tốc độ phản ứng

CHƯƠNG VII : TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG VÀ CÂN BẰNG HÓA HỌC TIẾT : 80, 81, 82. BÀI 50 : CÂN BẰNG HÓA HỌC HÓA HỌC . I. Mục đích yêu cầu : 1) Kiến thức : – Hiểu cân bằng hóa học và đại lượng đặc trưng cho nó là hằng số cân bằng. – Hiểu sự chuyển dòch cân bằng là gì và chuyển dòch như thế nàokhi biến đổi nồng độ, áp suất, nhiệt độ. 2) Kỹ năng : – Sử dụng biểu thức hằng số cân bằng để làm các bài tập đơn giản. II. Đồ dùng dạy học – Phương pháp: – Các thí nghiệm chứng minh. Đề cương bài tập Hóa 10, Sách Bài tập, sách giáo khoa lớp 10 nâng cao. Hoạt động GV + HS Phần ghi bảng I. PHẢN ỨNG MỘT CHIỀU, PHẢN ỨNG THUẬN NGHỊCH VÀ CÂN BẰNG HÓA HỌC : 1. Phản ứng một chiều : – Xét phản ứng : 2 0 MnO 3 2 t C 2KClO 2KCl 3O→ + . – Khi đun nóng các tinh thể KClO 3 có mặt chất xúc tác MnO 2 , KClO 3 phân hủy thành KCl và O 2 và không xãy ra theo chiều ngược lại trong cùng điều kiện, đó là Phản ứng một chiều. 2. Phản ứng thuận nghòch : – Xét phản ứng : 1 2 2 2 Cl H O HCl HClO → + + ¬  . – Trong cùng điều kiện phản ứng xãy ra theo 2 chiều trái ngược nhau, đó là Phản ứng thuận nghòch. – Người ta dùng 1 2 → ¬  để biểu diễn phản ứng thuận nghòch : – Chiều (1) – trái → phải : Chiều thuận. – Chiều (2) – phải → trái : Chiều nghòch. 3. Cân bằng hóa học : – Xét phản ứng thuận nghòch : 1 2 2 2 H (k) I (k) 2HI(k) → + ¬  . • H 2 và I 2 ào bình kín, nhiệt độ không đổi. Lúc đầu tốc độ phản ứng thuận ( ) t v lớn vì nồng độ H 2 và I 2 lớn và n v 0= , vì HI C 0= . • Trong quá trình diễn ra phản ứng : 2 H C Trang 142 v t n v t v t n v v= Sự biếnthiêntốcđộphảnứng thuậnvà phảnứngnghòchtheo thờigian CHƯƠNG VII : TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG VÀ CÂN BẰNG HÓA HỌC Hoạt động GV + HS Phần ghi bảng và 2 I C giảm dần nên t v giảm dần. Còn n v tăng dần vì HI C tăng dần. • Đến thời điểm nào đó : t n v v= . Nồng độ các chất trong phản ứng không đổi nữa. • → Gọi là Cân bằng hóa học. – Ở trạng thái cân bằng , phản ứng không dừng lại, mà vẫn xãy ra với : t n v v= → Trong cùng 1 đơn vò thời gian nồng độ các chất phản ở ứng thuân giảm đi bao nhiêu, lại đươc tạo ra bấy nhiêu → Cân bằng hóa học là Cân bầng động. Kết luận : Cân bằng hóa học là trạng thái của phản ứng thuận nghòch khi tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghòch. Đặc điểm : Phản ứng thuận nghòch không chuyển hóa hoàn toàn thành các sản phẩm, trong hệ cân bằng luôn có mặt các chất phản ứng và sản phẩm. (Xem TD trong Sách giáo khoa). II. HẰNG SỐ CÂN BẰNG : 1. Cân bằng trong hệ đồng thể : – Xét hệ cân bằng : ( ) 1 2 4 2 N O (k) 2NO(k) 1 → ¬  – Bằng thực nghiệm chứng minh được : [ ] [ ] 2 2 (*) 3 0 C 2 4 NO K 4,63.10 ở 25 C N O − = = – C K là hằng số cân bằng của phản ứng xác đònh chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ. – Một cách tổng quát, nếu có phản ứng thuận nghòch : 1 2 aA bB cC dD → + + ¬  → (A, B, C, D : chất khí hoặc chất tan trong dung dòch). Khi trạng thái cân bằng ta có : [ ] [ ] [ ] [ ] c d C a b C D K A B = – Trong đó : {A}, {B}, {C}, {D} là A M C , B M C , C M C , D M C (C M : nồng độ mol/l) ở trạng thái Trang 143 CHƯƠNG VII : TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG VÀ CÂN BẰNG HÓA HỌC Hoạt động GV + HS Phần ghi bảng cân bằng. – Với : a, b, c, d : hệ số tỉ lượng các chất. 2. Cân bằng trong hệ dò thể : – Xét hệ cân bằng : 1 2 2 C(r) CO (k) 2CO(k) → + ¬  . – Nồng độ chất rắn được coi là hằng