Bài giảng Hóa học đại cương: Chương 8

LOGO

CHƯƠNG 8: ĐỘNG HÓA HỌC

PowerPoint Template PowerPoint Template

8.1 Vận tốc phản ứng

8.2

Enter

www.themegallery.com

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

Các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng

I wonder what happens if I mix these two solutions…

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

WOW, that was really FAST

It was also really FUN

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

8.1 Vận tốc phản ứng

I wonder if I should be wearing my goggles?

1 8.1.1

1 Tốc độ trung bình và tốc độ tức thời

Khái niệm vận tốc phản ứng

8.1.2 8.1.3 Phương pháp xác định tốc độ phản ứng

Back

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

8.1.2 Tốc độ trung bình và tốc độ tức thời

8.1.1 Khái niệm vận tốc phản ứng

aA + bB + … = eE + fF + …

1 a

]A[ t

1 b

]B[ t

1 e

]E[ t

1 f

]F[ t

(cid:1)Tốc độ của phản ứng hóa học là đại lượng đặc trưng cho diễn biến nhanh hay chậm của một phản ứng hóa học. D D D D D D D D rate

(cid:1)Tốc độ của phản ứng hóa học là biến thiên nồng độ của một trong những chất tham gia phản ứng hoặc chất thành trong một đơn vị thời gian.

Back

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

Back

∆[C] Nồng độ sau – nồng độ trước (cid:1)Tốc độ trung bình của phản ứng : V = – ∆C/∆t (cid:1)Tốc độ tức thời của phản ứng: V = lim v D t→0 = – dC/dt V = = ∆ t Thời gian sau – thời gian trước

Gas buret

8.1.3 Phương pháp xác định tốc độ phản ưng 8.1.3 Phương pháp xác định tốc độ phản ưng

Constant temperature bath

Enter

Back

Enter

Back

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

(cid:1)Ví dụ xét phản ứng phân hủy N2O5. 2N2O5 (k) (cid:2) 2N2O4 (k) + O2 (k) - khi N2O5 phân hủy, N2O4 giữ lại trong dung dịch và O2 có thể thu được qua ống đong.

12 12

8.1.3 Phương pháp xác định tốc độ phản ưng 8.1.3 Phương pháp xác định tốc độ phản ưng

10 10

8 8

6 6

4 4

2 2

T(s)

0 0

2000 2000

4000 4000

6000 6000

8000 8000

VO2 (ml)

T(s) VO2 0 0 300 1.15 600 2.18 3.11 900 3.95 1200 5.36 1800 6.50 2400 7.42 3000 8.75 4200 9.62 5400 10.17 6600 10.53 7800 Kết quả thí nghiệm

Enter

Back

Enter

Back

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

Tốc độ của oxi giảm cùng thời gian

8.1.3 Phương pháp xác định tốc độ phản ưng 8.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng

VO*2

D (cid:1)Tốc độ trung bình: (cid:1)Tốc độ giải phóng O2 = D 8.2.1 Nồng độ V (O2) t

8.2.2 Cơ chế và bậc phản ứng

Vận tốc Phản ứng

8.2.3 Nhiệt độ

T(s) 0 300 600 900 1200 1800 2400 3000

0.0038 0.0034 0.0031 0.0028 0.0024 0.0019 0.0015

Click xem violip

Back

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

8.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ

aA + bB = cC + dD

A.Cn

8.2.4 Xúc tác

Tốc độ phản ứng V= k Cm (cid:1)Trong đó: - k: hằng số tốc độ của phản ứng. - CA và CB: nồng độ mol/l của chất A và chất B tại thời điểm khảo sát.

Enter

Back

Enter

Back

- m, n: bậc phản ứng của chất A và B, bậc phản ứng được xác định bằng thực nghiệm

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

Định luật tác dụng khối lượng Trong hệ đồng thể, ở nhiệt độ không đổi, tốc độ phản ứng tỷ lệ thuận với tích số nồng độ các chất phản ứng (kèm theo số mũ thích hợp)”. Phương trình toán mô tả quan hệ của tốc độ tức thời với nồng độ các chất phản ứng được gọi là phương trình tốc độ phản ứng hay phương trình động học.

8.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ

(cid:1)Đối với chất khí nồng độ được thay thế

bằng áp suất riêng phần của chúng.

V= k.Pm

A.Pn

B

1. Click xem violip

- Với PA và PB là áp suất riêng phần của chất

2. Click xem violip

A và B tại thời điểm khảo sát.

