2017 chương 6 động hóa học

10/25/2017

Động hóa học
Nghiên cứu về tốc độ phản ứng hóa học

1

Tốc độ phản ứng

5 km/h

???

1


10/25/2017

aA + bB → cC + dD
Tốc độ trung bình VA   ΔC A
Δt
Tốc độ tức thời

VA

Tốc độ phản ứng

V

VC 

ΔC C
Δt

VC

1
1
VA  VC
a
c
Nồng độ các chất theo thời gian

3

Áp dụng: Tại 3000C NO2 bị phân hủy theo phản ứng:
2 NO2(k)

→ 2 NO(k) + O2(k)

a. Nếu trong 10 giây đầu tiên, nồng độ của NO2 giảm từ 0,080 mol/L tới
0,012 mol/L, tốc độ phản ứng trung bình của NO2 trong là?
b. Tại một thời điểm, tốc độ phản ứng của NO2 là 4.10-3 M/s, tính tốc độ tạo
O2 và tốc độ chung của phản ứng.

4

2


10/25/2017

Ảnh hưởng của nồng độ lên tốc độ phản ứng
Tốc độ phản ứng tỉ lệ thuận với nồng độ các chất tham gia

Nồng độ và xác suất va chạm
5

Định luật tác dụng khối lượng (1867)
aA + bB → cC + dD
V  k.C nA .C mB
k: hằng số tốc độ, chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ
m, n: bậc phản ứng theo A và B
m + n: bậc toàn phần.

M.Gulberg và P.Wasge
6

3


10/25/2017

Áp dụng: Khí độc CO tác dụng với hemoglobin (Hb) theo phương trình:
3 CO + 4 Hb → Hb4(CO)3
Số liệu thực nghiệm tốc độ đầu của phản ứng tại 200C:

Nồng độ (μmol.l-1)
CO
1,50
2,50

2,50

Hb
2,50
2,50
4,00

Tốc độ phân hủy Hb
(μmol.l-1.s-1)
1,05
1,75
2,80

Tính tốc độ phản ứng khi nồng độ CO là 1,30; Hb là 3,20 tại 200C.

7

Phản ứng bậc 1
A

→

Sản phẩm

C

Nồng độ ban đầu: C0
Nồng độ tại t: Ct

V  k.C1A

ln

C0
 k.t
Ct

C t  C 0 .e  k.t

t

Nồng độ chất phản ứng theo thời gian
8

4


10/25/2017

Thời gian bán phản ứng t1/2

t1/2 

ln2
k

Phản ứng bậc 1 có t1/2 = constant

9

Áp dụng. Chất A phân hủy theo qui luật phản ứng bậc 1. Tính thời

gian để 70% chất A bị phân hủy. Biết hằng số tốc độ k = 0,2 s-1.

10

5


10/25/2017

Phân rã phóng xạ
Quá trình phân rã phóng tuân theo qui luật phản ứng bậc 1.

m
ln 0  k.t
mt

14
6

C 

14
7

N + e-

Có thể thay m bằng độ phóng xạ

11

Áp dụng. Đồng vị phóng xạ 131I được dùng trong nghiên cứu y học và chữa bệnh
bướu cổ. Môt mẫu ban đầu có 1,00 mg đồng vị đó. Sau 13,3 ngày lượng iod đó
còn lại 0,32 mg. Tìm chu kỳ bán hủy của nó.
Áp dụng. Xesi 137 (137Ce) là một đồng vị thường có trong lò phản ứng hạt nhân.
Chu kỳ bán hủy của nó là 30,2 năm. Sự cố hạt nhân Chernobyl làm phát tán
137Ce

ra nhiều vùng tại Châu Âu. Tính thời gian để lượng chất độc 137Ce giảm còn

1% kể từ lúc xảy ra tai nạn.

12

6


10/25/2017

Phương pháp xác định niên đại Carbon 14
14
6

C 

14
7

N + e-

13

Áp dụng. Phương pháp xác định niên đại bằng hàm lượng cacbon phóng xạ
14 được nhà hóa học người Mỹ Willarr Libbv và đồng nghiệp thử nghiệm vào
năm 1949 và mau chóng trở thành phương pháp được ưa chuộn nhất trong
khổ cổ học. Một xác ướp Ai Cập có độ phóng xạ là 2,5 nguyên tử phân rã trong
1 phút tính cho 10 gam cacon. Xác đinh niên đại của xác ướp này biết rằng ở
các vật sống độ phóng xạ là 15,3 nguyên tử phân rã trong 1 phút tính cho 1
gam cacbon và chu kỳ bán hủy của cacbon 14 là 5700 năm.
Áp dụng. Cacbon 14 phân rã phóng xạ theo phản ứng sau:
14
6

