SKKN Hóa học - Bồi dưỡng học sinh giỏi môn Hóa học chuyên về động hóa học

8/10/2019 SKKN Hóa học - Bồi dưỡng học sinh giỏi môn Hóa học chuyên về động hóa học

http://slidepdf.com/reader/full/skkn-hoa-hoc-boi-duong-hoc-sinh-gioi-mon-hoa-hoc-chuyen 1/35

CHUYÊN ĐỀ ĐỘNG HÓA HỌC

NGUY ỄN HUỆ - 1 - THPT CHUYÊN HƯNGYÊN

Bồi dưỡng học sinh giỏi môn Hóa học

MỞ ĐẦU

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON





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 điềukiện giới hạn về thời gian nên những kiến thức tr ên chỉ được đề cập đến một cách sơ lược. Quathực tiễn giảng dạy đội tuyển học sinh giỏi Quốc gia nhiều năm tôi đă nghiên cứu, lựachọnvà

hệ thống những kiến thức lí thuyết cơ bản, trọng tâm; sưutầm những bài tập điển hình để soạnra một chuyên đề giảng dạy về động hóa học giúp cho học sinh có một tài liệu khá đầy đủ vềđộng học phản ứng, hiểu sâu và vận dụng được tốt những kiến thức tr ên vào việc giải các bàitập, đáp ứng ngày càng cao chất lượng giảng dạy và học tập cho đội tuyển học sinh giỏi mônHóa 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 tr ình hóa học theo

thời gian. Đối tượng của động học hóa học là nghiên cứu về tốc độ của phản ứng hóa học, vềnhững yếu tố có ảnh hưởng đến tốc độ (nồng độ, nhiệt độ, chất xúc tác…) và cả về cơ chế phảnứng, từ đó ta có khả năng điều khiển các quá tr ình hóa học xảy ra với vận tốc mong muốn và hạnchế các quá tr ình 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 giớihạn 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 phảnứng, cơ chế phản ứng và bậc phản ứng, các phương tr ình 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 đồngthời 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).







5. NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI

Nhiệm vụ của động hoá học là nghiên cứu các giai đoạn trung gian (tìm cơ chế của phảnứng) để chuyển các chất ban đầu thành các sản phẩm cuối, vận tốc của các giai đoạn, tìm phương tr ình tốc độ của phản ứng và nghiên cứu các điều kiện ảnh hưởng đến nó.. Chính vì vậyđể 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 cóvai trò quan tr ọng đối với học sinh và là nội dung quan trọng trong các k ì thi chọn học sinh giỏicác cấp.

6. ĐIỀU KIỆN ĐỂ ÁP DỤNG ĐỀ TÀI:

- Giảng dạy cho học sinh các lớp chuyên Hóa vàđối tượng học sinh thi chọn học sinh giỏiquốc gia môn hóa học.

7. THỜI GIAN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI:

Đề tài được thực nghiệm trong 3 năm.







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 sảnphẩm trong một đơn vị thờ i gian chia cho hệ số tỉ lượng của chất nghiên cứu trong phươngtrình phản ứng đã cân bằng.

N ồng độ của các chất thường được biểu thị băng mol/lit và đơn vị của vận tốc phản ứàmol.l -1.thời gian-1 1. TỐC ĐỘ TRUNG BÌNH

Cv =t

(1)

Ở đây:v là t ốc độ trung bình của phản ứng, ∆C l à bi ến thiên n ồng độ trong khoảng thờigian ∆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 thờ igian, giới hạn này lấy với dấu thích hợp, gọi là tốc độ tức thờ i hay tốc độ thực v của phản ứng ởthời 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 tr ình phản ứng. Tốc độ tức thờ i của phản ứng được xác định theo biểu thức :

A B C DdC dC dC dCv =- - = =a.dt b.dt cdt d.dt

(2)

T ốc độ của một phản ứng đặc trưng cho khả năng xảy ra nhanh hoặc chậm của một ứng ở một điều kiện nhất định.II. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG 1.ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ

Biểuthức liên hệ tốc độ của một phản ứng hoá học với nồng độ của các chất tham gia pứng 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 hó

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

phản ứng không bằng tổng các hệ số phân tử trong phương tr ình phản ứng. Bậc phản ứng chỉ cóthể được xác định dựa vào thực nghiệm, nó có thể là một số nguyên, một phân số hay có khikhông xác định được.

Do đó tốc độ phản ứng tổng quát của phản ứng tr ên có thể viết như sau :n1 n2A Bv =k.C .C

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.







Với các phản ứng đơn giản tức là các phản ứng chỉ diễn ra theo một giai đoạn (cũng thườnggọi là phản ứng sơ cấp), a và b trùng với hệ số tỉ lượng của chất phản ứng trong phươngtrình 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 thểtrùng hoặc không tr ùng với hệ số tỉ lượng. Vì thế, đối với các phản ứng phức tạp, không thể dựavào các hệ số tỉ lượng để đưa ra biểu thứccủa 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. Chẳnghạn như phản ứng khử NO bằng hydro:

2NO + 2H2 N2 + 2H2O (5)Có biểu thức của định luật tốc độ thực nghiệm là v = k.[NO]2[H2]. Như thế, bậc phản ứng

riêng phần của H2 chỉ là 1, trong khi hệ số tỉ lượng của nó trong phương tr ình phản ứnglà 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)Cóđịnh luật tốc độ diễn tả bằng biểu thức: v = k[CHCl3][Cl2]1/2.Từ biểu thức định luật tác dụng khối lượng, ta dễ dàng tìm rađược 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

nguyên là mol.L -1 ta có thứ nguyên của k:1 1

1mol.lit .s ]

mol.lit

= s-1.

Nếu phản ứng là bậc 2, thứ nguyên của k là:

1 1

1 2

mol.lit .s ](mol.lit )

= mol-1

.L.s-1

.

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

chạm giữa các tiểu phân (nguyên tử, phân tử, ion) và tốc độ phản ứng tỉ lệ với số va chạm trongmột đơn vị thờ i gian. Tuy nhiên, không phải tất cả các va chạm đều dẫn tới phản ứng hoá họChỉ các va chạm có năng lượng dư cần thiết, so với năng lượng trung bình mới phá vì được cácliên k ết trong các phân tử chất đầu dẫn đến hình thành các phân tử mới. Những va chạm như thếgọi 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 lượ ng mà các phân tử chất phản ứng phảiđạt được khi va chạm để phản ứng có thể xảy ra (hình 1). Hiệu giữa năng lượng mà các phân tửđạt được khi xảy ra các va chạm có hiệu quả với năng lượng trung bình của các phân tử ở trangthái đầu chính là chiều cao của hàng rào năng lượng gọi là năng lượng hoạt động hoá của phảứng thuận. Phản ứng nghịch xẩy ra khi có các va chạm hiệu quả giữa các phân tử sản phẩìnăng 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 cũngkhác nhau.







Từ hình 1 có thể thấy rằng hiệu giữa năng lượng hoạt động hoá của phản ứng nghịch và phảnứng 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 nănglượng này bằng biến thiên thế đẳng áp chuẩnG0 của phản ứng. Tuy nhiên, năng lượng dư màcác phân tử đạt được trong các va chạm hoạt động được chuyển hoá từ năng lượng của chđộng 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 phảnứng thuận (Eat), năng lượng hoạt động hoá phản ứng nghịch (Ea

n) và biến thiên entanpi của phảnứng ( Hr ):

Eat – Ea

n = Hr (8)

Hình 1. Năng lượng hoạt động hoá của các phản ứng thuận và ngh ịch ( Reactants = Các chất phản ứng, Products = Các sản phẩm, Reaction Coordinate = to ạ độ phản ứng).

Khi tăng nhiệt độ, động năng trung bình của các phân tử tăng lên, số va chạm có hiệu quả sẽtăng lên, tức là tốc độ phản ứng tăng lên. Những nghiên cứu thực nghiệm rộng r ãi cho thấyr ằng đối với đa số các phản ứnghóa học, khi tăng nhiệt độ thêm 100C thì tốc độ phản ứng tănglên 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 60k 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 nồngđộ các chất tham gia phản ứng. Do đó, sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nhiệt độ thực chấtlà sự phụ thuộc của hằng số tốc độ vào nhiệt độ.

