Bài giảng hóa đại cương (phần 5)

Ảnh hưởng của nồng độ: Theo định luật tác dụng khối lượng, ta có: Với phản ứng aAbBcCdD Tốc độ phản ứng xác định như sau: b B a AC C k V 1  Tốc độ phản ứng giảm liên tục theo thời

Chương VIII

TỐC ĐỘ VÀ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG

1 Một số khái niệm:

- Động hóa học nghiên cứu tốc độ, cơ chế, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hóa học: t , bản chất, xúc tác… 0

- Hệ số tỉ lượng của các phản ứng hóa học: (nói rồi ‟ nhắc lại)

Ví dụ: N2 3H2 2NH3

Các học sinh tự làm 1, 2, 3

- Phản ứng đơn giản: Chỉ xảy ra một giai đoạn

Ví dụ: NOO3 NO2 O2

- Phản ứng phức tạp: Xảy ra qua nhiều giai đoạn ( có thể nối tiếp hoặc song song, hoặc đồng thời)

Ví dụ:

2 2 5

2

2 5

2 3 2

2 3 2 5 2

4 2

4 O NO O

N

NO O

N O N

O O N O N















- Bậc phản ứng:

Bằng tầng số mũ của nồng độ các chất phản ứng ghi trong biểu thức định luật tác dụng khối lượng

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

2.1 Ảnh hưởng của nồng độ:

Theo định luật tác dụng khối lượng, ta có:

Với phản ứng aAbBcCdD

Tốc độ phản ứng xác định như sau: b

B

a

AC C k

V 1

 Tốc độ phản ứng giảm liên tục theo thời gian do CA,CBgiảm ngược lại V tăng N

Do đó, ta tác động lên vận tốc phản ứng bằng cách thay đổi nồng độ các chất theo thời gian

Hằng số tốc độ K (phản ứng thuận là K , nghịch là T K ) N

+ Phản ứng bậc 1:

C

C lg t

 sec  1

t: thời gian phản ứng (lấy từ 0)

0

C : nồng độ đầu (ở t = 0S)

C: nồng độ ở t

+ Phản ứng bậc 2: A + B  C

b x

a

x a b b a

kt







 1 ln (1) + Phản ứng bậc 3: 3AC



















0

1 1 2

1

A

A C C

kt (2)

Trong đó:

a, b: nồng độ ban đầu các tác chất (với (1))

x: nồng độ một chất đã tham gia phản ứng với (1) và là nồng độ của a đã tham gia phản ứng (với (2))

t: Thời gian đã thực hiện phản ứng

2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ:

Qui tắc VanHôp: “Khi tăng nhiệt độ lên 0

10 thì tốc độ phản ứng tăng lên 24lần” 4

2

10  

T

T k

k



Tổng quát: n

T

n T n k

k

) 4 2 (

10  

Quy tắc này chỉ đúng trong khoảng t không lớn 0

Ví dụ: Phản ứng phân hủy N2O5, cho 5

30 0 3.6 10







C

0 0 7.9 10







C k

Tính k100 0C Ta có:

Vậy:

100 10

0

100 10 3 7

5

0

3 10 0

3

10 9 7 86 3 86

3 86

3 10 9 7

10 6 3

0 0

0 0













C C

C

C

k k

k k

k





Quy tắc Areniuyt: Cho phép tính chính xác













1 1

2

1 R T T E e k

k RT

E e k





 T: nhiệt độ  0K

R = 1.987

E : Năng lượng hoạt hóa của phản ứng (cal)

2.3 Ảnh hưởng của xúc tác:

Khái niệm: “Chất xúc tác là những chất làm tăng tốc độ phản ứng do tham gia vào

tương tác hóa học với các phản ứng ở giai đoạn trung gian, nhưng sau phản ứng nó được phục hồi lại và giữ nguyên về lượng cũng như về thành phần và tác chất hóa học.”

Tác dụng chủ yếu của chất xúc tác là làm giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng bằng cách thay đổi cơ chế phản ứng từ đó làm tăng tốc độ phản ứng

Ví dụ: Phản ứng tổng quát A + B = AB

Khi chưa có xúc tác AbABAB,E1



















3

2

E , K AB B

AK B

AK

E , AK K

A K A

E2,E3 E1 Nên phản ứng xảy ra nhanh hơn

3 Cơ chế phản ứng:

3.1 Phản ứng đơn giản:

Là phản ứng xảy ra trực tiếp giữa các phân tử

Ví dụ: I2 H2 2HI

Hay NOCl2 2NOCl

Những phản ứng này đòi hỏi năng lượng khá cao 35100Kcal/molvì thế ít gặp

3.2 Phản ứng ion:

- Năng luợng hoạt hóa nhỏ do có sự tham gia của các ion

- Thường hpải phân ly thành ion trước (do hòa tan, phóng điện, đun nóng, bức xạ năng lượng cao…)

Ví dụ:

O H NaCl OH

Na Cl H

O H NaCl NaOH

HCl

2

2

























Hay CL Na NaCl

3.3 Phản ứng gốc:

- Có sự tạo thành các góc tự do trước, là các tiểu phân không bão hòa hóa trị Phản ứng gốc hay xảy ra theo cơ chế dây chuyền

Ví dụ: H2Cl2 2HCl

+ Quá trình tạo gốc tự do (khơi mào)

0 2

+ Quá trình phát triển dây chuyền:



Cl  2   H,E 0



 Cl HCl Cl

H  2   H,E 0

+ Quá trình kết thúc (ngắt dây chuyền)

kl H

, H H

Kcal H

, Cl Cl

104 2

59

























Hoặc H Cl HCl

Tóm lại, phản ứng xảy ra theo cơ chếnào là do sự thuận lợi về năng lượng

Chương IX

DUNG DỊCH LỎNG

1 Khái niệm về dung dịch lỏng:

- Dung dịch là một hệ phân tán gồm hai phần là dung môi (môi trường phân tán) và chất tan (chất phân tán)

- Các hệ dung dịch tập hợp từ ba pha khác nhau thành chín hệ

Ở đây, ta chỉ xét dung dịch lỏng

Tùy thuộc kích thước của chất phân tán người ta chia hệ thành các loại:

Dung dịch:

Huyền phù:

Nhũ tương:

Định nghĩa:

“Dung dịch là hệ đồng thể gồm hai hay nhiều chất mà thành phần của chúng có thể thay đổi trong giới hạn rộng”

Vậy dung dịch lỏng được tạo thành khi hòa tan các chất K, L, R vào dung môi lỏng Trong giới hạn của chương trình, chỉ xét tính chất các dung dịch lỏng, loãng phân tử

2 Quá trình hòa tan:

- Quá trình hòa tan bao gồm hai giai đoạn:

+ Vật lý: Sự chuyển pha, có Hchuyển pha

+ Hóa học: Hsolvat hóa(dung môi H2O)

L

L

K

K

Hhydrat (dung môi H2O) là quá trình tương tác giữa chất tan và dung môi



hòatan H



Hiệu ứng nhiệt hòa tan: Lượng nhiệt thu vào hay phát ra khi hòa tan 1 phân tử gam chất tan được gọi là nhiệt hòa tan

3 Nồng độ dung dịch:

“Nồng độ dung dịch là lượng chất tan trong một lượng hay một thể tích nhất định của dung dịch hoặc dung môi”

3.1 Nồng độ % khối lượng (%)

% b a

a

%



 a: khối lượng chất tan b: khối lượng dung môi

3.2 Nồng độ phân tử gam hay nồng độ mol: (M)

V M

a

CM 1000 a: khối lượng chất tan M: phân tử lượng chất tan

V: thể tích dung dịch (ml)

 chuyển đổi giữa CMvàC%

d

M C

%

10

 d: khối lượng riêng (g/ml)

3.3 Nồng độ Molan (m)

b M

a

Cm  1000 a: khối lượng chất tan (g) b: khối lượngn dung môi (g)

M: phân tử lượng chất tan

3.4 Nồng độ phần mol: (Ni)

ni

n

i   ni1 V

mRT M



 R = 0.08 T 0K V: lit dd  :atm (thẩm thấu)

m: khối lượng

4 Độ tan và Dung dịch bão hòa

„ Hòa tan: chất tan + dung môi  dung dịch

„ Kết tinh: dung dịch  chất tan + dung môi

„ Sự bão hòa: Khi cân bằng hòa tan ‟ kết tinh thiết lập

„ Độ tan: Lượng chất tan cần thiết để tạo dung dịch bão hòa ở điều kiện xác định (g

chất tan/ 100g dung môi)

„ Ví dụ: Độ tan của NaCl trong 100 ml H2O ở 100oC là 35.9g

5 Định luật Henry:

Nếu Sk là độ tan của chất khí A, k là hằng số, Pk là áp suất riêng phần của A:

„

‟ K là hằng số Henry, phụ thuộc bản chất quá trình, đơn vị là l.atm/mol, atm/(NA) hoặc Pa.m3/mol

„ Một số giá trị của k:

‟ Oxygen (O2) : 769.2 l.atm/mol

‟ Carbon dioxide (CO2) : 29.4 l.atm/mol

‟ Hydrogen (H2) : 1282.1 l.atm/mol

6 Định luật Raoult

Áp suất hơi của mỗi cấu tử i trong dung dịch loãng phụ thuộc vào áp suất riêng và phần mol của nó trong dung dịch

Nhắc lại định luật Dalton trong hỗn hợp khí:

„ P0i là áp suất hơi của cấu tử tinh khiết

„ Ni là phần mol của cấu tử i trong dung dịch

„ Định luật Raoult không đúng khi lực hút dung môi ‟ dung môi và chất tan ‟ chất tan lớn hơn lực hút chất tan ‟ dung môi trong dung dịch

„ Định luật Raoult không đúng khi lực hút dung môi ‟ dung môi và chất tan ‟ chất tan lớn hơn lực hút chất tan ‟ dung môi trong dung dịch

„ Tại điểm sôi của chất lỏng tinh khiết, áp suất hơi của dung dịch sẽ < 1atm Do đó, cần nhiệt độ cao hơn để đạt áp suất hơi 1 atm cho dung dịch (TS) Ta có:

„ KS là hằng số, phụ thuộc bản chất dung môi

k

k kP

0

i i

i N P

total

P N

0

i i i solution N P

m S

S K C



7 Độ hạ nhiệt độ đông đặc

Độ hạ nhiệt độ đông đặc được định nghĩa:

Tđ = Kđ.Cm Bảng Kđ và Ks cho dưới đây của một số dung môi

Solvent Boiling Point (°C) Kb (°C/(mol

kg-1))

Freezing Point (°C) Kf (°C/(mol

kg-1))

Carbon

Carbon

8 Sự thẩm thấu

„ Là sự di chuyển của dung môi từ dung dịch có nồng độ cao đến dung dịch có nồng độ thấp thông qua màng bán thẩm

„ Màng bán thẩm: Chỉ cho một số cấu tử của dung dịch đi qua Ví dụ màng tế bào

„ Màng bán thẩm có thể cho cấu tử chuyển qua theo 2 hướng

„ Khi dung môi chuyển động qua màng, mức dung dịch mất cân bằng