92
Làm thế nào có thể so sánh sự nhanh, chậm của các phản ứng hóa học để thúc đẩy hoặc kìm hãm nó theo mong muốn?
Các phản ứng khác nhau sẽ xảy ra với thời gian khác nhau.
Thời gian là đại lượng để xác định sự nhanh, chậm của các phản ứng hóa học.
Tốc độ phản ứng được xác định bằng sự thay đổi lượng chất đầu hoặc sản phẩm trong một đơn vị thời gian: giây(s), phút (min), giờ (h), ngày(d),..
93
Xét phản ứng H 2 + Cl 2 → 2HC Xét phản ứng H 2 + Cl 2 → 2HCl
Nghiên cứu sự thay đổi nồng độ một chất trong phản ứng theo thời gian, thu được đồ thị sau:
a) Đồ thị này mô tả sự thay đổi nồng độ theo thời gian của chất nào?
b) Nêu đơn vị của tốc độ phản ứng trong trường hợp này
a) Khi phản ứng hóa học xảy ra, lượng chất đầu giảm dần theo thời gian, trong khi lượng sản phẩm tăng dần theo thời gian.
b) Đơn vị thời gian: giây(s), phút (min), giờ (h), ngày(d),..
a) Theo thời gian, nồng độ có xu hướng tăng dần
=> Đồ thị mô tả sự thay đổi nồng độ theo thời gian của sản phẩm HCl
b) Đơn vị của tốc độ phản ứng trong trường hợp này là phút (min).
93
Phản ứng phân hủy \(H _2 O _2\)
\(H_2O_2 → H_2O + \frac{1}{2} O_2\)
Kết quả thí nghiệm đo nồng độ \(H_2O_2 \) tại các thời điểm khác nhau được trình bày trên Bảng 19.1
Biến thiên nồng độ trong khoảng thời gian từ 0 giờ đến 3 giờ là:
0,707 – 1,000 = - 0,293 (mol/L)
(Dấu “ – “ thể hiện rằng nồng độ \(H_2O_2\) giảm dần khi phản ứng xảy ra.)
Tốc độ phản ứng trong khoảng thời gian từ 0 giờ đến 3 giờ được tính như sau:
(Dấu “ – “ trước biểu thức để tốc độ phản ứng có giá trị dương)
Trả lời câu hỏi:
1. Hãy tính tốc độ phản ứng theo nồng độ \(H_2O_2\) trong các khoảng thời gian từ:
a) 3 giờ đến 6 giờ.
b) 6 giờ đến 9 giờ.
c) 9 giờ đến 12 giờ.
2. Nhận xét về sự thay đổi tốc độ phản ứng theo thời gian
1.
2. Ta thấy: \(v_{tb1} > v_{tb2} > v_{tb3}\) => Tốc độ phản ứng giảm dần theo thời gian
94
Cho phản ứng của các chất ở thể khí
\(2NO + 2H_2 → N_2 + 2H_2O\)
Hãy viết biểu thức tính tốc độ trung bình theo sự biến đổi nồng độ chất đầu và chất sản phẩm của phản ứng trên.
Từ phương trình hóa học, cho thấy tỉ lệ cứ 2 mol NO phản ứng với 2 mol \(H_2\), sinh ra 1 mol \(N_2\) và 2 mol \(H_2\)
Gọi \(∆CNO, ∆CH_2, ∆CN_2, ∆CH_2O\) lần lượt là biến thiên nồng độ các chất \(NO, H_2, N_2\) và \(H_2O\) trong khoảng thời gian . Tốc độ trung bình của phản ứng được tính theo biểu thức:
95
Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ
\(Na_2S_2O_3 + H_2SO_4 → Na_2SO_4 + S + SO_2 + H_2O\)
Chuẩn bị: Các dung dịch \(Na_2SO_3\) 0,05M, \(Na_2SO_3\) 0,10M, \(Na_2SO_3\) 0,30M, \(H_2SO_4\) 0,5M; 3 bình tam giác, đồng hồ bấm giờ, tờ giấy trắng có kẻ chữ X.
