LOGO CHƯƠNG 8: ĐỘNG HÓA HỌC PowerPoint Template 8.1 Vận tốc phản ứng 8.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng Enter www.themegallery.com Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 I wonder what happens if I mix these two solutions… Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 WOW, that was really FAST Gv: Quach An Binh It was also really FUN Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 8.1 Vận tốc phản ứng I wonder if I should be wearing my goggles? Khái niệm vận tốc phản ứng 8.1.1 8.1.2 Tốc độ trung bình tốc độ tức thời 8.1.3 Phương pháp xác định tốc độ phản ứng Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 8.1.1 Khái niệm vận tốc phản ứng Back Gv: Quach An Binh 8.1.2 Tốc độ trung bình tốc độ tức thời Tốc độ phản ứng hóa học đại lượng đặc trưng cho diễn biến nhanh hay chậm phản ứng hóa học aA + bB + … = eE + fF + … rate = − Tốc độ phản ứng hóa học biến thiên nồng độ chất tham gia phản ứng chất thành đơn vị thời gian V= Nồng độ sau – nồng độ trước Thời gian sau – thời gian trước Gv: Quach An Binh = Back ∆[C] ∆t Thang 8-2009 Thang 8-2009 ∆[ A] ∆[ B] ∆[ E ] ∆[ F] =− = = a ∆t b ∆t e ∆t f ∆t Tốc độ trung bình phản ứng : V = ± ∆C/∆t Tốc độ tức thời phản ứng: V = lim v ∆t→0 = ± dC/dt Back Gv: Quach An Binh 8.1.3 Phương pháp xác định tốc độ phản ưng Thang 8-2009 8.1.3 Phương pháp xác định tốc độ phản ưng Ví dụ xét phản ứng phân hủy N2O5 2N2O5 (k) 2N2O4 (k) + O2 (k) Gas buret - N2O5 phân hủy, N2O4 giữ lại dung dịch O2 thu qua ống đong Constant temperature bath Enter Gv: Quach An Binh Back Thang 8-2009 Enter Gv: Quach An Binh Back Thang 8-2009 8.1.3 Phương pháp xác định tốc độ phản ưng T(s) 300 600 900 1200 1800 2400 3000 4200 5400 6600 7800 12 VO2 1.15 2.18 3.11 3.95 5.36 6.50 7.42 8.75 9.62 10.17 10.53 Kết thí nghiệm Enter 8.1.3 Phương pháp xác định tốc độ phản ưng Gv: Quach An Binh VO2 (ml) 10 T(s) 0 T(s) 300 600 900 1200 1800 2400 3000 Click xem violip Gv: Quach An Binh ∆ V (O2) ∆t Enter Back Thang 8-2009 8.2.1 Nồng độ VO*2 8.2.2 Cơ chế bậc phản ứng 0.0038 0.0034 0.0031 0.0028 0.0024 0.0019 0.0015 Vận tốc Phản ứng 8.2.3 Nhiệt độ 8.2.4 Xúc tác Back Thang 8-2009 Định luật tác dụng khối lượng Trong hệ đồng thể, nhiệt độ không đổi, tốc độ phản ứng tỷ lệ thuận với tích số nồng độ chất phản ứng (kèm theo số mũ thích hợp)” Phương trình toán mô tả quan hệ tốc độ tức thời với nồng độ chất phản ứng gọi phương trình tốc độ phản ứng hay phương trình động học Enter 8000 8.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng 8.2.1 Ảnh hưởng nồng độ Gv: Quach An Binh 6000 Gv: Quach An Binh 8.1.3 Phương pháp xác định tốc độ phản ưng O2 = 4000 Tốc độ oxi giảm thời gian Back Thang 8-2009 Tốc độ trung bình: Tốc độ giải phóng 2000 Back Thang 8-2009 Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 8.2.1 Ảnh hưởng nồng độ aA + bB = cC + dD Tốc độ phản ứng V= k CmA.CnB Trong đó: - k: số tốc độ phản ứng - CA CB: nồng độ mol/l chất A chất B thời điểm khảo sát - m, n: bậc phản ứng chất A B, bậc phản ứng xác định thực nghiệm Enter Gv: Quach An Binh Back Thang 8-2009 8.2.1 Ảnh hưởng nồng độ 8.2.1 Ảnh hưởng nồng độ Đối với chất khí nồng độ thay áp suất riêng phần chúng V= k.PmA.PnB Click xem violip - Với PA PB áp suất riêng phần chất Click xem violip A B thời điểm khảo sát Click xem violip Enter Click xem violip