Bài giảng Hoá học đại cương: Chương 4 - ThS. Trần Thị Minh Nguyệt

Bài giảng Hoá học đại cương chương 4 Động hóa học, cung cấp cho người học những kiến thức như: Các khái niệm cơ bản; Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng. Mời các bạn cùng tham khảo!

CHƯƠNG IV : ĐỘNG HÓA HỌC

§1 Các khái niệm cơ bản

§2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng

§1 Các khái niệm cơ bản

1.1 Phản ứng đồng thể - phản ứng dị thể

+ Phản ứng đồng thể: phản ứng xảy ra trong phạm vi một pha

Vd: phản ứng của các chất khí, trong dung dịch

+ Phản ứng dị thể: phản ứng xảy ra trên bề mặt phân chia pha hay trong lớp gần với bề mặt phân chia pha

Vd: Phản ứng đốt cháy than trong không khí

§1 Các khái niệm cơ bản

Qui ước vận tốc luôn dương vậy

Dấu (-) khi tính cho vận tốc theo các chất tham gia Dấu (+) khi tính cho vận tốc theo các chất sản phẩm

§1 Các khái niệm cơ bản

§2 Các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng

2.1 Định luật tác dụng khối lượng để tính vận tốc phản ứng

aA + bB → sản phẩm Theo Gulber- Wage: “Vận tốc phản ứng hoá học tỉ lệ với tích số nồng độ với số mũ là hệ số của các chất trong phương trình phản ứng

Trong đó: CA , CB nồng độ các chất phản ứng ở thời điểm khảo

sát (mol/l)

a, b hệ số tỷ lượng của các chất phản ứng k: hằng số vận tốc phản ứng

v = k C C

§2 Các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng

2.1 Định luật tác dụng khối lượng để tính vận tốc phản ứng

aA + bB → sản phẩm Tổng quát ta có

Bậc của phản ứng

+ Bậc của phản ứng (n) có thể là 0, 1, 2, 3 nói chung bậc 3 hiếm thấy + Phản ứng hóa học xảy ra qua nhiều giai đoạn trung gian, giai đoạn nào chậm nhất sẽ quyết định vận tốc phản ứng

Ví dụ:

2 2

2

1 1

2 2

HI

I H

C k

v

C C

k v

+ Bậc phản ứng biểu diễn ảnh hưởng tổng quát của nồng độ đến vận tốc phản ứng

dt dC k.dt =-

2.2 Phương trình động học bậc 1

Khi thời gian biến thiên từ t0 đến t thì nồng

độ biến thiên từ C0 đến C

0 0

C C

dC kdt

Giả sử lượng chất đã phản ứng là C = x thì:

hay 0

1

2, 3lg

2

C k

C C

2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng

a Quy tắc Van’t Hoff

+ Khi nhiệt độ thay đổi thì hằng số vận tốc k thay đổi

+ Khi tăng nhiệt độ lên 100C độ vận tốc phản ứng tăng lên từ 2 đến 4 lần

+ Giả sử có phản ứng nào đó ở nhiệt độ T1 vận tốc phản ứng là v1, khi tăng nhiệt độ lên T2, nghiên cứu thực nghiệm chứng minh được:

2 1 (T -T )

1

v

= γ v

+ Vậy cứ tăng lên 10oC thì vận tốc phản ứng tăng lên γ lần, γ thường có giá trị 2 ÷ 4)

γ gọi là hệ số nhiệt độ, hay gọi là hệ số Van’t Hoff

Ea: năng lượng cần thiết để đưa 1 mol các phân tử chất phản ứng

có NL trung bình lên trạng thái hoặt động

a -E /RT

k = A e

* Năng lượng hoạt hoá (yếu tố năng lượng)

E1 - Năng lượng ở trạng thái đầu

E2 - Năng lượng ở trạng thái phức

hoạt động trung gian

E3 - Năng lượng ở trạng thái sản

phẩm

Năng lƣợng hoạt hóa

E = E2 – E1 = năng lượng hoạt hóa là phần năng lượng dư tối thiểu của các phân tử tham gia phản ứng cần phải có để vượt qua trạng thái phức họat động trung gian tạo thành sản phẩm E được coi là

"hàng rào thế năng của phản ứng"

a 2

k = A e

a -E /RT

+ Theo thuyết va chạm hoạt động của Arrhenius, muốn có phản ứng hóa học cần những điều kiện:

- Các phần tử tham gia phản ứng phải va chạm nhau

- Va chạm hoạt động là những va chạm có hiệu quả tức là phải có năng lượng đủ lớn để vượt qua thềm năng lượng của phản ứng và chúng được định hướng thích hợp

Số va chạm rất lớn nhưng chỉ có số nhỏ va chạm là có hiệu quả dẫn đến tương tác hóa học

2.3 Thuyết va chạm hoạt động

Xét phản ứng giứa 2 phân tử cùng loại 2A → sản phẩm

Số va chạm giữa các phân tử cùng loại trong một giây và trong một đơn vị thể tích

Hai phân tử cùng loại nên sau 1 giây trong 1 cm3 số phân tử tham gia phản ứng là Z’ = 2Z

Ngoài yếu tố năng lượng đủ lớn cần có sự định hướng thích hợp với đặc trưng là thừa số xác suất P

Z = Z e

a

E RT 0

Ea : NL hoạt hóa phản ứng không xúc

tác

E1, E2 : NL hoạt hóa của giai đoạn tạo

h/c trung gian và phức chất hoạt

động

Ở 150oC một phản ứng hoá học kết thúc sau 16 phút Tính xem ở

200oC và 80oC phản ứng sau bao nhiêu lâu thì kết thúc Biết hệ số nhiệt độ  = 2,5

Bài tập 2

Năng lượng hoạt hoá của một phản ứng hoá học nào đó khi không có xúc tác là Ea = 75,24 kJ/mol; còn khi xúc tác là Ea’ = 50,14 kJ/mol Hỏi khi có xúc tác thì vận tốc phản ứng trên tăng lên bao nhiêu lần (các phản ứng đều tiến hành ở 25oC)

Bài tập 3

Có phản ứng phân huỷ: C2H6(k)  C2H4(k) + H2(k)

ở 507oC có hằng số vận tốc k1 = 2,3.10-4 (1/s) còn ở 527oC vận tốc phản ứng tăng gấp đôi (coi các nồng độ thí nghiệm là đơn vị)

Tính năng lượng hoạt hoá Ea và hằng số thực nghiệm A trong

phương trình Arhenius: k = A exp(-Ea/RT)

k k