Tiến hành:
- Cho vào mỗi bình tam giác 30 mL dung dịch \(Na_2SO_3\) với các nồng độ tương ứng là 0,05 M; 0,10 M và 0,30 M. Đặt các bình lên tờ giấy trắng có kẻ sẵn chữ X.
- Rót nhanh vào mỗi bình 30 mL dung dịch H2SO4 0,5 M và bắt đầu bấm giờ.
Lưu ý: Phản ứng có sinh ra khí độc. Cần tiến hành cẩn thận và tránh ngửi trực tiếp trên miệng bình tam giác.
Quan sát vạch chữ X trên tờ giấy dưới đáy bình, ghi lại thời điểm không nhìn thấy vạch chữ X nữa và trả lời câu hỏi:
1. Phản ứng ở bình nào xảy ra nhanh nhất? Chậm nhất?
2. Nồng độ ảnh hưởng thế nào đến tốc độ phản ứng
Thông thường , khi nồng độ tăng, tốc độ phản ứng sẽ tăng
1. Phản ứng ở bình \(Na_2SO_3 \) 0,3 M xảy ra nhanh nhất
Phản ứng ở bình \(Na_2SO_3\) 0,05 M xảy ra chậm nhất
2. Khi nồng độ chất phản ứng tăng lên, số va chạm giữa các hạt tăng lên, làm số va chạm hiệu quả cũng tăng lên và dẫn đến tốc độ phản ứng tăng.
96
Cho phản ứng của các chất Cho phản ứng của các chất ở thể khí: X + Y → XY
Biết tốc độ phản ứng tỉ lệ thuận với nồng độ các chất tham gia và phản ứng với số mũ là hệ số tỉ lượng của chất đó trong phương trình hóa học.
a) Hãy viết phương trình tốc độ của phản ứng này.
b) Ở một nhiệt độ xác định, hằng số tốc độ của phản ứng này là 2,5.10-4L/(mol.s).
Nồng độ đầu của X và Y lần lượt là 0,02 M và 0,03 M. Hãy tính tốc độ phản ứng:
- Tại thời điểm đầu.
- Tại thời điểm đã hết một nửa lượng X.
Tốc độ phản ứng tỉ lệ thuận với nồng độ các chất tham gia và phản ứng với số mũ là hệ số tỉ lượng của chất đó trong phương trình hóa học.
a) \(v = k . C_X.C_Y\)
Trong đó k là hằng số tốc độ phản ứng
\(C_X.C_Y\) lần lượt là nồng độ của X và Y tại một thời điểm đang xét
b) - Tốc độ phản ứng tại thời điểm đầu:
\(v = k . C_X.C_Y = 2,5 . 10-4 . 0,02 . 0,03 = 1,5 . 10^{-7}(mol/(Ls))\)
- Tốc độ phản ứng tại thời điểm hết một nửa lượng X
=> \(C_X= 0,01 M\)
\(C_Y = 0,02 M\)
\(v = k . C_X.C_Y = 2,5 . 10-4 . 0,01 . 0,02 = 5.10^{-8}(mol/(Ls))\)
97
Nêu mối liên hệ giữa nồng độ và áp suất của khí trong hỗn hợp.
Nồng độ mỗi khí tỉ lệ thuận với áp suất của nó.
Trong hỗn hợp khí, nồng độ mỗi khí tỉ lệ thuận với áp suất của nó. Khi nén hỗn hợp khí (giảm thể tích) thì nồng độ mỗi khí tăng lên.
97
Áp suất ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng nào sau đây?
Việc thay đổi áp suất không làm ảnh hưởng đến tốc độ của phản ứng không có chất khí tham gia.
Phản ứng (1) và (2) có sự tham gia của chất khí
=> Áp suất ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng (1) và (2).
97
Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ :
\(Mg + 2H_2O → Mg(OH)_2 + H_2\)
Chuẩn bị: Mg dạng phôi bào, dung dịch phenolphthalein, nước cất, 2 ống nghiệm, đèn cồn, kẹp gỗ.
Tiến hành:
Cho vào mỗi ống nghiệm khoảng 3 mL nước cất.
Nhỏ vào mỗi ống nghiệm 1 – 2 giọt phenolphthalein và cho vào mỗi ống 1 mẫu phoi bào Mg.
