Bài giảng Hóa học đại cương: Chương 8 - GV. Quách An Bình

Chia sẻ: Tuấn Tài | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

183
lượt xem 26
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Hóa học đại cương - Chương 8: Động hóa học trình bày vận tốc phản ứng, các yếu tố ảnh hưởng tới vận tốc phản ứng. Đây là tài liệu học tập và tham khảo dành cho sinh viên ngành Hóa.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Hóa học đại cương: Chương 8 - GV. Quách An Bình

LOGO CHƯƠNG 8: ĐỘNG HÓA HỌC PowerPoint Template 8.1 Vận tốc phản ứng Các yếu tố ảnh hưởng 8.2 đến vận tốc phản ứng www.themegallery.com Enter Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 I wonder what happens if I mix these two solutions… Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 WOW, that was It was also really FAST really FUN Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 1
I wonder if I should be wearing my 8.1 Vận tốc phản ứng goggles? 1 8.1.1 Khái niệm vận tốc phản ứng 1 8.1.2 Tốc độ trung bình và tốc độ tức thời 8.1.3 Phương pháp xác định tốc độ phản ứng Back Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 8.1.1 Khái niệm vận tốc phản ứng 8.1.2 Tốc độ trung bình và tốc độ tức thời Tốc độ của phản ứng hóa học là đại lượng aA + bB + … = eE + fF + … đặc trưng cho diễn biến nhanh hay chậm của một phản ứng hóa học. 1 ∆[ A] 1 ∆[ B] 1 ∆[ E ] 1 ∆[ F] rate = − =− = = a ∆t b ∆t e ∆t f ∆t 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 Tốc độ trung bình của phản ứng : đơn vị thời gian. V = ± ∆C/∆t Tốc độ tức thời của phản ứng: Nồng độ sau – nồng độ trước ∆[C] V= = V = lim v ∆t→0 = ± dC/dt Thời gian sau – thời gian trước ∆t Back Gv: Quach An Binh Back Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 8.1.3 Phương pháp xác định 8.1.3 Phương pháp xác định tốc độ phản ưng tốc độ phản ưng Ví dụ xét phản ứng phân hủy N2O5. 2N2O5 (k) 2N2O4 (k) + O2 (k) Gas - khi N2O5 phân hủy, N2O4 giữ lại trong dung buret dịch và O2 có thể thu được qua ống đong. Constant temperature bath Enter Back Enter Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 2
8.1.3 Phương pháp xác định 8.1.3 Phương pháp xác định tốc độ phản ưng tốc độ phản ưng 12 T(s) VO2 0 0 VO2 (ml) 10 300 1.15 600 2.18 8 900 3.11 1200 3.95 6 1800 5.36 2400 6.50 4 3000 7.42 4200 8.75 2 5400 9.62 T(s) 6600 10.17 0 7800 10.53 0 2000 4000 6000 8000 Tốc độ của oxi giảm cùng thời gian Enter Kết quả thí nghiệm Back Enter Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 8.1.3 Phương pháp xác định 8.2 Các yếu tố ảnh hưởng tốc độ phản ưng đến vận tốc phản ứng Tốc độ trung bình: ∆ V (O2) Tốc độ giải phóng O2 = ∆t 8.2.1 Nồng độ T(s) VO*2 0 8.2.2 Cơ chế và 300 0.0038 bậc phản ứng 600 0.0034 Vận tốc 900 0.0031 Phản ứng 1200 0.0028 8.2.3 Nhiệt độ 1800 0.0024 2400 0.0019 8.2.4 Xúc tác 3000 0.0015 Click xem violip Back Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 8.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ 8.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ Định luật tác dụng khối lượng aA + bB = cC + dD Trong hệ đồng thể, ở nhiệt độ không đổi, tốc độ phản ứng tỷ lệ thuận với tích số nồng Tốc độ phản ứng V= k CmA.CnB. độ các chất phản ứng (kèm theo số mũ Trong đó: thích hợp)”. - k: hằng số tốc độ của phản ứng. Phương trình toán mô tả quan hệ của tốc độ - CA và CB: nồng độ mol/l của chất A và tức thời với nồng độ các chất phản ứng chất B tại thời điểm khảo sát. được gọi là phương trình tốc độ phản ứng - m, n: bậc phản ứng của chất A và B, bậc hay phương trình động học. phản ứng được xác định bằng thực nghiệm Enter Back Enter Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 3
