Đang tải... (xem toàn văn)
Động học và xúc tác là một bộ phận của Hóa lý. Nó giới thiệu các nội dung động hóa học và xúc tác. Một vấn đề có ý nghĩa trong việc khảo sát hệ hóa học, đó là tốc độ của phản ứng và các điều kiện diễn ra quá trình. Vấn đề này thuộc lĩnh vực động hóa học. Xúc tác đóng vai trò rất lớn trong công nghiệp hoá học cũng như trong thiên nhiên. Nếu chọn được xúc tác thích hợp, ta có thể điều khiển được phản ứng theo những hướng mà nhiệt động học cho phép và với một tốc độ phản ứng cần thiết.
Bài giảng: Động học – xúc tác BÀI GIẢNG ĐỘNG HỌC -XÚC TÁC Trang i Bài giảng: Động học – xúc tác Trang ii LỜI NĨI ĐẦU Độ ng học v x úc t c l m ột ph ận Hóa l ý Nó gi i t hi ệ u cá c n ộ i d u n g đ ộn g hó a học x úc t ác M ột vấn đề có ý n ghĩ a t ron g vi ệ c khảo s át h ệ h ó a học, l t ốc độ phản ứn g cá c ều ki ện di ễn qu t rì n h Vấn đ ề nà y t huộ c l ĩ nh vực độ n g hóa họ c Xú c t ác đón g vai t rò l n t rong ng n ghi ệp hố học n h t ro n g t h i ên nhi ên Nếu chọn đượ c x úc t ác t hí ch hợ p, t a c ó t hể ều k h i ển đ ượ c p hản ứn g t heo nhữn g hướ n g m n hi ệt động học cho p hép vớ i m ộ t t ố c đ ộ phản ứn g c ần t hi ết Trong gi ả n g Độn g học v x úc t ác nà y bao gồm phần t i ếp t h eo p hần I (nhi ệt đ ộng học ) m ột phầ n t hực hành chứn g m i nh m ơn họ c: P hần II : Độn g học: Gồ m chươ n g + C hươ ng 1: Độn g h ọc cá c phản ứn g hó a học đồng t h ể + C hươ ng 2: Độn g h ọc cá c phản ứn g hó a học dị t hể P hần III: Xúc: Gồm chươ ng: + C hươ ng 3: Đ ại cư ng x úc t ác + C hươ ng : Ứ n g dụ ng củ a x úc t ác P hần IV: Thực hành C uốn gi ản g nà y bi ên s oạn t heo chư ng t rì nh m i nên ch ắn cò n n h i ều t hi ếu s ót , t ác gi ả m ong nh ận đượ c cá c ý ki ến phê bì nh x â y d ựn g củ a c ác bạn đồn g n ghi ệp, anh chị em s i n h vi ên cá c độc gi ả Tác gi ả x i n bà y t ỏ l òng bi ết n đối vớ i l ãnh đạo t rườ n g C ao đ ẳn g C n g n ghi ệp Tu y hò a, ban chủ nhi ệm khoa C ơng n ghệ Hóa đ ã t ạo ều k i ện ch o t ác gi ả ho àn t hà nh gi ản g n y Th s Tr ần Văn Th ắm Phụ lục Trang v PHỤ LỤC Để thuận tiện việc giải tập hố lý, người ta phải dùng đại lượng liên quan đơn vị thống Đó hệ đơn vị SI Hệ đơn vị thơng qua Đại hội cân đo quốc tế năm 1960 Dưới tơi tóm lược số dẫn quan trọng có liên quan đến hệ đơn vị SI A- HỆ ĐƠN VỊ CƠ SỞ Gồm hệ đơn vị sở Tên đại lượng STT Đơn vị Ký hiệu Chiều dài met m Thời gian giây s Khối lượng kilogam kg Lượng chất mol mol Nhiệt độ kelvin K Cường độ dòng điện ampe A Cường độ ánh sáng canđela Cd B- MỘT SỐ ĐƠN VỊ SI DẪN XUẤT HAY DÙNG Tên đại lượng STT Đơn vị Ký hiệu Theo định nghĩa Lực nuiton N kgms-2 p suất pátxcat Pa kg.m-1.s-2 (N/m2) Năng lượng jun J kg.m2.s2 Cơng suất ốt W kg.m2.s-1 (J/s) Điện tích culơng C A.s Điện von V J/As (J/C) Tần số héc Hz s-1 Phụ lục Trang vi C-MỘT SỐ ĐƠN VỊ KHÁC HAY SỬ DỤNG CẦN CHUYỂN VỀ HỆ SI STT Tên đại lượng Chiều dài Thể tích Nhiệt độ Đơn vị Ký hiệu Hệ số chuyển đổi SI micromet µm 10-6 m nanomet n.m 10-9 m angstrom A0 10-10 m l 10-3m3 C T0K = 0C + 273,15 phút 60s h 3600s atmsphe atm 1,013.105Pa bar bar 105Pa ≈ 1atm torr torr 133,322 Pa milimet thuỷ mm Hg 133,322 Pa ec erg 10-7 J calo cal 4,184 J oat.giờ W.h 3600 J electron-von eV 1,602.10-19 J Đơn vị tĩnh điện ues CGS 10 −19 C 2,9979 debey D 10 − 29 C 2,9979 dyn 10-5N celsius (bách phân) Thời gian p suất ngân Năng lượng Điện tích Momen lưỡng cực (đơbai) Lực dyn Phụ lục Trang vii D- CÁC HẰNG SỐ VẬT LÝ HAY DÙNG STT Hằng số Đơn vị khối lượng ngun tử Ký hiệu Giá trị theo SI u 1,660.10-27kg 8,3145 J.mol-1K-1 Hằng số khí 8,3145 m3Pa.mol-1 R 0,082 latm.mol-1K-1 1,987 cal.mol-1.K-1 Hằng số Avogadro NA 6,02214.1023mol-1 Hằng số Faraday F = NA.e 96485,3 C.mol-1 Điện tích electron e 1,602.10-19C Hằng số Boltzmann k=R/NA 1,38066.10-23J.K-1 Hằng số Planck h 6,62608.10-34Js Khối lượng electron me 9,10939.10-31kg Khối lượng proton mp 1,672623.10-27kg 10 Khối lượng nơtron mn 1,672623.10-27kg 11 Tốc độ ánh sáng C 