Đun nóng 1 ống nghiệm.
Lưu ý: Làm sạch bề mặt Mg trước khi tiến hành thí nghiệm.
Quan sát và trả lời câu hỏi:
1. Sự thay đổi màu sắc trong ống nghiệm nào nhanh hơn?
2. Nhiệt độ ảnh hưởng như thế nào đến tốc độ phản ứng?
Tăng nhiệt độ thì tốc độ phản ứng tăng
1. Sự thay đổi màu sắc trong ống nghiệm được đun nóng nhanh hơn.
2. Khi nhiệt độ tăng, tốc độ phản ứng sẽ tăng lên
98
Hãy giải thích tại sao khi nhiệt độ tăng thì tốc độ phản ứng tăng
Khi tăng nhiệt độ, các hạt (phân tử, nguyên tử hoặc ion) sẽ chuyển động nhanh hơn, động năng cao hơn.
Khi tăng nhiệt độ, các hạt (phân tử, nguyên tử hoặc ion) sẽ chuyển động nhanh hơn, động năng cao hơn. Khi đó, số va chạm hiệu quả giữa các hạt tăng lên, dẫn đến tốc độ phản ứng tăng.
98
Nêu ý nghĩa của hệ số nhiệt độ Van’t Hoff.
- Thực nghiệm cho thấy khi tăng nhiệt độ lên 10oC thì tốc độ phản ứng thường tăng từ 2 đến 4 lần.
- Tỉ số tốc độ phản ứng tại nhiệt độ T và T+10 được biểu diễn thông qua đại lượng hệ số nhiệt độ .
Hệ số nhiệt độ Van’t Hoff là tỉ số giữa tốc độ phản ứng tại nhiệt độ T và T+10 nên giá trị càng lớn thì ảnh hưởng của nhiệt độ đến phản ứng càng mạnh.
98
Ở 20 oC, tốc độ một phản ứng là 0,05 mol/(L.min). Ở 30oC, tốc độ phản ứng này là 0,15 mol/(L.min).
a) Hãy tính hệ số nhiệt độ Van’t Hoff của phản ứng trên.
b) Dự đoán tốc độ phản ứng trên ở 40oC (giả thiết hệ số nhiệt độ \(\gamma\) trong khoảng nhiệt độ này không đổi).
a) \(\gamma = \frac{{{v_T} + 10}}{{{v_T}}}\) = 0,15 : 0,05 = 3
b) \(\gamma = \frac{{{v_T} + 10}}{{{v_T}}}\) = v40/v30 = v40/0,15 = 3
=> v40 = 0,15.3 = 0,45 mol/L.min
a) \(\gamma = \frac{{{v_T} + 10}}{{{v_T}}}\) = 0,15 : 0,05 = 3
b) \(\gamma = \frac{{{v_T} + 10}}{{{v_T}}}\) = v40/v30 = v40/0,15 = 3
=> v40 = 0,15.3 = 0,45 mol/L.min
98
Nghiên cứu ảnh hưởng của diện tích tiếp xúc bề mặt đến tốc độ phản ứng:
\(CaCO_3 + 2HCl → CaCl_2 + CO_2 + H_2O\)
Chuẩn bị: 2 bình tam giác , dung dịch HCl 0,5 M, đá vôi dạng viên , đã vôi đập nhỏ.
Tiến hành:
Cho cùng một lượng (khoảng 2 g) đá vôi dạng viên vào bình tam giác (1) và đá vôi đập nhỏ vào bình tam giác (2).
Rót 20 mL dung dịch HCl 0,5 M vào mỗi bình.
Quan sát hiện tượng và trả lời câu hỏi:
1. Phản ứng trong bình nào có tốc độ thoát khí nhanh hơn?
2. Đá vôi dạng nào có tổng diện tích bề mặt lớn hơn?
3. Nêu ảnh hưởng của diện tích bề mặt tiếp xúc đến tốc độ phản ứng.
1. Diện tích tiếp xúc tăng => Tốc độ phản ứng tăng
2. Kích thước hạt càng nhỏ thì tổng diện tích tiếp xúc bề mặt càng lớn
3. Diện tích tiếp xúc tăng => Tốc độ phản ứng tăng
1. Phản ứng trong bình mà đã vôi được đập nhỏ có tốc độ thoát khí nhanh hơn.
2. Đá vôi dạng được đập nhỏ có tổng diện tích bề mặt lớn hơn.
