Bài giảng Hóa học đại cương: Chương 2 - Động học và cân bằng

lOMoARcPSD|16991370

CHƯƠNG II: ĐỘNG HỌC VÀ CÂN BẰNG
A. ĐỘNG HỌC
I. Khái niệm
1.Tốc độ phản ứng:
- Là đại lượng được xác định bằng biến thiên nồng
độ trong 1 đơn vị thời gian
C2  C1
C
v
v
t2  t1
t
Dấu “+”: Tính tốc độ phản ứng theo chất sản phẩm
Dấu “-”: Tính tốc độ phản ứng theo chất phản ứng
- Đơn vị: mol/l.phút; mol/l.s; mol/l.h
1

Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()


lOMoARcPSD|16991370

2.Pha
- Là phần đồng thể của hệ có tính chất lý học
và hóa học như nhau
- Dấu hiệu nhân biết pha: “Giữa các pha có
bề mặt phân chia”
3.Phản ứng đồng thể, phản ứng dị thể.
a.Phản ứng đồng thể

- Là phản ứng mà các chất thuộc cùng 1 pha.
b.Phản ứng dị thể
- Là phản ứng có từ 2 pha trở lên.
VD:

N2(k) + 3H2(k) → 2NH3(k)
Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()

Phản ứng
đồng thể

2


lOMoARcPSD|16991370

Fe(r) + HCl(L)  FeCl2 (L) + H2(k)

NaOH(L) + HCl(L)  NaCl (L) +H2O(L)

Phản ứng
dị thể
Phản ứng
đồng thể

II.Điều kiện động học để phản ứng
1.Va chạm
- Để xảy ra phản ứng thì các phân tử phải va
chạm với nhau sao cho liên kết cũ bị phá vỡ và
liên kết mới được tạo thành.

VD:

H2 + Cl2  2HCl
3

Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()


lOMoARcPSD|16991370

CO

+

Cl2  COCl2

1 tỉ va chạm thu được 8 phân tử COCl2
-Va chạm có hiệu quả: Là va chạm thu được
sản phẩm
- Gọi Z: Là tổng số va chạm
Vpu ~ Z
2.Phân tử hoạt động hóa (N*)
- Là những phân tử chuyển động với động năng
lớn ε* (ε*> εTB).
Đặt

Δε*= ε*- εTB (Tính cho 1 phân tử)
ΔE*= E*- ETB (Tính cho 1 mol chất)
Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()

4


lOMoARcPSD|16991370

ΔE*: Gọi là năng lượng hoạt hóa
- Năng lượng hoạt hóa :
“là năng lượng cần thiết
để đưa 1 mol chất từ
trạng thái trung bình lên
trạng thái hoạt động”

N*

E*
ΔE*
ETB
< ETB

ΔE*

Vphản ứng
5

Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()


lOMoARcPSD|16991370

Định luật Boltzmann

Gọi N: Tổng số phân tử
Gọi N*: Số phân tử hoạt động hóa

N
=e
N
*

Vậy Vphản ứng

ΔE*

RT

ΔE
N

~
~
RT
e
N
*

*

6

Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()

lOMoARcPSD|16991370

CH3COOH* + *HO-CH2CH3 CH3COOCH2CH3 + H2O (1)
CH3COOH* + *HOC(CH3)3 CH3COOC(CH3)3 + H2O (2)

7

Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()


lOMoARcPSD|16991370

3. Yếu tố không gian
Gọi W: Tổng số hướng va chạm
Gọi W*: Tổng số hướng va chạm thuận lợi

Đặt

W
P=
W

*

(P: Thừa số xác suất)

Vậy Vphản ứng ~ P

* Kết luận

T

Vphản ứng ~ Z

~ P
~ e

V phụ thuộc:

ΔE *

RT

Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()

C
Xúc tác
8


lOMoARcPSD|16991370

III.Các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng
1.Nồng độ
a.Phản ứng đồng thể

*Phương trình động học :

TQ: aA(k) + bB(k) →

v  k .C .C
n
A

c C(k)

m
B

+ k: hằng số tốc độ phản ứng (chỉ phụ thuộc vào T)
+ CA ; CB: Nồng độ mol/l chất A, chất B.
+ (n+m): Bậc phản ứng

