Hóa lý 2 động học các phản ứng đơn giản và phức tạp

Chương I : ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN VÀ PHỨC TẠP 1, Khái niệm về tốc độ phản ứng: aA + bB → dD + eE Vận tốc chung của phản ứng: vchung = − d [ A] d [B ] d[D] d [E ] =− =+ =+ (1) a dt b dt d dt e dt c om VD: Xét phản ứng Từ đó ta có thể suy luận được vận tốc theo từng chất của phản ứng sau: d[A] d [B ] = −a.vchung ; vB = = −b.vchung dt dt d [D ] d[E] vD = = + d vchung ; vE = = +e.vchung dt dt co ng vA = th d [ A] d [B ] d[D] d [E ] =− =+ =+ = k[ A]x [B]y a dt b dt d dt e dt ng Từ (1) (2): vchung = − an vchung ta có thể xác định được từ biểu thức tác dụng khối lượng vchung = k[ A]x [B]y (2) Trong đó: k: số tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nhiệt độ, x,y bậc đối với du o chất A,B; x+y bậc của phản ứng, x y có thể khác hệ số tỉ lượng (a, b) Bậc của phản ứng: tổng các lũy thừa nồng độ của chất tham gia phản ứng cu - u 2, Bậc phân tử sớ phản ứng phương trình biểu diễn phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nồng độ chất pư - Phân tử số hệ số tỉ lượng phản ứng hóa học - Phân tử số số nguyên, dương, bậc của phản ứng có thể ngun phân sớ, dương, âm CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 3, Phản ứng đơn giản (pư sơ cấp) Trong phản ứng đơn giản bậc phản ứng phân tử số VD: Br2 → 2Br v = k [Br2], bậc I2 + H2 → 2HI v = k.[I2].[H2], bậc 2NO + O2 → 2NO2 v = k.[NO]2.[O2] c om 4, Động học phản ứng đơn giản 4.1 Phản ứng bậc 1: Xét phản ứng: co ng A → sp t=0 a t = t1 a − x an Theo định nghĩa tốc độ phản ứng, định luật tác dụng khới lượng có: d [ A] d (a − x ) = k [A]  − = k (a − x ) dt dt d (a − x )  = −k.dt  ln(a − x ) = −k.t + C a−x du o ng th v=− Tại t = x = thay vào ta có: ln a = C cu u ln a = C  ln(a − x ) = −k t + ln a  ln a − ln(a − x ) = k t  ln a = k t (3) a−x Phương trình động học phản ứng bậc 1, dạng tích phân v=− d [ A] = k.[A] dt Phương trình động học phản ứng bậc 1, dạng vi phân • Thời gian bán hủy t1/2 : khoảng thời gian mà số phân tử giảm nửa Tại t = t1/2 x = a/2 thay vào (3) ta có:  ln CuuDuongThanCong.com a = k t  ln = k t1/ a−a/ https://fb.com/tailieudientucntt  t1/ = ln (4) k Thời gian bán hủy của phản ứng bậc Nhận xét: - t1/2 của phản ứng bậc phụ thuộc vào h/s tốc độ phản ứng k, không phụ thuộc vào nồng độ chất tham gia phản ứng - Đơn vị của số k: s-1 c om 4.2 Phản ứng bậc a, Xét TH1: nồng độ đầu của chất tham gia phản ứng a = b: co ng A + B → sp t=0 a a t = t1 a − x a − x d [ A] d (a − x ) = k[ A][B]  v = − = k ( a − x )2 dt dt 1 − = k t a−x a bậc 2, dạng tích phân ng Giải pt vi phân: Bậc 2, dạng vi phân th an Theo đ/n: v = − k a du o Thời gian bán hủy: t1/ = , t1/2 phụ thuộc vào nồng độ đầu cu u Đơn vị của số k: L.mol-1s-1 b, trường hợp a ≠ b A + B → sp t=0 a b t = t1 a − x b − x Dạng vi phân: v = − d (a − x ) = k (a − x )(b − x ) dt Dạng tích phân: k = b(a − x ) ln t(a − b) a(b − x ) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 4.3 Bậc bậc n Chỉ xét trường hợp nồng độ đầu chất tham gia Bậc 1 1  − 2  2t  ( a − x ) a  t1/ = 2k.a2 dx = k ( a − x )n dt k=  1  − n −1   n −1 (n − 1)t  (a − x ) a  t1/ = 2n−1 − (n − 1)k.an−1 an co t1/2 v= ng k= Dạng tích phân dx = k (a − x )3 dt c om v= Dạng vi phân Bậc n th Các phương pháp xác định bậc phản ứng ng 5.1 Phương pháp thử du o PP: Xác định nồng độ của chất tham gia sau khoảng thời gian khác Thay vào phương trình động