8.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ 8.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ Đối với chất khí nồng độ được thay thế bằng áp suất riêng phần của chúng. V= k.PmA.PnB 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 4. Click xem violip Back Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 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 Bậc phản ứng là một đại lượng thực Phản ứng hóa học xảy ra phức tạp. nghiệm, nó là tổng số mũ các nồng độ Trải qua nhiều giai đọan trung gian trong phương trình động học. Bậc phản Giai đọan nào chậm nhất là giai đoạn ứng cho biết ảnh hưởng tổng quát của nồng độ lên vận tốc phản ứng. quyết định tốc độ phản ứng. Mỗi giai đoạn là một quá trình cơ bản. - phản ứng bậc không: m=n=0 Tập hợp các quá trình cơ bản gọi là cơ chế - phản ứng bậc một m+n=1 phản ứng. - phản ứng bậc hai m+n=2 Ví dụ: - phản ứng bậc ba m+n=3. 4Fe2+ + O2 = 4Fe3+ + 2H2O Enter Back Enter Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 8.2.2 Ảnh hưởng của cơ chế và bậc phản ứng 8.2.3 Ảnh hưởng của Nhiệt độ 4Fe2+ + O2 = 4Fe3+ + 2H2O - Phản ứng đó trải qua các giai đoạn sau: Fe2+ + O2 → Fe3+ + O2- 8.2.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ O2- + H+ → HO2. Fe2+ +HO2. → Fe3+ + HO2- 8.2.3.2 Thuyết va chạm hoạt động HO2- + H+ → H2O2 H2O2 + Fe2+ → Fe3+ + OH- + O.H 8.2.3.3 Thuyết trạng thái chuyển tiếp Fe2+ + O.H → Fe3+ + OH- OH- + H+ → H2O Back Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 4
8.2.3.1 Ảnh hưởng của Nhiệt độ 8.2.3.1 Ảnh hưởng của Nhiệt độ Đa số vận tốc của phản ứng hóa học đều t2 − t1 v2 tăng theo nhiệt độ. =γ 10 Ví dụ: v1 H2(k)+O2(k)=H2O ∆G0298=-54,635kcal/mol Trong đó: - Phản ứng trên ở 6000C thì xảy ra rất nhanh γ là hệ số nhiệt độ. V1 là tốc độ phản ứng ở nhiệt độ t1. - Theo Van’t Hoft: Hầu hết tốc độ của các V2 là tốc độ phản ứng ở nhiệt độ t2. 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 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh 2. Click xem violip Thang 8-2009 8.2.3.1 Ảnh hưởng của Nhiệt độ 8.2.3.1 Ảnh hưởng của Nhiệt độ Năm 1889, Arrhenius người Thụy Điển đã Phương trình Arrhenius có thể viết dưới đưa ra phương trình thực nghiệm biểu dạng: -Ea diễn mối quan hệ hằng số vận tốc với nhiệt độ. k = k0 x e RT dlnk E a = dlnk Ea dT RT2 Lấy tích phân phương trình = từ Trong đó: nhiệt độ T1 đến T2 ta được: dT RT2 - k: hằng số vận tốc phản ứng - R: hằng số khí - Ea: năng lượng hoạt hóa. ln kT2 kT1 = -Ea R [ 1 T2 - 1 T1 ] Enter Back Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 8.2.3.2 Thuyết va chạm hoạt động 8.2.3.2 Thuyết va chạm hoạt động Điều kiện để phản ứng hóa học xảy ra là Năng lượng dư mà các phân tử có được để các phân tử của chất tham gia phản ứng va chạm của chúng dẫn đến sự hình thành phải va chạm tương tác với nhau. chất mới gọi là năng lượng họat hóa Phải làm yếu hoặc làm đứt để tạo thành liên kết mới. (Ea đơn vị kcal/mol; kj/mol). Xây dựng liên kết mới đòi hỏi phải tiêu tốn Năng lượng hoạt hóa là năng lượng cần một năng lượng nhất định. thiết để đưa các phân tử có năng lượng Vận tốc tỷ lệ thuận với số lần va chạm trung bình lên trạng thái hoạt động. hiệu quả. Enter Back Enter Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 5