0
C 14
7 N  1 e

Thời gian bán rã là 5730 năm. Hãy tính tuổi của một mẫu gỗ khảo cổ có độ
phóng xạ bằng 72% độ phóng xạ của mẫu gỗ hiện tại.
14

7


10/25/2017

Quá trình đào thải của thuốc
Tuân theo động học bậc 1
Thời gian bán hủy của thuốc là một thước đo quan trọng giúp bác sĩ
ấn định thời gian, số lần dùng thuốc.

15

Áp dụng: Thuốc hạ sốt paracetamon có thời gian bán thải t1/2 là 2,5 giờ. Liều
dùng ban đầu là 400 mg.
a. Tính lượng thuốc còn lại trong huyết tương sau 10 giờ
b. Sau thời gian 7 lần t1/2 coi như thuốc đã bị đào thải hết cơ thể, tính phần
trăm lượng thuốc đã bị đào thải.

16

8


10/25/2017

Ảnh hưởng của nhiệt độ lên tốc độ phản ứng
Phương trình Arrhenius

k = k 0e

-

Ea
RT

Khá chính xác trong khoảng nhiệt độ hẹp

17

Năng lượng hoạt hóa

A*
Ea
A
Hr
SP

18

9


10/25/2017

Ứng dụng phương trình Arrhenius
Xác định năng lượng hoạt hóa hoặc hằng số tốc độ
ln

k T2
k T1



Ea
R

1
1 
  
 T1 T2 

lg

Ea: J/mol

R = 8,314 J/mol.K

Ea: cal/mol

R = 1,987 cal/mol.K

k T2
k T1



1
Ea
1 
  
2,303.R  T1 T2 

19

Áp dụng: Đối với nhiều phản ứng tốc độ sẽ tăng gấp đôi mỗi khi nhiệt độ tăng
lên 100C. Giả thiết rằng phản ứng xảy ra ở 305K và 315K.Hãy xác định năng lượng
hoạt hóa của phản ứng.
Áp dụng: Phản ứng:

2 NOCl

2NO +

→

Cl2

Có E =100 kJ/mol . Ở 350K có hằng số tốc độ là 8.10-6 l/mol.s . Tính hằng số tốc
độ phản ứng tại 450 K.

20

10


10/25/2017

Xúc tác
• Làm tăng tốc độ phản ứng nhưng bảo toàn về lượng
• Làm giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng
• Không làm thay đổi năng lượng Gibbs (G) của hệ

21

Ví dụ: Phản ứng phân hủy hydrogen peroxide:

2 H2O2(aq)  O2(g) + H2O(l)
Khi không có xúc tác là Ea = 76 kJ
k = Ae−Ea /RT = A x 4.76 x 10-14
Ảnh hưởng của xúc tác

thêm lượng nhỏ I-, Ea = 57 kJ
k = Ae−Ea /RT = A x 1.02 x 10-10
Tốc độ tăng 2000 lần
thêm lượng nhỏ enzym catalase, Ea = 8 kJ
k = Ae−Ea /RT = A x 0.04
Tốc độ tăng 1011 lần
22

11


10/25/2017

AD: Giải thích (định lượng) tác dụng hoạt hóa phản ứng của chất xúc tác bằng cách so
sánh hằng số tốc độ phản ứng khi có xúc tác và không có xúc tác của các phản ứng:
a. Phản ứng 2HI  I2 + H2 ở 250C, khi năng lượng hoạt hóa không xúc tác và có xúc tác
lần lượt bằng 185,35 kJ/mol và 58,57 kJ/mol
b. Phản ứng 2H2O2  O2 + H2O ở 250C, khi năng lượng hoạt hóa không xúc tác và có

xúc tác lần lượt bằng 150,6 và 46,02 kJ/mol

23

Xúc tác enzyms
• Là xúc tác sinh học đồng thể có bản chất protein
• Chứa các tâm hoạt động liên kết với chất phản ứng
• Độ chọn lọc cực cao, hoạt tính rất lớn và phản ứng xảy ra t0 thường
• Cực kỳ quan trọng trong các quá trình sinh học, công nghệ.

24

12


10/25/2017

Lên men rượu

Lên men mì chính

13


10/25/2017

Lên men Lactic

Sản xuất mạch nha

14