Slide hóa lý đại cương

PowerPoint Presentation HOÁ LÝ ĐẠI CƯƠNG 1 ĐỘNG HÓA HỌC Phần 1 3 Nội dung Động học của các phản ứng hoá học Xúc tác 3 4 Mục tiêu 1 Biết được một số khái niệm cơ bản của động hoá học 2 Trình bày được p.

HOÁ LÝ

ĐẠI CƯƠNG

ĐỘNG HÓA HỌC

Phần 1:

Nội dung

1.Động học của các phản ứng hoá học 2.Xúc tác

Mục tiêu

1 Biết được một số khái niệm cơ bản của động hoá học

2 Trình bày được phương trình động học, biểu thức và đặc điểm của các phản ứng đơn giản

3 Trình bày được ảnh hưởng của nhiệt độ đối với tốc độ phản ứng hoá học

4 Trình bày được phương pháp xác định tuổi thọ của thuốc

5 Trình bày được 4 đặc điểm của chất xúc tác

6 Giải thích được cơ chế xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng

👉 Nghiên cứu về tốc độ phản ứng hóa học

5

1 Động học của các phản ứng hoá học

Tốc độ phản ứng

Áp dụng:

2) Phản ứng: 2N2O5(k) → 4NO2(k) + O2(k) có tốc độ tạo thành NO2 ở một thời điểm xác định là 0.002 mol.l-1.s-1 Xác định tốc độ phản ứng của N2O5tại thời điểm này

3) Phản ứng: 4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O có tốc độ O2 ở một thời điểm xác định là 0.27 mol.l-1.s-1 Xác định tốc độ tạo thành H2O tại thời điểm này

9

Ảnh hưởng của nồng độ lên tốc độ phản ứng

10

Tốc độ phản ứng tỉ lệ thuận với nồng độ các chất tham gia

Nồng độ và xác suất va chạm

Định luật tác dụng khối lượng (1867)

n

A.Ck.C

V 

Áp dụng: Khí độc CO tác dụng với hemoglobin (Hb) theo phương trình:

2,50 2,50 4,00

1,05 1,75 2,80

12

Áp dụng: Một số vi khuẩn kháng lại kháng sinh penicillin bởi vì chúng tạo

ra penicillinase, một enzyme có trọng lượng phân tử 3.10 4 gam/mol chuyển penicillin thành các phân tử không hoạt động Mặc dù động học của phản ứng xác tác enzyme có thể phức tạp, tại nồng độ thấp phương trình tốc độ phản ứng có dạng v = k.[penicillinase].[penicillin] x Từ dữ kiện: 1,0 lít dung dịch chứa 0,15 µg của penicillinase, xác định bậc của phản ứng đối với penicillin và giá trị hằng số tốc độ.

[penicillin] (M) 2,0.10 -6 3,0.10 -6 4,0.10 -6

v (mol/L/min) 1,0.10 -10 1,5.10 -10 2,0.10 -10

13

k.t C

C ln

t

1 A

k.C

V 

Thời gian bán phản ứng t1/2

Bậc 1 có t1/2 = hằng số

15

k ln2

t1/2 

Áp dụng:

1) Chất A phân hủy theo qui luật phản ứng bậc 1 Tính thời gian để 70% chất A

bị phân hủy Biết hằng số tốc độ k = 0,4 s -1

2) Chất A chuyển hóa theo phản ứng bậc 1, với hằng số tốc độ k = 0,5 (ngày)-1 Nồng độ chất A ban đầu là 1,2 M Tính lượng chất A đã phản ứng sau 5 ngày?

3) Sau thời gian 12 h, 80% lượng chất A bị chuyển hóa Tính thời gian bán hủy

của chất A, biết chất A phân hủy theo phản ứng bậc 1.

16

18

Áp dụng: Thuốc hạ sốt paracetamol có thời gian bán thải t1/2 là 2,5 giờ Liều dùng ban đầu là 400 mg

a Tính lượng thuốc còn lại trong huyết tương sau 12 giờ

b Sau thời gian 7 lần t1/2 coi như thuốc đã bị đào thải hết cơ thể, tính phần trăm lượng thuốc đã bị đào thải.

k.t C

C ln

t

k ln2

t1/2 

Hạn sử dụng thuốc

Thuốc khi bảo quản, sẽ phân hủy theo phản ứng bậc 1

T90 là thời gian để hàm lượng thuốc còn lại 90% so với ban đầu

k.t C

C

ln

t

Áp dụng Một loại thuốc nhãn khoa phân hủy theo qui luật

phản ứng bậc 1 với hằng số tốc độ 0,0009 (ngày)-1 Thuốc sẽ hết hạn sử dụng khi hàm lượng còn lại thấp hơn 90% so với hàm lượng ban đầu Tuổi thọ của thuốc là:

21

k.t C

C ln

t

Quá trình phân rã phóng xạ tuân theo qui luật phản ứng bậc 1.

m ln

t

Phương pháp xác định niên đại Carbon 14

25



-6C N + e7

Áp dụng:

1) Phương pháp xác định niên đại bằng hàm lượng cacbon phóng xạ 14 được nhà

hóa học người Mỹ Willarrd Libby và đồng nghiệp thử nghiệm vào năm 1949 và mau chóng trở thành phương pháp được ưa chuộng nhất trong khảo cổ học Một xác ướp Ai Cập có độ phóng xạ là 2,5 nguyên tử phân rã trong 1 phút tính cho 10 gam cacbon Xác định niên đại của xác ướp này biết rằng ở các vật sống độ phóng

xạ là 1,5 nguyên tử phân rã trong 1 phút tính cho 1 gam cacbon và chu kỳ bán hủy của cacbon 14 là 5730 năm

2) Cacbon 14 phân rã phóng xạ theo phản ứng sau:

Thời gian bán rã là 5730 năm Hãy tính tuổi của một mẫu gỗ khảo cổ có độ phóng

xạ bằng 72% độ phóng xạ của mẫu gỗ hiện tại 26

e N

C 147 01

14

6   

Áp dụng Fluorine-18 (18 F) là đồng vị phóng xạ, phát xạ positron để hình thành oxygen-18 với chu kỳ bán hủy là 109,7 phút:

Bác sỹ dùng 18 F để nghiên cứu bộ não bằng cách tiêm một lượng glucose-thay thế fluoro (thay 1 nhóm –OH trong glucose bằng –F) Glucose tích tụ ở những vùng não hoạt động và cần nhu cầu dinh dưỡng

a Xác định hằng số tốc độ của quá trình phân hủy 18 F?

b Nếu một mẫu glucose chứa 18 F được tiêm vào máu, phần trăm

chất phóng xạ còn lại sau 5,59 giờ?

c Sau bao lâu 99,99% 18 F bị phân rã? 27





 O e

F 188

9 18

1 C

1

0 t





2 A

k.C

V 

Đồ thị C = f(t)

Thời gian bán phản ứng

30

t1/2 phụ thuộc nồng độ

k.C 1

t1/2 

x) a(b

x)

b(a ln

b a

Áp dụng Hằng số tốc độ của phản ứng CH3COOC2H5 + NaOH 

CH3COONa + C2H5OH ở 283K bằng 2,38 mol -1 l.ph -1 Tính thời gian cần thiết

để nồng độ của CH3COOC2H5 còn lại 50% nếu ta trộn 1 lít dung dịch

CH3COOC2H5 0,05M với :

a 1 lít dung dịch NaOH 0,05M

b 1 lít dung dịch NaOH 0,1M

Sự suy biến bậc phản ứng

Khi b >> a → (a-b) ≈ -b và (b-x) ≈ b

Trong trường hợp này phản ứng có bậc 1 giả

Ví dụ quá trình thủy phân este trong nước

k = k e

36

a T

T

T

1 T

1 R

E k

k ln

a T

T

T

1 T

1 2,303.R

E k

k lg

1 2

Áp dụng:

1) Đối với nhiều phản ứng tốc độ sẽ tăng gấp đôi mỗi khi nhiệt độ tăng lên 100 C Giả thiết rằng phản ứng xảy ra ở 320K và 330K Hãy xác định năng lượng hoạt hóa của phản ứng

a T

T

T

1 T

1 R

E k

k ln

1 2

Áp dụng:

4) Ở 651K chu kỳ bán huỷ của phản ứng bậc 1 là 363 phút Năng lượng hoạt hoá

là 217360 J/mol Tính thời gian cần thiết để chất đó bị phân huỷ hết 50% ở 723K.

5) Một phản ứng có năng lượng hoạt hoá là 140500 J/mol Hằng số tốc độ k0

trong phương trình: k = k0.e -Ea/RT là 5.10 13 s -1 Ở nhiệt độ nào chu kỳ bán huỷ sẽ là:

a) 1 phút b) 30 phút

6) Một phản ứng có năng lượng hoạt hoá 60000 cal/mol Tốc độ phản ứng sẽ

tăng lên bao nhiêu lần khi tăng nhiệt độ từ 20 0 C lên 40 0 C.

a T

T

T

1 T

1 R

E k

k ln

1 2

k ln2

t1/2 

Phương pháp “lão hóa cấp tốc”

Để rút ngắn thời gian nghiên cứu đánh giá tuổi thọ của thuốc, bằng cách ngoại suy từ phương trình Arhenius:

Xác định động học phản ứng ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ bảo quản (50 – 900C) Từ các giá trị k ở các nhiệt độ, tính Ea Dựa vào động học có thể tính thời gian thuốc phân hủy 50%, 5%, 1% hay 0,1%,

k.t C

C ln

a T

T

T

1 T

1 R

E k

k ln

1 2

41

Áp dụng: Nghiên cứu một chế phẩm có hàm lượng theo công thức là 100 mg

Thử cấp tốc thời gian 2,5 tháng ở nhiệt độ 55 0 C và 65 0 C Kết quả có ở bảng dưới Tính tuổi thọ của thuốc khi bảo quản ở 30 0 C Biết thuốc chỉ đảm bảo khi hàm lượng không giảm quá 10%

a T

T

T

1 T

1 R

E k

k ln

1

C

C ln

t

2 Xúc tác

• Làm tăng tốc độ phản ứng nhưng bảo toàn về lượng

• Làm giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng

• Không làm thay đổi năng lượng Gibbs (G) của hệ

Đặc điểm của chất xúc tác

• Bất biến

• Tham gia với lượng nhỏ

• Không làm thay đổi cân bằng

• Làm gia tăng tốc độ của phản ứng

Áp dụng: Giải thích (định lượng) tác dụng hoạt hóa phản ứng của chất xúc tác

bằng cách so sánh hằng số tốc độ phản ứng khi có xúc tác và không có xúc tác của các phản ứng:

a Phản ứng 2HI  I2 + H2 ở 25 0 C, khi năng lượng hoạt hóa không xúc tác và có xúc tác lần lượt bằng 185,35 kJ/mol và 58,57 kJ/mol

b Phản ứng 2H2O2  O2 + H2O ở 25 0 C, khi năng lượng hoạt hóa không xúc tác

và có xúc tác lần lượt bằng 150,6 kJ/mol và 46,02 kJ/mol

Xúc tác enzyms

• Là xúc tác sinh học dị thể có bản chất protein

• Chứa các tâm hoạt động liên kết với chất phản ứng

• Độ chọn lọc cực cao, hoạt tính rất lớn và phản ứng xảy ra t 0

thường

• Cực kỳ quan trọng trong các quá trình sinh học, công nghệ.

Cơ chế chọn lọc của xúc tác enzyms

49

Lên men rượu

Lên men mì chính

Lên men Lactic

Sản xuất mạch nha

b) Số phần trăm đồng vị bị phân huỷ sau 15 phút

3) Dung dịch CH3COOC2H5 có nồng độ ban đầu là 0,01N xà phòng hoá với dung dịch NaOH có nồng độ 0,002N trong thời gian 23 phút đạt được độ chuyển hoá 10% Nếu nồng độ ban đầu giảm đi 10 lần thì thời gian phản ứng sẽ là bao nhiêu nếu muốn đạt được độ chuyển hoá 10% như trước?

k.t C

C ln

t

Áp dụng

4) Một loại thuốc kháng sinh có thời hạn sử dụng trong 24 giờ khi bảo quản trong

tủ lạnh (5 0 C) Biết năng lượng hoạt hóa của phản ứng Ea = 60,2 kJ

a Tính tuổi thọ của thuốc trên ở nhiệt độ phòng (25 0 C).

b Tính hạn sử dụng khi bảo quản ở -178 0 C

5) Một loại thuốc có nồng độ ban đầu 5 mg/ml Thuốc phân hủy theo qui luật phản ứng

bậc 1 với hằng số tốc độ 0,0006 (ngày) -1 Tính hàm lượng thuốc còn lại sau 120 ngày.

6) Một lọ thuốc kháng sinh có tuổi thọ trong 10h khi bảo quản trong tủ lạnh (150 C) Biết năng lượng hoạt hóa của phản ứng Ea = 90,5 kJ Xác định tuổi thọ của thuốc trên ở nhiệt

độ 0 0 C.

k.t C

C ln

a T

T

T

1 T

1 R

E k

k ln

1 2

• Trong phần lớn các phản ứng đồng thể, tốc độ phản ứng không phụ thuộc vào:

• A Hằng số tốc độ B Nhiệt độ

• C Nồng độ chất tham gia D Nồng độ sản phẩm

• Đối với nhiều phản ứng tốc độ sẽ tăng gấp đôi mỗi khi nhiệt độ tăng lên 100C Giả thiết rằng phản ứng xảy ra ở 300 K và 310

K, Năng lượng hoạt hóa của phản ứng là

• A 53,6 kJ B 54,5 kJ

• C 56,8 kJ D 58,4 kJ

• Đặc điểm nào là của chất xúc tác

• A Tham gia với lượng lớn

• B Làm thay đổi cân bằng

• C Làm tăng tốc độ phản ứng

• D Làm giảm tốc độ phản ứng

Tốc độ phản ứng có thể được biểu thị như sau:

• A Là sự biến đổi thành phần của chất tham gia theo thời gian

• B Là sự biến đổi sản phẩm theo thời gian

• C Là sự biến đổi nồng độ chất tham gia theo thời gian

• D Là sự thay đổi của thời gian theo nồng độ