Động hóa học là một ngành khoa học nghiên cứu qui 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 ứng hóa học, về những yếu tố có ảnh hưởng đến tốc độ (nồng độ, nhiệt độ, chất xúc tác…) và cả về cơ chế phản ứng, từ đó ta có khả năng điều khiển các quá trình hóa học xảy ra với vận tốc mong muốn và hạn chế các quá trình không có lợi.
CHUYÊN ĐỀ ĐỘNG HỌC NỘI DUNG TÓM LƯỢC A TÓM LƯỢC LÝ THUYẾT 1.1.Xác định thực nghiệm vận tốc phản ứng Vận tốc phản ứng: Đó biến thiên nồng độ chất đơn vị thời gian đơn vị thể tích aA + bB = cC + dD Vận tốc phản ứng: 1.2 Bậc phản ứng Bậc phản ứng chất: số mũ nồng độ chất phương trình động học Bậc phản ứng: tổng bậc nồng độ chất phương trình động học Phản ứng bậc ( Giống công thức phản ứng hạt nhân) - Phương trình có dạng : A sản phẩm Phương trình động học: Thời gian bán hủy: t1/2 Phản ứng bậc a Nếu phản ứng có nồng độ chất ban đầu phương trình có dạng: 2A Sản phẩm Phương trình động học: Thời gian bán hủy: b Nếu phản ứng có nồng độ chất ban đầu A B khác nhau, pt có dạng A + B Sản phẩm Phương trình động học: Phản ứng bậc 3A Sản phẩm Phương trình động học: 1.3 Xác định bậc phản ứng Cách 1: Phương pháp Giả định bậc phản ứng (bậc 0, 1, 2, …), sau ta sử dụng cơng thức tính bậc đó, tìm giá trị k, giá trị k gần điều giả sử Nếu phản ứng xảy theo bậc giả định, ta thay giá trị thu từ trình khảo sát theo vận tốc theo thực nghiệm t1 x1 vào phương trình động học thu k1 t2 x2 vào phương trình động học thu k2 t3 x3 vào phương trình động học thu k3 tn xn vào phương trình động học thu kn Nếu k 1, k 2, …k n tương đương bậc phản ứng bậc giả định Cách 2: Phương pháp dựa đặc điểm chu kỳ bán hủy n=1 1/2 n=2 1/2 0,693 = k ; Chu kỳ bán hủy không phụ thuộc vào nồng độ = kC0 Chu kỳ bán hủy tỉ lệ nghịch với bậc nồng độ 1/2 = 2kC0 n=3 ; Chu kỳ bán hủy tỉ lệ nghịch với bình phương nồng độ 2n n n = n 1/2 = k(n 1)C ,1 ; Nếu có cặp C0,1 1 ,1 1 ,2 C0,2 1 ,2 2n k(n 1)C 0n,11 2n n = k(n 1)C 0,2 C 0n,21 1 C 0n,11 = C 0,2 lg = (n 1) lg C 0,1 n = n = + Hoặc biện luận theo cách 1/2 tỉ lệ (hoặc không) với Co Cách 3: Phương pháp đồ thị Biến phương trình động học dạng đường thẳng C0 1 n = 1: k = t ln C k = t lnC0 t lnC C0 C0 lnC = kt + ln C0 ln C = kt, ta vẽ đồ thị y = ax với y= ln C thời điểm t, đồ thị có dạng đường thẳng phản ứng bậc hệ số góc đg thẳng k= tag( Ox với đường thẳng) n = : Nếu a b: Dạng đồ thị 1 (b x)a (b x) a k = t(b a) ln (a x)b kt (b a) = ln (a x) + ln b (b x) a ( a x ) ln = k (b a)t ln b Nếu a = b: Dạng đồ thị (b-x) lnk = t (a-x) 1 1 C C o kt = C C o 1 C C = kt + o C tg =k tg =k (b-a) ln a b t Co t Dạng đồ thị Dạng đồ thị Cách 4: Phương pháp xác định theo vận tốc đầu n1A + n2B + n3C + + nn Z → Sản phẩm Vận tốc phản ứng: Tìm n1: Cho [B], [C], [D]…., [Z] dư Tìm n2: Cho [A], [C], [D]…., [Z] dư Tương tự ta có n3, n4,…, nn N = n1 + n2 +…… + nn 1.4 Ảnh hưởng nhiệt độ đến tốc độ phản ứng Van’t Hoff nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ đến vận tốc phản ứng Ơng cho tăng nhiệt độ lên 100C vận tốc phản ứng tăng từ đến lần Trong đó: hệ số nhiệt độ Năng lượng hoạt hóa Trong đó: k1, k2: số tốc độ phản ứng nhiệt độ T1, T2 Ea: lượng hoạt hóa T1, T2: nhiệt độ (0K) R: số khí lý tưởng DẠNG : ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN Bài Etyl axetat thực phản ứng xà phịng hóa: CH3COOC2H5 + NaOH � CH3COONa + C2H5OH Nồng độ ban đầu CH 3COOC2H5 NaOH 0,05M Phản ứng theo dõi cách lấy 10ml dung dịch hỗn hợp phản ứng thời điểm t chuẩn độ X ml dung dịch HCl 0,01M Kết quả: t (phút) 15 24 37 X (ml) 44,1 38,6 33,7 27,9 22,9 a Tính bậc phản ứng k b Tính T1/2 Giải CH3COOC2H5 + NaOH � CH3COONa + C2H5OH t=0 C0 C0 t (C0 - a) (C0 - a) Giả sử phản ứng bậc với nồng độ chất nên k.t = ( 1 1 )�k ( ) C0 a C t C a C0 Với C0 = 0,05M (C0-a) nồng độ este lại thời điểm Áp dụng công thức chuẩn độ: (C0a).10 = 0,01X � (C0-a) = 0,01X/10 = 10-3X Lập bảng t (phút) X (ml) (C0 - X) 44,1 44,1.10-3 38,6 38,6.10-3 15 33,7 33,7.10-3 24 27,9 27,9.10-3 37 22,9 22,9.10-3 1 ( ) 0,669 0,05 44,1.10 k1 = (l/mol.phút) Tương tự k2 = 0,66; k3 = 0,65; k4 = 0,66; k5 = 0,64 Vậy điều giả sử đúng, phản ứng bậc với k = 0,6558 (l/mol.phút) T1/2 = k.C0 30,5 = 0,6558.0,05 (phút) Bài Cho phản ứng sau diễn 250C: S2O82- + 3I- → 2SO42- + I3- Để xác định phương trình động học phản ứng, người ta tiến hành đo tốc độ đầu phản ứng nồng độ đầu khác : Thí Nồng độ ban đầu Nồng độ ban đầu Tốc độ ban đầu phản nghiệm I- (mol/l ) S2O82- ( mol/l ) ứng vo x103 (mol/l.s) 0,1 0,1 0,6 0,2 0,2 2,4 0,3 0,2 3,6 a Xác định bậc riêng phần chất phản ứng, bậc toàn phần số tốc độ phản ứng Chỉ rõ đơn vị số tốc độ phản ứng b Nếu ban đầu người ta cho vào hỗn hợp đầu thí nghiệm hỗn hợp chứa S 2O32- hồ tinh bột cho nồng độ ban đầu S2O32- 0,2 M Tính thời gian để dung dịch bắt đầu xuất màu xanh Biết phản ứng: 2S2O32- + I3- → S4O62- + 3I- có tốc độ xảy nhanh để có màu xanh xuất nồng độ I3- phải vượt 10-3 mol/l Giải a.Phương trình tốc độ phản ứng có dạng: vpư = kpư.