zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Tài Liệu Phổ Thông

» Sáng kiến kinh nghiệm

SKKN: Bồi dưỡng học sinh giỏi môn Hóa học

Chia sẻ: Nhi Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:35

Báo xấu

403
lượt xem 95
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Động hóa học là một ngành khoa học nghiên cứu qui luật xảy ra các quá trình hóa học theo thời gian. Đối tượng của động học hóa học là ta có khả năng điều khiển các quá trình hóa học xảy ra với vận tốc mong muốn và hạn chế các quá trình không có lợi... Bài SKKN "Bồi dưỡng học sinh giỏi môn Hóa học", mời các bạn cùng tham khảo nhé.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: SKKN: Bồi dưỡng học sinh giỏi môn Hóa học

CHUYÊN ĐỀ ĐỘNG HÓA HỌC Bồi dưỡng học sinh giỏi môn Hóa học MỞ ĐẦU NGUYỄN HUỆ -1- THPT CHUYÊN HƯNG YÊN
CHUYÊN ĐỀ ĐỘNG HÓA HỌC 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: Trong những năm qua, đề thi học sinh giỏi cấp quốc gia và quốc tế thường đề cập tới phần động hóa học dưới nhiều góc độ khác nhau. Tuy nhiên, trong sách giáo khoa phổ thông , do điều kiện giới hạn về thời gian nên những kiến thức trên chỉ được đề cập đến một cách sơ lược. Qua thực tiễn giảng dạy đội tuyển học sinh giỏi Quốc gia nhiều năm tôi đă nghiên cứu, lựa chọn và hệ thống những kiến thức lí thuyết cơ bản, trọng tâm; sưu tầm những bài tập điển hình để soạn ra một chuyên đề giảng dạy về động hóa học giúp cho học sinh có một tài liệu khá đầy đủ về động học phản ứng, hiểu sâu và vận dụng được tốt những kiến thức trên vào việc giải các bài tập, đáp ứng ngày càng cao chất lượng giảng dạy và học tập cho đội tuyển học sinh giỏi môn Hóa học. 2. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI: Động hóa học là một ngành khoa học nghiên cứu qui luật xảy ra các quá trình hóa học theo thời gian. Đối tượng của động học hóa học là nghiên cứu về tốc độ của phản ứng hóa học, về những yếu tố có ảnh hưởng đến tốc độ (nồng độ, nhiệt độ, chất xúc tác…) và cả về cơ chế phản ứng, từ đó ta có khả năng điều khiển các quá trình hóa học xảy ra với vận tốc mong muốn và hạn chế các quá trình không có lợi. 3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI: Do hạn chế về thời gian và nguồn lực nên về mặt không gian đề tài này chỉ nghiên cứu giới hạn trong phạm vi trường THPT chuyên HY. Về mặt kiến thức kỹ năng, đề tài nghiên cứu về cơ sở lí thuyết chung của động hóa học như: tốc độ của các phản ứng hóa học, định luật tốc độ, các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ của phản ứng, cơ chế phản ứng và bậc phản ứng, các phương trình động học của các phản ứng hóa học, cách xác định bậc của phản ứng và hệ thống các bài tập áp dụng. 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: Tìm hiểu các tài liệu về cơ sở lí luận liên quan đến đề tài, hệ thống lại lí thuyết chủ đạo đồng thời xây dựng hệ thống các dạng bài tập áp dụng. Thực nghiệm giảng dạy cho đội tuyển HSG, kiểm tra và đánh giá kết thực hiện đề tài rút ra bài học kinh nghiệm (phương pháp chính). NGUYỄN HUỆ -2- THPT CHUYÊN HƯNG YÊN
CHUYÊN ĐỀ ĐỘNG HÓA HỌC 5. NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI Nhiệm vụ của động hoá học là nghiên cứu các giai đoạn trung gian (tìm cơ chế của phản ứng) để chuyển các chất ban đầu thành các sản phẩm cuối, vận tốc của các giai đoạn, tìm phương trình tốc độ của phản ứng và nghiên cứu các điều kiện ảnh hưởng đến nó.. Chính vì vậy để góp phần vào việc giúp học sinh có cái nhìn đúng đắn và chính xác lý thuyết cũng như một số phương pháp thực nghiệm xác định được khả năng, cơ chế và bậc của một phản ứng hóa học có vai trò quan trọng đối với học sinh và là nội dung quan trọng trong các kì thi chọn học sinh giỏi các cấp. 6. ĐIỀU KIỆN ĐỂ ÁP DỤNG ĐỀ TÀI: - Giảng dạy cho học sinh các lớp chuyên Hóa và đối tượng học sinh thi chọn học sinh giỏi quốc gia môn hóa học. 7. THỜI GIAN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI: Đề tài được thực nghiệm trong 3 năm. NGUYỄN HUỆ -3- THPT CHUYÊN HƯNG YÊN