Gọi k T là hằng số tốc độ của phản ứng đó cho ở nhiệt độ T và k T+10 là hằng số tốc độ của phản ứng ở nhiệt độ T+10, theo quy tắc tr ên ta có :

T+10

T

k = =2 4k

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 đượckhi 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 :

T T2 12 10

1

T

T

k =

k

Để biểu diễn tốt hơn sự phụ thuộc của hằng số tốc độ k vào nhiệt độ các nhà khoa học đónghiên cứuvà tìm ra một số phương tr ình sau :

Phương tr ình Van Hốp :

Hr







2dlnk b=a+dt T

Trong đó, a và b là những hằng số, T là nhiệt độ tuyệt đối. Tuy nhiên Van Hốp không nêuđược ý nghĩa vật lí của sự phụ thuộc đó và không đề ra được khái niệm hoạt hóa như ArẢnh hưởng của nhiệt độ (T) và năng lượng hoạt động hoá (Ea) lên hằng số tốc độ phản ứng (k)được diễn tả bởi phương tr ình kinh nghiệm Ahrenius:

- Dạng vi phân :a

2 2Edlnk B

= =dt T RT

- Dạng tích phân : a aE Elnk =- +C =- +lnART RT

a

a

-E /RTa

-E /

Ek kln eA RT A

k = A.e RT

(9)

lnk = lnA – Ea/RTTrong 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 Aren

đặc trưng cho hằng số tốc độ k của phản ứng và tính ra J/mol hoặc kJ/mol ; C = lnA > 0 là hằngsố 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, Acũng thường gọi là thừa số tần suất.

Từ phương tr ình Ahrenius rút ra:lnk = lnA – Ea/RT (10)

Dựa vào phương tr ình (2) có thể xây dựng đường thẳng thực nghiệmlnk = f(1/T) và thuđược hệ số góc là giá tr ị –Ea/R.

Từ (10) cũng rút ra một biểu thức cho phép xác định năng lượng hoạt động hoá khi biết hsố tốc độ ở hai nhiệt độ khác nhau:

2

1

T a

T 1 2

k E 1 1ln = -k R T T

(11)

Hoặc : 2

1

T a

T 1 2

k E 1 1lg = -k 2,303.R T T

(12)

Từ phương tr ình (9) rút ra r ằng ở cùng nhiệt độ, k càng nhỏ khi năng lượng hoạt động hoácàng lớn. Từ (10) cũng dễ thấy rằng Ea càng lớn thì độ dốc của đường thẳng lnk = f(1/T) cànglớn, 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 sốthực nghiệm >0, Ea gọi là năng lượng hoạt hóa thực nghiệm hoặc năng lượng hoạt hóa Arenđặc trưng cho hằng số tốc độ k của phản ứng và tính ra J/mol hoặc kJ/mol ; C = lnA > 0 là hằngsố tích phân cũng được xác định bằng thực nghiệm.3.ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC LÊN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG







1) (b) Hình 2. Ảnh hưởng của chất xúc tác đối với năng lượng hoạt động hoá và bi ến thiên entanpi c ủa

phản ứng. Xúc tác là các chất không mất đi trong phản ứng hoá học nhưng làm thay đổi tốc độ c

phản ứng. Tác dụng làm giảm năng lượng hoạt động hoá của xúc tác có thể giải thích bằng các cơ

sau:- Chất xúc tác tương tác với các phân tử phản ứng, làm yếu các liên k ết 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 hoạtđộng hoá giảm đi (hình 2ª).

- Chất xúc tác dẫn dắt phản ứng đi theo nhiều giai đoạn trung gian có năng lượng hoạt đhoá thấp hơn (hình 2b).

Cần chú ý rằng chất xúc tác làm giảm đồng thời với mức độ giống nhau năng lượng hoạđộng hoá của cả phản ứng thuận và phản ứng nghịch. Như vậy xúc tác không làm thay đổiHr ,

G0r và, vì thế, không ảnh hưởng đến hằng số cân bằng của phản ứng.

III. PHƯƠNG TR ÌNH ĐỘNG HỌC, THỜI GIAN PHẢN ỨNG BÁN PHẦN VÀ XÁCĐỊNH BẬC PHẢN ỨNG

1. PHƯƠNG TR ÌNHĐỘNG HỌC VÀ THỜI GIANPHẢN ỨNG BÁN PHẦN a. Phản ứng bậc 0

Giả sử có phản ứng: A sản phẩm. (Là ph ản ứng bậc 0 đối với A).Áp dụng định luật tác dụng khối lượng cho phản ứng bậc không và định nghĩa của tố

phản ứng ta có:

v = [ ]d Adt

= k. [A]0 = k

Rút ra: d[A] = kdt (13)(13) được gọi là phương tr ìnhđộng 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 trìnhđộng học tích phân của phản ứng bậc 0. Từ (15) rút ra r ằng trong phản ứng bậc 0, nồng độ chất phản ứng giảm tuyến tính với thờ i

gian.Thờ i gian cần thiết để nồng độ chất phản ứng còn lại một nửa so với ban đầu gọi là thờ i gian

phản ứng bán phần và kí hiệu là t1/2.







Từ (15) rút ra thời gian phản ứng bán phần của phản ứng bậc 0: t1/2 = 0[ ]2 A

k .

Thờ i gian phản ứng bán phần của phản ứng bậc 0 tỉ lệ thuận với nồng độ đầu của chấ phản ứng. b. Phản ứng bậc 1.

Khi phản ứng là bậc 1 đốivới A, áp dụng định luật tác dụng khối lượng cho phản ứng bậ

không và định nghĩa của tốc độ phản ứng ta thu được phương tr ình động học dạng vi phân của phản ứng bậc 1:

v = [ ]d Adt

= k[A] (16)

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 dạ hàm mũ.

Lấylogarit 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:

t1/2 =ln 2

k (19)

Thờ i gian phản ứng bán phần của phản ứng bậc 1 không phụ thuộc v ào 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 r ã phóng xạ (thườ ng kí hiệu là). Giá tr ị thờ i gian phản ứng bán phần t1/2 thườ ng gọi là chu kì bán rã. Đó là thời gian để 50%

số hạt nhân ban đầu bị phân r ã để tạo ra hạt nhân khác.

c. Phản ứng bậc 2. Trong trườ ng hợp tốc độ phản ứng chỉ phụ thuộc vào nồng độ chất A, phương tr ìnhđộng học

vi phân của phản ứng bậc 2 có dạng:

v = [ ]d Adt

= k[A]2 (20)

Sự tích phân phương tr ình (20) cho phương tr ình động học tích phân của phản ứng bậc 2:

0

1 1

[ ] [ ]kt

A A (21)

(21) cho thấy rằng trong phản ứng bậc 2 sự phụ thuộc (1/[A]) = f(t) l à tuyến tính.Từ (21) đễ dàng rút ra:

t1/2 =0

1.[A]k

(22)

Thờ i gian phản ứng bán phần của phản ứng bậc 2 tỉ lệ nghịch với nồng độ đầu của chấ phản ứng. d. Phản ứng bậc 3

Phản ứng bậc 3 có thể có 3 dạng:







A + B + C→ sản phẩm A + 2B → sản phẩm 3A → sản phẩm

Trong trườ ng 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 thànhở thời điểm t, ta có: 3A → X + Y

Ở t=0 a 0 0t a-3x x y=x

Phương tr ình động học vi phân :3

3

-d[A] dxv= = =k.(a-3x)3dt dtdx =kdt

(a-3x) (23)

Lấy tích phân phương tr ình này tađược :

2 21 16kt= -

(a-3x) a (24)

2. XÁC ĐỊNH BẬC PHẢN ỨNG RIÊNG PHẦN DỰA VÀO THỰC NGHIỆM Để viết được tườ ng minh biểu thức của định luật tác dụng khối lượng về tốc độ của m

phản ứng, cần xác định bậc riêng phần củatừng 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 sovới A, thì sự giảm nồng độ B trong quá tr ình phản ứng là không đáng kể và có thể coi [B] = [B]0 = hằng số, khiấy 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 thểdựa vào thực nghiệm đo tốc độ phản ứng ở các điều kiện khác nhau để xác định bậc phảnriêng 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 tr ên sẽ được tóm tắt lại dưới đây:

a. Phương pháp thờ i gian phản ứng bán phần. Dựa vào sự phụ thuộc thờ i gian phản ứng bán phần vào nồng độ đầu có thể xác định được

bậc phản ứng đối với A:

Thờ i gian phản ứng bán phần của A tỉ lệ thuận với nồng độ đầu của nó thì bậc phản ứngriêng phần của A là 0.

