Hóa vô cơ chương 4

Chương 4Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG 4 -Thực tế thường dùng những đại lượng tỉ lệ với số tác dụng cơ bản này: độ thay đổi nồng độ mol/lit của chất phản ứng hay sản phẩm phản ứng trong m

Trang 1

Chương 4

Bài giảng HÓA

ĐẠI CƯƠNG

1

CHƯƠNG 4 ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG HÓA

HỌC

Trang 2

Chương 4

đồng thể và dị thể

Trang 3

Chương 4

ĐẠI CƯƠNG

3

4.2 TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG

4.2.1 Khái niệm về tốc độ phản ứng:

- Định nghĩa: Tốc độ của

phản ứng hóa học là số tác dụng

cơ bản 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)

Trang 4

Chương 4

ĐẠI CƯƠNG

4

-Thực tế thường dùng những đại

lượng tỉ lệ với số tác dụng cơ bản

này: độ thay đổi nồng độ (mol/lit)

của chất phản ứng hay sản phẩm

phản ứng trong một đơn vị thời gian,

đôi khi quan sát sự thay đổi màu

sắc, độ đục trong.

Trang 5

Chương 4

1 2

Trang 6

Chương 4

' 1

' 2

Trang 7

Chương 4

B A

C e

1

C d

1

C b

1

C a

1 v

Trang 8

Chương 4

Trang 9

Chương 4

Trang 10

Chương 4

tỉ lượng của các chất phản ứng.

Trang 11

Chương 4

Trang 12

Chương 4

Phản ứng phức tạp  nhiều giai đoạn:

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

Trang 13

Chương 4

ĐẠI CƯƠNG

13

Tốc độ của phản ứng phức tạp được xác định bởi giai đoạn xảy ra chậm nhất, có thể khác với hệ số

tỉ lượng của phản ứng tổng cộng

Bậc phản ứng và biểu thức tốc độ phản ứng thực tế được xác định bằng thực nghiệm.

Ví dụ các phản ứng: 2N2O5 = 4 NO2 +

O2 (1) 2

NO + O2 = 2 NO2 (2)

đều là phản ứng phức tạp vì chúng đều diễn ra qua 2 giai đoạn, thực nghiệm xác định phản ứng (1) có:

Trang 14

Chương 4

và do đó có bậc phản ứng là 3

(bằng hệ số tỉ lượng của NO và O2).

Bậc pư tổng cộng của phản ứng

bằng tổng các bậc pư theo chất của

các chất pư hay bằng tổng các số

mũ của nồng độ các chất pư ghi trong biểu thức tốc độ pư.

Trang 15

Chương 4

Ví dụ: Phản ứng bậc 0

Ví dụ: Phản ứng bậc 3/2

Trang 16

Chương 4

ĐẠI CƯƠNG

16

Bài

tập

1.Viết biểu thức tính vận tốc các

phản ứng đơn giản:

a.2NO(k) + O2(k)  2NO2(k)

b C(gr) + CO2(k)  2CO (k)

c.NH4NO3(r) N2O (k) + 2H2O(k

2 Khi giảm nồng độ các chất phản ứng

xuống 3 lần, tốc độ các phản ứng

1a,1b,1c thay đổi như thế nào?

3.Khi giảm thể tích bình phản ứng xuống 2

lần, tốc độ các phản ứng 1a, 1b,1c thay

đổi như thế nào?

4.Khi giảm áp suất của hệ xuống 2 lần

Tốc độ các phản ứng 1a,1b,1c thay đổi như thế nào?

Trang 17

Chương 4

*

S RT

E

e e

e

z k

- Phản ứng cụ thể  = const, nên

k chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ,

nghĩa là k là hằng số tại nhiệt

độ nhất định

Trang 18

Chương 4

ĐẠI CƯƠNG

18

- Ý nghĩa vật lý của k: khi CA =

CB = 1 M thì k = v, từ đây: k là tốc độ

riêng của phản ứng đã chọn

- Xác định k: Lấy tích phân các

phương trình tốc độ phản ứng Chẳng hạn đối với phản ứng bậc một:

C

C ln

1 k

C ln k

C ln

kd C

dC d

dC kC

v

0 0

Trang 19

Chương 4

ĐẠI CƯƠNG

19

4.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ:

a- Quy tắc (kinh nghiệm) Van’t Hoff:

