nhiều, ví dụ phản ứng hình thành và phân hủy HI H2 + I2(hơi) → 2HI 2HI → H2 + I2(hơi) Chúng được nghiên cứu tương đối kỹ và ứng dụng cho thuyết va chạm (một trong những thuyết động học của phản ứng hóa học) Thuộc loại phản ứng này gồm một loạt các phản ứng thủy phân trong dung dịch kiềm, như phản ứng thủy phân axetat etyl trong nước, sự phân hủy oxit nitơ như 2NO2 → 2NO + O2 và các phản ứng đime cũng thường... trường hợp là các quá trình hóa học nhiều giai đoạn Phản ứng diễn ra ít nhất là hai giai đoạn trở lên được gọi là phản ứng phức tạp Khi nghiên cứu các phản ứng phức tạp người ta sử dụng qui tắc độc lập, đây có thể xem là một tiên đề của động hóa học Qui tắc đó là: Nếu trong hệ thống xảy ra một số phản ứng, thì mỗi phản ứng trong đó đều tuân theo định luật tác dụng khối lượng và diễn ra độc lập nhau Sự... trạng thái đầu, trạng thái cân bằng và trạng thái theo từng thời điểm t, kế đến có thể tính được k1 và k’1 dựa vào phương trình (2.6) Khi k1 >> k’1 thì phương trình (2.3), (2.4), (2.5) có thể chuyển về dạng phương trình động học như phản ứng một chiều bậc 1 32 Loại phản ứng này có thể rất nhiều, đặc biệt là trong dung dịch, ví dụ các loại phản ứng chuyển hóa đồng phân cis và trans như 1,2-điphenyletylen:... MÔN (Ký tên và ghi rõ họ tên) 11 THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ (Ký tên, ghi rõ họ tên và đóng dấu) CHƯƠNG 1: ÁP DỤNG ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA ĐỘNG HỌC CHO CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN Phản ứng đơn giản là phản ứng một chiều, xảy ra theo một giai đoạn từ chất tham gia phản ứng ban đầu cho ra sản phẩm cuối Phản ứng đơn giản thường ít gặp, đa số các trường hợp chúng chỉ là các giai đoạn riêng của quá trình hóa học phức tạp... các phản ứng kết hợp nguyên tử và các gốc tự do thành phân tử theo phản ứng bậc ba có thể nói là khá nhiều Ví dụ: H + H + M → H2 + M Phương trình động học có dạng: dC H 2 dt = k3 C H2 C M trong đó M là phần tử thứ ba (phân tử hay nguyên tử), mà bản chất của nó cũng không khác biệt đối với hiệu ứng của va chạm Chúng ta đã xét qui luật động học của các phản ứng bậc một, hai và ba (bậc lớn hơn ba không gặp)... biểu thức (2.2) có giá trị không đổi, không phụ thuộc vào trị tuyệt đối của C i và C’k cũng như không phụ thuộc vào cách đi đến cân bằng từ phía thuận hay phía nghịch Để minh họa có thể lấy ví dụ phản ứng thuận nghịch H 2 + I2  2HI Đây là phản ứng đơn giản, lưỡng phân tử điển hình Sau đây xét phương trình động học của phản ứng thuận nghịch bậc nhất và bậc hai 2.1.1 Phản ứng thuận nghịch bậc nhất Phản ...Tên sáng kiến kinh nghiệm: ĐỘNG HÓA HỌC VÀ XÚC TÁC BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Vấn đề đào tạo học sinh giỏi nhiệm vụ quan trọng, trường trung học phổ thông chuyên Tuy nhiên,... hai yêu cầu để phát học sinh có lực trở thành học sinh giỏi Hoá học b) Một số biện pháp trình bồi dưỡng học sinh giỏi Hoá học Hình thành cho học sinh kiến thức bản, vững vàng, sâu sắc Đó lý thuyết... II.1.2.3 Tác dụng tập hoá học việc dạy học nói chung việc bồi dưỡng học sinh giỏi Hoá học nói riêng a) Bài tập hoá học có tác dụng sau: - Làm xác khái niệm định luật học - Giúp học sinh động, sáng