[S2O82-]n[I-]m Lần lượt thay giá trị v nồng độ chất thí nghiệm ta đc phương trình Sau lập tỉ lệ phương trình đo cho ta đc : n = m = 1; Vậy bậc riêng phần chất nên Bậc phản ứng = kpư = 6.10-2 (mol-1.l.s-1) b .Khi cho S2O32- vào xảy phản ứng nhanh với I32S2O32- + I3- → S4O62- + 3I(2) Khi nồng độ I khơng đổi giai đoạn phản ứng (2) diễn ra, bậc phản ứng (1) bị suy biến thành bậc vpư = 0,06 [S2O82-]0,3 = 1,8.10-2 [S2O82-] Khi coi xảy phản ứng: S2O82- + 2S2O32- → 2SO42- + S4O62Thời gian để lượng S2O32- vừa hết t1 Điều đồng nghĩa với lượng S2O82- phản ứng = 0,1M ln 0,2 0,2 0,1 => t = 38,5 giây Khi đó: t1 1,8.10-2 = Để có lượng I3- đạt đến 10-3M thời gian thêm t2 1 dy vpư = dt = kpư(0,1- y)(0,3-3y) => 3kpưt2 = 0,1 y 0,1 Với y = 10-3M => t2 = 0,56 giây Thời gian tối thiểu để xuất màu xanh 38,5 + 0,56 = 39,06 giây Bài Trong phản ứng bậc tiến hành 27oC, nồng độ chất phản ứng giảm 50% sau 5000giây Ở 37oC, nồng độ chất phản ứng giảm 50% sau 1000 giây Tính: a Hằng số tốc độ phản ứng 27oC 37oC b Thời gian để nồng độ chất phản ứng giảm xuống 25% so với ban đầu 37oC c Năng lượng hoạt hoá phản ứng Bài Ở nhiệt độ xác định T(K), hợp chất C3H6O bị phân huỷ theo phương trình: C3H6O(k) C2H4(k) + CO(k) + K2(k) Đo áp suất P hệ theo thời gian, ghi nhận kết sau: t (phút) 10 15 P (atm) 0,411 0,537 0,645 0,741 a/ Chứng minh phản ứng có bậc b/ Ở thời điểm nào, áp suất hệ 0,822 atm? Bài Nghiên cứu động học p/ứng phân hủy amoniac có xúc tác thành đơn chất 1100 0C, người ta thu đc kquả sau: Áp suất đầu NH3 (mmHg) 265 130 58 T1/2 (phút) 7,6 3,7 1,7 Hãy xác định bậc p/ứng số tốc độ p/ứng Bài Phân hủy đimettylete (CH3)2O binh kín nhiệt độ 5040C theo phương trình phản ứng: (CH3)2O(k) → CH4(k) + CO(k) +H2(k) Tién hành đo áp suất chung hệ thu kết sau: Thời gian (s) 1550 3100 Áp suất (mmHg) 400 800 1000 a.Chứng minh phản ứng phản ứng bậc b.Tính số tốc độ phản ứng 5040C c.Tính áp suất chung bình phần trăm (CH3)2O bị phân hủy sau 460s Bài Ở 3100C phân huỷ AsH3 (khí) xảy theo phản ứng: 2AsH3 (khí) -> 2As(r) + 3H2(khí) theo dõi biến thiên áp suất theo thời gian: t(giờ) 5,5 6,5 P(mmHg) 733,32 805,78 818,11 835,34 Hãy chứng minh phản ứng bậc tình số tốc độ Bài Người ta cho vào bình cầu 5.10-2 mol CH3COOCH3 5.10-2 mol NaOH hoà tan 1l nước giữ nhiệt độ t, nhận thấy: sau thời gian 3,7 phút, nồng độ CH 3COOCH3 2,5.10-2 mol/l Tính xem sau thời gian 15ph có phần trăm CH3COOCH3 tham gia phản ứng nhiệt độ t Cho biết: tăng nồng độ hai chất lên gấp đơi tốc độ phản ứng tăng gấp đôi �� � Bài Cho phản