Thờ i 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.

Thờ i gian phản ứng bán phần tỉ lệ nghịch với nồng đầu của chất phản ứng thì bậc phản ứngriêng phần của A là 2.







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 cácchất phản ứng, tức tốc độ phản ứng là một hằng số không phụ thuộc vào thời gian.

Phương tr ình động học vi phân của phản ứng :

-d[A]v = =kdt d[A] =-k.dt

Lấy tích phân phương tr ình từ thời điểm t1 =0 tương ứng với nồng độ ban đầu [A]0 đến thờ iđiểm t ta có :

[A] – [A]0 = -kthay [A] = [A]0 –kt

Từ biểu thức ta thấy nồng độ của chất phản ứng giảm một cách tỉ lệ thuận với thời gthị [A] = f(t) là một đườ ng thẳng với hệ số góc âmtg k .

Dựa v ào các kết quả thực nghiệm, ngườ i ta xây d ựng đồ thị biểu diễn tương quan hàm số [A] = f(t), nếu thu được đườ ng thẳng c ó hệ số g óc âm thì phản ứng l à bậc 0 đối với A.

Phản ứng là bậc 1 đối vớichất APhương tr ình phản ứng bậc 1 có dạng :

A → Sản phẩm Phương tr ình động học vi phân của phản ứng:

v = -d[A]/dt = k[A]Hay : -d[A]/[A] = kdt

Lấy tích phân phương tr ình này tađược :

0

[A]ln =kt[A]

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 the o thời gian.

Vì nồng độ tỉ lệ với áp suất (nếu chất phản ứng ở thể khí) cũng như tỉ lệ với số nguyên tửhay phân tử nên phương tr ình động học tích phân của phản ứng bậc 1 có thể biểu diễn dưới cdạng:

lnP0/P = ktlnN0/N = kt

Phản ứng bậc 1 thườ ng là phản ứng phân hủy của các chất. Ví dụ: C2H6 → C2H4 + H2

N2O5 → N2O4 + 1/2O2







Thời gian nửa phản ứng t1/2 là thời gian mà một nửa lượng ban đầu của chất phản ứng đó btiêu thụ.

1/2ln2 0,693t = =k k

Dựa v ào các kết quả thực nghiệm, ngườ i ta xây d ựng đồ thị biểu diễn tương quan hàm sốln[A] = f(t), nếu thu được đườ ng thẳng c ó hệ số g óc âm thì phản ứng l à bậc 1 đối với A.

Phản ứng là bậc 2 đối với chất ADạng 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: 2-d[A]=k[A]

dt-d[A]=kdt[A]

lấy tích phân phương tr ình này sẽ được:

0

1 1 kt[A] [A]

Đồ thị biểu diễn 1/[A] = f(t) là một đườ ng thẳng vớitg k . Khi t = t1/2

1/2

0 0

1 1 1kt = - =[A] [A] [A]2

- Khi nồng độ ban đầu của A, B khác nhau. Đặt [A]0 = a, [B]0 = b, lượng A, B đó thamgia phản ứng cho đến thời điểm t là x. Phương tr ìnhđộng học vi phân có dạng:

dx =k(a-x).(b-x)dt

dx =kdt(a-x).(b-x)

Lấy tích phân phương tr ình này tađược:

1 a.(b-x)kt= lnb-a b.(a-x)

Ví d ụ: Người ta nghi ên cứu phản ứng x à phòng hóa etyl fomat bằng NaOH ở 250C: HCOOC 2 H 5 + NaOH→ HCOONa + C 2 H 5OH

N ồng độ ban đầu của NaOH v à của este đều bằng 0,01M. Lượng etanol được tạo th ành theo thời gian được biểu diễn trong bảng sau:

Thời gian (s) 0 180 240 300 360 [C 2 H 5OH] (M) 0 2,6.10-3 3,17.10-3 3,66.10-3 4,11.10-3







a. Chứng minh rằng bậc tổng cộng của phản ứng bằ ng 2. T ừ đó suy ra bậc phản ứng ri êngđối với mỗi chất phản ứng. b. Tính hằng số tốc độ phản ứng ở 250C.

Bài giải: a. Gọi nồng độ ban đầu của NaOH và este là a :

[NaOH] = [este] = a (M)

Gọi nồng độ etanol được tạo thànhở thời điểm t là x, theo bài ra ta có :

HCOOC2H5 + NaOH→ HCOONa + C2H5OHỞ t=0 a a 0 0

t a-x a-x x x

Phương tr ình tốc độ phản ứng :

p q p+q nd[NaOH]v=- =k[este] .[NaOH] =k.(a-x) =k(a-x)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 tr ình động học tích phân sẽ là :

1 1 - =kta-x a

Từ các dữ kiện của bài toán ta có bảng sau :t(s) 0 180 240 300 360x 0 2,6.10-3 3,17.10-3 3,66.10-3 4,11.10-3

a-x 0,01 7,4.10-3 6,83.10-3 6,34.10-3 5,89.10-31/a-x 100 1,35.102 1,46.102 1,58.102 1,70.102

k(mol-1

.l.s-1

) 0,194 0,192 0,193 0,194Vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của 1/(a-x) vào t thu được một đườ ng thẳng. Như vậy, phảnứng 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, 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 thiếtđơn 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 đườ ng thẳng. Đó là hằng số tốc độcủa phản ứng.

k = 0,194 mol-1.l.s-1

Hoặc lấy trung bình các giá tr ị của hằng số k ở bảng trên ta được giá trị hằng số tốc độ c phản ứng.

Dựa v ào các kết quả thực nghiệm, ngườ i ta xây d ựng đồ thị biểu diễn tương quan hàm số1/[A] = f(t), nếu thu được một đườ ng thẳng c ó hệ số g óc dương thì phản ứng l à 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 bậ phản ứng. Để xác định bậc riêng phần của một chất phản ứng nào đó người ta xác định biến







thiên tốc độ phản ứng khi thay đổi nồng độ đầu của chất đó cho, đồng thờ i cố định nồng độ đầucủa 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 = 2x.v.

Nếu tốc độ phản ứng tăng lên 2 lần, tức là v’ = 2v ta có: 2x = 2 x = 1.

Nếu tốc độ phản ứng tăng lên 4 lần, tức là v’ = 4v ta có: 2x

= 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.







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. H ệ số nhiệt của phản ứng bằng 3,5. Ở 150C hằng số tốc độ của phản ứng n ày bằng0,2 giây-1 . Tìm hằng số tốc độ của phản ứng ở 400C.

Bài giải :

Áp dụng công thức : 25/10 2,515 2515

(3,5)k k

k 40 = k 15.(3,5)2,5 = 4,6 giây-1

Bài 2. Phản ứng trong pha khí giữa NH 3 và NO 2 ở giai đoạn đầu l à phản ứng bậc 2.Tínhnăng lượng hoạt hóa v à tr ị số A của phương tr ình Areniut, biết rằng ở hai nhiệt độ 600K v à716K hằng số tốc độ có giá trị tương ứng bằng 0,385 v à 16 (mol -1 .l.s-1 )

Bài giải :

Áp dụng công thức : 2

1

T

T 1 2

k E 1 1lg = . -k 2,303.R T T

Ta có : 16 E 1 1lg = . -0,385 2,303.8,314 600 716

E = 114,8 kJ/mol

Thừa số A được xác định bằng phương tr ình :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 h ành ở 27 0C, 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. H ằng số tốc độ ở 27 0C b. Thời gian để nồng độ đầu giảm tới¼ở 37 0C.c. Năng lượng hoạt hóa.

