CHƯƠNG 4:4: CHƯƠNG CHƯƠNG CHƯƠNG 4:4:
ĐỘNG HÓA HỌC ĐỘNG HÓA HỌC ĐỘNG HÓA HỌC ĐỘNG HÓA HỌC
& CÂN BẰNG HÓA HỌC & CÂN BẰNG HÓA HỌC & CÂN BẰNG HÓA HỌC & CÂN BẰNG HÓA HỌC
1
Nội dung
I. ĐỘNG HÓA HỌC I. ĐỘNG HÓA HỌC 1. Một số khái niệm 1. Một số khái niệm 2. Phương trình động học một số phản ứng đơn 2. Phương trình động học một số phản ứng đơn
giản giản
3. Các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng 3. Các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng
II. CÂN BẰNG HÓA HỌC II. CÂN BẰNG HÓA HỌC
1. Hằng số cân bằng 1. Hằng số cân bằng 2. Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng 2. Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng
2
I. ĐỘNG HÓA HỌC
I.1. Một số khái niệm
3
Vận tốc phản ứng
Tại t = 0 Tại t = 0 [A] = 8 [A] = 8 [B] = 8 [B] = 8 [C] = 0 [C] = 0
Tại t = 16 [A] = 4 [B] = 4 [C] = 4
4
Tại t = 32 [A] = 2 [B] = 2 [C] = 6
Tại t = 48 Tại t = 48 [A] = 0 [A] = 0 [B] = 0 [B] = 0 [C] = 8 [C] = 8
5
Vận tốc phản ứng
v
C t
A t
Vận tốc tức thời tại thời điểm t:
v
Cd dt
Ad dt
6
Biểu thức vận tốc phản ứng
A
D
v
B C n m BAk
Xét phản ứng:
Trong đó: Trong đó:
k: được gọi là hằng số vận tốc k: được gọi là hằng số vận tốc m: bậc phản ứng theo A m: bậc phản ứng theo A n: bậc phản ứng theo B n: bậc phản ứng theo B (m+n): bậc phản ứng tổng quát (m+n): bậc phản ứng tổng quát
7
Hai giá trị m,n được suy ra từ giá trị thực nghiệm, có thể Hai giá trị m,n được suy ra từ giá trị thực nghiệm, có thể mang giá trị dương, âm, là số nguyên hay số thập phân mang giá trị dương, âm, là số nguyên hay số thập phân
Nếu tác chất tham gia phản ứng là chất khí, thì dùng áp
( kA
)
( kB
)
C
D
v
.
.
m A ppk
n B
8
suất các khí để tính vận tốc phản ứng
Phản ứng đơn giản & phức tạp
Phản ứng đơn giản (phản ứng sơ cấp) là phản ứng Phản ứng đơn giản (phản ứng sơ cấp) là phản ứng xảy ra một giai đoạn xảy ra một giai đoạn
(bậc phản ứng trùng với hệ số tỷ lượng của phản ứng) (bậc phản ứng trùng với hệ số tỷ lượng của phản ứng)
2 NO(k) + O2(k) 2 NO2(k) 2 NO(k) + O2(k) 2 NO2(k)
v = k[NO]2[O2] v = k[NO]2[O2]
2
4
ON 5 2
NO 2
O 2
9
Phản ứng phức tạp là phản ứng xảy ra nhiều giai đoạn (bậc phản ứng là các giá trị thực nghiệm)
Ví dụ:
Phản ứng Phản ứng
Pt vận tốc Pt vận tốc
v = k[CH3CHO]3/2 v = k[CH3CHO]3/2 v = k[N2O5] v = k[N2O5] v = k[H2][Br2]1/2 v = k[H2][Br2]1/2
CH3CHO CH4 + CO CH3CHO CH4 + CO 2 N2O5 4 NO2 + O2 2 N2O5 4 NO2 + O2 H2 + Br2 2 HBr H2 + Br2 2 HBr
10
Hợp chất trung gian & năng lượng hoạt hóa
Hợp chất trung gian
Năng lượng Năng lượng hoạt hóa hoạt hóa
Tác chất
11
Sản phẩm
Ví dụ:
12
Hợp chất trung gian
13
Năng lượng hoạt hóa Ea
I.2. Phương trình động học một số phản ứng đơn giản
Phản ứng bậc không
0
v
const
k
A → Sản phẩm Ak
14
Tốc độ phản ứng không phụ thuộc vào nồng độ của chất phản ứng
A → Sản phẩm
v
Ak
v = k [N2O4]
15
Phản ứng bậc một
v
2A → Sản phẩm 2Ak
v = k [NO2]2
v
A + B → Sản phẩm BAk
16
Phản ứng bậc hai
I.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng
A
v v
C D B n n m BAk m BAk
Ảnh hưởng của nồng độ tác chất