Giản đồ năng lượng của phản ứng Giản đồ năng lượng của phản ứng Thế năng Cho thấy sự biến đổi Năng lượng trong giai Đoạn phản ứng Năng lượng Thế năng Năng lượng Thế năng hoạt hoá ∆H Hoạt hóa thay đổi Tọa độ phản ứng Enter Back Enter Chiều quá trình Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 8.2.3.3 Thuyết trạng thái chuyển tiếp 8.2.3.2 Thuyết va chạm hoạt động (Thuyết phức chất hoạt động) Thời điểm va chạm của các phân tử hoạt động, các mối liên kết cũ bị yếu đi (chưa 1. Click xem violip phá vỡ) liên kết mới hình thành trạng thái 2. Click xem violip trung gian gọi là trạng thái chuyển tiếp(không bền) có năng lượng dự trữ lớn. 3. Click xem violip Phức chất hoạt động tồn tại trong một thời gian ngắn. 4. Click xem violip Khi phân hủy thành sản phẩm kèm theo giải 5. Click xem violip phóng năng lượng. Back Enter Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 8.2.3.3 Thuyết trạng thái chuyển tiếp 8.2.3.3 Thuyết trạng thái chuyển tiếp (Thuyết phức chất hoạt động) (Thuyết phức chất hoạt động) Năng lượng hoạt hóa là năng lượng tiêu Với: tốn để chuyển chất tham gia pư ở trạng - EH-H:năng lượng liên kết của H2=104kcal/mol thái căn bản thành phức hoạt động. Để thấy rõ quan hệ giữa chất đầu, trạng - EI-I:năng lượng liên kết của I2=36kcal/mol thái chuyển tiếp, sản phẩm. Người ta dùng - EH-I:năng lượng liên kết của HI=72kcal/mol đồ thị phản ứng. - Eat: năng lượng hoạt hóa của phản ứng H2 + I2 = 2HI thuận= 40kcal/mol. H-H H….. H H H - Ean:năng lượng hoạt hóa của phản ứng nghịch= 44kcal/mol. I-I I…….I I I Enter Phức chất hoạt động H2I2 Back Enter Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 6
8.2.3.3 Thuyết trạng thái chuyển tiếp 8.2.3.3 Thuyết trạng thái chuyển tiếp (Thuyết phức chất hoạt động) (Thuyết phức chất hoạt động) Hiệu ứng nhiệt của phản ứng nếu tiến Năng lượng họat hóa càng nhỏ thì có hành bằng cách làm đứt các liên kết của nhiều phân tử có thể trở thành phân tử H2 và I2 là: hoạt động, vận tốc pư càng lớn. ∆H = ∑Elktc +∑Elksp =(EH-H + EI-I)- 2EHI = (104+36) – 2.72 = -4 kcal/mol Phản ứng có năng lượng hoạt hóa từ 10- Năng lượng hoạt hóa trong trường hợp 30kcal/mol tiến hành với vận tốc đo được. này là: Phản ứng có năng lượng hoạt hóa lớn hơn Eat = EH-H + EI-I = 104+36 = 140 kcal/mol 30kcal/mol ở nhiệt độ thường xảy ra rất Ean= 2EH-I = 2.72 = 144 kcal/mol chậm. Enter Back Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 8.2.4 Ảnh hưởng của xúc tác 8.2.4.1 Khái niệm chất xúc tác Khái niệm: 8.2.4.1 Khái niệm chất xúc tác Chất xúc tác là chất tham gia vào một giai 8.2.4.2 Phân loại chất xúc tác đoạn của phản ứng và làm tăng tốc độ của 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 8.2.4.4 Cơ chế của xúc tác biến đổi cả về tính chất hoá học cũng như về lượng. Back Click xem violip Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 8.2.4.2 Phân loại chất xúc tác Xúc tác đồng thể Đồng thể - Xúc tác đồng thể: có cùng pha với chất 1 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: Xúc tác C2H5OC2H5 + I2 → CH3CH2I + HI + CH3CHO 2 3 CH3CH2I + HI → CH3CH3 + I2 CH3CHO → CH4 + CO Enzym Dị thể Back Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 7