Gv: Quach An Binh Back Thang 8-2009 8.2.2 Ảnh hưởng chế bậc phản ứng Bậc phản ứng đại lượng thực nghiệm, tổng số mũ nồng độ phương trình động học Bậc phản ứng cho biết ảnh hưởng tổng quát nồng độ lên vận tốc phản ứng - phản ứng bậc không: m=n=0 phản ứng bậc m+n=1 phản ứng bậc hai m+n=2 phản ứng bậc ba m+n=3 Enter Gv: Quach An Binh Back Thang 8-2009 8.2.2 Ảnh hưởng chế bậc phản ứng 4Fe2+ + O2 = 4Fe3+ + 2H2O - Phản ứng trải qua giai đoạn sau: Fe2+ + O2 → Fe3+ + O2O2- + H+ → HO2 Fe2+ +HO2 → Fe3+ + HO2HO2- + H+ → H2O2 H2O2 + Fe2+ → Fe3+ + OH- + O.H Fe2+ + O.H → Fe3+ + OHOH- + H+ → H2O Back Gv: Quach An Binh 8.2.2 Ảnh hưởng chế bậc phản ứng Phản ứng hóa học xảy phức tạp Trải qua nhiều giai đọan trung gian Giai đọan chậm giai đoạn định tốc độ phản ứng Mỗi giai đoạn trình Tập hợp trình gọi chế phản ứng Ví dụ: 4Fe2+ + O2 = 4Fe3+ + 2H2O Enter Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Back Thang 8-2009 8.2.3 Ảnh hưởng Nhiệt độ 8.2.3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ 8.2.3.2 Thuyết va chạm hoạt động 8.2.3.3 Thuyết trạng thái chuyển tiếp Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 8.2.3.1 Ảnh hưởng Nhiệt độ 8.2.3.1 Ảnh hưởng Nhiệt độ Đa số vận tốc phản ứng hóa học tăng theo nhiệt độ v2 =γ v1 Ví dụ: H2(k)+O2(k)=H2O ∆G0298=-54,635kcal/mol - Phản ứng 6000C xảy nhanh - Theo Van’t Hoft: Hầu hết tốc độ phản ứng tăng theo nhiệt độ, nhiệt độ tăng 10 độ tốc độ tăng lên 2-4 lần t2 − t1 10 Trong đó: γ hệ số nhiệt độ V1 tốc độ phản ứng nhiệt độ t1 V2 tốc độ phản ứng nhiệt độ t2 Click xem violip Enter Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 8.2.3.1 Ảnh hưởng Nhiệt độ Năm 1889, Arrhenius người Thụy Điển đưa phương trình thực nghiệm biểu diễn mối quan hệ số vận tốc với nhiệt độ dlnk E dT = Enter Enter -Ea k = k0 x e RT kT2 kT1 = -Ea R [ T2 - T1 Back Điều kiện để phản ứng hóa học xảy phân tử chất tham gia phản ứng phải va chạm tương tác với Phải làm yếu làm đứt để tạo thành liên kết Xây dựng liên kết đòi hỏi phải tiêu tốn lượng định Vận tốc tỷ lệ thuận với số lần va chạm hiệu Gv: Quach An Binh Phương trình Arrhenius viết dạng: ln 8.2.3.2 Thuyết va chạm hoạt động Back Thang 8-2009 Thang 8-2009 8.2.3.1 Ảnh hưởng Nhiệt độ Lấy tích phân phương trình nhiệt độ T1 đến T2 ta được: Thang 8-2009 Back Click xem violip Gv: Quach An Binh a RT2 Trong đó: - k: số vận tốc phản ứng - R: số khí - Ea: lượng hoạt hóa Gv: Quach An Binh Enter dlnk dT = Ea RT2 từ ] Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 8.2.3.2 Thuyết va chạm hoạt động Năng lượng dư mà phân tử có để va chạm chúng dẫn đến hình thành chất gọi lượng họat hóa (Ea đơn vị kcal/mol; kj/mol) Năng lượng hoạt hóa lượng cần thiết để đưa phân tử có lượng trung bình lên trạng thái hoạt động Enter Gv: Quach An Binh Back Thang 8-2009 Giản đồ lượng phản ứng Giản đồ lượng phản ứng ∆H Thế Cho thấy biến đổi Năng lượng giai Đoạn phản ứng Thế Năng lượng Hoạt hóa Thế Năng lượng hoạt hoá thay đổi Tọa độ phản ứng Enter Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Enter Back Chiều trình Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 8.2.3.3 Thuyết trạng thái chuyển tiếp (Thuyết phức chất hoạt động) 8.2.3.2 Thuyết va chạm hoạt động Thời điểm va chạm phân tử hoạt động, mối liên kết cũ bị yếu (chưa phá vỡ) liên kết hình thành trạng thái trung gian gọi trạng thái chuyển tiếp(không bền) có lượng dự trữ lớn Click xem violip Click xem violip Click xem violip Phức chất hoạt động tồn thời gian ngắn Click xem violip Khi phân hủy thành sản phẩm kèm theo giải phóng lượng Click xem violip Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Enter Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 8.2.3.3 Thuyết trạng thái chuyển tiếp (Thuyết phức chất hoạt động) 8.2.3.3 Thuyết trạng thái chuyển tiếp (Thuyết phức chất hoạt động) Năng lượng hoạt hóa lượng tiêu tốn để chuyển chất tham gia pư trạng thái thành phức hoạt động Để thấy rõ quan hệ chất đầu, trạng thái chuyển tiếp, sản phẩm Người ta dùng đồ thị phản ứng Với: H2 + I2 = 2HI H-H H… H - EH-H:năng lượng liên kết H2=104kcal/mol - EI-I:năng lượng liên kết I2=36kcal/mol - EH-I:năng lượng liên kết HI=72kcal/mol - Eat: lượng hoạt hóa phản ứng thuận= 40kcal/mol H - Ean:năng lượng H hoạt hóa phản ứng nghịch= 44kcal/mol Enter I-I Gv: Quach An Binh I…….I Phức chất hoạt động H2I2 I I Back Thang 8-2009 Enter Gv: Quach An Binh Back Thang 8-2009 8.2.3.3 Thuyết trạng thái chuyển tiếp (Thuyết phức chất hoạt động) 8.2.3.3 Thuyết trạng thái chuyển tiếp (Thuyết phức chất hoạt động) Hiệu ứng nhiệt phản ứng tiến hành cách làm đứt liên kết H2 I2 là: ∆H = ∑Elktc +∑Elksp =(EH-H + EI-I)- 2EHI = (104+36) – 2.72 = -4 kcal/mol Năng lượng hoạt hóa trường hợp là: Năng lượng họat hóa nhỏ có Eat = EH-H + EI-I = 104+36 = 140 kcal/mol Ean= 2EH-I = 2.72 = 144 kcal/mol 30kcal/mol nhiệt độ thường xảy Enter nhiều phân tử trở thành phân tử hoạt động, vận tốc pư lớn Phản ứng có lượng hoạt hóa từ 1030kcal/mol tiến hành với vận tốc đo Phản ứng có lượng hoạt hóa lớn chậm Back Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 8.2.4 Ảnh hưởng xúc tác Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 8.2.4.1 Khái niệm chất xúc tác Khái niệm: 8.2.4.1 Khái niệm chất xúc tác Chất xúc tác chất tham gia vào giai 8.2.4.2 Phân loại chất xúc tác đoạn phản ứng làm tăng tốc độ phản ứng, sau phục hồi tách 8.2.4.3 Tính chất xúc tác khỏi sản phẩm phản ứng mà không bị biến đổi tính chất hoá học 8.2.4.4 Cơ chế xúc tác lượng Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Click xem violip Gv: Quach An Binh 8.2.4.2 Phân loại chất xúc tác Xúc tác Enzym Xúc tác đồng thể - Xúc tác đồng thể: có pha với chất tham gia phản ứng (dung dịch axit, bazơ, muối kim loại chuyển tiếp…) - Ví dụ: Nhiệt phân dietyl ete pha khí với xúc tác đồng thể iot: Đồng thể Dị thể C2H5OC2H5 + I2 → CH3CH2I + HI + CH3CHO CH3CH2I + HI → CH3CH3 + I2 CH3CHO → CH4 + CO Back Gv: Quach An Binh Back Thang 8-2009 Thang 8-2009 Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Xúc tác enzym Xúc tác dị thể Xúc tác dị thể: không pha với chất tham gia phản ứng, phản ứng hoá học xảy bề mặt chất xúc tác - Các trình sinh hóa xúc tác loại chất đặc biệt men (enzym), chúng biểu lộ giống xúc tác dị thể 2C2H5OH → CH2=CH-CH=CH2 + H2 + 2H20 - Với xúc tác ZnO, Al2O3, MgO Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Xúc tác enzyme E+S Xem violip k2 ES Enter Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 8.2.4.3 Tính chất xúc tác Xúc tác enzym k1 gọi xúc tác vi dị thể →E+P Chất xúc tác làm tăng vận tốc phản ứng có ∆G0 xúc tác không diễn k-1 Xúc tác làm lượng hoạt hóa giảm Xúc tác không làm thay đổi cân làm cân đạt nhanh E+S k1 k-1 Gv: Quach An Binh ES Xúc tác có tính chọn lọc k2 ES → E + P Back Thang 8-2009 8.2.4.3 Tính chất xúc tác - Ví dụ: Rượu etylic với xúc tác khác cho sản phẩm khác nhau: Xúc tác Cu 200 đến 2500C cho sản phẩm andehit Xúc tác Al2O3 300 đến 3600C cho sản phẩm etylen Xúc tác ZnO + Cr2O3 400 đến 5000C cho sản phẩm butadien Xúc tác H2SO4 đặc 1400C cho sản phẩm dietyl eter Enter Back Gv: Quach An Binh 8.2.4.4 Cơ chế xúc tác Cơ chế Xúc tác phản ứng đồng thể Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Thang 8-2009 Xúc tác phản ứng dị thể Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Cơ chế xúc tác phản ứng đồng thể Cơ chế xúc tác phản ứng đồng thể Phản ứng đồng thể tác dụng chủ yếu xúc tác làm giảm lượng hoạt hóa phản ứng cách thay đổi chế phản ứng từ làm tăng vận tốc Cơ chế tác dụng xúc tác giải thích thuyết trạng thái chuyển tiếp Giả sử ta có: A + B → AB Phản ứng xúc tác: A + B → A…B → AB E1 (1) Phản ứng có xúc tác X, có giai đoạn: A + X → AX E2 (2) AX + B → AX…B → AB E3 (3) Phản ứng (2) (3) xảy dễ dàng nhanh phản ứng (1) Enter Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Enter Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 O…O…O.O Không xúc tác cần nl hoạt hóa 17kj Nl hoạt hoá pư XT O + O3 (+Cl) Phản ứng cóxúc tác Cl… O…O.O Có xúc tác nl hh 2.1kj Cl… O…O ClO + O2 (+O) 0.4 kj Phản ứng không cóxúc tác Thế Nl hoạt hoá pư có XT Nl giải phóng pư thuận Enter Gv: Quach An Binh Quá trình pư Back Thang 8-2009 Enter O2 + O2 (+Cl) Gv: Quach An Binh Back Thang 8-2009 Cơ chế xúc tác phản ứng dị thể Cơ chế xúc tác phản ứng đồng thể Phản ứng dị thể chế hoạt động xúc tác phức tạp nhiều Click xem violip Cho chất xúc tác phân bố lên chất mang Click xem violip Phản ứng xảy trung tâm hoạt động bề mặt chất xúc tác Click xem violip Quá trình xúc tác dị thể gồm giai đoạn: Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Enter Gv: Quach An Binh Click xem violip Back Thang 8-2009 Cơ chế xúc tác phản ứng dị thể Cơ chế xúc tác phản ứng dị thể Quá trình xúc tác dị thể gồm giai đoạn Quá trình xúc tác dị thể gồm giai đoạn: - Chuyển chất đến bề mặt phân chia pha - Hấp phụ chất phản ứng - Phản ứng hóa học diễn bề mặt - Giải hấp phụ sản phẩm - Chuyển sản phẩm khỏi bề mặt xúc tác Enter Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Cơ chế xúc tác phản ứng dị thể Enter Gv: Quach An Binh Click xem violip Click xem violip Click xem violip Click xem violip Click xem violip Giai đoạn 1: Chuyển chất đến bề mặt phân chia pha Giai đoạn 2: Hấp phụ chất phản ứng Giai đoạn 3: Phản ứng hóa học Enter Giai đoạn4,5: Giải hấp chuyển sản phẩm bề mặt Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 LOGO Back www.themegallery.com Back Thang 8-2009 10 ... Gv: Quach An Binh Thang 8- 2009 8. 1.1 Khái niệm vận tốc phản ứng Back Gv: Quach An Binh 8. 1.2 Tốc độ trung bình tốc độ tức thời Tốc độ phản ứng hóa học đại lượng đặc trưng cho diễn biến nhanh hay... Enter Gv: Quach An Binh Thang 8- 2009 Back Thang 8- 2009 8. 2.3 Ảnh hưởng Nhiệt độ 8. 2.3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ 8. 2.3.2 Thuyết va chạm hoạt động 8. 2.3.3 Thuyết trạng thái chuyển tiếp Back Gv: Quach An. .. lượng hoạt hóa từ 1030kcal/mol tiến hành với vận tốc đo Phản ứng có lượng hoạt hóa lớn chậm Back Back Gv: Quach An Binh Thang 8- 2009 8. 2.4 Ảnh hưởng xúc tác Gv: Quach An Binh Thang 8- 2009 8. 2.4.1