CHUYÊN ĐỀ ĐỘNG HÓA HỌC NỘI DUNG A. CƠ SỞ LÍ THUYẾT CỦA ĐỘNG HÓA HỌC I.TỐC ĐỘ CỦA CÁC PHẢN ỨNG HOÁ HỌC Tốc độ của một phản ứng hóa học là biến thiên nồng độ của chất phản ứng hoặc sản phẩm trong một đơn vị thời gian chia cho hệ số tỉ lượng của chất nghiên cứu trong phương trình phản ứng đã cân bằng. Nồng độ của các chất thường được biểu thị băng mol/lit và đơn vị của vận tốc phản ứng là mol.l-1.thời gian -1 1. TỐC ĐỘ TRUNG BÌNH C v= (1) t Ở đây: v là tốc độ trung bình của phản ứng, ∆C là biến thiên nồng độ trong khoảng thời gian ∆t. 2. TỐC ĐỘ TỨC THỜI Cho ∆t→0, tỉ số ∆C/∆t sẽ dẫn tới một giới hạn là đạo hàm dC/dt của nồng độ theo thời gian, giới hạn này lấy với dấu thích hợp, gọi là tốc độ tức thời hay tốc độ thực v của phản ứng ở thời điểm t. Đối với phản ứng tổng quát : aA + bB → cC + dD Với a, b, c, d là hệ số tỉ lượng của các chất trong phương trình phản ứng. Tốc độ tức thời của phản ứng được xác định theo biểu thức : dC dC B dC C dC D v=- A  - = = (2) a.dt b.dt cdt d.dt Tốc độ của một phản ứng đặc trưng cho khả năng xảy ra nhanh hoặc chậm của một phản ứng ở một điều kiện nhất định. II. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG 1. ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ Biểu thức liên hệ tốc độ của một phản ứng hoá học với nồng độ của các chất tham gia phản ứng gọi là định luật tốc độ của phản ứng hoá học. Xét phản ứng hóa học ở nhiệt độ không đổi: aA + bB → cC + dD Định luật tốc độ có dạng: V = k[A]a[B]b (3) trong đó k là hằng số tốc độ, a là bậc phản ứng riêng phần của chất A, b là bậc phản ứng riêng phần của chất B. Biểu thức (3) là biểu thức của định luật tác dụng khối lượng trong động hóa học của Gunbe và Vagơ. Tổng a+b gọi là phân tử số hay bậc của phản ứng. Tuy nhiên chỉ một số rất ít các phản ứng tuân theo định luật tác dụng khối lượng. Bậc của phản ứng không bằng tổng các hệ số phân tử trong phương trình phản ứng. Bậc phản ứng chỉ có thể được xác định dựa vào thực nghiệm, nó có thể là một số nguyên, một phân số hay có khi không xác định được. Do đó tốc độ phản ứng tổng quát của phản ứng trên có thể viết như sau : v = k.C n1 .C B A n2 Bậc toàn phần của phản ứng n = n1 + n2 n1, n2 gọi là bậc riêng phần của phản ứng đối với mỗi chất A, B. NGUYỄN HUỆ -4- THPT CHUYÊN HƯNG YÊN
CHUYÊN ĐỀ ĐỘNG HÓA HỌC Với các phản ứng đơn giản tức là các phản ứng chỉ diễn ra theo một giai đoạn (cũng thường gọi là phản ứng sơ cấp), a và b trùng với hệ số tỉ lượng của chất phản ứng trong phương trình phản ứng đã cân bằng. Đối với các phản ứng phức tạp, diễn ra theo nhiều giai đoạn, bậc phản ứng a và b có thể trùng hoặc không trùng với hệ số tỉ lượng. Vì thế, đối với các phản ứng phức tạp, không thể dựa vào các hệ số tỉ lượng để đưa ra biểu thức của định luật tốc độ mà phải dựa vào thực nghiệm. Chẳng hạn như phản ứng oxi hóa NO bởi O2: 2NO + O2  NO2 (4) Thực nghiệm cho biết rằng tốc độ oxi hóa NO được diễn tả bằng biểu thức: v = k.[NO]2.[O2]. Như vậy, bậc phản ứng riêng phần của NO là 2, bậc phản ứng riêng phần của O2 là 1, trùng với các hệ số tỉ lượng. Nhưng trong nhiều phản ứng phức tạp, các hệ số a, b không trùng với hệ số tỉ lượng. Chẳng hạn như phản ứng khử NO bằng hydro: 2NO + 2H2  N2 + 2H2O (5) 2 Có biểu thức của định luật tốc độ thực nghiệm là v = k.[NO] [H2]. Như thế, bậc phản ứng riêng phần của H2 chỉ là 1, trong khi hệ số tỉ lượng của nó trong phương trình phản ứng là 2. Thậm chí, a và b có thể nhận các giá trị không phải là số nguyên hoặc bằng không. Chẳng hạn như, với phản ứng clo hóa cloroform: CHCl3(k) + Cl2(k)  CCl4(l) + HCl(k) (6) 1/2 Có định luật tốc độ diễn tả bằng biểu thức: v = k[CHCl3 ][Cl2] . Từ biểu thức định luật tác dụng khối lượng, ta dễ dàng tìm ra được thứ nguyên của hằng số tốc độ phản ứng. Chẳng hạn như, tốc độ phản ứng phân hủy N2O5 : 2N2O5  2NO2 + O2 (7) được diễn tả bằng biểu thức: v = k[N2O5]. Nếu v có thứ nguyên là mol.L -1.s-1 và [N2O5] có thứ mol.lit 1.s 1 ] nguyên là mol.L -1 ta có thứ nguyên của k: = s-1. mol.lit 1 mol.lit 1.s 1 ] Nếu phản ứng là bậc 2, thứ nguyên của k là: = mol-1.L.s-1. (mol.lit 1 )2 2. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN TỐC ĐỘ CỦA PHẢN ỨNG HOÁ HỌC. Để xảy ra phản ứng hóa học, các chất phản ứng cần phải tiếp xúc với nhau thông qua các va chạm giữa các tiểu phân (nguyên tử, phân tử, ion) và tốc độ phản ứng tỉ lệ với số va chạm trong một đơn vị thời gian. Tuy nhiên, không phải tất cả các va chạm đều dẫn tới phản ứng hoá học. Chỉ các va chạm có năng lượng dư cần thiết, so với năng lượng trung bình mới phá vì được các liên kết trong các phân tử chất đầu dẫn đến hình thành các phân tử mới. Những va chạm như thế gọi là va chạm có hiệu quả. Hiệu giữa năng lượng tối thiểu để các va chạm là hiệu quả với năng lượng trung bình của hệ các chất phản ứng gọi là năng lượng hoạt động hoá (Ea) và tính ra kJ/mol. Năng lượng hoạt động hoá như một hàng rào năng lượng mà các phân tử chất phản ứng phải đạt được khi va chạm để phản ứng có thể xảy ra (hình 1). Hiệu giữa năng lượng mà các phân tử đạt được khi xảy ra các va chạm có hiệu quả với năng lượng trung bình của các phân tử ở trang thái đầu chính là chiều cao của hàng rào năng lượng gọi là năng lượng hoạt động hoá của phản ứng thuận. Phản ứng nghịch xẩy ra khi có các va chạm hiệu quả giữa các phân tử sản phẩm. Vì năng lượng trung bình của các phân tử chất đầu và năng lượng trung bình của các phân tử sản phẩm là khác nhau nên năng lượng hoạt động hoá của phản ứng thuận và phản ứng nghịch cũng khác nhau. NGUYỄN HUỆ -5- THPT CHUYÊN HƯNG YÊN
