Bài giảng hóa đại cương chương 4 động hóa học

Hóa đại cương Lớp học phần VNUA-Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ CHƢƠNG 4: ĐỘNG HÓA HỌC - Tốc độ phản ứng + Khái niệm + Các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng - Cân hóa học + Khái niệm + Hằng số cân hóa học + Sự chuyển dịch cân - Phản ứng quang hóa - Bài tập CHƢƠNG 4: ĐỘNG HÓA HỌC - Tốc độ phản ứng + Khái niệm + Các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng - Cân hóa học + Khái niệm + Hằng số cân + Sự chuyển dịch cân - Bài tập Hóa đại cương I – TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG 1.1.- KHÁI NIỆM TỐC ĐỘ PƢ Tốc độ phản ứng biểu diễn biến thiên nồng độ chất tham gia phản ứng chất taọ thành sau phản ứng đơn vị thời gian điều kiện xác định Giả sử ta có phản ứng: A + B  C + D C1  C2 C C ΔC   t  t1 t  t1 Δt Nếu khảo sát biến thiên nồng độ theo chất sản phẩm phản ứng thì: Ở thời điểm t1, nồng độ chất phản ứng A C1 Ở thời điểm t2, nồng độ chất phản ứng A C2 V V C  C1 ΔC  t  t1 Δt Biểu thức tổng quát tốc độ trung bình phản ứng: V ΔC Δt (4.1) Nếu xét khoảng thời gian vô nhỏ vận tốc tức thời phản ứng là: ΔC dC v   lim  (4.2) Δt0 Δt dt 1.2.- PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN VÀ PHẢN ỨNG PHỨC TẠP Phản ứng đơn giản: Là phản ứng diễn qua giai đoạn CH3 – N = N – CH3  CH3 – CH3 + N2 H2 + I2  2HI 2NO + O2  2NO2 Phản ứng phức tạp: Là phản ứng diễn qua số giai đoạn 2NO + 2H2  N2 + 2H2O Các giai đoạn phản ứng: NO + H2  NOH2 NOH2 + NO  N2 + H2O2 H2O2 + H2  2H2O Hóa đại cương 1.3 – CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG TỚI TỐC ĐỘ PƢ 1.3.1 Ảnh hƣởng nồng độ chất tham gia phản ứng a Định luật tác dụng khối lượng - Phản ứng đồng thể Định luật tác dụng khối lượng: (nhà bác học Na-uy C Guldbert P.Waage đưa năm 1864), phát biểu sau: “ở nhiệt độ xác định, tốc độ phản ứng hoá học tỷ lệ thuận với tích nồng độ chất tham gia phản ứng với luỹ thừa thích hợp” Giả sử có phản ứng: mA + nB = pC + qD v = k.CAx.CBy - CA,CB: nồng độ chất A chất B - x, y: số, nói chung x≠ m, y ≠ n Trong số trường hợp số trùng với hệ số tỉ lượng m, n phương trình phản ứng Do vậy, để dễ hiểu ta biểu diễn: v = k.CAm.CBn - k: số tốc độ phản ứng có giá trị phụ thuộc vào chất chất phản ứng nhiệt độ phản ứng (không phụ thuộc vào nồng độ C) k xác định thực nghiệm Thí dụ: Có phản ứng 2SO2 + O2  2SO3 tốc độ phản ứng thay đổi giảm thể tích hệ xuống lần nhiệt độ không đổi v0  kCSO CO 2 Thể tích giảm lần v  k.[3CSO2 ]2.