Bài giảng Hoá học đại cương: Chương 4 - ThS. Trần Thị Minh Nguyệt

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:23

Thêm vào BST

Báo xấu

10
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Hoá học đại cương chương 4 Động hóa học, cung cấp cho người học những kiến thức như: Các khái niệm cơ bản; Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Hoá học đại cương: Chương 4 - ThS. Trần Thị Minh Nguyệt

CHƢƠNG IV : ĐỘNG HÓA HỌC §1. Các khái niệm cơ bản §2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng 1
§1. Các khái niệm cơ bản 1.1. Phản ứng đồng thể - phản ứng dị thể + Phản ứng đồng thể: phản ứng xảy ra trong phạm vi một pha. Vd: phản ứng của các chất khí, trong dung dịch + Phản ứng dị thể: phản ứng xảy ra trên bề mặt phân chia pha hay trong lớp gần với bề mặt phân chia pha. Vd: Phản ứng đốt cháy than trong không khí 2
§1. Các khái niệm cơ bản 1.2. Vận tốc phản ứng Vận tốc phản ứng là đại lượng biểu diễn sự biến thiên nồng độ của chất phản ứng trong một đơn vị thời gian Vd: đơn vị thời gian là giây v = mol/l.s = mol.l-1.s-1 C C dC vtb   vtt   lim  t t 0 t dt Qui ước vận tốc luôn dương vậy Dấu (-) khi tính cho vận tốc theo các chất tham gia Dấu (+) khi tính cho vận tốc theo các chất sản phẩm 3
§1. Các khái niệm cơ bản 1.2. Vận tốc phản ứng Nếu có phương trình có hệ số tỷ lượng khác nhau aA +b B → e E + f F 1 dCA 1 dCB 1 dCE 1 dCF v=- =- = = a dt b dt e dt f dt Vận tốc phản ứng phụ thuộc nhiều yếu tố: bản chất các chất tham gia phản ứng, các điều kiện: T, p, nồng độ, sự khuấy trộn, chất xúc tác, bản chất dung môi ... 4
§2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến vận tốc phản ứng 2.1. Định luật tác dụng khối lƣợng để tính vận tốc phản ứng aA + bB → sản phẩm Theo Gulber- Wage: “Vận tốc phản ứng hoá học tỉ lệ với tích số nồng độ với số mũ là hệ số của các chất trong phương trình phản ứng a b v = k. C . C A B Trong đó: CA , CB nồng độ các chất phản ứng ở thời điểm khảo sát (mol/l) a, b hệ số tỷ lượng của các chất phản ứng k: hằng số vận tốc phản ứng 5
§2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến vận tốc phản ứng 2.1. Định luật tác dụng khối lƣợng để tính vận tốc phản ứng aA + bB → sản phẩm Tổng quát ta có n1 n2 v = k. C . C A B Trong đó n1 có thể trùng hoặc khác a n2 có thể trùng hoặc khác b n1, n2 xác định qua thực nghiệm 6
Bậc của phản ứng + Bậc phản ứng: là tổng số mũ các nồng độ trong phương trình động học: n= n1 + n2 + Bậc phản ứng biểu diễn ảnh hưởng tổng quát của nồng độ đến vận tốc phản ứng + Bậc của phản ứng (n) có thể là 0, 1, 2, 3 nói chung bậc 3 hiếm thấy + Phản ứng hóa học xảy ra qua nhiều giai đoạn trung gian, giai đoạn nào chậm nhất sẽ quyết định vận tốc phản ứng Ví dụ: H2(k) + I2(k) 2HI(k) v1  k1 .C H 2 .C I 2 v 2  k 2 .C HI 2 Cả hai phản ứng thuận, nghịch đều là bậc hai 7
2.2. Phƣơng trình động học bậc 1 Ta xét phản ứng đơn giản: A → sản phẩm Để đơn giản gọi nồng độ chất A là C k : Hằng số vận tốc phản ứng bậc 1 dC v=- Theo định nghĩa: dt Theo định luật tác dụngdC khối lượng: v = k1.C k.C = - Suy ra: dt dC k.dt =- C 8
2.2. Phƣơng trình động học bậc 1 Khi thời gian biến thiên từ t0 đến t thì nồng độ biến thiên từ C0 đến C. t C dC t kdt  C C 0 0 k  t  t0    ln C C C0  ln C C0 C Tại thời điểm ban đầu t0 = 0, ta có: C0 C0 kt  ln  2,3lg C C 9
2.2. Phƣơng trình động học bậc 1 Giả sử lượng chất đã phản ứng là C = x thì: C0 hay 1 C0 kt  2,3lg k  2,3lg C0  x t C0  x Khi lượng chất đã hết 1/2 thì thời gian phản ứng được gọi là chu kỳ bán huỷ, kí hiệu là τ. 1 C0 suy ra 0, 6932 k  2,3lg   C C0  0 2 k 10
2.3. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng a. Quy tắc Van’t Hoff + Khi nhiệt độ thay đổi thì hằng số vận tốc k thay đổi + Khi tăng nhiệt độ lên 100C độ vận tốc phản ứng tăng lên từ 2 đến 4 lần + Giả sử có phản ứng nào đó ở nhiệt độ T1 vận tốc phản ứng là v1, khi tăng nhiệt độ lên T2, nghiên cứu thực nghiệm chứng minh được: (T2 -T1 ) v2 =γ 10 v1 + Vậy cứ tăng lên 10oC thì vận tốc phản ứng tăng lên γ lần, γ thường có giá trị 2 ÷ 4) 11 γ gọi là hệ số nhiệt độ, hay gọi là hệ số Van’t Hoff