2,99792458.108ms-1 E- TƯƠNG QUAN GIỮA MỘT SỐ ĐƠN VỊ NĂNG LƯỢNG J cal eV cm-1 J 0,239 6,25.1018 5,034.1022 cal 4,184 2,62.1019 2,105.1023 eV 1,6.10-19 3,82.10-2 8,067.103 cm-1 11,96 2,859 1,24.10-3 Chương 1: Động học phản ứng đồng thể Trang Phần II - ĐỘNG HỌC VÀ XÚC TÁC Chương 1: ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG HỐ HỌC ĐỒNG THỂ Ðộng học hóa học phận hóa lý Ðộng học hóa học gọi tắt động hóa học Ðộng hóa học khoa học nghiên cứu tốc độ phản ứng hóa học Tốc độ phản ứng hóa học bị ảnh hưởng nhiều yếu tố Các yếu tố nồng độ, nhiệt độ, áp suất, dung mơi, chất xúc tác, hiệu ứng thế, hiệu ứng đồng vị, hiệu ứng muối, Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng lên tốc độ phản ứng, người ta hiểu biết đầy đủ chất biến hóa xảy phản ứng hóa học, xác lập chế phản ứng Nhờ hiểu rõ chế phản ứng, cho phép lựa chọn yếu tố thích hợp tác động lên phản ứng, tính chế độ làm việc tối ưu lò phản ứng làm cho phản ứng có tốc độ lớn, hiệu suất cao, tạo sản phẩm theo ý muốn Người ta phân biệt làm loại động học: động hóa học hình thức động hóa học lý thuyết Ðộng hóa học hình thức chủ yếu thiết lập phương trình liên hệ nồng độ chất phản ứng với số tốc độ thời gian phản ứng, động hóa học lý thuyết dựa sở học lượng tử, vật lý thống kê, thuyết động học chất khí tính giá trị tuyệt đối số tốc độ phản ứng Ðó thuyết va chạm hoạt động phức hoạt động Ðộng hóa học hình thành từ nửa cuối kỷ XIX sở nghiên cứu phản ứng hữu pha lỏng Những người lĩnh vực Wilamson, Wilhelmi (1812 - 1864) tác giả định luật tác dụng khối lượng, Guldberg (1836 - 1902) Waage (1833 - 1900) Những sở động hóa học đúc kết cơng trình Van't Hoff Arrhenuis năm 1880, đưa khái niệm lượng hoạt động hóa giải thích ý nghĩa bậc phản ứng sở thuyết động học Khái niệm xúc tác Berzlius đưa vòa khoa học 1835 Ostwald có nhiều đóng góp lĩnh vực này, ơng đưa định nghĩa chất xúc tác Năm 1905 Silov đưa lý thuyết phản ứng liên hợp Phản ứng quang hóa nghiên cứu cơng trình Bdenstein (1871 - 1942), Einstein (1879 - 1955), Nernst Phản ứng dây chuyền Semenov (1896) Hinshelwood (1879 - 1967) nghiên cứu từ khoảng năm 1926, đưa đến Chương 1: Động học phản ứng đồng thể Trang hình thành lý thuyết phản ứng dây chuyền Trong năm 1930, sở cơng trình nghiên cứu Eyring, Evans Polani hình thành lý thuyết tốc độ tuyệt đối phản ứng hóa học 1.1 Những khái niệm 1.1.1 Tốc độ phản ứng a) Định nghĩa Các phản ứng diễn nhanh chậm khác nhau, có phản ứng nhanh, gần tức khắc, ví dụ phản ứng phân hủy chất nổ diễn vòng 10-5 giây Một số phản ứng ion dung dịch thuộc loại phản ứng đó, ví dụ phản ứng ion H+ OH- Nhiều phản ứng khác kéo dài hàng phút, hàng giờ, hàng ngày Ða số phản ứng hợp chất hữu thường diễn chậm kéo dài hàng tuần, hàng tháng, q trình vỏ đất, vũ trụ lâu tới hàng năm, hàng triệu tỷ năm Ðể đặc trưng cho nhanh chậm phản ứng, người ta dùng khái niệm tốc độ phản ứng định nghĩa sau: "Tốc độ phản ứng biến thiên nồng độ chất cho (chất đầu chất cuối) đơn vị thời gian” b) Biểu thức tính tốc độ phản ứng Ở nhiệt độ khơng đổi, giả sử có phản ứng hóa học diễn theo sơ đồ: A + B + → X + Y + (I) Phương trình phản ứng (I) gọi phương trình tỷ lượng Ðể biểu diễn tốc độ phản ứng người ta chọn chất phản ứng (A, B, X, Y), thực tế, người ta thường chọn chất dễ theo dõi, dễ xác định lượng chúng thời điểm khác Ở đây, ta chọn chất A, X để khảo sát cố định thể tích hệ khảo sát (V = const) Giả sử thời điểm t, nồng độ chất A C A , chất X C X thời điểm (t + Δt ) , nồng độ tương ứng chúng là: (CA + ΔCA ) (C X + ΔC X ) () Tốc độ trung bình v phản ứng biểu thị sau: ΔC A Δt ΔC X v=+ Δt v=- (1.1) Trong phản ứng tính tốc độ có dấu khác Trường hợp thứ có dấu (− ) Chương 1: Động học phản ứng đồng thể Trang độ giảm nồng độ A có trị số âm Việc thêm dấu (− ) tốc độ phản ứng v A dương Còn trường hợp hai, ∆C X độ tăng nồng độ, có trị số dương, biểu thức để dấu (+ ) khơng Có thể gọp hai hệ thức tổng qt biểu diễn tốc độ trung bình phản ứng: v= ` ± ΔC i Δt Khi ∆t→0, ± (1.2) ΔC i dC ∆C dC → ± i hay lim ± i = ± i Δt dt ∆ t dt ∆t →0 Lúc tốc độ phản ứng gọi tốc độ tức thời (v) mơ tả sau: v=± ∆Ci ∆t (1.3) Có thể biểu diễn tốc độ phản ứng (I) sau: v=− dC A dCB dC X dC Y =− = = = dt dt dt dt d[A ] d[B] d[X] d[Y ] =− = = = dt dt dt dt Hoặc: v = − v bh v ht Đối với phản ứng tổng qt: aA + bB + → xX + yY + (II) tốc độ phản ứng xác định sau: v=− d[A ] d[B] d[X] d[Y ] =− = = = a dt b dt x dt y dt (1.4) 1.1.2 Định luật tác dụng khối lượng Ðối với phản ứng tổng qt (II) T = const Guldberg Waage thiết lập biểu thức liên hệ tốc độ phản ứng với nồng độ chất phản ứng Ðó biểu thức định luật tác dụng khối lượng v = k[A ]n1 [B]n (1.5) Biểu thức (1.5) biểu diễn định luật động hóa học, mơ tả ảnh hưởng nồng độ lên tốc độ phản ứng Theo cách mơ tả trên, nhiệt độ khơng đổi, tốc độ phản ứng hàm số nồng độ chất phản ứng Ðối với loại phản ứng khác dạng đường cong biểu diễn phụ thuộc khác k phương trình (1.5) số nhiệt độ khơng đổi, đặc trưng động học Chương 1: Động học phản ứng đồng thể Trang cho phản ứng cho trước Nếu ta thu xếp cách biểu diễn nồng độ cho [A] = [B] = mol/l v = k, vậy: Hằng số tốc độ phản ứng tốc độ phản ứng nồng độ chất phản ứng đơn vị (= 1) Thứ ngun (đơn vị biểu diễn) số tốc độ tùy thuộc vào loại (bậc) phản ứng (xem bảng 1.1) Phương trình (1.5) gọi phương trình tốc độ hay phương trình động học phản ứng hóa học So sánh (1.4) (1.5) phương trình tốc độ biểu thị: v=− dC A = k[A ]n1 [B]n dt (1.6) Biểu thức cho biết mối liên hệ tốc độ phản ứng với nồng độ Dạng đường biểu diễn khác 1.1.3 Phân loại động học phản ứng Về phương diện động hóa học, người ta chia phản ứng hóa học theo phân tử số bậc phản ứng a) Phân tử số phản ứng Phân tử số phản ứng số phân tử tương tác đồng thời với để trực tiếp gây biến đổi hóa học phản ứng Còn phản ứng (hay phản ứng sơ cấp) phản ứng giai đoạn nhất, chất phản ứng tương tác với trực tiếp cho sản phẩm phản ứng Dựa vào khái niệm phân tử số phản ứng, phân biệt ba loại phản ứng: phản ứng đơn phân tử, lưỡng phân tử tam phân tử Ví dụ: Phản ứng đơn phân tử: I → 2I Phản ứng lưỡng phân tử: 2HI → I + H Phản ứng tam phân tử: 2NO + O → 2NO Khi phân tử tương tác với nhau, khơng phải tất va chạm chúng dẫn đến biến hóa hóa học, mà phần nhỏ va chạm va chạm dẫn đến biến hóa hóa học, va chạm gọi va chạm có hiệu hay va chạm hiệu dụng Khi phản ứng hóa học diễn ra, để đảm bảo cho phân tử va chạm đồng thời dẫn đến biến đổi hóa học, phản ứng nhiều phân tử tham gia khó thực điều kiện Người ta tính xác suất va chạm, xác suất va chạm ba bé nhất, có nghĩa phản ứng tam phân tử hiếm, thực tế người ta chưa tìm thấy phản ứng có phân tử số cao Ví dụ: Đối với phản ứng: Chương 1: Động học phản ứng đồng thể Trang 6FeCl + KClO + 6HCl → 6FeCl + KCl + 3H O Theo ý nghĩa phân tử số muốn cho phân tử diễn phải va chạm đồng thời 13 phân tử Ðiều khơng gặp vừa nói trên, chưa gặp phản ứng có phân tử số 4, chi 13 Mặt khác, nghiên cứu phản ứng thực nghiệm cho biết phản ứng phản ứng phức tạp (bậc ba) Sự phân tích cho thấy khái niệm phân tử số khơng áp dụng triệt nhiều phản ứng hóa học Ðiều dẫn đến đời khái niệm khác thay cho khái niệm phân tử số, bậc phản ứng b) Bậc phản ứng Đối với phản ứng tổng qt (II), phương trình động học có dạng: v = k[A ]n1 [B]n v = k[A ] [B] = k.[A ] Khi nồng độ [A] = [B] thì: n n n +n = = k.[A ] n Ở đây: n bậc tồn phần phản ứng n = n + n n bậc riêng phần chất A n bậc riêng phần chất B Từ dẫn đến định nghĩa bậc phản ứng: "Bậc phản ứng chất cho trước số mũ nồng độ chất phương trình động học phản ứng" Nếu n = v = − dC A = k[A ]0 , dt Nếu n = v = − dC A = k[A ] dt Nếu n = v = − A, B) phản ứng bậc khơng (1.8) , phản ứng bậc (đối với A) (1.9) dC A = k[A ] [B] = k[A ] , phản ứng bậc (bậc dt (1.10) d[A ] B][ C] v = dt = k[A ][ Nếu n = ⇒ hay : v = k[A ] [B] → Phản ứng bậc (bậc A, B, C) hay : v = k[A ] Ngồi bậc kể trên, có phản ứng bậc phân số bậc âm Ðiều cần lưu ý là: trường hợp chung n ≠ a n ≠ b; a, b hệ số tỷ lượng phương Thực hành: Hố lý Trang 98 ♦ Thí nghiệm 2: Điều chế barisunphat Lấy ml dd bão hòa BaCl cho vào ống nghiệm to Nhỏ từ từ ml dd bão hòa Na SO lắc mạnh Quan sát tượng xảy Lọc kết tủa thu phễu lọc thường Rửa kết tủa nhiều lần nước cất nước rửa khơng ion clorua Nhận biết có mặt ion Cl- nước rửa cấh nhỏ vài giọt dd AgNO Viết phương trình phản ứng Thực hành: Hố lý Trang 99 NỘI DUNG THỰC HÀNH Bài 1: TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG 1.1 Mục đích Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng 1.2 Tóm tắc nội dung 1.2.1 Tốc độ phản ứng Tốc độ phản ứng hố học đại lượng đặc trưng cho diễn biến nhanh hay chậm phản ứng hố học Trong dung dịch, tốc độ trung bình pứ xác định độ biến thiên nồng độ chất i đơn vị thời gia: v=± ∆Ci ∆t Trong phản ứng tính tốc độ có dấu khác Trường hợp thứ có dấu - độ giảm nồng độ A có trị số âm Việc thêm dấu – tốc độ phản ứng v dương Còn trường hợp hai, ∆C i độ tăng nồng độ, có trị số dương, biểu thức để dấu + khơng Khi ∆t→0, ± ΔC i dC ∆C dC → ± i hay lim ± i = ± i Δt dt ∆ t dt ∆t →0 Ở nhiệt độ khơng đổi, giả sử có phản ứng hóa học diễn theo sơ đồ: A + B + → X + Y + v=− dC A dCB dC X dC Y =− = = = dt dt dt dt d[A ] d[B] d[X] d[Y ] =− = = = dt dt dt dt Hoặc: v = − v bh v ht Đối với phản ứng tổng qt: aA + bB + → xX + yY + (II) tốc độ phản ứng xác định sau: (I) Thực hành: Hố lý v=− Trang 100 d[A ] d[B] d[X] d[Y ] =− = = = a dt b dt x dt y dt 1.2.2 Định luật tác dụng khối lượng Cho biết ảnh hưởng nồng độ tác chất tới tốc độ phản ứng: “Tại nhiệt độ định, tốc độ phản ứng tỷ lệ thuận với nồng độ chất tham gia phản ứng với số mũ luỹ thừa hệ số tỷ lệ tương ứng” Ðối với phản ứng tổng qt (II) T = const Guldberg Waage thiết lập biểu thức liên hệ tốc độ phản ứng với nồng độ chất phản ứng Ðó biểu thức định luật tác dụng khối lượng v = k[A ]n1 [B]n hay: v=− dC A = k[A ]n1 [B]n dt Biểu thức biểu diễn định luật động hóa học, mơ tả ảnh hưởng nồng độ lên tốc độ phản ứng Theo cách mơ tả trên, nhiệt độ khơng đổi, tốc độ phản ứng hàm số nồng độ chất phản ứng Ðối với loại phản ứng khác dạng đường cong biểu diễn phụ thuộc khác k phương trình số nhiệt độ khơng đổi, đặc trưng động học cho phản ứng cho trước Nếu ta thu xếp cách biểu diễn nồng độ cho [A] = [B] = mol/l v = k, vậy: Hằng số tốc độ phản ứng tốc độ phản ứng nồng độ chất phản ứng đơn vị (= 1) ♦ Bậc tổng qt phản ứng n = n + n ♦ Sự ảnh hưởng nhiệt độ đến tốc độ phản ứng: Căn vào thực nghiệm Van/t Hoff nêu quy tắc kinh nghiệm: “Cứ tăng nhiệt độ len 10oC, tốc độ phản ứng hố học trung bình tăng từ đến lần” k k (t1 +10 ) = =γ; k1 k t1 γ = → lần (γ gọi hệ số nhiệt độ tốc độ phản ứng) Quy tắc Van/t Hoff quy tắc gần đúng, thu sở phản ứng dd xảy nhiệt độ thấp ♦ Arrhenius đề xuất biểu thức cho thấy phụ thuộc k vào nhiệt độ tuyệt đối T xảy phản ứng: Thực hành: Hố lý Trang 101 k = A.e − EA R.T Tại nhiệt độ xác định, giá trị E a lớn tốc độ phản ứng nhỏ Khi nhiệt độ tăng, tốc độ phản ứng tăng 1.2.3 Chất xúc tác Căn avfo dấu hiệu pha chất phản ứng xúc tác ta có: - Q trình xúc tác đồng thể: Ví dụ: 2SO 2(khí) NO(khi ) + O 2(khí) → 2SO 3(khí) - Q trình xúc tác dị thể: (r ) Ví dụ: 2H O 2(lỏng) 2 → 2H O (lỏng) + O ↑ MnO Trong thí nghiệm ta tìm hiểu: ♦ Ảnh hưởng nồng độ tác chất đến tốc độ phản ứng (hệ đồng thể): Na2S2O3 + H2SO4 Na2SO4 + S + SO2 + H2O Sự xuất hiệ kết tủa làm cho dd vẩn đục Dùng đồng hồ bấm giây theo dõi thời gian từ lúc đổ hai dd tác chất vào thấy bắt đầu xuất kết tủa màu đục sữa (ta tạm gọi thời gian phản ứng ∆t) Tốc độ trung bình pứ tỷ lệ nghịch với ∆t ♦ Ảnh hưởng diện tích bề mặt tác chất đến tốc độ (hệ dị thể) Zn + 2H+ → Zn2+ + H2↑ Lần lượt cho hạt kẽm kẽm bột tác dụngvới dd axit HCl Kích thước hạt kẽm nhỏ (S bm lớn) tốc độ pứ nhanh (bọt khí nhanh hơn) ♦ Ảnh hưởng nhiệt độ đến tốc độ phản ứng: 2KMnO + 5H C O + 3H SO → K SO + 2MnSO + 10CO ↑ + 8H O Do kết phản ứng, màu tím dd KMnO biến Dùng đồng hồ bấm giây theo dõi thời gian tức lúc đỗ dd axit oxalic vào dd thuốc tím mơi trường axit sunfuric thấy màu (gọi thời gian pứ ∆t) Tốc độ trung bình pứ tỷ lệ nghịch với ∆t Phản ứng tiến hành nhiệt độ 20o, 30o 40oC ♦ Tác dụng xúc tác MnO với pứ (hệ dị thể): (r ) 2H O 2(lỏng) 2 → 2H O (lỏng) + O ↑ MnO Thực hành: Hố lý Trang 102 1.3 Dụng cụ hố chất ♦ Dụng cụ: Máy điều nhiệt, nhiệt kế, Cốc thuỷ tinh 100ml, ống nghiệm khơ Ống đong ml, pipet ml có chia khoảng 0,1 ml, pipet 25 ml có chia khoảng 0,1 ml Đồng hồ bấm giây ♦ Hố chất: Các dd: H SO 0,2M; Na S O 0,2M, HCl lỗng, KMnO 0,001M; H C O 0,001M, H SO 0,3M; H O 10% Các chất rắn: Zn hạt, Zn bột, MnO bột 1.4 Tiến hành thí nghiệm ♦ Thí nghiệm 1: Ảnh hưởng nồng độ tác chất đến tốc độ phản ứng hệ pứ đồng thể - Dùng pipet cho vào ống nghiệm khơ, ống ml dung dịch H SO 0,2M - Lấy ống nghiệm khơ, đánh stt (1), (2), (3) Dùng pipet cho vào: (1): ml dd Na S O 0,2M + ml nước cất (2): ml dd Na S O 0,2M + ml nước cất (3): ml dd Na S O 0,2M - Chuẩn bị sẵn đồng hồ bấm giây, đổ nhanh dd H SO từ ống nghiệm chuẩn bị vào ống (1), lắc Dùng đồng hồ bấm giây theo dõi thời gian từ lúc đỗ dd tác chất vào bắt đầu xuất kết tủa màu đục sữa - Tiến hành tương tự ống (2) (3) Ghi kết thu vào bảng đây: Thể tích dung dịch (ml) STT H SO Na S O H2O ∆t Thực hành: Hố lý Trang 103 Tỷ lệ nồng độ Na S O ống nghiệm: C : C : C = : : Tỷ lệ tốc độ phản ứng ống nghiệm: v : v : v = : : ♦ Thí nghiệm 2: Ảnh hưởng diện tích bề mặt tácchất đến tốc độ (hệ dị thể) - Dùng ống đong lấy vào ống nghiệm, ống ml dd HCl lỗng - Cân lượng Zn có m nhau: dạng bột avf dạng hạt + Cho Zn bột vào ống nghiệm (1) + Cho Zn hạt vào ống nghiệm (2) Quan sát tượng xảy So sánh tốc độ phản ứng Zn với HCl ống nghiệm Giải thích? ♦ Thí nghiệm 3: Ảnh hưởng nhiệt độ đến tốc độ phản ứng - Dùng pipet lấy vào: ống nghiệm khơ (1): ml dd KMnO 0,001M, ống nghiệm khơ (2) : ml dd H C O 0,001M + ml H SO 3M - Đổ hai dd vào nhau, lắc - Dùng đồng hồ bấm giây theo dõi thời gian từ lúc đổ dd vào dd màu hồn tồn Tiến hành thí nghiệm nhiệt độ 20o, 30o 40oC Các thí nghiệm tiến hành máy điều nhiệt Trong đổ dd vào phải ngâm ống nghiệm đựng chất pứ trongmáy điều nhiệt 10 phút nhiệt độ chúng nhiệt độ máy Trướcvà sau đỗ dd tác chất vào nhau, ống nghiệm đặt máy điều nhiệt Ghi kết qủa vào bảng sau: Nhiệt độ (oC) 30 40 50 Thời gian phản ứng ∆t giây Thực hành: Hố lý Trang 104 Tỷ lệ tốc độ phản ứng ống nghiệm: v : v : v = : : Hệ số nhiệt độ phản ứng : γ = Nhận xét giải thích? ♦ Thí nghiệm 4: Hệ xúc tác đồng thể - Lấy cốc thuỷ tinh: Cốc (1): 1,5ml dd KMnO 10ml dd H2SO Cốc (2): 1,5ml dd KMnO 10ml dd H2SO 1 or tinh thể MnCl2 - Lấy ống nghiệm: Ống (1): 16 ml dd H C O 0,001M Ống (2): 16 ml dd H C O 0,001M - Đổ ống (1) vào cốc (1), khuấy → Dùng đồng hồ bấm giây theo dõi thời gian từ lúc đỗ dd tác chất vào màu hồn tồn - Tiếp tục đổ ống (2) vào cốc (2), tiến hành Ghi kết thu Nhận xét kết giải thích ♦ Thí nghiệm 5: Hệ xúc tác dị thể - Lấy ống nghiệm: Ống (1): ml dd H O 10% + bột MnO Ống (2): ml dd H O 10% - Theo dõi tượng xảy ống nghiệm Nhận xét giải thích Có thể kiểm tra lượng khí cách đưa gần miệng ống nghiệm que diêm cháy âm ỉ Thực hành: Hố lý Trang 105 Bài 2: XÁC ĐỊNH HẰNG SỐ TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG 2.1 Mục đích Xác định số tốc độ, chu kỳ bán huỷ, lượng hoạt hóa phản ứng thuye phân este etyl axetat với xúc tác HCl 2.2 Tóm tắc nội dung CH3COOH + C2H5OH HCl CH3COOC2H5 + H2O Bình thường phản ứng thuỷ phân etyl axetat xảy chậm, tốc độ tăng lên có xúc tác HCl Lượng nước lấy dư nhiều, nồng độ thực tế coi khơng đổi tốc độ phản ứng phụ thuộc bậc vào nồng độ este Khi thuỷ phân este chuyển thành axit Dùng kiềm mạnh chuẩn độ axit ta theo dõi lượng este phản ứng Hằng số tốc độ phản ứng bậc có dạng: k= Với: 2,303 C o lg t Ct C o nồng độ đầu este C t nồng độ thời điểm t Thời gian nửa phản ứng t 1/2 lượng hoạt hố E a phản ứng tính theo phương trình: t1 = 0,693 k E a = 2,303.R kT T1.T2 lg T2 − T1 k T1 2.3 Dụng cụ hố chất Máy điều nhiệt, bình nón 200 ml, buret, pipet, cốc có mỏ, ống đong Etyl axetat, dung dịch NaOH 0,05N, dd HCl 0,2N, phenolphtalein, nước đá 2.4 Tiến hành thí nghiệm ♦ Cho 50 ml dung dịch HCl 0,2N vào bình nón A có nút mài, đặt A vào máy điều nhiệt Thực hành: Hố lý Trang 106 30oC 15 phút Cho vào bình nón B 30 ml nước cất làm lạnh tới 0oC - Thêm vào A ml etyl axetat, đậy nút, lắc, để vào máy điều nhiệt - Lấy hỗn hợp phản ứng bình A, cho vào B làm lạnh để hãm phản ứng, ghi thời gian bắt đầu cho hỗn hợp phản ứng vào B coi thời điểm xuất phát t o - Tiếp chuẩn độ với dd NaOH 0,05N với chất thị pp xuất màu hồng nhạt Ghi thể tích NaOH dùng (V o ) - Cứ sau 15; 30; 45; 60 phút lại lấy 20 ml hỗn hợp phản ứng đem chuẩn độ Mỗi tời điểm t, ghi số ml dd NaOH dùng cho lần (V t ) - Ở nhiệt độ 30oC, phải sau 24h phản ứng kết thúc Để kết thúc phản ứng nhanh, đun cách thuỷ tới 70oC hỗn hợp pứ lại Lấy ml hỗn hợp đem chuẩn độ dd NaOH, ghi số ml dd NaOH (V ∞ ) Từ kiện ta xác định số tốc độ phản ứng nhiệt độ 30oC (k T1 ) ♦ Tiến hành phản ứng thuỷ phân este lần 40oC avf xác định số tốc độ phản ứng nhiệt độ (k T2 ) 2.5 Tính tốn Ghi Kết thu thành bảng: ♦ Ở nhiệt độ 303K t phút ml VddNaOH Vì C o V∞ − Vo = Ct V∞ − Vt Nên: k= 15/ 30/ 45/ 60/ ∞ V1 V2 V3 V4 V5 V∞ C V − Vo 2,303 2,303 lg o = lg ∞ t Ct t V∞ − Vt Thế giá trị bảng vào ta giá trị k , k , k , k Hằng số tốc độ phản ứng 30oC coi trung bình giá trị thực nghiệm k T1 = k1 + k + k + k 4 Từ tính thời gian nửa phản ứng 30oC Thực hành: Hố lý Trang 107 ♦ Ở nhiệt độ 313K Tương tự trên, ta tính được: k T2 Với hai giá trị số tốc độ phản ứng k T1 k T2 ta tính lượng hoạt hố phản ứng Thực hành: Hố lý Bài 3: XÁC Trang 108 ĐỊNH HẰNG SỐ TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG CỦA IƠD HĨA ACETON 3.1 Lý thuyết: Phản ứng iod hóa aceton mt axit xảy sau: CH COCH + I2 + H CH COCH I + H+ + I→ Đây phản ứng tự xúc tác diễn theo giai đoạn: - Giai đoạn 1: Enol hóa: + H CH COCH → CH C(OH)=CH - Giai đoạn 2: Tác dụng iơd với enol: CH C(OH)=CH + I2 → CH COCH I + H+ + IPhản ứng đầu xảy chậm, phản ứng sau xảy nhanh tới Vì tốc độ tồn phản ứng định giai đọan enol hóa: ( ( C 0A C 0H + − C x Lúc đấy: kt = ln C A + C 0H + C 0H + C 0A − C x Vẽ đồ thị : kt = ( ( ) ) ) ) C 0A C 0H + − C x 2,303 lg theo t, từ ta suy số tốc độ C 0A + C 0H + C 0H + C 0A − C x phản ứng 3.2 Thực nghiệm 3.2.1 Dụng cụ hóa chất Dụng cụ: - bình định mức 100 ml có nút; cốc 100 ml - buret 25 ml; pipet ml; pipet 10 ml có chia độ - ống đong 100 ml; bình nón 200 ml Hóa chất: - Axeton tinh chất - dd HCl 1N; dd I N/40; dd Na S O 0,01N - dd CH COONa 10% NaHCO 1%; tinh bột 1% 3.2.2 Tiến trình thí nghiệm Cho vào bđm 100ml: 10 ml ddHCl 1N + ddI N/40 đến ¾ bình (bình 1) Bình cho dd I → Đặt vào máy điều nhiệt có tạo bóng tối Sau 15 – 20 phút, cho 1ml axeton vào bình ghi nhận thời điểm này, t thời điểm bắt đầu phản ứng Thực hành: Hố lý Trang 109 Nhanh chóng cho vào dd bình vào bình vạch định mức Lắc lắp bình trở lại máy điều nhiệt Dùng pipet hút nhanh 10 ml hỗn hợp phản ứng cho vào bình nón 200ml có chứa sẵn 10ml CH COONa 10% NaHCO 1% Ghi nhận thời điểm hỗn hợp gặp chất phản ứng, t 1, định phân I2 dd Na S O ; hh có màu vàng nhạt, cho vài giọt HTB1% định phân tiếp có màu xanh, ghi nhận thể tích V Na S O Sau 10 phút lấy mẫu thứ làm tương tự trên, ghi nhận V Tiếp tục theo dõi tiến trình phản ứng cách chuẩn độ I2 sau khoảng thời gian định Làm điểm t i – V i 3.2.3 Tính tốn kết Ta có: C x = N Na 2S2O3 (V0 − Vi ) 2VI2 Thể tích V xác định phương pháp ngoại suy từ đồ thị V i theo t i đến t (t i = 0) Kết thực nghiệm ghi bảng sau: C 0A = C H + = C Na 2S2O3 = Nhiệt độ phản ứng: …….0C ti V i (Na S O ) t=0 V0 t1 = V1 …… …… Cx lg ( (C C 0A C 0H + − C x C 0H + A − Cx ) ) Chú ý: V xác định cách ngoại suy đồ thi V i – t đến t = Xác định k phương pháp đồ thị, ý đơn vị k Có thể làm thí nghiệm nồng độ ban đầu (axeton, axit iod) nhiệt độ khác nhận xét phụ thuộc tốc độ phản ứng vào yếu tố Thực hành: Hố