[3CO ]  27 v Hóa đại cương Nếu phản ứng xảy chất khí Theo phương trình trạng thái khí lí tưởng: nồng độ chất khí tỉ lệ với áp suất riêng phần khí hỗn hợp Áp suất riêng phần khí áp suất gây khí hỗn hợp Áp suất riêng phần khí i tính theo công thức: Pi  ni P  ni (4.4) p - áp suất chung hệ ni -số mol khí i  n i tổng số khí có hệ Lúc phương trình động học phản ứng viết: v  kPAm PBn (4.5) V2 O Thí dụ: phản ứng: 2SO2 + O2  2SO3 Nếu tính theo áp suất: v c  k c C SO C O2 2 v p  k p PSO PO 2 - Phản ứng dị thể Trong trường hợp phản ứng xảy bề mặt chất rắn nên phụ thuộc vào nồng độ khí chất hoà tan ra, vận tốc phản ứng phụ thuộc vào diện tích bề mặt tiếp xúc pha Thí dụ 1: phản ứng: Cgr + O2 (k)  CO2 (k) Vận tốc phản ứng tỷ lệ với nồng độ O2 diện tích tiếp xúc (S) Cgr O2 Ở thời điểm khảo sát diện tích tiếp xúc (S) coi không đổi, vận tốc phản ứng tỉ lệ với nồng độ (áp suất) O2: v  k c C O Hoặc v  k p PO Vậy: Trong trường hợp có chất rắn tham gia phản ứng “nồng độ” mặt biểu thưc toán học định luật tác dụng khối lượng Hóa đại cương b Bậc phản ứng Trong phương trình động học, x+y gọi bậc phản ứng Bậc phản ứng tổng số mũ thừa số nồng độ phương trình tốc độ phản ứng Đối với phản ứng đơn giản (phản ứng xảy giai đoạn) x+y = m+n Thí dụ: CH3 – N = N – CH3  CH3 – CH3 + N2 Phản ứng bậc H2 + I2  2HI Phản ứng bậc 2NO + O2  2NO2 Phản ứng bậc Còn phản ứng phức tạp bậc phản ứng x+ y ≠ m +n Giai đoạn chậm định đến tốc độ phản ứng Thí dụ: có phản ứng H2O2 + 2HI  2H2O + I2 Phản ứng xảy giai đoạn: H2O2 + HI  HIO + H2O xảy chậm HIO + HI  I2 + H2O xảy nhanh Khi đó, tốc độ phản ứng v=k[H2O2].[HI] Phản ứng bậc Thí dụ số phản ứng khác 2NO + 2H2  N2 + 2H2O Các giai đoạn phản ứng: Phản ứng bậc NO + H2  NOH2 NOH2 + NO  N2 + H2O2 H2O2 + H2  2H2O CO + Cl2  COCl2 Phản ứng bậc 5/2 Bậc phản ứng xác định thực nghiệm dựa vào phương trình động học phản ứng xác định số thông số, có bậc phản ứng (xem trang 75) Hóa đại cương c Phương trình động học phản ứng (trang71) 1.3.2- Ảnh hƣởng nhiệt độ đến tốc độ phản ứng v v a v v b T T c T d T a - phổ biến phản ứng hóa học b – thường gặp pư có liên quan đến hợp chất sinh học protein enzym Với protein trạng thái tự nhiên tốc độ tăng theo nhiệt độ Khi nhiệt độ đạt đến nhiệt độ chúng bị biến tính, hiệu xúc tác tốc độ pư giảm c – Ít gặp Nó xảy pư thuận nghịch mà tốc độ pư nghich phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ d – đặc trưng cho pư dây truyền Tại nhiệt độ định tốc độ tăng mạnh gây nổ a Quy tắc Van’t Hoff Thực nghiệm cho thấy nhiệt độ tăng lên vận tốc phản ứng tăng nhanh tăng lên 100C vận tốc phản ứng tăng lên đến lần Số vận tốc phản ứng tăng lên lần nhiệt độ tăng lên 100 gọi hệ số nhiệt độ kí hiệu  Ta có: VT 10 VT γ Nếu nhiệt độ T1 vận tốc phản ứng V1 nhiệt độ T2 vận tốc phản ứng là: V2  γ T2  T1 10 V1 (4.6) (4.6) biểu