Bài 36. Tốc độ phản ứng hoá học

3 Dung dịch BaCl2, Na2S2O3 và H2SO4 có CM = 0,1 mol/l
Các phản ứng hóa học khác nhau xảy ra nhanh, chậm rất khác nhau
Nhằm đánh giá mức độ xảy ra nhanh, chậm của các phản ứng ~> đưa ra khái niệm tốc độ phản ứng hóa học
Phương trình tổng quát của các phản ứng hóa học:

Các chất phản ứng → Các sản phẩm
Trong quá trình diễn biến phản ứng, nồng độ các chất phản ứng giảm dần, nồng độ các sản phẩm tăng dần
Phản ứng xảy ra nhanh thì độ tăng giảm nồng độ các chất phản ứng và các sản phẩm càng nhiều
Như vậy, có thể dùng độ biến thiên nồng độ theo thời gian của một chất bất kì trong phản ứng làm thước đo tốc độ phản ứng
Từ đó đưa ra khái niệm Tốc độ phản ứng hóa học
Tốc độ phản ứng là độ biến thiên nồng độ của một trong các chất phản ứng hoặc sản phẩm trong môt đơn vị thời gian
A → B
A: Chất phản ứng B: Sản phẩm
Xét phản ứng phân hủy N2O5 trong dung môi CCl4 ở 45°C
N2O5 → N2O4 + 1/2O2
Bằng cách đo thể tích oxi thoát ra, ta có thể tính được nồng độ N2O5 ở từng thời điểm của phản ứng
Dễ dàng nhận thấy: tốc độ trung bình của phản ứng giảm dần theo thời gian, ứng với sự giảm dần của nồng độ chất phản ứng N2O5
Người ta thường xác định tốc độ ở từng thời điểm, được gọi là tốc độ tức thời
Hệ số tỉ lượng các chất trong phương trình hóa học của một phản ứng thường khác nhau, do đó để quy tốc độ của một phản ứng về cùng một giá trị, trong công thức tính tốc độ phản ứng cần chia thêm cho hệ số tỉ lượng của chất được lấy để tính tốc độ
Thí nghiệm: Chuẩn bị 2 cốc như yêu cầu
Đổ đồng thời vào mỗi cốc 25 ml dung dịch H2SO4 0,1M
Dùng đũa thủy tinh khuấy nhẹ dung dịch trong 2 cốc
Lưu huỳnh xuất hiện trong cốc (a) sớm hơn → tốc độ phản ứng trong cốc (a) lớn hơn
Điều kiện xảy ra phản ứng: Phải có sự va chạm giữa 2 chất
Tần số va chạm càng lớn → tốc độ phản ứng càng lớn
Nồng độ các chất phản ứng tăng → tần số va chạm tăng → tốc độ phản ứng tăng
Tuy nhiên, chỉ có những va chạm có hiệu quả mới xảy ra phản ứng
Khi tăng nồng độ chất phản ứng, tốc độ phản ứng tăng
Áp suất ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng chất khí.
Khi áp suất tăng, nồng độ chất khí tăng theo, nên ảnh hưởng giống như nồng độ
Xét phản ứng sau được thực hiện ở nhiệt độ 302°C
2HI(k) → H2(k) + I2(k)
Khi áp suất của HI là 1 atm, tốc độ phản ứng đo được là 1,22.10-8 mol/(l.s)
Khi áp suất của HI là 2 atm, tốc độ phản ứng là 4,88.10-8 mol/(l.s)
Đối với phản ứng có chất khí, khi tăng áp suất, tốc độ phản ứng tăng
Thí nghiệm 2:Thực hiện phản ứng sau ở 2 nhiệt độ khác nhau:

25 ml dd H2SO4 0,1M + 25 ml dd Na2S2O3 0,1M
Cốc (a) xảy ra ở nhiệt độ thường, (b) xảy ra ở khoảng 500C
Lưu huỳnh xuất hiện trong cốc (b) sớm hơn, nghĩa là ở nhiệt độ cao tốc độ phản ứng lớn hơn ở nhiệt độ thấp
Nhiệt độ tăng dẫn đến:
Tốc độ chuyển động của các phân tử tăng, dẫn đến tần số va chạm giữa các phân tử chất phản ứng tăng
Tần số va chạm có hiệu quả giữa các phân tử chất phản ứng tăng nhanh
Khi tăng nhiệt độ, tốc độ phản ứng tăng
Thí nghiệm 3:
Cho hai mẫu đá vôi có khối lượng bằng nhau, trong đó một mẫu có kích thước hạt nhỏ hơn mẫu còn lại cùng tác dụng với HCl dư trong cùng điều kiện
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2↑ + H2O
Thời gian để CaCO3 phản ứng trong cốc (b) ít hơn trong cốc (a)
Chất rắn có kích thước hạt nhỏ có tổng diện tích bề mặt tiếp xúc với chất phản ứng lớn hơn so với chất rắn có kích thước hạt lớn → tốc độ phản ứng lớn hơn
Khi tăng diện tích bề mặt chất phản ứng, tốc độ phản ứng tăng
Định nghĩa: Chất xúc tác là chất làm tăng tốc độ phản ứng, nhưng còn lại sau khi phản ứng kết thúc
2H2O2 → 2H2O + O2↑
Nếu có thêm ít bột MnO2, bọt oxi sẽ thoát ra rất mạnh. Khi phản ứng kết thúc, MnO2 còn nguyên vẹn. Vậy MnO2 là chất xúc tác cho phản ứng trên
Ngoài các yếu tố trên, môi trường xảy ra phản ứng, tốc độ khuấy trộn, tác dụng của các tia bức xạ… cũng ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng.
Được vận dụng nhiều trong đời sống:
- Thực phẩm trong nồi áp suất cao nhanh chín hơn
- Than, củi có kích thước nhỏ hơn sẽ cháy nhanh hơn
- ……