Tiêu đề Bài 19. Tốc độ phản ứng - GV.pdf ✅

I. TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG: 1. Khái niệm: - Khi phản ứng hoá học xảy ra, lượng chất đầu giảm dần theo thời gian, trong khi lượng chất sản phẩm tăng dần theo thời gian. - Khái niệm tốc độ phản ứng hoá học dùng để đánh giá mức độ xảy ra nhanh hay chậm của một phản ứng. Hình. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi nồng độ chất phản ứng và sản phẩm theo thời gian 2. Tính tốc độ trung bình của phản ứng hoá học: - Cho phản ứng tổng quát: aA + bB → cC + dD - Biểu thức tốc độ trung bình của phản ứng: v̅= − 1 a × ΔCA Δt = − 1 b × ΔCB Δt = 1 c × ΔCC Δt = 1 d × ΔCD Δt Trong đó: v : tốc độ trung bình của phản ứng; ∆C = C2 – C1: sự biến thiên nồng độ; ∆t = t2 – t1: biến thiên thời gian; C1, C2 là nồng độ của một chất tại 2 thời điểm tương ứng t1, t2. Ví dụ: Trong phản ứng hoá học: Mg(s) + 2HCl(aq) → MgCl2(aq) + H2(g) Sau 40 giây, nồng độ của dung dịch HCl giảm từ 0,8 M về còn 0,6 M. Tính tốc độ trung bình của phản ứng theo nồng độ HCl trong 40 giây. Hướng dẫn giải Tốc độ phản ứng của phản ứng hoá học là đại lượng đặc trưng cho sự biến thiên nồng độ của một trong các chất phản ứng hoặc sản phẩm trong một đơn vị thời gian. Kí hiệu là v, có đơn vị: (đơn vị nồng độ)/ (đơn vị thời gian). Đơn vị: (đơn vị nồng độ)/(đơn vị thời gian)-1 ví dụ: mol.L-1 .s-1 hay M.s-1 . Tốc độ trung bình của phản ứng là tốc độ được tính trong một khoảng thời gian phản ứng. KẾT LUẬN
Thời gian phản ứng: Δt = 40 (s); biến thiên nồng độ dung dịch HCl là ΔC = 0,6 – 0,8 = –0,2 (M); hệ số cân bằng của HCl trong phương trình hóa học là 2. Tốc độ trung bình của phản ứng trong 40 giây là: HCl tb 1 C v 2 t  = −  1 (0,6 0,8) 3 1 2,5.10 M.s 2 40 − − − = − = 3. Biểu thức tốc độ phản ứng: - Định luật tác dụng khối lượng Năm 1864, hai nhà bác học Guldberg (Gâu-bớc) và Waage (Qua-ge) khi nghiên cứu sự phụ thuộc của tốc độ vào nồng độ đã đưa ra định luật tác dụng khối lượng: Ở nhiệt độ không đổi, tốc độ phản ứng tỉ lệ với tích số nồng độ các chất tham gia phản ứng với số mũ thích hợp. Xét phản ứng: aA + bB ⎯⎯→ dD + eE • Mối quan hệ giữa nồng độ và tốc độ tức thời của phản ứng hoá học được biểu diễn bằng biểu thức:  = k . b B a CA .C Trong đó: v : tốc độ tại thời điểm nhất định k : hằng số tốc độ phản ứng, chỉ phụ thuộc vào bản chất của phản ứng và nhiệt độ. CA, CB : nồng độ của các chất A, B tại thời điểm đang xét. • Khi nồng độ chất phản ứng bằng đơn vị (1 M) thì k = v, vậy k là tốc độ của phản ứng và được gọi là tốc độ riêng, đây là ý nghĩa của hằng số tốc độ phản ứng. • Hằng số k chỉ phụ thuộc vào bản chất của chất phản ứng và nhiệt độ. Ví dụ: Xét phản ứng: 2NO + O2 → 2NO2 (1) Từ thực nghiệm, xác định được mối liên hệ giữa tốc độ phản ứng (1) và nồng độ các chất tham gia phản ứng: 2 2 NO O v k.C .C = Trong đó: CNO và O2 C là nồng độ mol của NO và O2 tại thời điểm đang xét. v: tốc độ tại thời điểm đang xét. k: hằng số tốc độ phản ứng, chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ Xét tại thời điểm CNO = 1 M và O2 C = 1 M, khi đó V = k. Như vậy: hằng số tốc độ k là tốc độ phản ứng khi nồng độ của tất cả các chất đầu đều bằng đơn vị. Ví dụ 1. Tốc độ phản ứng là A. độ biến thiên nồng độ của một chất phản ứng trong một đơn vị thời gian. B. độ biến thiên nồng độ của một sản phẩm phản ứng trong một đơn vị thời gian. C. độ biến thiên nồng độ của một trong các chất phản ứng hoặc sản phẩm phản ứng trong một đơn vị thời gian. D. độ biến thiên nồng độ của các chất phản ứng trong một đơn vị thời gian. Ví dụ 2. Cho biết tốc độ phản ứng chỉ nhận giá trị dương. Giải thích tại sao phải thêm dấu trừ trong biểu thức (3) khi tính tốc độ trung bình của phản ứng theo các chất tham gia phản ứng. Đáp án: ΔC = C2 – C1 ; Δt = t2 – t1 Trong đó C1, C2 là nồng độ của một chất tại thời điểm tương ứng t1 và t2. Các chất tham gia có nồng độ giảm theo thời gian ⇒ C2 < C1 ⇒ ΔC < 0 Vậy để tốc độ phản ứng nhận giá trị dương cần phải thêm dấu trừ trong biểu thức (3) khi tính tốc độ trung bình của phản ứng theo các chất tham gia phản ứng. Ví dụ 3. Xét phản ứng: H2 + Cl2 → 2HCl Nghiên cứu sự thay đổi nồng độ một chất trong phản ứng theo thời gian, thu được đồ thị sau:
a) Đồ thị này mô tả sự thay đổi nồng độ theo thời gian của chất nào? b) Nêu đơn vị của tốc độ phản ứng trong trường hợp này. Đáp án: (a) Từ đồ thị ta thấy: theo thời gian, nồng độ chất tăng lên. Vậy đồ thị mô tả sự thay đổi theo thời gian của chất sản phẩm, tức là HCl. (b) Đơn vị của tốc độ phản ứng: mol/(L.min). Ví dụ 4. Cho phản ứng của các chất ở thể khí: 2NO + 2H2 → N2 + 2H2O. a) Hãy viết biểu thức tính tốc độ trung bình theo sự biến đổi nồng độ chất đầu và chất sản phẩm của phản ứng trên. b) Giải thích tại sao tốc độ tiêu hao của NO (mol/(L.s)) và tốc độ tạo thành của N2 (mol/(L.s)) không giống nhau Đáp án: a) NO H N H O 2 2 2 C C C C v 2 t 2 t t 2 t − −   = = = =     b) NO N2 − =  C 2 C (Dấu – biểu diễn cho chất tham gia bị giảm sau phản ứng). Ví dụ 5. Phản ứng phân hủy H2O2: H2O2 → H2O + 1/2O2 Kết quả thí nghiệm đo nồng độ H2O2 tại các thời điểm khác nhau được trình bày trên Bảng 19.1 Thời gian phản ứng (h) 0 3 6 9 12 Nồng độ H2O2 (mol/L) 1,000 0,707 0,500 0,354 0,250 Trả lời câu hỏi: 1. Hãy tính tốc độ phản ứng theo nồng độ H2O2 trong các khoảng thời gian từ: a) 3 giờ đến 6 giờ. b) 6 giờ đến 9 giờ. c) 9 giờ đến 12 giờ. 2. Nhận xét về sự thay đổi tốc độ phản ứng theo thời gian. Đáp án: 1. 2. Tốc độ phản ứng giảm dần theo thời gian. Ví dụ 6. Dữ liệu thí nghiệm của phản ứng: SO2Cl2 (g) → SO2 (g) + Cl2 (g) được trinh bày ở bảng sau: Nồng độ (M) Thời gian (phút) SO2Cl2 SO2 Cl2 0 1,00 0 0 100 ? 0,13 0,13 200 0,78 ? ?