3. Click xem violip

Enter

Back

4. Click xem violip

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

8.2.2 Ảnh hưởng của cơ chế và bậc phản ứng 8.2.2 Ảnh hưởng của cơ chế và bậc phản ứng

(cid:1)Bậc phản ứng là một đại lượng thực nghiệm, nó là tổng số mũ các nồng độ trong phương trình động học. Bậc phản ứng cho biết ảnh hưởng tổng quát của nồng độ lên vận tốc phản ứng.

(cid:1)Phản ứng hóa học xảy ra phức tạp. (cid:1)Trải qua nhiều giai đọan trung gian (cid:1)Giai đọan nào chậm nhất là giai đoạn quyết định tốc độ phản ứng. (cid:1)Mỗi giai đoạn là một quá trình cơ bản. (cid:1)Tập hợp các quá trình cơ bản gọi là cơ chế phản ứng.

- phản ứng bậc không: m=n=0 - phản ứng bậc một m+n=1 - phản ứng bậc hai m+n=2 - phản ứng bậc ba m+n=3.

Enter

Back

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

Ví dụ: 4Fe2+ + O2 = 4Fe3+ + 2H2O Enter

8.2.3 Ảnh hưởng của Nhiệt độ

8.2.2 Ảnh hưởng của cơ chế và bậc phản ứng

8.2.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ

- Fe3+ + HO2

8.2.3.2 Thuyết va chạm hoạt động Fe2+ + O2 ﬁ - Fe3+ + O2 - + H+ ﬁ . HO2 . ﬁ Fe2+ +HO2

Back

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

8.2.3.3 Thuyết trạng thái chuyển tiếp H2O2 Fe3+ + OH- + O.H Fe3+ + OH- 4Fe2+ + O2 = 4Fe3+ + 2H2O - Phản ứng đó trải qua các giai đoạn sau: O2 - + H+ ﬁ HO2 H2O2 + Fe2+ ﬁ Fe2+ + O.H ﬁ OH- + H+ ﬁ H2O

8.2.3.1 Ảnh hưởng của Nhiệt độ

t 1 2 10

- (cid:1)Đa số vận tốc của phản ứng hóa học đều tăng theo nhiệt độ.

=

g

v 2 v 1 (cid:1) Trong đó:

(cid:2) γ là hệ số nhiệt độ. (cid:2) V1 là tốc độ phản ứng ở nhiệt độ t1. (cid:2) V2 là tốc độ phản ứng ở nhiệt độ t2.

(cid:1)Ví dụ: H2(k)+O2(k)=H2O ∆G0298=-54,635kcal/mol - Phản ứng trên ở 6000C thì xảy ra rất nhanh

- Theo Van’t Hoft: Hầu hết tốc độ của các phản ứng tăng theo nhiệt độ, cứ nhiệt độ tăng 10 độ thì tốc độ tăng lên 2-4 lần.

1. Click xem violip

Enter

Back

Enter

Back

2. Click xem violip

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

8.2.3.1 Ảnh hưởng của Nhiệt độ

-Ea RT

(cid:1)Phương trình Arrhenius có thể viết dưới

dlnk

Ea RT2

k = k0 x e dạng: (cid:1)Năm 1889, Arrhenius người Thụy Điển đã đưa ra phương trình thực nghiệm biểu diễn mối quan hệ hằng số vận tốc với nhiệt độ. (cid:1)Lấy tích phân phương trình từ nhiệt độ T1 đến T2 ta được:

[ ]

-Ea R

kT2 kT1

Enter

Back

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

8.2.3.2 Thuyết va chạm hoạt động

(cid:1)Trong đó: - k: hằng số vận tốc phản ứng - R: hằng số khí - Ea: năng lượng hoạt hóa.

Enter

Back

Enter

Back

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

(cid:1)Điều kiện để phản ứng hóa học xảy ra là các phân tử của chất tham gia phản ứng phải va chạm tương tác với nhau. (cid:1)Năng lượng dư mà các phân tử có được để va chạm của chúng dẫn đến sự hình thành chất mới gọi là năng lượng họat hóa (cid:1)Phải làm yếu hoặc làm đứt để tạo thành liên kết mới. (cid:1)Xây dựng liên kết mới đòi hỏi phải tiêu tốn một năng lượng nhất định. (cid:1)Vận tốc tỷ lệ thuận với số lần va chạm (Ea đơn vị kcal/mol; kj/mol). (cid:1)Năng lượng hoạt hóa là năng lượng cần thiết để đưa các phân tử có năng lượng trung bình lên trạng thái hoạt động. hiệu quả.