độ phản ứng tăng lên khoảng từ 2 đến 4 lần

Số lần tăng này được gọi là hệ số

10 n t n

tổng hay

4

2 k

t1

t2 t1

2

k

k v



Trang 20

Chương 4

ĐẠI CƯƠNG

20

Ví dụ: Xác định hằng số tốc độ k ở

30oC và tính tốc độ phản ứng tăng lên bao nhiêu lần khi tăng nhiệt độ lên 100oC đối với phản ứng phân hủy N2O5 thành

NO2 và O2, biết hằng số k của phản ứng

ở 0oCvà 60oC tương ứng bằng 7,9 107 và 2,57 103

Giải:  Tính hằng số k ở 30 3 , 86  oC: 3 , 86

10

9 , 7

10

57 ,

2 k

7

3 0

10 6 0

30

3 0

10 3 0

10

6 , 3 86

, 3 x 10

9 , 7

86 ,

3 x k k

86 ,

3 k

Trang 21

Chương 4

S RT

E

e e

z e

k

ln RT

E b

T

a k

k k

  

Trang 22

Chương 4

ĐẠI CƯƠNG

22

-Theo lý thuyết hoạt hóa: khi đốt nóng

tốc độ phản ứng tăng lên do tăng số lần va chạm nhưng không đáng kể, mà

là chủ yếu do tăng số tiểu phân

hoạt động Điều này được giải thích theo

định luật Boltzmann:

mà khi nhiệt độ tăng tỉ số này tăng

mạnh

Ví dụ: đối với phản ứng phân hủy N2O5

nói trên, khi tăng nhiệt độ từ 30oC lên

100oC tỉ số này tăng lên 12767 lần

hệ của phân

tiểu số

tổng

động hoạt

phân tiểu

sốá N

' N RT

* E



Trang 23

Chương 4

ĐẠI CƯƠNG

23

4.2.4- Lý thuyết hoạt hóa và

năng lượng hoạt hóa, entropi hoạt hóa:

- Năng lượng hoạt hóa (E*):

* Muốn va chạm có hiệu quả (xảy ra phản ứng) thì các tiểu phân va

chạm phải có năng lượng dư tối thiểu

nào đấy so với năng lượng trung bình

của các tiểu phân trong hệ để thắng được lực đẩy giữa các lớp vỏ electron của các tiểu phân, để có thể va chạm nhau, phá hủy liên kết cũ, tạo

liên kết mới

Xem va chạm

Trang 24

Chương 4

ĐẠI CƯƠNG

24

* Năng lượng dư tối thiểu đó gọi là

năng lượng hoạt hóa của tiểu phân, còn

tiểu phân là tiểu phân hoạt động

* Năng lượng hoạt hóa của phản ứng:

 Bằng tổng năng lượng hoạt hóa của các chất p.ứng:

Ví dụ: đối với phản ứng aA + bB =

cC + dD:

*B

*A

* aE bE

 Bằng hiệu số giữa năng lượng tối thiểu cần thiết của hệ phản ứng để tương tác xảy ra và năng lượng ban đầu của hệ phản ứng

E* = E(tt) – E(bđ)

Trang 25

Chương 4

ĐẠI CƯƠNG

25

* Tóm lại: năng lượng hoạt hóa của

chất là năng lượng tối thiểu cần cung cấp cho các tiểu phân để chúng trở thành hoạt động, do đó năng lượng hoạt hóa càng nhỏ, phản ứng càng dễ xảy

ra, tốc độ phản ứng càng lớn

Ett

EbđNăng lượng

Tiến trình PƯ

Trang 26

Chương 4

ĐẠI CƯƠNG

26

* Cơ chế phản ứng:

 Theo quan niệm cũ: phản ứng

diễn ra theo con đường tất cả liên kết cũ phải bị phá vỡ hết rồi liên kết mới mới được tạo thành Con đường này đòi hỏi năng lượng hoạt hóa lớn.

Ví dụ: Theo cơ chế này phản ứng tổng

hợp HI từ H2 và I2 đòi hỏi năng lượng hoạt hóa lớn:

( )

nên phản ứng khó xảy ra, nhưng thực

tế phản ứng này tương đối dễ xảy ra

mol/

kcal140

36104

EE

E

2

2 plI plH

Trang 27

Chương 4

ĐẠI CƯƠNG

27

diễn ra qua giai đoạn tạo thành hợp chất

trung gian hoạt động (phức chất hoạt động); hợp chất này không bền sẽ phân

hủy tạo thành sản phẩm Sự tạo thành phức chất hoạt động đòi hỏi năng lượng hoạt hóa nhỏ nên phản ứng dễ xảy ra

Trang 28

Chương 4

ĐẠI CƯƠNG

28

Như vậy theo cơ chế này năng lượng hoạt hóa là năng lượng cần thiết để chuyển các chất phản ứng sang trạng thái phức chất hoạt động.