(a) Tính tốc độ trung binh của phản ứng theo SO2Cl2 trong thời gian 100 phút. (b) Sau 100 phút, nồng độ của SO2Cl2 còn lại là bao nhiêu? (c) Sau 200 phút, nồng độ của SO2 và Cl2 thu được là bao nhiêu? Đáp án: (a) Theo tỉ lệ phản ứng trong PTHH nhận thấy: [SO2Cl2] = [SO2] = [Cl2] = 0,13 M. Tốc độ trung bình của phản ứng là: 0,13 3 v = = 1,3 10 100 −  (M/phút) (b) SO Cl 2 2 2 2 − = = = C 0,13M 1,00 – C C 0,87M.  (c) SO Cl 1 2 2 2 − = = = C C – C 1,00 – 0,78 0,22M.  Sau 200 phút, nồng độ của SO2 và Cl2 = 0,22 M. Ví dụ 7. Cho phản ứng của các chất ở thể khí: I2 + H2 → 2HI Biết tốc độ phản ứng tỉ lệ thuận với nồng độ các chất tham gia và phản ứng với số mũ là hệ số tỉ lượng của chất đó trong phương trình hóa học. a) Hãy viết phương trình tốc độ của phản ứng này. b) Nếu nồng độ của H2 tăng gấp đôi thì tốc độ phản ứng thay đổi như thế nào? b) Ở một nhiệt độ xác định, hằng số tốc độ của phản ứng này là 2,5.10-4 L/(mol.s). Nồng độ đầu của I2 và H2 lần lượt là 0,02 M và 0,03 M. Hãy tính tốc độ phản ứng: - Tại thời điểm đầu. - Tại thời điểm đã hết một nửa lượng I2. Đáp án: (a) Phương trình tốc độ của phản ứng đơn giản: I2 + H2 ⎯⎯→ 2HI 2 2 I H  = k.C .C (b) Nếu nồng độ H2 tăng gấp đôi thì v’ = 2 2 I H  = k.2C .C = 2.v (tốc độ phản ứng tăng gấp đôi). (c) Tại thời điểm đầu, tốc độ phản ứng là:  = 2,5.10-4 . 0,02. 0,03 = 1,5.10-7 (mol/(L.s)) Tại thời điểm lượng X đã hết một nửa: ⇒ [I2] = 0,01M; [H2] = 0,02M Tốc độ phản ứng:  = 2,5.10-4 . 0,01 . 0,02 = 5.10-8 (mol/(L.s)) Ví dụ 8. Cho phản ứng: Br2 + HCOOH → 2HBr + CO2. Nồng độ ban đầu của Br2 là a mol/lít, sau 50 giây nồng độ Br2 còn lại là 0,01 mol/lít. Tốc độ trung bình của phản ứng trên tính theo Br2 là 4.10-5 mol/(L.s). Giá trị của a là A. 0,012. B. 0,016. C. 0,014. D. 0,018. Đáp án: a 0,01 5 v 4.10 a 0,012 mol / lÝt. 50 − − = =  = Ví dụ 9. Cho phản ứng hóa học sau: Zn(s) + H2SO4(aq) ⎯⎯→ ZnSO4(aq) + H2(g) (a) Ở nhiệt độ phòng, đo được sau 1 phút có 7,5 ml khí hydrogen thoát ra. Tính tốc độ trung bình của phản ứng theo hydrogen. (b) Ở nhiệt độ thấp, tốc độ phản ứng là 3ml/min. Hãy tính xem sau bao lâu thì thu được 7,5 mL khí hydrogen. Đáp án: (a) 7,5 0 7,5 (mL/min) 1 0 v − = = − (b) 7,5 0 3 (mL/min) x = 2,5 min 0 v x − = =  − Ví dụ 10. Ở 225 oC, khí NO2 và O2 có phản ứng sau: 2NO + O2 → 2NO2 Biểu thức tốc độ phản ứng có dạng :    2 2 NO O = k C C .