Giản đồ năng lượng của phản ứng

Cho thấy sự biến đổi Năng lượng trong giai Đoạn phản ứng

Thế năng

Năng lượng hoạt hoá

thay đổi

Năng lượng Hoạt hóa

D H

g n ă n ế h T

Tọa độ phản ứng

Enter

Back

Chiều quá trình

Enter

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

Back Thang 8-2009

8.2.3.2 Thuyết va chạm hoạt động

Thế năng

8.2.3.3 Thuyết trạng thái chuyển tiếp (Thuyết phức chất hoạt động)

1. Click xem violip

trạng

2. Click xem violip

3. Click xem violip

(cid:1) Thời điểm va chạm của các phân tử hoạt động, các mối liên kết cũ bị yếu đi (chưa phá vỡ) liên kết mới hình thành trạng thái thái chuyển là trung gian gọi tiếp(không bền) có năng lượng dự trữ lớn. (cid:1) Phức chất hoạt động tồn tại trong một thời

gian ngắn.

4. Click xem violip

(cid:1) Khi phân hủy thành sản phẩm kèm theo giải

5. Click xem violip

Back

phóng năng lượng. Enter

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

8.2.3.3 Thuyết trạng thái chuyển tiếp (Thuyết phức chất hoạt động) 8.2.3.3 Thuyết trạng thái chuyển tiếp (Thuyết phức chất hoạt động)

- EH-H:năng lượng liên kết của H2=104kcal/mol

(cid:1)Với:

- EI-I:năng lượng liên kết của I2=36kcal/mol

- EH-I:năng lượng liên kết của HI=72kcal/mol

t: năng lượng hoạt hóa của phản ứng

- Ea

(cid:1)Năng lượng hoạt hóa là năng lượng tiêu tốn để chuyển chất tham gia pư ở trạng thái căn bản thành phức hoạt động.

H2 + I2 = 2HI

thuận= 40kcal/mol.

(cid:1)Để thấy rõ quan hệ giữa chất đầu, trạng thái chuyển tiếp, sản phẩm. Người ta dùng đồ thị phản ứng.

H….. H

n:năng lượng hoạt hóa của phản ứng

- Ea

H - H

H H

nghịch= 44kcal/mol.

I I

I - I

Enter

Back

I…….I Phức chất hoạt động H2I2

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

8.2.3.3 Thuyết trạng thái chuyển tiếp (Thuyết phức chất hoạt động) 8.2.3.3 Thuyết trạng thái chuyển tiếp (Thuyết phức chất hoạt động)

(cid:1)Năng lượng họat hóa càng nhỏ thì có nhiều phân tử có thể trở thành phân tử (cid:1)Hiệu ứng nhiệt của phản ứng nếu tiến hành bằng cách làm đứt các liên kết của H2 và I2 là: hoạt động, vận tốc pư càng lớn.

(cid:1)Phản ứng có năng lượng hoạt hóa từ 10- 30kcal/mol tiến hành với vận tốc đo được.

t = EH-H + EI-I = 104+36 = 140 kcal/mol n= 2EH-I = 2.72 = 144 kcal/mol

Enter

Back

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

8.2.4 Ảnh hưởng của xúc tác

8.2.4.1 Khái niệm chất xúc tác

(cid:1)Phản ứng có năng lượng hoạt hóa lớn hơn 30kcal/mol ở nhiệt độ thường xảy ra rất ∆H = ∑Elktc +∑Elksp =(EH-H + EI-I)- 2EHI = (104+36) – 2.72 = -4 kcal/mol (cid:1)Năng lượng hoạt hóa trong trường hợp này là: Ea Ea chậm.

8.2.4.4 Cơ chế của xúc tác

Click xem violip

Back

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

8.2.4.2 Phân loại chất xúc tác

Xúc tác đồng thể

(cid:1)Khái niệm: 8.2.4.1 Khái niệm chất xúc tác Chất xúc tác là chất tham gia vào một giai đoạn của phản ứng và làm tăng tốc độ của 8.2.4.2 Phân loại chất xúc tác phản ứng, sau đó được phục hồi và tách ra 8.2.4.3 Tính chất của xúc tác khỏi sản phẩm của phản ứng mà không bị biến đổi cả về tính chất hoá học cũng như về lượng.

- Xúc tác đồng thể: có cùng pha với chất tham gia phản ứng (dung dịch axit, bazơ, muối của kim loại chuyển tiếp…) - Ví dụ: Nhiệt phân dietyl ete ở pha khí với

xúc tác đồng thể là hơi iot:

Đồng thể

Back

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

Xúc tác CH3CH2I + HI + CH3CHO CH3CH3 + I2 C2H5OC2H5 + I2 ﬁ CH3CH2I + HI ﬁ CH3CHO ﬁ CH4 + CO Dị thể Enzym

Xúc tác enzym

Xúc tác dị thể

- Các quá trình sinh hóa được xúc tác bởi

một loại chất đặc biệt là các men (enzym),

chúng biểu lộ giống xúc tác dị thể và được

gọi là xúc tác vi dị thể.