CHUYÊN ĐỀ ĐỘNG HÓA HỌC Từ hình 1 có thể thấy rằng hiệu giữa năng lượng hoạt động hoá của phản ứng nghịch và phản ứng thuận bằng hiệu giữa năng lượng trung bình của các phân tử chất đầu và năng lượng trung bình của các phân tử sản phẩm, tức là biến thiên năng lượng của phản ứng. Trong trường hợp tổng quát, ở điều kiện nhiệt độ và áp suất không đổi, biến thiên năng lượng này bằng biến thiên thế đẳng áp chuẩn G0 của phản ứng. Tuy nhiên, năng lượng dư mà các phân tử đạt được trong các va chạm hoạt động được chuyển hoá từ năng lượng của chuyển động nhiệt, tức là chủ yếu chỉ liên quan với biến thiên entanpi của phản ứng. Vì thế, người ta thừa nhận mối quan hệ sau đây giữa năng lượng hoạt động hoá của phản ứng thuận (Eat), năng lượng hoạt động hoá phản ứng nghịch (Ean) và biến thiên entanpi của phản ứng (Hr): Eat – Ean = Hr (8) Hr Hình 1. Năng lượng hoạt động hoá của các phản ứng thuận và nghịch ( Reactants = Các chất phản ứng, Products = Các sản phẩm, Reaction Coordinate = toạ độ phản ứng). Khi tăng nhiệt độ, động năng trung bình của các phân tử tăng lên, số va chạm có hiệu quả sẽ tăng lên, tức là tốc độ phản ứng tăng lên. Những nghiên cứu thực nghiệm rộng rãi cho thấy rằng đối với đa số các phản ứng hóa học, khi tăng nhiệt độ thêm 100C thì tốc độ phản ứng tăng lên từ 2 đến 4 lần. Ví dụ đối với phản ứng : H2O2 + 2I- + 2H+ → I2 + 2H2O Nếu cho rằng ở 00C, k=1 thì : t (0C) 0 10 20 40 60 k 1 2,08 4,38 16,2 30,95 Khi nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng dĩ nhiên ta phải cố định nồng độ các chất tham gia phản ứng. Do đó, sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nhiệt độ thực chất là sự phụ thuộc của hằng số tốc độ vào nhiệt độ. Gọi kT là hằng số tốc độ của phản ứng đó cho ở nhiệt độ T và kT+10 là hằng số tốc độ của phản ứng ở nhiệt độ T+10, theo quy tắc trên ta có : k  = T+10 = 2  4 kT Ở đây, γ (gama) được gọi là hệ số nhiệt độ của phản ứng. Quy tắc này chỉ là một sự gần đúng thô, chỉ áp dụng được khi khoảng nhiệt độ biến thiên nhỏ hơn 1000C. Nếu chấp nhận γ = const trong một khoảng nhiệt độ nào đó ta có công thức sau : k T2 T2 T1 = 10 k T1 Để biểu diễn tốt hơn sự phụ thuộc của hằng số tốc độ k vào nhiệt độ các nhà khoa học đó nghiên cứu và tìm ra một số phương trình sau : Phương trình Van Hốp : NGUYỄN HUỆ -6- THPT CHUYÊN HƯNG YÊN
CHUYÊN ĐỀ ĐỘNG HÓA HỌC dlnk b =a+ 2 dt T Trong đó, a và b là những hằng số, T là nhiệt độ tuyệt đối. Tuy nhiên Van Hốp không nêu được ý nghĩa vật lí của sự phụ thuộc đó và không đề ra được khái niệm hoạt hóa như Arêniut. Ảnh hưởng của nhiệt độ (T) và năng lượng hoạt động hoá (E a) lên hằng số tốc độ phản ứng (k) được diễn tả bởi phương trình kinh nghiệm Ahrenius: dlnk B E - Dạng vi phân : = 2 = a2 dt T RT E E - Dạng tích phân : lnk = - a +C = - a +lnA RT RT k E k  ln  a   e -Ea /RT A RT A -E a / RT  k = A.e (9) lnk = lnA – Ea/RT Trong đó, T là nhiệt độ tuyệt đối, R là hằng số khí (R=8,314 J/mol.K), B =Ea/R là hằng số thực nghiệm >0, Ea gọi là năng lượng hoạt hóa thực nghiệm hoặc năng lượng hoạt hóa Areniut đặc trưng cho hằng số tốc độ k của phản ứng và tính ra J/mol hoặc kJ/mol ; C = lnA > 0 là hằng số tích phân cũng được xác định bằng thực nghiệm. Khi Ea = 0, thì e-Ea/RT = 1 nên k = A. Giả định Ea = 0 tương đương với giả định rằng tất cả các va chạm đều dẫn tới phản ứng. Như thế A có thể coi là tần suất của các va chạm. Vì lẽ đó, A cũng thường gọi là thừa số tần suất. Từ phương trình Ahrenius rút ra: lnk = lnA – Ea/RT (10) Dựa vào phương trình (2) có thể xây dựng đường thẳng thực nghiệm lnk = f(1/T) và thu được hệ số góc là giá trị –Ea/R. Từ (10) cũng rút ra một biểu thức cho phép xác định năng lượng hoạt động hoá khi biết hằng số tốc độ ở hai nhiệt độ khác nhau: k T2 Ea 1 1  ln =  -  (11) k T1 R  T1 T2  k T2 Ea  1 1  Hoặc : lg =  -  k T1 2,303.R  T1 T2  (12) Từ phương trình (9) rút ra rằng ở cùng nhiệt độ, k càng nhỏ khi năng lượng hoạt động hoá càng lớn. Từ (10) cũng dễ thấy rằng Ea càng lớn thì độ dốc của đường thẳng lnk = f(1/T) càng lớn, tức là k thay đổi càng mạnh khi nhiệt độ thay đổi. Trong đó, T là nhiệt độ tuyệt đối, R là hằng số khí (R=8,314 J/mol.K), B =Ea/R là hằng số thực nghiệm >0, Ea gọi là năng lượng hoạt hóa thực nghiệm hoặc năng lượng hoạt hóa Areniut đặc trưng cho hằng số tốc độ k của phản ứng và tính ra J/mol hoặc kJ/mol ; C = lnA > 0 là hằng số tích phân cũng được xác định bằng thực nghiệm. 3. ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC LÊN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG NGUYỄN HUỆ -7- THPT CHUYÊN HƯNG YÊN
CHUYÊN ĐỀ ĐỘNG HÓA HỌC 1) (b) Hình 2. Ảnh hưởng của chất xúc tác đối với năng lượng hoạt động hoá và biến thiên entanpi của phản ứng. Xúc tác là các chất không mất đi trong phản ứng hoá học nhưng làm thay đổi tốc độ của phản ứng. Tác dụng làm giảm năng lượng hoạt động hoá của xúc tác có thể giải thích bằng các cơ chế sau: - Chất xúc tác tương tác với các phân tử phản ứng, làm yếu các liên kết trong các phân tử này, vì thế năng lượng dư cần thiết để các va chạm là hoạt động giảm đi, tức là năng lượng hoạt động hoá giảm đi (hình 2ª). - Chất xúc tác dẫn dắt phản ứng đi theo nhiều giai đoạn trung gian có năng lượng hoạt động hoá thấp hơn (hình 2b). Cần chú ý rằng chất xúc tác làm giảm đồng thời với mức độ giống nhau năng lượng hoạt động hoá của cả phản ứng thuận và phản ứng nghịch. Như vậy xúc tác không làm thay đổi Hr, G0r và, vì thế, không ảnh hưởng đến hằng số cân bằng của phản ứng. III. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC, THỜI GIAN PHẢN ỨNG BÁN PHẦN VÀ XÁC ĐỊNH BẬC PHẢN ỨNG 1. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC VÀ THỜI GIAN PHẢN ỨNG BÁN PHẦN a. Phản ứng bậc 0 Giả sử có phản ứng: A  sản phẩm . (Là phản ứng bậc 0 đối với A). Áp dụng định luật tác dụng khối lượng cho phản ứng bậc không và định nghĩa của tốc độ phản ứng ta có: d [ A] v= = k. [A]0 = k dt Rút ra: d[A] = kdt (13) (13) được gọi là phương trình động học dạng vi phân của phản ứng bậc 0. Lấy tích phân (13) ta có: [A] = kt + C (14) với C là hằng số tích phân. Khi t = 0 thì [A] = [A]0 = C. Thay C = [A]0 , thay vào (14) ta thu được: [A] = [A]0  kt (15) (15) được gọi là phương trình động học tích phân của phản ứng bậc 0. Từ (15) rút ra rằng trong phản ứng bậc 0, nồng độ chất phản ứng giảm tuyến tính với thời gian. Thời gian cần thiết để nồng độ chất phản ứng còn lại một nửa so với ban đầu gọi là thời gian phản ứng bán phần và kí hiệu là t1/2. NGUYỄN HUỆ -8- THPT CHUYÊN HƯNG YÊN
CHUYÊN ĐỀ ĐỘNG HÓA HỌC [ A]0 Từ (15) rút ra thời gian phản ứng bán phần của phản ứng bậc 0: t1/2 = . 2k Thời gian phản ứng bán phần của phản ứng bậc 0 tỉ lệ thuận với nồng độ đầu của chất phản ứng. b. Phản ứng bậc 1. Khi phản ứng là bậc 1 đối với A, áp dụng định luật tác dụng khối lượng cho phản ứng bậc không và định nghĩa của tốc độ phản ứng ta thu được phương trình động học dạng vi phân của phản ứng bậc 1: d [ A] v= = k[A] (16) dt Sự tích phân (16) cho: [A] = [A]0.ekt (17) Như vậy, trong phản ứng bậc 1 nồng độ chất phản ứng giảm theo thời gian dưới dạng hàm mũ. Lấy logarit hai vế của (17) thu được: ln[A] = ln[A]0 – kt (18) Trong phản ứng bậc 1, logarit nồng độ chất phản ứng giảm tuyến tính theo thời gian. Khi [A] = [A]0/2, ta có: ln 2 t1/2 = (19) k Thời gian phản ứng bán phần của phản ứng bậc 1 không phụ thuộc vào nồng độ đầu của chất phản ứng Đáng chú ý là quá trình phân rã phóng xạ cũng xảy ra theo quy luật động học bậc 1: N = N0.e-kt với N0 là số hạt nhân ban đầu của đồng vị phóng xạ (t=0), N là số hạt nhân của đồng vị phóng xạ ban đầu còn lại ở thời điểm t, k là hằng số tốc độ phân rã phóng xạ (thường kí hiệu là ). Giá trị thời gian phản ứng bán phần t1/2 thường gọi là chu kì bán rã. Đó là thời gian để 50% số hạt nhân ban đầu bị phân rã để tạo ra hạt nhân khác. c. Phản ứng bậc 2. Trong trường hợp tốc độ phản ứng chỉ phụ thuộc vào nồng độ chất A, phương trình động học vi phân của phản ứng bậc 2 có dạng: d [ A] v= = k[A]2 (20) dt Sự tích phân phương trình (20) cho phương trình động học tích phân của phản ứng bậc 2: 1 1   kt (21) [ A] [ A]0 (21) cho thấy rằng trong phản ứng bậc 2 sự phụ thuộc (1/[A]) = f(t) là tuyến tính. Từ (21) đễ dàng rút ra: 1 t1/2 = (22) k .[A]0 Thời gian phản ứng bán phần của phản ứng bậc 2 tỉ lệ nghịch với nồng độ đầu của chất phản ứng. d. Phản ứng bậc 3 Phản ứng bậc 3 có thể có 3 dạng: NGUYỄN HUỆ -9- THPT CHUYÊN HƯNG YÊN
