Chuong 5

Định nghĩa tốc độ phản ứng Tốc độ phản ứng thường được biểu diễn bằng mol phản ứng/Ií/đon vị thời gian.. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng - Bản chât của các chât phản ứng - Nồng

7/20/2020

Chương Š

TOC DO PHAN UNG HOA HOC

- Tốc độ phản ứng ĐỘNG HÓA HỌC + - Các yếu tố ảnh hưởng tốc độ phản ứng

- Cơ chế phản ứng

I Định nghĩa tốc độ phản ứng

Tốc độ phản ứng thường được biểu diễn bằng mol phản ứng/Ií/đon vị

thời gian

Tốc độ phản ứng được xác định thông qua sự thay đổi nồng độ của

chât phản ứng hay sản phâm tạo thành theo thời g1an

Vận tốc tạo thành hay mất đi của một chất có thể là:

- Vận tốc trung bình Vip = — ar

ác

- Vận tôc tức thời Vy; = lim At) dt 0

- Tong quat:

aA + bB — cC + dD

1A[4] 1A[B] 1A[C] 1A[D]

- Vận tốc trung bình: Vip = —-—— = SAP cad ab

1đ[A] 1d[B] 1ả[C] 14[D]

- Vận tộc tức thời: | f„ = — Tp hae =o at ~d dt

- Ví dụ: Xét phản ứng khi trộn 1 mol H, v6i 2 mol ICI trong một bình

kin dung tich 1 L 6 230 °C

HK) + 2IClq› —>- l2) + 2HClq›

7/20/2020

A[H;] _ 1A[IcI]_ All;] _ 1A[HCI

UV - (224 Concentration and Rate Data for Reaction of 2.000 M ICI and

1.000 M H, at 230°C

Average Rate During

One Time Interval = — Am]

CH [H;] At Time ()

(mol/L) (mol/L) (M-s~'y (seconds)

2000 1.348 0.326 : 1

0.148 1.052 0.090

0.872 0.062

0.748 4

0.046

Vận tốc trung bình của phản ứng trong khoảng thời gian từ 2s

dén 3s: = -(0,436 — 0,526)/(3 — 2) = 0,09 M.s"!

d[H;] — 1d[ICI]_ d[I;]} _ 1d[HCH

Vie = —

[H]

0.600 M

0.300 M

II Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng

- Bản chât của các chât phản ứng

- Nồng độ của các chất phản ứng

- Nhiệt độ

- Xúc tác

1 Bản chất của các chất phản ứng

Trang thai vat li

P trắng: cháy trong oxy

P đỏ: có thê bảo quản

VỚI Sự có mặt của oxy

Xăng dạng lỏng: cháy

êm địu

i xi *

Xăng dạng hơi: cháy gây nô

K;SO„ø + Ba(NO¿)¿¿@ —<>

K;SO(qa + Ba(NO¿);(qay ————®> 2KNO¿(aa + BaSOA4A(r)

https://www.youtube.com/watch?v=IC-fOKIGSbQ

Diện tích tiếp xúc bề mặt Cấu tạo hóa học

Diên tích tiếp xúc bề , P Kim loại có nan

mặt càng lớn thì phản lượng ion hóa thấp :

nhành Xay fa Cang (Na): Phản ứng nhanh

thường

Km loại có năng lượng 1on hóa cao hơn (Ca): Phản ứng chậm với nước ở nhiệt độ thường

2 Ảnh hưởng của nông độ - Phương trình tốc độ phản ứng

Xét phản ứng: aA + bB + ——>cC + dD +

Phương trình tốc độ: |ƒ = k[A]*[B]”

x: bậc phản ứng riêng củaA y: bậc phản ứng riêng của B

x + y + : bậc phản ứng tông k: hằng số tốc độ phản ứng

x, y, có thể trùng hoặc không trùng với các hệ số a, b, trong phương trình phản ứng

