Bài 19 Tốc độ phản ứng A/ Câu hỏi mở đầu Câu hỏi mở đầu trang 92 SGK Hóa học 10 Làm thế nào có thể so sánh sự nhanh, chậm của các phản ứng hoá học để thúc đẩy hoặc kìm hãm nó theo mong muốn? Trả lời Đ[.]
Trang 1Bài 19 Tốc độ phản ứng A/ Câu hỏi mở đầu
Câu hỏi mở đầu trang 92 SGK Hóa học 10: Làm thế nào có thể so sánh sự nhanh,
chậm của các phản ứng hoá học để thúc đẩy hoặc kìm hãm nó theo mong muốn?
Trả lời:
Để so sánh sự nhanh, chậm của các phản ứng hóa học, ta có thể dựa vào tốc độ phản ứng hóa học
Ta có thể áp dụng nhiều biện pháp, kĩ thuật để thay đổi tốc độ phản ứng như thay đổi nồng độ, nhiệt độ, dùng chất xúc tác,…
B/ Câu hỏi giữa bài
I Tốc độ phản ứng hóa học
1 Khái niệm tốc độ phản ứng hóa học
Câu hỏi 1 trang 93 SGK Hóa học 10: Xét phản ứng: H2 + Cl2 → 2HCl
Nghiên cứu sự thay đổi nồng độ một chất trong phản ứng theo thời gian, thu được
đồ thị sau:
a) Đồ thị này mô tả sự thay đổi nồng độ theo thời gian của chất nào?
b) Nêu đơn vị của tốc độ phản ứng trong trường hợp này
Trả lời:
a) Dựa vào đồ thị ta thấy: Nồng độ ban đầu của chất là 0 mol/L Thời gian của phản ứng tăng, nồng độ dung dịch chất tăng
Trang 2⇒ Đồ thị này mô tả sự thay đổi nồng độ theo thời gian của chất sản phẩm HCl
b) Đơn vị của tốc độ phản ứng trong trường hợp này là mol/(L.min)
2 Tốc độ trung bình của phản ứng
Hoạt động trang 93 SGK Hóa học 10: Phản ứng phân hủy H2O2:
H2O2 ⟶ H2O + 1
2 O2 Kết quả thí nghiệm đo nồng độ H2O2 tại các thời điểm khác nhau được trình bày trên Bảng 19.1
Bảng 19.1 Kết quả thí nghiệm phản ứng phân hủy H2O2
Thời gian phản ứng
Nồng độ H2O2
Biến thiên nồng độ trong khoảng thời gian từ 0 giờ đến 3 giờ là:
0,707 – 1,000 = – 0,293 (mol/L)
(Dấu "–" thể hiện rằng nồng độ H2O2 giảm dần khi phản ứng xảy ra.)
Tốc độ phản ứng trong khoảng thời gian từ 0 giờ đến 3 giờ được tính như sau:
H O (3h ) H O (0h )
tb
V
3 0
−
= −
0,707 1,000
0,098 3
−
(Đặt dấu "–" trước biểu thức để tốc độ phản ứng có giá trị dương.)
Thực hiện các yêu cầu sau:
1 Hãy tính tốc độ phản ứng theo nồng độ H2O2 trong các khoảng thời gian từ: a) 3 giờ đến 6 giờ; b) 6 giờ đến 9 giờ c) 9 giờ đến 12 giờ
2 Nhận xét về sự thay đổi tốc độ phản ứng theo thời gian
Trả lời:
1 a) Tốc độ phản ứng trong khoảng thời gian từ 3 giờ đến 6 giờ là:
Trang 32 2 2 2
H O (6h ) H O (3h )
tb
V
6 3
−
= −
0,500 0,707
0,069 3
−
b) Tốc độ phản ứng trong khoảng thời gian từ 6 giờ đến 9 giờ là:
H O (9h ) H O (6h )
tb
V
9 6
−
= −
0,354 0,500
0,049 3
−
c) Tốc độ phản ứng trong khoảng thời gian từ 9 giờ đến 12 giờ là:
H O (12h ) H O (9h )
tb
V
12 9
−
= −
0, 250 0,354
0,035 3
−
2 Nhận xét về sự thay đổi tốc độ phản ứng theo thời gian: Tốc độ phản ứng giảm dần theo thời gian
Câu hỏi 2 trang 94 SGK Hóa học 10: Cho phản ứng của các chất ở thể khí:
2NO + 2H2 → N2 + 2H2O
