xử lý dữ kiện động học

CHƯƠNG 2 : XỬ LÝ DỮ KIỆN ĐỘNG HỌC
1. Khái quát
2. Thiết bị phản ứng có thể tích không đổi
3. Thiết bị phản ứng có thể tích thay đổi
1. Giới thiệu chung
Mục đích : Khảo sát và xây dựng các biểu thức tốc độ phản ứng.
x A + y B + z C + w D → l R + m S + …



Xác định phương trình vận
tốc thường gồm 2 giai đoạn

Sự phụ thuộc vào nồng độ
khi nhiệt độ không đổi.

Sự phụ thuộc vào nhiệt độ

1. Giới thiệu chung
Khảo sát sự phụ thuộc vào nồng độ khi nhiệt độ không đổi.

Phương pháp tích phân

Phương pháp vi phân
Theo dõi mức độ phản ứng thay đổi theo thời gian bằng cách sau

Nồng độ của một cấu tử

Tính chất vật lý của hỗi hợp (tính dẫn điện, chỉ số khúc xạ…)

Áp suất tổng của hệ đẳng tích


Thể tích của hệ đẳng áp
2. THIẾT BỊ GIÁN ĐOẠN THỂ TÍCH KHÔNG ĐỔI
Tổng số mol ban đầu: N0 = NA0 + NB0+…+ NR0+ NS0 +…+ Ntr
Tổng số mol tại thời điểm t: N = N0 + x.(r + s +…- a – b -…)

aA + bB + … = rR + sS + …
Thời gian A B R S Chất trơ
t = 0 Ntr
Phản ứng ax bx rx sx 0
t Ntr
Thời gian A B R S Chất trơ
t = 0 Ntr
Phản ứng ax bx rx sx 0
t Ntr
2. THIẾT BỊ GIÁN ĐOẠN THỂ TÍCH KHÔNG ĐỔI
Với pha khí :
Áp dụng định luật khí lý tưởng với tác chất A
Trong đó :

2.1. Phương pháp tích phân xử lý số liệu
Bước 1 : giả thuyết cơ chế và phương trình vận tốc tương ứng với
điều kiện không có sự thay đổi của hằng số tốc độ theo nhiệt độ.
Bước 2 : sắp xếp lại phương trình trên & biến đổi C theo CA

2. THIẾT BỊ GIÁN ĐOẠN THỂ TÍCH KHÔNG ĐỔI
2.1. Phương pháp tích phân xử lý số liệu
Bước 3 : Từ các giá trị thực nghiệm của nồng độ các chất, xác định
giá trị hàm số F(CA) tại những thời điểm t khác nhau.
Bước 4 : Vẽ đồ thị F(CA) theo t. Nếu đồ thị là đường thẳng thì cơ

chế giả sử ở trên là đúng, phù hợp thực nghiệm. Nếu không ta tiến hành
giả sử lại cơ chế phản ứng (bước 5 – SGK).
2. THIẾT BỊ GIÁN ĐOẠN THỂ TÍCH KHÔNG ĐỔI
Giả sử Thực tế

0 2 4 8 12 16
0
10
20
30


2.1. Phương pháp tích phân xử lý số liệu
a) Phản ứng không thuận nghịch bậc 1, một phân tử
A → sản phẩm
Phương trình vận tốc phản ứng có dạng
hoặc
hoặc
Vẽ hoặc theo t

2. THIẾT BỊ GIÁN ĐOẠN THỂ TÍCH KHÔNG ĐỔI
2.1. Phương pháp tích phân xử lý số liệu
b) Phản ứng không thuận nghịch bậc 2, một phân tử
2A → sản phẩm
Phương trình vận tốc phản ứng có dạng
hoặc
hoặc
Vẽ theo t

2. THIẾT BỊ GIÁN ĐOẠN THỂ TÍCH KHÔNG ĐỔI

2.1. Phương pháp tích phân xử lý số liệu
c) Phản ứng không thuận nghịch bậc 2, hai phân tử
A + B → sản phẩm
Phương trình vận tốc phản ứng có dạng
Khi đó biến đổi pt vận tốc, lấy tích phân ta có

2. THIẾT BỊ GIÁN ĐOẠN THỂ TÍCH KHÔNG ĐỔI
Vẽ theo t

2.1. Phương pháp tích phân xử lý số liệu
d) Phản ứng không thuận nghịch bậc 2, ba phân tử
A + 2B → sản phẩm
Phương trình vận tốc phản ứng có dạng


