Tài liệu Khái niệm về động hóa ho5cF_chương 3 docx

_____________________________________________________________________
__________________________
Chương 3
KHÁI NIỆM VỀ ÐỘNG HÓA HỌC

I.
MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN.
1. Phản ứng đơn giản, phản ứng phức tạp.
2.
Phản ứng đồng thể, dị thể, đồng pha, dị pha.
3. Vận tốc phản ứng.
4. Bậc phản ứng.
5.
Tạp chất kích động ( Phức hoạt động ). Phân tử số phản ứng.
6. Chất trung gian.
II.
PHƯƠNG TRÌNH ÐỘNG HỌC CỦA MỘT SỐ PHẢN ỨNG CÓ BẬC ÐƠN
GIẢN.
1.
Phản ứng bậc nhất.
2. Phản ứng bậc nhì.

Ðộng hóa học có mục đích khảo sát vận tốc phản ứng, tức xem một phản ứng hóa học
xảy ra nhanh hay chậm. Có những phản ứng xảy ra rất nhanh như phản ứng trung hòa
giữa acid mạnh với baz mạnh, phản ứng nổ của thuốc súng... cũng có những phản ứng
xảy ra rất chậm như phản ứng ester- hóa giữa acid hữu cơ với rượu, sự tạo rỉ sét (gỉ sắt,
rỉ sắt, sét)...
Về mặt công nghiệp, một phản ứng hóa học chỉ có lợi thật sự nếu hiệu suất phản ứng
đạt được cao trong một thời gian càng ngắn càng tốt. Còn những phản ứng có hại như
sự ăn mòn kim loại, sự tạo khí làm ô nhiễm môi trường... chúng ta cần hạn chế vận tốc
của chúng.

Cũng có nhiều phản ứng tuy nhiệt động học cho phép xảy ra
, nhưng lại xảy
ra quá chậm nên thực tế coi như không xảy ra. Chúng ta cần đầu tư nghiên cứu động
hóa học của các phản ứng này để thúc đẩy phản ứng xảy ra nhanh hơn, nếu muốn.
Do đó, vấn đề khảo sát vận tốc phản ứng rất cần thiết trong phạm vi hóa học ứng dụng.
Về mặt khoa học cơ bản, động hóa học đóng vai trò quan trọng trong việc tìm hiểu
diễn tiến của phản ứng hóa học tức xác định cơ chế phản ứng hóa học.
I. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1. Phản ứng đơn giản, phản ứng phức tạp
TO
Phản ứng đơn giản hay còn gọi là phản ứng sơ cấp là phản ứng một chiều chỉ xảy ra
trong một giai đoạn duy nhất, nghĩa là phản ứng đi trực tiếp từ tác chất tạo sản phẩm
mà không có tạo các chất trung gian. Những phản ứng không thỏa mãn điều kiện trên
được gọi là phản ứng phức tạp. Phản ứng song song, phản ứng nối tiếp... là các phản
ứng phức tạp.
Thí dụ:
- Phản ứng
là phản ứng đơn giản vì phản ứng chỉ xảy ra một giai
đoạn duy nhất.
- Phản ứng:
là phản ứng phức tạp vì phản ứng này trải qua hai giai
đoạn nối tiếp:
N
2
O
5
-> N
2
O
3

+ O
2

N
2
O
3
+ N
2
O
5
-> 4NO
2

2. Phản ứng đồng thể, dị thể, đồng pha, dị pha
- Phản ứng đồng thể: là phản ứng chỉ xảy ra trong thể tích một pha. Phản ứng đồng thể
chỉ có thể xảy ra trong pha khí hoặc pha lỏng mà không xảy ra trong pha rắn vì khi
một chất rắn đồng thể tham gia phản ứng hóa học thì nó trở thành dị thể.
- Phản ứng dị thể: là phản ứng chỉ xảy ra trên bề mặt phân chia hai pha, không xảy ra
trong thể tích của một pha nào.
Thí dụ: Phản ứng oxid-hóa khí SO2 bởi khí O2 tạo thành khí SO3 xảy ra trên bề
mặt chất xúc tác rắn Pt (hay V2O5) là một phản ứng dị thể.
- Phản ứng đồng pha: là phản ứng trong đó hệ hóa học chỉ làm thành một pha từ đầu
đến cuối.
- Phản ứng dị pha: là phản ứng trong đó hệ hóa học làm thành hai hay nhiều pha
khác nhau:
Thí dụ:
là phản ứng đồng thể, dị pha.
là phản ứng đồng thể, dị pha.
là phản ứng dị thể, dị pha.

