Tải bản đầy đủ (.pdf) (38 trang)

Chuyên đề động hóa học

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (972.95 KB, 38 trang )











SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
CHUYÊN ĐỀ ĐỘNG HÓA HỌC



MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI:
Trong những năm qua, đề thi học sinh giỏi cấp quốc gia và quốc tế thường đề
cập tới phần động hóa học dưới nhiều góc độ khác nhau. Tuy nhiên, trong sách
giáo khoa phổ thông , do điều kiện giới hạn về thời gian nên những kiến thức trên
chỉ được đề cập đến một cách sơ lược. Qua thực tiễn giảng dạy đội tuyển học sinh
giỏi Quốc gia nhiều năm tôi đă nghiên cứu, lựa chọn và hệ thống những kiến thức
lí thuyết cơ bản, trọng tâm; sưu tầm những bài tập điển hình để soạn ra một
chuyên đề giảng dạy về động hóa học giúp cho học sinh có một tài liệu khá đầy đủ
về động học phản ứng, hiểu sâu và vận dụng được tốt những kiến thức trên vào
việc giải các bài tập, đáp ứng ngày càng cao chất lượng giảng dạy và học tập cho
đội tuyển học sinh giỏi môn Hóa học.
2. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI:
Động hóa học là một ngành khoa học nghiên cứu qui luật xảy ra các quá trình
hóa học theo thời gian. Đối tượng của động học hóa học là nghiên cứu về tốc độ
của phản ứng hóa học, về những yếu tố có ảnh hưởng đến tốc độ (nồng độ, nhiệt


độ, chất xúc tác…) và cả về cơ chế phản ứng, từ đó ta có khả năng điều khiển các
quá trình hóa học xảy ra với vận tốc mong muốn và hạn chế các quá trình không
có lợi.
3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI:
Do hạn chế về thời gian và nguồn lực nên về mặt không gian đề tài này chỉ
nghiên cứu giới hạn trong phạm vi trường THPT chuyên HY.
Về mặt kiến thức kỹ năng, đề tài nghiên cứu về cơ sở lí thuyết chung của động
hóa học như: tốc độ của các phản ứng hóa học, định luật tốc độ, các yếu tố ảnh
hưởng đến tốc độ của phản ứng, cơ chế phản ứng và bậc phản ứng, các phương
trình động học của các phản ứng hóa học, cách xác định bậc của phản ứng và hệ
thống các bài tập áp dụng.
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:
Tìm hiểu các tài liệu về cơ sở lí luận liên quan đến đề tài, hệ thống lại lí thuyết
chủ đạo đồng thời xây dựng hệ thống các dạng bài tập áp dụng.
Thực nghiệm giảng dạy cho đội tuyển HSG, kiểm tra và đánh giá kết thực hiện
đề tài rút ra bài học kinh nghiệm (phương pháp chính).



5. NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI
Nhiệm vụ của động hoá học là nghiên cứu các giai đoạn trung gian (tìm cơ chế
của phản ứng) để chuyển các chất ban đầu thành các sản phẩm cuối, vận tốc của
các giai đoạn, tìm phương trình tốc độ của phản ứng và nghiên cứu các điều kiện
ảnh hưởng đến nó Chính vì vậy để góp phần vào việc giúp học sinh có cái nhìn
đúng đắn và chính xác lý thuyết cũng như một số phương pháp thực nghiệm xác
định được khả năng, cơ chế và bậc của một phản ứng hóa học có vai trò quan
trọng đối với học sinh và là nội dung quan trọng trong các kì thi chọn học sinh giỏi
các cấp.
6. ĐIỀU KIỆN ĐỂ ÁP DỤNG ĐỀ TÀI:
- Giảng dạy cho học sinh các lớp chuyên Hóa và đối tượng học sinh thi chọn

học sinh giỏi quốc gia môn hóa học.
7. THỜI GIAN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI:
Đề tài được thực nghiệm trong 3 năm.



NỘI DUNG
A. CƠ SỞ LÍ THUYẾT CỦA ĐỘNG HÓA HỌC
I.TỐC ĐỘ CỦA CÁC PHẢN ỨNG HOÁ HỌC
Tốc độ của một phản ứng hóa học là biến thiên nồng độ của chất phản ứng
hoặc sản phẩm trong một đơn vị thời gian chia cho hệ số tỉ lượng của chất
nghiên cứu trong phương trình phản ứng đã cân bằng.
Nồng độ của các chất thường được biểu thị băng mol/lit và đơn vị của vận tốc
phản ứng là mol.l
-1
.thời gian
-1

1. TỐC ĐỘ TRUNG BÌNH

C
v =
t


(1)
Ở đây:
v
là tốc độ trung bình của phản ứng, ∆C là biến thiên nồng độ trong
khoảng thời gian ∆t.

2. TỐC ĐỘ TỨC THỜI
Cho
∆t→0, tỉ số ∆C/∆t sẽ dẫn tới một giới hạn là đạo hàm dC/dt của nồng
độ theo thời gian, giới hạn này lấy với dấu thích hợp, gọi là tốc độ tức thời hay tốc
độ thực v của phản ứng ở thời điểm t.
Đối với phản ứng tổng quát :
aA + bB → cC + dD
Với a, b, c, d là hệ số tỉ lượng của các chất trong phương trình phản ứng. Tốc độ
tức thời của phản ứng được xác định theo biểu thức :

A B C D
dC dC dC dC
v = - - = =
a.dt b.dt cdt d.dt


(2)
Tốc độ của một phản ứng đặc trưng cho khả năng xảy ra nhanh hoặc chậm của
một phản ứng ở một điều kiện nhất định.
II. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG
1. ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ
Biểu thức liên hệ tốc độ của một phản ứng hoá học với nồng độ của các chất
tham gia phản ứng gọi là định luật tốc độ của phản ứng hoá học. Xét phản ứng hóa
học ở nhiệt độ không đổi:
aA + bB
→ cC + dD

Định luật tốc độ có dạng:
V = k[A]
a

[B]
b
(3)
trong đó k là hằng số tốc độ, a là bậc phản ứng riêng phần của chất A, b là bậc
phản ứng riêng phần của chất B. Biểu thức (3) là biểu thức của định luật tác dụng
khối lượng trong động hóa học của Gunbe và Vagơ.
Tổng a+b gọi là phân tử số hay bậc của phản ứng.



Tuy nhiên chỉ một số rất ít các phản ứng tuân theo định luật tác dụng khối
lượng. Bậc của phản ứng không bằng tổng các hệ số phân tử trong phương trình
phản ứng. Bậc phản ứng chỉ có thể được xác định dựa vào thực nghiệm, nó có thể
là một số nguyên, một phân số hay có khi không xác định được.
Do đó tốc độ phản ứng tổng quát của phản ứng trên có thể viết như sau :

n1 n2
A B
v = k.C .C

Bậc toàn phần của phản ứng n = n
1
+ n
2

n
1
, n
2
gọi là bậc riêng phần của phản ứng đối với mỗi chất A, B.

