sáng kiến kinh nghiệm ĐỘNG hóa học và xúc tác bồi DƯỠNG học SINH GIỎI

SƠ LƯỢC LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. THÔNG TIN CHUNG VỀ CÁ NHÂN
1. Họ và tên: NGUYỄN NGỌC BẢO TRÂN
2. Ngày tháng năm sinh: 21 – 02 – 1983
3. Nam, nữ: Nữ
4. Địa chỉ: 59/65A – đường Phan Đình Phùng – phường Quang Vinh – TP
Biên Hoà – Tỉnh Đồng Nai
5. Điện thoại: 0613828107 (CQ); ĐTDĐ: 0985945157
6. Fax:

E-mail:

7. Chức vụ: Giáo viên
8. Đơn vị công tác: Trường THPT chuyên Lương Thế Vinh
II. TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO
- Học vị (hoặc trình độ chuyên môn, nghiệp vụ) cao nhất: Thạc sĩ
- Năm nhận bằng: 2011
- Chuyên ngành đào tạo: Lý luận và phương pháp dạy học Hoá học
III. KINH NGHIỆM KHOA HỌC
- Lĩnh vực chuyên môn có kinh nghiệm: Hoá học
Số năm có kinh nghiệm: 7 năm
- Các sáng kiến kinh nghiệm đã có trong 5 năm gần đây:
+ Nhiệt động hoá học.
+ Amino axit và peptit.
+ Lý thuyết cân bằng hoá học.
+ Cấu tạo nguyên tử và liên kết hoá học.
+ Gluxit.

1

Tên sáng kiến kinh nghiệm:

ĐỘNG HÓA HỌC VÀ XÚC TÁC
BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI
I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Vấn đề đào tạo học sinh giỏi luôn là một nhiệm vụ quan trọng, nhất là đối
với trường trung học phổ thông chuyên. Tuy nhiên, giáo trình dành cho
chương trình chuyên không nhiều nên giáo viên và cả học sinh đều gặp không
ít khó khăn trong quá trình dạy và học. Xuất phát từ thực tế đó chúng tôi đã
biên soạn chuyên đề này góp phần trong việc giảng dạy cho học sinh chuyên
Hoá.
Đây là một chuyên đề của cá nhân nên không tránh khỏi những hạn chế
nhất định, rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thấy cô giáo.
II. TỔ CHỨC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
II.1. Cơ sở lý luận
II.1.1. Bồi dưỡng học sinh giỏi Hoá học ở bậc trung học phổ thông
II.1.1.1. Bồi dưỡng học sinh giỏi là phát hiện, đào tạo nhân tài cho đất nước
Trong công cuộc cải cách giáo dục hiện nay, việc phát hiện và đào tạo
những học sinh giỏi để tạo đà phát triển nhân tài cho đất nước là một trong
những nhiệm vụ quan trọng ở bậc THPT. Vì thế người giáo viên bộ môn cần
có nhiệm vụ phát hiện, bồi dưỡng học sinh giỏi bộ môn. Công việc này mới
mẻ, còn gặp nhiều khó khăn và mang những nét đặc thù của nó.
II.1.1.2. Những năng lực và phẩm chất của một học sinh giỏi Hoá học
Có năng lực tiếp thu kiến thức và có kiến thức cơ bản vững vàng, sâu sắc,
hệ thống. Biết vận dụng linh hoạt, sáng tạo những kiến thức cơ bản đó vào
tình huống mới.
Có năng lực tư duy sáng tạo, suy luận logic. Biết phân tích, tổng hợp, so
sánh, khái quát hoá vấn đề, có khả năng sử dụng linh hoạt phương pháp tư
duy: quy nạp, diễn dịch, loại suy…

2


Có kỹ năng thực nghiệm tốt, có năng lực về phương pháp nghiên cứu khoa
học hoá học. Biết nêu ra những lý luận cho những hiện tượng xảy ra trong
thực tế, biết cách dùng thực nghiệm để kiểm chứng lại những lý luận trên và
biết cách dùng lý thuyết để giải thích những hiện tượng đã được kiểm chứng.
II.1.1.3. Một số biện pháp phát hiện và bồi dưỡng học sinh giỏi Hoá học
a) Một số biện pháp phát hiện học sinh có năng lực trở thành học sinh
giỏi Hoá học
Làm rõ mức độ đầy đủ, chính xác của kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo theo tiêu
chuẩn kiến thức, kỹ năng của chương trình và sách giáo khoa.
Làm rõ trình độ nhận thức và mức độ tư duy của từng học sinh bằng nhiều
biện pháp và nhiều tình huống về lý thuyết và thực nghiệm để đo mức độ tư
duy của từng học sinh. Đặc biệt đánh giá khả năng vận dụng kiến thức một
cách linh hoạt, sáng tạo.
Soạn thảo và lựa chọn một số dạng bài tập đáp ứng hai yêu cầu trên đây để
phát hiện học sinh có năng lực trở thành học sinh giỏi Hoá học.
b) Một số biện pháp cơ bản trong quá trình bồi dưỡng học sinh giỏi Hoá học
Hình thành cho học sinh một kiến thức cơ bản, vững vàng, sâu sắc. Đó là
lý thuyết chủ đạo, là các định luật cơ bản, là các quy luật cơ bản của bộ môn.
Hệ thống kiến thức phải phù hợp với logic khoa học, logic nhận thức đáp ứng
sự đòi hỏi phát triển nhận thức một cách hợp lý.
Rèn luyện cho học sinh vận dụng các lý thuyết chủ đạo, các định luật, quy
luật cơ bản của môn học một cách linh hoạt, sáng tạo trên cơ sở bản chất hoá
học của sự vật, hiện tượng.
Rèn luyện cho học sinh dựa trên bản chất hoá học, kết hợp với kiến thức các
môn học khác chọn hướng giải quyết vấn đề một cách logic và gọn gàng.
Rèn luyện cho học sinh biết phán đoán (quy nạp, diễn dịch…) một cách
độc đáo, sáng tạo giúp cho học sinh hoàn thành bài làm nhanh hơn, ngắn gọn

