Bài giảng Hóa đại cương: Chương 10 - TS. Phan Nguyễn Quỳnh Anh

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:22

Thêm vào BST

Báo xấu

2
lượt xem 0
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Hóa đại cương: Chương 10 - Động hóa học tốc độ và cơ chế của phản ứng hóa học, được biên soạn gồm các nội dung chính sau: định nghĩa tốc độ phản ứng, cách biểu diễn và tính tốc độ trung bình – tức thời; ảnh hưởng của nồng độ, nhiệt độ, chất xúc tác và diện tích bề mặt. Ngoài ra, chương còn giới thiệu phương trình tốc độ, bậc phản ứng, và năng lượng hoạt hóa (Ea). Phần cuối trình bày cơ chế phản ứng – chuỗi các bước trung gian mô tả quá trình phản ứng thực sự diễn ra.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Hóa đại cương: Chương 10 - TS. Phan Nguyễn Quỳnh Anh

CHƯƠNG 10 ĐỘNG HÓA HỌC TỐC ĐỘ VÀ CƠ CHẾ CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC TS. Phan Nguyễn Quỳnh Anh pnqanh@hcmut.edu.vn
NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC ✓Khảo sát trạng thái đầu và trạng thái cuối của hệ. ✓Điều kiện để pư diễn ra: GT = H - T.S < 0 ✓Mức độ diễn ra của quá trình: KT (G0T = -RTlnKT) ĐỘNG HÓA HỌC ➢Nghiên cứu giai đoạn trung gian: cơ chế phản ứng. ➢Phản ứng diễn ra nhanh hay chậm: tốc độ phản ứng. ➢Các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng. 2
Phản ứng đơn giản: diễn ra có 1 giai đoạn. H2 (k) + I2(k) = 2HI(k) Phản ứng phức tạp: diễn ra qua nhiều giai đoạn. Mỗi giai đoạn gọi là một tác dụng cơ bản. ∑ giai đoạn ( tác dụng cơ bản ): cơ chế của pư. Một phản ứng gồm nhiều giai đoạn nối tiếp, tốc độ pư được quyết định bởi tốc độ của giai đọan chậm nhất. 3
Phản ứng đồng thể: phản ứng có tất cả các chất đầu và sản phẩm cuối nằm trong cùng một pha. Phản ứng dị thể: phản ứng có các chất đầu và cuối khác pha 4
Ví dụ: 2N2O5 = 4NO2 + O2 Có hai giai đoạn nối tiếp: N2O5 = N2O3 + O2 (1); chậm → v1 = k1.[N2O5] N2O5 + N2O3 = 4NO2 (2); nhanh → v2 = k2.[N2O5].[N2O3] Giai đoạn 1 chậm → vpư = k1.[N2O5] → Phản ứng bậc nhất 5
PHÂN TỬ SỐ: số tiểu phân (nguyên tử, phân tử, ion) của chất pư tương tác gây nên biến đổi hoá học trong 1 tác dụng cơ bản. (phân tử số = 1,2,3) Tam phân tử Đơn phân tử Lưỡng phân tử PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN CÓ: Phân tử số =1→pư đơn phân tử I2(k) = 2I(k) Phân tử số =2→pư lưỡng phân tử H2(k)+I2(k) = 2HI (k) Phân tử số =3→pư tam phân tử 2NO(k)+O2(k)=2NO2(k) 6
BẬC PHẢN ỨNG Bậc phản ứng: bằng tổng số mũ của nồng độ các chất phản ứng ghi trong biểu thức định luật tác dụng khối lượng. Nếu tổng các số mũ đó là 1, 2, 3… thì phản ứng được gọi là phản ứng bậc một, bậc hai, bậc ba … Chú ý : Đối với các phản ứng đơn giản, bậc phản ứng trùng phân tử số. Trong các phản ứng phức tạp, bậc của phản ứng được xác định bởi giai đoạn chậm nhất nên bậc của phản ứng không trùng với phân tử số. Bậc phản ứng có thể bằng không hoặc không phải là số nguyên 7
TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG C - Tốc độ trung bình : v= t - Tốc độ tức thời : dC v= dt ở đây: nếu C là nồng độ của chất phản ứng thì lấy dấu – nếu C là nồng độ của sản phẩm thì lấy dấu + Tốc độ của phản ứng không những phụ thuộc vào bản chất của phản ứng, mà còn phụ thuộc vào các yếu tố khác như: nồng độ các chất tham gia phản ứng, áp suất (đối với các phản ứng có chất khí tham gia), nhiệt độ, xúc tác, tạp chất, kích thước hạt (đối với các phản ứng có chất rắn tham gia), môi trường (đối với các phản ứng trong dung dịch)… 8
ĐỊNH LUẬT TÁC DỤNG KHỐI LƯỢNG (M.Guldberg và P. Waage ) Phản ứng tổng quát aA + bB = cC + dD Tốc độ phản ứng: v = k.CmA.CnB • v : tốc độ tức thời của phản ứng ở thời điểm xác định. • CA, CB : nồng độ tức thời của các chất A và B ở thời điểm đó. • k : hằng số tốc độ, phụ thuộc vào bản chất của phản ứng và nhiệt độ và xúc tác [k] = [mol/l] (1-bpư) .[thời gian]-1 • n, m : số mũ. Đối với phản ứng đơn giản: n = a, m = b. Đối với phản ứng phức tạp: n  a, m  b. 9 n + m = bậc phản ứng
HẰNG SỐ TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG k 𝑛 𝑚 (pư đồng thể) ➢Ý nghĩa vật lý: 𝑣 = 𝑘. 𝐶𝐴 . 𝐶𝐵 Khi CA = CB = 1mol/l v = k → tốc độ riêng của pư ➢ Phương trình Arrhenius (thực nghiệm) : E* − E* k = A.e RT CHẤT E* E*: Năng T ↑ thì hoạt hóa của pư. lượng k ↑ ത 𝐄 PƯ xúc tác SẢN PHẨM E*: là hàng rào năngthì k ↑ mà Xúc tác: E*↓ lượng Pư có G < 0 → thực tế khôngvượt ra → để pư pư phải xảy qua để tạo sp. A: Hằng số thường gọi là thừa số tần số, cùng đơn vị với k. xảy ra thường tăng k bằng cách: T ↑, xúc tác (E* ↓) E*, A: có trị số riêng cho mỗi pư, thường xem không phụ thuộc T.
Ví dụ. Xét phản ứng phức tạp có 2 gđ nối tiếp: 2NO(k) + Br2(k) = 2NOBr(k) Gđ 1: NO(k) + Br2 = NOBr (k) ; ứng là K → Phản ứng phức tạp có bậc 2phản nhanh, 3.cb →K = [𝑁𝑂𝐵𝑟2 ] 2 theo NO] vàK .[NO].[BrBr2. Trong đó bậc → [NOBr = bậc 1 theo ] cb 𝑁𝑂 .[𝐵𝑟2 ] 2 cb 2 → Bậc phản ứng của chất phản ứng bằng các Gđ 2: NO(k) + NOBr2(k) = 2NOBr(k); chậm hệ số tỉ lượng. Vpư = V2 = k2.[NO].[NOBr2] = k2.Kcb.[NO]2.[Br2] Vpư = k.[NO]2.[Br2] (k = k2.Kcb) 11
CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG ➢Bản chất phản ứng. ➢Nồng độ (áp suất) của chất pư Số va chạm có hiệu quả ➢Nhiệt độ. k tăng ➢Xúc tác. ➢Diện tích bề mặt tiếp xúc (pư dị thể). ➢Dung môi (pư trong dung dịch). ➢Sự khuấy trộn….. 12
ẢNH HƯỞNG NHIỆT ĐỘ ĐẾN ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG Quy tắc kinh nghiệm của Van’t Hoff k T +10  = = 24 : hệ số nhiệt độ kT 𝑛 𝑘 𝑇+𝑛.10 𝑉 𝑇+𝑛.10 𝑇 𝛾 = = = 𝑘𝑇 𝑉𝑇  𝑇+𝑛.10 ∆𝑻 𝒗 𝑻+∆𝑻 = 𝒗 𝑻 . 𝜸 𝟏𝟎
Khi thực hiện phản ứng ở 200C thì thời gian phản ứng là 2 giờ. Khi tăng nhiệt độ lên 500C thì thời gian phản ứng rút ngắn còn 15 phút. Tính hệ số nhiệt độ  của phản ứng. 3 𝑘20+3.10 120 𝛾 = = 𝑘50 15 → =2 14
Ở 100oC, một phản ứng kết thúc sau 3h . Hệ số nhiệt độ của phản ứng là 3. Khi tăng nhiệt độ phản ứng lên 130oC thì thời gian phản ứng sẽ là: A. 20 phút B. 60 phút C. 400 giây D.30 phút Nghĩa là tốc độ tăng lên 27 lần Thời gian kết thúc phản ứng là 15
ẢNH HƯỞNG CỦA XÚC TÁC ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG ➢Chất xúc tác làm tăng tốc độ pư hh có G
TÍNH CHẤT CỦA XÚC TÁC Không làm thay đổi các đặc trưng nhiệt động của hệ (U, H, S, G, Kcb). Không làm chuyển dịch cân bằng của phản ứng mà làm cho cân bằng nhanh đạt hơn. Sự xúc tác có tính chọn lọc. 17
SỰ TỰ XÚCHOẠT TÍNH (PROMOTOR): làm tăng tốc CHẤT TĂNG TÁC: chất xúc tác là một trong các sảnpư nhưng bị tiêu thụ Mn2+ quá trìnhxúc tác của pư: độ phẩm của pư.Vd trong là chất pư. 2MnO4- + 5H2Chữu + 6H+chất tăng + 10CO2 cho quá Vd: các peoxyt O cơ là = 2Mn2+ hoạt tính + 8H O 2 4 2 trình polime hóa các anken.làm giảm tốc độ pư, CHẤT ỨC CHẾ: là chất CHẤT KÍCH THÍCH XÚC TÁC: quá trìnhtác dụng xúc thường dùng kìm hãm các không có hóa học tác nhưng làm tăng hoạt tính xúc tác. không mong muốn. Vd: sunfat kl kiềm làm tăng hoạt tính V2O5 lên hàng Vd: Na2SO3 + 1/2O2 = Na2SO4 trăm lần. 4 : chất xúc tác CuSOĐỘC XÚC TÁC: làm giảm hoạt tính của xúc tác. CHẤT Vd: CO, Aschấtlà chất độc xúc tác đối với Pt. Glycerin: 2O3 ức chế 18
XÚC TÁC ĐỒNG THỂ: chất xúc tác và chất pư tạo thành 1 pha duy nhất lỏng hay khí. NO(k) Vd: 2SO2(k) + O2(k) → 2SO3(k) XÚC TÁC DỊ THỂ: chất xúc tác không cùng pha với chất pư, thường chất xúc tác là pha rắn còn chất pư là pha khí hay lỏng. Fe + (Al2O3 , K2O) 1 3 Vd: N2 (k) + H2 (k) → NH3(k) 2 2 19
XÚC TÁC ENZIM: là các axit amin có cấu trúc phức tạp được tiết ra từ cơ thể sinh vật. zymaza Vd: C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 NẤM MEN Saccharomyces cerevisiae Tiết hệ enzym zymaza. Nồng độ đường lên men: 10- 15% pH = 4 – 4,5 20