Với các phản ứng đơn giản tức là các phản ứng chỉ diễn ra theo một giai đoạn
(cũng thường gọi là phản ứng sơ cấp), a và b trùng với hệ số tỉ lượng của chất
phản ứng trong phương trình phản ứng đã cân bằng.
Đối với các phản ứng phức tạp, diễn ra theo nhiều giai đoạn, bậc phản ứng a và
b có thể trùng hoặc không trùng với hệ số tỉ lượng. Vì thế, đối với các phản ứng
phức tạp, không thể dựa vào các hệ số tỉ lượng để đưa ra biểu thức của định luật
tốc độ mà phải dựa vào thực nghiệm. Chẳng hạn như phản ứng oxi hóa NO bởi O
2
:
2NO + O
2
 NO
2
(4)
Thực nghiệm cho biết rằng tốc độ oxi hóa NO được diễn tả bằng biểu thức:
v = k.[NO]
2
.[O
2
].
Như vậy, bậc phản ứng riêng phần của NO là 2, bậc phản ứng riêng phần của
O
2
là 1, trùng với các hệ số tỉ lượng.
Nhưng trong nhiều phản ứng phức tạp, các hệ số a, b không trùng với hệ số tỉ
lượng. Chẳng hạn như phản ứng khử NO bằng hydro:
2NO + 2H
2
 N
2

+ 2H
2
O (5)
Có biểu thức của định luật tốc độ thực nghiệm là v = k.[NO]
2
[H
2
]. Như thế, bậc
phản ứng riêng phần của H
2
chỉ là 1, trong khi hệ số tỉ lượng của nó trong phương
trình phản ứng là 2.
Thậm chí, a và b có thể nhận các giá trị không phải là số nguyên hoặc bằng
không. Chẳng hạn như, với phản ứng clo hóa cloroform:
CHCl
3(k)
+ Cl
2(k)
 CCl
4(l)
+ HCl
(k)

(6)
Có định luật tốc độ diễn tả bằng biểu thức: v = k[CHCl
3
][Cl
2
]
1/2

.
Từ biểu thức định luật tác dụng khối lượng, ta dễ dàng tìm ra được thứ nguyên
của hằng số tốc độ phản ứng. Chẳng hạn như, tốc độ phản ứng phân hủy N
2
O
5
:
2N
2
O
5
 2NO
2
+ O
2

(7)
được diễn tả bằng biểu thức: v = k[N
2
O
5
]. Nếu v có thứ nguyên là mol.L
-1
.s
-1

[N
2
O
5

] có thứ nguyên là mol.L
-1
ta có thứ nguyên của k:
1 1
1
mol.lit .s ]
mol.lit
 

= s
-1
.
Nếu phản ứng là bậc 2, thứ nguyên của k là:
1 1
1 2
mol.lit .s ]
(mol.lit )
 

= mol
-1
.L.s
-1
.



2. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN TỐC ĐỘ CỦA PHẢN ỨNG HOÁ
HỌC.
Để xảy ra phản ứng hóa học, các chất phản ứng cần phải tiếp xúc với nhau

thông qua các va chạm giữa các tiểu phân (nguyên tử, phân tử, ion) và tốc độ phản
ứng tỉ lệ với số va chạm trong một đơn vị thời gian. Tuy nhiên, không phải tất cả
các va chạm đều dẫn tới phản ứng hoá học. Chỉ các va chạm có năng lượng dư cần
thiết, so với năng lượng trung bình mới phá vì được các liên kết trong các phân tử
chất đầu dẫn đến hình thành các phân tử mới. Những va chạm như thế gọi là va
chạm có hiệu quả.
Hiệu giữa năng lượng tối thiểu để các va chạm là hiệu quả với năng lượng
trung bình của hệ các chất phản ứng gọi là năng lượng hoạt động hoá (E
a
) và tính
ra kJ/mol.
Năng lượng hoạt động hoá như một hàng rào năng lượng mà các phân tử chất
phản ứng phải đạt được khi va chạm để phản ứng có thể xảy ra (hình 1). Hiệu giữa
năng lượng mà các phân tử đạt được khi xảy ra các va chạm có hiệu quả với năng
lượng trung bình của các phân tử ở trang thái đầu chính là chiều cao của hàng rào
năng lượng gọi là năng lượng hoạt động hoá của phản ứng thuận. Phản ứng nghịch
xẩy ra khi có các va chạm hiệu quả giữa các phân tử sản phẩm. Vì năng lượng
trung bình của các phân tử chất đầu và năng lượng trung bình của các phân tử sản
phẩm là khác nhau nên năng lượng hoạt động hoá của phản ứng thuận và phản ứng
nghịch cũng khác nhau.
Từ hình 1 có thể thấy rằng hiệu giữa năng lượng hoạt động hoá của phản ứng
nghịch và phản ứng thuận bằng hiệu giữa năng lượng trung bình của các phân tử
chất đầu và năng lượng trung bình của các phân tử sản phẩm, tức là biến thiên
năng lượng của phản ứng.
Trong trường hợp tổng quát, ở điều kiện nhiệt độ và áp suất không đổi, biến
thiên năng lượng này bằng biến thiên thế đẳng áp chuẩn G
0
của phản ứng. Tuy
nhiên, năng lượng dư mà các phân tử đạt được trong các va chạm hoạt động được
chuyển hoá từ năng lượng của chuyển động nhiệt, tức là chủ yếu chỉ liên quan với

biến thiên entanpi của phản ứng.
Vì thế, người ta thừa nhận mối quan hệ sau đây giữa năng lượng hoạt động hoá
của phản ứng thuận (E
a
t
), năng lượng hoạt động hoá phản ứng nghịch (E
a
n
) và biến
thiên entanpi của phản ứng (H
r
):
E
a
t
– E
a
n
= H
r
(8)





Hình 1. Năng lượng hoạt động hoá của các phản ứng thuận và nghịch ( Reactants
= Các chất phản ứng, Products = Các sản phẩm, Reaction Coordinate = toạ độ
phản ứng).
Khi tăng nhiệt độ, động năng trung bình của các phân tử tăng lên, số va chạm

có hiệu quả sẽ tăng lên, tức là tốc độ phản ứng tăng lên. Những nghiên cứu thực
nghiệm rộng rãi cho thấy rằng đối với đa số các phản ứng hóa học, khi tăng nhiệt
độ thêm 10
0
C thì tốc độ phản ứng tăng lên từ 2 đến 4 lần. Ví dụ đối với phản ứng :
H
2
O
2
+ 2I
-
+ 2H
+
→ I
2
+ 2H
2
O
Nếu cho rằng ở 0
0
C, k=1 thì :
t (
0
C) 0 10 20 40 60
k 1 2,08 4,38 16,2 30,95
Khi nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng dĩ nhiên ta phải cố
định nồng độ các chất tham gia phản ứng. Do đó, sự phụ thuộc của tốc độ phản
ứng vào nhiệt độ thực chất là sự phụ thuộc của hằng số tốc độ vào nhiệt độ.
Gọi k
T

là hằng số tốc độ của phản ứng đó cho ở nhiệt độ T và k
T+10
là hằng số
tốc độ của phản ứng ở nhiệt độ T+10, theo quy tắc trên ta có :

