Bài giảng hóa học đại cương chương 8 GV quách an bình

LOGO

CHƯƠNG 8: ĐỘNG HÓA HỌC

PowerPoint Template
8.1

Vận tốc phản ứng

8.2

Các yếu tố ảnh hưởng
đến vận tốc phản ứng

Enter

www.themegallery.com

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

I wonder what
happens if I mix
these two
solutions…

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

WOW, that was
really FAST

Gv: Quach An Binh

It was also
really FUN

Thang 8-2009

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

1


8.1 Vận tốc phản ứng

I wonder if I should
be wearing my
goggles?

1 Khái niệm vận tốc phản ứng
8.1.1
1

8.1.2 Tốc độ trung bình và tốc độ tức thời
8.1.3 Phương pháp xác định tốc độ phản ứng

Back
Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

8.1.1 Khái niệm vận tốc phản ứng

Back
Gv: Quach An Binh

8.1.2 Tốc độ trung bình và tốc độ tức thời

Tốc độ của phản ứng hóa học là đại lượng
đặc trưng cho diễn biến nhanh hay chậm
của một phản ứng hóa học.

aA + bB + … = eE + fF + …

rate = −
Tốc độ của phản ứng hóa học là biến thiên
nồng độ của một trong những chất tham
gia phản ứng hoặc chất thành trong một
đơn vị thời gian.
V=

Nồng độ sau – nồng độ trước
Thời gian sau – thời gian trước

Gv: Quach An Binh

=

Back

∆[C]
∆t
Thang 8-2009

Thang 8-2009

1 ∆[ A]
1 ∆[ B] 1 ∆[ E ] 1 ∆[ F]
=−
=
=
a ∆t
b ∆t
e ∆t
f ∆t

Tốc độ trung bình của phản ứng :
V = ± ∆C/∆t
Tốc độ tức thời của phản ứng:
V = lim v ∆t→0 = ± dC/dt
Back
Gv: Quach An Binh

8.1.3 Phương pháp xác định
tốc độ phản ưng

Thang 8-2009

8.1.3 Phương pháp xác định
tốc độ phản ưng

Ví dụ xét phản ứng phân hủy N2O5.
2N2O5 (k)

2N2O4 (k) + O2 (k)
Gas
buret

- khi N2O5 phân hủy, N2O4 giữ lại trong dung
dịch và O2 có thể thu được qua ống đong.

Constant temperature bath
Enter
Gv: Quach An Binh

Back
Thang 8-2009

Enter
Gv: Quach An Binh

Back
Thang 8-2009

2


8.1.3 Phương pháp xác định
tốc độ phản ưng
T(s)
0
300
600
900
1200
1800
2400
3000
4200
5400
6600
7800

12

VO2
0
1.15
2.18
3.11
3.95
5.36
6.50

7.42
8.75
9.62
10.17
10.53

Kết quả thí nghiệm

Enter

8.1.3 Phương pháp xác định
tốc độ phản ưng

Gv: Quach An Binh

VO2 (ml)

10
8

6

4
2

T(s)
0
0

T(s)

0
300
600
900
1200
1800
2400
3000
Click xem violip
Gv: Quach An Binh

∆ V (O2)
∆t

Enter

Back
Thang 8-2009

8.2.1 Nồng độ

VO*2

8.2.2 Cơ chế và
bậc phản ứng

0.0038
0.0034
0.0031
0.0028

0.0024
0.0019
0.0015

Vận tốc
Phản ứng

8.2.3 Nhiệt độ
8.2.4 Xúc tác
Back
Thang 8-2009

Định luật tác dụng khối lượng
Trong hệ đồng thể, ở nhiệt độ không đổi,
tốc độ phản ứng tỷ lệ thuận với tích số nồng
độ các chất phản ứng (kèm theo số mũ
thích hợp)”.
Phương trình toán mô tả quan hệ của tốc độ
tức thời với nồng độ các chất phản ứng
được gọi là phương trình tốc độ phản ứng
hay phương trình động học.
Enter

