Động hóa học các phản ứng đơn giản và hệ thống bài tập củng cố, phát triển kiến thức Động hóa học các phản ứng đơn giản và hệ thống bài tập củng cố, phát triển kiến thức Động hóa học các phản ứng đơn giản và hệ thống bài tập củng cố, phát triển kiến thức Động hóa học các phản ứng đơn giản và hệ thống bài tập củng cố, phát triển kiến thức Động hóa học các phản ứng đơn giản và hệ thống bài tập củng cố, phát triển kiến thức Động hóa học các phản ứng đơn giản và hệ thống bài tập củng cố, phát triển kiến thức Động hóa học các phản ứng đơn giản và hệ thống bài tập củng cố, phát triển kiến thức Động hóa học các phản ứng đơn giản và hệ thống bài tập củng cố, phát triển kiến thức Động hóa học các phản ứng đơn giản và hệ thống bài tập củng cố, phát triển kiến thức Động hóa học các phản ứng đơn giản và hệ thống bài tập củng cố, phát triển kiến thức Động hóa học các phản ứng đơn giản và hệ thống bài tập củng cố, phát triển kiến thức Động hóa học các phản ứng đơn giản và hệ thống bài tập củng cố, phát triển kiến thức Động hóa học các phản ứng đơn giản và hệ thống bài tập củng cố, phát triển kiến thức Động hóa học các phản ứng đơn giản và hệ thống bài tập củng cố, phát triển kiến thức Động hóa học các phản ứng đơn giản và hệ thống bài tập củng cố, phát triển kiến thức Động hóa học các phản ứng đơn giản và hệ thống bài tập củng cố, phát triển kiến thức Động hóa học các phản ứng đơn giản và hệ thống bài tập củng cố, phát triển kiến thức Động hóa học các phản ứng đơn giản và hệ thống bài tập củng cố, phát triển kiến thức Động hóa học các phản ứng đơn giản và hệ thống bài tập củng cố, phát triển kiến thức Động hóa học các phản ứng đơn giản và hệ thống bài tập củng cố, phát triển kiến thức Động hóa học các phản ứng đơn giản và hệ thống bài tập củng cố, phát triển kiến thức Động hóa học các phản ứng đơn giản và hệ thống bài tập củng cố, phát triển kiến thức
Trang 1PHAN I: MO DAU
1 Lí do chọn đề tài
Động hóa học là một ngành khoa học nghiên cứu quy luật xảy ra các quá trình hóa học theo thời gian Đối tượng của động học hóa học là nghiên cứu về tốc độ của phản a hóa học, về những yếu tố có ảnh hưởng đến tốc độ (nông độ, nhiệt độ, chất xúc c, ) đồng thời qua đó nghiên cứu về cơ chế của phản ứng hóa học Trong đó, động hóa + các phản ứng đơn giản chủ yêu nghiên cứu các quy luật động học đơn giản Mặc dù như vậy, đây là nội dung tương đối khó, mới lạ và trừu tượng đối với một học sinh, sinh viên chưa từng tiếp xúc với nội dung này ở trường trung học phô thông
Đề có thénam vững kiến thức và vận dụng kiến thức ấy một cách linh hoạt, chính
xác người dạy phải cung cấp cho học sinh những kiến thức cũng như những phương
pháp giảibài tập thích hợp với mức độ yêu cầu của học sinh Là một sinh viên sư phạm
với vôn hiểu biết còn hạn chế và cần phải rèn luyện nhiều hơn, tôi chọn đề tài “Động
hóa học các phản ứng đơn giản và hệ thống bài tập củng cố, phát triển kiến thức” để cung cấp và làm rõ hơn một phần nội dung của Động hóa học, hướng dẫn giải bài tập góp phần giúp học sinh, sinh viên nắm vững kiến thức và áp dụng đề giải các bài tập đưa ra
2 Mục đích nghiên cứu
Hệ thống hóa nội dung kiến thức nội dung động lực học các phản ứng đơn giản, xây dựng
được hệ thống bài tập đảm bảo tính logic, khoa học phù hợp với tư duy của người học
3 Đối tượng nghiên cứu
Nội dung kiến thức và bài tập nội dung động lực học các phản ứng đơn giản 4 Nhiệm vụ nghiên cứu
Nghiên cứu lí thuyết về động lực học các phản ứng đơn giản
7 Thông kê, phân loại các bài tập trong tài liệu, giáo trình và hướng dẫn giải bài tập Xây dựng hệ thông bài tập củng cô, vận dụng kiên thức về động lực học các phản ứng đơn giản