Nồng độ tác chất tăng thì vận tốc phản ứng tăng
17
Vận tốc phản ứng giảm theo thời gian
A B
+ Đối với phản ứng thuận nghịch
v th
v v
k k
B B
Theo chiều thuận (AB)
Ak th
m n n
ng ng
ng ng
Theo chiều nghịch (BA) Theo chiều nghịch (BA)
Khi vth = vng phản ứng đạt cân bằng
18
Theo thời gian [A] giảm vth giảm [B] tăng vng tăng
Ảnh hưởng của nhiệt độ
Khi tăng nhiệt độ lên 100 thì vận tốc phản ứng tăng lên 24 lần
Số lần tăng này gọi là hệ số nhiệt độ: γ
2 2
T T 10 10
v v 2 2 v v 1 1
k k k k 1 1
Quy tắc Van’t Hoff
Với
v2 , k2 là vận tốc và hằng số vận tốc của phản ứng
ở nhiệt độ T2
v1 , k1 là vận tốc và hằng số vận tốc của phản ứng
ở nhiệt độ T1
19
ΔT = T2 - T1
Hệ thức Arrhenius
E a RT
k
. eA
20
Ea : năng lượng hoạt hóa của phản ứng Ea : năng lượng hoạt hóa của phản ứng A : thừa số tần số (thể hiện xác suất va chạm hữu hiệu A : thừa số tần số (thể hiện xác suất va chạm hữu hiệu của các phân tử tham gia phản ứng) của các phân tử tham gia phản ứng)
21
Ví dụ: Xét phản ứng
E a RT
k
. eA
ln
k
A
ln
E a RT
22
Xác định Xác định được A & Ea được A & Ea
Ảnh hưởng của xúc tác
Chất xúc tác là những chất có khả năng làm tăng vận
tốc phản ứng. Chất xúc tác tham gia vào phản ứng, nhưng sau phản
ứng được phục hồi, không bị biến đổi về khối lượng và
chất lượng
Xúc tác đồng thể: có cùng pha với chất tham gia phản ứng
Xúc tác dị thể: không cùng pha với chất tham gia phản ứng,
phản ứng hoá học xảy ra trên bề mặt chất xúc tác
Xúc tác enzym
23
Phân loại chất xúc tác:
Chất xúc tác làm tăng vận tốc phản ứng (thuận & nghịch), Chất xúc tác làm tăng vận tốc phản ứng bằng cách làm không làm thay đổi mức độ cân bằng của phản ứng thuận nghịch giảm năng lượng hoạt hóa
không có xúc tác Ea khi không có xúc tác
2
2
OH 2 2
OOH 2
2
24
có xúc tác Ea khi có xúc tác
2
NH
k )(
3)(
kN 2
kH )( 2
3
Tốc độ phản ứng trên thay đổi như thế nào khi tăng thể tích Tốc độ phản ứng trên thay đổi như thế nào khi tăng thể tích bình phản ứng lên 2 lần bình phản ứng lên 2 lần
a. Tăng lên 4 lần a. Tăng lên 4 lần
b. Tăng lên 16 lần b. Tăng lên 16 lần
c. Giảm xuống 16 lần c. Giảm xuống 16 lần
d. Giảm xuống 4 lần d. Giảm xuống 4 lần
25
Ví dụ:
Một phản ứng kết thúc sau 3h ở 200C. Ở nhiệt độ nào phản Một phản ứng kết thúc sau 3h ở 200C. Ở nhiệt độ nào phản ứng sẽ kết thúc sau 20 phút, biết hệ số nhiệt độ của phản ứng sẽ kết thúc sau 20 phút, biết hệ số nhiệt độ của phản ứng là 3. ứng là 3.
a. 300C a. 300C
b. 400C b. 400C
c. c.
500C 500C
d. 600C d. 600C
26
Ví dụ:
Khi thực hiện một phản ứng ở 200C thì hằng số tốc độ của
phản ứng là k. Khi tăng nhiệt độ phản ứng lên 300C thì hằng
số tốc độ phản ứng tăng lên 2 lần.
Ví dụ:
Tính năng lượng hoạt hóa của phản ứng.
27
II. CÂN BẰNG HÓA HỌC
II.1. Hằng số cân bằng
Xét phản ứng (đơn giản) thuận nghịch Xét phản ứng (đơn giản) thuận nghịch
• vth = kth [A]a[B]b • vth = kth [A]a[B]b • vn = kn [C]c[D]d • vn = kn [C]c[D]d
aA + bB cC + dD aA + bB cC + dD
Ở trạng thái cân bằng: Ở trạng thái cân bằng:
[C]c[D]d
kt
=
K =
28
[A]a[B]b
kn
vt = vn vt = vn kt [A]a[B]b = kn [C]c[D]d . kt [A]a[B]b = kn [C]c[D]d .