hơn.
Huấn luyện cho học sinh biết tự đọc và có kỹ năng đọc sách, tài liệu.
3


Người giáo viên bộ môn phải thường xuyên sưu tầm tích luỹ tài liệu bộ
môn, cập nhật hoá tài liệu hướng dẫn học sinh tự học, tự nghiên cứu và xem
đó là biện pháp không thể thiếu được trong việc bồi dưỡng học sinh giỏi.
II.1.2. Bài tập hoá học
II.1.2.1. Vai trò, mục đích của bài tập hoá học
Bài tập hoá học vừa là mục tiêu, vừa là mục đích, vừa là nội dung vừa là
phương pháp dạy học hữu hiệu do vậy cần được quan tâm, chú trọng trong
các bài học. Nó cung cấp cho học sinh không những kiến thức, niềm say mê
bộ môn mà còn giúp học sinh con đường giành lấy kiến thức, bước đệm cho
quá trình nghiên cứu khoa học, hình thành phát triển có hiệu quả trong hoạt
động nhận thức của học sinh.
Bằng hệ thống bài tập sẽ thúc đẩy sự hiểu biết của học sinh, sự vận dụng
sáng tạo những hiểu biết vào thực tiễn, sẽ là yếu tố cơ bản của quá trình phát
triển xã hội, tăng trưởng kinh tế nhanh và bền vững.
II.1.2.2. Phân loại bài tập hoá học
Dựa theo nhiều cơ sở có thể chia bài tập hoá học ra thành nhiều loại nhỏ để
học sinh dễ nắm bắt và ghi nhớ.

4


TỔNG QUÁT VỀ BÀI TẬP HÓA HỌC

Bài tập tổng hợp

Bài tập đơn giản

Bài tập định tính

Nghiên cứu tài
liệu mới

Bài tập định lượng

Bài tập định tính có
nội dung thực nghiệm

Hoàn thiện
kiến thức kỹ
năng

Kiểm tra đánh
giá

Nghiên cứu tài
liệu mới

5

Bài tập định lượng có nội
dung thực nghiệm

Hoàn thiện
kiến thức kỹ
năng

Kiểm tra đánh
giá


II.1.2.3. Tác dụng của bài tập hoá học đối với việc dạy học nói chung và trong
việc bồi dưỡng học sinh giỏi Hoá học nói riêng
a) Bài tập hoá học có những tác dụng sau:
- Làm chính xác các khái niệm và định luật đã học
- Giúp học sinh năng động, sáng tạo trong học tập, phát huy khả năng suy luận,
tích cực của học sinh.
- Ôn tập, củng cố và hệ thống hoá kiến thức.
- Kiểm tra kiến thức, rèn luyện kỹ năng cơ bản của học sinh.
- Rèn luyện và phát triển tư duy cho học sinh.
b) Ngoài các tác dụng chung trên, trong việc bồi dưỡng học sinh giỏi Hóa học,
bài tập hóa học còn có những tác dụng sau :
- Là phương tiện để ôn luyện, kiểm tra, đánh giá nắm bắt kiến thức một cách
chủ động, sáng tạo.
- Là con đường nối liền giữa kiến thức thực tế và lý thuyết tạo ra một thể hoàn
chỉnh và thống nhất biện chứng trong cả quá trình nghiên cứu.
- Phát triển năng lực nhận thức, tăng trí thông minh, là phương tiện để học sinh
tiến tới đỉnh vinh quang, đỉnh cao của tri thức.
II.1.3. Nội dung kiến thức hoá học thường được đề cập trong kỳ thi học sinh
giỏi quốc gia
A/ Lý thuyết đại cương
- Cấu tạo nguyên tử, liên kết hoá học. Sự lai hoá các obitan.
- Lý thuyết điện ly. Dung dịch.tính tan của các chất, các loại công thức tính nồng
độ. Các phản ứng axít - bazơ, các loại chỉ thị của quỳ tím, phennolphtalein.
- Tích số tan, các hằng số cân bằng axít – bazơ. Tính pH , Ka , Kb .
- Các định luật về chất khí: Định luật Avogađrô, tỷ khối …

- Phản ứng oxi hoá -khử, dãy điện hoá, thế oxi hoá -khử, sức điện động thành lập
pin.
- Các loại mạng tinh thể.

6


- Lý thuyết về phản ứng hoá học : Cân bằng hoá học, hiệu ứng nhiệt, nhiệt tạo
thành, nhiệt đốt cháy, nhiệt hoà tan, năng lượng mạng lưới tinh thể, năng lượng
liên kết, tốc độ phản ứng.
- Năng lương tự do Gibbs, chu trình Bocnơ-habơ, định luật Hess.
- Hạt nhân nguyên tử .
- Hiện tượng phóng xạ, đồng vị phóng xạ, phản ứng hạn nhân.
- Chu kỳ bán huỷ, độ phóng xạ, sự phân rã các hạn , , .
B/ Hoá học vô cơ (hoá học về các ngưyên tố)
- Các nguyên tố halogen, các nguyên tố oxi, lưu huỳnh, nitơ, phốt pho, cacbon.
- Các hơp chất đơn giản, thông dụng của các nguyên tố trên .
- Kim loại kiềm, kiềm thổ, nhôm, sắt, đồng, chì, crôm, kẽm, thuỷ ngân.
- Các hợp chất đơn giản, thông dụng của chúng.
- Nhận biết các chất vô cơ.
C/ Hoá hưũ cơ
- Danh pháp :Tên quốc tế, tên thông thường.
- Hiệu ứng cấu trúc: Hiệu ứng cảm ứng, hiệu ứng liên hợp, hiệu ứng siêu liên hợp.
- Đồng đẳng, đồng phân, lập công thức phân tử, công thức cấu tạo.
- Hoá lập thể chất hữu cơ.
- Cấu trúc và tính chất vật lý.
- Phản ứng Hữu cơ và cơ chế phản phản ứng.
- Xác định cấu tạo chất hữu cơ.
- Tổng hợp hữu cơ.
- Phân tích định tính, định lượng bằng các phương pháp đơn giản.