Theo cơ chế này trong khi các liên kết cũ chưa bị phá vở hết thì liên kết mới đã được tạo thành

H2 + I2  H2 I2  2 HI

* Năng lượng hoạt hóa của phản ứng có thể tính được khi biết 2 giá trị của hằng số tốc độ phản ứng k (k1, k2) ở 2 nhiệt độ khác nhau (T1, T2):

1

2 1

2

2 1 1

2 1

2

2 1

*

k

k lg

) T T

T

T (

576 ,

4 k

k ln

) T T

T

T (

Trang 29

Chương 4

ĐẠI CƯƠNG

29

- Entropi hoạt hóa (S*):

* Không chỉ năng lượng hoạt hóa mà còn số yếu tố khác nữa, như sự định hướng trong không gian khi va chạm của các tiểu phân, cũng có ảnh hưởng đến hiệu quả của va chạm, nghĩa là có ảnh hưởng đến

tốc độ phản ứng

Xem va chạm

H2

Trang 30

Chương 4

ĐẠI CƯƠNG

30

Ví dụ: đối với phản ứng tổng hợp HI

nói trên để tạo thành phức chất hoạt động H2 -I2 thì sự định hướng của các phân tử H2 và I2 khi va chạm theo trường hợp (a) sẽ thuận lợi hơn trường hợp (b) Tóm lại để xảy ra phản ứng, các tiểu phân phải có năng lượng cần thiết và phải có được sự định hướng thuận lợi nhất định khi va chạm

* Entropi hoạt hóa đặc trưng cho

xác suất định hướng có hiệu quả khi

va chạm:

W ln

R có thể

có hướng định

cách số

tổng

lợi thuận hướng

định cách

số ln

R

*

Trang 31

Chương 4

ĐẠI CƯƠNG

31

-Hằng số tốc độ k, nghĩa là

tốc độ phản ứng, được quyết định

bởi 2 yếu tố năng lượng (entanpi

H) và hình học (entropi S): E* nhỏ,

nhưng S* lớn thì k vẫn rất bé và

phản ứng xảy ra chậm; ngược lại E*

tuy có thể rất lớn, nhưng S* bé

thì phản ứng vẫn xảy ra nhanh

- Tóm lại theo thuyết hoạt hóa: khi

tăng nồng độ chất phản ứng làm

tăng số tiểu phân hoạt động, làm

tăng số va chạm có hiệu quả, dẫn

đến tăng tốc độ phản ứng

Trang 32

Chương 4

ĐẠI CƯƠNG

32

4.2.5 Ảnh hưởng của chất xúc tác:

a- Khái niệm về xúc tác:

 Chất xúc tác là chất làm tăng tốc độ

phản ứng hoặc gây nên phản ứng (nếu phản ứng có thể xảy ra)

 Chất ức chế là chất làm cho tốc độ

phản ứng chậm lại

 Các đặc điểm của chất xúc tác:

- Lượng dùng ít hơn chất phản ứng rất nhiều lần

- Không thay đổi về lượng cũng như về thành phần và tính chất hóa học sau phản ứng (về lý thuyết)

- Mỗi chất xúc tác thường chỉ có tác dụng đối với một phản ứng nhất định

Trang 33

Chương 4

ĐẠI CƯƠNG

33

 Định nghĩa: Chất xúc tác là

những chất làm tăng tốc độ phản ứng

do tham gia vào tương tác hóa học với các chất phản ứng ở giai đoạn trung gian, nhưng sau phản ứng nó được phục hồi và giữ nguyên về lượng cũng như thành phần và tính chất hóa học

 Xúc tác đồng thể là chất xúc

tác cùng pha với hỗn hợp phản ứng, còn khi chất xúc tác có pha khác với

hỗn hợp phản ứng thì đó là xúc tác dị

thể

Trang 34

Chương 4

ĐẠI CƯƠNG

34

Ví dụ: phản ứng oxyhóa

khí SO2 thành khí SO3 khi dùng hỗn hợp khí NO và NO2 làm xúc tác là quá trình xúc tác đồng thể, còn khi dùng bột

V2O5 làm xúc tác là quá trình xúc tác dị thể

Trang 35

Chương 4

ĐẠI CƯƠNG

35

phản ứng hóa học xảy ra dưới tác

dụng xúc tác của các chất anbumin

đặc biệt được gọi là các enzim (men)