thức toán học quy tắc kinh nghiệm Van’t Hoff Nó gần khoảng nhiệt độ không cao Hóa đại cương Thí dụ: a)Tính xem vận tốc phản ứng tăng lên lần tăng nhiệt độ từ 00C đến 3000C? Cho hệ số nhiệt độ b)Nếu 00C phản ứng kết thúc 1024 ngày 300 0C phản ứng kết thúc lâu? Giải a- 300 V300  10  30 V0 Vậy nhiệt độ tăng từ 00C đến 3000C vận tốc phản ứng tăng 230 lần b) Vì vận tốc phản ứng tỉ lệ nghịch với thời gian nên 3000C phản ứng kết thúc trong: 1024 ngày , hay 1024 x24 x60 x60  S 10 30 230 b Năng lượng hoạt động hoá – Phương trình Arrhenius Năng lượng hoạt động hoá Khái niệm lượng hoạt động hoá mô tả hình vẽ bên Các chất tham gia phản ứng có mức lượng trung bình Eđ Các phân tử có mức lượng lớn mức EM tương tác hoá học với để tạo chất sản phẩm có mức lượng trung bình Ec Hiệu số Eđ - Ec =H hiệu ứng nhiệt phản ứng Hiệu số EM – Eđ = Eh lượng hoạt động hoá phản ứng thuận Hiệu số EM – Ec = Eh’ lượng hoạt động hoá phản ứng nghịch Mức lượng EM gọi hàng rào lượng phản ứng E EM M Eh E ’ h E đ đầu Ec H Chất cuối Tiến trìnhphản ứng (P/ ứng toả nhiệt theo chiều thuận: H0 N2O4(K) (Không màu) (màu nâu) Nếu ta tăng nhiệt độ (đun) cho hệ cân chuyển dịch theo chiều thu nhiệt (chiều thuận) làm cho màu nâu tăng lên Nếu giảm nhiệt độ (nhúng vào nước lạnh) cân chuyển dịch theo chiều toả nhiệt (chiều nghịch) làm cho màu hệ khí nhạt Thí dụ 2: N2(K) + 3H2(K) NH3(K) , H1;  = ;  1 , trường hợp thường xảy phản ứng dây truyền h Chẳng hạn phản ứng: H2 + Cl2 2HCl , có = 104 đến 106 17 Hóa đại cương Lớp học phần VNUA-Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ 2- CÁC LOẠI PHẢN ỨNG QUANG HÓA 2.1 PHẢN ỨNG QUANG HÓA XÚC TÁC Đây loại phản ứng có khả tự diễn(G 0) Phần lượng xạ mà chất phản ứng hấp thụ dùng phần để tiến hành phản ứng, phần lại tích luỹ sản phẩm Phần lớn lượng mà xanh hấp thụ chuyển thành đường tinh bột tích luỹ sản phẩm : Thân, củ, quả… Vì thời gian chiếu sáng nhiều sản phẩm tăng Thí dụ: suất lúa chiêm xuân năm nắng nhiều cao năm nắng 2.3 PHẢN ỨNG CẢM QUANG Chất tăng nhạy: Chất có vai trò giúp cho chất tham gia pư hấp thụ xạ Phản ứng quang hoá có tham gia chất tăng nhạy gọi phản ứng cảm quang Thí dụ: Phản ứng quang hợp xanh phản ứng cảm quang Chất Clorophil (có chất diệp lục) chất tăng nhạy Cơ chế phản ứng quang hợp h C6 H1206 + 602  6C02 + 6H20 X(Clorophil) X + h X* X* + H20 OH + OH 2H2O2 24 HX* +6 C02 HX* + 0H * Chất hoạt động Gốc tự H2O2 2H2O + O2  C6H1206 + 6H20 + 24X Chính nhờ có phản ứng cảm quang mà lượng ôxy không khí không bị thay đổi, đảm bảo cho sống người động vật Nên việc giữ gìn môi trường xanh, sạch, đẹp việc làm cần thiết, đặc biệt việc đảm bảo màu xanh cho đất: Trồng lương thực, thực phẩm gây rừng phải nên tiến hành thường xuyên, toàn diện 18 [...]