Hãy viết biểu thức tính tốc độ trung bình theo sự biến đổi nồng độ chất đầu và chất sản phẩm của phản ứng trên
Trả lời:
Biểu thức tính tốc độ trung bình theo sự biến đổi nồng độ chất đầu và chất sản phẩm của phản ứng trên là:
NO tb
III Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng
1 Ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng
Hoạt động trang 95 SGK Hóa học 10: Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ đến
tốc độ phản ứng:
Na2S2O3 + H2SO4 → Na2SO4 + S + SO2 + H2O
Chuẩn bị: Các dung dịch: Na2S2O3 0,05 M, Na2S2O3 0,10 M, Na2S2O3 0,30 M, H2SO4 0,5 M; 3 bình tam giác, đồng hồ bấm giờ, tờ giấy trắng có kẻ chữ X
Tiến hành:
Trang 4- Cho vào mỗi bình tam giác 30 mL dung dịch Na2S2O3 với các nồng độ tương ứng
là 0,05 M; 0,10 M và 0,30 M Đặt các bình lên tờ giấy trắng có kẻ sẵn chữ X
- Rót nhanh vào mỗi bình 30 mL dung dịch H2SO4 0,5 M và bắt đầu bấm giờ
Lưu ý: Phản ứng có sinh ra khí độc Cần tiến hành cẩn thận và tránh ngửi trực tiếp trên miệng bình tam giác
Hình 19.3 Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng
Quan sát vạch chữ X trên tờ giấy dưới đáy bình, ghi lại thời điểm không nhìn thấy vạch chữ X nữa và trả lời câu hỏi:
1 Phản ứng ở bình nào xảy ra nhanh nhất? Chậm nhất?
2 Nồng độ ảnh hưởng thế nào đến tốc độ phản ứng?
Trả lời:
1 Phản ứng ở bình chứa dung dịch Na2S2O3 có nồng độ 0,3M xảy ra nhanh nhất Phản ứng ở bình chứa dung dịch Na2S2O3 có nồng độ 0,05M xảy ra chậm nhất
2 Ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng: Khi nồng độ các chất tham gia tăng, tốc độ phản ứng tăng
Câu hỏi 3 trang 96 SGK Hóa học 10: Cho phản ứng: X + Y → XY
Biết tốc độ phản ứng tỉ lệ thuận với nồng độ của các chất tham gia phản ứng với số
mũ là hệ số tỉ lượng của chất đó trong phương trình hoá học
a) Hãy viết phương trình tốc độ của phản ứng này
b) Ở một nhiệt độ xác định, hằng số tốc độ của phản ứng này là 2,5.10-4 L/(mol.s) Nồng độ đầu của X và Y lần lượt là 0,02 M và 0,03 M Hãy tính tốc độ phản ứng:
Trang 5– Tại thời điểm đầu
– Tại thời điểm đã hết một nửa lượng X
Trả lời:
a) Phương trình tốc độ của phản ứng: v = k.CX.CY
b) Tốc độ phản ứng tại thời điểm đầu là:
v = 2,5.10-4.0,02.0,03 = 1,5.10-7 (mol/(L.s))
- Tại thời điểm đã hết một nửa lượng X
⇒ Nồng độ X còn 0,01M và đã phản ứng 0,01M
→
⇒ Theo phương trình, nồng độ Y phản ứng là 0,01M
⇒ Tại thời điểm xét, nồng độ T còn 0,03M – 0,01M = 0,02M
⇒ v = 2,5.10-4.0,01.0,02 = 5.10-8 (mol/(L.s))
2 Ảnh hưởng của áp suất đến tốc độ phản ứng
Câu hỏi 4 trang 97 SGK Hóa học 10: Nêu mối liên hệ giữa nồng độ và áp suất
của khí trong hỗn hợp
Trả lời:
Trong hỗn hợp khí, nồng độ mỗi khí tỉ lệ thuận với áp suất của nó Khi nén hỗn hợp khí (giảm thể tích) thì nồng độ mỗi khí tăng lên và ngược lại
Trang 6Câu hỏi 5 trang 97 SGK Hóa học 10: Áp suất ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng
nào sau đây?