- Thuyết cấu tạo hoá học, định luật Raum, tỉ khối.
II.2. Nội dung, biện pháp thực hiện các giải pháp của đề tài
a) Nội dung của đề tài
CHƯƠNG 1: ÁP DỤNG ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA ĐỘNG HỌC CHO CÁC
PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN
1.1. PHẢN ỨNG BẬC NHẤT
1.2. PHẢN ỨNG BẬC HAI
7


1.3. PHẢN ỨNG BẬC BA
1.4. PHẢN ỨNG BẬC KHÔNG
1.5. PHẢN ỨNG BẬC N (N # 1)
1.6. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG VÀ XÁC ĐỊNH BẬC
PHẢN ỨNG
1.6.1. Đo tốc độ phản ứng
1.6.2. Xác định bậc phản ứng
1.6.2.1. Phương pháp vi phân
1.6.2.2. Phương pháp tích phân (hay phương pháp thay thế)
1.6.2.3. Phương pháp thời gian chuyển hóa 1/q phần của chất phản ứng
CHƯƠNG 2: ÁP DỤNG ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA ĐỘNG HỌC CHO PHẢN
ỨNG PHỨC TẠP
2.1. PHẢN ỨNG THUẬN NGHỊCH
2.1.1. Phản ứng thuận nghịch bậc nhất
2.1.2. Phản ứng thuận nghịch phức tạp
2.2. PHẢN ỨNG SONG SONG
2.2.1. Phản ứng song song bậc nhất
2.2.2. Phản ứng song song bậc hai
2.2.3. Phản ứng song song với bậc trộn lẫn
2.3. PHẢN ỨNG NỐI TIẾP

2.4. PHƯƠNG PHÁP NỒNG ĐỘ ỔN ĐỊNH VÀ CƠ CHẾ CỦA PHẢN ỨNG
PHỨC TẠP
CHƯƠNG 3: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG
3.1. ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG – ĐỊNH LUẬT
TÁC DỤNG KHỐI LƯỢNG
3.1.1. Định luật tác dụng khối lượng (Định luật Gunbe (Guldberfg) – Vagơ
(Waage))
3.1.2. Phân tử số - Bậc phản ứng
3.2. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG – PHƯƠNG
TRÌNH ARRHENIUS
3.3. ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG
3.3.1. Khái niệm
3.3.2. Phân loại
3.3.3. Sơ lược về vai trò của chất xúc tác dương
8


CHƯƠNG 4: MỘT SỐ BÀI TẬP MINH HỌA
b) Biện pháp thực hiện các giải pháp của đề tài
- Nghiên cứu lý luận:
+ Nghiên cứu lý luận về mục đích, yêu cầu, biện pháp phát hiện và bồi dưỡng
học sinh giỏi Hóa học.
+ Nghiên cứu lý luận về việc xây dựng hệ thống lý thuyết và bài tập phần
“Động hoá học và xúc tác”.
+ Tìm hiểu tài liệu có liên quan đến đề tài: Sách, nội dung chương trình, tài liệu
giáo khoa chuyên Hóa học, các đề thi Hóa học trong nước và quốc tế.
- Nghiên cứu thực tiễn
+ Tìm hiểu thực tiễn giảng dạy và bồi dưỡng học sinh khá, giỏi ở các lớp
chuyên, chọn Hóa học nhằm phát hiện vấn đề nghiên cứu.
+ Trao đổi kinh nghiệm với các giáo viên có nhiều kinh nghiệm trong bồi

dưỡng học sinh khá, giỏi, …
- Thực nghiệm sư phạm: Nhằm đánh giá hệ thống bài tập sưu tầm, biên soạn khi
áp dụng vào thực tế giảng dạy, bồi dưỡng học sinh giỏi để dự thi học sinh giỏi cấp
tỉnh và cấp quốc gia.
III. HIỆU QUẢ CỦA ĐỀ TÀI
1. Về lí luận
Bước đầu sáng kiến kinh nghiệm đã xác định và góp phần xây dựng được một
hệ thống lý thuyết và bài tập về “Động hoá học và xúc tác” tương đối phù hợp với
yêu cầu và mục đích bồi dưỡng học sinh giỏi Hóa học ở trường phổ thông và giảng
dạy các lớp chuyên hiện nay.
2. Về mặt thực tiễn
Nội dung của sáng kiến kinh nghiệm giúp giáo viên có thêm nhiều tư liệu bổ ích
trong việc giảng dạy lớp chuyên và bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi.
IV. ĐỀ XUẤT, KHUYẾN NGHỊ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG
1. Đối với Sở giáo dục và nhà trường
9


- Tổ chức nhiều đợt tập huấn báo cáo các chuyên đề dạy chuyên có chất lượng cao
và áp dụng vào giảng dạy cho học sinh các lớp chuyên.
- Khuyến khích và tạo điều kiện để giáo viên đầu tư soạn giảng các tài liệu dạy
chuyên có chất lượng và hiệu quả cao.
2. Đối với giáo viên
- Luôn tự học tập để nâng cao trình độ chuyên môn nhằm đáp ứng với yêu cầu có
thể soạn giảng và giảng dạy các lớp chuyên.
- Đầu tư soạn giảng những tài liệu giảng dạy cho các lớp chuyên.
V. TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Bài tập Hóa học đại cương và vô cơ - Nguyễn Duy Ái, Đào Hữu Vinh - NXB
Giáo dục, 2003.
2. Đề thi học sinh giỏi Quốc Gia từ năm 1996 đến 2010.