học bậc 1, 2, 3,… để tính sớ k Phương trình cho các giá u trị k gần nhất bậc của phản ứng cu VD Khi tiến hành phản ứng phân hủy acetone: CH3COCH3 → C2H4 + CO + H2 Áp suất tổng cộng biến đổi sau: t (phút) 6,5 13 19,9 Ptổng (N.m-2) 41589,5 54386,6 65050,4 74914,6 Hãy xác định bậc phản ứng tính sớ tớc độ của phản ứng Giải: CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Các chất thể khí, áp suất riêng phần tỉ lệ với nồng độ (do V, T = const) Gọi P0 áp suất ban đầu của CH3COCH3, x lượng CH3COCH3 giảm sau thời gian t1 CH3COCH3 → C2 H + CO + H t=0 P0 P0 − x t Giả sử bậc Biểu thức : k = ln x x P0 (*) P0 − x Ta có: t = P0 = Ptổng = 41589,5 (N.m-2) an t 2P0 Thay vào, tính k1,2,3 suy ktb = 0.0256 (s-1) 3P0 − P du o ng Thay vào (*) có: k = ln 3P0 − P th = co P − P0 P − P0 ng Tại t = t1  P = P0 − x + 3x = P0 + x  x = Suy ra: Pt = P0 − x = P0 − x c om t = t1 5.2 Phương pháp đồ thị cu u Bậc ln c = f (t ) Bậc Bậc = f (t ) c = f (t ) c2 Trong đó c nồng độ chất tham gia thời điểm khác Đồ thị cho dạng đường thẳng hàm đó tương ứng với bậc của phản ứng, từ đó suy số tốc độ phản ứng k = tanα CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 5.3 Phương pháp cô lập PP: Thay đổi nồng độ chất tham gia giữ nguyên tất chất tham gia cịn lại, từ đó đo tớc độ phản ứng để suy bậc từng chất tham gia, ći bậc của phản ứng Mơ hình: v = k[ A]x [B]y [C ]z Giữ [B],[C] = const x   , từ đó tính được x   c om t = t1  v1 = k.[ A]t x [B]y [C ]z   v1  [ A]t1  = t = t2  v2 = k.[ A]t x [B]y [C ]z  v2  [ A]t2  ng Làm tương tự với chất B C để tìm y, z từ đó bậc phản ứng : x + y + z co Sự phụ thuộc số tốc độ phản ứng vào nhiệt đợ Năng lượng hoạt hóa an 6.1 Quy tắc Van’t hoff: Đối với phản ứng đồng thể khoảng nhiệt độ không lớn, Van’t Hoff đưa quy tắc = du o ng th tăng nhiệt độ lên 10 độ tớc độ phản ứng tăng từ đến lần kT +10 kT cu u Trong γ hệ sớ nhiệt độ của số tốc độ phản ứng Tổng quát: kT2 kT1 = T2 −T1 10 γ thường từ đến Quy tắc van’t Hoff không áp dụng cho phản ứng dị thể sinh hóa, phản ứng dị thể tăng rất chậm theo nhiệt độ ngược lại, phản ứng sinh hóa tăng rất nhanh theo nhiệt độ CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 6.2 Phương trình Arrhenius - Định nghĩa NLHH E: lượng tối thiểu cần cung cấp cho tiểu phân để phản ứng có thể xảy - Phương trình Arrhenius: −E , kT2 = A.e kT1 , giả sử Ea số khoảng nhiệt độ T1 – T2 ta có: =e − Ea  1   −  R  T1 T2   ln kT1 kT2 = − Ea  1   −  R  T1 T2  co kT2 − Ea RT2 ng Có kT1 = A.e − Ea RT1 c om a E d ln k = a  dạng tích phân: k = A.e RT Dạng vi phân: dT RT an Trong đó: Ea lượng hoạt hóa của phản ứng (J/mol) th A số Arrhenius phụ thuộc vào chất của phản ứng ng R sớ khí lý tưởng 8,314 (J/molK) T nhiệt độ oK du o k số tốc độ phản ứng cu u 6.3 Ý nghĩa lượng hoạt hóa: CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... ứng đơn giản (pư sơ cấp) Trong phản ứng đơn giản bậc phản ứng phân tử số VD: Br2 → 2Br v = k [Br2], bậc I2 + H2 → 2HI v = k.[I2].[H2], bậc 2NO + O2 → 2NO2 v = k.[NO ]2. [O2] c om 4, Động học. .. của phản ứng bậc Nhận xét: - t1 /2 của phản ứng bậc phụ thuộc vào h/s tốc độ phản ứng k, không phụ thuộc vào nồng độ chất tham gia phản ứng - Đơn vị của số k: s-1 c om 4 .2 Phản ứng bậc... độ phản ứng Tổng quát: kT2 kT1 = T2 −T1 10 γ thường từ đến Quy tắc van’t Hoff không áp dụng cho phản ứng dị thể sinh hóa, phản ứng dị thể tăng rất chậm theo nhiệt độ ngược lại, phản ứng