Hóa h_c 1-chuong 7 - d_ng hóa.rar

HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 1 of 48
Hóa Đại Cương
Chapter 7:Động hóa học
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 2 of 48
Nội dung
7.1 Đối tượng nghiên cứu
7.2 Tốc độ phản ứng hóa học
7.3 Một số yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng
7.4 Bài tập
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 3 of 48
7.1 Đối tượng nghiên cứu của động hóa học
1.Đối tượng n/c của nhiệt động
Nhiệt động lực học hóa học cho chúng ta tiên đoán khả năng chiều hướng của các phản ứng hóa học và trạng thái cuối cùng sẽ đạt tới.
Nhiệt động học chỉ khảo sát quá trình ở trạng thái đầu và trạng thái cuối chứ không quan tâm tới các giai đoạn trung gian, không quan tâm đến phản ứng diễn ra nhanh hay chậm và diễn ra theo cơ chế nào.
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 4 of 48
Theo nhiệt động hóa học, tiêu chuẩn để xác lập chiều diễn biến của phản ứng ở nhiệt độ và áp suất không đổi là thế đẳng áp hay năng lượng tự do Gibbs ΔGTP của phản ứng
+ Nếu ΔGTP < 0 phản ứng sẽ diễn ra theo chiều thuận.
+ Nếu ΔGTP > 0 phản ứng diễn ra theo chiều nghịch trái
+ Nếu ΔGTP = 0 hệ phản ứng ở trạng thái cân bằng.
2.Đối tượng nghiên cứu của động hóa học
Khảo sát quá trình diễn ra nhanh hay chậm
Qua những giai đoạn trung gian nào
Giai đoạn nào quyết định tốc độ phản ứng
Tức là n/c về cơ chế và tốc độ của phản ứng hóa học
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 5 of 48
7.2 Tốc độ phản ứng hóa học
7.2.1.Một số khái niệm cơ bản về phản ứng hóa học
1. Hệ số tỷ lượng của phản ứng hóa học là số chỉ số nguyên tử, phân tử và ion của các chất tham gia tương tác được ghi trong phương trình phản ứng hóa học
2KClO3  3O2 + 2KCl
hệ số tỷ lượng tương ứng của KClO3; O2 và KCl là 2,3,2
2.Phản ứng đơn giản và phản ứng phức tạp
+ P/ứ đơn giản là phản ứng chỉ xãy ra 1 giai đoạn
NO + O3 = NO2+ O2
+P/ứ phức tạp là phản ứng xãy ra nhiều giai đoạn
2N2O5 = 4NO + O2 là p/ư phức tạp vì
N2O5 = N2O3 + O2
N2O5 + N2O3 = 4NO + O2
Mỗi giai đoạn gọi là một phản ứng sơ cấp
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 6 of 48
3. Ph�n t? s? v� b?c ph?n ?ng
a. Phân tử số là số phân tử tham gia vào một phản ứng sơ cấp.
Người ta phân biệt phản ứng đơn phân tử, lưỡng phân tử và tam phân tử
Đơn phân tử I2 = 2I
Lưỡng phân tử 2HI = H2 + I2
Tam phân tử 2NO + H2 = N2O + H2O
b. Baäc phaûn öùng là tổng soá muõ cuûa noàng ñoä chaát ñoù trong biểu thức tốc độ phản ứng. Nếu tổng số mũ bằng 1 thì gọi là phản ứng bậc 1…
Đối với phản ứng nhiều giai đoạn, bậc của phản ứng là bậc của giai đoạn chậm nhất, nên có khi bậc phản ứng không trùng với phân tử số
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 7 of 48
4.Phản ứng đồng thể và phản ứng dị thể
Phản ứng đồng thể: là phản ứng xãy trong cùng 1 pha (như p/ư tổng hợp NH3 từ H2 và N2)
Phản ứng dị thể là phản ứng xãy ra trong hệ dị thể.
Ví dụ Zn (r) + HCl (l) = ZnCl2 + H2(k)
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 8 of 48
7.2.2 Tốc độ phản ứng hóa học
1. Kh�i ni?m Tốc d? của phản ứng hóa học là d?i lu?ng d?c trung cho di?n biến nhanh hay chậm của một phản ứng hóa học
T?c d? c?a ph?n ?ng hĩa h?c l� bi?n thi�n n?ng d? c?a m?t trong nh?ng ch?t tham gia ph?n ?ng ho?c ch?t t?o th�nh trong m?t don v? th?i gian.
V=
=
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 9 of 48
2. Tốc độ trung bình và tức thời của phản ứng
+ Tốc độ tức thời của phản ứng
v = lim v t→0 = dC/dt
+ Tốc độ trung bình của phản ứng v = C/t
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 10 of 48
3. Phương pháp xác định tốc độ phản ứng
|Ví dụ xét phản ứng phân hủy N2O5.

