Chuong 5
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.64 MB, 16 trang )
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
7/20/2020
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
AC
Vip = — ar
- Vận tôc tức thời Vy; = lim
0
,
*
'
C (nồng độ)
At)
Ac
dt
Vv
ác
- Tong quat:
aA + bB —
- Vận tốc trung bình:
cC + dD
1A[4]
Vip = —-——
=
1đ[A]
- Vận tộc tức thời: | f„ = — Tp
1A[B] 1A[C]
1A[D]
cad
ab
SAP
1d[B] 1ả[C] 14[D]
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
Vi,
tb
UV
- (224
= —
A[H;] _=— 1A[IcI]_= All;] _= 1A[HCI
At
2
At
At
2
At
Concentration and Rate Data for Reaction of 2.000 M ICI and
1.000 M H, at 230°C
Average Rate During
CH
One Time Interval = — Am]
[H;]
(mol/L)
(mol/L)
(M-s~'y
2000
1.348
1.052
0.872
At
Time ()
(seconds)
0.326
0.148
0.090
0.062
0.046
0.035
0.028
602
,
0.748
0.656
0.586
0.530
0.484
:
1
4
5
6
7
8
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"!
[H]
Vie
= —
0.600 M
0.300 M
d[H;] —
dt
1d[ICI]_ d[I;]} _ 1d[HCH
2
dt
dt
2
dt
7/20/2020
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
Xăng dạng lỏng: cháy
êm địu
P trắng: cháy trong oxy
i
...
xi
*
Xăng dạng hơi: cháy
gây nơ
P đỏ:
có thê bảo
quản
VỚI Sự có mặt của oxy
K;SO„ø
K;SO(qa
+
+ Ba(NO¿)¿¿@
Ba(NO¿);(qay
————®>
/>
—<>
2KNO¿(aa
+
BaSOA4A(r)
7/20/2020
Diện tích tiếp xúc bề mặt
Diên tích tiếp
,
P
Cấu tạo hóa học
xúc bề
.
loại
lượng ion
Kim
mặt càng lớn thì phản
fa
Cang
Bot phan (CaCO,)
nan
:
thấp
(Na): Phản ứng nhanh
với nước ở nhiệt độ
thường
Vién phan (CaCO)
nhành Xay
a
có
hóa
Km
loại có năng
lượng 1on hóa cao hơn
(Ca): Phản ứng chậm
với nước ở nhiệt độ
thường
2. Ảnh hưởng của nơng 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 tơng
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: sơ ngun, thập phân, thậm chí là sơ âm
7/20/2020
Ví dụ:
H,
Bry
+
—
Br
——~
2Br
°
H
+ Br —-HBr
~~
¡+
HBr
Khơi mào
Br + H, —~ HBr + H
H + Br. —~HBr
„_„IH;]IBsl”
HBr
+ Br
.
[Br, |
Phát triển mạch
Ngắt mach
Khơng 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 nơng độ các chât rât dư là hăng sơ
trong st q trình phản ứng
aA + bB —>
Trong phản ứng trên khi lấy rất dư B
cC + dl)
thì:
V =k|Alf[Bo]f= k[A]l”
vơi k'=k[B,
7/20/2020
Những lưuý 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
phâm
Không thay đổi theo thời gian
Thay đối theo nhiệt độ
Phụ thuộc vào xúc tác
Ví dụ 1: Xác định bậc phản ứng, hằng số tốc độ của phản ứng với các
dữ liệu sau:
A+
Thí
nghiệm
Nơng độ
ban đầu
của A
2B —(C)
Nơng độ
ban đầu
của B
l
1.0 x 10-2 M
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~!
2
1.0 x 10-2 M
Vận tốc tạo
thành C tại
thời điêm
ban đầu
1.5 X 107-° M-s!
7/20/2020
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 đượcy = 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 :
Thời gian |
Nồng độ đầu
Tale
| Blom | 8® | (AM
¡ï | 01000 |
1,00
01000 |
200
3 | 00500 |
100
2 |
Nơng độ cuối
|
0,50
0.0975
0,50
0.0900
2,00
0,0450
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]
a
tb1ì —
—1At
—
tbe
3"
—
0,1 — 0,0975
05
0,005 M.h
-1
I1A[4] 01—0,09_ 002M.n-1
1 At 05
7
I1A[A]
1 At -
0,05—0,045 - 00025 M.h—1
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
Phuong trinh Arrhenius:
k: hang sơ tơc độ
k=
Ae
E,
RT
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„)
“
7/20/2020
k=Ae
Fa
®
Antimony powder reacts with bromine more rapidly at 75°C (/eft) than at 25°C (right).
HT
3
increases
=
E,/RT
decreases
=
—E/RT
i
increases
—
c~E/RT
increases
Dang logarite cua phuong trinh Arrhenius:
=>
k
increases
=>
Reaction
speeds up
E
1
Ink =InA-—4.—
ub
RT
Dé xac dinh E, > xac dinh k 6 m6t s6 T > lap d6 thi > E,/R
19
_ha
k= Ae *
Ink, =In A- fat
Ink,
KR,
E, |
=InA-—*.—
RI
- mè.
—
E„ 1 1
J RAS,
lÌn—>=—“(———)
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; —>
ky
mR
mò
F„(1
T,
1
Tạ
~
88000/
8314
NO, + NO,
1
1
273. 275
=
0,282
=>
kr,
k„
—
"33
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.
63610
" 16105
E,
(1
8,314\600
1
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,
=y 10.
£
7,
y=
Krs10)
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
7/20/2020
4. Ảnh hưởng của xúc tác
Chat xuc tac: lam tang toc dé phan ung bang cach giam E,,
Chemical
Ep
100 kJ
4
Activated
F
Complex
|4Activati
——t&
n
Catalysed
sk
Activated
(100 - 45)
65 kJ
wei
Complex
AE
20
kJ
~ 45)/-”
(65
k
ten i
“°
—
~~
RT
Ae
CAE
%.
Catalysed
If E,
Activation
Energy
decreases
=
—Ñ
E,/RT
decreases
=
E,/RT
increases
25 kJ
OkJ
Time
>
=>
c~E,/RT
incre ases
—>
.
k
=
increases
Reaction
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
i/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
Substrate
gọi là cơ chât
Enzyme bound
to substrate
Enzyme
Substrate
|
Cơ chê xúc tác “lock-and-key” cua enzyme
cleaved
f
®,
`
4
Enzyme
unbound
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
a
dt.
=k
—>
—>
—d|A]
=
| —d[A] = Jae
Sản phẩm
akdt
[Aly
Ao]
4/2
=7
2ak
Vv
V=
aA
0
Đơn vị của k: M.time™!
2. Phản ứng bậc một
Xét phản ứng:
aA —> Sản phẩm
—= --—
1đ[A4]=| kl]
d[A] _
~—— = akat
In[A] = In[Ag] — akt | =>
J
I n2
tạ =—T—
ak
bậc | voi A và bậc 1 tổng
tại
d[A]
J- Ti = fet
Don vi cua k: time!
0,693
ak
> Thời gian nửa phản ứng:
Inf A] { In[A]
0
Là thời gian lượng chất phản ứng bị tiêu
thụ một nữa
0
t
>
13
7/20/2020
3. Phan tng bac hai
Xét phan img:
tong
ye
—
aA + bB
—
San pham
1d[A] _
1d[B] _ kIA]
ứø
b
dt
dt
bac | voi A, B và bậc2
L8]
Trường hợp đơn giản: Nồng độ ban đầu và hệ số tỷ lượng của A và B
như nhau
1 a[A]
y =<
aye»-
akdt
a
1
—
[A]
1
=——+akt
14a]
Bồ
j-
dỊA|
ape
[Ao]
t
= | akat
0
1
7
%
"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 # khơng đổi thì có thể kết
luận
Vĩ dụ: Cho phản ứng
A>
.
B+C
t(min) |_ [A] (mol/)
0
TU
2
CA
x2
Dựa vào kêt quả đo sự biên thiên nông độ
A theo thời gian hãy xác định bậc của phản
ung
2
2
1.107
4
0.622
10
0.103
6
8
0.338
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 đơng 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 nơng 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
NO +N,0 > NO, +N>
J
_,
sS
©
@
Reactants
9
Q
Reactants
ae
e
o
Q
Collision
sac
Nolở reaction
Reactants
e
...
@
Q
Collision
Products
o
ọ
9
—~ ð
Reactants
Collision
No reaction
Q
Reactants
15
7/20/2020
2. Lý thuyết trạng thái chuyển tiếp:
Xét phánứng
A + B,
—> AB
A+B—-B
—
reactants
A+B,
+B
A--B--B
—>
A—-B+B
transition state
AB,
products
AB +B
Exothermic reaction
7
:
-B-
B
Energy
_
.
nam
Reactants
A+B,
Nang luong hoat hoa cua phan
ứng (E„): Là tông động năng mà
1
A
A
x
`
phân tử các chât phản ứng phải
reverse
| AF nn
`
r,
Products
-
co dé dat dén trang thai chuyén
th
tiếp.
Progress of reaction
16