CHUYÊN ĐỀ ĐỘNG HÓA HỌC A + B + C → sản phẩm A + 2B → sản phẩm 3A → sản phẩm Trong trường hợp đơn giản nhất 3A → sản phẩm, giả sử phản ứng có dạng: 3A → X + Y Gọi a là nồng độ ban đầu của A và x là nồng độ của X được tạo thành ở thời điểm t, ta có: 3A → X + Y Ở t=0 a 0 0 t a-3x x y=x Phương trình động học vi phân : -d[A] dx v= = =k.(a-3x)3 3dt dt dx  =kdt (a-3x)3 (23) Lấy tích phân phương trình này ta được : 1 1 6kt= 2 - 2 (24) (a-3x) a 2. XÁC ĐỊNH BẬC PHẢN ỨNG RIÊNG PHẦN DỰA VÀO THỰC NGHIỆM Để viết được tường minh biểu thức của định luật tác dụng khối lượng về tốc độ của một phản ứng, cần xác định bậc riêng phần của từng chất tham gia phản ứng bằng thực nghiệm. Xét phản ứng ở dạng chung: A + B  sản phẩm có biểu thức của định luật tốc độ v = k[A]x[B]y. Dễ thấy rằng, nếu nồng độ đầu của B rất lớn so với A, thì sự giảm nồng độ B trong quá trình phản ứng là không đáng kể và có thể coi [B] = [B]0 = hằng số, khi ấy ta có: v = k[A]x[B]y = k[A]x[B]y0 = k’[A]x, với k’ = k[B]y0. Như vậy, tốc độ phản ứng chỉ còn phụ thuộc vào nồng độ của một chất A mà thôi và có thể dựa vào thực nghiệm đo tốc độ phản ứng ở các điều kiện khác nhau để xác định bậc phản ứng riêng phần của A. Thủ pháp nói trên gọi là thủ pháp cô lập hay thủ pháp lượng dư, được dùng trong các phương pháp xác định bậc phản ứng khác nhau. Các phương pháp xác định bậc phản ứng đó được đề cập ở trên sẽ được tóm tắt lại dưới đây: a. Phương pháp thời gian phản ứng bán phần. Dựa vào sự phụ thuộc thời gian phản ứng bán phần vào nồng độ đầu có thể xác định được bậc phản ứng đối với A:  Thời gian phản ứng bán phần của A tỉ lệ thuận với nồng độ đầu của nó thì bậc phản ứng riêng phần của A là 0.  Thời gian bán phản ứng bán phần của A không phụ thuộc vào nồng độ đầu của nó thì bậc phản ứng riêng phần của A là 1.  Thời gian phản ứng bán phần tỉ lệ nghịch với nồng đầu của chất phản ứng thì bậc phản ứng riêng phần của A là 2. NGUYỄN HUỆ - 10 - THPT CHUYÊN HƯNG YÊN
CHUYÊN ĐỀ ĐỘNG HÓA HỌC b. Phương pháp đồ thị tuyến tính * Phản ứng là bậc 0 đối với chất A Phản ứng bậc không là phản ứng mà tốc độ của nó không phụ thuộc vào nồng độ của các chất phản ứng, tức tốc độ phản ứng là một hằng số không phụ thuộc vào thời gian. Phương trình động học vi phân của phản ứng : -d[A] v= =k dt  d[A] = -k.dt Lấy tích phân phương trình từ thời điểm t1 =0 tương ứng với nồng độ ban đầu [A]0 đến thời điểm t ta có : [A] – [A]0 = -kt hay [A] = [A]0 –kt Từ biểu thức ta thấy nồng độ của chất phản ứng giảm một cách tỉ lệ thuận với thời gian. Đồ thị [A] = f(t) là một đường thẳng với hệ số góc âm tg   k . Dựa vào các kết quả thực nghiệm, người ta xây dựng đồ thị biểu diễn tương quan hàm số [A] = f(t), nếu thu được đường thẳng có hệ số góc âm thì phản ứng là bậc 0 đối với A.  Phản ứng là bậc 1 đối với chất A Phương trình phản ứng bậc 1 có dạng : A → Sản phẩm Phương trình động học vi phân của phản ứng: v = -d[A]/dt = k[A] Hay : -d[A]/[A] = kdt Lấy tích phân phương trình này ta được : [A]  ln = kt [A]0 Hay: ln[A] = ln[A]0 –kt Trong đó, [A]0 là nồng độ đầu của A, [A] là nồng độ của A ở thời điểm t. Đồ thị ln[A] = f(t) là một đường thẳng mà hệ số góc sẽ cho biết giá trị của hằng số tốc độ phản ứng k. Trong phản ứng bậc 1, logarit nồng độ chất phản ứng giảm tuyến tính theo thời gian. Vì nồng độ tỉ lệ với áp suất (nếu chất phản ứng ở thể khí) cũng như tỉ lệ với số nguyên tử hay phân tử nên phương trình động học tích phân của phản ứng bậc 1 có thể biểu diễn dưới các dạng: lnP0/P = kt lnN0/N = kt Phản ứng bậc 1 thường là phản ứng phân hủy của các chất. Ví dụ: C2H6 → C2H4 + H2 N2O5 → N2O4 + 1/2O2 NGUYỄN HUỆ - 11 - THPT CHUYÊN HƯNG YÊN
CHUYÊN ĐỀ ĐỘNG HÓA HỌC Thời gian nửa phản ứng t1/2 là thời gian mà một nửa lượng ban đầu của chất phản ứng đó bị tiêu thụ. ln2 0,693 t 1/2 = = k k Dựa vào các kết quả thực nghiệm, người ta xây dựng đồ thị biểu diễn tương quan hàm số ln[A] = f(t), nếu thu được đường thẳng có hệ số góc âm thì phản ứng là bậc 1 đối với A.  Phản ứng là bậc 2 đối với chất A Dạng tổng quát của phản ứng bậc 2 là: A + B → Sản phẩm Phương trình vi phân có dạng: d[A] d[B] - =- =k[A].[B] dt dt - Trong trường hợp đơn giản khi nồng độ ban đầu của A, B bằng nhau, ta có: -d[A] =k[A]2 dt -d[A]  =kdt [A] lấy tích phân phương trình này sẽ được: 1 1   kt [A] [A]0 Đồ thị biểu diễn 1/[A] = f(t) là một đường thẳng với tg  k . Khi t = t1/2 1 1 1 kt 1/2 = - = [A] [A]0 [A]0 2 - Khi nồng độ ban đầu của A, B khác nhau. Đặt [A]0 = a, [B]0 = b, lượng A, B đó tham gia phản ứng cho đến thời điểm t là x. Phương trình động học vi phân có dạng: dx =k(a-x).(b-x) dt dx  =kdt (a-x).(b-x) Lấy tích phân phương trình này ta được: 1 a.(b-x) kt= ln b-a b.(a-x) Ví dụ: Người ta nghiên cứu phản ứng xà phòng hóa etyl fomat bằng NaOH ở 250C: HCOOC2H5 + NaOH → HCOONa + C2H5OH Nồng độ ban đầu của NaOH và của este đều bằng 0,01M. Lượng etanol được tạo thành theo thời gian được biểu diễn trong bảng sau: Thời gian (s) 0 180 240 300 360 [C2H5OH] (M) 0 2,6.10-3 3,17.10 -3 3,66.10 -3 4,11.10-3 NGUYỄN HUỆ - 12 - THPT CHUYÊN HƯNG YÊN
CHUYÊN ĐỀ ĐỘNG HÓA HỌC a. Chứng minh rằng bậc tổng cộng của phản ứng bằng 2. Từ đó suy ra bậc phản ứng riêng đối với mỗi chất phản ứng. b. Tính hằng số tốc độ phản ứng ở 25 0C. Bài giải: a. Gọi nồng độ ban đầu của NaOH và este là a : [NaOH] = [este] = a (M) Gọi nồng độ etanol được tạo thành ở thời điểm t là x, theo bài ra ta có : HCOOC2 H5 + NaOH → HCOONa + C2H5OH Ở t=0 a a 0 0 t a-x a-x x x Phương trình tốc độ phản ứng : d[NaOH] v=- =k[este]p .[NaOH]q =k.(a-x)p+q =k(a-x)n dt Ở đây, p và q là bậc phản ứng riêng tương ứng của este và NaOH, n là bậc phản ứng tổng cộng. Nếu phản ứng là bậc 2, phương trình động học tích phân sẽ là : 1 1 - = kt a-x a Từ các dữ kiện của bài toán ta có bảng sau : t(s) 0 180 240 300 360 -3 -3 -3 x 0 2,6.10 3,17.10 3,66.10 4,11.10-3 -3 -3 -3 a-x 0,01 7,4.10 6,83.10 6,34.10 5,89.10-3 1/a-x 100 1,35.10 2 1,46.10 2 1,58.102 1,70.102 -1 -1 k(mol .l.s ) 0,194 0,192 0,193 0,194 Vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của 1/(a-x) vào t thu được một đường thẳng. Như vậy, phản ứng được xét là phản ứng bậc 2. Hoặc nhận xét các giá trị của hằng số tốc độ k ở các thời điểm khác nhau không nhiều, do đó giả thiết phản ứng bậc hai là đúng. Vì bậc phản ứng là bậc 2, nồng độ ban đầu của các chất phản ứng lại bằng nhau nên giả thiết đơn giản và hợp lí nhất là bậc phản ứng riêng của mỗi chất phản ứng bằng một. b. Từ đồ thị thu được chúng ta xác định được hệ số góc của đường thẳng. Đó là hằng số tốc độ của phản ứng. k = 0,194 mol-1.l.s-1 Hoặc lấy trung bình các giá trị của hằng số k ở bảng trên ta được giá trị hằng số tốc độ của phản ứng. Dựa vào các kết quả thực nghiệm, người ta xây dựng đồ thị biểu diễn tương quan hàm số 1/[A] = f(t), nếu thu được một đường thẳng có hệ số góc dương thì phản ứng là bậc 2 đối với A. c) Phương pháp nồng độ đầu Biểu thức v = k[A]x[B]y cho phép đưa ra một phương pháp phổ biến dùng để xác định bậc phản ứng. Để xác định bậc riêng phần của một chất phản ứng nào đó người ta xác định biến NGUYỄN HUỆ - 13 - THPT CHUYÊN HƯNG YÊN
CHUYÊN ĐỀ ĐỘNG HÓA HỌC thiên tốc độ phản ứng khi thay đổi nồng độ đầu của chất đó cho, đồng thời cố định nồng độ đầu của các chất phản ứng khác và các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng. Chẳng hạn, tăng nồng độ A lên 2 lần và giữ nguyên nồng độ của B ta có: v’ = k.(2[A])x.[B]y = k. 2x[A]x[B]y = 2 x.v. Nếu tốc độ phản ứng tăng lên 2 lần, tức là v’ = 2v ta có: 2 x = 2  x = 1. Nếu tốc độ phản ứng tăng lên 4 lần, tức là v’ = 4v ta có: 2 x = 4  x = 2. Nếu tốc độ phản ứng không thay đổi, tức là v’ = v ta có: 2x = 1  x = 0. Việc xác định bậc riêng phần của B cũng diễn ra theo cách tương tự. NGUYỄN HUỆ - 14 - THPT CHUYÊN HƯNG YÊN
CHUYÊN ĐỀ ĐỘNG HÓA HỌC B. MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP ĐỘNG HỌC CÓ HƯỚNG DẪN I. BÀI TẬP ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG HÓA HỌC Bài 1. Hệ số nhiệt của phản ứng bằng 3,5. Ở 15 0C hằng số tốc độ của phản ứng này bằng 0,2 giây-1. Tìm hằng số tốc độ của phản ứng ở 400C. Bài giải : k15 25 Áp dụng công thức :   25 /10  (3,5)2,5 k15 k40 = k15.(3,5)2,5 = 4,6 giây-1 Bài 2. Phản ứng trong pha khí giữa NH3 và NO2 ở giai đoạn đầu là phản ứng bậc 2. Tính năng lượng hoạt hóa và trị số A của phương trình Areniut, biết rằng ở hai nhiệt độ 600K và 716K hằng số tốc độ có giá trị tương ứng bằng 0,385 và 16 (mol-1.l.s-1) Bài giải : k T2 E 1 1  Áp dụng công thức : lg = . -  k T1 2,303.R  T1 T2  16 E  1 1  Ta có : lg = . - 0,385 2,303.8,314  600 716   E = 114,8 kJ/mol Thừa số A được xác định bằng phương trình : k = A.e-E/RT 16 = A.e-114800/8,314.716 A = 3,8.109 (mol-1.l.s-1) Bài 3. Trong một phản ứng bậc nhất tiến hành ở 270C, nồng độ chất đầu giảm đi một nửa sau 5000 giây. Ở 37 0C, nồng độ giảm đi 2 lần sau 1000 giây. Xác định : a. Hằng số tốc độ ở 270C b. Thời gian để nồng độ đầu giảm tới ¼ ở 370C. c. Năng lượng hoạt hóa. Bài giải : 0,693 a. Ta có : t 1/2 = k 0,693 k 270C = = 1,39.10-4 s-1 5000 0,693 b. k 370 C = = 6,93.10 4 s-1 1000 Thêi gian cần thiết để nồng độ đầu giảm tới 1/4 giá trị đầu ở 370C là : 1 a t 1/4 = -4 ln = 2000 (s) 6,93.10 a/4 c. Năng lượng hoạt hóa E được tính theo biểu thức : kT E  1 1  lg 2 = . -  k T1 2,303.R  T1 T2  NGUYỄN HUỆ - 15 - THPT CHUYÊN HƯNG YÊN