5Š Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu và phân tích các tài liệu, giáo trình có liên quan Phương pháp tông hợp thu thập tài liệu
Trang 2PHAN II: NOI DUNG Chương 1: Tóm tắt lý thuyết
1.1 Cơ sở lý luận của đề tài
1.1.1.Tư duy hóa học
Trong thế kỉ XXI, nhiều thay đổi trong giáo dục trên thế giới đã ảnh hưởng đến nên giáo dục Việt Nam Trong thời đại của nên kinh tê tri thức, cách dạy và cách học cũng thay đôi, việc nhớ tât cả các kiên thức là không thê Vậy cách học ở đây không còn
đơn thuân là học kiên thức cơ bản mà còn là học cách học, học cách tư duy
Khái niệm tư duy được hiểu là quá trình nhận thức, phản ánh những thuộc tính bản chất, những mối quan hệ có tính quy luật của sự vật, hiện tượng Tư duy giúp ta vận dụng những kiến thức đã tích lũy được để giải quyết những vấn đề liên quan nhờ đó tiết kiệm được công sức Nhờ tư duy, trình độ hiểu biết của con người cũng nâng cao
hơn và làm việc có kết quả tốt hơn
L.N.Tônxtôi đã viết: “Kiến thức chỉ thực sự là kiến thức khi nào nó là thành quả những có gắng của tư duy chứ không phải của trí nhớ”
Qua quá trình dạy học hóa học, học sinh có thể được trang bị và rèn luyện nhiều loại tư duy trong đó có tư duy logic
Tư duy logic là một trong những kĩ năng không thể thiếu trong lĩnh hội các môn khoa học tự nhiên Đối với môn hóa học, việc rèn tư duy logic cho học sinh còn là nhiệm vụ quan trọng Thông qua các bài tập hóa học, học sinh được rèn luyện tư duy logic, điều này được thể hiện rất rõ: Với tư duytoan hoc thi 1 + 2 = 3.Nhung với tư duy hóa học thì A + B không phải là phép cộng thuần túy của toán học, mà là xảy ra sự biến đổi nội tại của các chất để tạo thành chất mới
1.1.2.Phát triển tư duy cho học sinh thông qua hệ thống bai tap
Việc phát triển tư duy cho học sinh trước hết là giúp cho học sinh nắm vững kiếnthức,
biết vận dụng kiến thức vào việc giải bài tập và thực hành qua đó mà kiên thức học sinh
thu nhận được trở nên vững chắc và sinh động hơn Học sinh chỉ thực sự lĩnh hội được tri
thức khi tư duy của họ được phát triển và nhờ sự hướng dẫn của giáo viên mà học sinh biết phân tích, khái quát tài liệu có nội dung sự kiện cụ thể và rút ra những kết luận cần
thiết, giải được các bài tập vận dụng
Trong học tập hóa học, một trong những hoạt động chủ yêu đề phát triển tư duy cho học sinh là hoạt động giải bài tập Thông qua hoạt động giải bài tập sẽ giúp cho tư duy được rèn luyện và phát triển thường xuyên, đúng hướng Từ đó nâng cao tầm hiểu biết và hứng
thú với môn học nhiều hơn
1.2.Một số khái niệm cơ bản
Trang 3Động hóa học là một nghành trong hóa lí nhằm nghiên cứu tốc độ diễn biến của
phản ứng hóa học và sự phụ thuộc của tôc độ đó vào các yêu tô khác nhau (nông độ chât
phản ứng, nhiệt độ, chât xúc tác ) đông thời qua đó nghiên cứu cơ chê của phản ứng
hóa học
1.2.2.Tốc đô phản ứng
Tốc độ của phản ứng hóa học là biến thiên nông độ chất đã cho (chất tham gia phản ứng hay chât hình thành trong phản ứng) trong một đơn vị thời gian
Nêu điều kiện bên ngồi khơng đổi thì tốc độ của phản ứng cũng không phải được giữ nguyên mà có thay đổi theo thời gian: cùng với sự mất đi của chất đầu, tốc độ của phản ứng sẽ giảm đi khi thời gian tăng lên
Trang 41.2.3.Phương trình đông học và hằng số tốc đô phản ứng
Phương trình động học của phản ứng là phương trình biểu diễn sự phụ thuộc của tôc độ phản ứng vào nông độ của các chât phản ứng
Xét phản ứng: aA + bB —> sp
—_ Đối với phản ứng đơn giản: v = k.C£ Cÿ
—_ Đối với phản ứng bắt ki: v = k.Œ?? C7?