số (nên không có mặt trong biểu thức), vì vậy : [ ] [ ] 2 C 2 CO K CO = – Giá trò hằng số cân bằng có ý nghóa rất lớn, vì nó cho biết lượng các chất phản ứng còn lại và lượng các sản phẩm được tạo thành ở vò trí cân bằng, do đó biết được hiệu suất của phản ứng. TD : [ ] 1 3 2 C 2 2 CaCO (r) CaO(r) CO (k) ; K CO → + = ¬  Ở 820 0 C, 3 C K 4,28.10 − = , → [ ] 3 2 CO 4,28.10 mol/l − = . Ở 880 0 C, 2 C K 1,06.10 − = , → [ ] 2 2 CO 1,06.10 mol/l − = . – Vậy : → Ở nhiệt độ cao hơn, hiệu suất chuyển hóa CaCO 3 thành CaO và CO 2 lớn hơn. III. SỰ CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG HÓA HỌC : 1. Thí nghiệm : – Lắp 1 dụng cụ thí nghiệm như hình hình vẽ. – Nạp đầy khí NO 2 vào cả 2 ống nghiệm ở nhiệt độ thường. Nút kín cả 2 ống, trong đó ta có cân bằng sau : 1 (k) 2 4 (k) 2 (không màu) (màu nâu đỏ) 2NO N O → ¬  → Màu của hỗn hợp khí trong cân bằng ở cả 2 ống (a) và (b) là như nhau. → Đóng khóa K, không cho khí ở 2 ống khuếch tán vào nhau. Ngâm ống vào nước đá. Một lúc sau lấy ra so sánh màu ở 2 ống (a) và (b) → ta thấy màu ở ống (a) nhạt hơn. → Vậy : Khi làm lạnh ống (a), các phân tử NO 2 trong ống đã phản ứng thêm để tạo ra N 2 O 4 làm nồng độ NO 2 giảm bớt và nồng độ N 2 O 4 tăng thêm. Hiện tượng đó gọi là Sự chuyển dòch cân bằng hóa học. Trang 144 (a) (b) K Nướcđá 1 (k) 2 4 (k) 2 (không màu) (màu nâu đỏ) Thínghiệmđểnhậnbiếtsự chuyểndòchcânbằngphảnứng 2NO N O → ¬  CHƯƠNG VII : TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG VÀ CÂN BẰNG HÓA HỌC Hoạt động GV + HS Phần ghi bảng 2. Đònh nghóa : – Sự chuyển dòch cân bằng là sự di chuyển từ trạng thái cân bằng này sang trạng thái cân bằng khác do tác động của các yếu tố từ bên ngoài lên cân bằng. – Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học là : Nồng độ, áp suất và nhiệt độ. IV. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÂN BẰNG HÓA HỌC : 1. Ảnh hưởng của nồng độ : – Xét hệ cân bằng sau trong 1 bình kín, nhiệt độ cao không đổi. 1 2 2 C(r) CO (k) 2CO(k) → + ¬  . [ ] [ ] 2 C 2 CO K CO = . – 0 0 t C 800 C= , 2 C K 9,2.10 − = (không đổi). – Nếu thêm CO 2 , hay lấy bớt CO : Cân bằng chuyển dòch theo chiều thuận (1). – Nếu thêm vào hệ khí CO hay lấy bớt khí CO 2 ra : Cân bằng chuyển dòch theo chiều nghòch (2). Nhận xét : Khi tăng hoặc giảm nồng độ một chất trong cân bằng, thì cân bằng bao giờ cũng chuyển dòch theo chiều làm giảm tác dụng của việc tăng hoặc giảm nồng độ của chất đó. – Lưu ý : Việc thêm hay bớt lượng chất rắn (nếu có trong hệ) thì không ảnh hưởng cân bằng (cân bằng không chuyển dòch). 2. Ảnh hưởng của áp suất : – Xét hệ cân bằng sau, nhiệt độ thường, không đổi. 1 2 4 2 N O (k) 2NO(k) → ¬  . [ ] [ ] 2 2 C 2 4 NO K N O = . – Nếu tăng áp suất, thề tích giảm 2 lần → nồng độ NO 2 và N 2 O 4 đều tăng 2 lần → biểu thức K C có tử số tăng 4 lần, còn mẩu số tăng 2 lần. Vì K C không đổi → Cân bằng chuyển Trang 145 CHƯƠNG VII : TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG VÀ CÂN BẰNG HÓA HỌC Hoạt động GV + HS Phần ghi bảng dòch theo chiều nghòch (2). – Tương tự : Nếu giảm áp suất của hệ → Cân bằng chuyển dòch theo chiều thuận (1). • Nhận xét : Khi tăng hoặc giảm áp suất chung của hệ cân bằng thì bao giờ cân bằng cũng chuyển dòch theo chiều làm giảm tác dụng của việc tăng hoặc giảm áp suất đó. → Khi hệ cân bằng có : số mol khí ở 2 vế của phương trình hóa học bằng nhau hoặc trong hệ không có chất khí → việc tăng, giảm áp suất chung không làm cho cân bằng chuyển dòch. TD : 1 2 2 2 H (k) I (k) 2HI(k) → + ¬  H. 1 2 3 2 2 Fe O (r) 3CO(k) 2Fe(r) 3CO (k) → + + ¬  . 