Bài giải :

a. Ta có : 1/20,693t =

k

0-4 -1

27 C0,693k = =1,39.10 s

5000

b. 04 -1

37 C0,693k = =6,93.10 s1000

Thêi gian cần thiết để nồng độ đầu giảm tới 1/4 giá trị đầu ở 370C là :

1/4 -41 at = ln =2000 (s)

6,93.10 a/4

c. Năng lượng hoạt hóa E được tính theo biểu thức :

2

1

T

T 1 2

k E 1 1lg = . -k 2,303.R T T







-4

-46,93.10 E 1 1lg = . -1,39.10 2,303.8,314 300 310

E = 124 kJ/mol

Bài 4. Cho phản ứng : CCl 3COOH → CHCl 3 + CO 2 Ở 440C: k1 = 2,19.10-7 s-1 .Ở 1000C: k 2 = 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 :

a. Áp dụng công thức:2 1

2

1

T T T 10

T

k =

k

100-44-310

71,32.10 = =4,732,19.10

b.3

aa7

E1,32.10 1 1ln = - E =153 kJ/mol2,19.10 8,314 317 373

Bài 5. CH 3 – CH 3 → CH 2=CH 2 + H 2

Ở 507 0C: k1 = 2,3.10-4 s-1 .Ở 527 0C tốc độ phản ứng tăng l ên gấp đôi. a. Viết phương tr ình động học của phản ứng. b. Thiết lập phương tr ình Areniut cho phản ứng. c. Tính thờ i gian nửa phản ứng ở 527 0C.

Bài giải :a. Từ đơn vị của hằng số tốc độ, ta suy ra phản ứng là bậc 1

v = k.[CH3-CH3]

b.2 2 a

1 1

a

k v E 1 1ln =ln = ln2 = -k v 8,314 780 800 E = 180 kJ/mol

a1

13

-4

3

-Eln k = + lnAR T

180.10ln2,3.10 = - + lnA lnA = 19,38,314.780

21,6.10lnk = - + 19,3 T

c. 0 0

3-4 -1

527 527-21,6.10lnk = +19,3 k =4,53.10 s

800C C

1/2 -4ln2t = =1507 (s)

4,53.10

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 v à H 2 ở nhiệt độ 7000C như sau :







2NO(k) + 2H 2(k) → 2H 2O(k) + N 2(k) Thí nghiệm [H 2 ], M [NO], M T ốc độ ban đầu, M.s-1 1 0,010 0,025 v1=2,4.10-6 2 0,0050 0,025 v 2=1,2.10-6 3 0,010 0,0125 v 3=0,60.10-6

a. Xác định phương tr ình động học v à 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 địnhnồng độ của một chất và thay đổi nồng độ của chất còn lại. Gọi m, n lần lượt là bậc phản ứngriêng phần của H2 và NO. Ta có: v = k.[H2]m.[NO]n

m n m n -61 2

m n m n -62 2

v k.[H ] .[NO] k.(0,01) .(0,025) 2,4.10 = = = =2v k.[H ] .[NO] k.(0,005) .(0,025) 1,2.10

m = 1 m n -6

1m n -6

2

v k.(0,01) .(0,025) 2,4.10 = = =4

v k.(0,01) .(0,0125) 0,6.10

n =2 Phương tr ìnhđộng học của phản ứng: v = k.[H2].[NO]2 Bậc phản ứng 1+2 = 3

b. Tính hằng số tốc độ phản ứng: -6

-2 2 -11 2

2,4.10k =0,38 mol .l .s0,010.(0,025)

Tương tự: k 2 = k 3 = 0,38 mol-2.l2.s-1

Bài 2. Chứng minh phương tr ình động học của phản ứng v = k.[H 2 ].[NO] 2 2NO(k) + 2H 2(k) → 2H 2O(k) + N 2(k)

phù hợp với cơ chế sau: 2NO N 2O 2 (a): xảy ra nhanh N 2O 2 + H 2 → N 2 + H 2O 2 (b): xảy ra chậm H 2O 2 + H 2 → 2H 2O (c): xảy ra nhanh

Bài giải :Với một phản ứng nhiều giai đoạn thì giaiđoạn chậm quyết định tốc độ của phản ứng. Theo

cơ chế tr ên ta có, tốc độ phản ứng được quyết định bởi giai đoạn (b): v = k ’.[N2O2].[H2] (1)

Theo (a): 22 2C 2 2 C2

[N O ]K = [N O ] =K .[NO]

[NO]

(2)

Thay (2) vào (1) ta được: v = k ’.K C.[NO]2.[H2] với k ’.K C = k = constv = k.[NO]2.[H2]

Bài 3. Cho phản ứng: (CH 3 ) 2O → C H 4 + CO + H 2

Phản ứng l à bậc 1. Lúc đầu chỉ có (CH 3 ) 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 v à thờ i gian nửa phản ứng.

Bài giải :







(CH3)2O → CH4 + CO + H2 Áp suất lúc đầu: P0 0 0 0Áp suất sau 10s: P0-x x x x

P = P0 + 2x 0 00

P - P 3P P x= P - x =2 2

-3 -10 0

0

1/2 -3

[A] 2Pln =kt ln =kt k =1,36.10 s[A] 3P P

ln2t = =510 (s)1,36.10

Bài 4. Cho phản ứng: C 2 H 5 I + NaOH → C 2 H 5OH + NaI N ồng độ ban đầu của hai chất phản ứng bằng nhau. Để một nửa lượng ban đầu cá

chất phản ứng chuyển th ành sản phẩm ở 320C cần 906 phút. a. Tính thời gian để một nửa lượng ban đầu các chất phản ứng chuyển th ành sản phẩm ở 600C, biết hệ số nhiệt độ của phản ứng l à 2,83.b. Tính năng lượng hoạt hóa của phản ứng.

c. Tính hằng số tốc độ k ở hai nhiệt độ tr ên, biết rằng phản ứng l à bậc 2 (bậc 1 đối với mỗi chất) v à nồng độ ban đầu của mỗi chất đều bằng 0,050 M.

Bài giải :

a. Áp dụng công thức:2 1

2

1

T T T 10

T

k =

k

Mặt khác: 2

1

T 1

1/2 T 2

k tln2k = =t k t

2 1 260 32

10

1 t =t . t =49 phut

(2,83)

b. Tính năng lượng hoạt hóa của phản ứng: 2 2 1

1 1 2

aa

k t 906 = = =k t 49

E906 1 1 ln = . - E =88 kJ/mol49 8,314 305 333

v

v

c. Tính hằng số tốc độ phản ứng: -2 -1 -1

1/2 10

1 1t = k = =2,2.10 mol .l.phk.[A] 906.0,050

(ở 320C)

-1 -1 -12 1k = = 4,1.10 mol .l.ph49.0,050

Bài 5. Nghiên cứu động học của phản ứng:

C 2 H 5 Br + OH - → C 2 H 5OH + Br-

N ồng độ ban đầu của C 2 H 5 Br là 3,0.10-2 mol/l, của KOH l à 7,0.10-2 mol/l.Ở thời điểm t, l ấy ra 10,0 cm 3 dung d ịch và định lượng KOH chưa phản ứng. Thể tích dung dịch HCl cần cho việc trung h òa hoàn toàn KOH theo thờ i gian là x cm 3 như sau:

t (h) 0,50 1,00 2,00 4,00







x (cm 3 ) 12,84 11,98 10,78 9,48 Xác định bậc v à 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 tr ình động học bậc hai :1 a.(b-y)kt = ln

b-a b.(a-y). Phương tr ình có dạng :

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 4,00x (cm3) 12,84 11,98 10,78 9,48y.102 (M) 0,58 1,01 1,61 2,26(a-y).102 (M) 2,42 1,99 1,39 0,74(b-y).102 (M) 6,42 5,99 5,39 4,74ln[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 cácgiá tr ị hằng số tốc độ ở các thời điểm không khác nhau nhiều. Vậy giả th 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 đườ ng thẳng.

III. MỘT SỐ BÀI TOÁN VẬN DUNG NÂNG CAO Bài 1. Cho phản ứn g: CO 2(k) + H 2O(l) H 2CO 3 .

1) H ằng số tốc độ của phản ứng thuận l à k t = a(s-1 ). N ếu có n mol khí CO 2 trên mặt nước thì sau 23 giây có một nửa số mol khí CO 2 đó hoà tan. Tính a.

2) H ằng số tốc độ của phản ứng nghịch l à k n = 20(s-1 ). Tính hằng số cân bằng K của p hảnứng v à viết biểu thức của hằng số cân bằng n ày.

(OLYMPIC Hóa H ọc các trường đại học toàn qu ốc năm 2005 – B ẢNG B).

Bài giải :







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

332

2

10.5,1

..