CH2=CH-CH=CH2 + H2 + 2H20

(cid:1) 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. 2C2H5OH ﬁ - Với xúc tác ZnO, Al2O3, MgO.

Back

Enter

Back

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

8.2.4.3 Tính chất của xúc tác

Xúc tác enzym

(cid:1) Xúc tác enzyme

(cid:1)Chất xúc tác chỉ làm tăng vận tốc phản

Xem violip

E + S (cid:3) ES

k2 → E + P

k-1

k2 ES → E + P

Back

k1 E + S (cid:3) ES k-1

ứng có ∆G<0. (cid:1)∆G>0 bất kỳ xúc tác nào cũng không diễn ra được. (cid:1)Xúc tác làm năng lượng hoạt hóa giảm. (cid:1)Xúc tác không làm thay đổi cân bằng nhưng làm cân bằng đạt nhanh hơn.

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

8.2.4.3 Tính chất của xúc tác

8.2.4.4 Cơ chế của xúc tác

(cid:1)Xúc tác có tính chọn lọc. Enter

(cid:1)Ví dụ: Rượu etylic với xúc tác khác nhau cho sản phẩm khác nhau:

Cơ chế

- Xúc tác Cu ở 200 đến 2500C cho sản phẩm andehit. - Xúc tác Al2O3 ở 300 đến 3600C cho sản phẩm etylen. - Xúc tác ZnO + Cr2O3 ở 400 đến 5000C cho sản phẩm butadien.

Xúc tác trong phản ứng đồng thể

- Xúc tác H2SO4 đặc ở 1400C cho sản phẩm

Xúc tác trong phản ứng dị thể

Back

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

dietyl eter.

Cơ chế của xúc tác trong phản ứng đồng thể

Enter

Back

(cid:1)Phản ứng đồng thể tác dụng chủ yếu của AB xúc tác làm giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng bằng cách thay đổi cơ chế phản A…B ﬁ AB E1 (1) ứng từ đó làm tăng vận tốc. AX E2 (2) (cid:1)Cơ chế tác dụng của xúc tác được giải (cid:1)Giả sử ta có: A + B ﬁ Phản ứng không có xúc tác: A + B ﬁ Phản ứng có xúc tác X, có 2 giai đoạn: A + X ﬁ AX + B ﬁ AX…B ﬁ AB E3 (3) thích bằng thuyết trạng thái chuyển tiếp.

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

Back Thang 8-2009

O…O…O.O

Cl…..O…O.O

Phản ứng (2) và (3) xảy ra dễ dàng hơn và nhanh hơn phản ứng (1). Enter

Không xúc tác cần nl hoạt hóa là 17kj

Nl hoạt hoá khi pư không có XT

Có xúc tác nl hh còn 2.1kj

O + O3 (+Cl)

Phản ứng cóxúc tác

Cl…..O…O

ClO + O2 (+O)

Phản ứng không cóxúc tác

0.4 kj

Nl hoạt hoá khi pư có XT

g n ă n

Nl giải phóng của pư thuận

ế h T

Enter

Back

Enter

Back

O2 + O2 (+Cl)

Quá trình pư

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

Cơ chế của xúc tác trong phản ứng đồng thể

(cid:1)Phản ứng dị thể thì cơ chế hoạt động

của xúc tác phức tạp hơn rất nhiều.

Cơ chế của xúc tác trong phản ứng dị thể

1. Click xem violip

(cid:1)Cho chất xúc tác phân bố lên chất

2. Click xem violip

mang.

(cid:1)Phản ứng xảy ra ở các trung tâm hoạt

3. Click xem violip

động trên bề mặt chất xúc tác.

(cid:1)Quá trình xúc tác dị thể gồm 5 giai

đoạn:

Enter

Back

Click xem violip

Gv: Quach An Binh

Thang 8-2009

Cơ chế của xúc tác trong phản ứng dị thể Cơ chế của xúc tác trong phản ứng dị thể

Quá trình xúc tác dị thể gồm 5 giai đoạn (cid:1)Quá trình xúc tác dị thể gồm 5 giai đoạn: - Chuyển chất đến bề mặt phân chia pha. - Hấp phụ chất phản ứng. - Phản ứng hóa học diễn ra trên bề mặt. - Giải hấp phụ các sản phẩm. - Chuyển sản phẩm ra khỏi bề mặt xúc tác.