... theo thời gian 1 .4- CÂN BẰNG HÓA HỌC DƢỚI GÓC ĐỘ NHIỆT ĐỘNG HỌC Theo nhiệt động học một phản ứng đạt cân bằng khi G = 0 Qua nghiên cứu người ta đưa ra biểu thức liên hệ giữa G0 với hằng số cân bằng như sau: G0= -RTlnKC hoặc G0 = -RTlnKp (4. 13) Hằng số cân bằng K1, K2 ở 2 nhiệt độ T1 và T2 có mối liên hệ qua biểu thức: ln K2 ΔH 1 1  (  ) K1 R T2 T1 (4. 14) 13 Hóa đại cương 2- SỰ CHUYỂN DỊCH CÂN... phản ứng hóa học sao cho đạt được hiệu quả cao nhất 11 Hóa đại cương 1- KHÁI NIỆM VỀ CÂN BẰNG HÓA HỌC 1.1- KHÁI NIỆM Theo động học thì hầu hết các phản ứng hoá học đều là phản ứng thuận nghịch (Trong thực tế ta coi phản ứng này hoặc phản ứng kia là hoàn toàn vì lúc đó tốc độ phản ứng thuận chiếm ưu thế, tốc độ phản ứng nghịch là rất bé so với phản ứng thuận) “Trạng thái của một phản ứng hoá học thuận... nhiệt độ nhất định, được gọi là nhiệt độ chuyển pha 16 Hóa đại cương III – PHẢN ỨNG QUANG HÓA 1- PHẢN ỨNG QUANG HÓA – ĐỊNH LUẬT QUANG HÓA- HIỆU SUẤT LƢỢNG TỬ 1.1 PHẢN ỨNG QUANG HÓA Phản ứng hoá học mà năng lượng cần thiết để gây ra phản ứng phải cung cấp dưới dạng bức xạ gọi là phản ứng quang hoá h Thí dụ H2(k) + Cl2(k) = 2HCl 1.2 ĐỊNH LUẬT QUANG HÓA Khi nghiên cứu phản ứng quang hoá, Einstein (Anhxtanh-1912)... bằng: E = N  =N.h Mặt khác: ν C λ (4. 15) N: là số Avôgađrô (N = 6,02 1023) h: là hằng số plăng = 6,625.10- 34 j.s  : là tần số chuyển động của photon với C = 3.108m/s: Tốc độ ánh sáng Thay vào biểu thức (4. 15) ta có: E  N.h C λ (4. 16) Khi thay các giá trị cụ thể vào biểu thức (4. 16) rút ra : E 2,859 λ [cal/mol.cm] (Nếu  tính bằng cm) (4. 17) Từ biểu thức (4. 17) ta thấy: khi  nhỏ thì E lớn Nghĩa... phản ứng có  >1 , trường hợp này thường xảy ra phản ứng dây truyền h Chẳng hạn phản ứng: H2 + Cl2 2HCl , có = 1 04 đến 106 17 Hóa đại cương Lớp học phần VNUA -Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ 2- CÁC LOẠI PHẢN ỨNG QUANG HÓA 2.1 PHẢN ỨNG QUANG HÓA XÚC TÁC Đây là loại phản ứng có khả năng tự diễn(G ... điều kiện để điều khiển phản ứng hóa học cho đạt hiệu cao 11 Hóa đại cương 1- KHÁI NIỆM VỀ CÂN BẰNG HÓA HỌC 1. 1- KHÁI NIỆM Theo động học hầu hết phản ứng hoá học phản ứng thuận nghịch (Trong... thời gian 1. 4- CÂN BẰNG HÓA HỌC DƢỚI GÓC ĐỘ NHIỆT ĐỘNG HỌC Theo nhiệt động học phản ứng đạt cân G = Qua nghiên cứu người ta đưa biểu thức liên hệ G0 với số cân sau: G0= -RTlnKC G0 = -RTlnKp (4.13)... 104 đến 106 17 Hóa đại cương Lớp học phần VNUA -Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ 2- CÁC LOẠI PHẢN ỨNG QUANG HÓA 2.1 PHẢN ỨNG QUANG HÓA XÚC TÁC Đây