2

32

n

t

CO

nnCOt t

k

k

P

CO H K

CO H k vPk v

Bài 2. T ại 25 oC phản ứng 2 N 2O 5 (k) 4 NO 2 (k) + O 2 (k) có hằng só tốc độ k =1,8.10-5 . s-1 ; biểu thức tính tốc độ phản ứng v = k.C(N 2O 5 ). Phản ứng tr ên xảy ra trong bình kín thể tích 20,0 lit không đổi. Ban đầu lượng N 2O 5 cho vừa đầy bình. ở thời điểm khảo sát, áp suất ri êng của N 2O 5 là 0,070 atm . Giả thiết các khí đều l à khí lý tưởng.1. Tính tốc độ: a) ti êu thụ N 2O 5 ; b) hình thành NO 2 ; O 2 . 2. Tính số phân tử N 2O 5 đó bị phân tích sau 30 giây. 3. N ếu phản ứng trên có phương tr ình N 2O 5 (k) 2 NO 2 (k) + ½ O 2 (k) thì tr ị số tốcđộ 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): V pu = 1,80. 10-5 x 2,8646. 10-3V pu = 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 V pư (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 t ốc độ này đều có dấu + để chỉ “hình th ành hay được tạo ra” (ngược với “tiêuthụ”). Việc tính tốc độ tiêu thụ N 2O5 hay hình thành NO 2 , O 2 theo t ốc độ pư, Vpư, như trên chỉthuần tuý hình th ức theo hệ số phương tr ình, th ực chất phản ứng này là m ột chiều bậc nhất.

2. Số phân tử N2O5 đó bị phân huỷ được tính theo biểu thức: N N205 bị phân huỷ = N = VN2O5 tiêu thụ . V bình . t . N0

Thay số:







N = 1,032.10-6 . 20,0 . 30,0 . 6,023.1023. N 3,7.1020 phân tử

3. Nếu phản ứng trên có phương tr ình: N2O5(k) 2 NO2(k) + ½ O2 thì tốc độ phản ứng, Vp-,cũng như hằng số tốc độ phản ứng, k, đều không đổi (tại nhiệt độ T xác định), vì:- k chỉ phụ thuộc nhiệt độ. - theo (1): Khi k = const; C(N2O5) = const thì V = const.

Bài 3.1. Khí CO gây độc vì tác d ụng với hemoglobin (Hb) của máu theo phương tr ình

3 CO + 4 Hb Hb 4(CO) 3

Số liệu thực nghiệm tại 200C và động học phản ứng này như sau:

N ồng độ ( mol. L-1 ) T ốc độ phân hủy Hb

( mol. L-1 .s-1 )CO Hb

1,50 2,50 2,50

2,50 2,50 4,00

1,051,75 2,80

Hãy tính tốc độ phả n ứng khi nồng độ CO là 1,30; Hb là 3,20 (đều theo mol.l -1 ) tại 200C . 2 . Người ta nung nóng đến 8000C một bình chân không thể tích 1 lít chứa 10,0 gam canxi cacbonat và 5,6 gam canxi oxit. a) Hãy tính số mol khí cacbonic có trong bình. Muốn cho lượng canxi cacbonat ban đầu phân hủy hết thì thể tích tối thiểu của bình phải bằng bao nhi êu? b) Bi

ết tại nhiệt độ đó khí CO 2 trong bình có áp su

ất l à 0,903 atm

(Đề thi chọn học sinh giỏi QG năm 2004- Bảng A): Bài giải :

1. Trước hết ta phải xác định được bậc của phản ứng. Kí hiệu bậc riêng phần của phản ứng theo chất Hb là x, theo CO là y, ta có phương tr ình

động học (định luật tốc độ) của phản ứng: v pư = k Cx

HbC yCO (1)

Theo định ngh ĩa, ta có thể biểu thị tốc độ phản ứng tr ên theo tốc độ phân hủy Hb, nghĩa là v pư = ¼ v phân hủy Hb (2).

Ghi chú : Vìđó ghi r õ tốc độ phân hủy Hb» nên không cần dùng dấu –Vậy ta có liên hệ: v pư = ¼ v phân hủy Hb = k Cx HbC yCO (3) .

Theo thứ tự tr ên xuống ta ghi số các số liệu thí nghiệm thu được là

Thí nghiệm số Nồng độ (mol. L-1) Tốc độ phân hủy Hb (mol. L-1 .s-1 )CO Hb

123

1,502,502,50

2,502,504,00

1,051,752,80







Ta xét các tỉ số tốc độ phảnứng để xác định x và y trong phương tr ình (3):

* v2/ v1 = ( 2,50 / 2,50 )x ( 2,50 / 1,50 )y = 1 ( 1,67)y = 1,75 /1,05

( 1,67)y = 1,67 y = 1 .

* v3/ v2 = ( 4,00 / 2,50 )x ( 2,50 / 2,50 )y = 2,80 / 1,75 ;

( 1,60)x = 1,60 x = 1 .

Do đó phương tr ình động học (định luật tốc độ) của phản ứng: v p- = k CHbCCO (4)

Để tính hằng số tốc độ phản ứng k , từ (4) ta có: k = v p- / CHbCCO (5)

Tính giá tr ị k trung bình từ 3 thí nghiệm ở bảng tr ên, hoặc lấy số liệu của 1 trong 3 thínghiệm ở bảng tr ên, chẳng hạn lấy số liệu của thínghiệm số 1 đưa vào phương tr ình (5), ta tínhđược k:

k = = 0,07 ( mol. L-1 .s-1)

Đưa gía trị của k vừa tính được, nồng độ các chất mà đề bài đó cho vào phương tr ình (4)để tính v pư:v pư = 0,07 1,30 3,20 = 0,2912 (mol. L-1 .s-1)

2. a) Với điều kiện đó cho trong bình có phản ứng:

CaCO3 ⇌ CaO + CO2 (k) (*)Trong bình chỉ có khí CO2. Giả thiết đó là khí lý tưởng, ta có:

n = = = 0,01 (mol). Vậy n = 0,01 mol.

Nhận xét:Theo đề bài, lượng CaCO3 cho vào bình chân không là:

n = = 0,1 molLượng CaCO3 đó bị phân tích chỉ là 0,01 mol.Sự có mặt của 5,6 gam CaO và lượng CaCO3 còn lại không ảnh hưởng tới kết quả tính vì

các chất nàyở trạng thái rắn chiếm thể tích không đáng kể. b) Giả thiết lượng CaCO3 cho vào bình chân không bị phân tích hết áp suất khíCO2 vẫn là 0,903atm (vì phản ứng (*) đạt tới cân bằng hoá học ).

Do đó:Vmin = n RT / P = 0,1 0,082054 1073,15 / 0,903 = 9,75 (lít)

Bài 4. Người ta thực hiện phản ứng 2 NO 2 (k) + F 2 (k) 2 NO 2 F (k) trong một bình kín có thể t ích V (có thể thay đổi thể tích của bình bằng một pittông). ¸p suất ban đâu của NO 2 bằng 0,5 atm, c òn của F 2 bằng 1,5 atm. Trong các điều kiện đó tốc độ đầu v o = 3,2. 10 3 mol.L 1 .s 1 .1. N ếu thực hiện phản ứng tr ên ở cùng nhiệt độ với cùng những lượng ban đầu của chất phản ứng nhưng thêm một khí trơ vào bình đó để thể tích th ành 2V, còn áp suất tổng quátvẫn bằng 2 atm, thì tốc độ đầu bằng 8.10 4 mol.L 1 .s 1 . K ết qủa n ày có cho phép thiết lập phương tr ình động học (biểu thức tóc độ) của phản ứng hay không ?

PVRT

0,903 1,0

0,082054 1073,15 CO2

CaCO3 10100

1,05

4 2,50 1,50







2 . Người ta lại thực hiện phản ứng tr ên ở cùng điều kiện nhiệt độ v à cùng những lượng NO 2 , F 2 và khí trơ như ở (1) nhưng giảm thể tích xuống bằng 0,5V. Tính gía trị của tốc độđầu v o . 3. N ếu thay cho việc thêm khí trơ, người ta thêm NO 2 vào đó cho áp suất tổng quát bằng 4 atm và thể tích bằng V thì tốc độ đầu v o = 1,6.10 2 mol.L 1 .s 1 . K ết qủa n ày cho phép kết luậnnhư thế n ào về phương tr ình động học của phản ứng? 4. Dự đoán cơ chế của phản ứng .