CHUYÊN ĐỀ ĐỘNG HÓA HỌC 6,93.10-4 E  1 1  lg = . - 1,39.10 -4 2,303.8,314  300 310   E = 124 kJ/mol Bài 4. Cho phản ứng : CCl3COOH → CHCl3 + CO2 Ở 440C: k1 = 2,19.10 -7 s-1. Ở 100 0C: k2 = 1,32.10-3 s-1 a. Tính hệ số nhiệt độ của phản ứng. b. Tính năng lượng hoạt hóa của phản ứng Bài giải : T2  T1 k T2 a. Áp dụng công thức: = 10 k T1 100-44 1,32.10-3  =  10   = 4,73 2,19.107 1,32.10 3 Ea  1 1  b. ln 2,19.10 7 =  317 - 373   E a = 153 kJ/mol 8,314   Bài 5. CH3 – CH3 → CH2=CH2 + H2 Ở 5070C: k1 = 2,3.10 -4 s-1. Ở 527 0C tốc độ phản ứng tăng lên gấp đôi. a. Viết phương trình động học của phản ứng. b. Thiết lập phương trình Areniut cho phản ứng. c. Tính thời gian nửa phản ứng ở 5270C. Bài giải : a. Từ đơn vị của hằng số tốc độ, ta suy ra phản ứng là bậc 1 v = k.[CH3-CH3] k2 v Ea  1 1  ln = ln 2 = ln2 =  780 - 800  b. k1 v1 8,314    E a = 180 kJ/mol -E a ln k 1 = + ln A R T1 1 8 0 .1 0 3 ln 2 ,3 .1 0 -4 = - + ln A  ln A = 1 9 ,3 8, 3 1 4 .7 8 0 2 1 ,6 .1 0 3 ln k = - + 1 9 ,3 T -21,6.103 c. lnk 5270 C = + 19,3  k 5270 C = 4,53.10 -4 s -1 800 ln2 t 1/2 = = 1507 (s) 4,53.10-4 II. BÀI TẬP XÁC ĐỊNH BẬC PHẢN ỨNG Bài 1. Bằng thực nghiệm người ta đó thu được những số liệu của phản ứng giữa NO và H2 ở nhiệt độ 7000C như sau : NGUYỄN HUỆ - 16 - THPT CHUYÊN HƯNG YÊN
CHUYÊN ĐỀ ĐỘNG HÓA HỌC 2NO(k) + 2H2(k) → 2H2O(k) + N2(k) Thí nghiệm [H2], M [NO], M Tốc độ ban đầu, M.s-1 1 0,010 0,025 v1=2,4.10 -6 2 0,0050 0,025 v2=1,2.10 -6 3 0,010 0,0125 v3=0,60.10-6 a. Xác định phương trình động học và bậc của phản ứng. b. Xác định hằng số tốc độ phản ứng. Bài giải : a. Ở bài này ta thấy, để xác định bậc riêng của phản ứng đối với mỗi chất ngưêi ta cố định nồng độ của một chất và thay đổi nồng độ của chất còn lại. Gọi m, n lần lượt là bậc phản ứng riêng phần của H2 và NO. Ta có: v = k.[H2]m.[NO]n v1 k.[H 2 ]m .[NO]n k.(0,01)m .(0,025)n 2,4.10-6 = = = =2 v2 k.[H 2 ]m .[NO]n k.(0,005)m .(0,025)n 1,2.10-6  m=1 v1 k.(0,01)m .(0,025)n 2,4.10-6 = = =4 v2 k.(0,01)m .(0,0125)n 0,6.10-6  n=2 Phương trình động học của phản ứng: v = k.[H2].[NO]2 Bậc phản ứng 1+2 = 3 b. Tính hằng số tốc độ phản ứng: 2,4.10-6 k1  2 = 0,38 mol-2 .l 2 .s-1 0, 010.(0, 025) Tương tự: k2 = k3 = 0,38 mol-2.l2.s-1 Bài 2. Chứng minh phương trình động học của phản ứng v = k.[H2].[NO]2 2NO(k) + 2H2(k) → 2H2O(k) + N2(k) phù hợp với cơ chế sau: 2NO N2O2 (a): xảy ra nhanh N2O2 + H2 → N2 + H2O2 (b): xảy ra chậm H2O2 + H2 → 2H2O (c): xảy ra nhanh Bài giải : Với một phản ứng nhiều giai đoạn thì giai đoạn chậm quyết định tốc độ của phản ứng. Theo cơ chế trên ta có, tốc độ phản ứng được quyết định bởi giai đoạn (b): v = k’.[N2O2].[H2] (1) [N 2 O 2 ] Theo (a): K C = 2  [N 2 O 2 ] = K C .[NO]2 (2) [NO] Thay (2) vào (1) ta được: v = k’.KC.[NO]2.[H2] với k’.KC = k = const v = k.[NO]2.[H2] Bài 3. Cho phản ứng: (CH3)2O → CH4 + CO + H2 Phản ứng là bậc 1. Lúc đầu chỉ có (CH3)2O với áp suất trong bình là P0 = 300,0 mmHg. Sau 10 giây áp suất trong bình P = 308,1 mmHg. Tính hằng số tốc độ k và thời gian nửa phản ứng. Bài giải : NGUYỄN HUỆ - 17 - THPT CHUYÊN HƯNG YÊN
CHUYÊN ĐỀ ĐỘNG HÓA HỌC (CH3)2O → CH4 + CO + H2 Áp suất lúc đầu: P0 0 0 0 Áp suất sau 10s: P0-x x x x P - P0 3P  P P = P0 + 2x  x=  P0 - x = 0 2 2 [A]0 2P0 ln = kt  ln = kt  k = 1,36.10-3 s-1 [A] 3P0  P ln2 t 1/2 = = 510 (s) 1,36.10 -3 Bài 4. Cho phản ứng: C2H5I + NaOH → C2H5OH + NaI Nồng độ ban đầu của hai chất phản ứng bằng nhau. Để một nửa lượng ban đầu các chất phản ứng chuyển thành sản phẩm ở 320C cần 906 phút. a. Tính thời gian để một nửa lượng ban đầu các chất phản ứng chuyển thành sản phẩm ở 600C, biết hệ số nhiệt độ của phản ứng là 2,83. b. Tính năng lượng hoạt hóa của phản ứng. c. Tính hằng số tốc độ k ở hai nhiệt độ trên, biết rằng phản ứng là bậc 2 (bậc 1 đối với mỗi chất) và nồng độ ban đầu của mỗi chất đều bằng 0,050 M. Bài giải : T2  T1 k T2 a. Áp dụng công thức: = 10 k T1 ln2 k T2 t Mặt khác: k =  = 1 t 1/2 k T1 t2 1  t 2 = t1 . 