Xúc tác dị thể Xúc tác enzym Xúc tác dị thể: không cùng pha với chất - Các quá trình sinh hóa được xúc tác bởi tham gia phản ứng, phản ứng hoá học một loại chất đặc biệt là các men (enzym), xảy ra trên bề mặt chất xúc tác. chúng biểu lộ giống xúc tác dị thể và được 2C2H5OH → CH2=CH-CH=CH2 + H2 + 2H20 gọi là xúc tác vi dị thể. - Với xúc tác ZnO, Al2O3, MgO. Back Enter Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Xúc tác enzym 8.2.4.3 Tính chất của xúc tác Xúc tác enzyme Chất xúc tác chỉ làm tăng vận tốc phản k1 Xem violip E+S ES k2 ứng có ∆G0 bất kỳ xúc tác nào cũng không diễn k-1 ra được. Xúc tác làm năng lượng hoạt hóa giảm. Xúc tác không làm thay đổi cân bằng nhưng làm cân bằng đạt nhanh hơn. k1 k2 Xúc tác có tính chọn lọc. E+S ES ES → E + P k-1 Back Enter Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 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 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 Xúc tác - Xúc tác ZnO + Cr2O3 ở 400 đến 5000C cho trong trong sản phẩm butadien. phản ứng phản ứng - Xúc tác H2SO4 đặc ở 1400C cho sản phẩm đồng thể dị thể dietyl eter. Back Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 8
Cơ chế của xúc tác trong Cơ chế của xúc tác trong phản ứng đồng thể phản ứng đồng thể Phản ứng đồng thể tác dụng chủ yếu của Giả sử ta có: A + B → AB xúc tác làm giảm năng lượng hoạt hóa của Phản ứng không có xúc tác: phản ứng bằng cách thay đổi cơ chế phản A + B → A…B → AB E1 (1) ứng từ đó làm tăng vận tốc. Phản ứng có xúc tác X, có 2 giai đoạn: A + X → AX E2 (2) Cơ chế tác dụng của xúc tác được giải AX + B → AX…B → AB E3 (3) thích bằng thuyết trạng thái chuyển tiếp. Phản ứng (2) và (3) xảy ra dễ dàng hơn và nhanh hơn phản ứng (1). Enter Back Enter Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 O…O…O.O Không xúc tác cần nl Nl hoạt hoá khi hoạt hóa là Cl…..O…O.O 17kj pư không có XT Có xúc tác nl O + O3 (+Cl) hh còn 2.1kj Phản ứng cóxúc tác Cl…..O…O Phản ứng không ClO + O2 (+O) cóxúc tác 0.4 kj Nl hoạt hoá khi pư có XT Thế năng Nl giải phóng của pư thuận Enter Back Enter O2 + O2 (+Cl) Back Gv: Quach An Binh Quá trình pư Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Cơ chế của xúc tác trong Cơ chế của xúc tác trong phản ứng đồng thể phản ứng dị thể Phản ứng dị thể thì cơ chế hoạt động của xúc tác phức tạp hơn rất nhiều. 1. Click xem violip Cho chất xúc tác phân bố lên chất 2. Click xem violip mang. 3. Click xem violip Phản ứng xảy ra ở các trung tâm hoạt động trên bề mặt chất xúc tác. Quá trình xúc tác dị thể gồm 5 giai đoạn: Back Enter Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Click xem violip Thang 8-2009 9
Cơ chế của xúc tác trong Cơ chế của xúc tác trong phản ứng dị thể phản ứng dị thể Quá trình xúc tác dị thể gồm 5 giai Quá trình xúc tác dị thể gồm 5 giai đoạn 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. Giai đoạn 1: Giai đoạn 2: Giai đoạn 3: Giai đoạn4,5: Chuyển chất Hấp phụ Phản ứng Giải hấp - Chuyển sản phẩm ra khỏi bề mặt xúc đến bề mặt chất phản hóa học và chuyển phân chia ứng sản phẩm tác. pha ra bề mặt Enter Back Enter Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 Cơ chế của xúc tác trong LOGO phản ứng dị thể 1 Click xem violip 2 Click xem violip 3 Click xem violip 4 Click xem violip 5 Click xem violip Enter Back www.themegallery.com Back Gv: Quach An Binh Thang 8-2009 10