Nếu n=a; m=b: phản ứng được gọi là phản ứng đơn giản.
9

Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()


lOMoARcPSD|16991370

VD: N2(k) + 3H2(k) →

v  k .C .C
1
N2

2NH3(k)

3
H2

b.Phản ứng dị thể
VD: 3CO(k) + Fe2O3(r)  2 Fe(r) + 3CO2(k)

v  k .C .C
3
CO

1
Fe2 O3

Chấp nhận nồng độ chất rắn là hằng số

v  k .C
'

3
CO

10

Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()


lOMoARcPSD|16991370

2.Nhiệt độ
a.Quy tắc VanHop

“Khi tăng nhiệt độ thêm 100 thì tốc độ phản
ứng tăng từ 2 → 4 lần”

γ = 2 - 4 (Hệ số nhiệt độ VanHop)
VT

2

VT

=

T2  T1
10

1

b.Phương trình Areniuyt

k =A. e

E *

RT

Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()

11

lOMoARcPSD|16991370

- k: Hằng số tốc độ

k =A. e

- A: Thừa số

E *

RT

- R: Hằng số khí
- ΔE*: Năng lượng hoạt hóa
Tại T1:
Tại T2:

k 1 =A. e

E *

RT1

k 2 =A. e

k2
=e
k1

E *


RT2

E*  1 1 

  
R  T2 T1 

Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()

12


lOMoARcPSD|16991370

3.Xúc tác
a.K/n: “Là chất tham gia vào 1 giai đoạn nào đó

của q trình phản ứng, làm tăng tốc độ phản ứng
nhưng trước và sau phản ứng thì lượng và chất
không đổi”

b.Phân loại chất xúc tác
- Xác tác đồng thể: Là chất xúc tác cùng pha với
chất phản ứng
- Xác tác dị thể: Là chất xúc tác khác pha với chất
phản ứng

2SO2(k) + O2 (k)  2SO3 (k)
NO

NO: xúc tác đồng thể
Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()

13


lOMoARcPSD|16991370

2SO2(k) + O2 (k)  2SO3 (k)
V2 O5 (r )

V2O5 : xúc tác dị thể
c.Cơ chế xúc tác đồng thể
K
A(k) + B(k) 
 AB(k)

A(k) + B(k) 
 AB(k)

∆E*xt
∆E*kxt

- Giai đoạn 1:

A + K → A...K (Hợp chất trung gian) ∆E*1xt

- Giai đoạn 2:

A...K + B → AB + K

∆E*2xt

∆E*1xt + ∆E*2xt < ∆E*kxt
Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()

14


lOMoARcPSD|16991370

Tại T0

V0

T1=T0+ 10

V 1 = γ .V 0

T2=T0+ 2.10

V2 = γ.V1   2 .V0

T3=T0+ 3.10

V3 = γ.V2   3 .V0

Tn=T0+ n.10

Vn = γ.Vn 1   .V0

Tn  T0
n
10

n

Vn
 n
V0
Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()

15


lOMoARcPSD|16991370

Bài 11

v xt ฀ k xt =A. e

v xt
=e
v kxt

 E *xt

RT

v kxt ฀ k kxt =A. e

(  E *xt   E *kxt )

RT

t kxt
=e
t xt

 E *kxt

RT

(  E *xt   E *kxt )

RT

t kxt
(E  E )
ln
= 
t xt
RT
*
xt

*
kxt

t kxt
(  E   E )   RT.ln
t xt
90.60
=- 8,314.(500+273).ln
=-30767,8 j
45
*
xt

*
kxt

16

Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()


lOMoARcPSD|16991370

Bài 5
(150 100 )
v 150
t 100
=
=  10
v 100
t 150
0

0

0

0

(150 100 )
t 100
5
10
=2
2
16
0

t 100  16.2  512(phut)
5

0

( 200 150 )
v 200
t 150
=
= 2 10
v 150
t 200

t 200

0

0

0

0

0

16
 5  0, 5(phut)
2
Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()