3. Hóa lý tập 2 (Động học và xúc tác) - PGS. Trần Khắc Chương, PGS. Mai Hữu
Khiêm - Trường ĐH Bách Khoa TP. HCM, 1999.
4. Giáo trình Động học và xúc tác - Trần Khắc Chương - Trường ĐH Bách Khoa
TP.HCM, 1979.
5. Một số vấn đề chọn lọc của Hóa học. Tập I - Nguyễn Duy Ái, Nguyễn Tinh
Dung, Trần Thành Huế, Trần Quốc Sơn, Nguyễn Văn Tòng - NXB Giáo dục,
2004.
6. Tài liệu giáo khoa chuyên Hóa học 10 - Đào Hữu Vinh, Nguyễn Duy Ái - NXB
Giáo dục, 2002.

NGƯỜI THỰC HIỆN

NGUYỄN NGỌC BẢO TRÂN

10


SỞ GD&ĐT ĐỒNG NAI
Đơn vị : Trường THPT
chuyên Lương Thế Vinh

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Đồng Nai, ngày 29 tháng 04 năm 2012

PHIẾU NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
Năm học: 2011 - 2012
–––––––––––––––––
Tên sáng kiến kinh nghiệm: ĐỘNG HÓA HỌC VÀ XÚC TÁC BỒI DƯỠNG HỌC
SINH GIỎI

Họ và tên tác giả: NGUYỄN NGỌC BẢO TRÂN. Chức vụ: Giáo viên.
Đơn vị: Trường THPT chuyên Lương Thế Vinh.
Lĩnh vực: (Đánh dấu X vào các ô tương ứng, ghi rõ tên bộ môn hoặc lĩnh vực khác)
- Quản lý giáo dục



- Phương pháp dạy học bộ môn: Hoá học



- Phương pháp giáo dục



- Lĩnh vực khác:



Sáng kiến kinh nghiệm đã được triển khai áp dụng: Tại đơn vị 

Trong Ngành 

1. Tính mới (Đánh dấu X vào 1 trong 2 ô dưới đây)
-

Có giải pháp hoàn toàn mới

-

Có giải pháp cải tiến, đổi mới từ giải pháp đã có




2. Hiệu quả (Đánh dấu X vào 1 trong 4 ô dưới đây)
-

Hoàn toàn mới và đã triển khai áp dụng trong toàn ngành có hiệu quả cao 

- Có tính cải tiến hoặc đổi mới từ những giải pháp đã có và đã triển khai áp dụng
trong toàn ngành có hiệu quả cao 
-

Hoàn toàn mới và đã triển khai áp dụng tại đơn vị có hiệu quả cao 

- Có tính cải tiến hoặc đổi mới từ những giải pháp đã có và đã triển khai áp dụng tại
đơn vị có hiệu quả 
3. Khả năng áp dụng (Đánh dấu X vào 1 trong 3 ô mỗi dòng dưới đây)
- Cung cấp được các luận cứ khoa học cho việc hoạch định đường lối, chính sách:
Tốt 
Khá 
Đạt 
- Đưa ra các giải pháp khuyến nghị có khả năng ứng dụng thực tiễn, dễ thực hiện và
dễ đi vào cuộc sống:
Tốt 
Khá 
Đạt 
- Đã được áp dụng trong thực tế đạt hiệu quả hoặc có khả năng áp dụng đạt hiệu quả
trong phạm vi rộng:

Tốt 
Khá 
Đạt 
XÁC NHẬN CỦA TỔ CHUYÊN MÔN
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

11

THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ
(Ký tên, ghi rõ họ tên và đóng dấu)


CHƯƠNG 1: ÁP DỤNG ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA
ĐỘNG HỌC CHO CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN
Phản ứng đơn giản là phản ứng một chiều, xảy ra theo một giai đoạn từ chất
tham gia phản ứng ban đầu cho ra sản phẩm cuối.
Phản ứng đơn giản thường ít gặp, đa số các trường hợp chúng chỉ là các giai
đoạn riêng của quá trình hóa học phức tạp. Ở đây chúng ta xem xét các qui luật
phát triển phản ứng theo thời gian khi bậc động học trùng hợp với phân tử số, như
bậc một, bậc hai và bậc ba – trùng hợp với phản ứng đơn, lưỡng và tam phân tử.
Thường gặp hơn cả là phản ứng bậc nhất và bậc hai, còn phản ứng bậc khác rất ít
gặp.
1.1. PHẢN ỨNG BẬC NHẤT
Phản ứng diễn ra theo sơ đồ sau:
A  Các sản phẩm
Khi diễn ra ở T, V = const, theo định luật tác dụng khối lượng ta có:
v=-

dC A
 k1C A

dt

(1.1)

Sau khi biến đổi và lấy tích phân nhận được:
- lnCA = k1t + I
Hằng số tích phân I có thể xác định từ điều kiện đầu khi t = 0, CA = CoA, do đó:
I = - lnCoA
Thay I vào phương trình trên thu được:
ln

CoA
= k1t
CA

(1.2)

trong đó CA = CoA – x
hay lnCA = - k1t + lnCoA, ln(CoA – x) = - k1t + lnCoA
Từ đó có thể chuyển phương trình sang dạng hàm số mũ:
CA = CoA. e k t

(1.3)

1

12


Biểu thức (1.3) được biểu diễn bằng đồ thị trên hình (1.1). Đồ thị cho thấy trong

phản ứng bậc nhất nồng độ chất phản ứng giảm lũy thừa theo thời gian t.
CA

C0 A
C0 A / 2
C0 A / 4
C0 A / 8

T1 / 2

2T1 / 2

3T1 / 2

4T1 / 2

5T1 / 2

6T1 / 2

thời gian, t
Hình 1.1. Sự phụ thuộc của nồng độ chất phản ứng theo thời gian
t1/2: chu kỳ bán hủy của chất A; CoA: Nồng độ đầu của chất A

Nếu gọi  là thời gian khi nồng độ đầu bị giảm xuống e lần (tức thay C A 

CoA
)
e

thì phương trình (1.2) còn dạng:
ln

CoA
1
= k1  hay  =
CoA / e
k1

(1.4)

Thay giá trị vào phương trình (1.1) thì phương trình có dạng:
v=

dC A
C
= A
dt


(1.5)

 : thời gian sống trung bình của phân tử chất phản ứng trong phản ứng bậc 1.