T+10
T
k
= = 2 4
k



Ở đây, γ (gama) được gọi là hệ số nhiệt độ của phản ứng.
Quy tắc này chỉ là một sự gần đúng thô, chỉ áp dụng được khi khoảng nhiệt độ
biến thiên nhỏ hơn 100
0
C.
Nếu chấp nhận γ = const trong một khoảng nhiệt độ nào đó ta có công thức
sau :

T T
2 1
2
10
1
T
T
k
=

k



Để biểu diễn tốt hơn sự phụ thuộc của hằng số tốc độ k vào nhiệt độ các nhà
khoa học đó nghiên cứu và tìm ra một số phương trình sau :
Phương trình Van Hốp :

2
dlnk b
=a+
dt T

Trong đó, a và b là những hằng số, T là nhiệt độ tuyệt đối. Tuy nhiên Van Hốp
không nêu được ý nghĩa vật lí của sự phụ thuộc đó và không đề ra được khái niệm

H
r




hoạt hóa như Arêniut. Ảnh hưởng của nhiệt độ (T) và năng lượng hoạt động hoá
(E
a
) lên hằng số tốc độ phản ứng (k) được diễn tả bởi phương trình kinh nghiệm
Ahrenius:
- Dạng vi phân :
a
2 2

E
dlnk B
= =
dt T RT

- Dạng tích phân :
a a
E E
lnk = - +C = - +lnA
RT RT


a
a
-E /RT
a
-E /
E
k k
ln e
A RT A
k = A.e
RT
    

(9)

lnk = lnA – E
a
/RT

Trong đó, T là nhiệt độ tuyệt đối, R là hằng số khí (R=8,314 J/mol.K), B =E
a
/R
là hằng số thực nghiệm >0, E
a
gọi là năng lượng hoạt hóa thực nghiệm hoặc năng
lượng hoạt hóa Areniut đặc trưng cho hằng số tốc độ k của phản ứng và tính ra
J/mol hoặc kJ/mol ; C = lnA > 0 là hằng số tích phân cũng được xác định bằng
thực nghiệm.
Khi E
a
= 0, thì e
-Ea/RT
= 1 nên k = A. Giả định E
a
= 0 tương đương với giả định
rằng tất cả các va chạm đều dẫn tới phản ứng. Như thế A có thể coi là tần suất của
các va chạm. Vì lẽ đó, A cũng thường gọi là thừa số tần suất.
Từ phương trình Ahrenius rút ra:
lnk = lnA – E
a
/RT (10)
Dựa vào phương trình (2) có thể xây dựng đường thẳng thực nghiệm lnk =
f(1/T) và thu được hệ số góc là giá trị –E
a
/R.
Từ (10) cũng rút ra một biểu thức cho phép xác định năng lượng hoạt động hoá
khi biết hằng số tốc độ ở hai nhiệt độ khác nhau:



2
1
T
a
T 1 2
k
E
1 1
ln = -
k R T T
 
 
 

(11)
Hoặc :
2
1
T
a
T 1 2
k
E
1 1
lg = -
k 2,303.R T T
 
 
 
(12)


Từ phương trình (9) rút ra rằng ở cùng nhiệt độ, k càng nhỏ khi năng lượng hoạt
động hoá càng lớn. Từ (10) cũng dễ thấy rằng E
a
càng lớn thì độ dốc của đường
thẳng lnk = f(1/T) càng lớn, tức là k thay đổi càng mạnh khi nhiệt độ thay đổi.

Trong đó, T là nhiệt độ tuyệt đối, R là hằng số khí (R=8,314 J/mol.K), B =E
a
/R
là hằng số thực nghiệm >0, E
a
gọi là năng lượng hoạt hóa thực nghiệm hoặc năng
lượng hoạt hóa Areniut đặc trưng cho hằng số tốc độ k của phản ứng và tính ra
J/mol hoặc kJ/mol ; C = lnA > 0 là hằng số tích phân cũng được xác định bằng
thực nghiệm.




3. ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC LÊN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG


1) (b)
Hình 2. Ảnh hưởng của chất xúc tác đối với năng lượng hoạt động hoá và biến
thiên entanpi của phản ứng.
Xúc tác là các chất không mất đi trong phản ứng hoá học nhưng làm thay đổi
tốc độ của phản ứng.
Tác dụng làm giảm năng lượng hoạt động hoá của xúc tác có thể giải thích
bằng các cơ chế sau:

- Chất xúc tác tương tác với các phân tử phản ứng, làm yếu các liên kết trong
các phân tử này, vì thế năng lượng dư cần thiết để các va chạm là hoạt động giảm
đi, tức là năng lượng hoạt động hoá giảm đi (hình 2ª).
- Chất xúc tác dẫn dắt phản ứng đi theo nhiều giai đoạn trung gian có năng
lượng hoạt động hoá thấp hơn (hình 2b).
Cần chú ý rằng chất xúc tác làm giảm đồng thời với mức độ giống nhau năng
lượng hoạt động hoá của cả phản ứng thuận và phản ứng nghịch. Như vậy xúc tác
không làm thay đổi H
r
, G
0
r
và, vì thế, không ảnh hưởng đến hằng số cân bằng
của phản ứng.
III. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC, THỜI GIAN PHẢN ỨNG BÁN PHẦN
VÀ XÁC ĐỊNH BẬC PHẢN ỨNG
1. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC VÀ THỜI GIAN PHẢN ỨNG BÁN PHẦN
a. Phản ứng bậc 0
Giả sử có phản ứng: A  sản phẩm . (Là phản ứng bậc 0 đối với A).
Áp dụng định luật tác dụng khối lượng cho phản ứng bậc không và định nghĩa
của tốc độ phản ứng ta có:
v =
[ ]
d A
dt

= k. [A]
0
= k
Rút ra: d[A] = kdt (13)

(13) được gọi là phương trình động học dạng vi phân của phản ứng bậc 0. Lấy
tích phân (13) ta có:
[A] = kt + C (14)



với C là hằng số tích phân.
Khi t = 0 thì [A] = [A]
0
= C. Thay C = [A]
0
, thay vào (14) ta thu được:
[A] = [A]
0
 kt (15)
(15) được gọi là phương trình động học tích phân của phản ứng bậc 0.
Từ (15) rút ra rằng trong phản ứng bậc 0, nồng độ chất phản ứng giảm tuyến
tính với thời gian.
Thời gian cần thiết để nồng độ chất phản ứng còn lại một nửa so với ban đầu
gọi là thời gian phản ứng bán phần và kí hiệu là t
1/2
.
Từ (15) rút ra thời gian phản ứng bán phần của phản ứng bậc 0: t
1/2
=
0
[ ]
2
A
k

.
Thời gian phản ứng bán phần của phản ứng bậc 0 tỉ lệ thuận với nồng độ
đầu của chất phản ứng.
b. Phản ứng bậc 1.
Khi phản ứng là bậc 1 đối với A, áp dụng định luật tác dụng khối lượng cho
phản ứng bậc không và định nghĩa của tốc độ phản ứng ta thu được phương trình
động học dạng vi phân của phản ứng bậc 1:
v = 
[ ]
d A
dt
= k[A] (16)
Sự tích phân (16) cho:
[A] = [A]
0
.e
kt
(17)
Như vậy, trong phản ứng bậc 1 nồng độ chất phản ứng giảm theo thời gian
dưới dạng hàm mũ.
Lấy logarit hai vế của (17) thu được:
ln[A] = ln[A]
0
– kt (18)
Trong phản ứng bậc 1, logarit nồng độ chất phản ứng giảm tuyến tính theo
thời gian.
Khi [A] = [A]
0
/2, ta có:
t

1/2
=
ln 2
k
(19)
Thời gian phản ứng bán phần của phản ứng bậc 1 không phụ thuộc vào
nồng độ đầu của chất phản ứng
Đáng chú ý là quá trình phân rã phóng xạ cũng xảy ra theo quy luật động học
bậc 1:
N = N
0
.e
-kt

với N
0
là số hạt nhân ban đầu của đồng vị phóng xạ (t=0), N là số hạt nhân của
đồng vị phóng xạ ban đầu còn lại ở thời điểm t, k là hằng số tốc độ phân rã phóng
xạ (thường kí hiệu là ). Giá trị thời gian phản ứng bán phần t
1/2
thường gọi là chu
kì bán rã. Đó là thời gian để 50% số hạt nhân ban đầu bị phân rã để tạo ra hạt nhân
khác.



c. Phản ứng bậc 2.
Trong trường hợp tốc độ phản ứng chỉ phụ thuộc vào nồng độ chất A, phương
trình động học vi phân của phản ứng bậc 2 có dạng:
v = 

[ ]
d A
dt
= k[A]
2
(20)
Sự tích phân phương trình (20) cho phương trình động học tích phân của phản
ứng bậc 2:

0
1 1
[ ] [ ]
kt
A A
 
(21)
(21) cho thấy rằng trong phản ứng bậc 2 sự phụ thuộc (1/[A]) = f(t) là tuyến
tính.
Từ (21) đễ dàng rút ra:
t
1/2
=
0
1
.[A]
k
(22)
Thời gian phản ứng bán phần của phản ứng bậc 2 tỉ lệ nghịch với nồng độ
đầu của chất phản ứng.
d. Phản ứng bậc 3

Phản ứng bậc 3 có thể có 3 dạng:
A + B + C → sản phẩm
A + 2B → sản phẩm
3A → sản phẩm
Trong trường hợp đơn giản nhất 3A → sản phẩm, giả sử phản ứng có dạng:
3A
→ X + Y

Gọi a là nồng độ ban đầu của A và x là nồng độ của X được tạo thành ở thời
điểm t, ta có:
3A → X + Y
Ở t=0 a 0 0
t a-3x x y=x
Phương trình động học vi phân :

3
3
-d[A] dx
v= = =k.(a-3x)
3dt dt
dx
=kdt
(a-3x)

(23)

Lấy tích phân phương trình này ta được :

2 2
1 1

6kt= -
(a-3x) a
(24)



2. XÁC ĐỊNH BẬC PHẢN ỨNG RIÊNG PHẦN DỰA VÀO THỰC
NGHIỆM
Để viết được tường minh biểu thức của định luật tác dụng khối lượng về tốc độ
của một phản ứng, cần xác định bậc riêng phần của từng chất tham gia phản ứng
bằng thực nghiệm.
Xét phản ứng ở dạng chung: A + B  sản phẩm
có biểu thức của định luật tốc độ v = k[A]
x
[B]
y
. Dễ thấy rằng, nếu nồng độ đầu
của B rất lớn so với A, thì sự giảm nồng độ B trong quá trình phản ứng là không
đáng kể và có thể coi [B] = [B]
0
= hằng số, khi ấy ta có:
v = k[A]
x
[B]
y
= k[A]
x
[B]
y
0

= k’[A]
x
,
với k’ = k[B]
y
0
.
Như vậy, tốc độ phản ứng chỉ còn phụ thuộc vào nồng độ của một chất A mà
thôi và có thể dựa vào thực nghiệm đo tốc độ phản ứng ở các điều kiện khác nhau
để xác định bậc phản ứng riêng phần của A.
Thủ pháp nói trên gọi là thủ pháp cô lập hay thủ pháp lượng dư, được dùng
trong các phương pháp xác định bậc phản ứng khác nhau.
Các phương pháp xác định bậc phản ứng đó được đề cập ở trên sẽ được tóm tắt lại
dưới đây:
a. Phương pháp thời gian phản ứng bán phần.
Dựa vào sự phụ thuộc thời gian phản ứng bán phần vào nồng độ đầu có thể xác
định được bậc phản ứng đối với A:
 Thời gian phản ứng bán phần của A tỉ lệ thuận với nồng độ đầu của nó thì bậc
phản ứng riêng phần của A là 0.
 Thời gian bán phản ứng bán phần của A không phụ thuộc vào nồng độ đầu của
nó thì bậc phản ứng riêng phần của A là 1.
 Thời gian phản ứng bán phần tỉ lệ nghịch với nồng đầu của chất phản ứng thì
bậc phản ứng riêng phần của A là 2.
b. Phương pháp đồ thị tuyến tính
* Phản ứng là bậc 0 đối với chất A
Phản ứng bậc không là phản ứng mà tốc độ của nó không phụ thuộc vào nồng
độ của các chất phản ứng, tức tốc độ phản ứng là một hằng số không phụ thuộc
vào thời gian.
Phương trình động học vi phân của phản ứng :





-d[A]
v = =k
dt
d[A] = -k.dt


Lấy tích phân phương trình từ thời điểm t
1
=0 tương ứng với nồng độ ban đầu
[A]
0
đến thời điểm t ta có :
[A] – [A]
0
= -kt
hay [A] = [A]
0
–kt
Từ biểu thức ta thấy nồng độ của chất phản ứng giảm một cách tỉ lệ thuận với
thời gian. Đồ thị [A] = f(t) là một đường thẳng với hệ số góc âm
tg k

 
.
Dựa vào các kết quả thực nghiệm, người ta xây dựng đồ thị biểu diễn tương
quan hàm số [A] = f(t), nếu thu được đường thẳng có hệ số góc âm thì phản
ứng là bậc 0 đối với A.

 Phản ứng là bậc 1 đối với chất A
Phương trình phản ứng bậc 1 có dạng :
A
→ Sản phẩm

Phương trình động học vi phân của phản ứng:
v = -d[A]/dt = k[A]
Hay : -d[A]/[A] = kdt
Lấy tích phân phương trình này ta được :

0
[A]
ln = kt
[A]


Hay: ln[A] = ln[A]
0
–kt
Trong đó, [A]
0
là nồng độ đầu của A, [A] là nồng độ của A ở thời điểm t.
Đồ thị ln[A] = f(t) là một đường thẳng mà hệ số góc sẽ cho biết giá trị của hằng
số tốc độ phản ứng k.
Trong phản ứng bậc 1, logarit nồng độ chất phản ứng giảm tuyến tính theo
thời gian.
Vì nồng độ tỉ lệ với áp suất (nếu chất phản ứng ở thể khí) cũng như tỉ lệ với số
nguyên tử hay phân tử nên phương trình động học tích phân của phản ứng bậc 1 có
thể biểu diễn dưới các dạng:
lnP

0
/P = kt
lnN
0
/N

= kt
Phản ứng bậc 1 thường là phản ứng phân hủy của các chất. Ví dụ:
C
2
H
6
→ C
2
H
4
+ H
2




N
2
O
5
→ N
2
O
4

+ 1/2O
2

Thời gian nửa phản ứng t
1/2
là thời gian mà một nửa lượng ban đầu của chất
phản ứng đó bị tiêu thụ.

1/2
ln2 0,693
t = =
k k

Dựa vào các kết quả thực nghiệm, người ta xây dựng đồ thị biểu diễn tương
quan hàm số ln[A] = f(t), nếu thu được đường thẳng có hệ số góc âm thì phản
ứng là bậc 1 đối với A.
 Phản ứng là bậc 2 đối với chất A
Dạng tổng quát của phản ứng bậc 2 là:
A + B
→ Sản phẩm

Phương trình vi phân có dạng:

d[A] d[B]
- =- =k[A].[B]
dt dt

- Trong trường hợp đơn giản khi nồng độ ban đầu của A, B bằng nhau, ta
có:


2
-d[A]
=k[A]
dt
-d[A]
=kdt
[A]


lấy tích phân phương trình này sẽ được:

0
1 1
kt
[A] [A]
 

Đồ thị biểu diễn 1/[A] = f(t) là một đường thẳng với
tg k


. Khi t = t
1/2


1/2
0 0
1 1 1
kt = - =
[A]

[A] [A]
2

- Khi nồng độ ban đầu của A, B khác nhau. Đặt [A]
0
= a, [B]
0
= b, lượng A,
B đó tham gia phản ứng cho đến thời điểm t là x. Phương trình động học vi phân
có dạng:

dx
=k(a-x).(b-x)
dt
dx
=kdt
(a-x).(b-x)


Lấy tích phân phương trình này ta được:




1 a.(b-x)
kt= ln
b-a b.(a-x)

Ví dụ: Người ta nghiên cứu phản ứng xà phòng hóa etyl fomat bằng NaOH ở
25

0
C:
HCOOC
2
H
5
+ NaOH → HCOONa + C
2
H
5
OH
Nồng độ ban đầu của NaOH và của este đều bằng 0,01M. Lượng etanol
được tạo thành theo thời gian được biểu diễn trong bảng sau:
Thời gian (s) 0 180 240 300 360
[C
2
H
5
OH]
(M)
0 2,6.10
-
3

3,17.10
-
3

3,66.10
-

3

4,11.10
-
3

a. Chứng minh rằng bậc tổng cộng của phản ứng bằng 2. Từ đó suy ra bậc
phản ứng riêng đối với mỗi chất phản ứng.
b. Tính hằng số tốc độ phản ứng ở 25
0
C.
Bài giải:
a. Gọi nồng độ ban đầu của NaOH và este là a :
[NaOH] = [este] = a (M)
Gọi nồng độ etanol được tạo thành ở thời điểm t là x, theo bài ra ta có :
HCOOC
2
H
5
+ NaOH
→ HCOONa + C
2
H
5
OH
Ở t=0 a a 0 0
t a-x a-x x x
Phương trình tốc độ phản ứng :

p q p+q n

d[NaOH]
v=- =k[este] .[NaOH] =k.(a-x) =k(a-x)
dt

Ở đây, p và q là bậc phản ứng riêng tương ứng của este và NaOH, n là bậc phản
ứng tổng cộng.
Nếu phản ứng là bậc 2, phương trình động học tích phân sẽ là :

1 1
- = kt
a-x a

Từ các dữ kiện của bài toán ta có bảng sau :
t(s) 0 180 240 300 360
x 0 2,6.10
-
3

3,17.10
-
3

3,66.10
-
3

4,11.10
-
3


a-x 0,01 7,4.10
-
3

6,83.10
-
3

6,34.10
-
3

5,89.10
-
3

1/a-x 100 1,35.10
2

1,46.10
2

1,58.10
2

1,70.10
2

k(mol
-

1
.l.s
-
1
) 0,194 0,192 0,193 0,194



Vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của 1/(a-x) vào t thu được một đường thẳng.
Như vậy, phản ứng được xét là phản ứng bậc 2.
Hoặc nhận xét các giá trị của hằng số tốc độ k ở các thời điểm khác nhau không
nhiều, do đó giả thiết phản ứng bậc hai là đúng.
Vì bậc phản ứng là bậc 2, nồng độ ban đầu của các chất phản ứng lại bằng nhau
nên giả thiết đơn giản và hợp lí nhất là bậc phản ứng riêng của mỗi chất phản ứng
bằng một.
b. Từ đồ thị thu được chúng ta xác định được hệ số góc của đường thẳng. Đó
là hằng số tốc độ của phản ứng.
k = 0,194 mol
-1
.l.s
-1

Hoặc lấy trung bình các giá trị của hằng số k ở bảng trên ta được giá trị hằng số
tốc độ của phản ứng.
Dựa vào các kết quả thực nghiệm, người ta xây dựng đồ thị biểu diễn tương
quan hàm số 1/[A] = f(t), nếu thu được một đường thẳng có hệ số góc dương thì
phản ứng là bậc 2 đối với A.
c) Phương pháp nồng độ đầu
Biểu thức v = k[A]
x

[B]
y
cho phép đưa ra một phương pháp phổ biến dùng để
xác định bậc phản ứng. Để xác định bậc riêng phần của một chất phản ứng nào đó
người ta xác định biến thiên tốc độ phản ứng khi thay đổi nồng độ đầu của chất đó
cho, đồng thời cố định nồng độ đầu của các chất phản ứng khác và các yếu tố ảnh
hưởng đến tốc độ phản ứng.
Chẳng hạn, tăng nồng độ A lên 2 lần và giữ nguyên nồng độ của B ta có:
v’ = k.(2[A])
x
.[B]
y
= k. 2
x
[A]
x
[B]
y
= 2
x
.v.
Nếu tốc độ phản ứng tăng lên 2 lần, tức là v’ = 2v ta có: 2
x
= 2  x = 1.
Nếu tốc độ phản ứng tăng lên 4 lần, tức là v’ = 4v ta có: 2
x
= 4  x = 2.
Nếu tốc độ phản ứng không thay đổi, tức là v’ = v ta có: 2
x
= 1  x = 0.

Việc xác định bậc riêng phần của B cũng diễn ra theo cách tương tự.



B. MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP ĐỘNG HỌC CÓ HƯỚNG DẪN
I. BÀI TẬP ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG
HÓA HỌC
Bài 1. Hệ số nhiệt của phản ứng bằng 3,5. Ở 15
0
C hằng số tốc độ của
phản ứng này bằng 0,2 giây
-1
. Tìm hằng số tốc độ của phản ứng ở 40
0
C.
Bài giải :
Áp dụng công thức :
25/10 2,5
15 25
15
(3,5)
k
k


 

k
40
= k

15
.(3,5)
2,5
= 4,6 giây
-1

Bài 2. Phản ứng trong pha khí giữa NH
3
và NO
2
ở giai đoạn đầu là phản ứng
bậc 2. Tính năng lượng hoạt hóa và trị số A của phương trình Areniut, biết
rằng ở hai nhiệt độ 600K và 716K hằng số tốc độ có giá trị tương ứng bằng
0,385 và 16 (mol
-1
.l.s
-1
)
Bài giải :
Áp dụng công thức :
2
1
T
T 1 2
k
E 1 1
lg = . -
k 2,303.R T T
 
 

 

Ta có :
16 E 1 1
lg = . -
0,385 2,303.8,314 600 716
 
 
 

E = 114,8 kJ/mol
Thừa số A được xác định bằng phương trình :
k = A.e
-E/RT

16 = A.e
-114800/8,314.716

A = 3,8.10
9
(mol
-1
.l.s
-1
)
Bài 3. Trong một phản ứng bậc nhất tiến hành ở 27
0
C, nồng độ chất đầu giảm
đi một nửa sau 5000 giây. Ở 37
0

C, nồng độ giảm đi 2 lần sau 1000 giây. Xác
định :
a. Hằng số tốc độ ở 27
0
C
b. Thời gian để nồng độ đầu giảm tới ¼ ở 37
0
C.
c. Năng lượng hoạt hóa.
Bài giải :
a. Ta có :
1/2
0,693
t =
k


0
-4 -1
27 C
0,693
k = = 1,39.10 s
5000




b.
0
4 -1

37 C
0,693
k = = 6,93.10 s
1000


Thêi gian cần thiết để nồng độ đầu giảm tới 1/4 giá trị đầu ở 37
0
C là :

1/4
-4
1 a
t = ln = 2000 (s)
6,93.10 a/4

c. Năng lượng hoạt hóa E được tính theo biểu thức :

2
1
T
T 1 2
k
E 1 1
lg = . -
k 2,303.R T T
 
 
 



-4
-4
6,93.10 E 1 1
lg = . -
1,39.10 2,303.8,314 300 310
 
 
 

E = 124 kJ/mol
Bài 4. Cho phản ứng : CCl
3
COOH → CHCl
3
+ CO
2

Ở 44
0
C: k
1
= 2,19.10
-7
s
-1
. Ở 100
0
C: k
2

= 1,32.10
-3
s
-1

a. Tính hệ số nhiệt độ của phản ứng.
b. Tính năng lượng hoạt hóa của phản ứng
Bài giải :
a. Áp dụng công thức:
2 1
2
1
T T
T
10
T
k
=
k




100-44
-3
10
7
1,32.10
= = 4,73
2,19.10

 

 
b.
3
a
a
7
E
1,32.10 1 1
ln = - E = 153 kJ/mol
2,19.10 8,314 317 373


 

 
 

Bài 5. CH
3
– CH
3
→ CH
2
=CH
2
+ H
2
Ở 507

0
C: k
1
= 2,3.10
-4
s
-1
. Ở 527
0
C tốc độ phản ứng tăng lên gấp đôi.
a. Viết phương trình động học của phản ứng.
b. Thiết lập phương trình Areniut cho phản ứng.
c. Tính thời gian nửa phản ứng ở 527
0
C.
Bài giải :
a. Từ đơn vị của hằng số tốc độ, ta suy ra phản ứng là bậc 1
v = k.[CH
3
-CH
3
]
b.
2 2 a
1 1
a
k v E
1 1
ln = ln = ln2 = -
k v 8,314 780 800

E = 180 kJ/mol
 
 
 






a
1
1
3
-4
3
-E
ln k = + lnA
R T
1 80.10
ln 2,3 .10 = - + ln A lnA = 19,3
8, 314.780
21,6.10
ln k = - + 19,3
T


c.
0 0
3

-4 -1
527 527
-21,6.10
lnk = + 19,3 k = 4,53.10 s
800
C C


1/2
-4
ln2
t = = 1507 (s)
4,53.10

II. BÀI TẬP XÁC ĐỊNH BẬC PHẢN ỨNG
Bài 1. Bằng thực nghiệm người ta đó thu được những số liệu của phản
ứng giữa NO và H
2
ở nhiệt độ 700
0
C như sau :
2NO
(k)
+ 2H
2(k)
→ 2H
2
O
(k)
+ N

2(k)

Thí nghiệm [H
2
], M [NO], M Tốc độ ban đầu,
M.s
-1

1 0,010 0,025 v
1
=2,4.10
-
6

2 0,0050 0,025 v
2
=1,2.10
-
6

3 0,010 0,0125 v
3
=0,60.10
-
6

a. Xác định phương trình động học và bậc của phản ứng.
b. Xác định hằng số tốc độ phản ứng.
Bài giải :
a. Ở bài này ta thấy, để xác định bậc riêng của phản ứng đối với mỗi chất

ngưêi ta cố định nồng độ của một chất và thay đổi nồng độ của chất còn lại. Gọi
m, n lần lượt là bậc phản ứng riêng phần của H
2
và NO. Ta có: v = k.[H
2
]
m
.[NO]
n


m n
m n -6
1 2
m n m n -6
2 2
v k.[H ] .[NO]
k.(0,01) .(0,025) 2,4.10
= = = = 2
v k.[H ] .[NO] k.(0,005) .(0,025) 1,2.10


m = 1



m n -6
1
m n -6
2

v
k.(0,01) .(0,025) 2,4.10
= = = 4
v k.(0,01) .(0,0125) 0,6.10


n = 2


Phương trình động học của phản ứng: v = k.[H
2
].[NO]
2

Bậc phản ứng 1+2 = 3
b. Tính hằng số tốc độ phản ứng:

-6
-2 2 -1
1
2
2,4.10
k = 0,38 mol .l .s
0,010.(0,025)

Tương tự: k
2
= k
3
= 0,38 mol

-2
.l
2
.s
-1




Bài 2. Chứng minh phương trình động học của phản ứng v =
k.[H
2
].[NO]
2

2NO
(k)
+ 2H
2(k)
→ 2H
2
O
(k)
+ N
2(k)

phù hợp với cơ chế sau:
2NO N
2
O

2
(a): xảy ra nhanh
N
2
O
2
+ H
2
→ N
2
+ H
2
O
2
(b): xảy ra chậm
H
2
O
2
+ H
2
→ 2H
2
O (c): xảy ra nhanh
Bài giải :
Với một phản ứng nhiều giai đoạn thì giai đoạn chậm quyết định tốc độ của
phản ứng. Theo cơ chế trên ta có, tốc độ phản ứng được quyết định bởi giai đoạn
(b):
v = k


.[N
2
O
2
].[H
2
] (1)
Theo (a):
2
2 2
C 2 2 C
2
[N O ]
K = [N O ] = K .[NO]
[NO]
 (2)
Thay (2) vào (1) ta được:
v = k

.K
C
.[NO]
2
.[H
2
] với k

.K
C
= k = const

v = k.[NO]
2
.[H
2
]
Bài 3. Cho phản ứng:
(CH
3
)
2
O
→ CH
4
+ CO + H
2

Phản ứng là bậc 1. Lúc đầu chỉ có (CH
3
)
2
O với áp suất trong bình là P
0
=
300,0 mmHg. Sau 10 giây áp suất trong bình P = 308,1 mmHg. Tính hằng số tốc
độ k và thời gian nửa phản ứng.
Bài giải :
(CH
3
)
2

O
→ CH
4
+ CO + H
2

Áp suất lúc đầu: P
0
0 0 0
Áp suất sau 10s: P
0
-x x x x
P = P
0
+ 2x
0 0
0
P - P 3P P
x= P - x =
2 2

 

-3 -1
0 0
0
1/2
-3
[A] 2P
ln = kt ln = kt k = 1,36.10 s

[A] 3P P
ln2
t = = 510 (s)
1,36.10
 


Bài 4. Cho phản ứng: C
2
H
5
I + NaOH → C
2
H
5
OH + NaI
Nồng độ ban đầu của hai chất phản ứng bằng nhau. Để một nửa lượng
ban đầu các chất phản ứng chuyển thành sản phẩm ở 32
0
C cần 906 phút.
a. Tính thời gian để một nửa lượng ban đầu các chất phản ứng chuyển thành
sản phẩm ở 60
0
C, biết hệ số nhiệt độ của phản ứng là 2,83.
b. Tính năng lượng hoạt hóa của phản ứng.



c. Tính hằng số tốc độ k ở hai nhiệt độ trên, biết rằng phản ứng là bậc 2 (bậc 1
đối với mỗi chất) và nồng độ ban đầu của mỗi chất đều bằng 0,050 M.

Bài giải :
a. Áp dụng công thức:
2 1
2
1
T T
T
10
T
k
=
k



Mặt khác:
2
1
T
1
1/2 T 2
k
t
ln2
k = =
t k t


2 1 2
60 32

10
1
t = t . t = 49 phut
(2,83)

 

b. Tính năng lượng hoạt hóa của phản ứng:

2 2 1
1 1 2
a
a
k t 906
= = =
k t 49
E
906 1 1
ln = . - E = 88 kJ/mol
49 8,314 305 333
v
v
 
 
 
 

c. Tính hằng số tốc độ phản ứng:

-2 -1 -1

1/2 1
0
1 1
t = k = = 2,2.10 mol .l.ph
k.[A] 906.0,050

(ở 32
0
C)

-1 -1 -1
2
1
k = = 4,1.10 mol .l.ph
49.0,050

Bài 5. Nghiên cứu động học của phản ứng:
C
2
H
5
Br + OH
-
→ C
2
H
5
OH + Br
-


Nồng độ ban đầu của C
2
H
5
Br là 3,0.10
-2
mol/l, của KOH là 7,0.10
-2
mol/l.
Ở thời điểm t, lấy ra 10,0 cm
3
dung dịch và định lượng KOH chưa phản ứng.
Thể tích dung dịch HCl cần cho việc trung hòa hoàn toàn KOH theo thời gian
là x cm
3
như sau:
t (h) 0,50 1,00 2,00 4,00
x (cm
3
) 12,84 11,98 10,78 9,48
Xác định bậc và hằng số tốc độ k của phản ứng.
Bài giải :
C
2
H
5
Br + OH
-
→ C
2

H
5
OH + Br
-

Nồng độ đầu: a b 0 0
Nồng độ ở thời điểm t: a-y b-y y y
Giả thiết phản ứng bậc hai thì phải tuân theo phương trình động học bậc
hai :

1 a.(b-y)
kt = ln
b-a b.(a-y)
. Phương trình có dạng :

a(b-y)
ln = f(t)
b(a-y)




Dựa vào các dữ kiện của bài toán ta có bảng sau :
t (h) 0,50 1,00 2,00 4,00
x (cm
3
) 12,84 11,98 10,78 9,48
y.10
2
(M) 0,58 1,01 1,61 2,26

(a-y).10
2
(M) 2,42 1,99 1,39 0,74
(b-y).10
2
(M) 6,42 5,99 5,39 4,74
ln[a(b-y)/b(a-
y)]
1,28.10
-
1

2,55.10
-
1

5,08.10
-
1

10,10.10
-
1

k (mol
-
1
.l.h
-
1

) 6,40.10
-
2

6,38.10
-
2

6,35.10
-
2

6,31.10
-
2

Ta thấy các giá trị hằng số tốc độ ở các thời điểm không khác nhau nhiều.
Vậy giả thiết phản ứng bậc 2 là đúng và k = 6,36.10
-2
mol
-1
.l.h
-1
Hoặc vẽ đồ thị ta thu được một đường thẳng.

III. MỘT SỐ BÀI TOÁN VẬN DUNG NÂNG CAO
Bài 1. Cho phản ứng: CO
2(k)
+ H
2

O
(l)


H
2
CO
3
.
1) Hằng số tốc độ của phản ứng thuận là k
t
= a(s
-1
). Nếu có n mol khí CO
2
trên
mặt nước thì sau 23 giây có một nửa số mol khí CO
2
đó hoà tan. Tính a.
2) Hằng số tốc độ của phản ứng nghịch là k
n
= 20(s
-1
). Tính hằng số cân bằng
K của phản ứng và viết biểu thức của hằng số cân bằng này.
(OLYMPIC Hóa Học các trường đại học toàn quốc năm 2005 –
BẢNG B).
Bài giải :
1) Đơn vị của k là s
-1

nên phản ứng là bậc1:
a = ln2/t
1/2
= 3.10
-2
(s
-1
)
2) Khi cân bằng tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch


 
332
2
10.5,1

2
32





n
t
CO
nnCOtt
k
k
P

COH
K
COHkvPkv




Bài 2. Tại 25
o
C phản ứng 2 N
2
O
5
(k) 4 NO
2
(k) + O
2
(k) có hằng
só tốc độ k = 1,8.10
-5
. s
-1
; biểu thức tính tốc độ phản ứng v = k.C(N
2
O
5
). Phản
ứng trên xảy ra trong bình kín thể tích 20,0 lit không đổi. Ban đầu lượng N
2
O

5

cho vừa đầy bình. ở thời điểm khảo sát, áp suất riêng của N
2
O
5
là 0,070 atm .
Giả thiết các khí đều là khí lý tưởng.
1. Tính tốc độ: a) tiêu thụ N
2
O
5
; b) hình thành NO
2
; O
2
.
2. Tính số phân tử N
2
O
5
đó bị phân tích sau 30 giây.
3. Nếu phản ứng trên có phương trình N
2
O
5
(k) 2 NO
2
(k) + ½ O
2

(k)
thì trị số tốc độ phản ứng, hằng số tốc độ phản ứng có thay đổi không? Giải
thích.
(đề thi chọn học sinh giỏi QG năm 2002 -
Bảng A):
Bài giải :
1. Trước hết phải tính tốc độ của phản ứng theo biểu thức đó có:
V = k CN
2
O
5
(1)
Đó có trị số k; cần tính C(N
2
O
5
)

tại thời điểm xét:
p
i
V = n
i
RT  CN
2
O
5
= nN
2
O

5
: V = p
i
/ RT (2)
Thay số vào (2), ta có: C(N
2
O
5
) = 0,070 : 0,082  298 = 2,8646.10
-3
(mol.l
-1
)
Đưa vào (1):
V
pu
= 1,80. 10
-5
x 2,8646. 10
-3

V
pu
= 5,16. 10
-8
mol. L
-1
. S
-1
(3)

Từ ptpứ 2 N
2
O
5
(k)  4 NO
2
(k) + O
2
(k)
d C(N
2
O
5
)
V
tiiêu thụ
N
2
O
5
=  = 2 V

(4)
dt
Thay số vào (4).
V
tiêu thụ
N
2
O

5
= - 2 x 5, 16 . 10
-8
.
V
tiêu thụ
N
2
O
5
= - 1,032.10
-7
mol.l
-1
.s
-1
.
Dấu – để chỉ “tiêu thụ N
2
O
5
tức mất đi N
2
O
5
hay giảm N
2
O
5


b. V
hình thµnh
NO
2
= 4 Vpư = - 2V
tiêu thụ
N
2
O
5
. (5)
Thay số: V
hình thành
NO
2
= 4 x 5,16.10
-8

V
hình thành
NO
2
= 2,064.10
-7
mol l
-1
.s
-2

V

hình thành
O
2
= Vpư = 5,16.10
-8
mol l
-1
.s
-2

Ghi chú: Hai tốc độ này đều có dấu + để chỉ “hình thành hay được tạo ra”
(ngược với “tiêu thụ”). Việc tính tốc độ tiêu thụ N
2
O
5
hay hình thành NO
2
, O
2




theo tốc độ pư, Vpư, như trên chỉ thuần tuý hình thức theo hệ số phương trình,
thực chất phản ứng này là một chiều bậc nhất.
2. Số phân tử N
2
O
5
đó bị phân huỷ được tính theo biểu thức:

N N
2
0
5
bị phân huỷ = N = VN
2
O
5
tiêu thụ . V
bình
. t . N
0

Thay số:
N = 1,032.10
-6
. 20,0 . 30,0 . 6,023.10
23
.
N  3,7.10
20
phân tử
3. Nếu phản ứng trên có phương trình: N
2
O
5
(k)  2 NO
2
(k) + ½ O
2

thì tốc độ
phản ứng, Vp, cũng như hằng số tốc độ phản ứng, k, đều không đổi (tại nhiệt độ T
xác định), vì:
- k chỉ phụ thuộc nhiệt độ.
- theo (1): Khi k = const; C(N
2
O
5
) = const thì V = const.
Bài 3.
1. Khí CO gây độc vì tác dụng với hemoglobin (Hb) của máu theo phương trình
3 CO + 4 Hb

Hb
4
(CO)
3

Số liệu thực nghiệm tại 20
0
C

và động học phản ứng này như sau:
Nồng độ (

mol. L
-1
)
Tốc độ phân hủy Hb
(


mol. L
-1
.s
-1
)
CO Hb
1,50
2,50
2,50
2,50
2,50
4,00
1,05
1,75
2,80
Hãy tính tốc độ phản ứng khi nồng độ CO là 1,30; Hb là 3,20 (đều theo

mol.l
-1
) tại 20
0
C

.
2. Người ta nung nóng đến 800
0
C

một bình chân không thể tích 1 lít chứa 10,0

gam canxi cacbonat và 5,6 gam canxi oxit.
a) Hãy tính số mol khí cacbonic có trong bình. Muốn cho lượng canxi cacbonat
ban đầu phân hủy hết thì thể tích tối thiểu của bình phải bằng bao nhiêu?
b) Biết tại nhiệt độ đó khí CO
2
trong bình có áp suất là 0,903 atm
(Đề thi chọn học sinh giỏi QG năm 2004 - Bảng
A):
Bài giải :
1. Trước hết ta phải xác định được bậc của phản ứng.



 Kí hiệu bậc riêng phần của phản ứng theo chất Hb là x, theo CO là y, ta có
phương trình động học (định luật tốc độ) của phản ứng:
v

= k C
x
Hb
C
y
CO
(1)
 Theo định nghĩa, ta có thể biểu thị tốc độ phản ứng trên theo tốc độ
phân hủy Hb, nghĩa là v

= ¼ v
phân hủy Hb
(2).

Ghi chú : Vì đó ghi rõ  tốc độ phân hủy Hb
»
nên không cần dùng dấu –
Vậy ta có liên hệ: v

= ¼ v
phân hủy Hb
= k C
x

Hb
C
y
CO
(3) .
 Theo thứ tự trên xuống ta ghi số các số liệu thí nghiệm thu được là

Thí nghiệm
số
Nồng độ (

mol. L
-
1
)

Tốc độ phân hủy Hb (

mol. L
-

1
.s
-1
)

CO Hb

1
2
3
1,50
2,50
2,50
2,50
2,50
4,00
1,05
1,75
2,80

Ta xét các tỉ số tốc độ phản ứng để xác định x và y trong phương trình (3):
* v
2
/ v
1
= ( 2,50 / 2,50 )
x
( 2,50 / 1,50 )
y
= 1  (


1,67)
y

= 1,75 /1,05
(

1,67)
y

= 1,67 y = 1 .


*

v
3
/ v
2
= ( 4,00 / 2,50 )
x
( 2,50 / 2,50 )
y

= 2,80 / 1,75 ;


(

1,60)

x

= 1,60 x = 1 .
Do đó phương trình động học (định luật tốc độ) của phản ứng:
v
p
= k C
Hb
C
CO
(4)
Để tính hằng số tốc độ phản ứng k , từ (4) ta có:
k = v
p
/ C
Hb
C
CO
(5)
Tính giá trị k trung bình từ 3 thí nghiệm ở bảng trên, hoặc lấy số liệu của 1
trong 3 thí nghiệm ở bảng trên, chẳng hạn lấy số liệu của thí nghiệm số 1 đưa vào
phương trình (5), ta tính được k:

k = = 0,07 (mol. L
-1
.s
-1
)

 Đưa gía trị của k vừa tính được, nồng độ các chất mà đề bài đó cho vào

phương trình (4) để tính v

:
v

= 0,07  1,30  3,20 = 0,2912 (mol. L
-1
.s
-1
)
2.
a) Với điều kiện đó cho trong bình có phản ứng:
1,05
4  2,50  1,50

×