2N2O5 (k)  2N2O4 (k) + O2 (k)


khi N2O5 phân hủy, N2O4 giữ lại trong dung dịch và O2 có thể thu được qua ống đong.
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 11 of 48
Ví dụ
Gas
buret
Constant temperature bath
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 12 of 48
t (s) Thể tích O2, mL
0 0
300 1.15
600 2.18
900 3.11
1200 3.95
1800 5.36
2400 6.50
3000 7.42
4200 8.75
5400 9.62
6600 10.17
7800 10.53
Kết quả thí nghiệm
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 13 of 48
V, mL O2
T, s
Tốc độ của O2
Giảm cùng thời gian
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 14 of 48
Tốc độ trung bình
Tốc độ giải phóng O2
=
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 15 of 48
7.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng
7.3.1 Ảnh hưởng của nồng độ
1. 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
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 16 of 48
Ảnh hưởng của nồng độ
Ví dụ: a A + b B …. → g G + h H ….
Tốc độ phản ứng V= k [A]m[B]n ….
Bậc tổng quát phản ứng= m + n + ….
Trong đó: V: Tốc độ phản ứng; a, b: hệ số tỷ lượng
k: hằng số tốc độ của phản ứng
m, n: bậc phản ứng của chất A và B.
Bậc phản ứng được xác định bằng thực nghiệm
Đối với chất khí nồng độ được thay thế bằng áp suất
V= - dPA/dt = kpPAPB
Đối với phản ứng dị thể, chất rắn không có mặt trong biểu thức tốc độ phản ứng
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 17 of 48
Hằng số tốc độ K
Về ý nghĩa vật lý: hằng số tốc độ K của phản ứng hóa học là tốc độ của phản ứng hóa học khi nồng độ các chất bằng đơn vị
K chỉ phụ thuộc bản chất của chất phản ứng và nhiệt độ, không phụ thuộc vào nồng độ
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 18 of 48
Quan hệ loại phản ứng và pt động học
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 19 of 48
Đơn phân tử
Lưỡng phân tử

V= k [NO2]2
V= k [N2O4]
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 20 of 48
2. Hằng số tốc độ của phản ứng bậc 1
Muốn tính hằng số tốc độ ta lấy tích phân của các biểu thức tính tốc độ
Ví dụ phản ứng bậc 1 A  SP
+ Ta có v = -d[A]/dt = k[A]  d[A]/[A] = - kdt
+Lấy tích phân từ nồng độ đầu [A] 0 ứng với t=0 đến nồng độ [A] ứng với thời gian t ta được
ln[A] – ln[A]0 = -kt  ln[A] = ln[A]0 - kt


[A]o
[A]
1
t
2,303
t
[A]0
[A]
k=
ln
Hay k =
lg
=
2,303
t
lg
[A]0
[A]0- x
x là nồng độ chất p/ứ bị giảm đi
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 21 of 48
Phản ứng bậc 1
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 22 of 48
Thời gian bán phân hủy
t½ thời gian bán phân hủy của phản ứng bậc 1 không phụ thuộc vào nồng độ, và tỷ lệ nghịch với hằng số tốc độ phản ứng
- ln 2 = -kt½
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 23 of 48
Thời gian bán phân hủy
ButOOBut(g) → 2 CH3CO(g) + C2H4(g)
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 24 of 48
3. Hằng số tốc độ của phản ứng bậc 2
a) Trường hợp 2A  sp
v = -d[A]/dt= k2[A]2  k2dt = - d[A]/ [A]2
Lấy tích phân xác định với [A]=[A]0 khi t = 0 và gọi x là độ giảm nồng độ [A]0 sau thời gian t : [A]= [A]0-x ta có



