Bài tập động học được chia thành từng dạng bài đặc trưng giúp học sinh dễ theo dõi. Bài tập được sắp xếp từ dễ đến khó, có đáp án. Tài liệu bao gồm bài tập của Việt Nam và các nước khác, ICHO, preICHO
ĐỘNG HỌC I Động hóa học Bài 1: Hằng số tốc độ phản ứng bậc xác định hệ thức: (t thời gian phản ứng; a nồng độ đầu; a ln k= t a-x (1) x nồng độ chất phản ứng) a) Sự phân hủy axeton diễn theo phản ứng: CH3COCH3 → C2H4 + H2 + CO (2) Theo thời gian phản ứng, áp suất chung hệ đo là: t (phút) 6,5 13 19,9 p (mmHg) 312 408 488 562 Hãy chứng tỏ phản ứng (2) phản ứng bậc tính số tốc độ phản ứng b) Tính thời gian nửa phản ứng phản ứng (2) a) Để chứng minh phản ứng (2) phản ứng bậc 1, ta kiện cho vào PT (1) để tính k phản ứng (2), số thu định phản ứng bậc Vì áp suất tỉ lệ với nồng độ chất nên PT động học biểu diễn theo áp suất riêng phần (0,25đ) Gọi p0 áp suất đầu axeton y áp suất riêng phần C2H4 Ở thời điểm t, ta có: pH2 = pCO = y paxeton = p0 – y Như áp suất chung hệ là: p = p0 – y + 3y = p0 + 2y p - p0 3p0 - p ⇒ y = p0 – y = Áp dụng hệ thức (1): k = p 2p0 2,303 2,303 lg = lg t p0 - y t 3p0 - p (0,25đ) Ta có k1 = 2,303 312 lg 6,5 312 - 408 = 0,02568 (phút-1) k2 = 2,303 312 lg 13 312 - 488 = 0,0252 (phút-1) 2,303 312 lg 19,9 312 - 562 = 0,02569 (phút-1) k3 = Ta thấy k1 ≈ k2 ≈ k3 Vậy phản ứng (2) phản ứng bậc (0,25đ) Hằng số tốc độ trung bình pứ (2) là: k= (0,02568 + 0,0252 + 0,02569) = 0,02563 (phút-1) b) Thời gian nửa phản ứng phản ứng (2) là: t1/2 = 0,693 0,693 = k 0,02563 = 27,04 (phút) Bài 1: − − Trong môi trường axit, I bị oxi hóa BrO3 theo phản ứng: 9I− + BrO3− + 6H + → 3I3− + Br − + 3H 2O (I) Thực nghiệm cho biết, nhiệt độ xác định, biểu thức tốc độ phản ứng có dạng: v=− d[BrO3− ] = k[H + ]2 [BrO3− ][I− ] dt (II) với k số tốc độ phản ứng a) Cho biết bậc phản ứng (I) Bậc phản ứng phản ứng thực dung dịch đệm có pH = 3? b) Nếu thực phản ứng dung dịch đệm có pH < lượng hoạt hóa phản ứng có thay đổi không? Tại sao? Cơ chế phản ứng (I) đề nghị sau: k1 → BrO3− + 2H + ¬ H BrO3+ k −1 H BrO + − k2 + I → IBrO + H 2O k3 − IBrO + I → I + BrO BrO − + 2I − − (3) k4 + 2H → I + BrO + − + H 2O (1) (nhanh, cân bằng) (2) (chậm) (nhanh) (4) (nhanh) k5 BrO − + 2I − + 2H + → I + Br − + H O k6 → I2 + I ¬ I k − −6 − (5) (nhanh) (6) (cân bằng) + a) Có thể áp dụng nguyên lí nồng độ dừng cho tiểu phân trung gian H BrO3 IBrO2 không? Tại sao? b) Chứng minh chế phù hợp với biểu thức tốc độ (II) trên, từ tìm biểu thức k a) Từ biểu thức: v=− d[BrO3− ] = k[H + ]2 [BrO3− ][I − ] dt Suy bậc phản ứng: n = + + = Trong dung dịch đệm có pH = → [H+] = 10-3 M Khiđó v=− d[BrO3− ] = k[H + ]2 [BrO3− ][I− ]=k[10−3 ]2 [BrO3− ][I − ]=10−6 k[BrO3− ][I− ]=k'[BrO3− ][I− ] dt Suy phản ứng có bậc n’ = + = k 'T1 = 10−6 k T1 = A.exp( b) Ta có: −E a ) RT1 k 'T2 = 10−6 k T2 = A.exp( k 'T2 → k ' T1 = k T2 k T1 −E a ) RT2 E 1 = exp − a ( − ) ÷ R T2 T1 → Việc thực pH = không ảnh hưởng đến lượng hoạt hóa, Ea, phản ứng Hoặc học sinh giải thích theo cách khác sau: Việc thực phản ứng dung dịch đệm pH = 3, nghĩa [H +] giữ khơng đổi, hồn tồn khơng ảnh hưởng đến chất phản ứng, đó, lượng hoạt hóa Ea phản ứng khơng thay đổi + a) H BrO3 tạo giai đoạn nhanh (1) bị tiêu thụ giai đoạn chậm nên khơng thể áp dụng ngun lí nồng độ dừng cho tiểu phân IBrO tạo giai đoạn chậm (2) bị tiêu thụ giai đoạn nhanh (3) nên áp dụng nguyên lí nồng độ dừng tiểu phân b) Phương trình phản ứng: 9I − + BrO3− + 6H + → 3I3− + Br − + 3H O d [BrO3− ] d [I − ] =− =− = k[ H + ]2 [BrO3− ][I − ] dt dt v p.u (a) Giai đoạn chậm định tốc độ phản ứng: k2 H BrO 3+ + I − → IBrO + H 2O v2 = − d [H BrO3+ ] d [I − ] =− = k [ H BrO3+ ][I − ] dt dt (b) − + Giai đoạn (1) nhanh cân nên: k1[BrO ][H ] = k −1[H BrO3 ] [H BrO3+ ] = k1 [BrO3− ][H + ]2 k −1 ⇒ Thay (*) vào (b), ta được: + (*) v2 = k [H BrO3+ ][I − ] = k1k + [H ] [BrO3− ][I − ] k−1 So sánh (a) (b) dễ thấy v p.u = kk v = [H + ]2 [BrO 3− ][I − ] 9k −1 Vậy: k= k1 k 9k −1 Vậy chế đề nghị phù hợp với quy luật động học thực nghiệm Bài 1: Đinitơ pentaoxit (N2O5) chất không bền chất nổ Ở pha khí phân hủy theo phương trình hóa học: 2N2O5(k) → 4NO2(k) + O2(k) (*) Các kết nghiên cứu động học cho thấy số tốc độ phản ứng (*): 13 k = 4,1.10 e −103,137 kJ mol −1 RT (s-1) a Xác định giá trị A, Ea biểu thức định luật tốc độ phản ứng (*) b Tính hệ số góc log k = f(T-1) (T nhiệt độ tuyệt đối) cho phản ứng (*) Ở nhiệt độ ta có v = [ N O5 ] (s-1)? d [ N O5 ] dt c Tính giá trị đạo hàm tiến hành phản ứng (*) bình kín có dung tích V = 12,0 dm3 Ở thời điểm bình có 0,0453 mol N 2O5 áp suất riêng phần N2O5 0,1 atm (các khí coi khí lí tưởng) d Áp dụng nguyên lý nồng độ dừng, chứng minh chế phản ứng sau phù hợp: k1 N2O5 k-1 NO2 + NO3 NO2 + NO3 k2 → NO2 + O2 + NO NO + N2O5 k3 → NO2 Đáp án: a A = 4,1.1013 (s-1) Ea = 103,137 kJ.mol-1 Đơn vị k s-1 ⇒ phản ứng bậc ⇒ v = k [ N O5 ] 13 b log k = log (4,1.10 e −103,137 kJ mol −1 RT 13 ) = log (4,1.10 ) + log e −103,137 kJ mol −1 RT − 103,137.10 RT = log (4,1.1013) + log e − 103,137.10 8,314 = log (4,1.1013) + log e T 103,137.10 8,314 log e = 5387,5 K Hệ số