tiểu luận động hóa học

BỘ CÔNG THƢƠNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỐ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC


TIỂU LUẬN
ĐỘNG HÓA HỌC
ĐỀ TÀI:TÓM TẮT KIẾN THỨC ĐÃ HỌC





GVHD:Nguyễn Anh Tuấn
Lớp học phần: 210403402


TP HỒ CHÍ MINH Ngày 3/11/2013

Đề tài: tóm tắt kiến thức đã học

GVHD:Nguyễn Anh Tuấn Trang 2

LỜI MỞ DẦU

Động hóa học nghiên cứu diễn biến của quá trình biến đổi hóa học các chất thể hiện ở:
tốc độ quá trình; đƣờng đi của quá trình hay còn gọi là cơ chế phản ứng; các yếu tố ảnh
hƣởng đến vận tốc nhƣ nhiệt độ, môi trƣờng ,
Động hóa học là một môn cơ sở ngành rất quan trọng.Nó giúp ta hiểu sâu xa hơn bản chất
của các quá trình phản ứng ,cũng nhƣ cơ chế phản ứng,nó giúp ta biết dƣợc tốc độ của
một phản ứng .Từ đó ứng ứng dụng vào trong lĩnh vức ngiên cứu điều chế các chất hóa

học cần thiết phục vu cho cuộc sống.
Nhằm hiểu rõ hơn vấn dề trên chúng ta cùng tìm hiểu những vấn đề cơ bản của động hóa
học qua bài tóm tắt những kiến thức cơ bản của dộng hóa học














Đề tài: tóm tắt kiến thức đã học

GVHD:Nguyễn Anh Tuấn Trang 3

CHƢƠNG 1:CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ QUY LUẬT THỰC NGHIỆM
I. Các lĩnh vực nghiên cứu của động hóa học
Động hóa học nghiên cứu về tốc độ và cơ chế của những chuyển hóa hóa học, về
các hiện tƣợng chuyển hóa và về các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình phản ứng hóa
học.
Động hóa học đƣợc chia làm hai bộ phận:
-Mô tả toán học hình thức tốc độ phản ứng dựa vào định luật cơ sở của động hóa
học. Không tính đến cơ chế của tƣơng tác đó.Bộ phận này đƣơc gọi là động học
hình thức hay quy luật cơ sở của động hóa học.

-Động hóa học phân tử nghiên cứu cứu chuyển biến hóa học trên cơ sở số liệu
phân tử, tức là học thuyết về cơ chế của tƣơng tác hóa học.
II. Các khái niệm cơ bản
1. Cơ chế phản ứng:
Thông thƣờng các phản ứng hóa học không xảy ra theo con đƣờng tƣơng tác
đơn giản của các phân tử chất tham gia phản ứng và chuyển trực tiếp thnah2
các phân tử sản phẩm.đa số các phản ứng đều diễn ra theo một số giai đoạn.
2. Tốc độ của phản ứng hóa học đồng thể
Tốc độ của một phản ứng hóa học đồng thể là biến thiên lƣợng chất trong
một đơn vị thời gian , trong một đơn vị thể tích.Đối với phản ứng đồng thể
xảy ra ở thể tích không đổi, tốc độ của quá trình tính theo chất nào đó là biến
thiên nồng độ của chất đó trong một đơn vị thời gian.
Nếu phản ứng đƣợc miêu tả bằng phƣơng trình tỉ lƣợng :
nA+Mb+ = n’A’+M’b’+
trong đó :n,m,n’,m’ là các hệ số tỉ lƣợng;
A,B là các chất tham gia phản ứng
A’,B’ là các sản phẩm phản ứng
Thì tốc độ phản ứng đƣợc tính nhƣ sau:
V
A
= 



hoặc 






Để đo tốc độ phản ứng có giá trị là đơn trị thì phải đƣa vào biển thức tốc độ
các hệ số tỉ lƣợng. Khi đó biểu thức tôc độ có dạng:
V = 





=






= 






=







Theo định luật kinh nghiệm của gunbec – vazơ tốc độ của phản ứng tỉ lệ
với nồng độ chất phản ứng. Đối với phản ứng tổng quát ta có:
Đề tài: tóm tắt kiến thức đã học

GVHD:Nguyễn Anh Tuấn Trang 4

V= k


.



3. Bậc và phân tử số của phản ứng
Bậc của phản ứng là tổng các lũy thừa nồng độ của các chất tham gia phan
ứng trong phƣơng trình biểu diễn sự phụ thuộc tốc độ phản ứng vào nồng độ chất
phản ứng.
Phân tử số của phản ứng là số tiểu phân (phân tử, nguyên tử, ion, gốc tự
do ) tƣơng tác đồng thời, chính những tƣơng tác này dẫn đến biến đổi hóa học.
Phân tử số bao giờ cũng là một số nguyên dƣơng, trong khi đó bậc của
phản ứng có thể là số nguyên, phân số, dƣơng, âm hoặc bằng không.
4. phản ứng đơn giản
Đó là phản ứng theo đó phƣơng trình tỷ lƣợng biểu thị tác động hóa học cơ
bản. Trong trƣờng hợp riêng này bậc và phân tử số phản ứng đƣợc biểu thị bằng
cùng một số. Thí dụ:
Cl
2
2Cl v=k.C
Cl2

bậc 1
Chỉ một phân tử tham gia phản ứng.
1 phân tử số I
2
+ H
2
2HI v=k.C
I2
C
H2
bậc 2
Phản ứng gây ra do va chạm của 2 phân tử.
2 phân tử số 2NO +O
2
2NO
2
v=k.


.

bậc 3
5.Phản ứng phức tạp
Khác với phản ứng đơn giản, phản ứng phức tạp diễn ra qua nhiều giai
đoạn trung gian, do đó phƣơng trình phản ứng hóa học ở dạng tổng quát chỉ là sự
Đề tài: tóm tắt kiến thức đã học

GVHD:Nguyễn Anh Tuấn Trang 5

tổ hợp của nhiều phản ứng trung gian và vì vậy nó không biểu thị cơ chế phản

ứng. Trong trƣờng hợp này bậc và phân tử số không trung nhau.
Thí dụ: sự nhiệt phân etanal không tuân theo quy luật đơn giản về sự biến
thiên nồng độ chất theo thời gian.
CH
3
CHO CH
4
+ CO
Phƣơng trình đông học có dạng v=k[CH
3
CHO]
3/2

Bậc động học của phản ứng này là một phân số và bằng 3/2










Đề tài: tóm tắt kiến thức đã học

GVHD:Nguyễn Anh Tuấn Trang 6

CHƢƠNG 2 : ĐỘNG HÓA HỌC CỦA PHẢN ỨNG ĐỒNG THỂ CÓ BẬC ĐƠN GIẢN
1.Một số định nghĩa và khái niệm:

1.1. Định nghĩa:
Phản ứng một chiều có bậc đơn giản là mọi phản ứng một chiều bất kỳ, kể
cả các phản ứng phức tạp có cơ chế dây chuyền hay không dây chuyền, trong pha
khí hay
trong dung dịch có bậc toàn phần đƣợc xác định bởi thực nghiệm là một số nguyên
dƣơng,bằng 1, 2 hoặc 3.
1.2. Dạng phản ứng và phƣơng trình động học:
γA → sản phẩm (γ = 1,2,3 là hệ số tỉ lƣợng)
Phƣơng trình động học:


C
a
n
(n là bậc của A đồng thời là bậc toàn phần
của phản ứng).
2. Phản ứng bậc 1:
2.1. Một số ví dụ:
CH
3
N
2
CH
3
→ C
2
H
6
+ N
2

2N
2
O
5
→ 2N
2
O
4
+ O
2

CH
3
OCH
3
→ CH
4
+ CO + H
2

2.2. Phƣơng trình động học:
A -> sản phẩm
t=0 0 0  vận tốc V=0
t0 a-x x  vận tốc V=


=k
1
.(a-x).




→ 


 

 

 . Trong đó C là hằng số tích
phân.
Tìm hằng số tích phân C bằng cách từ điều kiện đầu tại t = 0, x = 0 suy ra C = -
lna. Thay
vào (*) ta có:



, hay ln(


=k
1
t.
phƣơng trình ta thấy thứ nguyên của k là t
-1
.
Nồng độ chất đầu tại thời điểm t là : a x a.e
k1t

Nồng độ sản phẩm tại thời điểm t là : x a(1 e
k1t
)
Nhận xét : Khi t = ∞ thì x = a nghĩa là phản ứng bậc 1 không có thời điểm kết
thúc.
Đề tài: tóm tắt kiến thức đã học

GVHD:Nguyễn Anh Tuấn Trang 7

* Thời gian bán huỷ của phản ứng ký hiệu là
1/2


½=












Nhận xét: Thời gian nữa phản ứng không phụ thuộc vào nồng độ ban đầu. Đây là
đặc
trƣng quan trọng mà phản ứng bậc 1 mới có.
* Cách xác định hằng số tốc độ k1 bằng phƣơng pháp đồ thị.

Chuyển phƣơng trình về dạng :
ln a - ln(a- x) = k t
hay ln(a- x) = ln a- k t
y = b – ax
tg



3. Phản ứng bậc 2; 1 chiều:
a) Phản ứng bậc 2; 1 chiều: là phản ứng có tốc độ phụ thuộc bậc 2 vào nồng độ chất
phản ứng
ví dụ: 2HI  H2 + I2
Ta xét phản ứng: A + B  sản phẩm
Nếu ban đầu CA=CA thì tại t=0 a a 0
t a-x a-x x
Ta có vận tốc phản ứng tại thời điểm t: V =


=


=k2.(a-x)
Trƣờng hợp CA ≠ CB (a≠ b). Khi đó V=





=









 


Ví dụ phản ứng : C

COO



+ NaOH → C

COONa + 



OH
Trƣờng hợp phức tạp hơn đó là loại phản ứng mà các chất tham gia có hệ số tỷ
lƣợng khác
nhau. Ví dụ: 






+ 3KI → 



+ 2KBr + KI3.
Nếu lúc đầu A và B lấy theo nồng độ tỷ lƣợng thì phản ứng bậc 2 loại này cũng
đƣợc biểu
thị nhƣ phƣơng trình (2).
Ghi chú: Đa số các phản ứng sơ cấp có sự tham gia của nguyên tử tự do hoặc gốc
tự do là
phản ứng 2 phân tử có bậc bằng 2 thuộc một trong hai dạng trên.
Ví dụ phản ứng thuộc dạng (1): CH3 CH3 C2 H6
Đề tài: tóm tắt kiến thức đã học

GVHD:Nguyễn Anh Tuấn Trang 8

Ví dụ phản ứng thuộc dạng (2): HBr H H2 Br
b) Động học của phản ứng bậc 2 đơn giản:
+ Khi CA = CB = a.
Ta có: V=-


=


=k2.(a-x)2  








= 



Theo công thức tích phân : 







=







Khi n = 2, ta có từ điều kiện ban đầu x = 0 khi t = 0 suy ra hằng số tích phân C =
1/a.
Vậy






=k2t  k2=
















Động học phản ứng bậc 2 khi CA ≠ CB:





=








Để giải
phƣơng trình này ta phân ly biến số, lấy tích phân:







=k2+c
Sau một số biến đổi ta có:





=k2t →k2=






(Chú ý : Không có biểu thức tính T
1/2
cho cả 2 chất).
c) Sự giảm bậc của phản ứng:

Trong một phản ứng khi nồng độ của một chất >> chất kia (ví dụ: b>>a, vì x<a
nên x<<b và
b-x ≈ b). Khi đó ta viết:


=k2(a-x).b=k’.(a-x). với k2b=k’
Phƣơng trình này có dạng bậc1:kt


và ngƣời ta nói phản ứng có bậc 1 giả.
Ví dụ: Phản ứng thuỷ phân Sacaro C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6.
Nếu trong
phản ứng lấy [H2O]>>[Sacaro] thì phản ứng xảy ra theo qui luật động học bậc 1.
d) Phản ứng bậc 2 có nồng độ không tỷ lƣợng:
γ1A1 + γ2A2 → sản phẩm
t=0 a b
t≠ 0 a-x (b-


 )
Đề tài: tóm tắt kiến thức đã học

GVHD:Nguyễn Anh Tuấn Trang 9

Các nồng độ ban đầu sẽ tỷ lƣợng nếu b


 thì phƣơng trình động học sẽ có
dạng đơn
giản.

Xét trƣờng hợp khi b


thì phƣơng trình động học có dạng:





=


=k2.(a-x).( b-


 )
Khi γ1 = γ2 = 1 thì phƣơng trình này trở lại (1).
Ví dụ: C2H4Br2 + 3KI → C2H4 + 2KBr + KI3.
Phƣơng trình tốc độ phản ứng là: V =


=k2 [C2H4Br2][KI] k(a-x)(b-3x)
Phƣơng trình dạng tích phân: k
2
t=






4. Phản ứng bậc 3, 1 chiều:
* Có 3 trƣờng hợp sau:
a). 3A → sản phẩm (CA = CB = CC).
Khi đó V =





=


=k
2
.(a-x)
3
. Thực tế hầu nhƣ không gặp phản ứng loại này.
b). 2A + B → sản phẩm (CA = CB ≠ CC).
khi đó V =





=


=k3.(a-2x
2

).(b-x)
Nếu nồng độ của A và B là tỷ lƣợng tức là a/2 = b thì phƣơng trình lại trở lại bậc 3
và có
dạng nhƣ trƣờng hợp CA = CB = CC.
Phản ứng bậc 3 ở dạng này là phản ứng trong pha khí.
Ví dụ: 2NO + O2 → 2NO2
2NO + Cl2 → 2NOCl
2NO + Br2 → 2NOBr
Thực nghiệm cho biết bậc của phản ứng đối với NO là 2, đối với X(O, Cl, Br) là 1.
Phƣơng trình động học dạng vi phân là:



=k
NO
.C
2
NO
.C
x
(kNO = 2kx).
Nếu nồng độ đầu của a, b là tỷ lƣợng tức là a/b = 2/1 hoặc b = a/2 thì phƣơng trình
trên trở về trƣờng hợp đầu CA = CB = CC và V= k
2
.(a-x)
3

c) Phản ứng bậc 3 dạng: A + B + C → sản phẩm (CA ≠ CB ≠ CC).
Đề tài: tóm tắt kiến thức đã học

GVHD:Nguyễn Anh Tuấn Trang 10

Vận tốc phản ứng V=





=


=k3.(a-x).(b-x).(c-x). Nếu a = b = c thì trở về
trƣờng
hợp đầu.
* Động học phản ứng bậc 3:
a). Trƣờng hợp CA = CB = CC = a:
V =





=


=k
2
.(a-x)
3
Tích phân ta có : 






 




→







=k2t+C
Khi t = 0, x = 0 thì C = 1/2a
2
. Vậy k2t=


[








  k3=


[








Thay a - x = a/2 ta có:T
½
=




b). Trƣòng hợp phƣơng trình có dạng:


=k3.(a-2x
2
).(b-x) Phân ly biến và lấy tích
phân ta có: k3t =
















.
c). Trƣờng hợp phƣơng trình có dạng:


=k3.(a-x).(b-x).(c-x).
Phân ly biến số và lấy tích phân ta có:
-k3t=




























d). - Nếu c >> a; c >> b; c-x ≈ c thì phƣơng trình có dạng:
-k3t=



















-k3ct=






Phƣơng trình này có dạng bậc 2 và ngƣời ta nói trƣờng hợp này là phản ứng bậc 2
giả.
- Nếu 2 trong 3 chất có nồng độ lớn hơn nhiều chất còn lại. Ví dụ c >> a; b>> a thì
khi đó
c-x ≈ c; b-x ≈ b thì phƣơng trình phản ứng bậc 3 sẽ có dạng:


. Đặt k3.b.c=k3’ ta có




. Ngƣời ta gọi đây là
phản ứng bậc 1 giả.
5. Phản ứng bậc không:
Loai phản ứng có tốc độ không phụ thuộc vào nồng độ chất phản ứng. Ví dụ phản

ứng
Đề tài: tóm tắt kiến thức đã học

GVHD:Nguyễn Anh Tuấn Trang 11

thuỷ phân este khó tan trong nƣớc, nếu dƣ este để trong quá trình phản ứng luôn
có một lớp este thì trong quá trình phản ứng sự tiêu thụ este trong lớp nƣớc luôn
đƣợc bổ sung bởi lớp este dƣ.Hoặc phản ứng quang hóa, phản ứng xúc tác…đều
thuộc vào loại phản ứng bậc không đối với chất phản ứng.Phản ứng bậc không có
thể là phản ứng dị thể xẩy ra trên bề mặt rắn của xúc tác, ví dụ sự phân hủy NH3
hoặc N2O trên dây Pt đốt nóng. Khi bề mặt Pt bảo hòachất khí không làm thay đổi
nồng độ ở bề mặt của Pt, lúc đó tốc độ phản ứng không phụ thuộc nồng độ của các
chất trong pha khí.



 






.
Hay x=k’t + const
6. Phản ứng bậc n:
Ta xét phản ứng có dạng: nA → sản phẩm (1)
A + B + C +…→ sản phẩm. Khi CA = CB = CC = … = Cn . khi đó



kn.(a-x)n.
phân ly biến số và lấy tích phân ta có:






 hay






Khi t = 0, x = 0 thì C=






 Thay C vào trên ta có:
Knt=













]











Nhƣ vậy thời gian ban hủy tỷ lệ nghịch với a
n-1
và a
n-1
=const.
7. Phản ứng bậc phân số: 1/2; 3/2; 5/2 là những phản ứng phức tạp, thƣờng là cơ chế
dây
chuyền có sự tham gia của gốc tự do. Thƣờng gặp là 1/2; 3/2; còn 5/2 ít gặp hơn.
Ví dụ : CO + Cl2 → COCl2 có bậc 1 với CO, bậc 3/2 với Cl2.
* Phản ứng bậc 1/2:
Phƣơng trình :



 






]
T
½
=




* Phản ứng bậc 3/2:
Đề tài: tóm tắt kiến thức đã học

GVHD:Nguyễn Anh Tuấn Trang 12



















 T
½=




 PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH BẬC PHẢN ỨNG
1> Phƣơng pháp đoán thử:Phƣơng pháp này thực hiện bằng cách thay các dữ
kiện thu đƣợc
vào phƣơng trình động học của phản ứng bậc 1, 2, 3, Phƣơng trình nào cho k =
const thì
bậc của phản ứng là bậc của phƣơng trình đó.
2> Phƣơng pháp đồ thị:
-Nếu ln(a-x)=f(t) cho đƣờng thẳng thì đó là phản ứng bậc 1
-nếu


= f(t) cho đƣờng thẳng thì đó là phản ứng bậc 2
-nếu




= f(t) cho đƣờng thẳn thì đó là phản ứng bậc 3
3> Dựa vào chu kỳ bán hủy:











*/ Logarit 2 vế






-(n-1).lga
*/ Nếu cùng một chất nhƣng lấy hai nồng độ ban đầu khác nhau C01, C02 thì ta có
thể xác định đƣợc bậc phản ứng
Vì











 














 

 




Lấy (b) trừ (a) ta suy ra n =





















4> Phƣơng pháp Van Hốp:
Khi nồng độ các chất ban đầu tham gia phản ứng bằng nhau thì tốc độ phản ứng xẽ
là:
V=k.(a-x)
n

Đề tài: tóm tắt kiến thức đã học

GVHD:Nguyễn Anh Tuấn Trang 13

Xác định tốc độ V1 và V2 bằng các nồng độ tƣơng ứng là (a-x1) và (a-x2) ta suy
ra:
V1=(a-x1)n lgV1 = n.lg(a-x1)

V1=(a-x2)n lgV2 = n.lg(a-x2)










n =













5> Phƣơng pháp cô lập (phƣơng pháp dƣ):
Nếu phản ứng có nhiều chất tham gia và tốc độ phản ứng tính ở dạng:
V=k.C






 



Bậc tổng cộng của phản ứng là : N = n + m + l +
Ta phải xác định n, m, l, Muốn xác định n phải lấy [B], [C] >>[A]. Khi đó tốc
độ phản
ứng thực tế chỉ phụ thuộc vào [A] do đó ta xác định n theo các phƣơng trình nêu
trên.
Một cách tƣơng tự xác định m, l, Từ đó ta có bậc của phản ứng N = n + m + l +



6. Phương pháp phân tích đường cong. (tr. 49, sgk)
* Nếu có một đƣờng cong
 = W = kC
n
= k(.C
0
)
n

chọn: 
1
= ; 
2
= ;

C =  C
0
 = C
0
 =

  = k . 
n

dt
dC
0
1,0
C
C
0
2,0
C
C
dt
dC
dt
d
dt
d
0
C
1
dt
dC

dt
d
1n
0
C


C
0
C
t
C
0
,
1
C
0
,
2
t
1
t
2
Đề tài: tóm tắt kiến thức đã học

GVHD:Nguyễn Anh Tuấn Trang 14

  = k dt 



1
 =


=

 = k t
1
(1)
= k t
2
(2)
Chia (2) cho (1): =
Chọn 
2
=  = = =
lg = lg = (1  n) lg 
1
= (1  n) lg  (1  n) =
n = 1 






n
d



1n
0
C

n
d


1n
1










1
1n
1
1n
1











1
1
1n
1n
1

1n
0
C

1n
1












1

1
1n
2
1n
0
C

1
2
t
t
1n
1
1n
1
1n
2
1n
2
1
1








2

1

1
2
t
t
1
1
1
)(
1
1n
1
1n2
1







































1
1
1
1
1
1
1n

1n
1
1n
1
1
1
1n
1











1
t
t
1
2
1n
1
1


0

1
C
C
0
1
1
2
C
C
lg
1
t
t
lg









0
1
1
2
C
C
lg

1
t
t
lg




















1
1
1
n
1
Đề tài: tóm tắt kiến thức đã học

GVHD:Nguyễn Anh Tuấn Trang 15






CHƢƠNG 3:ÁP DỤNG ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA ĐỘNG HỌC CHO
CÁC PHẢN ỨNG PHỨC TẠP
Các phản ứng thuận nghịch, song song, nối tiếp đều theo nguyên lý diễn
biến độc lập,riêng biệt, không phụ thuộc vào các phản ứng thành phần khác. Biến
đổi tổng quát của cả hệ là tổng đại số các biến đổi độc lập. Ở đây ta tìm cách xác
định hằng số tốc độ của phản ứng thành phần.
1. Phản ứng thuận nghịch:
Là phản ứng 2 chiều thuận và nghịch xảy ra đồng thời, độc lập.
- Phản ứng thuận nghịch và hằng số cân bằng: Xét phản ứng xảy ra ở T = const
γAA + γBB  γCC + γDD
V
T
=k
T
.[




V
N
=k

N
.[




Theo nguyên lý độc lập tại mỗi thời điểm tốc độ của phản ứng thuận nghịch bằng:
V=VT-VN= k
T
.[

 

- k
N
.[




Khi V1=V2 thì k
T
.[

 

= k
N
.[









=









kc: Gọi là hằng số cân bằng. Đây là biểu thức định lƣợng của định luật tác dụng
khối
lƣợng đối với cân bằng hoá học đồng thể do Gunbe và Vagơ thiết lập.
- Động học của phản ứng thuận nghịch bậc 1: A 
Ví dụ: NH4NCS  (NH2)2CS (aminothioxianat  thioure).
A  B
t= 0 a b
Đề tài: tóm tắt kiến thức đã học

GVHD:Nguyễn Anh Tuấn Trang 16

t a-x b-x
Theo nguyên lý diễn biến độc lập phản ứng thuận nghịch tuân theo riêng rẽ các

định luật
tác dụng khối lƣợng, tức là:
V
1
=



=k1.(a-x)
V
2
=



=k2.(a-x)
Tốc độ phản ứng thuận nghịch là:
V=V1-V2=



-



= k1.(a-x)- k2.(a-x)
Khi cân bằng V=V1-V2=0
Khi t = ∞ ta có x = x∞, lúc đó k1.(a-

=k2.(b+


k=










Để tìm trị của k1 và k2 ta biến đổi phƣơng trình thành:


=k
1
a-k
1
x-k
2
b-k
2
x=k
1
a-k
2
b-(k
1
+k

2
)x



=(k1+k2)[










Khi cân bằng


,x=x∞, và k1+k2 0 nên x∞=










Chia cả tử và mẩu cho k2 ta có : x∞=










=







Phƣơng trình có dạng:


=(k1+k2)(a-


Phƣơng trình này có dạng nhƣ phƣơng trình động học bậc 1 nên có thể viết:
(k
1
+k
2

)t=ln






Để tìm k1 và k2 riêng rẽ thì ta lập hệ phƣơng trình:
Đề tài: tóm tắt kiến thức đã học

GVHD:Nguyễn Anh Tuấn Trang 17
























Muốn nghiên cứu phản ứng thuận nghịch phải xác định đƣợc k, k có thể xác định
bằng
thực nghiệm.
Trong trƣờng hợp chỉ có A, chƣa có B khi đó b = 0 nên từ đó ta có:


=


và k=






- Phản ứng thuận nghịch bậc 2 dạng:
A  B + C
Chứng minh nhƣ trên ta có:
k=
















- Nếu có phản ứng thuận nghịch dạng:
A + B  C + D
k=


















2. Các phản ứng song song:
Là hệ hoá học có thể biến đổi theo nhiều hƣớng khác nhau để cho nhiều sản phẩm
giống
nhau hoặc khác nhau, mỗi hƣớng của phản ứng có thể là phản ứng thuận nghịch
hoặc là phản
ứng 1 chiều. Nếu phản ứng độc lập và xuất phát đồng thời từ cùng 1 chất gọi là
phản ứng
song song. Chúng diễn ra với tốc độ khác nhau, có k khác nhau.
- Trƣờng hợp 1: Các chất đầu nhƣ nhau đối với mọi hƣớng.
2KClO
3
 2KCl + 3O
2

4KClO
3
 KCl + 3KClO
4

Đề tài: tóm tắt kiến thức đã học

GVHD:Nguyễn Anh Tuấn Trang 18

KClO3 

 




Hoặc C
2
H
5
OH













- Trƣờng hợp 2: Các chất đầu không chung đối với mọi hƣớng. Chất chung cho 2
phản ứng là Cl2
Cl
2
+ Na  2NaCl
Cl
2
+ 2K  2KCl
Chất chung cho cả hai phản ứng là Cl
2

Khi các phản ứng song song có tốc độ khác nhau nhiều thì phản ứng chính là phản

ứng
có tốc độ lớn nhất do đó sản phẩm với lƣợng lớn nhất, các phản ứng còn lại là
phản ứng phụ.
- Động học của phản ứng song song:
a. Phản ứng song song bậc 1:
A 




















Theo nguyên lý diển biến độc lập:V=V
1
+ V
2

=



+




V=

+

=(k
1
+k
2
)(a-x)=



Có thể viết gọn V =


=k(a-x) nhƣ phƣơng trình bậc 1.
Tích phân ta có : (k1+k2)t=ln



Khi chia





ta có :




=




hay dx
1
=




.dx
2

Sau khi lấy tích phân ta có : x
1
=





.x
2
+C tại t = 0, x1 = x2 = 0 nên C = 0
Bằng thí nghiệm ta xác định đƣợc x1 của B và x2 của C ở thời điểm t bất kỳ và do
đó tính đƣợc








. Từ đó tính đƣợc k
1
và k
2
riêng lẻ



b. Nếu nhiều phản ứng song song bậc 1:
Đề tài: tóm tắt kiến thức đã học

GVHD:Nguyễn Anh Tuấn Trang 19

A 






Thì tốc độ theo các hƣớng sẽ là:

























………………………





 
Tốc độ biến đổi của A theo n hƣớng là:


=











 



=(k
1
+k
2

+…+k
n
)(a-x)=k(a-x)
Tích phân ta có: kt=(k
1
+k
2
+k
3
+…+k
n
)t=ln



Chia các phản ứng với nhau sau đó tích phân ta có : x
1
:x
2
:x
3
:…:x
n
=k
1
:k
2
:k
3
:…:k

n

Hệ thức này cho thấy các nồng độ B, C, , n luôn tỉ lệ không đổi với nhau.
3. Động học của phản ứng nối tiếp bậc 1:
Ví dụ: xà phòng hoá TG
TG + NaOH  DG + RCOONa
DG + NaOH  MG + RCOONa
MG + NaOH  G + RCOONa
Sơ đồ: A B C
t = 0 a
t = t a  x x  y y
Tốc độ chuyển hoá A: = k
1
(a  x) (1)
 (a  x) = a. (2)
x = (a  a. )

1
k

2
k
dt
dx
tk
1
e

tk
1

e

Đề tài: tóm tắt kiến thức đã học

GVHD:Nguyễn Anh Tuấn Trang 20

Tốc độ chuyển hoá B: B hình thành do phản ứng 1 và mất đi bởi phản ứng 2 nên
= k
1
(a  x)  k
2
(x  y) (3)
Thay (2) vào (3): = k
1
a.  k
2
(x  y) (4)
 + k
2
(x  y) = k
1
a.

(5)
Giải phƣơng trình vi phân bậc 1 (5):
Đặt (x  y) = z  + k
2
z = k
1
a.

(6)
Giả sử k
1
a. = 0  + k
2
z = 0 (7)
 =  k
2
dt (8)
Lấy tích phân (nguyên hàm)
lnz = k
2
t + ln E  z = E.

(9)
Vì vế phải của (6)  0 và là hàm của t nên E = f(t). Lấy vi phân (9) theo t:
= k
2
E. + (10)
Đƣa (9) và (10) vào (6) ta có:
 k
2
E. + + k
2
E. = k
1
a.

(11)

k
2
z
dt
)yx(d 
dt
)yx(d 
tk
1
e

dt
)yx(d 
tk
1
e

dt
dz
tk
1
e

tk
1
e

dt
dz
z

dz
tk
2
e

dt
dz
tk
2
e

tk
2
e

dt
dE
tk
2
e

tk
2
e

dt
dE
tk
2
e


tk
1
e

dt
dz
Đề tài: tóm tắt kiến thức đã học

GVHD:Nguyễn Anh Tuấn Trang 21

 =  dE = dt (12)
Lấy tích phân của (12): E = a. + C (13)
Đặt (13) vào (9) ta có: z = a. + C. (14)
Nếu t = 0  z = 0  C =  (15)
Đặt (15) vào (14), thay z = x  y ta có:
x  y = a  a (16)
Hoặc x  y = a (  ) (17)
Đặt giá trị x ở (2) vào (17): y = (a  a )  a (  ) (18)
Hoặc: y = a + (19)


Biểu diễn các hàm pt. 2, pt. 17, pt.19 ứng với nồng độ của nồng độ A, B, C tƣơng
ứng theo thời gian ta có hình

dt
dE
tk
tk
1

2
1
e
e.ak












tk
tk
1
2
1
e
e ak










12
1
kk
k
t)kk(
12
e










12
1
kk
k
tk
1
e

tk
2
e


a
kk
k
12
1










12
1
kk
k
tk
1
e











12
1
kk
k
tk
2
e










12
1
kk
k
tk
1
e

tk
2

e

tk
1
e










12
1
kk
k
tk
1
e

tk
2
e








 tk
12
2
1
e
kk
k
1





 tk
12
1
2
e
kk
k
C
t
(pt 17)
(pt 2)
(pt 19)
tm
(a-x)

y-x
y
a
Đề tài: tóm tắt kiến thức đã học

GVHD:Nguyễn Anh Tuấn Trang 22




Cực đại B = y  x xuất hiện ở t
m
ứng với = 0 (20)
Lấy vi phân biểu thức (x  y) (pt 17):
= a (k
1
+ k
2
) (21)
Đặt bằng không ta có: k
1
. = k
2
.
(22)
Logarit hoá ta có: lnk
1
– k
1
t

m
= lnk
2
– k
2
t
m

 lnk
1
– lnk
2
= k
1
t
m
– k
2
t
m
= t
m
(k
1
– k
2
)
 t
m
= = (23)

Đặt = r  k
2
= (1/r)k
1
(24)
Thay (24) vào (23): t
max
=
1
1
1
ln
k
r
r







(25)
Thay t
max
ở pt. (25) vào (x  y) ở pt. (17):
 (x  y)
max
= (26)
dt

)yx(d 
dt
)yx(d 
12
1
kk
k

tk
1
e

tk
2
e

m1
tk
e

m2
tk
e

21
21
kk
klnkln



21
2
1
kk
k
k
ln

2
1
k
k
r1
a












1r
rln
1r
rln

r
ee
Đề tài: tóm tắt kiến thức đã học

GVHD:Nguyễn Anh Tuấn Trang 23

Nhƣ vậy lƣợng cực đại của [B] (hay x  y) không phụ thuộc vào W
1
, W
2
mà phụ
thuộc vào tỉ lệ k
1
/k
2
= r. Nếu k
1
/k
2
càng lớn thì (x  y)
max
càng lớn, t
max
càng gần
gốc toạ độ.
Điểm uốn S ứng với t
max
: ở đây tốc độ tạo C là max.
Nếu k
1

<< k
2
thì sau 1 thời gian phản ứng: <<
Vậy (x  y) ở (17) trở thành: (x  y) = (27)
Mặt khác từ pt. (2): a. = a  x
Vậy: (x  y) = (28)
Hoặc: = (29)
Nhƣ vậy, tỉ số lƣợng chất B/A = const sau một thời gian tức là tốc độ giảm A (sinh
ra B) và giảm B nhƣ nhau. Đây là trạng thái giả ổn định, khi đó [B] = constant.
Nếu k
1
<< k
2
thì
1
2

 tk
e
, khi đó
0
2
12
1


 tk
e
kk
k

và

y ở pt. (19) có dạng:
y = a(1  ) (30)
Đây là phƣơng trình phản ứng bậc 1 đơn giản.








tk
2
e

tk
1
e

12
1
k k
k a

tk
1
e


tk
1
e

12
1
k k
k )xa(


x a
)yx(


12
1
k k
k

tk
1
e

Đề tài: tóm tắt kiến thức đã học

GVHD:Nguyễn Anh Tuấn Trang 24

CHƢƠNG 4 :ẢNH HƢỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG
I/ Sự phụ thuộc của nhiệt độ tới tốc độ phản ứng:
- Tốc độ phản ứng phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ. Theo quy luật , khi nhiệt độ
tăng lên tốc độ phản ứng cũng tăng lên rất nhanh.
- Phƣơng trình mô tả sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nhiệt độ là phƣơng trình
Arrhenius:
Lnk=-B/T +C
Trong đó: B và C là những hằng số không phụ thuộc vào nhiệt độ và nó đặt trƣng
cho từng phản ứng khác nhau.
Ta có phản ứng : A B
Xuất phát từ phƣơng trình Van’t Hoff, trong trƣờng hợp đẳng áp:






Trong đó thì K=k1÷k2 là hằng số cân bằng của tốc độ.
Xem nhiệt phản ứng nhƣ là hiệu của 2 đại lƣợng:
ΔH= Ea-Ea’














Từ đây ra dạng phƣơng trình vi phân của phƣơng trình Arrhenius ta có:
k1
k2
Đề tài: tóm tắt kiến thức đã học

GVHD:Nguyễn Anh Tuấn Trang 25








Trong đó Ea chính là năng lƣợng hoạt hóa hay gọi là năng lƣợng hoạt động hóa
học.

Khi ta lấy tích phân phƣơng trình trên ta đƣợc :

Lnk=-


+ lnk
o


Trong đó thì lnko là hằng số tích phân.
Theo thực nghiệm thì có thể xác định đƣợc năng lƣợng hoạt hóa Ea theo quan hệ:
Tg =-



Từ đó suy ra k=k
o
e
-Ea/RT
II/ Sự nổ nhiệt:
-Nhiều phản ứng hóa học giải phóng 1 lƣợng nhiệt đáng kể, cho nên có thể
làm cho nhiệt độ của hệ phản ứng tăng lên không ngừng dẫn đến nổ
-Hiện tƣợng chuyển phản ứng đến trạng thái không ổn định tiến đến sự bốc
cháy hỗn hợp và nổ đƣợc gọi là sự nổ nhiệt:
A+B=AB+Q
Trong đó Q là hiệu ứng nhiệt của phản ứng.
LƣỢng nhiệt tỏa ra trong 1 đơn vị thời gian tỉ lệ thuận với tốc độ phản ứng W:
Q1=Q’. W
Q1 = Q’ χA(1-χA)P
2

e
-Ea/RT

Trong đó thì χA đƣợc gọi là số mol riêng phần của A trong hỗn hợp đầu:
P là áp suất tổng cộng của hỗn hợp.