VẤN ĐỀ 1: LÝ THUYẾT, PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG – CÂN BẰNG HểA HỌC
I.KHÁI NIỆM VỀ TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG.
Để so sánh mức độ xảy ra nhanh hay chậm của các phản ứng hoá học, người ta dùng đại lượng tốc độ phản ứng hoá học, gọi là tốc độ phản ứng.
1. Tốc độ phản ứng
- Tốc độ phản ứng là đại lượng đặc trưng cho độ biến thiên nồng độ của một trong các chất phản ứng hoặc sản phẩm phản ứng trong một đơn vị thời gian.
- Theo quy ước: nồng độ được tính bằng mol/l,
thời gian là giây (s), phút (ph), giờ (h), … 2. Tốc độ trung bình của phản ứng
Xét phản ứng: A B
Ở thời điểm t1: CA là C1 mol/l
Ở thời điểm t2: CA là C2 mol/l (C1 > C2)
- Tốc độ của phản ứng tính theo A trong khoảng thời gian t1 t2 thì:
t C t
t C C t
t C v C
∆
−∆
− =
− −
− =
= −
1 2
1 2 1
2 2 1
- Tốc độ của phản ứng theo sản phẩm B thì:
Ở thời điểm t1: CB là C1 mol/l
Ở thời điểm t2: CB là C2 mol/l (C1 > C2)
t C t
t C v C
∆
= ∆
−
= −
1 2
1 2
Do đó, công thức tổng quát tính tốc độ phản ứng trong khoảng thời gian từ t1 đến t2 là:
Liên hệ bộ môn: bmhoahoc.123cbook@gmail.com
Cung cấp bởi 123cbook.com
t v C
∆
±∆
= Trong đó:
v là tốc độ trung bình của phản ứng trong khoảng thời gian từ t1 đến t2.
+∆C là biến thiên nồng độ chất sản phẩm (chất tạo thành).
−∆C là biến thiên nồng độ chất tham gia phản ứng.
- Biểu thức tốc độ của phản ứng trên:
v = k. [A] (k là hằng số tốc độ phản ứng) II.CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG 3. Ảnh hưởng của nồng độ
Khi nồng độ chất phản ứng tăng, tốc độ phản ứng tăng.
Biểu thức tính tốc độ phản ứng:
Ví dụ:
v = k.[N2].[H2]3 (k là hằng số vận tốc phản ứng) 4. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Khi nhiệt độ tăng, tốc độ phản ứng tăng.
Giải thích: Khi nhiệt độ phản ứng tăng dẫn đến hai hệ quả sau:
- Tốc độ chuyển động của các phân tử tăng, dẫn đến tần số va chạm giữa các chất phản ứng tăng.
- Tần số va chạm có hiệu quả giữa các chất phản ứng tăng nhanh. Đây là yếu tố chính làm cho tốc độ phản ứng tăng nhanh khi tăng nhiệt độ.
- Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nhiệt độ được tính theo công thức sau:
. 210 1
1 2
t k t
v
vt = t t −
t1
v ,
t2
v là tốc độ phản ứng ở nhiệt độ t1, t2.
kt là hệ số nhiệt độ cho biết tốc độ pứ tăng lên bao nhiêu lần khi nhiệt độ tăng lên 100C.
5. Ảnh hưởng của áp suất
Cung cấp bởi 123cbook.com
2
2 3H
N + 2NH3
Đối với phản ứng có chất khí tham gia, khi áp suất tăng (nồng độ chất khí tăng), tốc độ phản ứng tăng.
Khi tăng áp suất, khoảng cách giữa các phân tử càng nhỏ, nên sự va chạm càng dễ có hiệu quả hơn, phản ứng xảy ra nhanh hơn.
6. Ảnh hưởng của diện tích bề mặt
Đối với phản ứng có chất rắn tham gia, khi diện tích bề mặt tăng, tốc độ phản ứng tăng.
7. Ảnh hưởng của chất xúc tác
- Chất xúc tác là chất có tác dụng làm biến đổi mãnh liệt tốc độ của phản ứng nhưng không bị tiêu hao trong phản ứng.
- Những chất xúc tác xúc tiến cho quá trình xảy ra nhanh hơn là chất xúc tác dương. Trong kĩ thuật hiện đại chất xúc tác dương được sử dụng rộng rãi. Ví dụ trong quá trình tổng hợp NH3, sản xuất H2SO4, cao su nhân tạo, chất dẻo v.v…
- Những chất xúc tác làm cho quá trình xảy ra chậm được gọi là chất xúc tác âm. Ví dụ:
Quá trình oxi hoá Na2SO3 trong dung dịch thành Na2SO4 xảy ra chậm khi thêm glyxerol.
III.CÂN BẰNG HOÁ HỌC
8. Phản ứng một chiều, phản ứng thuận nghịch và cân bằng hoá học a) Phản ứng một chiều
Phản ứng chỉ xảy ra theo một chiều từ trái snag phải được gọi là phản ứng một chiều.
Chất phản ứng biến đổi hoàn toàn thành chất sản phẩm và không xảy ra theo chiều ngược lại.
b) Phản ứng thuận nghịch
Trong các phản ứng hoá học có nhiều trường hợp chất phản ứng biến đổi hoàn toàn thành chất sản phẩm. Đây là loại phản ứng một chiều (bất thuận nghịch). Nhưng cũng có những phản ứng hoá học trong đó chất phản ứng biến đổi thành chất sản phẩm và đồng thời chất sản phẩm lại phản ứng với nhau để biến đổi thành chất tham gia phản ứng. Nhứng phản ứng này gọi là phản ứng thuận nghịch.