3. Khi tăng diện tích bề mặt tiếp xúc, số va chạm giữa các chất đầu tăng lên, số va chạm hiệu quả cũng tăng theo, dẫn đến tốc độ phản ứng.
99
Nghiên cứu ảnh hưởng của diện tích tiếp xúc bề mặt đến tốc độ phản ứng:
\(2H_2O_2 → 2H_2O + O_2\)
Chuẩn bị: 2 bình tam giác, dung dịch \(H_2O_2 \) 10%, \(MnO_2\).
Tiến hành:
Rót vào 2 bình tam giác, mỗi bình 20 mL dung dịch H2O2 10%.
Thêm khoảng 0,1 g xúc tác \(MnO_2\) vào một bình và lắc đều.
Quan sát hiện tượng và trả lời câu hỏi:
1. So sánh tốc độ thoát khí ở hai bình.
2. Chất xúc tác ảnh hưởng thế nào đến tốc độ phản ứng?
1. Tiến hành và quan sát kết quả thí nghiệm
2. Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng
1. Bình được bổ sung chất xúc tác có tốc độ thoát khí nhanh hơn so với bình không có chất xúc tác.
2. Khi có chất xúc tác, phản ứng sẽ xảy ra qua nhiều giai đoạn. Mỗi giai đoạn đều có năng lượng hoạt hóa thấp hơn so với phản ứng không xúc tác. Do đó số hạt có đủ năng lượng hoạt hóa sẽ nhiều hơn, dẫn đến tốc độ phản ứng tăng lên.
99
Thực hiện hai phản ứng phân hủy H 2 O 2 Thực hiện hai phản ứng phân hủy H 2 O 2 ; một phản ứng có xúc tác MnO 2 , một phản ứng không xúc tác. Đo thể tích khí oxygen theo thời gian và biểu diễn trên đồ thị như hình bên: Đường phản ứng nào
Khi có chất xúc tác, phản ứng sẽ xảy ra qua nhiều giai đoạn. Mỗi giai đoạn đều có năng lượng hoạt hóa thấp hơn so với phản ứng không xúc tác. Do đó số hạt có đủ năng lượng hoạt hóa sẽ nhiều hơn, dẫn đến tốc độ phản ứng tăng lên.
Trong cùng khoảng thời gian, thể tích khí oxygen được biểu diễn theo đường (b) lớn hơn so với đường (a).
=> Đường phản ứng (a) tương ứng với phản ứng không có xúc tác.
Đường phản ứng (b) tương ứng với phản ứng có xúc tác.
10
Yếu tố nào đã được áp dụng để làm thay đổi tốc độ của các phản ứng trong Hình 19.7?
Trong đời sống và sản xuất, con người áp dụng nhiều biện pháp kĩ thuật để thay đổi tốc độ phản ứng như thay nồng độ , nhiệt độ, dùng chất xúc tác,…
a) Sử dụng oxygen nguyên chất => tăng nồng độ
b) Tủ lạnh bảo quản => hạ nhiệt độ, kìm hãm tốc độ chuyển hóa các chất.
c) Muối dưa bằng cách cho thêm muối, nước chua,… => thêm chất xúc tác,
100
Phản ứng tạo NO từ NH 3 là một giai đoạn trung gian trong quá trình sản xuất nitric acid:
\(4NH_3(g) + 5O_2(g) → 4NO(g) + 6H_2O(g)\)
Hãy nêu một số cách để tăng tốc độ phản ứng này.
Trong sản xuất, con người áp dụng nhiều biện pháp kĩ thuật để thay đổi tốc độ phản ứng như thay nồng độ , nhiệt độ, dùng chất xúc tác,…
Phản ứng \(4NH_3(g) + 5O_2(g) → 4NO(g) + 6H_2O(g)\), có sự tham của chất khí nên có thể tăng tốc độ phản ứng bằng cách: tăng áp suất, tăng nhiệt độ của phản ứng.