Phương trình (1.4) cho phép hiểu được ý nghĩa vật lý của hằng số tốc độ phản
ứng bậc 1.
Cũng từ (1.2) nếu đặt CoA/CA = 2 thời gian ứng với nó là t1/2
t1/2 =

ln 2 0,693


k1
k1

(1.6)

t1/2 : thời gian bán hủy hay còn gọi là chu kỳ bán hủy, tức là thời gian mà nồng độ
chất phản ứng giảm đi một nửa.

13


lnCA
tg  = - k1



t
Hình 1.2. Sự phụ thuộc lnCA theo thời gian t
k1 : hằng số tốc độ phản ứng

Nhận thấy thời gian bán hủy của phản ứng bậc nhất không phụ thuộc nồng độ và tỉ
lệ nghịch với hằng số tốc độ phản ứng.
Từ (1.2) có thể thấy (lnCA) phụ thuộc tuyến tính thời gian. Từ tốc độ của đường
biễu biễn lnC theo t có thể xác định hằng số tốc độ k1 (hình 1.2.). Đơn vị của k1 là
[thời gian]-1
Ví dụ về phản ứng bậc nhất:
- Nhiệt phân axeton ở 5040C:
CH3COCH3  C2H4 + CO + H2
Người ta đã xác định được k1 = 4,27.10-4 giây-1;  

1
= 2344 giây; t1/2 = 1580
k1

giây.
Gần như hầu hết các quá trình phân hủy các chất phóng xạ thành đơn nguyên
tử, đơn phân tử, đơn hạt nhân là các quá trình phản ứng bậc nhất. Ví dụ phân hủy
Radon Rn86222 thành Radi A – một trong những đồng phân nhóm VI của Poloni (Po)
và phát ra tia  .
222
Rn86
  24 + Ra 82216

k1 = 2,1.10-4 giây-1;  

1
= 5,5 giây; t1/2 = 3,8 ngày đêm.
k1

14


Ví dụ: Phản ứng phân hủy oxit nitơ N2O5 diễn ra trong pha khí, là một phản ứng
khá lý thú:
1
O2
2

N2O5  N2O4 +

nó cũng diễn ra tương tự trong các dung môi trơ khác nhau.
Tốc độ của phản ứng có thể xác định được dễ dàng. Đây là phản ứng bậc nhất
(trừ trường hợp áp suất thấp), sản phẩm cuối là oxi và hỗn hợp N2O4 và NO2 (do có
xảy ra phản ứng N2O4  2NO2).
Phản ứng diễn ra như sau:
1
O2
2

N2O5  N2O4 +

Nếu dựa vào các số liệu thu được theo lượng đã phản ứng của N 2O5 (ký hiệu x,
cột 2) và thời gian tương ứng t (cột 1), dựa vào phương trình (1.2) tính được hằng
số tốc độ k1 ở 350C (cột 3) – liệt trong bảng 1.1 (F. Daniels và E.H. John, 1921);
-4

-1

k1tb = 1,41.10 giây .

Bảng 1.1. Sự phân hủy khí N2O5 ở 350C, áp suất ban đầu PoA = 308,2 mmHg
t

x

k1

t

x

k1

giây

mmHg

giây-1.104

giây

mmHg

giây-1.104

(1)

(2)

(3)

(1)

(2)

(3)

1200

53,8

1,60

3600

121,4

1,39

1800

72,7

1,49

6000

171,0

1,33

2400

90,0

1,43

8400

206,8

1,33

3000

106,0

1,40

12000

244,6

1,30

Trên cơ sở số liệu thu được đó (cột 1, 2 bảng 1.1) có thể dựng giản đồ quan hệ t
– log (CoA – x) theo phương trình t =

2,303
2303
log CoA 
log( CoA  x) , giản đồ có dạng
k1
k1

đường thẳng, chứng tỏ nó tuân theo qui luật động học phản ứng bậc nhất và có:
tg  =
=> k1 =

(12  84).103
= - 18,023.103
0,3995
 2,303
= 1,28.10-4 giây-1
3
 18,023.10

15


t.10-3 giây

8
6
4
2

2,1

2,4
2,2
2,3
0
Hình 1.3. Sự phân hủy của khí N2O5 ở 35 C

log(CoA – x)

Số liệu xác định theo phương pháp đề nghị tương đối phù hợp với kết quả tính từ
phương trình (1.2).

1.2. PHẢN ỨNG BẬC HAI
Phản ứng bậc hai cũng có thể gặp khá nhiều, ví dụ phản ứng hình thành và phân
hủy HI.
H2 + I2(hơi)  2HI
2HI  H2 + I2(hơi)
Chúng được nghiên cứu tương đối kỹ và ứng dụng cho thuyết va chạm (một
trong những thuyết động học của phản ứng hóa học).
Thuộc loại phản ứng này gồm một loạt các phản ứng thủy phân trong dung dịch
kiềm, như phản ứng thủy phân axetat etyl trong nước, sự phân hủy oxit nitơ như
2NO2  2NO + O2 và các phản ứng đime cũng thường xảy ra theo bậc 2.
Phản ứng bậc 2 còn gặp trong các phản ứng lưỡng phân tử với sự tham gia của
các nguyên tử và các gốc tự do. Việc nghiên cứu tốc độ của các phản ứng này trở
nên rất khó khăn về phương diện thực nghiệm, người ta chỉ thu được kết quả trong
khoảng thời gian gần đây. Ví dụ các phản ứng sau:
H + Br2  HBr + Br
H + HBr  H2 + Br
O + H2  OH + H
Chúng có thể được xem là các giai đoạn sơ cấp trong cơ chế phản ứng phức tạp.
16