N2(g) + 3H2(g) ⎯⎯⎯⎯t , xuc taco → 2NH3(g) (1)
CO2(g) + Ca(OH)2(aq) ⟶ CaCO3(s) + H2O (l) (2)
BaCl2(aq) + H2SO4(aq) ⟶ BaSO4(s) + 2HCl(aq) (4)
Trả lời:
Chú ý: Việc thay đổi áp suất không làm ảnh hưởng đến tốc độ của phản ứng không
có chất khí tham gia
Xét phản ứng (1), (2) có sự tham gia của chất khí (g) ⇒ Áp suất ảnh hưởng đến tốc
độ phản ứng
Xét phản ứng (3), (4) không có sự tham gia của chất khí (g) ⇒ Áp suất không ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng
3 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng
Hoạt động trang 97 SGK Hóa học 10: Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến
tốc độ phản ứng: Mg + 2H2O → Mg(OH)2 + H2↑
Chuẩn bị: Mg dạng phoi bào, dung dịch phenolphtalein, nước cất, 2 ống nghiệm,
đèn cồn, kẹp gỗ
Tiến hành:
- Cho vào mỗi ống nghiệm khoảng 3 mL nước cất
- Nhỏ vào mỗi ống nghiệm 1 – 2 giọt phenolphtalein và cho vào mỗi ống 1 mẫu phoi bào Mg
- Đun nóng 1 ống nghiệm
Lưu ý: Làm sạch bề mặt Mg trước khi tiến hành thí nghiệm
Quan sát và trả lời câu hỏi:
1 Sự thay đổi màu sắc trong ống nghiệm nào nhanh hơn?
Trang 72 Nhiệt độ ảnh hưởng như thế nào đến tốc độ phản ứng?
Trả lời:
1 Ống nghiệm được đun nóng, màu của dung dịch chuyển sang màu hồng nhanh hơn
2 Khi tăng nhiệt độ, các hạt (phân tử, nguyên tử hoặc ion) sẽ chuyển động nhanh hơn, động năng cao hơn Khi đó, số va chạm hiệu quả giữa các hạt tăng lên, dẫn đến tốc độ phản ứng tăng
Câu hỏi 6 trang 98 SGK Hóa học 10: Hãy giải thích tại sao khi nhiệt độ tăng thì
tốc độ phản ứng tăng
Trả lời:
Khi tăng nhiệt độ, các hạt (phân tử, nguyên tử hoặc ion) sẽ chuyển động nhanh hơn, động năng cao hơn Khi đó, số va chạm hiệu quả giữa các hạt tăng lên, dẫn đến tốc
độ phản ứng tăng
Câu hỏi 7 trang 98 SGK Hóa học 10: Nêu ý nghĩa của hệ số nhiệt độ Van't Hoff Trả lời:
Ta có biểu thức: T 10
T
v v
+
= Trong đó, γ là hệ số nhiệt độ Van’t Hoff, vT là tốc độ phản ứng tại nhiệt độ T, vT+10
là tốc độ phản ứng tại nhiệt độ T +10
⇒ Ý nghĩa: Giá trị của γ càng lớn thì ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng càng mạnh
Câu hỏi 8 trang 98 SGK Hóa học 10: Ở 20 °C, tốc độ một phản ứng là 0,05
mol/(L.min) Ở 30 °C, tốc độ phản ứng này là 0,15 mol/(L.min)
a) Hãy tính hệ số nhiệt độ Van't Hoff của phản ứng trên
b) Dự đoán tốc độ phản ứng trên ở 40°C (giả thiết hệ số nhiệt độ γ trong khoảng nhiệt độ này không đổi)
Trả lời:
Trang 8a) Hệ số nhiệt độ Van't Hoff của phản ứng là o
o
30 C
20 C
3
o
40 C
40 C 30 C
30 C
v
v
= → = = 3.0,15 = 0,45 mol/(L.min)
4 Ảnh hưởng của diện tích bề mặt đến tốc độ phản ứng
Hoạt động trang 98 SGK Hóa học 10: Nghiên cứu ảnh hưởng của diện tích bề
mặt đến tốc độ phản ứng:
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O
Chuẩn bị: 2 bình tam giác, dung dịch HCl 0,5 M, đá vôi dạng viên, đá vôi đập nhỏ Tiến hành:
- Cho cùng một lượng (khoảng 2 g) đá vôi dạng viên vào bình tam giác (1) và đá vôi đập nhỏ vào bình tam giác (2)
- Rót 20 mL dung dịch HCl 0,5 M vào mỗi bình
Quan sát hiện tượng và thực hiện yêu cầu sau:
1 Phản ứng trong bình nào có tốc độ thoát khí nhanh hơn?
2 Đá vôi dạng nào có tổng diện tích bề mặt lớn hơn?
