chương 1 động học các phản ứng hóa học đồng thể

LOGO
Giáo viên : Trần Minh Hải
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HÒA
Tuy Hòa - 2010
Chương 1 : Động học các phản ứng hóa học đồng thể
Những khái niệm cơ bản
1.1
Động học các phản ứng đơn giản 1 chiều
1.2
Động học các phản ứng đồng thể phức tạp
1.3
Phương pháp thực nghiệm đo tốc độ phản ứng, xác
định bậc, và hằng số tốc độ phản ứng
Phương pháp thực nghiệm đo tốc độ phản ứng, xác
định bậc, và hằng số tốc độ phản ứng

1.4
Ảnh hưởng của nhiệt độ lên tốc độ phản ứng
Ảnh hưởng của nhiệt độ lên tốc độ phản ứng
1.5
1.1 những khái niệm cơ bản
a
Định nghĩa :
Đại lượng cho biết diễn
biến nhanh, chậm của
phản ứng.
-
Được xác định bằng
thực nghiệm đo độ giảm
số mol chất đầu hoặc độ

tăng số mol sản phẩm
trong một đơn vị thời
gian
1.1.1 Tốc độ phản ứng
Biểu thức tính :
Xét phản ứng

A + B C + D
b
d[A]
V
tb
= = = =
Δ[A]
Δt
Δ[B] Δ[C]
Δt
Δt
Δ[D]
Δt
V =
dt
1.1.2 Định luật tác dụng khối lượng
Nghiên cứu thực nghiệm chứng minh
Đối với các phản ứng khác nhau thì
đường cong biểu diễn sự phụ thuộc
này khac nhau
V = k x [A]
n1
x [B]

n2
Mô tả ảnh hưởng của nồng độ lên tốc
độ phản ứng
K : là hằng số tốc độ của phản ứng

Điều quan trọng cần lưu ý: các số mũ n1, n2 trong phương trình
vận tốc trên không liên quan đến các hệ số cân bằng trong
phương trình phản ứng phức tạp.
1.1.3 Phân loại động học các phản ứng
-
số phân tử tương tác đồng
thời với nhau để trực tiếp gây
ra biến đổi hóa học trong một
phản ứng cơ bản
Phản ứng đơn phân tử:
I
2
→ 2I
Phản ứng lưỡng phân tử:
2HI → I
2
+ H
2
Phản ứng tam phân tử:
2NO + O
2
→ 2NO
2

-

số phân tử tương tác đồng
thời với nhau để trực tiếp gây
ra biến đổi hóa học trong một
phản ứng cơ bản
Phản ứng đơn phân tử:
I
2
→ 2I
Phản ứng lưỡng phân tử:
2HI → I
2
+ H
2
Phản ứng tam phân tử:
2NO + O
2
→ 2NO
2

a. Phân tử số phản ứng
a. Phân tử số phản ứng
1.1.3 Phân loại động học các phản ứng
-
Nếu n = 0 thì , khi đó phản
ứng là bậc không
-
Nếu n = 1 thì , khi đó
phản ứng là bậc nhất (đối
với A)
-

Nếu n = 2 thì , khi đó
phản ứng là bậc 2 (bậc
nhất đối với A, B)
-
Nếu n = 3 → Phản ứng
là bậc 3 (bậc nhất đối với
A, B, C)
-
Nếu n = 0 thì , khi đó phản
ứng là bậc không
-
Nếu n = 1 thì , khi đó
phản ứng là bậc nhất (đối
với A)
-
Nếu n = 2 thì , khi đó
phản ứng là bậc 2 (bậc
nhất đối với A, B)
-
Nếu n = 3 → Phản ứng
là bậc 3 (bậc nhất đối với
A, B, C)
1.1.3 Phân loại động học các phản ứng
b. Bậc phản ứng
b. Bậc phản ứng
Phương trình tổng quát có
dạng :
Khi nồng độ [A] = [B] thì:
Phương trình tổng quát có
dạng :

Khi nồng độ [A] = [B] thì:
b. Bậc phản ứng
b. Bậc phản ứng
[ ] [ ]
21
nn
B.Ak v
=
[ ] [ ] [ ] [ ]
nnnnn
AkAkBAk v
2121
====
+
LOGO
1.2.1- PHẢN ỨNG BẬC NHẤT
a. Định nghĩa:
- Phản ứng mà vận tốc của nó phụ thuộc bậc nhất vào nồng độ.
b. Phương trình động học phản ứng
A C + D
V =
d[A]
dt
= k [A]
[A]
0
= a : nồng độ ban đầu
[A] = a - x : nồng độ thời điểm t
d[A]
[A]

= k dt
LOGO
1.2.1 PHẢN ỨNG BẬC NHẤT
[A]
0
= a : nồng độ ban đầu
[A] = a - x : nồng độ thời điểm t
d[A]
[A]
= k dt
d[a - x]
[a - x]
= k dt
d[x]
[a - x]
= k dt
d[x]
[a - x]
= k dt
LOGO
1.2.1 PHẢN ỨNG BẬC NHẤT
d[x]
[a - x]
= k dt
ln [a - x]
= kt + C
thời điểm t = 0 thì x = 0, C = ln a
ln [a - x]
= kt + ln a
Phương trình động học phản ứng bậc nhất

LOGO
1.2.1 PHẢN ỨNG BẬC NHẤT
c. Thời gian bán huỷ, chu kỳ bán huỷ, thời gian nửa phản ứng (half-life)
Thời gian để nồng độ chất phản ứng giảm một nửa, ký hiệu t
1/2
ln [a - x]
= kt + ln a
thời điểm t
1/2
thì x = ½ a
ln 2
k
t
1/2
=
0,693
k
t
1/2
=
LOGO
Ví dụ
0,693
14
C phân huỷ theo phản ứng bậc nhất, có hằng số vận tốc bằng 1,21 x 10
-4
y
-1
Tính thời gian bán huỷ của một miếng
14

C.
k
t
1/2
=
0,693
1,21 x 10
-4
y
-1

t
1/2
=
=
5727 years
LOGO
Bài tập tự giải 1 :
Giả sử rằng sinh viên sẽ quên một nửa những gì đã được học sau 6 tháng nếu
không ôn tập, một sinh viên năm I bắt đầu học môn học mà không có điều kiện
để ôn tập. Hỏi sau khi tốt nghiệp đại học (5 năm) bao nhiêu những gì đã được
học mà sinh viên này còn nhớ. Coi sự quên như là quá trình bậc I.
LOGO
Bài tập tự giải 2 :
Cho biết đồng vị phóng xạ
14
6
C có chu kỳ bán rã là 5727 năm, sự phân rã phóng
xạ này là quá trình bậc nhất. Một bộ xương người được phát hiện có hàm lượng
14

6
C giảm chỉ còn 1% so với thời điểm ban đầu của nó. Người này sống các đây
bao nhiêu năm?.
LOGO
Bài tự giải 3
Thời gian bán huỷ của một phản ứng là 2,6 năm, tác
chất có nồng độ ban đầu là 0,25 M. nồng độ tác chất
này bằng bao nhiêu sau 9,9 năm nếu phản ứng là bậc
1.
LOGO
Bài tự giải 4
Sự phân huỷ N
2
O
5
: 2N
2
O
5
2N
2
O
4
+ O
2
tuân
theo quy luật động học của phản ứng bậc 1 với
. Hỏi có bao nhiêu %N
2
O

5
bị
phân huỷ sau 2 giờ?
( )
1
002,0
−
=
phk
LOGO
Bài tự giải 5
Sự thải một loại kim loại nặng ra khỏi cơ thể là bậc I và
có thời gian bán huỷ là 60 ngày. Một người cân nặng
75 kg bị ngộ độc 6,4 x 10-3 grams kim loại nặng. Hỏi
phải mất bao nhiêu ngày để mức kim loại nặng của
người này về mức bình thường (bình thường 23 ppb
theo thể trọng).
LOGO
Bài tự giải 6
Thời gian bán huỷ của một phản ứng là 726 s, tác chất
có nồng độ ban đầu là 0,6 M. nồng độ tác chất này
bằng bao nhiêu sau 1452 s nếu phản ứng là bậc 1. Hỏi
mất thời gian bao lâu thì nồng độ tác chất còn 0,1 M.
LOGO
1.2.2 PHẢN ỨNG BẬC HAI
a. Định nghĩa:
- Phản ứng mà vận tốc của nó phụ thuộc bậc hai vào nồng độ.
b. Phương trình động học phản ứng
A + B C + D
V =

d[A]
dt
= k [A][B]
[A]
0
= [B]
0
= a : nồng độ ban đầu
[A] = [B] = a - x : nồng độ thời điểm t
d[A]
[A][B]
= k dt
A. Phương trình động học phản ứng trường hợp a = b
LOGO
1.2.2 PHẢN ỨNG BẬC HAI
d[A]
[A][B]
= k dt
d[a - x]
[a - x]
2
= k dt
d[x]
[a - x]
2
= k dt
[A]
0
= [B]
0

= a : nồng độ ban đầu
[A] = [B] = a - x : nồng độ thời điểm t
LOGO
1.2.2 PHẢN ỨNG BẬC HAI
d[x]
[a - x]
2
= k dt
thời điểm t = 0 thì x = 0, C = 1/a
Phương trình động học phản ứng bậc hai
1
[a - x]
= kt + C
1
[a - x]
= kt +
1
a
LOGO
1.2.2 PHẢN ỨNG BẬC HAI
c. Thời gian bán huỷ, chu kỳ bán huỷ, thời gian nửa phản ứng (half-life)
Thời gian để nồng độ chất phản ứng giảm một nửa, ký hiệu t
1/2
thời điểm t
1/2
thì x = ½ a
1
k a
t
1/2

=
1
[a - x]
= kt +
1
a
LOGO
1.2.2 PHẢN ỨNG BẬC HAI
B. Phương trình động học phản ứng trường hợp a ≠b
A + B C + D
V =
d[A]
dt
= k [A][B]
[A]
0
= a : nồng độ ban đầu
[A] = a - x : nồng độ thời điểm t
d[a - x]
[a - x][b - x]
= k dt
[B]
0
= b : nồng độ ban đầu
[B] = b - x : nồng độ thời điểm t
LOGO
1.2.2 PHẢN ỨNG BẬC HAI
d[x]
[a - x][b - x]
= k dt

1
[a - x][b - x]
=
M
[a - x]
+
N
[b - x]
=
M
[a - x]
+
N
[b - x] [a - x][b - x]
(Mb + Na) – (M + N)x
(Mb + Na) = 1
(M + N) = 0
Mb - Ma = 1
N = - M
M = 1/(b – a)
N = - 1/(b – a)
LOGO
1.2.2 PHẢN ỨNG BẬC HAI






−

−
−
=
a
b
xb
xa
ba
tk .ln
1
.
b
a
xa
xb
ab
tk .ln
1
.
−
−
−
=
, nếu a > b
, nếu a < b