1
[A]
= k2t
1
[A]0

k2 t =
[A]0-[A]
[A]0 [A]
k2 =
1
t
x
[A]0([A]0-x)
Thời gian nửa phản ứng t1/2=
1
k2[A]0
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 25 of 48
b) Trường hợp A + B→ Sản phẩm
+ Trường hợp 1: Nồng độ ban đầu [A]o = [B]o
V= k[A][B]= k2 [A]2

Ta có

+ Trường hợp 2 : Nồng độ ban đầu [A]o # [B]o
tại thời gian t thì [A]= [A]o-x, [B]= [B]o- x


1
k2=
t
x
[A]0([A]0- x)
k2t=
1
[A]0-[B]0
ln
[B]0([A]0 –x)
[A]0([A]0-x)
Do đó
k2=
2,303
t(]A]0-[B]0)
lg
[B]0([A]0 –x)
[A]0([B]0-x)
. Thay giá trị [A] và [B] theo nồng độ đầu và x , sau đó lấy tích phân
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 26 of 48
4. Đối với các phản ứng trong hệ dị thể
Phản ứng hóa học có thể xảy ra giữa các chất ở các pha khác nhau như :
C(r) + O2(k) = CO2(k)
Zn(r) + 2HCl(l) = ZnCl2(l) + H2(k)

Tốc d? của các phản ứng dị thể ngoài những yếu tố ảnh hưởng kể trên còn có các yếu tố khác như: diện tích tiếp xúc bề mặt, môi trường phản ứng, sự khuếch tán của sản phẩm và các chất tham gia phản ứng.
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 27 of 48
Ảnh hưởng của bề mặt lên tốc độ phản ứng
Dây trong O2
Bột trong O2
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 28 of 48
7.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ
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
Trong đó:
γ là hệ số nhiệt độ
V1 là tốc độ phản ứng ở nhiệt độ t1
V2 là tốc độ phản ứng ở nhiệt độ t2
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 29 of 48
Ảnh hưởng của nhiệt độ
Theo Arrhenius, sự phụ thuộc của hằng số tốc độ phản ứng vào nhiệt độ:
Trong đó:
A: Hằng số đặc trưng cho phản ứng
E*: Năng lượng hoạt hoá của phản ứng (cal.mol-1)
R: Hằng số khí lý tưởng (cal.mol-1.K-1)
T: Nhiệt độ của phản ứng (K)
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 30 of 48
Sự phụ thuộc tốc độ phản ứng vào nhiệt độ
Nhận xét:
Ở nhiệt độ xác định , nếu E* nhỏ càng thì tốc độ phản ứng càng lớn
Khi tăng nhiệt độ, tốc độ phản ứng tăng
Mối liên hệ giữa năng lượng hoạt hóa với tốc độ phản ứng cho thấy chỉ có những va chạm xảy ra giữa tiểu phân có năng lượng dư (hoạt hóa) mới có hiệu quả
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 31 of 48
Nếu chuyển sang logarit thập phân



lg
k2
k1
=
E*
2,303R
[
1
T1
1
T2
]
Năng lượng hoạt hóa E*
E*= 2,303R ] lg

T1.T2
T2- T1
k2
k1
. Năng lượng hoạt hoá
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 32 of 48
Cho thấy sự biến đổi
Năng lượng trong giai
Đoạn phản ứng
Giản đồ năng lượng của phản ứng
H
Năng lượng
Hoạt hóa
Thế năng
Tiến trình phản ứng
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 33 of 48
Chất xúc tác: chất tham gia vào một giai đoạn của phản ứng và làm tăng tốc độ của phản ứng, sau đó được phục hồi và tách ra khỏi sản phẩm của phản ứng mà không bị biến đổi cả về tính chất hoá học cũng như về lượng.
Phân loại chất xúc tác:
Xúc tác đồng thể: có cùng pha với chất tham gia phản ứng (dung dịch axit, bazơ, muối của kim loại chuyển tiếp…)
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
Xúc tác enzym
7.3.3 Ảnh hưởng của chất xúc tác
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 34 of 48
Ảnh hưởng của chất xúc tác
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 35 of 48
Ảnh hưởng của chất xúc tác
NL hoạt hoá khi pư không có XT
NL hoạt hoá khi pư có XT
NL giải phóng của pư thuận
Quá trình pư
Thế năng
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 36 of 48
Xúc tác enzyme
Xúc tác enzyme
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 37 of 48
Cơ chế phản ứng và trạng thái chuyển tiếp