Chúng ta xem xét các phản ứng bậc 2 trong trường hợp đơn giản: chỉ có một
chất phản ứng duy nhất, hay phản ứng có chứa cùng lượng ban đầu chất phản ứng.
Dạng phản ứng loại này có thể mô tả:
2A  sản phẩm

(a)

hay A + B  sản phẩm

(b)

Trong trường hợp nếu CoA = CoB = Co thì phương trình tốc độ phản ứng có
dạng:
v= 

dC A
= k2C2A
dt

(1.7)

Biến đổi và lấy tích phân theo điều kiện từ CA = CoA khi t = 0 đến t và tương
ứng CA


CA

 dC

A

/ C A2  k 2t (*)

CoA

Suy ra:

1
1

= k2t (*)
C A C oA
1 1
1

)
t C A CoA

Hay: k2 = (

(1.8)

(*) Nếu tại thời điểm t chất A có nồng độ CA = CoA – x thì phương trình có dạng
1
1
= k2t
CoA  x C oA

Để tiện việc dựng giản đồ, chuyển về dạng phương trình:
1
1
= k2t +
CA
C oA

(1.9)

Giản đồ dựng theo phương trình (1.9) với các trục tọa độ

1

- t sẽ có dạng
CA

thẳng và có thể xác định được hằng số tốc độ k2 (hình 1.4).
Từ các phương trình nêu trên có thể xác định chu kỳ bán hủy t 1/2 nếu thay CA =
CoA/2
t1/2 =

1
k 2CoA

(1.10)

17


1
CA



tg = k2

1
C0 A

t

Hình 1.4. Phản ứng bậc hai: trường hợp v = k 2C A2

Khác với phản ứng bậc nhất, ở đây chu kỳ bán hủy tỉ lệ nghịch với nồng độ đầu
CoA.
Trường hợp (b), khi nồng độ đầu của các chất khác nhau CoA # CoB thì biểu thức
tốc độ phản ứng bậc 2 sẽ có dạng:
v= 

dC A
 k 2 C AC B
dt

(1.11)

Ở thời điểm đầu t = 0, nồng độ của các chất là C 0A.C0B. Để đơn giản cũng giả
thiết sự chênh lệch nồng độ của hai chất không phụ thuộc vào thời gian, nghĩa là:
C0B – C0A = CB – CA = const # 0

(1.12)

Kết hợp (1.11) và (1.12) rút ra được:
CB = CA + (C0B – C0A) = CA + 
trong đó  = C0B – C0A và có:
dC A
  k 2 dt
C A (C A   )

(1.13)

Biến đổi vế trái của phương trình về dạng tổng:
1
I

J
( I  J )C A  I



C A (C A   ) C A C A  
C A (C A   )

rút ra: 1 = (I + J).CA + I 
Nếu I  = 1 và I + J = 0 thì I =

1
1
còn J = 



thay vào phương trình, thu được:

18


 1

1


 dC A  k 2 dt
C A  (C A   ) 

(1.14)

Tích phân phương trình (1.14) từ điểm đầu: CA = C0A khi t = 0 thu được:
1



ln

(C A   )C0 A
 k 2t
(C0 A   )C A

Thay giá trị vào phương trình trên, thu được:
C .C
1
ln 0 A B  k 2t
 C0 A C0 B .C A

(1.15)

C
CB
 C0 B  C0 A k 2t  ln 0 B
CA
C0 A

(1.16)

C0 B

hay:
ln

Phương trình (1.16) cho thấy trường hợp này ln

CB
phụ thuộc tuyến tính vào
CA

thời gian. Đường biểu diễn có độ đốc bằng (C0B – C0A).k2 và cắt trục tung tại
ln

C0 B
.
C0 A

Lưu ý rằng, khi nồng độ đầu của một chất lớn hơn chất kia rất nhiều, ví dụ C 0B
>> C0A và vì C0A > C0A – CA nên tương ứng có thể xem lượng B đã phản ứng
không đáng kể, tức là CB  C0B

t.10-2 giây

và phương trình (1.15) viết gọn
8

lại:
C0 B

C .C

1
ln 0 A 0 B  k 2t
 C0 A C0 B .C A

gộp k2(C0B – C0A) = k’2 phương

6
4

trình có dạng:
1 C
k’2 = ln 0 A
t CA

2

Vậy khi nồng độ ban đầu
của một chất lớn hơn nồng độ
đầu của chất kia nhiều, thì

-0,60

-0,55

-0,50

-0,45

log[(a-x)/(b-x)]
Hình 1.5. Phản ứng thủy phân

etyl axetat trong bazơ
0
ở 25,8 C

19


phương trình động học của phản ứng một chiều bậc hai có dạng như phương trình
độc học của phản ứng điển hình bậc 1.

