tốc độ phản ứng

Lớp: k13s1
TIỂU LUẬN


Nhiệt động học hóa học khảo sát trạng thái năng lượng của hệ
(trạng thái đầu, trạng thái cuối) và entropi của nó để xác đònh khả
năng của tương tác hóa học. Nó chưa đề cập đến yếu tố thời gian của
quá trình phản ứng. Ví dụ phản ứng giữa oxi và hidro:
H
2
(k) + 1/2O
2
(k)  H
2
O(k) ∆G
o
= -228,6
Do độ giảm năng lượng tự do khá lớn, ta có thể kết luận là cân
băng chuyển dời hoàn toàn theo chiều thuận tạo ra nước. Trong thực
tế, hỗn hợp khí H
2
+ O
2
ở điều kiện thường có thể tồn tại rất lâu
(hàng chục năm hay hơn) mà không thấy có vết nước sinh ra.
Nguyên nhân là hệ hóa học lúc ban đầu cần nhận năng lượng rất lớn
để tạo thành chất trung gian nhờ đó phản ứng mới xảy ra được. Vậy
nghiên cứu hệ hóa học chỉ với quan điểm nhiệt động lực học thì chưa
đầy đủ, cần khảo sát thêm tốc độ diễn biến của quá trình cũng như
các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ đó.

Nghiên cứu tốc độ phản ứng hóa học, các yếu tố ảnh hưởng đến
tốc độ phản ứng là nhiệm vụ đầu tiên của động hóa học. Hơn thế
nữa, động hóa học còn tìm hiểu cơ chế của một phản ứng - tức là
toàn bộ các bước trung gian mà phản ứng trải qua để đạt tới sản
phẩm.
I: KHÁI QUÁT VỀ TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG
Tốc độ phản ứng hóa học là đại lượng đặc trưng cho diễn biến
nhanh hay chậm của một phản ứng hóa học.
298
Trong hệ đồng thể (hỗn hợp khí hay dung dòch), tốc độ trung
bình của một phản ứng được xác đònh bằng biến thiên nồng độ của
một chất (tác chất hay sản phẩm) trong một đơn vò thời gian.
Ví dụ 1:
A  E
Theo thời gian, nồng độ tác chất A giảm, trái lại nồng độ sản phẩm
E tăng. Tốc độ trung bình của phản ứng có thể biểu thò:

Vì ∆[A] là đại lượng âm, dấu – trước ∆[A] đảm bảo tốc độ phản ứng
là một đại lượng dương.

1:Tốc độ tức thời của một phản ứng được đònh nghóa :
Trong chương trình này, ta chủ yếu đề cập tới tốc độ tức thời của
phản ứng. Thực tế, để đơn giản, người ta thường chọn 1 tác chất nào
đó (ví dụ chất A) làm chuẩn để khảo sát tốc độ phản ứng đã cho. Vi
phân nồng độ chất A theo thời gian được coi là tốc độ tức thời của
phản ứng:

d(a)
V = -
dt

Trên đây ta đã tìm hiểu cách biểu thò tốc đọ phản ứng. Bây giờ, ta
tìm hiểu tiếp những yếu tố có ảnh hương đến tốc độ phản ứng.
2: tốc độ phản ứng và nồng độ tác chất
C
4
H9Cl+H2O(l) C4H9OH(dd)+ HCl (dd)
Tố độ trung bình tính từ tốc độ tiêu thụ C4H9Cl
- đơn vò của tốc độ [ nồng độ]/[thời gian]:mol/s (M/s); mol/phút
- tốc độ giảmtheo thời gian
- biểu diễn nồng độ [C4H9Cl] theo thời gian.
Tốc độ tức thờichính làhệ số gốc của tiếp tuyến với đường cong nồng
độ- thời gian
- tốc độ tức thời khác với tốc độ trung bình
-thường gọi tốc độ tức thời ngắn gọn la øtốc độ
Nói chung tốc độ phản ứng tăng khi nồng độ tăng
Xét phản ứng: NH
+
4
(dd) +NO
2
-
(dd) N
2
(g) + 2H
2
O(l)
Tốc độ phản ứng giữa amonium và nitrit trong dd nước ở 25
o
C
1

2
∆[A]
∆t
∆[E]
∆t
N
o
TN Nd dau[NH
4
+
] Nd dau [NO
2
-
] tốc độ đầu
(M) (M) (M/s)
1 0.0100 0.200 5.4 x 10
-7
2 0.0200 0.200 10.8 x 10
-7
3 0.0400 0.200 21.5 x10
-7
4 0.0600 0.200 32.3 x10
-7
5 0.200 0.0202 10.8 x 10
-7
6 0.200 0.0404 21.6 x

10
-7
7 0.200 0.0606 32.4 x10

-7
8 0.200 0.0808 43.3 x10
-7
Với phản ứng:
NH
4
+
(dd) + NO
2
-
(dd) N
2
(g) + 2H
2
O (l)
Ta thấy:
- [NH
4
+
] tăng 2 lần, [NO
2
-
]không đổi, tốc độ tăng 2 lần
- [NO
2
-
] tăng 2 lần, [NH
4
+
]không đổi, tốc độ tăng 2 lần

- kết luận: V~[NH
4
+
][NO
2
-
]
Biểu thức tính tốc độ:
V= K.[NH
4
+
].[NO
2
-
]
-trong đó k là hằng số tốc độ; vlà tốc độ phản ứng
Gọi là phương trình động học của phản ứng
3: bậc phản ứng
Trong trường hợp tổng quát, phương trình động học có dạng
V= K.[tác chất 1]
m
.[tác chất 2]
n
...
Ta nói phản ứng bậc m với tác chất 1, bậc n với tác chất 2...:m,n... bậc
riêng của phản ứng theo từng tác chất
Bậc chung của phản ứng bằng tổng (m+n+...)
Bậc riêng của phản ứng có thể là 0 nếu m hay n,... là zero
Bậc của phản ứng được xác đònh bằng thực nghiệm
Bậc phản ứng không đơn giản là hệ số tỷ lượng ứng với tác chất

trongphương trình phản ứng
a: Phản ứng bậc 1:
Phản ứng bậc 1:A B
V=-d[A]/dt=k[A]
Chuyển vế lấy tích phân:
[A]
t
ln = -kt [k]=s
-1
;phút
-1
[A]
0
đường biểu diễn ln[A]t theo t là đường thẳng với hệ số góc là –k và
tung độ gốc là ln[A]0
đây là phương trình động học tích phân của phản ứng bậc 1
b: phản ứng bậc 2
td:H
2
O
2
(dd) H
2
O+1/2O
2
(K)
d[H
2
O
2

]
=-kt
dt

[H
2
O
2
]

Ln =-kt
[H
2
O2]
ln[H
2
O
2
]t=ln[H
2
O
2
]
0
-kt
td:xác định bậc riêng và bậc chung của phản ứng:
2HgCl
2
+C
2

O
4
2-
2Cl
-
+ 2CO
2
+Hg
2
Cl
2
N
0
[HgCl
2
],M [C
2
O
4
2-
]M Tốc độ
đầu,M/phút
1 0,105 0,15 1,8*10
-5
2 0,105 0,30 7,1*10
-5
3 0,052 0,30 3,5*10
-5
Nhận xét :
TN1 và 2:[HgCl

2
] không đổi,[C
2
O
4
2-
] Tăng 2 lần –v tăng 4 lần
TN 3 và 2 :[C
2
O
4
2-
]không đổi,[HgCl
2
]Tăng 2 lần –v tăng 2 lần.
Với v = k[HgCl
2
]
m
[C
2
O
4
2-
]
n
Tương tự đối với thí nghiệm 3 và 2 ta có:
2
m
=v

2
/v
1
=(7,1*10
-5
)/(3,5*10
-5
)=2 m=1
xét thí nghiệm 1 và 2:
ta có: 2
n
=3,94 n=2
2HgCl
2
+ C
2
O
4
2-
2Cl
-
+2 CO
2
+ Hg
2
Cl
2
Ln[A]
t
=-kt +ln[A]

0
v=k[HgCl
2
]
1
[C
2
O
4
2-
]
2
bậc chung của phân tử = 1+2=3
đây là phản ứng bậc 3.
4 : phương trình động học của một số phản ứng đơn giản.
Xác định phương trình động học của một số chất ban đầu của
phản ứng
Lưu ý:hằng số tốc độ không phụ thuộc vào nồng độ
Mục đích:đưa ra biểu thức đơn giản biểu diễn sự phụ thuộc vào
nồng độ và thời gian
AA +bB gG +hH
Tốc độ phản ứng:v=k[A]
m
[B]
n
...
Hằng số tốc độ phản ứng =k
Bậc phản ứng tổng:=m+n+.....
Phản ứng là bậc 0 nếu sự thay đồi nồng độ tác chất không làm
thay đổi tốc độ phản ứng.

Phản ứng là bậc 1 nếu tốc độ phản ứng tăng 2(2
1
) lần khi nồng độ
tăng 2 lần
Phản ứng là bậc n nếu tốc độ phản ứng tăng 2
n
lần khi nồng độ
tăng 2 lần
II: CƠ CHẾ PHẢN ỨNG
Một phương trình hóa học thông thường không cho biết rõ thực sự
phản ứng đã xảy ra như thế nào . Trong nhiều trường hợp , nó chỉ là phương
trình tổng cổng của nhiều giai đoạn đơn giản mà người ta gọi là các bước sơ
cấp của phản ứng(các phản ứng sơ cấp).
Một chuỗi kế tiếp các bước sơ cấp dẫn đến hìng thành sản phẩm được gọi là
cơ chế phản ứng
.
G
Năng
Lượng
Tự do

Ví dụ 1 : Phản ứng giũa khí nitơ oxit với oxi cho nitơ dioxit
2N(k) + O
2

(k) 2NO
2
(k)
Sản phẩm NO
2

hình thành không thể là do sự va chạm của 2 phân tử NO vớI
một phân tử O
2
,vì ngườI ta phát hiện thấy ,trong quá trình phản ứng ,có
phân tử N
2
O
2
.ta giả thiết rằng ơphản ứng xảy ra theo 2 bước sơ cấp sau:
Bước sơ cấp 1 2NO(k) N
2
O
2
(k)
Bước sơ cấp 2 N
2
O
2
(k) +O
2
(k) 2O
2
(k)
Phản ứng tổng quát: 2NO(k) +O
2
(k) 2NO
2
(k)
Tiểu phân N
2

O
2
được gọI là chất trung gian , nó xuất hiên trong một bước sơ
cấp ,sau đó lạI tiêu thụ trong một bước sơ cấp khác, và không có mặt trong
phản ứng tổng quát.
Số tiểu phân(phântư ,nguyên tử ,ion) tham gia trong một bước sơ cấp của
phản ứng gọI chung là phân tử số của mọtt bước phản ứng đó. Cụ thể nếu
trong một bước có mọt tiểu phân tham gia,tanói phản ứng là đơn phân tử
(unimolecular),có hai tiểu phân : phản ứng lưỡng phân tử(bimolecular ), cs
ba tiểu phân:phản ứng tam phân tử (ter-moleculer)…trong ví dụ trêncả hai
bước sơ cấp điều là lưỡng phân tử.
Định luật tác dụng khốI lượng áp dụng đúng cho mỗI bước sơ cấp :
Phản ứng đơn phân tử:
A sản phẩm v=k(A) phản ứng bậc một.
Phản ứng lưỡng phân tử :
2A sản phẩm v = k(A)
2
phản ứng bật hai.
A+B sản phẩm` v =k(A)(B) phản ứng bật hai.
Ta nhận tháy trong mỗI bước sơ cấp, bậc của phản ứng trùng vớI bật của
phân tử số. phản ứng bậc một cũng là phản ứng đon phân tử,phản ứng bậc
hai là phản ứng lưỡng phân tử…
Ví dụ 2: phản úng phân hủyhidro peoxit H
2
O
2
có phương trình phảnứng tổng
quát:
2H
2

O
2
(dd) 2H
2
O(l) + O
2
(k)
ở nhiệt độ thường phả ứng xảy ra tốc độ chậm, khi có mặt ion iodua I
-
phản
ứng xảy ra mau lẹ. phương trình động học rút ra từ thực nghiệm :
v = k(H
2
O
2
)(I
-
)
bật tổng quát của phản ứng là hai trong đó bật 1 vớI hidro peoxit, bậc một
vớiion iodua.
Giã thiết phản ứng phân hủy hidro peoxitxảy ra theo hai bước sơ cấpđều là
lưỡng phân tử.
Bước 1: H
2
O
2
+ I
-
H
2

O + IO
- (nhanh)
Bước 2: H
2
O
2
+IO
+
H
2
O + O
2
+I

(nhanh)
Phương trình động học được giảI thích: tronh hai bước sơ cấp bc 1 là bcs
chậm nó chính là bước quyết định tốc độ của phản ứng.