Ví dụ: Cl2 + H2O HCl + HClO
2SO2 + O2 2SO3
Liên hệ bộ môn: bmhoahoc.123cbook@gmail.com
Cung cấp bởi 123cbook.com
xt, t0
- Chiều mũi tên từ trái sang phải là chiều phản ứng thuận.
- Chiều mũi tên từ phải sang trái là chiều phản ứng nghịch.
c) Cân bằng hoá học
- Là trạng thái của phản ứng thuận nghịch, ở đó trong cùng một đơn vị thời gian có bao nhiều phân tử chất sản phẩm được hình thành từ những chất ban đầu thì có bấy nhiêu phân tử chất sản phẩm phản ứng với nhau để tạo thành chất ban đầu. Trạng thái này của phản ứng thuận nghịch được gọi là cân bằng hoá học.
- Cân bằng hoá học là trạng thái của phản ứng thuận nghịch khi tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch.
9. Hằng số cân bằng hoá học a) Cân bằng trong hệ đồng thể - Hệ đồng thể là gì?
Hệ đồng thể là hệ mà các tính chất lí học và hoá học đều như nhau ở mọi vị trí trong hệ.
Thí dụ: hệ gồm các chất khí, hệ gồm các chất tan trong dung dịch.
- Giả sử có một phản ứng thuận nghịch sau:
aA + bB cC + dD
A, B, C, D là những chất khí hoặc những chất tan trong dung dịch khi phản ứng ở trạng thái cân bằng, ta có:
[ ] [ ] [ ] [ ]a b
d c
B A
D K = C
Trong đó:
[A], [B], [C] và [D] là nồng độ mol/l của các chất A, B, C, D a, b, c và d là hệ số các chất trong phương trình phản ứng.
Hằng số cân bằng K của pứng xác định chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, không phụ thuộc vào nồng độ chất phản ứng.
Trường hợp cân bằng được thiết lập giữa các chất khí, người ta có thể thay nồng độ các chất trong biểu thức tính K bằng áp suất riêng phần của hỗn hợp.
b) Cân bằng trong hệ dị thể
Cung cấp bởi 123cbook.com
- Hệ dị thể là gì?
Hệ dị thể là hệ mà các tính chất lí học và hoá học là không giống nhau ở mọi vị trí trong hệ. Thí dụ: hệ gồm các chất rắn và chất khí, hệ gồm chất rắn và chất tan trong nước.
- Xét hệ cân bằng sau : C(r) + CO2(k) 2CO(k)
[ ] [ 2]
2
CO
K = CO Nồng độ các chất rắn được coi là hằng số.
10. Sự chuyển dịch cân bằng hoá học a) Định nghĩa
Sự chuyển dịch cân bằng hoá học là sự phá vỡ trạng thái cân bằng cũ để chuyển sang một trạng thái cân bằng mới do các yếu tố bên ngoài tác động lên cân bằng.
b) Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hoá học
Các yếu tố nồng độ, áp suất và nhiệt độ ảnh hưởng đến cân bằng hoá học đã được nhà hoá học Pháp Le Chatelier tổng kết thành nguyên lí được gọi là nguyên lí Le Chatelier như sau:
Một phảnu ứng thuận nghịch đang ở trnạg thái cân bằng khi chịu một tác động bên ngoài, như biến đổi nồng độ, áp suất, nhiệt độ, sẽ chuyển dịch cân bằng theo chiều giảm tác động bên ngoài đó.
Lưu ý: Khi phản ứng ở trạng thái cân bằng, nếu số mol khí ở hai vế cảu phương trình bằng nhau thì khi tăng áp suất cân bằng sẽ không chuyển dịch.
c) Vai trò chất xúc tác
- Chất xúc tác không làm biến đổi nồng độ các chất trong cân bằng và không làm biến đổi hằng số cân bằng nên không làm cân bằng chuyển dịch.
- Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng thuận và tốc độ phản ứng nghịch với số lần bằng nhau, nên nó có tác dụng làm cho phản ứng thuận nghịch đạt tới trạng thái cân bằng nhanh chóng hơn.
Liên hệ bộ môn: bmhoahoc.123cbook@gmail.com
Cung cấp bởi 123cbook.com
IV.Ý NGHĨA CỦA TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG VÀ CÂN BẰNG HOÁ HỌC TRONG SẢN XUẤT HOÁ HỌC
Dựa vào những yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng và cân bằng hoá học để chọn lọc nâng cao hiệu suất trong sản xuất hoá học.
Ví dụ: Trong sản xuất H2SO4 phải thực hiện phản ứng:
2SO2(k) + O2(k) 2SO3(k) ∆H =−198kJ <0
Phản ứng toả nhiệt, nên khi tăng nhiệt độ cân bằng chuyển theo chiều nghịch giảm hiệu suất phản ứng. Để cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận người ta tăng nồng độ oxi (dùng lượng dư không khí).
VẤN ĐỀ 2: CÁC DẠNG BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI.
Dạng 1: Tốc độ phản ứng