ôn tập tốt nghiệp động học
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.64 MB, 96 trang )
–
Ðộng học hóa học là một bộ phận của hóa lý. Ðộng học hóa học có thể được gọi tắt là
động hóa học.
–
Ðộng hóa học là khoa học nghiên cứu về tốc độ phản ứng hóa học.
–
Tốc độ phản ứng hóa học bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như là: nồng độ, nhiệt độ, áp suất,
dung môi, chất xúc tác, hiệu ứng thế, hiệu ứng đồng vị, hiệu ứng muối
–
: Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đó lên tốc độ phản ứng, người ta
sẽ:
•
Hiểu biết đầy đủ bản chất của các biến hóa xảy ra trong mỗi phản ứng hóa
học.
•
Xác lập được cơ chế phản ứng cho phép chúng ta lựa chọn các yếu tố
thích hợp tác động lên phản ứng, tính chế độ làm việc tối ưu của lò phản
ứng làm cho phản ứng có tốc độ lớn, hiệu suất cao, tạo ra sản phẩm theo ý
muốn.
–
Người ta phân biệt động hóa học hình thức và động hóa học lý thuyết.
•
Ðộng hóa học hình thức chủ yếu thiết lập các phương trình liên hệ giữa nồng độ
chất phản ứng với hằng số tốc độ và thời gian phản ứng.
•
Động hóa học lý thuyết dựa trên cơ sở cơ học lượng tử, vật lý thống kê, thuyết
động học chất khí tính được giá trị tuyệt đối của hằng số tốc độ phản ứng. Ðó là
thuyết va chạm hoạt động và phức hoạt động.
Phân loại
–
Ðộng hóa học hình thành từ nửa cuối thế kỷ XIX trên cơ sở nghiên cứu các phản ứng hữu cơ
trong pha lỏng.
•
Wilamson, Wilhelmi (1812 - 1864) và Guldberg (1836 - 1902) và Waage (1833 - 1900) -
tác giả của định luật tác dụng khối lượng, là những người đặt nền tảng.
•
Van't Hoff và Arrhenuis (1880) – đúc kết ra các phương trình cơ sở của động hóa học.
đã đưa ra khái niệm về năng lượng hoạt động hóa và giải thích ý nghĩa của bậc
phản ứng trên cơ sở của thuyết động học.
•
Khái niệm về xúc tác được Berzlius đưa ra năm 1835. Ostwald đã đưa ra định nghĩa chất xúc tác.
•
Năm 1905 đưa ra lý thuyết về phản ứng liên hợp. Phản ứng quang hóa được nghiên cứu
trong các công trình của (1871 - 1942), Einstein (1879 - 1955), Nernst. Phản ứng dây
chuyền được Semenov (1896) và Hinshelwood (1879 - 1967) nghiên cứu từ khoảng năm 1926
rồi sau đó đúc kết thành lý thuyết phản ứng dây chuyền.
•
Trong những năm 1930, trên cơ sở các công trình nghiên cứu của Eyring, Evans và Polani đã
hình thành lý thuyết tốc độ tuyệt đối của phản ứng hóa học.
Nghiên cứu phản ứng xảy ra nhanh hay chậm (tốc độ phản ứng).
Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng (chất xúc tác, nhiệt độ, áp suất,
nồng độ) và cơ chế phản ứng.
Ví dụ: !
"
#$%&'(")
"
#$%!
"
)*ΔG
0
298K
=-54,6 kcal
=> Về mặt nhiệt động học thì phản ứng xảy ra, nhưng ta thấy như không xảy ra (vì phản ứng xảy ra
rất chậm). Khi tăng nhiệt độ phản ứng lên 300
o
C thì phản ứng xảy ra rất nhanh.
Mục tiêu nghiên cứu về Động hoá học
!"#$$%&'%&
!()))*
+, - +, -
./0
o -1
diamond khí khí rxn
C O CO G kJ.mol+ → ∆ = −
1, - +, - +, - + , -
2 32, - +, - +, - + , -
+ +
+4 35 32
khí khí khí khí
khí khí khí khí
CH O CO H O
C H O CO H O
+ → +
+ → +
Động học (kinetics = from a Greek stem meaning “to move”).
Vận tốc phản ứng: là đại lượng đặc trưng cho sự nhanh hay chậm của sự xảy
ra phản ứng. Vận tốc phản ứng là lượng chất đã phản ứng hay sản phẩm tạo
thành trong một đơn vị thời gian và trong một đơn vị thể tích.
Cách biểu diễn:
Một số khái niệm
+,-./01
2
t
1
[A]
1
[B]
1
t
2
[A]
2
[B]
2
Vận tốc tức thời ≠ Vận tốc trung bình ???
A B
n n
v
V t V t
∆ ∆
⇒ = − = +
∆ ∆
–
Trong động hóa học, người ta sử dụng vận tốc tức thời chứ không sử dụng vận tốc
trung bình.
•
6!789
–
:;#&<$"&=!