—> Ở nhiệt độ không đổi, tốc độ phản ứng tỉ lệ với tích nồng độ có số mũ tương ứng Néu C, = Cz = 1 thik = v Vậy hăng số tốc độ phản ứng k là tốc dộ của phản ứng khi nông độ của các chất tham gia phản ứng được lây băng nhau và bằng đơn vị (=1) Do đó, hăng sô tôc độ phản ứng k còn gọi là tôc độ riêng của phản ứng 1.2.4.Bậc phản ứng và phân tứ số phản ứng Xét phản ứng: aA + bB — sp v=k@ E7 Với: n¡, nạ là bậc phản ứng riêng của A và B n =n¡ +n; là bậc của phản ứng
Bậc phản ứng của một chất là số mũ nông độ của chất đó có trong biểu thức định
luật tác dụng khôi lượng
Bậc phản ứng của phản ứng là tổng số mũ nông độ của các chất có trong biêu thức
định luật tác dụng khôi lượng
Dựa vào bậc phản ứng người ta phân loại phản ứng: +)n=(0: Phản ứng bậc 0 Yy=tC°=st +)n= Il: Phản ứng bậc I v=k.C +) n= 2: Phan ung bac 2 V=EC*H=EC C +) n= 3: Phan ung bac 3
Trang 51.3.Các quy luât đông học đơn giản 1.3.1.Phán ứng bậc 1 Các phản ứng thường gặp: CH:N;CH;—› C;Hạ + N; N,O;— N20, + 40, CH;0CH;— CH, + CO + H, a) Phương trình động học A —sp t=0: a 0 t: a-x X
Với a: nồng độ ban đầu của chất A a - x: nồng độ ở thời điểm t của chất A
dCA da(C-x) dx
Ve at ae CA Pic: =k.(a-x) (*)
dt
Tích phân (*), ta được: k=~ = In a-x
b) Thời gian nửa phản ứng (t¡;¿) là thời gian cần thiết để một nửa phản ứng được thực
hiện (mât một nửa còn một nửa)
Khi đó: a-x = a/2 iveke=— ay: =e IN ta
ay t1/ 2 a/2
In2
—tz “TT
Như vay, trong mot phan ung bac nhat, thoi gian ban phan ung tilénghich voi hang số vận tốc k và không phụ thuộc vào nông độ các chat ban dau
Trang 6Khi phản ứng là bậc 1 đối với A, áp dụng định luật tác dụng khối lượng cho phản
ứng bậc một và định nghĩa của tôc độ phản ứng ta thu được phương trình động học của phản ứng bậc 1:
1 C
k=-In——
Cc C=
Nhu vậy, trong phản ứng bậc 1 néng độ chất phản ứng giảm theo thời gian dưới dạng hàm mũ Đơn vị: (thời gian) `
*) Lưu ý: Quá trình phân rã phóng xạ cũng xảy ra theo quy luật động học bậc 1:
1 G 1 WN
k=-In— c›À=-In—
t C-x t N
Với:k là hằng số tốc độ phân rã phóng xạ (thường kí hiệu là ^)
No 1a sỐ hạt nhân ban đầu của đồng vị phóng xạ (t=0)
N là số hạt nhân của đồng vị phóng xạ ban đầu còn lại ở thời điểm t
Giá trị thời gian nửa phản ứng t„ thường gọi là chu kì bán rã Đó là thời gian dé 50% số hạt nhân ban đầu bị phân rã để tạo ra hạt nhân khác 1.3.2 Phản ứng bậc 2 Các phản ứng thường gặp: CH;COOC>H; + NaOH — CH;COONa + C;H;0H 2HI — H, +1, *)Trường hợp nồng độ hai tác chất lúc đầu khác nhau Phương trình động học A + Bsp t=0: a b 0 tia-x b-x x
Voi a, b: nông độ ban dau cua chat A, B
a=x: b= x: nong độ ở thời điểm t của chất A, B
dx
v= To k.C,y.Cp = k.(a-x).(b-x)
dx
Trang 7Tích phân (**), ta được: k= a: b(a-x) , b = Fa-b) HH nều a> (1) 1 a(b-x) , k néua<b ~ t(b—a) b(a—x) *) Trường hợp nồng độ hai tác chất lúc đầu bằng nhau a) Phương trình động học A + B- sp t=0: a a 0 t: a-xX a-x x
VOI a: nong độ ban đầu của chất A, B
a-X: nông độ ở thời điểm t của chất A, B dx 2 v= ie k.CA.Cp = k.(a-Xx) hay =k.dt (**) (a—x)? Tích phân (**), ta được: b) Thời gian bán phản ứng Khi đó: a-x = a/2 c) Đơn vị hăng số tốc độ phản ứng
Từ các biểu thức (1) và (2) ta thấy hăng sô tốc độ phản ứng một chiều bậc 2 có thứ
nguyên là: (nồng độ) '.(thời gian) `
Trang 81.3.3 Phan ứng bậc 3 Các phản ứng thường gặp: 2NO + O;— 2NO; 2NO + C1; 2NOCI 2NO + 2H;—› N; + 2H;O a) Phản ứng bậc 3 có dạng tông quát: A+B+ C— sản phẩm t=0: a a a 0
t: ` a—X a-X a-X X
Với: a: nông độ ban đầu của chất A, B, C a - x: nông độ ở thời điểm t của chất A, B, C dx 3 —>V = = k.CA.Cp.Cc — k.(a-x) dx 3 —>— = k.(a-x) hay dt (a—*)Š dx = k.dt (***) Tích phân (***) Ta được: 1 _2E “2t ta- —x)? 1 — Fa) ) b) Thời gian bán phản ứng Khi đó: a-x = a/2 Vay: k= 4 1 ny 2.t ore a? —>H/a = 2.k.a2 c) Đơn vị hăng số tốc độ phản ứng
Từ các biểu thức (3) ta thấy hăng số tốc độ phản ứng một chiều bậc 3 có thứ nguyên là: (nồng độ) ”.(thời gian)"
Trang 91.3.4.Phan ứng bậc 0
Phản ứng bậc 0 là những phản ứng mà tốc độ của nó không phụ thuộc vào nông độ của các chât tham gia phản ứng
Phương trình động học ở dạng tích phân của phản ứng bậc 0: x k== 1.3.5.Phản ứng một chiều bậc n Phản ứng một chiều bậc n có nhiều dạng nhưng ta xét 2 dạng tông quát sau: nA — sp A+B+C+ sp
Với nông độ các chất tham gia phản ứng bằng nhau và đều băng a
Phương trình động học ở dạng vi phân của phản ứng một chiều bậc n: ge = k.(a-x)" dt Phương trình động học ở dạng tích phân của phản ứng một chiều bậc n: 1 1 1 = r-1)(a-x)n=1 ã an=1) 1.3.Phương pháp xác định bậc phản ứng a) Phương pháp thế
Xác định nông độ của một chất nào đó ở những thời điểm khác nhau, rồi đem thê các dữ kiện thực nghiệm thu được vào phương trình động học của phản ứng bậc nhất, bậc hai, để xem phương trình nào cho hăng số tốc độ có giá trị không đôi thì phản ứng có
bậc như giả thiết
b) Phương pháp đồ thị
Biểu diễn sự phụ thuộc của hàm số nông độ f(c) theo thời gian t bằng đô thị rồi tìm xem dang hàm số nào có đường biểu diễn là một đường thăng thì phản ứng có bậc như giả
thiết
e) Phương pháp nồng độ đầu
Trang 10định nông độ đâu của các chât phản ứng khác và các yêu tô ảnh hưởng đên tôc độ phản ứng
d) Phương pháp thời gian nửa phản ứng
Dựa vào sự phụ thuộc thời gian phản ứng bán phản ứng vào nông độ đầu có thể xác định được bậc phản ứng đôi với A:
Thời gian nửa phản ứng tỉ lệ thuận với nông độ đầu thì bậc phản ứng là 0
Thời gian nửa phản ứng không phụ thuộc vào nông độ đầu thì bậc phản ứng là 1
Thời gian nửa phản ứng tỉ lệ nghịch với nồng đầu của chất phản ứng thì bậc phản ứng là 2
Trang 11Chương 2: Bài tập có hướng dẫn giải
Bài 1: Sự phân hủy N;O::(2N›Os—› 2N;Ox + O;) tuân theo quy luật động học của
phản ứng bậc 1 với hăng số tốc độ k = 0,002 phút-1 Hỏi có bao nhiêu phần trăm N;O; bị
phân hủy sau 2 giờ? Giải: Hằng số tốc độ của phản ứng bậc I không phụ thuộc vào cách biểu diễn nông do, do đó đặt a=100 thì: 1 100 k=~=.in t 100-x Ap dụng các dữ kiện của bài, ta có: 100 In 2.60 100-x > x =21,35% 0,002=
Bài 2: Đề xác định bậc của phan ung: 2C,H;-OH + 2Br,— CH;COOC,>H; + 4HBr Người ta làm hai thí nghiện với kết quả như sau: Thí nghiệm Nông độ brom (mol/l) Thời gian (gid) I 4,24.10-3 0 2,12.10-3 11,1 II 8,14.10-3 0 4,07.10-3 125 Xác định bậc của phản ứng trên khi dùng dư rượu etylic Giải:
Nhận thấy: Cả hai thí nghiệm thời gian phản ứng đều ứng với nửa lượng chất đầu
Trang 12n log(t, )—log (tz) log(az)—log (a,) log(11,1)—log (12,5) _ log(8,14.10~3)—log (4,24.10~3) = 0,8179= 1
Vậy phản ứng trên là phan ung bac 1
Trang 13Thay các giá trị của bảng vào (*) ta được: 1 2.312 x kị ==c.In——~~—~= = 0.0257 (phút ) 6,5 3.312-408 1 2.312 xi kạ =—==.ln——~~—~~~ = (0.0255 (phút ) 13 3.213-488 1 2213 TS ST m kạ= 19917213562 0.0257 (phút )
Nhận thấy các giá trị kụ~ kạ= kạ~ 0.0257 nên phản ứng trên là bậc 1 như giả thiết
Vậy hăng số tốc độ của phản ứng là: 0,0257 (phút `)
Bài4:Trong một phản ứng bậc nhất tiên hành ở 27°C Nông độ chất đầu giảm đi một nửa sau 5000 giây Ở 37°C, nông độ chất đầu giảm đi một nửa sau 1000 giây Tính hăng sô tôc độ phản ứng ở 27°C, 37°C Giải: Vì là phản ứng bậc 1, ta 4p dung céng thức tính thời gian nửa phản ứng sau: l _ In2 k= In2 In2 1 627°C: k = ——=—— = 1,39.10% (s") L1/2 5000 š n In2 037°C: k = — =—— = 6,93.107 (s') ti/2 1000
