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 Động hóa học các phản ứng đơn giản và hệ thống bài tập củng cố, phát triển kiến thức

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

Phương pháp giải toán hóa học

PHAN 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

1.2.1.Đông hóa học

Động 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

Sơ đô biểu thị sự phụ thuộc:

1.2.3.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

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= 3: Phan ung bac 3

v =k.€3 (Chỉ xét trường hợp đơn giản)

1.3.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

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

c) Don vi hang số tốc độ phản ứng

Khi 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:

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

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

Gao OY

VOI a: nong độ ban đầu của chất A, B

a-X: nông độ ở thời điểm t của chất A, B

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) `

Như vậy, thời gian nửa phản ứng của phản ứng bậc 2 tỉ lệ nghịch với nồng độ đầu của chất phản ứng

1.3.3 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: ` 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

Phương trình động học ở dạng vi phân của phản ứng một chiều bậc n:

bậc như giả thiết

định 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

Thời gian nửa phản ứng tỉ lệ nghịch với bình phương nông độ đầu của chất phản ứng thì bậc của phản ứng là 3

Chương 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?

Nhận thấy: Cả hai thí nghiệm thời gian phản ứng đều ứng với nửa lượng chất đầu

đã mất đi trong quá trình phản ứng Do đó, thời gian 11,1 giờ và 12,5 giờ chính là thời gian nửa phản ứng ứng với hai thí nghiệm

Ap dụng công thức: —= ^" Ị

t¿ ay _¡_108Œ:)-log (tz)

log(a;)—log (a1)

Vậy phản ứng trên là phan ung bac 1

Bài 3: Sự phân hủy axeton diễn ra theo phương trình :

Vay biéu thuc tinh k tro thanh : k = 7 (*)

Thay các giá trị của bảng vào (*) ta được:

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

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:

N;Os—> N;Oa +1/2O;

Từ thứ nguyên của k ta thấy phản ứng tuân theo quy luật của phản ứng bậc 1

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

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:

Thời gian để phản ứng hết 75% lượng chất ban đâu là:

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

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 của hệ sau phản ứng: P = Pọ— x + x + x = Pọ + 2x

2

—>X=

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:

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

Còn giá trị a- x được thay băng thể tích KMnO; dùng để chuẩn độ H;O; ở thời điểm t

Vậy: 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:

—> 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

Thực vậy, dựa vào số liệu trên ta thu được đồ thị có dạng sau:

In(2Po-P) = InPo - kt 5.94

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?

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:

Đối với phản ứng bậc l:

Thời gian để phản ứng hét 60% lượng chất ban đầu là:

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:

b) Khi trộn l lít etylaxetat 1/20N với I lít dung dịch xút 1/10N, ta có:

CFG

C,°= = = 0,025N =a; Cp°= = = (),05N =b.

Khi nông độ hai chất đầu khác nhau, ta có:

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:

Goi nong d6 etanol duoc tao thanh 6 thoi diém t 14 x, theo bai ra ta cé :

HCOOC›H; + NaOH —› HCOONa + C;H;OH

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 :

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:

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: