Giáo án BSĐK YHN động hóa học

dodĐỘNG HÓA HỌCNG
HdddoÓA HỌC
LOGO


MỤC TIÊU
1. Phát biểu và giải thích biểu thức của định luật
tác dụng khối lượng về ảnh hưởng của nồng độ
đến tốc độ phản ứng.
2. Thiết lập được phương trình động học của một
số phản ứng đơn giản có bậc khác nhau.
3. Trình bày được những qui luật về ảnh hưởng của
nhiệt độ đến tốc độ phản ứng.
4. Trình bày được cơ chế chung và giải thích được
vai trò của chất xúc tác trong pứ hóa học.
5. Vận dụng được nguyên lí Le Chatelier để dự
đoán chiều chuyển dịch của một cân bằng khi có
tác động của một số yếu tố.


1. Một số khái niệm
1.1. Tốc độ phản ứng
Xét phản ứng: A  B
• Tốc độ phản ứng trung bình
𝐯=

𝐁 𝟐− 𝐁
𝐭𝟐−𝐭𝟏

𝟏

=-

𝐀 𝟐− 𝐀
𝐭𝟐−𝐭𝟏

• Tốc độ phản ứng tức thời
v

∆[𝐁]
= 𝐥𝐢𝐦
∆𝐭→𝟎 ∆𝐭

=

𝐝[𝐁]
𝐝𝐭

𝐝[𝐀]
𝐝𝐭

v=

=-

𝐝[𝐁]
𝐝𝐭

𝟏

=

∆[𝐁]
∆𝐭

= -

∆[𝐀]
∆𝐭


2.2. Phản ứng đơn giản và phản ứng phức tạp
• Phản ứng đơn giản: phản ứng chỉ diễn ra qua
một giai đoạn
CH3 – N = N – CH3 → CH3 – CH3 + N2
NaOH + HCl →

NaCl + H2O

• Phản ứng phức tạp: phản ứng diễn ra qua
nhiều giai đoạn (nhiều phản ứng cơ sở)
- Tập hợp các giai đoạn tạo thành cơ chế phản
ứng.


Ví dụ: CH4 + Cl2
Gđ khơi mào

𝒂𝒔𝒌𝒕

CH3Cl + HCl

𝒂𝒔𝒌𝒕

Cl2
𝐂𝐥 + 𝐂𝐥
Gđ phát triển mạch
CH4 + 𝐂𝐥 → 𝐂𝐇𝟑 + HCl
𝐂𝐇𝟑 + Cl2 → CH3Cl + 𝐂𝐥
Gđ ngắt mạch
𝐂𝐇𝟑 + 𝐂𝐇𝟑 → CH3 – CH3

𝐂𝐥

+ 𝐂𝐥 → Cl2


2. Ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng
2.1. Định luật tác dụng khối lượng
aA + bB → pP
*Ở nhiệt độ không đổi, tốc độ phản ứng tỉ lệ thuận với
tích số nồng độ các chất tham gia phản ứng với những
lũy thừa xác định.
*Biểu thức: v = k[A]m[B]n
k: hằng số tốc độ, phụ thuộc t0 và bản chất chất pứ
m, n: xác định bằng thực nghiệm
Ví dụ: NaOH + HCl → NaCl + H2O
v = k[NaOH][HCl]


2.2. Bậc và phân tử số của phản ứng

• Bậc pứ = m + n
• Phân tử số: số tiểu phân đồng thời tương tác
với nhau trong một phản ứng đơn giản
Ví dụ:
−

𝑶𝑯

* H 2O 2
H 2O + ½ O 2
v = k[H2O2]
bậc 1, phân tử số 1
* CO + Cl2 → COCl2
v = k[CO][Cl]3/2 bậc 5/2, phân tử số 2


3. Phương trình động học của phản ứng
3.1. Phản ứng bậc 1 (A
Theo đl tdkl: v = k1[A]

Theo đ/n:
k1t = 𝐥𝐧

v =-

𝐝[𝐀]
𝐝𝐭

k1

P)
k1dt = -

𝒅[𝐀]
𝐀

𝐀𝟎
𝐀

ln[A] = -k1t + ln[A]0
[A]: nồng độ chất A tại thời điểm t
[A]0: nồng độ chất A tại thời điểm ban đầu (t = 0)


Phương trình động học của phản ứng bậc 1
còn viết dưới dạng:
𝟏
𝐭

k1 = 𝐥𝐧

𝐀𝟎
𝐀

𝟏
𝐤𝟏

𝐀𝟎
𝐀

t=

𝐥𝐧

t1/2 =

𝐥𝐧𝟐
𝐤𝟏

(thời gian-1)

(không phụ thuộc vào [A]0)


Ví dụ 1:
Cho phản ứng bậc 1. Sau 35’ nồng độ chất A còn
lại 30%, hỏi:
a. k = ?
b. Sau 5h, A còn lại bao nhiêu %?
k=

𝟏
𝐀𝟎
𝐥𝐧
𝐭
𝐀

𝐥𝐧

𝐀𝟎

𝐀

[𝐀]
𝐀𝟎

=

𝟏
𝟏𝟎
𝐥𝐧
𝟑𝟓
𝟑

= 0,034 (1/phút)

= kt = 0,034.5.60 = 10,2

= 3,7.10-5 → sau 5h chất A còn lại 3,7.10-3 %


Ví dụ 2: Amoxicilin là thuốc kháng sinh có thể
dùng để điều trị nhiễm khuẩn đường hô hấp
trên, đường tiết niệu… Nồng độ tối thiểu có thể
kháng khuẩn là 0,04 mg/1kg thể trọng. Khi kê
đơn cho một bệnh nhân nặng 50kg, bác sĩ kê đơn
mỗi lần uống 1 viên thuốc (có hàm lượng
Amoxicilin 500 mg/1 viên). Bệnh nhân cần uống
viên thuốc thứ 2 cách lần đầu bao nhiêu lâu? Biết
rằng chu kì bán hủy của Amoxicilin trong cơ thể
người là 61 phút. Giả thiết quá trình đào thải

thuốc là phản ứng bậc 1.


Lượng thuốc tối thiểu cần duy trì trong cơ thể bệnh
nhân là: 50.0,04 = 2 mg.
Hằng số tốc độ quá trình đào thải thuốc là:
k =

𝐥𝐧𝟐

= 0,011 (1/phút)
t1/2
Sau khi uống viên thuốc đầu tiên, thời gian để thuốc
đào thải còn 2 mg là:
𝐥𝐧

𝐀𝟎
𝐀

= kt

𝟓𝟎𝟎
𝐥𝐧
𝟐

=0,011t

t= 485,9 phút

Vậy sau khi uống viên thuốc đầu tiên, sau 485,9

phút (khoảng 8h) cần uống tiếp viên thứ hai.


3.2. Phản ứng bậc 2
k2

a. Pứ bậc 2 dạng 2A → P
v = k2

[A]2

k2dt = -

=-

𝐝[𝐀]
𝐝𝐭

𝐝[𝐀]
𝐀𝟐

Lấy tích phân: k2t = (
t1/2 =

𝟏
𝐀

𝟏
𝐤𝟐 𝐀

−
𝟎

𝟏
𝐀𝟎

)

(phụ thuộc [A]0)


b. Pứ bậc 2 dạng A + B → P
* Nếu [A]0 = [B]0:

Áp dụng các công thức của trường hợp a
* Nếu [A]0≠ [B]0 :

k2t =(

𝟏
𝐀 𝟎− 𝐁

𝐥𝐧
𝟎

𝐁𝟎𝐀
)
𝐀 𝟎[𝐁]

Ví dụ:

Pứ thủy phân acetat ethyl bằng NaOH ở 100C
có hằng số tốc độ pứ k2 = 2,38 lít.mol-.min-. Tính

thời gian cần để xà phòng hóa 50% lượng ester
khi trộn 1lít dung dịch ester 0,05M với:

a. 1lít NaOH 0,05M
b. 1lít NaOH 0,1M


Giải:
a. [A]0 = 0,025M; [B]0 = 0,025M
[A] = [B] = 0,0125M

t=

𝟏
𝟐,𝟑𝟖

𝟏
(
𝟎,𝟎𝟏𝟐𝟓

−

𝟏
)
𝟎,𝟎𝟐𝟓

= 16,8 min

b. [A]0 = 0,025M; [B]0 = 0,05M
[A] = 0,0125M; [B] = 0,0375M
t=

𝟏
𝐤

(

𝟏
𝐀 𝟎− 𝐁

𝐥𝐧
𝟎

t = 6 phút 49 giây

𝐁𝟎𝐀
)
𝐀 𝟎[𝐁]


4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng
4.1. Qui tắc Van Hoff
- Khi nhiệt độ của phản ứng tăng lên 100 thì
tốc độ pứ (hằng số tốc độ phản ứng) tăng lên
từ 2 đến 4 lần.