góc: v = [ N O5 ] (s-1) ⇒ k = ⇒ 4,1.1013.e −103 ,137 103 RT = ⇒ T = 395,77 K d [ N O5 ] d [ N O5 ] dt dt c v = -1/2 = k [ N O5 ] ⇒ = -2k [ N O5 ] [ N O5 ] = 0,0453/12 = 3,775.10-3 (mol/l) Từ PV = nRT ⇒ T = 0,1.12/(0,0453.0,082) = 323 K ⇒ k323 = 4,1.1013.e −103 ,137 103 , 314 323 = 8,57.10-4 (s-1) d [ N O5 ] ⇒ dt = -2 8,57.10-4 3,775.10-3 = -6,47.10-6 (mol/l.s) d Tốc độ trình tạo thành O tốc độ phản ứng tổng quát: d [O ] = k [ NO2 ][ NO3 ] dt (1) Áp dụng nguyên lí nồng độ dừng cho NO3 ta được: d [ NO ] = k1 [ N O5 ] − k −1 [ NO2 ][ NO3 ] − k [ NO2 ][ NO3 ] dt =0 ⇒ [ NO3 ] = [N O ] k1 k −1 + k [ NO2 ] (2) (3) d [O ] kk = [ N O5 ] = k [ N O5 ] k −1 + k Thay (3) vào (1) ta được: dt k1 k với k = k −1 + k Vậy chế phản ứng cho phù hợp Bài 1: Dựa vào giản đồ lượng đường phản ứng (hình vẽ a,b,c,d,e) đối → B B →C với phản ứng nối tiếp: A Hãy cho biết mối quan hệ k1 k2 (nhỏ nhiều, nhỏ hơn, bằng, lớn hơn, lớn nhiều); nồng độ sản phẩm trung gian mức (rất nhỏ; nhỏ; khá; lớn; lớn) k1 k2 k1 → ¬ k2 Đối với phản ứng : A B -1 Các số tốc độ k1 = 300 giây ; k2 = 100 giây -1 Ở thời điểm t = có chất A khơng có chất B Hỏi nửa lượng ban đầu chất A biến thành chất B? Hướng dẫn k1 → ¬ k2 A a t=0 B a t a xe k1 + k = ln t xe − x Áp dụng công thức cho : Ở nồng độ lúc cân xe xác định thông qua số cân K : Sau biến đổi ta : [ B] [ A] xe = aK 1+ K xe − x = k1 + k = 2,303 lg t Nên K = k / k2 = xe a-x e aK-x(1+K) 1+ K k1 + k = Cuối Vì K = 2,303 aK lg t aK - x - Kx Vì x= a aK a a 2,303 2K 2,303 2K aK - - K = lg = lg 2 t 2K - - K t K -1 t= Nên 2k 2,303 lg k1 + k k1 - k = 2,303 300 lg = 2,7.10 −3 giây 300 + 100 300 - 100 → B → C A Biết thời gian để 22,5% chất A chuyển hóa 76 giây sau thời gian t max nồng k2 k1 Bài : Xét phản ứng nối tiếp sau: CA ÷ C B t max độ chất B đạt cực đại, lúc tỉ lệ = 4,5 Tính k1, k2 giá trị tmax Tốc độ chuyển hóa A: dC − A = k1.C A ⇒ C A = C oA + e − k1t dt (I) Theo đề, t = 76s CA = (1-0,225)CoA = 0,775CoA, vậy: C k1 = ln oA = t CA 3,3538.10-3 (s-1) Khi CB = max: dCB = k1.C A − k C B = (II) dt Theo đề: Tính tmax: Ta có: ⇒ CA k = (*) C B k1 CA k = C B k1 = 4,5 ⇒ k = 4,5k = 1,509.10-2 (s-1) dCC = k CB dt (III); Từ (I, II, III, IV) ta có: CA + CB + CC = CoA k1 CB = CoA (e− k1t − e − k t ) k − k1 (IV) ln k1 − ln k Thay CA, CB vào (*) ta có: tmax = k1 − k = 128,16 (s) Bài : Tốc độ phản ứng hình thành I3- theo phương trình: xS2O82- + y I- → zSO42- + tI3phụ thuộc vào nồng độ đầu (co) chất phản ứng 25oC sau: Thí nghiệm co(S2O82-) (mol.L-1) 0,00010 0,00014 0,00018 co(I-) (mol.L-1) 