d
D
+Nếu phản ứng trong dung dịch
b
c CC C a CC A
B
Kc =
+Nếu hỗn hợp phản ứng là chất khí +Nếu hỗn hợp phản ứng là chất khí
K
P
c d . PP C D a b PP . A B
29
aA(k) + bB(k) cC + dD
Cách viết biểu thức hằng số cân bằng
r )(
CaO
r )(
k )(
CaCO 3
CO 2
K
P P NH
2CO k )(
NH
rCl )(
kHCl )(
3
4
3
CH
CH
. P HCl CH COOH 3
K P OH 2
COOCH 3
3
OH 3
KC
KC
OH ] 3 ] OH 2 OH ] 3 ]
P NH dư COOH CH [ ].[ CH 3 [ COOCH CH ].[ 3 3 CH COOH CH [ ].[ 3 [ CH COOCH 3
3
30
Mối liên hệ hằng số cân bằng K giữa các phản ứng
cC + dD aA + bB
aA + bB cC + dD
c c
d d
a a
b b
K K
K K
1 1
2 2
a a
c c
C C A A
D D B B
b b
A A C C
B B D D
d d
K 1
1 K
2
31
2aA + 2bB 2cC
aA + bB cC
2 2
c c
c
K K
2 2
2 2
2 2
b b
A A
B B
K
1
B
A
C a
b
2 2
c c
b b
A A
B B
C C a a C C a a
K
K 2
2 1
32
(1) aA bB
(3) aA cC
(2) bB cC
c c
b
K K
3 3
a a
K
1
B A
a
b b
c c
c
a a
B B A A
C C A A C C B B
b b
K
2
b
[ [
C B
] ]
K
3
KK 1
2
33
K p 1 K
14 atm 10.3,1 3 1 atm 10.4,5
rC kCO )( )( 2 kCO kCl )( )( 2
2 kCO )( COCl k )( 2
p
2
Ví dụ: Cho các cân bằng ở 8500C
rC )( )( rC
COCl 2 2 COCl
k )( )( k
2)( k 2)( k
kCl )( )( kCl 2 2
2 2
CO CO 2 2 11
a
10.54,7)
9
b
10.79,3)
11
c
10.54,7)
9
d
10.37,4)
34
Tính hằng số cân bằng KP của phản ứng:
Sự liên hệ giữa ΔG0 và K
0
G
RT
ln
K
Nếu K >1 thì G0 < 0 phản ứng diễn ra theo chiều thuận Nếu K >1 thì G0 < 0 phản ứng diễn ra theo chiều thuận
Nếu K < 1 thì G0 > 0 phản ứng diễn ra theo chiều nghịch Nếu K < 1 thì G0 > 0 phản ứng diễn ra theo chiều nghịch
35
Nếu K = 1 thì G0 = 0 hệ đạt trạng thái cân bằng Nếu K = 1 thì G0 = 0 hệ đạt trạng thái cân bằng
2
NO k )(
2
kON )( 4
2
Có ∆H và ∆S lần lượt là -57,4Kcal và -176,74 cal.độ-1
a. Tính nhiệt độ ở trạng thái cân bằng
b. Tính giá trị hằng số cân bằng ở 250C
36
Ví dụ:
II.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng
Nguyên lý Le Chatelier về sự chuyển dịch cân bằng: Nguyên lý Le Chatelier về sự chuyển dịch cân bằng:
Với một hệ ở trạng thái cân bằng, nếu ta thay đổi bất kỳ Với một hệ ở trạng thái cân bằng, nếu ta thay đổi bất kỳ
một yếu tố xác định điều kiện cân bằng (p, T, C) thì cân một yếu tố xác định điều kiện cân bằng (p, T, C) thì cân
37
bằng sẽ dịch chuyển theo chiều chống lại sự thay đổi đó bằng sẽ dịch chuyển theo chiều chống lại sự thay đổi đó
2
SO
)( k
2
SO
3
H
198
4,
kJ
2
)( kO 2
0 pu
Ví dụ:
Để thu được nhiều SO3 cần phải: Để thu được nhiều SO3 cần phải:
a) Tăng áp suất, tăng nhiệt độ a) Tăng áp suất, tăng nhiệt độ
b) Giảm áp suất, tăng nhiệt độ b) Giảm áp suất, tăng nhiệt độ
c) Tăng áp suất, giảm nhiệt độ c) Tăng áp suất, giảm nhiệt độ
38
d) Giảm áp suất, giảm nhiệt độ d) Giảm áp suất, giảm nhiệt độ
/1
)(
)(
131
kJ
kOHrC )(
kHkCO )(
H
2
2
/2
)(
)( )( kHk
H
41
kJ
kOHkCO )(
2
CO 2
2
Xét các hệ cân bằng sau trong một bình kín
Các cân bằng trên sẽ chuyển dịch như thế nào khi thay đổi Các cân bằng trên sẽ chuyển dịch như thế nào khi thay đổi một trong các điều kiện sau: một trong các điều kiện sau:
a. Tăng nhiệt độ a. Tăng nhiệt độ
b. Thêm lượng hơi nước vào b. Thêm lượng hơi nước vào
c. Thêm khí H2 vào c. Thêm khí H2 vào
d. Giảm thể tích của bình kín d. Giảm thể tích của bình kín
39
e. Dùng thêm chất xúc tác e. Dùng thêm chất xúc tác