3 Nêu ảnh hưởng của diện tích bề mặt tiếp xúc đến tốc độ phản ứng
Trả lời:
1 Phản ứng trong bình tam giác (2) chứa đá vôi đập nhỏ có tốc độ thoát khí nhanh hơn
2 Đá vôi khi đập nhỏ có tổng diện tích bề mặt lớn hơn
3 Khi tăng diện tích bề mặt tiếp xúc, số va chạm giữa các chất đầu tăng lên, số va chạm hiệu quả cũng tăng theo, dẫn đến tốc độ phản ứng tăng
5 Ảnh hưởng của chất xúc tác đến tốc độ phản ứng
Hoạt động trang 99 SGK Hóa học 10: Nghiên cứu ảnh hưởng của chất xúc tác
đến tốc độ phản ứng:
Trang 92H2O2 ⟶ 2H2O + O2
Chuẩn bị: 2 bình tam giác, dung dịch H2O2 10%, MnO2
Tiến hành:
- Rót vào 2 bình tam giác, mỗi bình 20 mL dung dịch H2O2 10%
- Thêm khoảng 0,1 g xúc tác MnO2 vào một bình và lắc đều
Quan sát hiện tượng và thực hiện yêu cầu sau:
1 So sánh tốc độ thoát khí ở hai bình
2 Chất xúc tác ảnh hưởng thế nào đến tốc độ phản ứng?
Trả lời:
1 Bình tam giác cho xúc tác MnO2 có tốc độ thoát khí lớn hơn
2 Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng nhưng nó không bị biến đổi về lượng và chất sau phản ứng
Câu hỏi 9 trang 99 SGK Hóa học 10: Thực hiện hai phản ứng phân huỷ H2O2 một
phản ứng có xúc tác MnO2, một phản ứng không xúc tác Đo thể tích khí oxygen theo thời gian và biểu diễn trên đồ thị như hình bên:
Đường phản ứng nào trên đồ thị (Hình 19.6) tương ứng với phản ứng có xúc tác, với phản ứng không có xúc tác?
Trả lời:
Đường phản ứng (a) trên đồ thị tương ứng với phản ứng không có xúc tác
Trang 10Đường phản ứng (b) trên đồ thị tương ứng với phản ứng có xúc tác vì lượng khí oxygen thoát ra ngay từ phút đầu tiên đã nhiều hơn
III Một số ứng dụng của việc thay đổi tốc độ phản ứng
Câu hỏi 10 trang 100 SGK Hóa học 10: Yếu tố nào đã được áp dụng để làm thay
đổi tốc độ của các phản ứng trong Hình 19.7?
Trả lời:
Yếu tố được áp dụng để làm thay đổi tốc độ của các phản ứng trong Hình 19.7 là: a) Đèn xì oxygen – acetylene: nồng độ (tăng nồng độ oxygen)
Đốt acetylene bằng oxygen nguyên chất cháy nhanh và cho nhiệt độ cao hơn khi đốt bằng oxygen trong không khí
b) Tủ lạnh bảo quản thức ăn: nhiệt độ (hạ thấp nhiệt độ)
Nhiệt độ trong tủ lạnh thấp hơn nhiệt độ môi trường giúp phản ứng phân hủy thức
ăn của các vi sinh vật diễn ra chậm hơn, thức ăn bảo quản được lâu hơn
c) Bình dưa muối: chất xúc tác.(vi khuẩn lactic)
Phương pháp muối chua được thực hiện nhờ sự hoạt động của vi khuẩn lactic biến một phần đường thành axit lactic gây chua
Câu hỏi 11 trang 100 SGK Hóa học 10: Phản ứng tạo NO từ NH3 là một giai đoạn
trung gian trong quá trình sản xuất nitric acid: 4NH3(g) +5O2(g) → 4NO(g) + 6H2O(g)
Hãy nêu một số cách để tăng tốc độ phản ứng này
Trả lời:
Trang 11Các cách để tăng tốc độ phản ứng:
- Tăng nồng độ của chất tham gia phản ứng
- Sử dụng chất xúc tác: Platinum (Pt) ( hoặc Fe2O3, Cr2O3)
- Tăng nhiệt độ
- Tăng áp suất của phản ứng
Em có thể trang 100 SGK Hóa học 10: Giải thích được tại sao nhiều phản ứng
hoá học trong công nghiệp cần tiến hành ở nhiệt độ cao và sử dụng chất xúc tác
Trả lời:
Trong công nghiệp, cần sản xuất các sản phẩm với số lượng lớn, đảm bảo tiết kiệm tối đa về chi phí và thời gian Tuy nhiên, có những chất tham gia cần năng lượng lớn để phá vỡ liên kết mới tham gia phản ứng được hoặc có những phản ứng phản ứng xảy ra chậm
⇒ Cần tiến hành ở nhiệt độ cao và sử dụng chất xúc tác để tăng tốc độ phản ứng