Các giá trị có thê có của x, y: sô nguyên, thập phân, thậm chí là sô âm

Ví dụ:

„_„IH;]IBsl”

H, + Br ——~ HBr ~~ ¡+ HBr

H + Br —~HBr + Br

Không có cách nào để dự đoán bậc phản ứng mà phải làm thực nghiệm

Đề xác định bậc phản ứng riêng của một chất người lấy rất dư các chất

phản ứng còn lại, lúc đó xem như nông độ các chât rât dư là hăng sô

trong suôt quá trình phản ứng

aA + bB —> cC + dl)

Trong phản ứng trên khi lấy rất dư B thì:

V =k|Alf[Bo]f= k[A]l” vơi k'=k[B,

phâm Không thay đổi theo thời gian

Thay đối theo nhiệt độ

Phụ thuộc vào xúc tác

7/20/2020

Những lưu ý với hằng số tốc độ phản ứng k

Đại diện cho một phản ứng xác định (phụ thuộc các

hệ sô cân băng)

Đơn vị phụ thuộc vào bậc tong của phản ứng

Không thay đôi theo nồng độ chất phản ứng hay sản

Ví dụ 1: Xác định bậc phản ứng, hằng số tốc độ của phản ứng với các

dữ liệu sau:

A+ 2B —(C)

Vận tốc tạo

l 1.0 x 10-2 M 1.0 x 10-2 M 1.5 X 107-° M-s!

2 1.0 x 10-2 M 2.0 x 10-2 M 3.0 X 10-6 M-s~!

3 2.0 x 10-2 M 1.0 x 10-2 M 6.0 X 10-6 M-s~!

Vận tốc của phản ứng được viết ở dạng tổng quát như sau:

V = k[A]*[B)?

Để tính bậc của phản ứng ta phải tính x và y ở phương trình trên

Theo số liệu thí nghiệm thu được ta viết được các biểu thức vận tốc phản ứng cho

tường thí nghiệm như sau:

1,5.108 = k(102)*(102)Y (1)

3.108 = k(10-2)*(2.102)Y (2)

6.10 = k(2.10-2)*(102)Y (3)

Từ (1) và (2) tính được y = 1

Từ (1) và (3) tính được x = 2

Vậy, bậc của phản ứng : x + y = 3

Tính hằng số tốc độ của phản ứng:

Thế x và y vào 1 trong 3 phương trình ở trên sẽ tìm được k = 1,5 M2.s1

Vĩ dụ 2: Xác định bậc phản ứng, hằng số tốc độ của phản ứng với các

dit liéu sau:

1 Phản ứng giữa A và B được biểu diễn bằng phương trình :

A+B-+C Người ta đã làm 3 thí nghiệm độc lập và thu được các dữ liệu sau :

Nồng độ đầu Thời gian | Nông độ cuối

Tale | Blom | 8® | (AM

2 | 01000 | 200 | 0,50 0.0900

Xác định tốc độ trung bình của phản ứng ở mỗi thí nghiệm Từ

đó xác định bậc phản ứng riêng của A, của B và bậc phản ứng

tổng cộng, xác định giá trị hằng số tốc độ phản ứng k

7/20/2020

Đề cho biến thiên nồng độ của A theo thời gian nên tác xác định vận tốc trung bình của

phản ứng thông qua vận tốc mất đi của chất A Vì A là chất phản ứng và hệ số cân bằng

của A trong phản ứng là 1 nên ta có vận tốc trung bình của phản ứng tính theo A cho

từng thí nghiệm là:

1 A[A] 0,1 — 0,0975

tb1ì — —1At 05 0,005 M.h

— I1A[4] 01—0,09_ 002M.n-1 tbe 1 At - 05 7

— I1A[A] 0,05—0,045 - 00025 M.h—1 3" 1 At - 2 x

Xác định bậc phản ứng: Vận tốc của phản ứng được viết ở dạng tổng quát như sau:

V = k[A]*[B]”