Vay 6 27°C va 37°C hăng số tốc độ của phản ứng lần lượt là: 1,39.107 va6,93.107 (s")
Bài 5:Phản ứng phân hủy N;Os ở 45°C diễn ra theo phản ứng:
Trang 14Từ thứ nguyên của k ta thấy phản ứng tuân theo quy luật của phản ứng bậc 1 Vậy v =k.C = 1,2.10°.0,005 = 6.10” (mo”.I.s”) b) 85% N,Os bi phan huy Vay luong N2Os còn lai 1a: 0,005.20% = 0,001M Áp dụng biểu thức động học của phản ứng bậc 1, ta có: 1 a k=-)In-— t a-x 1 a 1 0,005 >t =— In = —=.In = 134 (s) k a-x 1,2.10 0,001
Vậy thời gian để 85% N,O; bi phân hủy là 134 (s)
Bài 6: Thời gian bán hủy của một phản ứng là 2,6 năm Các chất có nồng độ đầu là 0,25M Nông độ các chất này bằng bao nhiêu sau 9,9 năm nêu phản ứng là bậc I Giải: Ap dụng công thức tính thời gian nửa phản ứng của phản ứng bậc 1, ta có: fon E LIn2 1/2 “TL n2 In2 4 © k =— = — = 0,2667 (năm ) (1/2 2,6 1 a Mặt khác, ta có: k = —.In (*) t a-x 3 he a 0,25 Tu (*), ta c6: a-x = 45 = 20266799 =0,01783M
Vậy sau thời gian 9,9 năm nông độ các chất này còn: 0,01783M
Bài 7:Chu kì bán hủy của N;O; là 5,7giờ Tính hằng số tốc độ phản ứng và thời
gian cân thiệt đê hêt 75% va 87% lượng chât ban đâu nêu phản ứng là bac 1 Giải:
Vì phản ứng 1a bac 1, ta có:
Trang 151 .Ín 0/1216 0 me t = = 11,4 gio Thời gian để phản ứng hết 87% lượng chất ban đầu là: 1 n =N 1216 0, TT = 16,78 gio Vậy thời gian để phản ứng hết 75%, 87% lượng chất ban đâu lần lượt là: 11,4 và 16,78 gio
Bai8:Luong chất phóng xa Poloni sau 14 ngày giảm đi 6,85% so với lượng ban
đâu Biết phản ứng phóng xạ là bậc I Tính hăng số tốc độ phản ứng và chu kì bán hủy cua Poloni? Giai: Vì đây là phản ứng bậc 1, ta có phương trình động học của phản ứng bậc 1: À oy a MGR 00asEin= ~o 5,07.10° (ngày ) Áp dụng công thức tính chu kì bán hủy của phản ứng bậc 1: tyj2= —— = 136,7 ngay Vậy chu kì bán hủy của phản ứng phóng xạ trên 1a 136,7 ngày Bài 9:Cho phản ứng: (CH:)›O — CH, + CO + H, (Phan tng là bậc 1)
Lúc đầu chỉ có (CHa)¿O với áp suất trong bình là Pạ = 300,0 mmHg Sau 10 giây áp suât trong bình P = 308,1 mmHg Tính hăng sô tôc độ k và thời gian nửa phản ứng
Giải:
(CH:)ạO — CH, + CO + H,
Áp suất lúc đâu: Po 0 0 0
Áp suất sau 10s: Po-x X X X
Áp suất của hệ sau phản ứng: P = Pọ— x + x + x = Pọ + 2x
2
Trang 16
3P,—P 2 —>Po—-Xx= Vì đây là phản ứng bậc Inên k không phụ thuộc vào nông độ, mặt khác áp suất tỉ a Po lệ với nồng độ nên: k= <n a-x = hn t° P,-x 1 2P 1 2.300 —>k =~.ÌIn——— =——.Ìn————= I 36.10 (s`) t 3P9-P 10 3.300—308,1
Áp dụng công thức tính thời gian nửa phản ứng, ta có:
Vậy hằng số tốc độ của phản ứng là 1,36.10” (sˆ”), thời gian nửa phản ứng là 510() Bài 10: Ta có phảnứng: 2H,0O, — 2H,0 + O,
Theo dõi tốc độ phản ứng này bằng cách định phân dung dịch HạO; với các thê tích bằng
nhau của HO; bằng dung dịch KMnO¿ thu được kết qua sau: t (phút) 0 10 20 30 Thê tích KMnO¿ (ml) 318 13.8 8.25 5.00 Xác định bậc phản ứng và hăng số tốc độ k Giải: Giả sử phản ứng trên là phản ứng bậc l, ta có: 1 a k=~-.in— t a=x
Vì hằng số tốc độ của phản ứng bậc 1 không phụ thuộc cách biểu thị nồng độ nên
có thể thay nồng độ đầu a bằng thê tích KMnO¿ dùng để chuẩn độ HO; ở thời điểm t=0
Trang 17Vậy: Phản ứng trên là phản ứng bậc 1 như giả thiết
Từ kết quả hăng số tốc độ của phản ứng là: 0.0505 (phút `) Bài 11: Sự phân hủy etan: C;Hạ—› C›H¿ + H;
Ở 856K được theo dõi vào sự biến thiên áp suất chung P của hệ theo thời gian ở
thê tích cô định Ta có bảng sau: t (s) 0 29 50 64 84 114 134 P(mmHg) | 384 390 394 396 400 405 408 Băng đô thị hãy chimg t6 phan tng trén 1A phan ung bac 1 Giải:
Giả sử phản ứng trên là phản ứng bậc I nên phản ứng tuân theo quy luật động học cua phan ung bac 1