lý Trang 110 Bài 4: XÁC ĐỊNH BẬC PHẢN ỨNG 4.1 Cơ sở lý thuyết (xem giảng) 4.2 Thực nghiệm 4.2.1 Dụng cụ hóa chất - Đồng hò bấm giây; cốc 50 ml Dụng cụ: - buret 25 ml; pipet 25 ml; - ống đong 100 ml; bình tam giác 250 ml có nút mài Hóa chất: - dd KI M/40 - dd Fe(NO ) M/60 dd FeCl M/60 ; dd I N/40; - dd KNO 0,1M họăc KCl 0,1M - dd HNO 0,1M HCl 0,1M - dd Na S O 0,01N; tinh bột 1%; nước cất 4.2.2 Tiến trình thí nghiệm a) Xác định bậc riêng theo Fe3+ Dùng pipet cho vào bình tam giác hóa chất với lượng xác theo thành phần bảng sau: Dung dịch Bình Bình Bình Bình dd Fe(NO ) M/60 (ml) 10 20 30 40 dd HNO 0,1M (ml) 10 10 10 10 dd KNO 0,1M (ml) 40 30 20 10 H O (ml) 20 20 20 20 KNO HNO cho vào để giữ lực ion khơng đổi Tiến hành thí nghiệm với bình Cho vào: - Bình 1: vài giọt HTB + 20 ml dd KIM/40 Lắc bấm đồng hồ dâyghi nhận thời điểm lúc bắt đầu phản ứng Khơng tắt đồng hồ suốt thí nghiệm bình - Dùng buret cho vào lượng định Na S O 0,01N (V ) (thí dụ V = ml, ml, 3ml,…), lắc quan sát Khi dung dịch có màu xanh trở lại, ghi nhận thời điểm t – lúc I sinh vừa tác dụng hết lượng Na S O cho vào bắt đầu tích lũy hỗn hợp phản ứng Tiếp tục cho thêm Na S O , tổng thể tích Na S O lúc V ghi nhận thời điểm t xuất màu xanh (V – tổng lượng Na S O diện Thực hành: Hố lý Trang 111 hỗn hợp phản ứng tác dụng hết với lượng iod sinh thời điểm t ) Tiếp tục theo dõi tiến trình phản ứng khoảng điểm V i – T i Lượng Na S O nhỏ vào nên giảm giảm dần theo thời gian phản ứng, vừa đủ cho khoảng thời gian hai t i liên tiếp vào khoảng phút, phút rưỡi tồn thí nghiệm với bình khơng q 10-15 phút mà phải đủ điểm Làm với bình lại b) Xác định bậc riêng theo IDùng pipet cho vào bình tam giái thể tích xác hóa chất theo thành phần bảng sau: Dung dịch Bình Bình Bình Bình dd KI M/40 (ml) 10 20 30 40 dd HNO 0,1M (ml) 10 10 10 10 H O (ml) 27,5 20 12,5 dd KNO 0,1M (ml) 32,5 30 27,5 25 Cho vào bình vài giọt tinh bột 20 ml dung dịch Fe(NO ) M/60, lắc mạnh, ghi nhận thời điểm bắt đầu phản ứng Các bước tiến hành tương tự phần xác định bậc riêng theo Fe3+ Trong trường hợp phải thay Fe(NO ) FeCl thành phần hỗn hợp phản ứng thay đổi sau: Bình FeCl M/40, ml 20 25 30 35 HCl 0,1 N, ml 10 10 10 10 KCl 0,1 N, ml 40 37,5 30 22,5 H O, ml 7,5 10 12,5 20 25 30 35 Chuỗi thí nghiêm 1( + 20 ml KI M/40 thực phản ứng): Chuỗi thí nghiêm ( +20 ml FeCl M/40, thực phản ứng) KI M/40, ml Thực hành: Hố lý Trang 112 HCl 0,1 N, ml 10 10 10 10 KCl 0,1 N, ml 17,5 16 15 13,5 H O, ml 32,5 29 25 21,5 4.2.3 Tính tốn kết luận Ghi lại kết thí nghiệm vào bảng sau: Nhiệt độ thí nghiêm: …………; Chuỗi thí nghiệm 1: (C ) I- = ………… N0 bình: ….…; (C ) Fe 3+ = ……… t,giây Cx VNa 2S2O3 1/C x 1/t Với bình lập bảng trên, vẽ đồ thị 1/C x theo 1/t Xác định hệ số β độ dốc đường thẳng 1/C x - 1/t dC Từ xác định tốc độ ban đầu: − = -(dC/dt) t=0 =1/β dt t =0 β dC theo lg(C ) Fe 3+ để xác định bậc riêng theo Fe3+, n Dựng đồ thị lg = dt t =0 β Chuỗi thí nghiệm 2: (C ) Fe 3+ = … (C ) I- = … Bình …………; t, giây VNa 2S2O3 Cx 1/C x Từ kết thực nghiệm xác định tốc độ đầu (- dc/dt) t=0 dC Dựng đồ thị lg − lg C I− để xác định bậc riêng theo I , n dt t =0 Từ n n tính bậc tổng chung n 1/t [...]... phản ứng, khơng phản ánh sự diễn biến của phản ứng Còn phương trình động học có thể phản ánh cơ chế phản ứng một cách chung nhất Các hệ số tỷ lượng trong phương trình được đưa vào lúc cân bằng phương trình, trái lại các số lũy thừa (số mũ) của nồng độ trong phương trình động học được xác định bằng thực nghiệm, nghĩa là phương trình động học được xác lập bằng thực nghiệm, sau khi đã biết rõ cơ chế phản... 2.2.1 Phản ứng bậc 1 a) Sơ đồ: A → Sản phẩm Ví dụ: 2N 2 O 5 → 2N 2 O 4 + O 2 + H C 12 H 22 O 11 + H 2 O → C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 b) Các quy luật động học: k A → Sản phẩm Chương 1: Động học các phản ứng đồng thể t=0 a t≠0 (a-x) Phương trình động học: v=− Trang 9 d(a − x ) d[A ] = k[A ] = k (a − x ) =− dt dt (1.10) dx = k (a − x ) dt dx ∫ a − x = ∫ kdt hay: − ln(a − x ) = kt + C (1.11) Tìm giá... đồ tổng qt: A + B → X + Y Ta khảo sát động học của phản ứng bậc 2 đối với 2 trường hợp Trường hợp 1: Nồng độ ban đầu của chất phản ứng bằng nhau (a = b) Trường hợp 2: Nồng độ ban đầu của chất phản ứng bằng nhau (a ≠ b) 1.2.2.1 Trường hợp 1 (a = b) a) Sơ đồ: A + B t=0 a a t≠0 a–x a–x → Sản phẩm Chương 1: Động học các phản ứng đồng thể Trang 12 b) Phương trình động học v=− d(a − x ) d[A ] 2 2 = k.