Theo số liệu thí nghiệm thu được ta viết được các biểu thức vận tốc phản ứng cho

tường thí nghiệm như sau: 0,005 = k(101)*(1)Y (1); 0,02 = k(101)*(2)Y (2)

00025 = k(0,05)*(1)Y (3) Từ (1) và (2) tính được y = 2; từ (1) va (3) tính được x = 1 Vậy

phản ứng bậc 1 đối với A, bậc 2 đối với b và bậc tổng cộng là 3

Tính hằng số tốc độ của phản ứng:

Thế x và y vào 1 trong 3 phương trình ở trên sẽ tìm được k = 0,05 M2.h1

Lưu ý: Các giá trị vận tốc phản ứng ở phương trình (1), (2) và (3) lấy bằng giá trị trung

bình vì biến thiên nồng độ của các chất rất bé trong thời gian rất dài “

3 Ảnh hưởng của nhiệt độ

E,

Phuong trinh Arrhenius: k= Ae RT

k: hang sô tôc độ R: Hằng số khí (R = 8,314 J/mol.K = 8,314 Pa.m3/mol.K)

A: đặc trưng cho yếu tô định hướng của các phân tử hoạt động

E, : năng lượng hoạt hóa của phản ứng

E E;

Hiệu ứng nhiệt của phản ứng: AH = E — Ea„)

Fa

k=Ae ®

Antimony powder reacts with bromine more rapidly at 75°C (/eft) than at 25°C (right)

HT E,/RT —E/RT c~E/RT k Reaction

3 = = i — => =>

increases decreases increases increases increases speeds up

E 1

Ink =InA-—4.—

RT

ub

Dé xac dinh E, > xac dinh k 6 m6t s6 T > lap d6 thi > E,/R

19

Dang logarite cua phuong trinh Arrhenius:

_ha k= Ae *

Ink, =In A- fat

KR, - mè lÌn—>=—“(———) E„ 1 1

Ink, =InA-—*.—

20

10

7/20/2020

Ví dụ: Phản ứng sau đây có k= 9,16.103 s! ở 0 °%C Năng lượng hoạt

hóa của phản ứng là 88 kJ/mol Hay tính & của phản ứng ở 2 °C

N,O; —> NO, + NO,

mR T, Tạ ~ 8314 273 275 = 0,282 => k„ — "33

mò k;, = 12,18.10s”1

Vi du: Phản ứng sau đây có k= 1,6.105 s! ở 600 K Khi nhiệt độ tăng

lên 700 K, k có giá trị k= 6,36.103 s1 Tính năng lượng hoạt hóa của

phản ứng

" 16105 8,314\600 700

Suy ra E, = 208995 J/mol

+z: Hệ số nhiệt độ của tốc độ phản ứng: là số lần tăng tốc độ phản ứng

khi nhiệt độ tăng 10°

Nếu nhiệt độ phản ứng tăng từ T; đến T; thì:

T,-T,

7,

ky

Van t Hoff nhan thay rang: khi nhiệt độ tăng 10° thì tốc độ phản ứng

thương tăng từ 2 đên 4 lân

11

4 Ảnh hưởng của xúc tác

Chat xuc tac: lam tang toc dé phan ung bang cach giam E,,

Ep 4 Complex ——t&

100 kJ |4Activati n Catalysed — RT

sk Activated k ~~ Ae

(100 - 45) Complex

20 kJ “° % Catalysed =

(65 ~ 45)/-” Activation If E, = E,/RT —Ñ E,/RT

wei Energy decreases decreases increases

25 kJ

c~E,/RT k Reaction

Time incre ases increases speeds up

Xuc tac dong thé: chat x/t va chat p/u ở cùng | pha

Xuc tac

Xúc tác dị thể: chất x/t và chất p/ư ở các pha khác nhau

Chất ức chế: làm giảm tốc độ phản ứng 23

http://www.smartlearner.mobi/science/ReactionRatesEquilibrium/Rates_3.htm

- Enzyme (Aue tac sinh hoc): la cae protein lam vai tro xuc tac cho

các phản ứng sinh hóa trong cơ thê sông

Trong phản ứng được xúc tác bằng enzyme: Chất phản ứng được

gọi là cơ chât

Substrate Enzyme bound cleaved

to substrate

Cơ chê xúc tác “lock-and-key ” cua enzyme unbound Enzyme

Phản ứng được xúc tac bang enzyme: co fin/) chon loc rat cao va

xay ra trong diéu kién ém diu

12

7/20/2020

II Phương trình động học (phương trình tích phân tốc độ) của

phản ứng hóa học

Là phương trình biểu diễn quan hệ giữa nông độ chất phản ứng và

thời gian phản ứng

1 Phản ứng bậc không Tốc độ không phụ thuộc nồng độ

Xét phản ứng aA —> Sản phẩm

V= a dt =k —> —d|A] = akdt [Aly

4/2 = 7 2ak 0 Vv

Đơn vị của k: M.time™!

2 Phản ứng bậc một

Xét phản ứng: aA —> Sản phẩm bậc | voi A và bậc 1 tổng

— 1đ[A4] | d[A] _ tại d[A]

= — = kl] ~—— = akat J- Ti = fet

In[A] = In[Ag] — akt | => Don vi cua k: time!

J

I n2 0,693

> Thời gian nửa phản ứng: 0

Là thời gian lượng chất phản ứng bị tiêu

13

3 Phan tng bac hai

Xét phan img: aA + bB — San pham bac | voi A, B và bậc 2

tong

ye 1d[A] _ 1d[B] _ kIA]

— ứø dt b dt L8]

Trường hợp đơn giản: Nồng độ ban đầu và hệ số tỷ lượng của A và B

như nhau

t dỊA|

akdt Bồ j- ape = | akat

0 [Ao]

1 a[A]

1

"1/2 — [4g]

Đơn vị của &: M!.time'

4 Xác định bậc phản ứng

Cach 1:

Vẽ đồ thị trong excel theo các bậc phản ứng khác nhau, sau đó so

sánh R7

Cách 2:

Xác định & theo các bậc biến thiên, nếu # không đổi thì có thể kết

luận

0 2

Dựa vào kêt quả đo sự biên thiên nông độ 6 0.338

A theo thời gian hãy xác định bậc của phản 8 0.187

14

7/20/2020

IV Lý thuyết phản ứng

Xétphinứng aA + bB > cC + dD

1 Ly thuyét va cham: Dé phan ứng xảy ra thì cần phải có sự va

chạm đông thời của a phan tu A va b phan tu B Dé co va cham

hiệu quả thì các chat phản ứng phải:

- Có năng lượng lớn hơn một giá trị nào đó (yếu tố năng lượng)

- Có định hướng xác định (yếu tố định hướng)

Các phân tử thỏa mãn 2 yếu tổ này gọi là các phân tử hoạt động

Va chạm giữa các phân tử hoạt động gọi là va chạm hoạt động

Khi tăng nông độ thì số va chạm hoạt động/đơn vị thời gian tăng

nên vận tóc phản ứng tăng

> Với phản ứng xảy ra qua nhiều giai đoạn thì tốc độ của phản ứng

sẽ là tốc độ của giai đoạn chậm nhất

@Q J

_, sS

Q

o

o

Reactants Collision Reactants Reactants Collision Reactants

15

2 Lý thuyết trạng thái chuyển tiếp:

Xét phánứng A + B, —> AB +B

A+B—-B — A B B — > A—-B+B

reactants transition state products A+B, AB, AB +B

Exothermic reaction

Nang luong hoat hoa cua phan

: -B- B r, ` A A x `

nam reverse co dé dat dén trang thai chuyén

A+B, | AF nn Products tiếp

Progress of reaction

16