là phản ứng đồng thể, đồng pha.
3. Vận tốc phản ứng
T
Vận tốc phản ứng là đại lượng cho biết sự nhanh hay chậm của phản ứng. Vận tốc
phản ứng được xác định bằng cách đo độ giảm số mol của tác chất hay độ tăng số mol
của sản phẩm trong một đơn vị thời gian.
Ðối với phản ứng đồng thể trong pha khí hay trong dung dịch có thể tích không đổi thì
vận tốc phản ứng thường được xác định bằng cách đo độ giảm nồng độ (mol/lít) của
tác chất hay độ tăng nồng độ sản phẩm trong một đơn vị thời gian.
Xem phản ứng đồng thể đồng pha:
A + B -> C + D
Ở thời điểm t, giả sử nồng độ (mol/l) của A, B, C, D lần lượt là [A], [B], [C], [D]. Ở
thời điểm
, nồng độ của các chất lần lượt là:

Theo định nghĩa trên, vận tốc trung bình của phản ứng là:

( Dấu - được thêm vào để vận tốc có trị số dương )
Vận tốc phản ứng thay đổi theo thời gian t.
Vận tốc tức thời ở thời điểm t là:


(Vận tốc phản ứng bằng trừ đạo hàm của hàm số nồng độ tác chất theo biến số thời
gian hay bằng đạo hàm của hàm số nồng độ sản phẩm theo thời gian).
Tổng quát với phản ứng:
mA + nB -> pC + qD
Thì vận tốc của phản ứng là:

(Chia cho các hệ số tỉ lượng tương ứng để vận tốc phản ứng tính theo bất cứ chất nào
của phản ứng cũng bằng nhau).

4. Bậc phản ứng
TO
Với phản ứng đồng thể: A + B -> sản phẩm.
Thực nghiệm cho biết vận tốc phản ứng là:

Với [A], [B] lần lượt là nồng độ mol/l của các tác chất A, B.
Người ta nói:
- Phản ứng có bậc tổng quát (hay bậc toàn phần) là m + n.
- Phản ứng có bậc m theo A, bậc n theo B.
(Hay có bậc riêng phần m theo A, bậc riêng phần n theo B)
k là một hằng số không phụ thuộc vào nồng độ các chất trong phản ứng, nó chỉ phụ
thuộc vào loại phản ứng và nhiệt độ thực hiện phản ứng (k tỉ lệ với nhiệt độ T:

m, n là các trị số được xác định từ thực nghiệm, có thể là số nguyên 1, 2, 3 hoặc là
phân số hoặc bằng 0, đôi khi có thể là số âm.
Bậc tổng quát của phản ứng có thể là số nguyên (1, 2, 3...) hay là một số lẻ (
...).
Trong thực tế hầu như không gặp những phản ứng có bậc cao hơn 3.
Với các phản ứng đơn giản thì bậc phản ứng thường bằng hệ số tỉ lượng nguyên tối
giản đứng trước các chất trong phản ứng.
Thí dụ:

=> phản ứng có bậc 2 tổng quát, bậc 1 theo H2, bậc 1 theo I2.
- Với phản ứng
Thực nghiệm cho biết

=> Phản ứng này thuộc bậc 2 tổng quát, bậc 1 theo

- Với phản ứng thủy phân clorur tert-butil trong lượng nước có dư:
(CH

3
)
3
C-Cl + H
2
O -> (CH
3
)
3
C-OH + HCl
Thực nghiệm cho biết

=> phản ứng này có bậc 1 tổng quát, bậc 1 theo
, bậc 0 theo H2O.
( Do nước lấy dư khá nhiều so với nên sự thay đổi nồng độ của nó không
đáng kể sau phản ứng, coi nồng độ nước như không thay đổi ).
- Với phản ứng cộng brom vào alken (olefin):

Thực nghiệm cho biết

=> phản ứng có bậc 3 tổng quát, bậc 1 theo
, bậc 2 theo Br2.
- Với phản ứng ở giai đoạn đầu mới cho các tác chất vào, chưa
tạo HBr đáng kể thì thực nghiệm cho biết

=> phản ứng có bậc 3/2 tổng quát, bậc 1 theo H2, bậc 1/2 theo Br2 (ở giai đoạn đầu)
(Khi có tạo HBr khá nhiều, vận tốc phản ứng còn phụ thuộc vào nồng độ sản phẩm
HBr).
- Với phản ứng

Thực nghiệm cho biết

=> Phản ứng có bậc 3 tổng quát, bậc 2 theo NO, bậc 1 theo O2.
- Với phản ứng tạo phosgen:
CO(k) + Cl
2
(k) -> COCl
2
(k)
Thực nghiệm cho biết