Vì đây là phản ứng bậc Inên k không phụ thuộc vào nồng độ, mặt khác áp suất tỉ ˆ se A A A a 1 Po lệ với nông độ nên: k = =.Ìn—— = ~.Ìn Phương trình phản ứng: C;H,—› C;Hạ + H; EU: số 0 0 [ ] P, -x x x Tai thoi diém t: P= P,- x +x+ x= P,+x —>x=P-P, — P,-x=2P, -P va a pe vn ont Po hay kt =1 2Pg—P oO
—> kt = lnP,— In(2P, — P) hay In(2P, — P) = InP, - kt
Từ đây, ta thấy: Nêu phản ứng trên là phản ứng bậc 1 thi d6 thi biéu dién su phu
thuộc của In(2P,-P) vào thời gian t là một đường thăng
Trang 18In(2Po-P) = InPo - kt 5.94 5.93 Steed, y = -0.000x + 5.948 a R2 = 0.998 5.92 ng, 5.91 5.9 5.89 5.88 0 20 40 60 80 100 120 140 160
Nhìn vào đô thị ta thấy nó có dạng đường thăng
Vậy phản ứng trên là phản ứng bậc hai như giả thiết với k = 0.0005 phút `
Bài 12:Trong 10 phút, phản ứng giữa hai chất xảy ra hết 25% lượng chat ban dau Tính t¡„ của phản ứng bậc 2 khi nông độ hai chất đầu bằng nhau? Giải: Áp dụng công thức của phản ứng một chiều bậc hai có nông độ các chất đầu bằng nhau, ta CÓ: ay 1 1 _ta-x a 1 1 1 1 -šk:=<( 10 a-0,25a —¬=— a 30.a Ap dung công thức tính thời gian nửa phản ứng: 1 1 tị/¿ = ban hee = 30 (phut) 30.a'
Vậy thời gian nửa phản ứng của phản ứng trên là: 30 (phút)
Bài 13:Trong 10 phút, hai phản ứng bậc 1 và bậc 2 đều phản ứng hết 40% Tính thời gian đề hai phản ứng đều hết 60% khi cho nông độ hai chất đầu trong phản ứng bậc 2 là băng nhau
Giải:
Trang 19k= Fin = In = 0,051 (phut) Thời gian để phản ứng hết 60% lượng chất ban đầu là: << TS——RE-—= 17:97 (phút “kK a-x 0,051 0,4.a 7 (DAME) Đối với phản ứng bậc 2: 1 1 1 1 1 1 1
= 0ƒ: t a-x a 10 0,6.a a 15.a
Thời gian để phản ứng hét 60% lượng chất ban đầu là:
HE — —)=22.5 (phút)
= >= — = ú
Vậy thời gian để phản ứng bậc 1 hết 60% là 17,97 phút, thời gian để phản ứng bậc 2 hết 60% là 22,5 phút
Bài 14: Hằng số tốc độ phản ứng xà phòng hóa etylaxetat tại 283K là 2,38
(I.đlg'`.phút `) Tính thời gian cần thiết để xà phòng hóa hết 50% lượng etylaxetat ở nhiệt
độ trên nếu trộn 1 lít etylaxetat 1/20N với: a) 1 lit dung dịch xút 1/20N
b) 1 lft dung dịch xút 1/10N
Giải:
Trang 20Khi nông độ hai chất đầu khác nhau, ta có: k= 1 a(b—x) “t(b-a)' “b(a-x) Vậy, thời gian nửa phản ứng của phản ứng trên là: &— 1 oie) k(b-a) b(a—x) 1 0,025.(0,05—0,025.0,5) ~ 2,38.(0,05—0,025) 0,05.(0,025—0,025.0,5) = 6,8 (phút) Bài 15:Người ta nghiên cứu phản ứng xà phòng hóa etyl fomat bằng NaOH ở SG:
HCOOC›H: + NaOH —> HCOONa + C;H:;OH
Nông độ ban đầu của NaOH và của este đều bang 0,01M Luong etanol dugc tao
thành theo thời gian được biểu diễn trong bảng sau: t(S) 0 180 240 300 360 [C2HS5OH] (M) 0 26.10” 3:17:10" 3,66.10° 411107 a) Chứng minh răng bậc của phản ứng băng 2 b) Tính hằng số tốc độ phản ứng ở 25C Giải: a) Gọi nông độ ban đầu của NaOH và este là a: [ NaOH] = [este] = a (M)
Goi nong d6 etanol duoc tao thanh 6 thoi diém t 14 x, theo bai ra ta cé :
Trang 211 1 ka= 3— 300 NHAN ; _ 0,192 mol ` Ls! 0,01 1 360 1 89.10” a te cl k,= 9 01 = 0,194 molˆ.l.s Từ các dữ kiện của bài toán ta có bảng sau : t(s) 0 180 240 300 360 x 0 2,6.10° 317.107 3,66.10” 4,11.10° a-X 0,01 7,4.10° 6,83.10” 6,34.10” 589.10” k(mo[”.I.s `) 0.195 0,193 0,192 0,194
Nhân xét: Các giá trị của hăng sô tôc độ k ở các thời điểm khác nhau không nhiêu, do
đó giả thiết phản ứng bậc hai là đúng
Vậy đây là phương trình phản ứng một chiều bậc 2
b) Từ các giá trị thu được chúng ta xác định được hằng số tốc độ của phản ứng : - Ki+kz+ks+ka 0,195+0,193+0,192+0,194 k= Bai 16: Smith va Lorensen da khao sát sự thuy phan axetyl axeta trong m6i trường kiém 6 30°C 4 4 = 0,1935 mol! 1s"! CH;COOC,>H; + NaOH > CH;COONa + C,H;OH
Nong độ đầu của hai chất đều bang 0,05M