60  32  t 2 = 49 phut 10 (2,83) b. Tính năng lượng hoạt hóa của phản ứng: v2 k t 906 = 2 = 1 = v1 k1 t2 49 906 Ea  1 1   ln = . -  E a = 88 kJ/mol 49 8,314  305 333   c. Tính hằng số tốc độ phản ứng: 1 1 t 1/2 =  k1 = = 2,2.10 -2 mol-1 .l.ph -1 (ở 320C) k.[A]0 906.0,050 1 k2 = = 4,1.10 -1 mol-1 .l.ph -1 49.0,050 Bài 5. Nghiên cứu động học của phản ứng: C2H5Br + OH- → C2H5OH + Br- Nồng độ ban đầu của C2H5Br là 3,0.10 -2 mol/l, của KOH là 7,0.10 -2 mol/l. Ở thời điểm t, lấy ra 10,0 cm3 dung dịch và định lượng KOH chưa phản ứng. Thể tích dung dịch HCl cần cho việc trung hòa hoàn toàn KOH theo thời gian là x cm3 như sau: t (h) 0,50 1,00 2,00 4,00 NGUYỄN HUỆ - 18 - THPT CHUYÊN HƯNG YÊN
CHUYÊN ĐỀ ĐỘNG HÓA HỌC x (cm3) 12,84 11,98 10,78 9,48 Xác định bậc và hằng số tốc độ k của phản ứng. Bài giải : C2H5Br + OH- → C2H5OH + Br- Nồng độ đầu: a b 0 0 Nồng độ ở thời điểm t: a-y b-y y y Giả thiết phản ứng bậc hai thì phải tuân theo phương trình động học bậc hai : 1 a.(b-y) kt = ln . Phương trình có dạng : b-a b.(a-y) a(b-y) ln = f(t) b(a-y) Dựa vào các dữ kiện của bài toán ta có bảng sau : t (h) 0,50 1,00 2,00 4,00 3 x (cm ) 12,84 11,98 10,78 9,48 2 y.10 (M) 0,58 1,01 1,61 2,26 2 (a-y).10 (M) 2,42 1,99 1,39 0,74 2 (b-y).10 (M) 6,42 5,99 5,39 4,74 ln[a(b-y)/b(a-y)] 1,28.10-1 2,55.10 -1 5,08.10 -1 10,10.10 -1 k (mol-1.l.h-1) 6,40.10-2 6,38.10 -2 6,35.10 -2 6,31.10-2 Ta thấy các giá trị hằng số tốc độ ở các thời điểm không khác nhau nhiều. Vậy giả thiết phản ứng bậc 2 là đúng và k = 6,36.10-2 mol-1.l.h-1 Hoặc vẽ đồ thị ta thu được một đường thẳng. III. MỘT SỐ BÀI TOÁN VẬN DUNG NÂNG CAO Bài 1. Cho phản ứng: CO2(k) + H2O(l) ⇌ H2CO3. 1) Hằng số tốc độ của phản ứng thuận là kt = a(s-1). Nếu có n mol khí CO2 trên mặt nước thì sau 23 giây có một nửa số mol khí CO2 đó hoà tan. Tính a. 2) Hằng số tốc độ của phản ứng nghịch là k n = 20(s-1). Tính hằng số cân bằng K của phản ứng và viết biểu thức của hằng số cân bằng này. (OLYMPIC Hóa Học các trường đại học toàn quốc năm 2005 – BẢNG B). Bài giải : NGUYỄN HUỆ - 19 - THPT CHUYÊN HƯNG YÊN
CHUYÊN ĐỀ ĐỘNG HÓA HỌC 1) Đơn vị của k là s-1 nên phản ứng là bậc1: a = ln2/t1/2 = 3.10-2(s-1) 2) Khi cân bằng tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch  v t  k t .PCO2  v n  k n . H 2 CO 3  K H 2 CO3   k t  1,5.10 3 PCO2 kn Bài 2. Tại 25oC phản ứng 2 N2O5 (k) 4 NO2 (k) + O2 (k) có hằng só tốc độ k = -5 -1 1,8.10 . s ; biểu thức tính tốc độ phản ứng v = k.C(N2O5). Phản ứng trên xảy ra trong bình kín thể tích 20,0 lit không đổi. Ban đầu lượng N2O5 cho vừa đầy bình. ở thời điểm khảo sát, áp suất riêng của N2O5 là 0,070 atm . Giả thiết các khí đều là khí lý tưởng. 1. Tính tốc độ: a) tiêu thụ N2O5 ; b) hình thành NO2 ; O2. 2. Tính số phân tử N2O5 đó bị phân tích sau 30 giây. 3. Nếu phản ứng trên có phương trình N2O5 (k) 2 NO2 (k) + ½ O2 (k) thì trị số tốc độ phản ứng, hằng số tốc độ phản ứng có thay đổi không? Giải thích. (đề thi chọn học sinh giỏi QG năm 2002 - Bảng A): Bài giải : 1. Trước hết phải tính tốc độ của phản ứng theo biểu thức đó có: V = k CN2O5 (1) Đó có trị số k; cần tính C(N2O5) tại thời điểm xét: pi V = ni RT  CN2O5 = nN2O5 : V = pi / RT (2) Thay số vào (2), ta có: C(N2O5) = 0,070 : 0,082  298 = 2,8646.10-3(mol.l-1) Đưa vào (1): Vpu = 1,80. 10-5 x 2,8646. 10 -3 Vpu = 5,16. 10-8 mol. L-1. S-1 (3) Từ ptpứ 2 N2O5 (k)  4 NO2 (k) + O2 (k) d C(N2O5) Vtiiêu thụ N2O5 =  = 2 Vpư (4) dt Thay số vào (4). Vtiêu thụ N2O5 = - 2 x 5, 16 . 10-8. Vtiêu thụ N2O5 = - 1,032.10 -7 mol.l-1.s-1. Dấu – để chỉ “tiêu thụ N2O5 tức mất đi N2O5 hay giảm N2O5” b. Vhình thµnh NO2 = 4 Vpư = - 2Vtiêu thụ N2O5. (5) Thay số: Vhình thành NO2 = 4 x 5,16.10-8 Vhình thành NO2 = 2,064.10-7 mol l-1.s-2 Vhình thànhO2 = Vpư = 5,16.10 -8 mol l-1.s-2 Ghi chú: Hai tốc độ này đều có dấu + để chỉ “hình thành hay được tạo ra” (ngược với “tiêu thụ”). Việc tính tốc độ tiêu thụ N2O5 hay hình thành NO2, O2 theo tốc độ pư, Vpư, như trên chỉ thuần tuý hình thức theo hệ số phương trình, thực chất phản ứng này là một chiều bậc nhất. 2. Số phân tử N2O5 đó bị phân huỷ được tính theo biểu thức: N N20 5 bị phân huỷ = N = VN2O5 tiêu thụ . Vbình . t . N0 Thay số: NGUYỄN HUỆ - 20 - THPT CHUYÊN HƯNG YÊN

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

EXAM.06: Bộ 240 Đề Thi Thử THPT Quốc Gia 2023

240 tài liệu

1116 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.