17


lOMoARcPSD|16991370

Bài 6

v 30
k 30
=e

v5
k5
0

0

0

E * 
1
1 




R  30  273 5  273 

0

v 30
=e
v5
0

43,05.10 3 
1
1 




8 ,314  30  273 5  273 

 4, 65

0

18

Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()


lOMoARcPSD|16991370

B. CÂN BẰNG HÓA HỌC
I.Phản ứng thuận nghịch

aA + bB ฀

dD + eE

Chiều thuận: aA + bB  dD + eE
Chiều nghịch: dD + eE  aA + bB
*Đặc điểm phản ứng thuận nghịch
- Hiệu suất < 100%

-Tồn tại 1 thời điểm mà nồng độ các chất không đổi
Cân bằng hóa học

Cân bằng hóa học là 1 cân bằng động
Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()

19

lOMoARcPSD|16991370

II.Hằng số cân bằng và phương
trình đẳng nhiệt VanHop
1.Hằng số cân bằng

a.Phản ứng đồng thể

aA + bB ฀

dD + eE

Theo định luật tác dụng khối lượng

Vt =k t .C .C

b
B

Vn =k n .C .C

e
E

a
A

d
D

(kt: Hằng số tốc phản ứng thuận)
(kn: Hằng số tốc phản ứng nghịch)

- Ban đầu:

Vt > Vn

- Quá trình phản ứng :

Vt

- Khi Vt = Vn

Cân bằng hóa học
Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()

Vn
20


lOMoARcPSD|16991370

k t .C .C = k n .C .C
a
A

b
B

d
D

kt
C .C
=
kn
C .C
d
D
a
A

Đặt

kt
KC 
kn

e
E

e
E
b
B

(Tại CB kí hiệu C=[ ])

[D] .[E]

KC 
a
b
[A] .[B]
d

e

(KC: Hằng sô cân bằng nồng độ; chỉ phụ
thuộc T mà không phụ thuộc nồng độ)
Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()

21


lOMoARcPSD|16991370

*Nếu phản ứng là đồng thể pha khí

aA (k) + bB(k) ฀

dD(k) + eE (k)

P .P
KP=
P .P
d
D
a
A

e
E
b
B

- KP: Hằng số cân bằng áp suất
- PD: Áp suất chất D tại thời điểm cân bằng
- PE: Áp suất chất E tại thời điểm cân bằng
- PA: Áp suất chất A tại thời điểm cân bằng

- PB: Áp suất chất B tại thời điểm cân bằng
Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()

22


lOMoARcPSD|16991370

*Mối liên hệ giữa KP và KC

n.RT
P=
 C.RT
V

Ta có:

n i .RT
Pi =

 [i].RT
V

Hay tại CB:

P .P
KP=
P .P
d
D
a
A

e
E
b
B

[D] (RT) .[E] (RT)
KP = a
a
b
b
[A] (RT) . [B] (RT)
d

d

K P =K C .(RT)

e

e

(d+e)- (a+ b)
23

Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()


lOMoARcPSD|16991370

b.Phản ứng dị thể (Coi Crắn= const)
VD: 3CO(k) + Fe2O3(r) ↔ 2 Fe(r) + 3CO2(k)

[CO 2 ]3
KC 
3
[CO]
2.Phương trình đẳng nhiệt VanHop
(Mối liên hệ giữa ΔG và Kp)
Gi - Gi0 = RT.lnPi

aA (k) + bB(k) ฀

dD(k) + eE (k)

G  dG D  eG E  aG A  bG B
Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()

24


lOMoARcPSD|16991370

G  d(G  RT ln PD )  e(G  RT ln PE )
a(G  RT ln PA )  b(G  RT ln PB )
0
D
0
A

0
E
0
B

G  (dG0D  eG0E  aG0A  bG0B )
 RTlnP  RTlnP  RTlnP  RTlnP
d
D

e
E

a
A

b
B

P .P
G  G  RT.ln
P .P
d
D
a
A

0

Khi cân bằng:

e
E
b
B

G  0

G0  RT.lnKp

Phương trình đẳng
nhiệt VanHop

Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()

25