Những phản ứng này là những phản

ứng hóa học xảy ra trong cơ thể sinh

vật

Ưu điểm của xúc tác enzim là có

tính chọn lọc cao và các phản ứng xúc

tác enzim xảy ra ở nhiệt độ thường,

có hiệu suất lớn

Trang 36

Chương 4

ĐẠI CƯƠNG

36

Trang 37

Chương 4

ĐẠI CƯƠNG

37

b -Tác dụng của chất xúc tác:

 Làm giảm năng lượng hoạt hóa

bằng cách thay đổi cơ chế phản ứng

Đối với quá trình xúc tác đồng thể:

chất xúc tác tham gia tạo phức chất

hoạt động mới làm giảm năng lượng

hoạt hóa của phản ứng

Trang 38

Chương 4

E

* 2

E

* 3

E

Trang 39

Chương 4

ĐẠI CƯƠNG

39

Cả và đều nhỏ hơn làm cho các phản ứng khi có xúc tác đều xảy ra nhanh hơn, đưa đến phản ứng xảy

ra nhanh hơn khi không có xúc tác

Ví dụ: phản ứng CH3CHO(k)  CH4(k) + CO(k) khi không dùng xúc tác có E*=45,5 kcal/mol, còn khi dùng hơi iot làm xúc tác có E* = 32,5 kcal/mol Nhờ sự giảm năng lượng hoạt hóa này mà tốc độ phản ứng tăng lên 500000 lần ở 500oK

* 1

E

* 3

E

* 2

E

Trang 40

Chương 4

ĐẠI CƯƠNG

40

 Phản ứng dây chuyền là

phản ứng gồm nhiều tương tác hóa

học (tác dụng đơn giản) xảy ra liên

tiếp nhau, lặp di lặp lại (các mắt

xích) với sự tham gia của những tiểu

phân đặc biệt được gọi là các gốc

tự do

Trang 41

Chương 4

ĐẠI CƯƠNG

41

Gốc tự do là những tiểu phân không bão hòa hóa trị (H., O., OH.,

Cl., do các phân tử bị phá vỡ dưới

tác dụng chiếu sáng, đốt nóng,

phóng điện … tạo thành, có khả

năng phản ứng rất lớn và khi một

gốc tự do tham gia phản ứng mất đi

thì sẽ xuất hiện nhiều gốc tự do

mới tiếp tục phản ứng …tạo ra dây

chuyền

Phản ứng dây chuyền có năng lượng hoạt hóa rất nhỏ, có khi

bằng không

Trang 42

Chương 4

ĐẠI CƯƠNG

42

 Cung cấp gốc tự do tạo ra phản ứng dây chuyền, là phản ứng xảy ra rất mãnh liệt (nổ) vì có năng lượng hoạt hóa rất nhỏ hoặc bằng không như đã nói ở trên

= 2CO2 tăng lên mạnh khi dùng hơi nước làm xúc tác là do hơi nước cung cấp các gốc tự do H., O., OH. tạo ra phản ứng dây chuyền

OH . + CO = CO 2 + H .

H . + O 2 = OH . + O .

O . + CO = CO 2

Trang 43

Chương 4

ĐẠI CƯƠNG

43

 Phản ứng quang hóa là

phản ứng hóa học xảy ra dưới tác

dụng của ánh sáng

Ánh sáng là tác nhân cung cấp

năng lượng cho phản ứng tạo ra gốc

tự do Phản ứng quang hóa tỷ lệ

thuận với lượng ánh sáng hấp thụ

được, khi chất phản ứng hấp thụ 1

photon ánh sáng chỉ sinh ra tối đa 1

gốc tự do, sẽ xảy ra cách bình

thường

Ví dụ: phản ứng phân hủy AgBr

dưới tác dụng của ánh sáng thành

Ag và Br2

Trang 44

Chương 4

ĐẠI CƯƠNG

44

Phản ứng quang hóa, sự hấp thụ ánh sáng chỉ đóng vai trò kích thích phản ứng xảy ra, phản ứng tự xảy ra không phụ thuộc vào lượng ánh sáng hấp thụ, nghĩa là khi chất phản ứng hấp thụ 1 photon lại sinh ra được nhiều gốc tự do, sẽ xảy

ra theo kiểu dây chuyền

Trang 45

Chương 4

ĐẠI CƯƠNG

45

Ví dụ: phản ứng tổng hợp HCl từ

H2 và Cl2 khi được chiếu sáng sẽ xảy

ra theo kiểu dây chuyền: Cl : Cl  2 Cl . ;

;

H . … Phản ứng loại này được gọi là phản

ứng quang xúc tác.

Định dạng
Số trang	45
Dung lượng	690 KB