8000

8.2 Các yếu tố ảnh hưởng
đến vận tốc phản ứng

8.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ

Gv: Quach An Binh

6000

Gv: Quach An Binh

8.1.3 Phương pháp xác định
tốc độ phản ưng
O2 =

4000

Tốc độ của oxi giảm cùng thời gian
Back
Thang 8-2009

Tốc độ trung bình:
Tốc độ giải phóng

2000

Back
Thang 8-2009

Back
Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

8.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ

aA + bB

= cC + dD

Tốc độ phản ứng V= k CmA.CnB.
Trong đó:
- k: hằng số tốc độ của phản ứng.
- CA và CB: nồng độ mol/l của chất A và
chất B tại thời điểm khảo sát.
- m, n: bậc phản ứng của chất A và B, bậc
phản ứng được xác định bằng thực nghiệm
Enter
Gv: Quach An Binh

Back
Thang 8-2009

3


8.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ

8.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ
Đối với chất khí nồng độ được thay thế
bằng áp suất riêng phần của chúng.

V= k.PmA.PnB
1. Click xem violip

- Với PA và PB là áp suất riêng phần của chất

2. Click xem violip

A và B tại thời điểm khảo sát.
3. Click xem violip
Enter

4. Click xem violip

Gv: Quach An Binh

Back
Thang 8-2009

8.2.2 Ảnh hưởng của cơ chế và bậc phản ứng
Bậc phản ứng là một đại lượng thực
nghiệm, nó là tổng số mũ các nồng độ
trong phương trình động học. Bậc phản
ứng cho biết ảnh hưởng tổng quát của
nồng độ lên vận tốc phản ứng.
-

phản ứng bậc không: m=n=0
phản ứng bậc một m+n=1
phản ứng bậc hai m+n=2
phản ứng bậc ba m+n=3.

Enter
Gv: Quach An Binh

Back
Thang 8-2009

8.2.2 Ảnh hưởng của cơ chế và bậc phản ứng
4Fe2+ + O2 = 4Fe3+ + 2H2O
- Phản ứng đó trải qua các giai đoạn sau:
Fe2+ + O2 → Fe3+ + O2O2- + H+ → HO2.
Fe2+ +HO2. → Fe3+ + HO2HO2- + H+
→ H2O2
H2O2 + Fe2+ → Fe3+ + OH- + O.H
Fe2+ + O.H → Fe3+ + OHOH- + H+ → H2O

Back
Gv: Quach An Binh

8.2.2 Ảnh hưởng của cơ chế và bậc phản ứng
Phản ứng hóa học xảy ra phức tạp.
Trải qua nhiều giai đọan trung gian
Giai đọan nào chậm nhất là giai đoạn
quyết định tốc độ phản ứng.
Mỗi giai đoạn là một quá trình cơ bản.
Tập hợp các quá trình cơ bản gọi là cơ chế
phản ứng.
Ví dụ:
4Fe2+ + O2 = 4Fe3+ + 2H2O
Enter
Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

Back
Thang 8-2009

8.2.3 Ảnh hưởng của Nhiệt độ

8.2.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ
8.2.3.2 Thuyết va chạm hoạt động
8.2.3.3 Thuyết trạng thái chuyển tiếp

Back
Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

Back
Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

4


8.2.3.1 Ảnh hưởng của Nhiệt độ

8.2.3.1 Ảnh hưởng của Nhiệt độ

Đa số vận tốc của phản ứng hóa học đều
tăng theo nhiệt độ.

v2

=γ
v1

Ví dụ:
H2(k)+O2(k)=H2O ∆G0298=-54,635kcal/mol
- Phản ứng trên ở 6000C thì xảy ra rất nhanh

- Theo Van’t Hoft: Hầu hết tốc độ của các
phản ứng tăng theo nhiệt độ, cứ nhiệt độ
tăng 10 độ thì tốc độ tăng lên 2-4 lần.

t2 − t1
10

Trong đó:
γ là hệ số nhiệt độ.
V1 là tốc độ phản ứng ở nhiệt độ t1.
V2 là tốc độ phản ứng ở nhiệt độ t2.
1. Click xem violip

Enter

Back

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

8.2.3.1 Ảnh hưởng của Nhiệt độ
Năm 1889, Arrhenius người Thụy Điển đã

đưa ra phương trình thực nghiệm biểu
diễn mối quan hệ hằng số vận tốc với
nhiệt độ.
dlnk
E
dT

=

Enter

Enter

-Ea

k = k0 x e RT

kT2
kT1

=

-Ea
R

[

1
T2

-

1
T1

Back

Điều kiện để phản ứng hóa học xảy ra là
các phân tử của chất tham gia phản ứng
phải va chạm tương tác với nhau.
Phải làm yếu hoặc làm đứt để tạo thành
liên kết mới.
Xây dựng liên kết mới đòi hỏi phải tiêu tốn
một năng lượng nhất định.
Vận tốc tỷ lệ thuận với số lần va chạm
hiệu quả.

Gv: Quach An Binh

Phương trình Arrhenius có thể viết dưới
dạng:

ln

8.2.3.2 Thuyết va chạm hoạt động

Back
Thang 8-2009

Thang 8-2009

8.2.3.1 Ảnh hưởng của Nhiệt độ

Lấy tích phân phương trình
nhiệt độ T1 đến T2 ta được:

Thang 8-2009

Back

2. Click xem violip

Gv: Quach An Binh

a

RT2

Trong đó:
- k: hằng số vận tốc phản ứng
- R: hằng số khí
- Ea: năng lượng hoạt hóa.

Gv: Quach An Binh

Enter

dlnk
dT

=

Ea
RT2

từ

]
Back

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

8.2.3.2 Thuyết va chạm hoạt động
Năng lượng dư mà các phân tử có được để
va chạm của chúng dẫn đến sự hình thành
chất mới gọi là năng lượng họat hóa
(Ea đơn vị kcal/mol; kj/mol).
Năng lượng hoạt hóa là năng lượng cần
thiết để đưa các phân tử có năng lượng
trung bình lên trạng thái hoạt động.

Enter
Gv: Quach An Binh

Back
Thang 8-2009

5

Giản đồ năng lượng của phản ứng

Giản đồ năng lượng của phản ứng

∆H

Thế năng

Cho thấy sự biến đổi
Năng lượng trong giai
Đoạn phản ứng

Thế năng

Năng lượng
Hoạt hóa

Thế năng

Năng lượng
hoạt hoá

thay đổi

Tọa độ phản ứng
Enter

Back

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

Enter

Back

Chiều quá trình

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

8.2.3.3 Thuyết trạng thái chuyển tiếp
(Thuyết phức chất hoạt động)

8.2.3.2 Thuyết va chạm hoạt động

Thời điểm va chạm của các phân tử hoạt
động, các mối liên kết cũ bị yếu đi (chưa
phá vỡ) liên kết mới hình thành trạng thái
trung gian gọi là trạng thái chuyển
tiếp(không bền) có năng lượng dự trữ lớn.

1. Click xem violip
2. Click xem violip
3. Click xem violip

Phức chất hoạt động tồn tại trong một thời
gian ngắn.

4. Click xem violip

Khi phân hủy thành sản phẩm kèm theo giải
phóng năng lượng.

5. Click xem violip
Back
Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

Enter

Back

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

8.2.3.3 Thuyết trạng thái chuyển tiếp
(Thuyết phức chất hoạt động)

8.2.3.3 Thuyết trạng thái chuyển tiếp
(Thuyết phức chất hoạt động)

Năng lượng hoạt hóa là năng lượng tiêu
tốn để chuyển chất tham gia pư ở trạng

thái căn bản thành phức hoạt động.
Để thấy rõ quan hệ giữa chất đầu, trạng
thái chuyển tiếp, sản phẩm. Người ta dùng
đồ thị phản ứng.

Với:

H2 + I2 = 2HI
H-H

H….. H

- EH-H:năng lượng liên kết của H2=104kcal/mol
- EI-I:năng lượng liên kết của I2=36kcal/mol
- EH-I:năng lượng liên kết của HI=72kcal/mol
- Eat: năng lượng hoạt hóa của phản ứng
thuận= 40kcal/mol.

H

- Ean:năng lượng

H

hoạt hóa

của phản ứng

nghịch= 44kcal/mol.
Enter

I-I

Gv: Quach An Binh

I…….I
Phức chất hoạt động H2I2

I

I

Back

Thang 8-2009

Enter
Gv: Quach An Binh

Back
Thang 8-2009

6


8.2.3.3 Thuyết trạng thái chuyển tiếp
(Thuyết phức chất hoạt động)

8.2.3.3 Thuyết trạng thái chuyển tiếp
(Thuyết phức chất hoạt động)

Hiệu ứng nhiệt của phản ứng nếu tiến
hành bằng cách làm đứt các liên kết của
H2 và I2 là:
∆H = ∑Elktc +∑Elksp =(EH-H + EI-I)- 2EHI
= (104+36) – 2.72 = -4 kcal/mol
Năng lượng hoạt hóa trong trường hợp
này là:

Năng lượng họat hóa càng nhỏ thì có

Eat = EH-H + EI-I = 104+36 = 140 kcal/mol
Ean= 2EH-I = 2.72 = 144 kcal/mol

30kcal/mol ở nhiệt độ thường xảy ra rất

Enter

nhiều phân tử có thể trở thành phân tử
hoạt động, vận tốc pư càng lớn.
Phản ứng có năng lượng hoạt hóa từ 1030kcal/mol tiến hành với vận tốc đo được.
Phản ứng có năng lượng hoạt hóa lớn hơn
chậm.
Back

Back

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

8.2.4 Ảnh hưởng của xúc tác

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

8.2.4.1 Khái niệm chất xúc tác
Khái niệm:

8.2.4.1 Khái niệm chất xúc tác

Chất xúc tác là chất tham gia vào một giai

8.2.4.2 Phân loại chất xúc tác

đoạn của phản ứng và làm tăng tốc độ của
phản ứng, sau đó được phục hồi và tách ra

8.2.4.3 Tính chất của xúc tác

khỏi sản phẩm của phản ứng mà không bị
biến đổi cả về tính chất hoá học cũng như

8.2.4.4 Cơ chế của xúc tác

về lượng.
Back
Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

Click xem violip
Gv: Quach An Binh

8.2.4.2 Phân loại chất xúc tác

1

Xúc tác

Enzym

Xúc tác đồng thể
- Xúc tác đồng thể: có cùng pha với chất
tham gia phản ứng (dung dịch axit, bazơ,
muối của kim loại chuyển tiếp…)
- Ví dụ: Nhiệt phân dietyl ete ở pha khí với
xúc tác đồng thể là hơi iot:

Đồng thể

2

3

Dị thể

C2H5OC2H5 + I2 → CH3CH2I + HI + CH3CHO
CH3CH2I + HI → CH3CH3 + I2

CH3CHO → CH4 + CO

Back
Gv: Quach An Binh

Back
Thang 8-2009

Thang 8-2009

Back
Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

7


Xúc tác enzym

Xúc tác dị thể
Xúc tác dị thể: không cùng pha với chất
tham gia phản ứng, phản ứng hoá học
xảy ra trên bề mặt chất xúc tác.

- Các quá trình sinh hóa được xúc tác bởi
một loại chất đặc biệt là các men (enzym),
chúng biểu lộ giống xúc tác dị thể và được

2C2H5OH → CH2=CH-CH=CH2 + H2 + 2H20

- Với xúc tác ZnO, Al2O3, MgO.

Back
Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

Xúc tác enzyme
E+S

Xem violip

k2

ES

Enter

Back

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

8.2.4.3 Tính chất của xúc tác

Xúc tác enzym
k1

gọi là xúc tác vi dị thể.

→E+P

Chất xúc tác chỉ làm tăng vận tốc phản
ứng có ∆G<0.
∆G>0 bất kỳ xúc tác nào cũng không diễn

k-1

ra được.
Xúc tác làm năng lượng hoạt hóa giảm.
Xúc tác không làm thay đổi cân bằng
nhưng làm cân bằng đạt nhanh hơn.
E+S

k1
k-1

Gv: Quach An Binh

ES

Xúc tác có tính chọn lọc.

k2

ES → E + P

Back
Thang 8-2009

8.2.4.3 Tính chất của xúc tác

-

Ví dụ: Rượu etylic với xúc tác khác nhau
cho sản phẩm khác nhau:
Xúc tác Cu ở 200 đến 2500C cho sản phẩm
andehit.
Xúc tác Al2O3 ở 300 đến 3600C cho sản
phẩm etylen.
Xúc tác ZnO + Cr2O3 ở 400 đến 5000C cho
sản phẩm butadien.
Xúc tác H2SO4 đặc ở 1400C cho sản phẩm
dietyl eter.

Enter

Back

Gv: Quach An Binh

8.2.4.4 Cơ chế của xúc tác

Cơ chế

Xúc tác
trong
phản ứng
đồng thể

Back
Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

Thang 8-2009

Xúc tác
trong
phản ứng
dị thể
Back

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

8


Cơ chế của xúc tác trong
phản ứng đồng thể

Cơ chế của xúc tác trong
phản ứng đồng thể
Phản ứng đồng thể tác dụng chủ yếu của
xúc tác làm giảm năng lượng hoạt hóa của
phản ứng bằng cách thay đổi cơ chế phản
ứng từ đó làm tăng vận tốc.

Cơ chế tác dụng của xúc tác được giải
thích bằng thuyết trạng thái chuyển tiếp.

Giả sử ta có:
A + B → AB
Phản ứng không có xúc tác:
A + B → A…B → AB E1 (1)
Phản ứng có xúc tác X, có 2 giai đoạn:
A + X → AX E2 (2)
AX + B → AX…B → AB E3 (3)
Phản ứng (2) và (3) xảy ra dễ dàng hơn và
nhanh hơn phản ứng (1).

Enter

Back

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

Enter

Back

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

O…O…O.O

Không xúc
tác cần nl
hoạt hóa là
17kj

Nl hoạt hoá khi
pư không có XT

O + O3 (+Cl)
Phản ứng
cóxúc tác

Cl…..O…O.O

Có xúc tác nl
hh còn 2.1kj

Cl…..O…O

ClO + O2 (+O)

0.4 kj

Phản ứng
không
cóxúc tác

Thế năng

Nl hoạt hoá khi

pư có XT

Nl giải phóng
của pư thuận
Enter

Gv: Quach An Binh

Quá trình pư

Back
Thang 8-2009

Enter

O2 + O2 (+Cl)

Gv: Quach An Binh

Back
Thang 8-2009

Cơ chế của xúc tác trong
phản ứng dị thể

Cơ chế của xúc tác trong
phản ứng đồng thể

Phản ứng dị thể thì cơ chế hoạt động
của xúc tác phức tạp hơn rất nhiều.

1. Click xem violip

Cho chất xúc tác phân bố lên chất
mang.

2. Click xem violip

Phản ứng xảy ra ở các trung tâm hoạt
động trên bề mặt chất xúc tác.

3. Click xem violip

Quá trình xúc tác dị thể gồm 5 giai
đoạn:
Back
Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

Enter
Gv: Quach An Binh

Click xem violip

Back
Thang 8-2009

9

Cơ chế của xúc tác trong
phản ứng dị thể

Cơ chế của xúc tác trong
phản ứng dị thể
Quá trình xúc tác dị thể gồm 5 giai đoạn

Quá trình xúc tác dị thể gồm 5 giai
đoạn:
- Chuyển chất đến bề mặt phân chia pha.
- Hấp phụ chất phản ứng.
- Phản ứng hóa học diễn ra trên bề mặt.
- Giải hấp phụ các sản phẩm.
- Chuyển sản phẩm ra khỏi bề mặt xúc
tác.
Enter

Back

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

Cơ chế của xúc tác trong
phản ứng dị thể

Enter
Gv: Quach An Binh

1

Click xem violip

2

Click xem violip

3

Click xem violip

4

Click xem violip

5

Click xem violip

Giai đoạn 1:
Chuyển chất
đến bề mặt
phân chia
pha

Giai đoạn 2:
Hấp phụ
chất phản
ứng

Giai đoạn 3:
Phản ứng
hóa học

Enter

Giai đoạn4,5:
Giải hấp
và chuyển
sản phẩm
ra bề mặt
Back

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

LOGO

Back

www.themegallery.com

Back

Thang 8-2009

10