0,010 0,010 0,015 vo ( 10-8.mol.L-1.s-1) 1,10 1,54 2,97 1.Vẽ CTCT ion S2O82- xác định số oxi hóa tất nguyên tử số nguyên x, y, z, t Viết phương trình tốc độ phản ứng 2.Xác định bậc phản ứng số tốc độ phản ứng 3.Cơ chế phản ứng đề nghị sau: k S2O82- + I- → IS2O831 k IS2O83- → 2SO42- + I+ k I+ + I- → I2 k I2 + I- → I34 Chứng minh chế phù hợp Áp dụng gần trạng thái dừng cho cấu tử trung gian a.Năng lượng hoạt hóa phản ứng 42kJ/mol Xác định nhiệt độ ( oC) để số tốc độ phản ứng tăng lên gấp 10 b.I3- phản ứng nhanh chóng với ion S2O32- để tạo thành ion iotua Viết phương trình phản ứng c.Viết phương trình tốc độ phản ứng: xS2O82- + y I- → zSO42- + tI3Giả sử lấy dư ion S2O32- so với ion S2O82- I- dung dịch x=1, y=3, z=2, t= S2O82- + 3I- → 2SO42- +I3v= k[S2O82-]a.[ I-]b Từ thí nghiệm (1) (2): Co(S2O82-)(2) /Co(S2O82-)(1) =1,4 Co(I-)(2) = Co(I-)(1) vo(2) / vo(1) = 1,40 → a=1 Từ thí nghiệm (1) (3): Co(S2O82-)(3) /Co(S2O82-)(1) =1,8; Co(I-)(3) /Co(I-)(1) =1,5 vo(3) / vo(1) = 2,70 = 1,8 1,5 → b=1 Phương trình tốc độ phản ứng: v= k [S2O82-].[ I-]: phản ứng bậc v 1,1.10−8 = = 0, 011L.mol −1.s −1 −4 −2 2− − S O I 10 10 k= Sử dụng phương trình Arrhenius, ta có: E 1 k 42.103 1 ln = a ( − ) ln = ( − ) k R T2 T1 → 10 R T2 298 T2 = 345K =72oC Như chế phù hợp với thực nghiệm 2S2O32- + I3- → S4O62- + 3INồng độ ion I- khơng thay đổi I3- nhanh chóng phản ứng với ion S2O32- (dư) tạo thành ion IVì phản ứng giả bậc 1, phương trình tốc độ có dạng: v = k’.[ S 2O82-] Bài : 1.1 Cho phản ứng pha khí: N2O5 (h)→ 2NO2 (k)+ O2 (k) (1) Thực nghiệm chứng tỏ biểu thức định luật tốc độ phản ứng có dạng v=k[N2O5] với số tốc độ k = 3,46.10 -5 s-1 25oC Giả thiết phản ứng diễn bình kín 25oC, lúc đầu chứa N2O5 với áp suất p(N2O5) = 0,100 atm a) Tốc độ đầu phản ứng bao nhiêu? b) Tính thời gian cần thiết để áp suất tổng cộng bình phản ứng 0,175 atm nhiệt độ khơng đổi (25oC) Tính đạo hàm d[N2O5]/dt thời điểm ... quy luật động học thực nghiệm Bài 1: Đinitơ pentaoxit (N2O5) chất khơng bền chất nổ Ở pha khí phân hủy theo phương trình hóa học: 2N2O5(k) → 4NO2(k) + O2(k) (*) Các kết nghiên cứu động học cho... giai đoạn sơ cấp Hãy đề nghị chế có khả cho phản ứng (3) chứng tỏ chế phù hợp với thực nghiệm động học Câu Đáp án Ý.1 a) Số mol có bình N2O5: Điểm 0,5 n(N2O5) = pV/RT = 0,10.atm.V (L) /0,082L.atm.mol-1.K-1.298... lí Bài 5: Một phản ứng dung dịch biểu diễn: A + B ↔C + D (a), X xúc tác đồng thể Để nghiên cứu động học phản ứng (a), người ta tiến hành hai thí nghiệm 25 oC với nồng độ ban đầu (C0 ) chất phản