Theo dõi sự giảm nông độ este x theo thời gian, hai ông thu được kết quả như sau: t (phút) + 9 15 24 at 53 83 x.10° 5,91 11,42 16,3 22,07 27,17 31,47 36,44
Băng đô thị hãy chứng tỏ bậc của phản ứng băng 2 Xác định hăng sô tốc độ theo phương
pháp đô thị và phương pháp giải tích Giải:
Giả sử phản ứng trên là phản ứng bậc 2 Khi đó:
i | 1
Trang 22+ + 1 1 —›kt =—”Ƒ — ¬ hay 7 a kt te a—x a a-x Phương pháp đồ thị: 1
Nêu phản ứng trên là phản ứng bậc 2 thì đô thị biểu diễn sự phụ thuộc của ¬x vào thời gian t là một đường thăng
Thực vậy ta thu được đồ thị có dạng đường thăng như sau: 1/(a-x) = kt + 1/a 80 70 |——————‡—————— + © 69 y = 0.627x + 20.40 a 50 R? = 0.999 —† 40 | ———‡+——‡+——z-=*~ 2 ee 30 a es 2o |_®" 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Vậy phản ứng trên là phản ứng bậc 2
Dựa vào phương trình thu được từ đỏ thị ta có thê thấy: k =0,6274 (mo[.I.phút `)
Trang 231 1 1 _ A | Ks “37 0,05-27,17.1073 0E” (0055490 TD0I pene) 1 1 1 —— — = 0.64088(mo[†.1.phút Ì Ks 53 (005-31.4710-5 005) ino pe 1 1 1 Bese cope =33°005~364410-3 0,05) 2204755 (mol l.phút `) k; Từ các kết quả trên ta thấy các giá trị k xấp xỉ gần bằng nhau, nên phản ứng trên là phản ứng bậc 2 kạ+ka+ks+ka+ks+ks+k; 7 0,67022+0,65779+0,64491+0,65849+0,64329+0,64088+0,64755 7 7 k= = 0,6519(molT.1.phút ') Bài 17: Axit fomic sẽ khử tropeolin với sự có mặt của xúc tác Pt theo phản ứng: HSO:-C¿H,-N=N-C,H;(OH)›; + 4HCOOH — Sp Dưới đây là kết quả đo được sự biến thiên nồng độ tropeolin theo thời gian: t (phút) | 3 6 10 14 20 26 33 C.10ˆ 5 47 |425 |3,76 |330 |260 |2 0.94 Hãy chứng tỏ phản ứng diễn ra theo bậc không Giải: Giả thiết phản ứng trên là phản ứng bậc không x Ta có biéu thirc: k = n
Trang 24k=x/t 0.06 0.05 | @ 0.04 0.03 Oi = : oe 0.01 — 0 5 10 15 20 25 30 35 Đồ thị là một đường thăng Vậy phản ứng trên là phản ứng bậc không như giả thiết
Bài 18:Băng thực nghiệm người ta đó thu được những số liệu của phản ứng giữa NO và H; ở nhiệt độ 700”C như sau : 2NOw + 2H) a 2H20x Đã No) TN | [H;],M [NO], M Tốc độ ban đâu, M.s ` 1 0,010 0,025 vị=2.4.10” 2 0.0050 0.025 v2=1,2.10° 3 0,010 0,0125 v3=0,60.10° a) Xác định phương trình động học và bậc của phản ứng b) Xác định hằng số tốc độ phản ứng Giải:
a) Nhận thấy: để xác định bậc riêng của phản ung của mỗi chất người ta cố định
nông độ của một chât và thay đôi nông độ của chât còn lại
Trang 26Chương 3: Bài tập không có hướng dẫn giải
Bài 1: Ở 310°C sự phân hủy AsH; diễn ra theo phương trình : 2AsH: —> 2As + 3H; Được theo dõi băng sự biến thiên áp suất theo thời gian : t (giờ) 0 355 6,5 8 p (mmHg) 733,32 805,78 818,11 835,34 Hãy chứng tỏ phản ứng phân hủy Asen là phản ứng bậc 1 Tính hăng số tốc độ Đ.S : k= 0,0404 giờ Ì Bài 2:Chu kì bán rã của đông vị '*C là 5730 năm Xác định niên đại của một xác
ướp có độ phóng xạ là 2,50 nguyên tử phân rã trong 1 phút, tính cho 1g cacbon Biết các vật sóng có độ phóng xạ là 15,3 nguyên tử phân rã trong 1 phút, tính cho lg cacbon
ÐĐ.S: 1,5.10” năm Bài 3:Azometan phân hủy theo phản ứng bậc 1:
CH:N;CH:—>› C,H, + N>
Bat dau chi có azometan với Po=160,0 mmHg Sau 100 giây, áp suất của hệ P=16l,6 mmHg Tính hăng sô tôc độ k và thời gian nửa phản ứng
D.S: k = 1,005.10' s†; t„y= 6,897.10” Bài 4: Phản ứng thủy phân este RCOOR là bậc 2 (bậc 1 đối với mỗi chat):
RCOOR + NaOH — RCOONa + ROH
Mot dung dich chira 0,010 mol RCOOR va 0,010 mol NaOH trong 1,0 lit Sau 2,00.10°
phút thì 3/5 este đó bị thủy phân a Tính hăng số tốc độ k của phản ứng b Tính thời gian đề 99% este bị thủy phân Đ.S: a) k= 0,75 mol Ì.Lph”; b) t = 1,3.10” phút Bài 5: Khi thủy phân ankyl bromua trong dung dịch kiềm: RBr + OH — ROH + Br
