Động hóa học - Chương 2 potx

5. Phản ứng bậc không
III. PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ĐO TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG XÁC ĐỊNH BẬC VÀ HẰNG SỐ
TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG
1. Phương pháp đo tốc độ phản ứng
2. Xác định bậc phản ứng

CHƯƠNG II
ÐỘNG HÓA HỌC CỦA PHẢN ỨNG ÐƠN GIẢN
I. PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN
Phản ứng đơn giản là phản ứng một chiều mà biến hóa của nó chỉ có một giai đoạn duy nhất, đi trực tiếp từ
chất đầu đến chất cuối.
Về nguyên tắc các phản ứng hóa học diễn ra theo hai chiều ngược nhau, gọi là phản ứng thuận nghịch. Ở
điều kiện xác định một chiều nào đó của phản ứng trội hơn hẳn chiều kia, thì phản ứng đó được coi là phản
ứng một chiều.
Khi phản ứng diễn ra, nếu có ít nhất một trong các chất phản ứng (chất đầu) phản ứng đến hết, phản ứng như
thế gọi là phản ứng hoàn toàn.
II. CÁCQUI LUẬT ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN
Ta sẽ khảo sát một số phản ứng bậc 1, 2, 3.
1 Phản ứng bậc 1 TOP


Hình 2.1: Sự thay đổi nồng độ chất phản ứng theo thời gian trong phản ứng đơn giản
Trong quá trình phản ứng nồng độ chất phản ứng A giảm, lượng biến hóa của nó chính là lượng sản phẩm tạo
thành tăng.
c. Thứ nguyên của hằng số tốc độ
Từ phương trình động học của phản ứng:


Hình 2.2: Chu kỳ bán hủy phản ứng bậc 1
e. Áp dụng các qui luật động học của phản ứng bậc 1 cho quá trình phóng xạ:

2 Phản ứng bậc hai TOP

2.1 Trường hợp 1 (a = b)


Nếu tính từ đầu t = 0 thì thời gian cần là:
3t
1/2
+ 4t
1/2
= 7t
1/2
.

Hình 2.3: Chu kỳ bán hủy của phản ứng bậc hai
Hình vẽ cho ta thấy thời gian tổng quát diễn ra phản ứng bậc 2 lâu hơn phản ứng bậc 1, cũng tương tự như
thế, phản ứng bậc 3 lại lâu hơn phản ứng bậc 2. Bởi vì càng về sau thì phản ứng bậc 2 càng chậm hơn phản
ứng bậc 1.
Kết luận: phản ứng bậc càng cao thì diễn ra càng chậm.



=



Ðây là phương trình động học, của phản ứng bậc 1. Như vậy, đối với phản ứng bậc 2, khi sử dụng nồng độ
của chất này rất lớn hơn chất kia ( b >> a) thì phản ứng sẽ giảm từ bậc 2 xuống bậc 1, và bậc của phản ứng là
bậc đối với chất có nồng độ bé hơn (ở đây chất A). Trường hợp này gặ

p trong phản ứng thủy phân.
c. Thời gian bán hủy
Ðối với phản ứng bậc 2 của hai chất A và B có nồng độ ban đầu khác nhau, người ta không xác định được
thời gian bán hủy cho phản ứng mà chỉ xác định cho từng chất riêng rẽ, ví dụ: xác định thời gian bán hủy đối
với chất A.


3 Phản ứng bậc ba TOP


3.1 Trường hợp I




3.2 Trường hợp II

3.3 Trường hợp III



Từ phương trình này ta thấy đối với phản ứng bậc ba của ba chất A, B, C có nồng độ ban đầu khác nhau, khi
sử dụng nồng độ của một chất này rất lớn hơn của một chất kia, thì làm giảm bạc của phản ứng từ bậc ba
xuống bậc hai.
Tóm lại, ta có thể sử dụng phương pháp dùng nồng độ của một chất này lớn hơn nồng
độ của chất kia để làm
giảm bậc của phản ứng. Trường hợp này gặp trong thực tế đối với phản ứng thủy phân, giảm từ phản ứng bậc
hai xuống bậc một.
c. Thứ nguyên của k

4 Phản ứng bậc n TOP


5 Phản ứng bậc không TOP
a. Ví dụ về phản ứng bậc không:


Hình 2.4: Mô tả phản ứng bậc không
Hệ phản ứng gồm lớp Este bảo hòa nằm trên dung dịch este trong nước.

Từ đó, ta có thể kết luận: Phản ứng bậc 0 là phản ứng mà tốc độ v không thay đổi theo thời gian, còn nồng độ
chất phản ứng thay đổi theo quy luật tuyến tính với thời gian t.

Hình 2.5: Sự phụ thuộc (a) tốc độ phản ứng vào t;
(b) Nồng độ chất phản ứng vào t.
Bảng 2.1: Ðộng học của phản ứng đơn
giản

III. PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ĐO TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG, XÁC ĐỊNH BẬC VÀ HẰNG SỐ TỐC
ĐỘ PHẢN ỨNG
1 Phương pháp đo tốc độ phản ứng TOP
Ðể tìm phương trình tốc độ, người ta sử dụng phương pháp qui ước xác định sự biến thiên nồng độ của một
chất hoặc một số chất tham gia phản ứng theo thời gian. Trên cơ sở đó có thể xác định được tốc độ phản ứng.
Vấn đề khảo sát tốc độ phản ứng cơ bản là vấn đề phân tích, vấn đề này được đơn giản khi biết được hệ số tỷ
lượng trong phương trình phản ứng, phản ứng diễn ra một cách định lượng (phản ứng hoàn toàn), không tạo
ra nhiều sản phẩm trung gian, không có phản ứng phụ. Có thể theo dõi nồng độ của một chất tham gia hoặc
sản phẩm là đủ. Biến thiên nồng độ của những chất còn lại, có thể suy ra được. Bởi vì, các chất trong phản
ứng tuân theo phương trình t
ỷ lượng. Với mục đích xác định nồng độ chất phản ứng có thể sử dụng phương
pháp phân tích hóa học hoặc vật lý.

Trong trường hợp có thể ghi được đường cong của sự phụ thuộc của nồng độ vào thời gian, người ta xác định
tốc độ bằng tiếp tuyến với đường cong tại thời điểm bất kỳ bởi vì:
2 Xác định bậc phản ứng TOP
Ðể tìm được phương trình tốc độ trên cơ sở kết quả thực nghiệm cần giải quyết hai vấn đề:
- Xác định bậc của phản ứng.
- Xác định hằng số tốc độ phản ứng
Về nguyên tắc, có thể xác định đồng thời bậc và hằng số tốc độ phản ứng. Nhưng dưới đây, chúng ta xác
định chúng riêng rẽ.
2.1 Phương pháp thế
Nguyên tắc: Xác định biến thiên nồng độ của chất nào đó ở thời điểm khác nhau, rồi lấy giá trị thực nghiệm
thu được thế vào các dạng phương trình của phản ứng bậc 0, 1, 2, 3 xem phương trình nào có giá trị hằng
số tốc độ không thay đổi, thì bậc phản ứng với phương trình đó. Trường hợp không tìm thấy một phương
trình cho giá trị k không đổi, thì phản ứng nghiên cứu là phản ứng phức tạp, tìm cách thích hợp để xác định.


Bảng 2.2: Số liệu động học của phản ứng (4)
t(s)
x
(%)
x
(mol/l)
[A]
o
-[X]
(mol/l)
k
1
.10
4
s

-1

k
2
.10
3

mol
-1
.l.s
-1
k
3
.10
2

mol
-2
.l
2
.s
-1

600 27,9 0,086 0,218 2,37 2,17 1,95
1200 44,8 0,138 0,166 2,19 2,22 2,25
1800 64,2 0,167 0,138 1,90 2,20 2,97
2400 61,5 0,189 0,115 1,76 2,25 3,19
3600 70,5 0,216 0,088 1,49 2,25 3,36
7200 81,3 0,250 0,054 1,04 2,11 4,60
10800 87,1 0,267 0,037 0,85 2,19 6,70

14400 89,4 0,274 0,029 0,71
2,17
2,20
8,80
Nhìn vào bảng số liệu ta thấy, ứng với trường hợp phương trình phản ứng bậc 2, cho trị số k không đổi (cột 6
trong bảng), do đó bậc của phản ứng khảo sát trên là bậc 2.
2.2 Phương pháp đồ thị
Nguyên tắc của phương pháp này là xây dựng đồ thị sự phụ thuộc của nồng độ vào thời gian C = f(t). Tìm
xem dạng nào của hàm số cho đường biểu diễn là đường thẳng, thì bậc của phản ứng phải tìm ứng với dạng
hàm số đó.



Hình 2.6: Sự phụ thuộc của nồng độ vào thời gian của các phản ứng bậc khác nhau.



Phương pháp này mang tên phương pháp Van't Hoff. Áp dụng phương pháp Van't Hoff vào việc nghiên cứu
chất A nào đó thu được các số liệu thực nghiệm sau:



2.3 Phương pháp tốc độ đầu

2.4 Phương pháp chu kỳ bán hủy


CHƯƠNG III
ÐỘNG HÓA HỌC CỦA PHẢN ỨNG PHỨC TẠP
I. PHẢN ỨNG

THUẬN NGHỊCH
1. Phản ứng thuận
nghịch và hằng số cân bằng
2. Phản ứng thuận
nghịch bậc 1
3. Phản ứng thuận
nghịch bậc 2
II. PHẢN ỨNG NỐI
TIẾP
1. Phản ứng nối tiếp
một chiều bậc 1
2. Phản ứng nối tiếp
bậc nhất ba giai đoạn
3. Phản ứng nối tiếp
bậc nhất gồm n giai đoạn