Thuộc loại này có thể thấy ví dụ phản ứng

thủy phân đường. Khi C H O lớn có thể xem là phản ứng bậc nhất.
2

Ví dụ: Phản ứng thủy phân axetat etyl trong dung dịch bazơ:
CH3COOC2H5 + OH-  CH3COO- + C2H5OH
Ở 15,80C với nồng độ ban đầu của este (a) bằng 0,01211 mol/l; của hiđroxyl (b)
bằng 0,02578 mol/l. Thực nghiệm xác định được lượng đã phản ứng của este và
hiđroxyl (x) – cột 2 theo thời gian (t) – cột 1 (Bảng 1.2)
Sử dụng phương trình động học dạng tích phân phản ứng bậc 2:
k2 

1
b( a  x )
2,303
b( a  x )
ln

log

t (a  b) a(b  x) t (a  b)
a(b  x)

có thể tính được hằng số tốc độ phản ứng k2 (Bảng 1.2)
Thay vào đó có thể xây dựng đồ thị theo quan hệ: t với log[(a-x)/(b-x)] (hình
1.5). Thu được: tg = 2,303/k2(a-b) và có k2 = 5,68.10-2 (l/mol.giây). Kết quả phù
hợp với k2 tính toàn trong bảng 1.2.
Bảng 1.2. Thủy phân etyl axetat trong bazơ ở 15,80C
a = 0,01211 mol este/l; b = 0,02578 mol bazơ/l
t

x

a–x

b–x

k

giây

mol/l

mol/l

mol/l

l/mol.giây

224

0,00322

0,00889

0,02256

5,74.10-2

377

0,00477

0,00734

0,02101

5,74.10-2

629

0,00657

0,00554

0,01921

5,08.10-2

816

0,00757

0,00454

0,01821

5,68.10-2

1.3. PHẢN ỨNG BẬC BA
Tốc độ phản ứng bậc ba có thể phụ thuộc tam thừa vào nồng độ C i của một chất
duy nhất hoặc phụ thuộc bậc hai vào nồng độ CA của chất thứ nhất, vào bậc nhất
nồng độ CB của chất thứ hai, hoặc phụ thuộc bậc nhất vào nồng độ CA, CB, CC của
3 chất khác nhau theo sơ đồ sau:
3A  sản phẩm

(a)
20


2A + B  sản phẩm

(b)

A + B + C  sản phẩm

(c)

Biểu thức tốc độ trong ba trường hợp có thể viết:


dC A
 k3C A3
dt

(1.17)



dC A
 k3C A2 C B
dt

(1.17a)



dC A
 k 3C A C B C C
dt

(1.17b)

Các biến đổi toán học của phương trình này tương tự như đã làm, ở đây chỉ giới
hạn xét trường hợp đơn giản: C0A = C0B = C0C.
Lấy tích phân (1.17) và lưu ý điều kiện đầu CA = C0A khi t = 0 thu được:
1
1
 2  2 k 3t
2

C A C0 A

(1.18)

Ở đây nghịch đảo của bình phương nồng độ phụ thuộc tuyến tính vào thời gian,
nên có thể xác định được nếu sử dụng giản đồ với các trục tọa độ:
Thời gian bán hủy t1/2 có thể tính từ (1.18) bằng cách thay CA =
t1/2 =

3
2k 3C02A

1
t
C A2

C0 A
2

(1.19)

Có thể giới thiệu ở đây vài ví dụ phản ứng bậc 3. Phản ứng loại này rất ít gặp
trong pha khí và hầu hết chúng đều có quan hệ với sự oxy hóa oxit nitơ. Một trong
những quá trình phản ứng quan trọng trong kỹ thuật là phản ứng sau:
2NO + O2  2NO2
Phương trình động học có dạng:
dC NO2
dt

2

 k3C NO
.CO2

Tương tự có thể thấy trong các phản ứng sau trong pha khí:
2NO + Cl2  2NOCl
2NO + Br2  2NOBr

21


Phản ứng bậc ba trong dung dịch có thể thấy nhiều hơn so với pha khí. Ví dụ
phản ứng khử clorua sắt (III) bởi clorua thiếc (II)
2FeCl3 + SnCl2  2FeCl2 + SnCl4
Đặc biệt, các phản ứng kết hợp nguyên tử và các gốc tự do thành phân tử theo
phản ứng bậc ba có thể nói là khá nhiều.
Ví dụ:
H + H + M  H2 + M
Phương trình động học có dạng:
dC H 2
dt

 k3 .C H2 .C M

trong đó M là phần tử thứ ba (phân tử hay nguyên tử), mà bản chất của nó cũng
không khác biệt đối với hiệu ứng của va chạm.
Chúng ta đã xét qui luật động học của các phản ứng bậc một, hai và ba (bậc lớn
hơn ba không gặp). Tuy nhiên, đối với nhiều phản ứng phức tạp, nhất là phản ứng
xúc tác dị thể có thể gặp bậc phân số, như 1/2, 1/3, 3/2, ...
Ví dụ phản ứng hình thành photgen trong pha khí:
CO + Cl2  COCl2

bậc phản ứng n = 3/2 còn có thể gặp trong nhiều phản ứng xúc tác dị thể khác
nhau.
Để tổng quát, xét trường hợp tốc độ phản ứng phụ thuộc bậc n nói chung vào
nồng độ Ci của một chất i:
v= 

dC i
= dC in
dt

(1.22)

Lấy tích phân từ điều kiện đầu Ci = Coi khi t = 0 nhận được:
1
1
- n1 = (n-1)knt
n 1
Ci
C oi

(nếu n # 1)

(1.23)

Thời gian bán hủy t1/2 có thể tính được khi thay Ci =

C oi
vào phương trình
2

(1.23)
t1/2 =

2 n1  1
k nCoin1 (n  1)

(1.24)
22


1.4. PHẢN ỨNG BẬC KHÔNG
Có phản ứng tốc độ không thay đổi khi nồng độ một hay một số chất tham gia
phản ứng thay đổi vì tốc độ đó không được xác định theo nồng độ mà theo yếu tố
khác như lượng ánh sáng bị hấp thụ trong sự xúc tác. Cũng có trường hợp tốc độ
phản ứng là hằng số hay được coi là hằng số vì nồng độ chất phản ứng thay đổi
không đáng kể, chẳng hạn sự thủy phân chất béo rắn trong một lượng lớn nước ở
nhiệt độ không cao.
Nói chung phản ứng bậc không có phương trình động học:
v=-

dC
k
dt

(không đổi ở nhiệt độ xác định).
1
t

1
t

Hằng số tốc độ phản ứng: k = .(C0 - C) = .x
(thứ nguyên của k là mol.l-1.thời gian-1)
Chu kì bán hủy:

t1/2 

C0
C0
 k=
=v
2k
2.t1/2

1.5. PHẢN ỨNG BẬC N (N # 1)
Một cách khái quát, ta có thể đề cập tới phản ứng bậc n với n nguyên hoặc nửa
nguyên. Dạng tổng quát là:
nA  sản phẩm
Ta có phương trình: v = dx/dt = k n C An
1
1
x
Hằng số tốc độ phản ứng: kn = x
t n 1

Chu kì bán hủy: t1/2 =

2 n1  1
n1
(n  1)k nCoA

(1.25)
n1
n1

 1  
 1 

  
 

C  x

 CoA  
 oA


(1.26)

(1.27)

Với giá trị cụ thể của n, ta trở lại các trường hợp đã xét ở trên.
Bảng 1.3. Phương trình động học dạng tích phân các phản ứng đơn giản
Bậc Phản ứng

Phương

trình Dạng tích phân

t1/2

động học dạng
vi phân
0

A  SP

dx/dt = ko

kot = x ; x  CoA
23

CoA/2ko


1

A  SP

dx/dt = k1CA

k1t = ln

2

2A  SP

dx/dt = k 2C A2

k2t =

x
CoA (CoA  x )

k2t

=

A+B

 dx/dt = k2CACB

CoA
CoA  x

ln 2
0,693
=
k1
k1

1
k 2CoA



1

x
 CoB  CoB 

SP

 C (C  x 
ln  oA oB

 (CoA  x)CoB 

n#1 nA  SP

dx/dt = k n C An

knt

=

1
x
k 2 (CoB  CoA )

ln
1
x
n 1

2CoB  CoA
CoB

2 n1  1
n1

(n  1)k nCoA

n1
n1

 1  
 1 

  
 

C  x

 CoA  
 oA


1.6. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG VÀ XÁC ĐỊNH BẬC
PHẢN ỨNG
1.6.1. Đo tốc độ phản ứng
Có rất nhiều phương pháp xác định tốc độ phản ứng, song nhiệm vụ chủ yếu
bao gồm việc xác định thành phần của hệ (trong đó diễn ra sự biến đổi hóa học)
theo thời gian. Các phương pháp phân tích được sử dụng trong động học có thể
phân thành 2 nhóm: hóa học và hóa lý. Riêng các phương pháp phân tích hoa lý
không xác định trực tiếp biến đổi lượng các chất mà thông qua sự biến đổi tính
chất vật lý của hệ theo thời gian.
Các phương pháp hóa học cho phép trực tiếp xác định sự biến đổi lượng các
chất theo thời gian. Các mẫu phân tích được lấy trực tiếp từ bình phản ứng theo
thời gian xác định. Các mẫu được đem phân tích để đánh giá hàm lượng của chất
phản ứng và sản phẩm. Để đánh giá đúng thời điểm từng phản ứng phải làm cho

phản ứng ngừng diễn ra bằng các cách: làm lạnh nhanh, pha loãng hay chuyển hóa
một chất phản ứng nào đó sang dạng không có khả năng tương tác. Cũng có
trường hợp định phân trực tiếp trong hệ với sự có mặt của lượng nhỏ chất chỉ thị,
phương pháp này có ưu điểm là rẻ, đơn giản và độ chính xác cao.
24


Các phương pháp vật lý thông qua việc xác định biến đổi các thông số vật lý có
liên quan trong hệ phản ứng, có thể chia thành các nhóm:
- Đo áp suất, nếu trong hệ có sự biến đổi phân tử trong quá trình phản ứng.
- Đo thể tích, nếu phản ứng trong pha lỏng có tạo ra một loại khí nào đó thì
dựa theo sự biến đổi thể tích của khí thoát ra có thể xác định được tốc độ phản ứng.
- Đo sự quay cực quang học, nếu trong phản ứng có sự tham gia của chất hoạt
động quang học. Ví dụ trong phản ứng thủy phân đường saccarozơ.
Tương tự, còn sử dụng các phương pháp đo độ dẫn điện, mật độ quang, chiết
suất, ... của các hệ để xác định tốc độ của phản ứng. Bằng phương pháp vật lý có
thể tiến hành xác định ngay trong bình phản ứng với thể tích bất kỳ, liên tục,
nhưng cần biết qui luật quan hệ giữa tính chất vật lý và nồng độ các chất tham gia
phản ứng hay sản phẩm. Tuy vậy, mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm
riêng nên cần thực hiện đồng thời một số phương pháp để bổ sung cho nhau.
Giản đồ 1.6 mô tả sự phụ thuộc của nồng độ chất tham gia phản ứng hay sản
phẩm phản ứng theo thời gian. Tốc độ của phản ứng tính theo tiếp tuyến của đường
cong ứng với thời điểm xác định.
Ví dụ: Phản ứng phân hủy hiđropeoxit: H2O2
2H2O2  2H2O + O2
tại t = 0 ta có:


dC H 2O2
dt

=

0,156  0,060
= 1,14 x105 mol/giây
0  8400

tại t = 6.000 (giây) có:


dC H 2O2
dt

=

0,142  0,060
= 0,73x105 mol/giây
0  11300

Số đo các đại lượng như áp suất, thể tích khí thoát ra, góc quay cực quang học,
thể tích định phân thường được sử dụng để tính hằng số tốc độ phản ứng, không
cần chuyển đổi ra đơn vị nồng độ. Nếu x là một tính chất vật lý nào đó tỉ lệ với
nồng độ và gọi Xo, X, X  là đại lượng tương ứng theo thời gian khi t = 0, t và thời
điểm hoàn thành phản ứng, còn Co là nồng độ ban đầu của chất phản ứng. C là
nồng độ tại thời điểm t thì có thể thấy Co quan hệ tỉ lệ với X - X  , tức là:
25