ứng: NO2 (k) NO (k) + O2(k) Mỗi đường cong hình biểu thị thay đổi nồng độ chất theo thời gian Đường ứng với phụ thuộc nồng độ oxi vào thời gian? Vì sao? c A B C t Để nghiên cứu động học phản ứng 2[Fe(CN)6]3− + 2I− 2[Fe(CN)6]4− + I2 (*) Người ta đo tốc độ đầu hình thành iot hỗn hợp Các hỗn hợp ban đầu không chứa iot c([Fe(CN)6]3−) mol/L c(I−) mol/L c([Fe(CN)6]4−) mol/L Tốc độ đầu mmol.L−1 h−1 Thí nghiệm Hỗn hợp 1 1 Thí nghiệm Hỗn hợp 2 1 Thí nghiệm Hỗn hợp 2 Thí nghiệm Hỗn hợp 2 16 Trong trường hợp tổng quát, tốc độ phản ứng biểu thị phương trình: dc(I2 ) dt = k.ca([Fe(CN)6]3−).cb(I−).cd([Fe(CN)6]4−).ce(I2) Xác định giá trị a, b, d, e số tốc độ phản ứng k Bài Có phản ứng bậc một: CCl3COOH (k) CHCl3 (k) + CO2 (k) tiến hành 30oC, nồng độ chất phản ứng giảm nửa sau 23 phút 20 giây Ở 70 oC, nồng độ chất phản ứng giảm nửa sau 16 phút 40 giây a Tính thời gian cần để nồng độ giảm xuống 1/4 37oC hệ số nhiệt độ tốc độ phản ứng b Tính lượng hoạt hóa phản ứng LỜI GIẢI Câu a Phản ứng bậc nên s-1 b Phản ứng bậc nên từ a a/2 cần t1/2; từ a/2 a/4 cần t1/2 t = 2t1/2 = 2000 giây c s-1 ; = d Ea = Ea 84944,92 J/mol 84,945 kJ/mol Câu Xét đồ thị : c A B C t Các nồng độ NO O2 tăng với thời gian (các đường A B) Vì nồng độ NO tạo gấp đôi nồng độ O2 đường B biểu thị phụ thuộc nồng độ O2 với thời gian Từ thí nghiệm a=2 Từ thí nghiệm d = -1 Từ thí nghiệm b=2 e=0 dc(I2 ) dt = k.c2([Fe(CN)6]3−).c2(I−).c−1([Fe(CN)6]4−).c0(I2) Thí nghiệm 1: 1.10−3 mol.L−1 H−1 = k mol2.L−2.1 mol2.L−2.(1 mol.L−1) −1 K = 1.10−3 mol−2.L2 h−1 Câu * k 303K = 0,693 0,693 t1 1000 = 6,93104 s1 N0 C0 ln 2,303lg 4 0,25C0 k N t t = 6,93�10 Theo t = = 2000 s (tức t ) * k 303K = 0,693 0,693 t1 5000 = 1,39104 s1 Hệ số nhiệt độ: ln b) Theo ln 343 303 k343 ln 10 k303 = 1,125 kT Ea 1 �( ) kT R T1 T2 Ea 6,93 �104 � �1 �� � 4 1,39 �10 8,314 �303 343 � → Ea = 34,704 (KJ/mol) ... biện luận theo cách 1/2 tỉ lệ (hoặc không) với Co Cách 3: Phương pháp đồ thị Biến phương trình động học dạng đường thẳng C0 1 n = 1: k = t ln C k = t lnC0 t lnC C0 C0 lnC = kt + ln C0... độ phản ứng nhiệt độ T1, T2 Ea: lượng hoạt hóa T1, T2: nhiệt độ (0K) R: số khí lý tưởng DẠNG : ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN Bài Etyl axetat thực phản ứng xà phịng hóa: CH3COOC2H5 + NaOH � CH3COONa... 0,6558.0,05 (phút) Bài Cho phản ứng sau diễn 250C: S2O82- + 3I- → 2SO42- + I3- Để xác định phương trình động học phản ứng, người ta tiến hành đo tốc độ đầu phản ứng nồng độ đầu khác : Thí Nồng độ ban đầu