"%')>!?@
hay
" "
i i
tb
n C
v i A B
V t t
∆ ∆
= ± = ± =
∆ ∆
tgα
t
•
A%%B@<C
•
>A%<D
>
Tốc độ tại mỗi thời điểm chính là hệ số góc của tiếp tuyến với đường biểu diễn tại thời điểm đó.
i
tt
dC
v
dt
= ±
Một cách tổng quát:
Định luật tác dụng khối lượng:
*3251C.Guldberg – P. Waage %%E@F!định luật tác dụng khối lượngG')%E@
&$HI@J!(&A%,J!(&K$-<!$
C LbB cC+ → +
3 3 3 3
C
A B D
tt
dC
dC dC dC
v
a dt b dt c dt d dt
⇒ = − = − = + = +
M N MDN
a b
v k A=
•
3,0 4 567 8 36 9 7 : / ; 0 71 < /= > ?* > @A 1 1
,B<C/=DE/=1F6
•
G @A1BD*B/=$A/H*E/=1FI@=I@EC/=<@=J
@=EK1F6LEM1F$M/,-7:NO=
IPI$6
•
$B,04567 8369 I@=QEB/=$A/H*>/J,/=
?1F,6RSTS7:C/=I@U2VWUVW'@(4
W$*;P
–
Hằng số tốc độ phản ứng là tốc độ phản ứng khi nồng độ các chất phản ứng bằng nhau và bằng đơn vị
(= 1).
–
Thứ nguyên (đơn vị biểu diễn) của hằng số tốc độ tùy thuộc vào loại (bậc) của phản ứng.
–
Phức chất hoạt động (PCHD): để phản ứng xảy ra thì phải tạo thành một “tổ hợp trung gian”
gọi là PCHD hay Trạng thái chuyển tiếp.
ví dụ:
H
2
+
I
2
2
HI
H H
+
I I
[
H H
I I
]
2
HI
–
Chất trung gian (CTG):
Thực tế, phản ứng phải trải qua các giai đoạn:
1 2 3
4
5
1
2
3
4
5
∆H<0
Chất trung gian là chất có trong thực tế và có thể cô lập được nếu bền.
. . + . .
, - , -
OH
CH CCl H O CH COH HCl
−
+ → +
. . . . . .
. . . . . .
, - M, - N , -
, - M , - N , -
CH CCl CH C Cl CH C Cl
CH C OH OH C CH CH COH
δ δ
δ δ
+ − + −
+ − − +
→ → +
+ → →
–
Phân tử số: là số phân tử có thể tham gia trong một phản ứng sơ cấp ( phản ứng 1 giai
đoạn).
ví dụ:
(O3
(O+
(O.
Pts là số nguyên dương. Trong thực tế, không có spt là 4, vì số va chạm cùng một lúc chỉ có
1,2 còn >= 3 thì xác suất cực kỳ nhỏ.
+
+ +
+ + +
+
+
+
I I
I H HI
NO H N O H O
→
+ →
+ → +
–
Bậc phản ứng:
xét phản ứng:
(a, b,c, d:là hệ số tỉ lượng)
Nếu thực nghiệm cho:
PJ! &<$
MNA%)
Q(&
9 >!R<C
>!R<D
>!R<:,#?;-
⇒
Bậc tổng quát của phản ứng= (m + n + l), ""@$S
XI4!EY,.ZI7;<1F[
C LbB cC+ → +
M N M N M N
m n l
v k A B L=
-
T9U,$T9$-
-
T9&%,$T9%F-
G#!) !$T9
-
T9U<$HV !%B@@&!<$"V$(W!X
>!Y<$
-
Z[$T9%F#?$TY$@ZI(&U)
$T 9 % % ) ; \ >Q $T 9"! ! (& K ] ,(& K- < A %)
$T9%F%%E>QW!I"^$T9%F%$>Q
W!I"(@!%_>!Y`TY$
T/7F;E<\4>>?
Thông qua cơ chế của phản ứng.
Có hai phương pháp để viết được phương trình động học từ cơ chế của phản
ứng:
Phương pháp nồng độ ổn định
Phương pháp cân bằng
–
Phương pháp cân bằng:
•
Xem giai đoạn đầu là gồm các phản ứng cân bằng
•
Giai đoạn tiếp theo là giai đoạn chậm
•
Giai đoạn tiếp theo là các giai đoạn nhanh
Lúc này vận tốc của phản ứng = vận tốc của giai đoạn chậm => loại trừ nồng
độ của hợp chất trung gian ta tìm ra được vận tốc của cả quá trình.
–
Phương pháp nồng độ ổn định (không biết giai đoạn nào là giai đoạn chậm):
•
Các phản ứng qua nhiều giai đoạn thì sẽ qua hợp chất trung gian. Xem nồng
độ chất trung gian không thay đổi và rất nhỏ.
Lúc này vận tốc của phản ứng = vận tốc của phản ứng tạo ra sản phẩm => loại
trừ nồng độ của hợp chất trung gian ta tìm ra được vận tốc của cả quá trình.
•
Xét phản ứng
Có cơ chế như sau:
Xác định biểu thức vận tốc phản ứng?
3
+
.
1
a
a a
a
k
k
k
k
A K AK
B AK ABK
ABK K D
→
+
¬
+ →
→ +
; K x t
A B K K D+ + → +
•
Xét phản ứng:
Z#TY(@
Thiết lập phương trình động học của phản ứng trên ?
3
+ 4 + +
+ 1
k
N O NO O→ +
+
.
1
4
+ 4 + .
+ . + +
+ 4 + + +
k
k
k
k
N O NO NO
NO NO NO O NO
NO N O NO NO NO
→
+
¬
+ → + +
+ → + +
–
3G]!BMZ^<1F'_7;'6
3,04/=?<@=E1F071
2
t
1
= 0
a 0
t
a-x x
" M Nv k A=
M N M N
M N
, -
, -
, -
, -
d A d B
k A
dt dt
d a x dx
k a x
dt dt
dx
kdt a x kt C
a x
− = + =
−
⇔ − = + = −
⇔ = ⇔ − − = +
−
∫ ∫