1 2 3 2 CaO(r) SiO (r) CaSiO (r) → + ¬  3. Ảnh hưởng của nhiệt độ : – Hằng số cân bằng K C của phản ứng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ → Khi nhiệt độ biến đổi cân bằng chuyển dòch sang trạng thái cân bằng mới ứng với giá trò mới của cân bằng. TD : 1 2 4 2 2 (Không màu) (Màu nâu đỏ) N O (k) 2NO (k) ; H 58kJ 0 → ∆ = > ¬  → Phản ứng thuận thu nhiệt, phản ứng nghòch tỏa nhiệt. → Nếu tăng nhiệt độ → CB chuyển dòch theo chiều thuận (1) → thu nhiệt. → Nếu giảm nhiệt độ → CB chuyển dòch theo chiều nghòch (2) → tỏa nhiệt. Kết luận : – Khi tăng nhiệt độ, cân bằng chuyển dòch theo chiều phản ứng thu nhiệt, nghóa là chiều làm giảm tác dụng của việc tăng nhiệt độ. Và : – Khi giảm nhiệt độ, cân bằng chuyển dòch theo chiều phản ứng tỏa nhiệt, chiều làm giảm tác dụng của việc làm giảm nhiệt độ. • Nguyên lý Le Chtelier : Một phản Trang 146 Hệ cân bằng 2 4 Thínghiệmchứngminhảnhhưởng củaápsuất đếncânbằng sau:N O (k) 2NO(k) → ¬  CHƯƠNG VII : TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG VÀ CÂN BẰNG HÓA HỌC Hoạt động GV + HS Phần ghi bảng ứng thuận nghòch đang ở trạng thái cân bằng khi chòu 1 tác động từ bên ngoài, như biến đổi nồng độ, áp suất, nhiệt độ thì cân bằng sẽ chuyển dòch theo chiều làm giảm tác động bên ngoài đó. 2. Vai trò của chất xúc tác : – Chất xúc tác không làm biến đổi nồng độ các chất trong cân bằng, không biến đổi hằng số cân bằng → nên không làm cân bằng chuyển dòch. – Chất xúc tác làm thay đổi tốc độ phản ứng thuận và phản ứng nghòch như nhau. → Chất xúc tác làm cho cân bằng được thiết lập nhanh chóng hơn. V. Ý NGHĨA CỦA TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG VÀ CÂN BẰNG HÓA HỌC TRONG SẢN XUẤT HÓA HỌC : → Có ứng dụng trong sản xuất hóa học. TD1 : Quá trình sản xuất H 2 SO 4, phải thực hiện phản ứng sau : 1 2 2 3 2 2SO (k) O (k) 2SO (k) ; H 198kJ 0 → + ∆ = − < ¬  → Trong phản ứng, có dùng không khí : → Nhiệt độ thường, phản ứng xảy ra rất chậm. Để tăng tốc độ → tăng nhiệt độ, chất xúc tác. Nhưng đây là phản ứng tỏa nhiệt → tăng nhiệt độ → cân bằng chuyển dòch theo chiều nghòch → làm giảm hiệu suất phản ứng. Để hạn chế , người ta dùng 1 lượng dư không khí (tăng nồng độ oxi) → làm cân bắng chuyển dòch theo chiều thuận. TD2 : Trong công nghiệp, Amoniac được tổng hợp theo phản ứng sau : 1 2 2 3 2 N (k) 3H (k) 2NH (k) ; H 92kJ 0 → + ∆ = − < ¬  . – Đặc điểm : phản ứng rất chậm ở nhiệt độ thường, tỏa nhiệt và số mol khí của sản phẩm ít hơn số số molkhí của các chất phản ứng. Do đó người ta phải thực hiện phản ứng này ở nhiệt độ cao, áp suất cao và dùng chất xúc tác. Ở áp suất cao, cân bắng sẽ chuyển dòch về phía tạo ra NH 3 , nhưng ở nhiệt độ cao cân Trang 147 CHƯƠNG VII : TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG VÀ CÂN BẰNG HÓA HỌC Hoạt động GV + HS Phần ghi bảng bằng chuyển dòch ngược lại, nên chỉ thực hiện phản ứng ở nhiệt độ thích hợp, • CỦNG CỐ : 1) Bài tập 1 → 10 SGK và các Bài tập SBT. 2) Các câu hỏi trắc nghiệm. Trang 148 . bằng hóa học là trạng thái của phản ứng thuận nghòch khi tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghòch. Đặc điểm : Phản ứng thuận nghòch không chuyển. Trong phản ứng, có dùng không khí : → Nhiệt độ thường, phản ứng xảy ra rất chậm. Để tăng tốc độ → tăng nhiệt độ, chất xúc tác. Nhưng đây là phản ứng tỏa