-

𝛄 =

-

𝛄n =

𝐤𝐭 𝟏𝟎
𝐯𝐭 𝟏𝟎
+
= + = 2–
𝐤𝐭
𝐯𝒕
𝐤𝐭 𝐧 𝟏𝟎
𝐯𝐭 𝐧 𝟏𝟎
+ .
= +.
𝐤𝒕
𝐯𝒕

𝛄 ∶ hệ số nhiệt độ của phản ứng

4


Ví dụ:
Hệ số nhiệt độ của phản ứng 𝜸 = 3. Khi tăng
nhiệt độ thêm 400C, 1000 C thì tốc độ phản
ứng tăng bao nhiêu lần?

𝛄4

𝐤𝐭 𝟒𝟎
+
𝐤𝒕

=

v tăng 81 lần
𝛄10

=

𝐤𝐭 𝟏𝟎𝟎
+
𝐤𝒕

v tăng 59049 lần

=

𝐯𝐭 𝟒𝟎
+
𝐯𝒕

=

= 34 = 81

𝐯𝐭

+

𝟏𝟎𝟎

𝐯𝒕

= 310 = 59049


4.2. Biểu thức Arrehnius
lnk = -

𝐄
𝐑𝐓

+ A

R = 1,98cal/mol.K = 8,31J/mol.K
T: nhiệt độ tuyệt đối

A: thừa số Arrehnius, phụ thuộc vào bản chất
của các chất pứ, không phụ thuộc t0

E: năng lượng hoạt hóa của phản ứng


4.3. Năng lượng hoạt hóa của phản ứng (E)
Là năng lượng tối thiểu mà một mol chất pứ cần phải
có để chuyển các phân tử từ trạng thái không hoạt

động trở thành hoạt động.
A* + B* = AB*

E

A+B
P

Tiến trình phản ứng


• Xác định E
Thực hiện phản ứng ở 2 nhiệt độ T1 và T2
khác nhau, đo k1, k2
𝐄
lnk1 = 𝐑𝐓𝟏
𝐄
lnk2 = 𝐑𝐓𝟐
𝐑𝐓𝟏𝐓𝟐
𝐤𝟐
E=
ln
𝐓𝟐−𝐓𝟏
𝐤𝟏

+ A
+ A

R = 1,98cal/mol.K = 8,31J/mol.K

Ví dụ 1:
Trong một pứ bậc 1 tiến hành ở 270C, nồng
độ chất pứ giảm xuống còn 50% sau 5000s.
Ở 370C, nồng độ giảm một nửa sau 1000s.
Tính năng lượng hoạt hóa E của phản ứng.
𝐤𝟐
𝐤𝟏

E

𝐭𝟏
=
𝐭𝟐
𝐑𝐓𝟏𝐓𝟐
=
𝐓𝟐−𝐓𝟏

ln

𝐤𝟐
𝐤𝟏

=

𝟏,𝟗𝟖.𝟑𝟎𝟎.𝟑𝟏𝟎
𝟑𝟏𝟎−𝟑𝟎𝟎

= 29,5 kcal/mol

ln

𝟓𝟎𝟎𝟎
𝟏𝟎𝟎𝟎


Ví dụ 2:
Đối với một pứ phân hủy đã cho, thời gian nửa
pứ không phụ thuộc nồng độ đầu và bằng 100s.
a. Cho biết bậc của phản ứng
b. Tính thời gian để 80% chất đầu bị phân hủy
c. Khi nhiệt độ tăng từ 100C lên 200C, tốc độ pứ
tăng lên gấp 2,5 lần. Tính năng lượng hoạt
hóa của pứ
ĐS: a. bậc 1
b. t = 232 (s)

c. E = 15,2 kcal/mol


5. Ảnh hưởng của xúc tác đến tốc độ phản ứng
5.1. Một số khái niệm
• ĐN: chất xúc tác là chất làm tăng tốc độ pứ và
được hoàn trả lại cả về chất và lượng sau pứ
• Xúc tác đồng thể: SO2 + O2
• Xúc tác dị thể:
• Xúc tác enzym:
C2H5OH + O2

SO2 + O2

𝒎𝒆𝒏 𝒈𝒊ấ𝒎

𝑵𝑶
𝑽 𝟐𝑶𝟓

SO3
SO3

CH3COOH + H2O


5.2. Cơ chế và vai trò của xúc tác
𝑲

A+B→C+D
A + K → [AK]*
[AK]* + B → [ABK]*
[ABK]* → C + D + K

[AB]*
[AK]*

E0

[ABK]*

E1

E2

A+B
C+D

Tiến trình phản ứng