(Đề thi chọn học sinh giỏi QG năm 2005- Bảng A): Bài giải :

1. Ở thí nghiệm 2, sau khi thêm khí trơ để cho thể tích tăng gấp đôi thì P và P đều giảm 2lần so với thí nghiệm 1, nghĩa là nồng độ của chúng cũng giảm đi 2 lần (vì PA = CA.RT), còn tốcđộ đầu của phản ứng giảm 4 lần. Từ đây, chỉ có thể k ết luận bậc của phản ứng là 2.

Ph-¬ng tr×nh ®éng häc c ó thÓcó c c d¹ng sau ®©y:v = k [NO2] [F2] (a) , v = k [NO2]2 (b) , v = k [F2]2 (c)

2. Ở thí nghiệm 3, P(NO2) và P(F2) đều tăng gấp đôi so với thí nghiệm 1. Cũng lập luận nhưtrên, ta thấy tốc độ đầu của phản ứng ở thí nghiệm 3 phải bằng 4 lần tốc độ đầu của phản ứthí nghiệm 1. Vo = 3,2 10 3mol.L 1.s 1 4 = 1,28 10 2 mol.L1.s 1.3. Ở thí nghiệm 4, P không đổi, P = 4 atm 1,5 atm = 2,5 atm. P tăng 5 lần so với thínghiệm 1, còn tốc độ đầu của phản ứng tăng 5 lần. Vậy phương tr ình động học của phản ứng là:

v = k [NO2] [F2]

4. Căn cứ vào phương tr ình động học của phản ứng, cơ chế phản ứng có thể là:

NO2 + F2 NO2F + F (chậm) F + NO2 NO2F (nhanh).

Bài 5.1) M ột ống thủy tinh h àn kín, có gắn hai sợi tungsten (vonfram) cách nhau 5mm, chứa đầy

không khí sạch v à khô tại nhiệt độ v à áp suất chuẩn. Phóng điện giữa hai sợi n ày. Vài phút sau khí trongống nghiệm nhuốm màu nâu đặc trưng. a) Tiểu phân n ào gây nên sự biến đổi màu quan sát được nêu trên?. Ước lượng giới hạn nồng độ lớn nhất trong ống thủy tinh. b) Màu nâu tương tự cũng thấy xuất hiện khi oxy và nitơ (II) oxit gặp nhau trong bầu thủ tinh chân không. Viết phương tr ình phản ứ ng xảy ra trong bầu thủy tinh. 2) T ừ các thí nghiệm ở 25 oC có các số đo sau: [NO] (mol.L -1 ) [O 2 ] (mol.L -1 ) T ốc độ đầu (mol.L-1 .s-1 )1,16.10 -4 1,21.10 -4 1,15.10 -8

1,15.10 -4 2,41.10 -4 2,28.10 -8

1,18.10 -4 6,26.10 -5 6,24.10 -9

2,31.10 -4 2,42.10 -4 9,19.10 -8

5,75.10 -5 2,44.10 -5 5,78.10 -9

(i) Xác định bậc phản ứng theo O 2 , theo NO và bậc phản ứng chung. (ii) Xác định hằng số phản ứng tại 298 o K.

(Bài t ập chuẩn bị cho k ì thi olympic Hóa H ọc quốc tế lần thứ 30)

NO2 F2

NO2 F2 NO2







Bài giải :1.a Màu là donitơ dioxit NO2. Vì không khí có 78% N2 và 21% O2. oxy là tác nhân bị giới hạn(thiếu): Nếu O2 chuyển hết thành NO2 (hầu như không thể) nồng độ của nitơ dioxit sẽ bằng:

[NO2] = 0,21/22,414 = 9,4.10-3 mol.L-1.b. 2NO + O2 → 2NO2 2. (i). Bậc của NO và O2 được tính nhờ các trị số thí nghiệm trong đó nồng độ của một tron

các chất được giữ không đổi (như [NO] được coi như không đổi trong các thí nghiệm #& 3. trong khi [O2] lại không đổi trong các thí nghiệm #2, 4, 5)

Bậc đối với NO:

Thấy tốc độ thay đổi theo [NO]2 Vậy phản ứng là bậc 2 theo NO

Thí nghiệm Tỉ lệ [NO] Tỉ lệ tốc độ đầu

#4 : #2 2,01 4,03

#4 : #5 4,02 15,9

#2 : #5 2,00 3,95

Bậc đối với O2:

Thí nghiệm Tỉ lệ [NO] Tỉ lệ tốc độ đầu

#2 : #1 1,99 1,98

#2 : #3 3,85 3,65

#1 : #3 1,93 1,84

Tốc độ biến đổi hiển nhiên là theo [O2]: phản ứng là bậc 1 theo O2 vì thế bậc chung là 3

(ii). Biểu thức tính tốc độ phản ứng:

v = k[NO]2

[O2] nên k = v/[NO]2

[O2]Từ các thí nghiệm khác nhau ta tính được k tb=7,13.103L2mol-2s-1

Bài 6. Phản ứng sau được khảo sát ở 25 oC trong dung d ịch benzen có chứa piridin 0,1M: CH 3OH + (C 6 H 5 ) 3CCl→ CH 3OC(C 6 H 5 ) 3 + HCl

A B CQuan sát tập hợp được các số liệu sau:

N ồng độ đầu ∆t N ồng độ cuối

[A] o [B] o [C] o Phút M(1) 0,100 0,0500 0,0000 25,0 0,00330(2) 0,100 0,100 0,0000 15,0 0,00390(3) 0,200 0,100 0,0000 7,50 0,00770

(i) Luật n ào của tốc độ phản ứng phù hợp với các số liệu tr ên:(ii) Hãy biểu diễn gía trị trung bình của hằng số tốc độ theo giây và đơn vị nồng độ

mol.(Bài t ập chuẩn bị cho k ì thi olympic Hóa H ọc quốc tế lần thứ 31)

Bài giải :







(i) Tốc độ trung bình banđầu (M-1 phút-1)0,00330/25,0 = 0,0001320,00390/15,0 = 0,0002600,00770/7,50 = 0,000103Khi (B) tăng gấp đôi, tốc độ phản ứng tăng gấp đôi, nên phản ứng là bậc một theoB. Khi [A] gấp đôi, tốc độ phản ứng gấp bốn nên phản ứng là bậc hai theo A.

v = k[A]2[B](ii) Lần 1: k = 0,264

Lần 2: k = 0,260 Lần 3: k = 0,258 k tb = 0,26L2mol-2 ph-1 = 4,34.10-3 L2mol-2s-1

Bài 7. Nghiên cứu về động học của một phản ứng dẫn đến những thông tin quan trọng về chi tiết của một phản ứng hóa học. Sau đây sẽ xem xét sự hình thành NO và phản ứng của nó với oxy. Sự hình thành NO xảy ra theo phản ứng sau:

2NOCl (k) → 2NO(k) + Cl 2(k) H ằng số tốc độ phản ứng cho ở bảng:

T(K) k (L.mol -1 .s-1 ) 300 2,6.10-8 400 4,9.10-4

H ằng số khí R = 8,314 J.mol -1 .K -1 1) Áp d ụng phương tr ình Arrhenius tính năng lượng hoạt hóa của phản ứng.

Phản ứng giữa NO v à O 2 xảy ra theo phương tr ình: 2NO(k) + O 2(k) → 2NO 2(k) Đối với phản ứng này người ta đề nghị cơ chế như sau:

NO(k) + O2(k) k 1k -1 NO3(k) nhanh

NO 3(k) + NO(k) )(222k

k NO chậm

i) Dựa vào cơ chế tr ên hãy viết biểu thức tốc độ phản ứng: Thực nghiệm đó chứng minh rằng: v = k[NO] 2 [O 2 ]

ii) Chọn câu trả lời đún g: a) Cơ chế đó cho l à sai. b) Cơ chế đó cho là đúng c) Chưa đủ cơ sở để kết luận


Bài giải :1) Phương tr ình Arrhenius có dạng: lgk = lgA – Ea/2,3RT

Ta có :lgk 1 = lgA – Ea/2,3RT1 (1)lgk 2 = lgA – Ea/2,3RT2 (2)Tr ừ (1) cho (2) ta được :

2

1

212121 lg113,211

3,2lglg

k

k

T T R E

T T R

E k k a

a







Thay số vào ta tính được Ea = 98,225kJ.mol-1.2) Giai đoạn chậm quyết định tốc độ, đó là giai đoạn thứ hai:

232

3

1

1

322

O NOK NOO NO

NO

k

k K

NO NOk dt

NOd

Thay biểu thức của [NO3] vào biểu thức tốc độ phản ứng ta thu được: v =k 2.K[NO]2[O2]

3) Câu b đúng. Bài 8. BP (bo photphua) là một chất dễ tạo th ành một lớp vỏ bền bọc bên ngoài chất cần bảovệ. Chính vì tính chất n ày nó là chất chống ăn m òn rất có giá trị. Nó được điều chế bằng cách cho bo tribromua phả n ứng với photpho tribromua trong khí quyển hydro ở nhiệt độ cao(>750 oC)1) Viết phản ứng xảy ra.

T ốc độ hình thành BP phụ thuộc v ào nồng độ của các chất phản ứng ở 800 oC choở bảng sau:

[BBr 3 ] (mol.L-1 ) [PBr 3 ] (mol.L

-1 ) [H 2 ] (mol.L

-1 ) v (mol.s

-1 ) 2,25.10-6 9,00.10-6 0,070 4,60.10-8

4,50.10-6 9,00.10-6 0,070 9,20.10-8 9,00.10-6 9,00.10-6 0,070 18,4.10-8 2,25.10-6 2.25.10-6 0,070 1,15.10-8 2,25.10-6 4,50.10-6 0,070 2,30.10-8 2,25.10-6 9,00.10-6 0,035 4,60.10-8 2,25.10-6 9,00.10-6 0,070 19,6.10-8 (880 oC)

2) Xác định bậc phản ứng hình thành BP và viết biểu thức tốc độ phản ứng. 3) Tính hằng số tốc độ ở 800 oC và 880 oC. 4)

Tính năng lượng hoạt hóa của phản ứng.


Bài giải :1) BBr 3 + PBr 3 +3H2 → BP + 6HBr 2) Bậc của phản ứng là 2

Biểu thức tốc độ phản ứng : v = k[BBr 3][PBr 3]3) k 800 = 4,60.10-8/2,25.10-8.9,00.10-6 = 2272L2.s-1.mol-1

k 880 = 19,60.10-8/2,25.10-8.9,00.10-6 = 9679L2.s-1.mol-1 4) Phương tr ình Arrhenius có dạng: lgk = lgA – Ea/2,3RT

Ta có :lgk 1 = lgA – Ea/2,3RT1 (1)lgk 2 = lgA – Ea/2,3RT2 (2)Tr ừ (1) cho (2) ta được :

2

1

212121 lg113,211

3,2lglg

k

k

T T R E

T T R

E k k a

a

Thay số vào ta tính được Ea = 186kJ.mol-1. Bài 9. Sự hấp thụ của một dược chất do chất hữu cơ gây ra thường dẫn đến những quá tr ìnhđộng học đơn giản mặc dù cơ chế của những quá tr ình này hết sức phức tạp. Sau đây ta sẽ xét quá trình hấp thụ dược chất ở trong dạ d ày sau khi uống thuốc.







Gọi [A] s là nồng độ của dược chất trọng dạ d ày và giả thiết rằng tốc độ của quá tr ình hòa tan nó vào trong máu phụ thuộc bậc nhất v ào [A] s . C ũng giả thiết rằng tốc độ chuyển hóa hay loại nó ra khỏi máu tỉ lệ với nồng độ của nó trong máu [A] b .

a) Viết phương tr ình biểu thị d[A] b /dt. b) Sau 1 giờ 75% [A] s được loại ra khỏi dạ dày. Tính lượng [A] s cònở lại trong d ạ d ày

(%) sau 2 giờ uống thuốc. (Bài t ập chuẩn bị cho k ì thi olympic Hóa H ọc quốc tế lần thứ 35)

Bài giải :

a) As A b sản phẩm. (1)

ss Ak

dt

Ad 1 (2)

Giải phương tr ình vi phân (2) ta thuđược biểu thức [A]s=[A]oexp(-k 1t) với [A]o là nồngđộ của dược phẩm ở thời điểm t = 0.

b)

2

2125,075,0

o

s

o

so

A

A

A

A A . Như vậy ¼ lượng ban đầu sẽ còn lại sau 1 giờ.

(1/4)2 = 1/16 = 0,625 sẽ còn lại sau 2 giờ tương ứng với 4 thời gian bán hủy. Vậy 6,25% [A]s sẽcòn lại sau 2 giờ.

Bài 10. Ion peroxodisunfat là tác nhân oxy hóa mạnh nhất được biết mặc d ù phản ứng của nó xảy ra rất chậm.Ion peroxodisunfat có thể oxy hóa tất cả các ion halogenua (trừ ion florua) để tạo th ành halogen phân tử.Tốc độ đầu (r o ) của phản ứng tạo th ành iot phụ thuộcvào nồng độ đầu của phản ứng sau ở 25 oC:

S 2O8 2- + 2I - → 2SO 4

2- + I 2 (1)Ta có bảng sau:

C o (S

2 O

8

2- ) [mol .L -1 ] C o (I - ) [mol .L -1 ] r

o [10 -8 .mol.L -1 .s -1 ]

0,0001 0,010 1,1

0,0002 0,010 2,2

0,0002 0,005 1,1

1) Viết công thức của ion peroxodisunfat và xác định trạng thái oxy hóa của tất cả các nguyên tố.

2) Viết biểu thức tốc độ phản ứng (1) 3) Xác định bậc chung v à bậc ri êng phần của từng ion trong phản ứng (1)

4) Chứng minh rằng hằng số tốc độ phản ứng l à

k=0,011L.mol -1 .s-1 . Năng lượng hoạt hóa của phản ứng đó ch o E A = 42kJ.mol -1 .

5) Xác định nhiệt độ ( oC) màở đó hằng số tốc độ phản ứng tăng 10 lần. Iot phản ứng ngay lập tức với ion thiosunfat sinh ra ion iodua.

6) Viết phương tr ình phản ứng. 7) Viết lại biểu thức tốc độ phản ứng cho phản ứng (1) trong điều kiện có dư io thiosunfat so với ion peroxodisunfat v à iodua trong dung d ịch.








Bài giải :1)

S

-O

O

O

O

O

S

O -

O

O

-2

-2

-2

-2

-2

-2

-1

-1+6

+6

2) r = k.C(S2O8

2-).C(I-)3) Bậc chung: 2; Bậc riêng phần của S2O8

2-: 1; Bậc riêng phần của I-: 1

4) 112223

118

282

..011,0.10.1.10.1,0

..10.1,1)().(

smol L Lmol

s Lmol

I C OS C

r k

5)Từ phương tr ình Arrenius chúng ta có thể viết:

12

a

21

11R E

2

121 .;. T T RT

E

RT

E

ek

k e Ak e Ak

aa

Do k 1/k 2 = 1/10 nên điều này dẫn tới:

C K T T E

RT T T R

E o

a

a 723451101ln.111

101ln 2

1212

6) 2S2O32- + I2 → 2I- + S4O6

2- 7) Cần phải lưuý r ằng nồng độ của ion iodua trong trường hợp này luôn không đổi bởi ì

iot sinh ra phản ứng ngay lập tức với ion thiosunfat để tạo thành iot. Chính bì vậy phản ứngnày sẽ là phản ứng giả bậc 1 và có phương tr ình tốc độ phản ứng sẽ là:

r = k ’.C(S2O82-) k ’ ở trong trường hợp này hoàn toàn khác kở các câu hỏi từ 2-5 do nó bao

hàm cả sự giả bão hoà nồng độ của ion iodua.







C. BÀI TẬP TỰ LUYỆN Bài 1.Ở 10C, hằng số tốc độ k 1 = 4,5.103 s-1. Năng lượng hoạt hóa bằng 58,0 kJ/mol. Hỏi ở nhiệtđộ nào hằng số tốc độ k 2 = 1.0.104 s-1 và hệ số nhiệt độ của phản ứng này bằng bao nhiêu?

ĐS : 10 0C và γ = 2,4 Bài 2. 2N2O5 → 4NO2 + O2

Hằng số tốc độ k ở một số nhiệt độ như sau: t0 (C) 25,0 35,0 55,0 65,0105.k (s-1) 1,72 6,65 75,0 240

Xác định năng lượng hoạt hóa của phản ứng bằng đồ thị. Rút ra hệ số nhiệt độ của phảứng ở 300C, thờ i gian nửa phản ứng ở 300C.

