BÀI 16: TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG HOÁ HỌC

MỞ ĐẦU

Cho hai mảnh Mg cùng khối lượng vào hai ống nghiệm chứa cùng thể tích dung dịch HCl dư, nồng độ dung dịch HCl ở mỗi ống nghiệm lần lượt là 2M (Thí nghiệm (a)) và 0,5M (Thí nghiệm (b)). Hiện tượng thí nghiệm được mô tả như hình 16.1. Theo em, mảnh Mg ở ống nghiệm nào sẽ bị tan hết trước? Giải thích.

Giải nhanh:

Ở thí nghiệm (a) sẽ tan hết trước, do nồng độ HCl ở đây lớn hơn.

I. KHÁI NIỆM TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG, TỐC ĐỘ TRUNG BÌNH CỦA PHẢN ỨNG

Câu 1: Trong cùng một khoảng thời gian, nồng độ của MgCl₂ trong dung dịch ở thí nghiệm nào tăng lên nhanh hơn? Giải thích.

Giải nhanh:

Ở thí nghiệm a tăng nhanh hơn vì lượng Mg mất đi ở đây nhanh hơn, lượng MgCl₂ tăng lên nhanh hơn mà thể tích không đổi.

Câu 2: Tốc độ của phản ứng (1) ở thí nghiệm (a) là nhanh hơn hay chậm hơn tốc độ phản ứng ở thí nghiệm (b)?

Giải nhanh:

Tốc độ của phản ứng (1) ở thí nghiệm (a) nhanh hơn.

Câu 3: 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.

Giải nhanh:

; ΔC = C₂ – C₁ ; Δt = t₂ – t₁

Nồng độ giảm theo thời gian: C₂ < C₁ ⇒ ΔC < 0

Luyện tập 1: Tính tốc độ trung bình của phản ứng (4) theo O₂ trong 100 giây đầu tiên.

Giải nhanh:

Luyện tập 2: Từ bảng 6.1, có thể tính được tốc độ trung bình của phản ứng sau 50 giây hay không? Vì sao?

Giải nhanh:

Không vì chưa biết nồng độ C₂ tại t₂ = 50 s

Vận dụng 1: Hãy sắp xếp tốc độ các phản ứng sau theo chiều tăng dần: (1) phản ứng than cháy trong không khí, (2) phản ứng gỉ sắt, (3) phản ứng nổ của khí bình gas.

Giải nhanh:

Thứ tự đúng: (2), (1), (3)

II. ĐỊNH LUẬT TÁC DỤNG KHỐI LƯỢNG

Thực hành: Cho hai mẩu đá vôi từ cùng một mẫu có kích thước xấp xỉ nhau vào hai ống nghiệm chứa cùng một thể tích dung dịch HCl (khoảng  ống nghiệm) có nồng độ khác nhau lần lượt là: 0,1M (ống nghiệm (a)) và 0,2M (ống nghiệm (b)). Quan sát hiện tượng phản ứng và nhận xét về mối liên hệ giữa tốc độ phản ứng và nồng độ HCl.

Giải nhanh:

Đá vôi ở ống (b) tan nhanh; đồng thời khí thoát ra ở ống (b) cũng nhanh hơn.

Nồng độ HCl càng lớn thì tốc độ phản ứng càng nhanh.

Vận dụng 2: Thực phẩm bị ôi thiu do các phản ứng oxi hóa của oxygen cũng như sự hoạt động của vi khuẩn. Giải thích vì sao để hạn chế sự ôi thiu, người ta lại bơm N₂ hoặc CO₂ vào túi đựng thực phẩm trước khi đóng gói. Biết rằng nồng độ oxygen trong túi thực phẩm sau khi bơm N₂ hoặc CO₂ chỉ còn khoảng 2 – 5%.

Giải nhanh:

Vì nhằm mục đích làm giảm nồng độ oxygen trong túi, từ đó giảm tốc độ phản ứng oxi hóa thực phẩm.

Câu 4: Em có nhận xét gì nếu trong biểu thức (5), nồng độ của chất A và B đều bằng 1M?

Giải nhanh:

Khi đó, ta có: v = k.1.1 = k

=> Hằng số tốc độ phản ứng bằng tốc độ phản ứng.

Câu 5: Trong phản ứng (6), nếu nồng độ của H₂ tăng gấp đôi thì tốc độ phản ứng thay đổi như thế nào?

