Bài giảng Hoá đại cương: Chương 4 - Nguyễn Văn Hòa (2022)

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

1 Một số khái niệm cơ bản về phản ứng hóa học

 Phản ứng đơn giản là phản ứng chỉ xảy ra qua

một giai đoạn.

Ví dụ: NO + O3  NO2 + O2

 Phản ứng phức tạp là phản ứng xảy ra qua nhiều

giai đoạn Tốc độ phản ứng được xác định qua giai đoạn xảy ra chậm nhất.

Ví dụ: 2N2O5  4NO2 + O2

N2O5  N2O3 + O2 (chậm)



2 Tốc độ phản ứng

2.1 Định nghĩa

Tốc độ của phản ứng hóa học là số tác dụng cơ bản của

nó diễn ra trong một đơn vị thời gian và đơn vị thể tích (đối với phản ứng đồng thể) hoặc trong một đơn vị thời gian và trên một đơn vị diện tích bề mặt phân chia các pha (đối với phản ứng dị thể).

Thực tế thường dùng những đại lượng tỷ lệ với số tác dụng cơ bản này như độ thay đổi nồng độ (mol/L) của chất phản ứng hay sản phẩm tạo thành trong một đơn vị thời gian, đôi khi quan sát sự thay đổi màu sắc, độ đục trong…

2.2 Xác định tốc độ phản ứng theo độ biến đổi nồng độ

Xét phản ứng đồng thể: aA + bB  cC + dD

Tốc độ trung bình (ῡ) là tốc độ được tính trung

bình trong một khoảng thời gian nhất định.

1 Δ[A] 1 Δ[B] 1 Δ[C] 1 Δ[D]

Tốc độ tức thời là tốc độ được xác định tại thời

điểm khảo sát của phản ứng.

Phản ứng đồng thể - 1 giai đoạn: bậc phản ứng

đúng bằng hệ số tỉ lượng theo phương trình (m=a; n = b)

Phản ứng phức tạp – nhiều giai đoạn: bậc phản

ứng có giá trị khác với hệ số tỉ lượng trong phương trình

Bậc phản ứng ( v) được xác định bằng thực nghiệm.

b Tính hằng số tốc độ của phản ứng ở nhiệt độ khảo sát?

c Tính tốc độ của phản ứng ở nhiệt độ trên khi nồng độ

HI bằng 0,020 M?

→ 𝑛 = 1

2 Khi giảm nồng độ các chất phản ứng xuống 3 lần, tốc độ

các phản ứng trên thay đổi thế nào?

3 Khi giảm thể tích bình phản ứng xuống 2 lần, tốc độ các

phản ứng trên thay đổi như thế nào?

4 Khi giảm áp suất của hệ xuống 2 lần, tốc độ các phản ứng

trên thay đổi như thế nào?

H * - entanpy hoạt hóa, cũng chính là

năng lượng hoạt hóa E * của phản ứng

S * - entropy hoạt hóa của phản ứng

2.5 Sự thay đổi nồng độ theo thời gian

Ở thời điểm ban đầu  = 0, đặt [A]o = co

Ở thời điểm  , đặt [A] = c

𝟐𝒌

b Phản ứng bậc 1

𝑣 = − 𝑑 𝐴

𝑑𝜏 = 𝑘 × 𝐴 ↔ − 𝑑[𝐴]

[𝐴] = 𝑘 × 𝑑𝜏 (2)

Ở thời điểm ban đầu  = 0, đặt [A]o = co

Ở thời điểm  , đặt [A] = c

𝒌

c Phản ứng bậc 2

𝑣 = − 𝑑 𝐴

𝑑𝜏 = 𝑘 × [𝐴]2 ↔ − 𝑑[𝐴]

[𝐴]2 = 𝑘 × 𝑑𝜏 (3)

Ở thời điểm ban đầu  = 0, đặt [A]o = co

Ở thời điểm , đặt [A] = c

𝒌𝒄𝒐

.

E RT

k  A e

3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ

a Quy tắc Van’t Hoff (kinh nghiệm)

Khi tăng nhiệt độ lên 10 oC (10 K) thì tốc độ phản ứng tăng lên khoảng 2 – 4 lần.

Số lần tăng lên này được gọi là hệ số nhiệt độ của

tốc độ phản ứng, được ký hiệu  :

t

10 n t

n t

10

t

k

kquát

tổnghay

4

2k

Ví dụ: Tính hằng số tốc độ k ở 45 oC và số lần tăng tốc độ phản ứng khi nhiệt độ tăng thêm 100 o C đối với phản ứng 2N2O5  4NO2 + O2, biết ở 25 và 65 oC hằng số k của phản ứng này có giá trị tương ứng là 3,7.10 -5 và 5,2.10-3 s-1.

o o

b Phương trình Arrhenius (thực nghiệm)

*

.

E RT

Năng lượng hoạt hóa của chất phản ứng (E*) là năng lượng tối thiểu cần cung cấp cho các tiểu phân để chúng trở thành hoạt động.

E* càng nhỏ thì phản ứng

càng dễ xảy ra và tốc độ

phản ứng càng lớn.

Lấy logarit tự nhiên của phương trình Arrhenius:

Cũng có thể tính E* bằng cách rút ra dạng hai điểm của phương trình Arrhenius:

3.3 Ảnh hưởng của chất xúc tác

a Khái niệm về xúc tác

Chất xúc tác là chất khi thêm vào sẽ làm

tăng tốc độ phản ứng hoặc gây nên phản

ứng nếu phản ứng đó có khả năng xảy ra.

Chất ức chế là chất khi thêm vào sẽ

Các đặc điểm của chất xúc tác

• Lượng dùng ít hơn chất phản ứng rất nhiều lần.

• Không thay đổi về lượng cũng như thành phần

và tính chất hóa học sau phản ứng ( lý thuyết ).

• Có tính chọn lọc.

• Không làm thay đổi các tính chất nhiệt động

của hệ phản ứng (  G, K ).

b Cơ chế tác dụng của chất xúc tác

Làm giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng bằng cách thay đổi cơ chế phản ứng.

Đối với quá trình xúc tác đồng thể, chất xúc tác kết hợp

với những chất phản ứng tạo thành phức chất hoạt động trung gian mới làm giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng.

Ví dụ: Xét phản ứng phân hủy axit formic

Khi có xúc tác H+:

Đối với quá trình xúc tác dị thể, cơ chế tác dụng

của chúng vẫn chưa được hiểu hoàn toàn Xúc tác nàythường là các nguyên tố chuyển tiếp và các hợp chất củachúng

Xúc tác dị thể thường xảy ra các quá trình:

Ví dụ xúc tác kim loại rhodium (Rh) được sử dụng cho

quá trình oxi hóa khử để kiểm soát khí thải ô tô

(a) Các phân tử CO và NO bị hấp phụ trên bề mặt rhodium (b) Các phân tử NO bị hấp phụ phân ly thành các nguyên tử

N và O bị hấp phụ.

(c) Các phân tử CO và nguyên

tử O bị hấp phụ kết hợp với nhau thành phân tử CO2, phân tử này giải hấp phụ thành trạng thái khí Hai nguyên tử N kết hợp thành