ĐS : E a = 103kJ/mol; t 1/2 = 1,94.10 4 s ; γ = 3,71

Bài 3.Chu kì bán rã của đồng vị14C là 5730 năm. Xác định niên đại của một xác ướp có độ phóng xạ là 2,50 nguyên tử phân r ã trong 1 phút, tính cho 1g cacbon. Các vật sống có độ phóngxạ là 15,3 nguyên tử phân r ã trong 1 phút, tính cho 1g cacbon.

Đ.S : 1,5.10 4 năm

Bài 4.Azometan phân hủy theo phản ứng bậc 1: CH3 – N = N – CH3 → C2H6 + N2

Bắt đầu chỉ có azometan với P0 = 160,0 mmHg. Sau 100 giây, áp suất của hệ P = 161,6mmHg. Tính hằng số tốc độ k và thờ i gian nửa phản ứng.

Đ.S : k = 1,005.10 -4 s -1; t 1/2 = 6,897.10 3 s

Bài 5. 2H2O2 → 2H2O + O2 Theo dõi tốc độ phản ứng này bằng cách định phân dung dịch H2O2 với các thể tích bằng

nhau của H2O2:Thờ i gian (phút) 0 10,0 20,0 30,0V dd KMnO4 (ml) 22,8 13,8 8,25 5,00

Xác định bậc phản ứng và hằng số tốc độ k

Đ.S: Bậc một; k = 0,05 ph-1

Bài 6.Phản ứng thủy phâneste RCOOR ’ là bậc 2 (bậc 1 đối với mỗi chất):

RCOOR ’ + NaOH → RCOONa + R ’OHMột dung dịch chứa 0,010 mol RCOOR ’ và 0,010 mol NaOH trong 1,0 lít. Sau 2,00.102 phút

thì 3/5 esteđó bị thủy phân.

a. Tính hằng số tốc độ k của phản ứng.

b. Tính thờ i gian để 99% este bị thủy phân. Đ.S: a) k = 0,75 mol -1.l.ph -1

b) t = 1,3.10 4 phút

Bài 7.Sự phân hủy axeton diễn ra theo phương tr ình :CH3COCH3 → C2H4 + H2 + CO

Theo thờ i gian phản ứng, áp suất chung của hệ đo được như sau :







t (phút) 0 6,5 13 19,9 p [mmHg] 312 408 488 562

Hãy chứng tỏ phản ứng là bậc 1 và tính hằng số tốc độ của phản ứng.

Đ.S : k = 2,56.10 -2 ph -1

Bài 8.Ở 3100C sự phân hủy AsH3 diễn ra theo phương tr ình :2AsH

3 → 2As + 3H2

được theo dõi bằng sự biến thiên áp suất theo thờ i gian :

t (giờ ) 0 5,5 6,5 8 p [mmHg] 733,32 805,78 818,11 835,34

Hãy chứng tỏ phản ứng phân hủy Asen là phản ứng bậc 1. Tính hằng số tốc độ.

Đ.S : k = 0,0404 gi ờ -1

Bài 9.Khi thủy phân alkyl bromua trong dungdịch kiềm: RBr + OH- → ROH + Br -

Ngườ i ta thấy rằng với nồng độ đầu của 2 chất bằng 0,04 mol/l thì để thu được 0,005 mol Br -

cần 47.103 giây. Songở nồng độ đầu của hai chất là 0,1 mol/l, để đạt được mức độ chuyển anhư trước thì cần thờ i gian là 4,7.103 giây. Tính hằng số tốc độ thủy phân.

Đ.S. Phản ứng bậc 2; k = 2,13.10-3 mol -1.l.s -1

Bài 10.Etyl axetat bị thủy phân với sự có mặt của NaOH. Nồng độ của 2 chất ở thời điểm bằng 5.10-2 mol/l. Thờ i gian nửa phản ứng bằng 1800 giây, còn thời gian để 75% phản ứng đượctiến hành là 5400 giây. Xác định bậc của phản ứng và hằng số tốc độ của phản ứng.

Đ.S: bậc 2; k = 1,11.10-2 mol -1.l.s -1







KẾT LUẬNTrên đây là hệ thống lí thuyết và bài tập cơ bản phần “Động hoá học” mà tôi đã đúc r út

từ những năm trực tiếp giảng dạy cho các em học sinh chuyên Hóa. Nó tương đối phù hợp vớiyêu cầu và mục đích giảng dạy, bồi dưỡng học sinh khá, giỏi ở trường chuyên chuẩn bị dự thihọc sinh giỏi các cấp . Nó có thể dùng làm tài liệu học tập cho học sinh các lớp chuyên Hoá học

và tài liệu tham khảo cho các thầy cô giáo trong giảng dạy và bồi dưỡng học sinh giỏi Hoá học ở bậc THPT góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy và học tập môn Hoá học.

Trong việc bồi dưỡng học sinh giỏi những năm qua việc áp dụng chuyên đề này phầnnàođó giúp các em học sinh giải quyết tốt những bài tập về “Động hoá học”; hệ thống hoá kiếnthức một cách nhanh và đầy đủ nhất từ đó vận dụng vào các dạng bài tập cụ thể một cách dễdàng.

+ Kết quả thực tiễn: Qua thực tế sử dụng chuyên đề này trong việc bồi dưỡng đội tuyểnhọc sinh giỏi cho

thấy với lượng kiến thức lí thuyết đầy đủ, chắt lọc, học sinh nắm bắt được một cách logich và hệthống hơn, vận dụng tốt hơn trong việc giải quyết các bài tập trong các đề thi, góp phần nângcao số lượng và chất lượng học sinh đoạt giải quốc gia môn Hóa Học:

- Năm học 2009 – 2010 có 6/6 hs đoạt giải (5 giải ba, 1 khuyến khích)- Năm học 2010 – 2011có 7/8 hs đoạt giải (5 giải ba, 2 khuyến khích)- Năm học 2011 – 2012 có 7/8 hs đoạt giải (1 giải nhì, 5 giải ba, 1 khuyến khích)- Năm học 2012 – 2013 có 9/9 hs đoạt giải (1 giải nhất,1 giải nhì, 6 giải ba, 1 khuyến

khích)+ Kiến nghị, đề xuất: Đây chỉ là một phần nhỏ trong chương tr ình ôn luyện cho học sinh chuẩn bị tham gia vào

các k ỳ thi học sinh giỏi các cấp,hệ thống bài tập cần phải cập nhật thường xuyên cho đa dạng phong phú hơn, đáp ứng yêu cầu phát triển không ngừng mức độ khó và mới trong các đề thihọc sinh giỏi các cấp, r ất mong được sự góp ý, xây dựng của các đồng nghiệp để chuyên đề ttục được hoàn thiện hơn...

Hưng Yên, tháng 05 năm 201 3

Người viết:

Nguyễn Thị Huệ

Tài liệu tham khảo:







1. Cơ sở lý thuyết hóa học phần II– PGS. Nguyễn Hạnh 2. Cơ sở lý thuyết hóa học– PGS. Lê Mậu Quyền 3. Cơ sở lý thuyết các quá tr ình hóa học– Vũ Đăng Độ 4. Bài tập hoá học đại cương– Dương Văn Đảm

5. Bài tập hóa học đại cương- Trần Hiệp Hải 6. Bài giảng Hóa đại cương– ĐHKTCN 7. Cơ sở LT hoá học (phần BT)- Lê Mậu Quyền 8. Đề thi học sinh gỏi quốc gia các năm. 9. Bài tập chuẩn bị cho các k ì thi họcsinh giỏi quốc tế







Mục lục Trang

MỞ ĐẦU

1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI:2. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI:3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI:

4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: 5. NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI6. ĐIỀU KIỆN ĐỂ ÁP DỤNG ĐỀ TÀI:7. THỜI GIAN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI:

1111222

NỘI DUNG

Phần I: Phần mở đầu

1.Lý do chọn đề t ài.2.Đối tượng nghi ên cứu của đề t ài. 3.Phạm vi nghi ên cứu. 4.Phương pháp nghiên cứu. 5.Nhiệm vụ của đề t ài.

Phần II: Nội dung.

Phần III: Kết luận







ĐÁNH GIÁ XẾP LOẠI CỦA HỘI ĐỒNG KHOA HỌC TRƯỜNG THPT CHUYÊN HƯNG YÊN





Documents

SKKN Hóa học - Bồi dưỡng học sinh giỏi môn Hóa học chuyên về động hóa học