Giải nhanh:

v = k.C_H2.C_I2

v’ = k.C_H2.2.C_I2= 2.v ⇒ tốc độ của phản ứng tăng gấp đôi.

III. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG, HỆ SỐ NHIỆT ĐỘ VANT’T HOFF (γ)

Câu 6: Khi nồng độ của H₂(g) cũng như I₂(g) đều tăng lên gấp đôi thì tốc độ phản ứng của H₂(g) với I₂(g) tăng lên bao nhiêu lần?

Giải nhanh:

v = k.C_H2.C_I2

v’ = k.2.C_H2.2.C_I2= 4.v ⇒ tốc độ của phản ứng tăng gấp 4 lần.

Vận dụng 3: Hãy giải thích các hiện tượng dưới đây.

a) Khi ở nơi đông người trong không gian kín, ta cảm thấy khó thở và phải thở nhanh hơn.

b) Tàn đóm đỏ bùng lên khi cho vào bình oxygen nguyên chất.

c) Bệnh nhân suy hô hấp cần thở oxygen thay vì không khí (chứa 21% thể tích oxygen).

Giải nhanh:

a) Vì khi đó nồng độ oxygen giảm đi nhanh, phải cung cấp cho nhiều người 

b) Vì trong bình khí oxygen nguyên chất, nồng độ oxygen lớn hơn ngoài không khí nên tốc độ phản ứng cháy xảy ra nhanh hơn, mãnh liệt hơn.

c) Vì trong bình khí nén oxygen, nồng độ oxygen cao hơn nồng độ oxygen có trong không khí.

Thực hành: Chuẩn bị hai mẩu đá vôi nhỏ A và B có khối lượng xấp xỉ bằng nhau. Tán nhỏ mẩu đá vôi B thành bột. Cho hai mẫu này riêng rẽ vào hai ống nghiệm chứa cùng một thể tích dung dịch HCl 0,5M. Quan sát hiện tượng để rút ra kết luận về ảnh hưởng của diện tích bề mặt tới tốc độ phản ứng.

Giải nhanh:

- Hiện tượng: Mẩu đá vôi B tan trong dung dịch HCl nhanh hơn và trong ống này khí thoát ra nhanh hơn.

- Diện tích bề mặt tiếp xúc càng lớn, tốc độ phản ứng càng nhanh.

Câu 7: Quan sát hình 16.4, giải thích vì sao khi dùng đá vôi dạng bột thì tốc độ phản ứng nhanh hơn.

Giải nhanh:

Khi diện tích bề mặt đá vôi tăng lên (đá vôi dạng bột) thì số lượng va chạm của CaCO₃ với HCl trong cùng một đơn vị thời gian sẽ lớn hơn, số lượng va chạm hiệu quả cũng cao hơn, từ đó tốc độ phản ứng nhanh hơn.

Vận dụng 4: Giải thích vì sao thanh củi chẻ nhỏ hơn thì sẽ cháy nhanh hơn.

Giải nhanh:

Vì diện tích bề mặt tiếp xúc của củi với oxygen không khí sẽ lớn hơn.

Thực hành: Cho hai đinh sắt tương tự nhau (tẩy sạch gỉ và dầu mỡ) vào hai ống nghiệm chứa cùng một thể tích dung dịch H₂SO₄ 0,5M. Một ống nghiệm để ở nhiệt độ phòng, một ống nghiệm được đun nóng bằng đèn cồn. Quan sát hiện tượng để rút ra kết luận về ảnh hưởng của nhiệt độ tới tốc độ phản ứng.

Giải nhanh:

Ống nghiệm được đun nóng bằng đèn cồn chứa đinh sắt tan nhanh hơn, khí thoát ra nhanh hơn.

Nhiệt độ càng cao, tốc độ phản ứng càng nhanh.

Câu 8: Vì sao đinh sắt trong thí nghiệm bên phải được tẩy sạch gỉ và dầu mỡ?

Giải nhanh:

Vì đinh sắt có lớp gỉ và dầu mỡ sẽ làm kết quả thí nghiệm không chính xác.

Câu 9: Dựa vào hiện tượng nào để so sánh tốc độ phản ứng trong hai thí nghiệm này?

Giải nhanh:

Dựa vào tốc độ thoát khí ở mỗi ống.

Câu 10: Với phản ứng có γ = 2, nếu nhiệt độ tăng từ 20^oC lên 50^oC thì tốc độ phản ứng tăng bao nhiêu lần?

Giải nhanh:

=> tăng 8 lần.