Người ta thấy răng với nồng độ đầu của 2 chất băng 0,04 mol/I thì để thu được 0,005 mol Br cần 47.10” giây Song ở nồng độ đâu của hai chat 14 0,1 mol/l, để đạt được mức độ chuyển hóa như trước thì cần thời gian là 4,7.10° giây Tính hằng số tốc độ thủy phân
Trang 27
Bai 6: 2NOq + O; (k) —” 2NO¿¿;
Bang thực nghiệm người ta đó thu được những số liệu của phản ứng giữa NO và H; ở
nhiệt độ 700°C như sau : TN [H;] M [NO], M Tộc độ ban đâu,M.s ` 1 0,1 0,1 v, = 1,2.10° 9 0,1 0,2 v; = 2,4.10° 3 0,3 0,1 vị = 1,08.10° a) Xác định phương trình động học và bậc của phản ứng b) Xác định hăng số tốc độ phản ứng Đ.S: Phản ứng bậc 3 ; k = 1,2.10Ề mol Ls” Bài7:Khí CO gây độc vì tác dụng với hemoglobin (Hb) của máu theo phương trình: 3CO + 4Hb — Hb,(CO); Số liệu thực nghiệm tại 20°C va dong hoc phan ung nay nhu sau: Nông độ (umol L) Tốc độ phân hủy Hb CO Hb ( umol is ) 1,50 2,50 1,05 2,50 2,50 1,75 2,50 4,00 2,80 Hãy tính tốc độ phản ứng khi nồng độ CO là 1,30; Hb là 3,20 (đều theo umol.I”) tại 20C D.S: 0,2912 (mol L" s")
Bai 8:Phan tng xà phòng hóa etylen axetat là bậc 1 đối với mỗi chất phản ứng Trong hỗn hợp ban dau cả xút và este đều có nông độ băng 2.10-2 M Người ta theo dõi tiên triên của phản ứng qua phép chuân độ axit- bazo
a) Sau 20 phút lấy 100ml hỗn hợp, chuân độ lượng xút dư bằng dung dịch HCI 0,1M
thấy hết 6,I5mI Tính hăng số tốc độ của phản ứng b) Sau thời gian bao lâu thì quá trình xà phòng hóa đạt 99%
Đ.S: a) k= 5,63 mol Lphút Ì b) t = 838,2 phút
Bài 9: Bằng phương pháp áp kê, người ta theo dõi tốc độ phân hủy N;O trên bề mặt dây
vàng đốt nóng ở 990°C Thu được dữ liệu sau:
| t(phit) | 0 | 30 | 52 | 100s
Trang 28
| p(mmHg) | 200 | 232 | 250 | 272
a) Gia thiét rang san pham phan tmg 1a N> va O> Hãy tính áp suất cuôi cùng và thời
gian nua phan ung
b) Cũng tại nhiệt độ trên, song áp suất đầu là 400mmHg, còn thời gian nửa phản ứng là 52 phút, thì phản ứng sẽ diễn ra theo bậc mây? D.S: a) 300mmHg; 3120 giây b) Bac 1 Bai 10: O 700°C phan img: 2NO + 2H;— N; + 2H;O Diễn ra với các điều kiện sau:
Áp suât đâu riêng phân Pno = f(t)
Trang 29PHAN III: KET LUAN
Qua nghiên cứu và thực hiện đề tài em đã thực hiện được và làm rõ những vân đề:
- Làm rõ kiến thức cũng như hệ thông hóa lại kiến thức và các công thức cơ bản của
động học các phản ứng đơn giản đề vận dụng giải các bài tập tiêu biểu
— Giải được một số bài tập của nội dung động học các phản ứng đơn giản, sưu tầm
được một số bài tập khác có đáp án nhằm cung cấp thêm tư liệu học tập cho các bạn học
sinh, sinh viên
Qua đây cũng thấy được trong quá trình học, ngoài việc nghiên cứu tài liệu, làm thí nghiệm thực hành việc giải bài tập áp dụng có vai trò rất quan trọng Việc giải bài tập giúp chúng ta rèn luyện một số kỹ năng nhằm tiếp thu kiên thức tổng quát hơn, chuyên
sâu hơn Ngoài ra giải bài tâp góp phần quan trọng cho sự phát triển tư duy, phát triển
khả năng dự đoán giải quyết các vấn đề nhằm lĩnh hội tri thức một cách đây đủ và logic phù hợp với mục tiêu giáo dục trong giai đoạn hiện nay
Dù đã rất cô gắng nhưng do sự hạn chê về thời gian cũng như khả năng của bản thân nên
Trang 30TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 — Trần Hiệp Hải- Trần Kim Thanh(1983), Giáo trình hóa lí tập II: Điện hóa học- Động hóa học, Nhà xuất bản Giáo Dục
2: Nguyén Van Dué- Tran Hiép Hai- Lam Ngoc Thiém- Nguyén Thi Thu, Bai tap
hóa lí, Nhà xuất bản Giáo Dục
3 Trần văn nhân, hóa lí tập III, Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam 4 Trần Sơn(2001), Động hóa học, Nhà xuất bản Khoa học và Kĩ thuật 5 Đề thi chọn học sinh giỏi Quốc Gia các năm