2. THIẾT BỊ GIÁN ĐOẠN THỂ TÍCH KHÔNG ĐỔI
2.1. Phương pháp tích phân xử lý số liệu
e) Phương trình vận tốc thực nghiệm có bậc n, 1 phân tử
A → sản phẩm
Phương trình vận tốc phản ứng có dạng
Lấy tích phân với n ≠ 1 ta có


2. THIẾT BỊ GIÁN ĐOẠN THỂ TÍCH KHÔNG ĐỔI
2.1. Phương pháp tích phân xử lý số liệu
f) Bậc tổng quát của phản ứng không thuận nghịch theo thời
gian bán sinh t1/2
αA + βB +… → sản phẩm
Phương trình vận tốc phản ứng có dạng
Nếu các tác chất hiện diện theo tỉ lệ lượng hóa học.

Lấy tích phân với n
≠
1 ta có


2. THIẾT BỊ GIÁN ĐOẠN THỂ TÍCH KHÔNG ĐỔI

Định nghĩa thời gian bán sinh t1/2 là thời gian cần thiết để
nồng độ tác chất giảm còn một nửa so với nồng độ ban đầu.
Khi đó:
Vẽ theo ta được đường thẳng có hệ số góc (1-n)


2.1. Phương pháp tích phân xử lý số liệu
g) Phản ứng song song không thuận nghịch, bậc 1
A →R
A →S
Phương trình vận tốc
Lấy tích phân ta có :


2. THIẾT BỊ GIÁN ĐOẠN THỂ TÍCH KHÔNG ĐỔI
k1
k2
Đường biểu diễn nồng độ - thời gian cho phản ứng song song
Vẽ theo t ta xác định được
Vẽ CR theo CS cho ta
Từ đó xác định được k1 và k2

2.1. Phương pháp tích phân xử lý số liệu

h) Phản ứng xúc tác đồng thể
A → R
A + C → R + C
và
Vận tốc phản ứng tổng quát của phản ứng là
Lấy tích phân ta có :

2. THIẾT BỊ GIÁN ĐOẠN THỂ TÍCH KHÔNG ĐỔI
k1
k2
Thực hiện một loạt các phản ứng với các nồng độ chất xúc tác khác
nhau.
Vẽ theo t ta xác định được kbk ứng với mỗi nồng độ chất xúc tác.
Sau đó vẽ kbk theo nồng độ chất xúc tác ta suy ra được k1, k2

kbk
CC
kbk = k1 + k2CC
k1
0
Hằng số vận tốc cho phản ứng xúc tác đồng thể
2.1. Phương pháp tích phân xử lý số liệu
i) Phản ứng nối tiếp không thuận nghịch, bậc 1
A →R → S
; ;
Lấy tích phân ta có:
;
Nếu k2 >> k1 ⇒ Giai đoạn 1 quyết định vận tốc phản ứng
Nếu k1 >> k2 ⇒ Giai đoạn 2 quyết định vận tốc phản ứng

2. THIẾT BỊ GIÁN ĐOẠN THỂ TÍCH KHÔNG ĐỔI
k1 k2
Thời gian từ lúc bắt đầu phản ứng đến khi R đạt cực đại
Giá trị cự đại của R là

12
kk
>>
21
kk
>>
2.1. Phương pháp tích phân xử lý số liệu
j) Phản ứng thuận nghịch, bậc 1
A ↔R
Khi cân bằng ⇒ Độ chuyển hóa của A khi đạt cân bằng
với

2. THIẾT BỊ GIÁN ĐOẠN THỂ TÍCH KHÔNG ĐỔI
k1
k2
Lấy tích phân phương trình vận tốc theo ta có
Vẽ theo t ta được đường thẳng có hệ số góc là

2.1. Phương pháp tích phân xử lý số liệu
k) Phản ứng thuận nghịch, bậc 2
2A ↔2R
2A ↔R + S

2. THIẾT BỊ GIÁN ĐOẠN THỂ TÍCH KHÔNG ĐỔI
k1

k2
k1
k2
A + B ↔ 2R
Trong tất cả các trường hợp vẽ theo t ta được đường thẳng.

k1
k2