[A ]... ứng, phản ứng bậc 3 chủ yếu có 3 dạng phương trình động học khác nháu: v=− d[A ] = k.[A ]3 , dt v=− d[A ] = k.[A ]2 [B], dt v=− d[A ] = k.[A ][ B][ C], dt khi a = b = c (I) khi a = c ≠ b (II) khi a ≠ b ≠ c (III) a) Trường hợp I Sơ đồ: A + B + C t=0 a a a t≠0 a–x a–x a–x → Sản phẩm Chương 1: Động học các phản ứng đồng thể Trang 16 Phương trình động học Suy ra: v=− d[A ] 3 = k.[A ] dt v=− d(a − x )... Ðộng học của phản ứng đơn giản: [A] = [A] 0 - [X], [A] 0 = [X] ∞ [B] = [B] 0 - [X], [B] 0 = [X] ∞ Chú ý: các hệ số a, b, x, y trong phương trình lý tưởng đều bằng 1 1.3 Động học các phản ứng đồng thể phức tạp Phản ứng phức tạp là phản ứng trong đó đồng thời (ít nhất là hai) biến hóa diễn ra một cách thuận nghịch, nối tiếp, song song nhau Ta thường gặp các loại phản ứng phức tạp sau: Chương 1: Động học. .. sự suy biến (sự giảm) bậc phản ứng Ví dụ điển hình là phản ứng nghịch đảo của đường mía trong dd nước, được xúc tác bằng axit HCl, phản ứng này diễn ra như sau: C 12 H 22 O 11 + H 2 O + HCl → C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 + HCl ⇒ v = k.[C12H22 O11 ][ H2 O][ HCl] Ở đây, nồng độ HCl là chất xúc tác, nên nồng độ của nó khơng thay đổi trong phản ứng Còn nước là dung mơi, lượng của nó lớn nên lượng nước... trên, chúng ta cần lưu ý rằng khơng thể dựa vào phương trình tỷ lượng mà rút ra phương trình động học một cách máy móc, làm như vậy sẽ mắc sai lầm, ví dụ đối với hai phản ứng dưới đây: H 2 + I2 1 H2 2 + → 2HI 1 Br 2 2 (a) → HBr (b) Về mặt phương tình tỷ lượng chúng hồn tồn giống hệt nhau nhưng phương trình động học lại khác nhau: v= 1 d[HI] = k[H2 ] [I2 ] 2 dt Ở đây, bậc phản ứng là bậc 2 (xác định bằng... phản ứng b) Trường hợp II Sơ đồ: A + B + C t=0 a b a t≠0 a–x b–x a–x → Sản phẩm Phương trình động học Suy ra: v=− d[A ] 2 = k.[A ] [B] dt v=− d(a − x ) 2 = k (a − x ) (b − x ) dt dx ∫ (a − x ) (b − x ) = ∫ k.dt 2 ⇒ 1 1 1 1 a−x b ln = k.t − + 2 (b − a) a − x a (b − a) b − x a (1.21) Chương 1: Động học các phản ứng đồng thể Hoặc: Trang 17 (2b − a)2x + ln a − 2x b = k.t 1 2 b−x a (2b − a)... + + + N C t=0 a a a t≠0 a–x a–x a–x → Sản phẩm Phương trình động học Suy ra: v=− d[A ] n = k.[A ] dt v=− d(a − x ) n = k (a − x ) dt dx ∫ (a − x )n = ∫ k.dt t = 0; x = 0; suy ra: C = ⇒ ⇒ 1 dx dx n = k (a − x ) hay: = k.dt dt (a − x )n (n − 1)( a − x )n −1 1 , (n − 1)an −1 = k.t + C sau khi thay C vào (1.22) ta được: (1.22) Chương 1: Động học các phản ứng đồng thể k.t = Trang 19 1 1 1 − n −1 ... = k dt Phản ứng như thế là phản ứng bậc khơng Ta có thể mơ tả động học như sau: v=− v= d[A ] = k.[A ]0 = k dt dx = k ⇒ x = k.t dt A = a − x = a − k.t Từ đó, ta có thể kết luận: Phản ứng bậc 0 là phản ứng mà tốc độ v khơng thay đổi theo thời gian, còn nồng độ chất phản ứng thay đổi theo quy luật tuyến tính với thời gian t Chương 1: Động học các phản ứng đồng thể Trang 20 Hình 1.4: Sự phụ thuộc (a) ... 1: Động học phản ứng đồng thể Trang Phần II - ĐỘNG HỌC VÀ XÚC TÁC Chương 1: ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG HỐ HỌC ĐỒNG THỂ Ðộng học hóa học phận hóa lý Ðộng học hóa học gọi tắt động hóa học Ðộng hóa học. .. loại động học: động hóa học hình thức động hóa học lý thuyết Ðộng hóa học hình thức chủ yếu thiết lập phương trình liên hệ nồng độ chất phản ứng với số tốc độ thời gian phản ứng, động hóa học. . .Bài giảng: Động học – xúc tác Trang ii LỜI NĨI ĐẦU Độ ng học v x úc t c l m ột ph ận Hóa l ý Nó gi i t hi ệ u cá c n ộ i d u n g đ ộn g hó a học x úc t ác M ột vấn đề