2.2. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng b. Phương trình Arrehenius + Nghiên cứu thực nghiệm: hằng số tốc độ phản ứng k có quan hệ hàm số mũ với nhiệt độ -Ea /RT k = A. e Trong đó k là hằng số tốc độ của phản ứng Ea là năng lượng hoạt hoá R là hằng số khí lý tưởng T là nhiệt độ tuyệt đối A Hằng số đặc trưng cho phản ứng Ea: năng lượng cần thiết để đưa 1 mol các phân tử chất phản ứng có NL trung bình lên trạng thái hoặt động. + Ta thấy khi T tăng thì k tăng vậy v sẽ tăng 12
Năng lƣợng hoạt hóa * Năng lượng hoạt hoá (yếu tố năng lượng) Xét phản ứng: Br + H2 → HBr + H E [Br... H... H] E2 E1 - Năng lượng ở trạng thái đầu. E2 - Năng lượng ở trạng thái phức E3 HBr + H hoạt động trung gian. Br+H2 H phản ứng E1 E3 - Năng lượng ở trạng thái sản phẩm. E = E2 – E1 = năng lượng hoạt hóa là phần năng lượng dư tối thiểu của các phân tử tham gia phản ứng cần phải có để vượt qua trạng thái phức họat động trung gian tạo thành sản phẩm. E được coi là "hàng rào thế năng của phản ứng". 13
2.2. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng Cách xác định Ea -Ea /RT k = A. e Lấy logarit hai vế Đạo hàm theo T Ea dlnk Ea lnk = - + lnA (*) = (**) RT dT R.T 2 Nếu coi Ea là hằng số, tích phân phương trình (**) và lấy cận từ T1 đến T2 k2 Ea 1 1 Ea 1 1 ln = - ( - ) = ( - ) k1 R T2 T1 R T1 T1 14
2.2. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng Cách xác định Ea -Ea /RT k = A. e Ea Lấy logarit hai vế lnk = - + lnA RT + Đo k ở vài nhiệt độ khác nhau + A (hay k0) là h/s vận tốc khi T→∞ + Lập đồ thị lnk =f (1/T) + đồ thị sẽ là đường thẳng có hệ số góc Ea tg  = - R 15
2.3. Thuyết va chạm hoạt động + Theo thuyết va chạm hoạt động của Arrhenius, muốn có phản ứng hóa học cần những điều kiện: - Các phần tử tham gia phản ứng phải va chạm nhau - Va chạm hoạt động là những va chạm có hiệu quả tức là phải có năng lượng đủ lớn để vượt qua thềm năng lượng của phản ứng và chúng được định hướng thích hợp Số va chạm rất lớn nhưng chỉ có số nhỏ va chạm là có hiệu quả dẫn đến tương tác hóa học 16
2.3. Thuyết va chạm hoạt động Xét phản ứng giứa 2 phân tử cùng loại 2A → sản phẩm Số va chạm giữa các phân tử cùng loại trong một giây và trong một đơn vị thể tích  RT 1 Z 0  2n2 2 ( ) 2 M R – Hằng số khí lý tưởng δ – Đường kính hiệu dụng phân tử n – Số phân tử trong một cm3 M – Khối lượng mol Z0 - Số va chạm 17
2.3. Thuyết va chạm hoạt động Số va chạm có năng lượng lớn hơn năng lượng hoạt hóa được tính theo định luật phân bố Ea - RT Z = Z0 e Hai phân tử cùng loại nên sau 1 giây trong 1 cm3 số phân tử tham gia phản ứng là Z’ = 2Z Ngoài yếu tố năng lượng đủ lớn cần có sự định hướng thích hợp với đặc trưng là thừa số xác suất P Ea  Vậy vận tốc phản ứng là v = 2.Z.P = 2.P. Z0e RT Ea  Nếu phản ứng của 2 chất khác nhau thì v = Z.P = P. Z0e RT 18
2.4. Ảnh hƣởng của xúc tác đến vận tốc độ phản ứng * Xúc tác là chất đưa thêm vào hệ phản ứng làm cho tốc độ phản ứng thay đổi. * Phân loại xúc tác: - Xúc tác đồng thể: chất xúc tác và chất phản ứng cùng pha Vd: dd H2O2 → H2O + O2 có thể dùng dd K2CrO4 làm chất xúc tác - Xúc tác dị thể: chất xúc tác và chất phản ứng khác pha Vd: dd H2O2 → H2O + O2 có thể dùng bột MnO2 làm chất xúc tác - Xúc tác men (enzim) xúc tác sinh học 19
2.4. Ảnh hƣởng của xúc tác đến vận tốc độ phản ứng * Cơ chế của xúc tác dương đồng thể Có phản ứng A + B → AB Chất xúc tác X A + X → AX (h/c trung gian) AX + B → ( AB)*X Phức chất hoạt động ( AB)*X → AB + X Ea : NL hoạt hóa phản ứng không xúc tác E1, E2 : NL hoạt hóa của giai đoạn tạo h/c trung gian và phức chất hoạt động E1, E2