dodĐỘNG HÓA HỌCNG HdddoÓA HỌC LOGO MỤC TIÊU Phát biểu giải thích biểu thức định luật tác dụng khối lượng ảnh hưởng nồng độ đến tốc độ phản ứng Thiết lập phương trình động học số phản ứng đơn giản có bậc khác Trình bày qui luật ảnh hưởng nhiệt độ đến tốc độ phản ứng Trình bày chế chung giải thích vai trò chất xúc tác pứ hóa học Vận dụng nguyên lí Le Chatelier để dự đoán chiều chuyển dịch cân có tác động số yếu tố 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 phản ứng phức tạp • Phản ứng đơn giản: phản ứng diễn qua giai đoạn CH3 – N = N – CH3 → CH3 – CH3 + N2 NaOH + HCl → NaCl + H2O • Phản ứng phức tạp: phản ứng diễn qua nhiều giai đoạn (nhiều phản ứng sở) - Tập hợp giai đoạn tạo thành 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 Ảnh hưởng 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 chất tham gia phản ứng với lũy thừa xác định *Biểu thức: v = k[A]m[B]n k: số tốc độ, phụ thuộc t0 chất chất pứ m, n: xác định thực nghiệm Ví dụ: NaOH + HCl → NaCl + H2O v = k[NaOH][HCl] 2.2 Bậc phân tử số phản ứng • Bậc pứ = m + n • Phân tử số: số tiểu phân đồng thời tương tác với phản ứng đơn giản Ví dụ: − 𝑶𝑯 * H 2O H 2O + ½ O v = k[H2O2] bậc 1, phân tử số * CO + Cl2 → COCl2 v = k[CO][Cl]3/2 bậc 5/2, phân tử số Phương trình động học phản ứng 3.1 Phản ứng bậc (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 thời điểm t [A]0: nồng độ chất A thời điểm ban đầu (t = 0) Phương trình động học phản ứng bậc viết 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 Sau 35’ nồng độ chất A lại 30%, hỏi: a k = ? b Sau 5h, A lại %? 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 lại 3,7.10-3 % b Pứ bậc dạng A + B → P * Nếu [A]0 = [B]0: Áp dụng công thức 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 NaOH 100C có số tốc độ pứ k2 = 2,38 lít.mol-.min- Tính thời gian cần để xà phòng hóa 50% lượng ester 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 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 = phút 49 giây 𝐁𝟎𝐀 ) 𝐀 𝟎[𝐁] Ảnh hưởng nhiệt độ đến tốc độ phản ứng 4.1 Qui tắc Van Hoff - Khi nhiệt độ phản ứng tăng lên 100 tốc độ pứ (hằng số tốc độ phản ứng) tăng lên từ đến lần - 𝛄 = - 𝛄n = 𝐤𝐭 𝟏𝟎 𝐯𝐭 𝟏𝟎 + = + = 2– 𝐤𝐭 𝐯𝒕 𝐤𝐭 𝐧 𝟏𝟎 𝐯𝐭 𝐧 𝟏𝟎 + = + 𝐤𝒕 𝐯𝒕 𝛄 ∶ hệ số nhiệt độ phản ứng Ví dụ: Hệ số nhiệt độ phản ứng 𝜸 = Khi tăng nhiệt độ thêm 400C, 1000 C tốc độ phản ứng tăng 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 chất chất pứ, không phụ thuộc t0 E: lượng hoạt hóa phản ứng 4.3 Năng lượng hoạt hóa phản ứng (E) Là lượng tối thiểu mà mol chất pứ cần phải có để chuyển 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 phản ứng nhiệt độ T1 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 pứ bậc tiến hành 270C, nồng độ chất pứ giảm xuống 50% sau 5000s Ở 370C, nồng độ giảm nửa sau 1000s Tính lượng hoạt hóa E 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 pứ phân hủy cho, thời gian nửa pứ không phụ thuộc nồng độ đầu 100s a Cho biết bậc 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 lượng hoạt hóa pứ ĐS: a bậc b t = 232 (s) c E = 15,2 kcal/mol Ảnh hưởng xúc tác đến tốc độ phản ứng 5.1 Một số khái niệm • ĐN: chất xúc tác chất làm tăng tốc độ pứ hoàn trả lại chất 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 vai trò 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 5.3 Đặc điểm xúc tác - không gây phản ứng hóa học - không làm thay đổi cân hóa học - có tính chọn lọc - lượng nhỏ chất xúc tác xúc tác cho lượng lớn chất phản ứng Cân hóa học 6.1 Phản ứng thuận nghịch - Là pứ diễn theo chiều ngược kt A + B kn C + D vt = kt[A][B] = kn[C][D] Tại thời điểm cân bằng: vt = → Kc = 𝐤𝐭 𝐤𝐧 = 𝐂 ′[𝐃]′ 𝐀 ′[𝐁]′ 6.2 Nguyên lý chuyển dịch cân Le Chatelier “ Khi điều kiện tồn cân như: nồng độ, nhiệt độ, áp suất bị thay đổi cân chuyển dịch theo chiều chống lại tác dụng thay đổi đó” Ví dụ: Cân Tăng t0 nghịch thuận không Tăng p thuận khong không