Thực hành: Rót khoảng 2 ml nước oxi già (dung dịch H₂O₂ 3%) vào một ống nghiệm. Quan sát hiện tượng xảy ra. Tiếp theo thêm một lượng nhỏ bột MnO₂ (màu đen, dùng làm chất xúc tác) vào ống nghiệm. Quan sát hiện tượng và rút ra kết luận về ảnh hưởng của chất xúc tác tới tốc độ phản ứng.

Giải nhanh:

- Thêm dung dịch H₂O₂: Xuất hiện lăn tăn bọt khí.

Dung dịch H₂O₂ 3% ở điều kiện bình thường phân hủy rất chậm tạo bọt khí O₂ thoát ra.

- Thêm bột MnO₂: bọt khí thoát ra mãnh liệt, khi kết thúc, màu đen của MnO₂ vẫn giữ nguyên.

- Có mặt chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng.

Vận dụng 5: Enzyme amylase và lipase có trong nước bọt. Hãy giải thích vì sao chúng ta cần phải nhai kĩ thức ăn trước khi nuốt.

Giải nhanh:

Vì khi nhai kĩ, thức ăn được chia nhỏ nên tăng diện tích tiếp xúc giữa thức ăn với các enzyme, khiến các phản ứng tiêu hóa nhanh hơn, hiệu quả hơn.

BÀI TẬP

Bài 1: Nồi áp suất dùng để ninh, hầm thức ăn có thể làm nóng nước tới nhiệt độ 120^oC so với 100^oC khi dùng nồi thường. Trong quá trình hầm xương thường diễn ra nhiều phản ứng hóa học, ví dụ quá trình biến đổi các protein, chẳng hạn như thủy phân một phần collagen thành gelatin. Hãy cho biết tốc độ quá trình thủy phân collagen thành gelatin thay đổi như thế nào khi sử dụng nồi áp suất thay cho nồi thường.

A. Không thay đổi.                   

B. Giảm đi 4 lần.

C. Ít nhất tăng 4 lần.                 

Giải nhanh:

Chọn đáp án C.

Bài 2: Hình ảnh bên minh họa ảnh hưởng của yếu tố nào tới tốc độ phản ứng? Giải thích.

Giải nhanh:

Minh hoạ ảnh hưởng của diện tích bề mặt.

Giả sử khối lập phương là chất X, quả cầu màu xanh là chất Y.

Chất X được chia nhỏ, số va chạm của chất X và chất Y trong cùng một đơn vị thời gian tăng, số va chạm hiệu quả tăng, tốc độ phản ứng tăng

Bài 3: Khí H₂ có thể được điều chế bằng cách cho miếng sắt vào dung dịch HCl. Hãy đề xuất các biện pháp khác nhau để làm tăng tốc độ điều chế khí H₂ từ cách này.

Giải nhanh:

- Tăng nồng độ dung dịch HCl.

- Đun nóng hỗn hợp Fe và HCl

- Dùng sắt bột và khuấy nhẹ.

Bài 4*: Cùng một lượng kim loại Zn phản ứng với cùng một thể tích dung dịch H₂SO₄ 1M, nhưng ở hai nhiệt độ khác nhau.

Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂

Thể tích khí H₂ sinh ra ở mỗi thí nghiệm theo thời gian được biểu diễn ở đồ thị bên.

a) Giải thích vì sao đồ thị màu đỏ ban đầu cao hơn đồ thị màu xanh.

b) Vì sao sau một thời gian, hai đường đồ thị lại chụm lại với nhau?

Giải nhanh:

a) Vì nhiệt độ càng cao, tốc độ phản ứng càng nhanh, khí thoát ra càng nhiều.

b) Vì khi đó, phản ứng đã dừng lại. Khi đó có cùng lượng kim loại và H₂SO₄ nên lượng khí thu được là như nhau.

Bài 5*: Phản ứng A → sản phẩm được thực hiện trong bình kín. Nồng độ của A tại các thời điểm t = 0; t = 1 phút; t = 2 phút lần lượt là 0,1563 M; 0,1496 M; 0,1431 M.

a) Tính tốc độ trung bình của phản ứng trong phút thứ nhất và từ phút thứ nhất tới hết phút thứ hai.

b) Vì sao hai giá trị tốc độ tính được không bằng nhau.

Giải nhanh:

a) Trong phút thứ nhất:

Từ phút thứ nhất tới hết phút thứ hai:

b) Vì nồng độ các chất giảm dần theo thời gian mà nồng độ ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng.