BÀI 15: PHƯƠNG TRÌNH TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG VÀ HẲNG SỐ TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG

MỞ ĐẦU

Trong tự nhiên có những phản ứng xảy ra rất nhanh, như phản ứng nổ của pháo hoa, phản ứng cháy của que diêm,… nhưng cũng có những phản ứng xảy ra chậm hơn, như quá trình oxi hoá các kim loại sắt, đồng trong khí quyển, sự ăn mòn vỏ tàu biển làm bằng thép,… Để đánh giá mức độ nhanh hay chậm của một phản ứng hoá học cần dùng đại lượng nào? Cách tính ra sao?

Giải nhanh:

- Dùng tốc độ phản ứng để đánh giá.

- Xét phản ứng: aA + bB → cC + dD

+ Tốc độ tức thời: v=k×CAaCBb 

Với k là hằng số tốc độ phản ứng; 

C_A; C_B là nồng độ (M) chất A, B tại thời điểm đang xét.

+ Tốc độ trung bình: v=-1aCAΔt=-1bCBΔt=1cCCΔt=1dCDΔt

∆C = C₂ – C₁: sự biến thiên nồng độ

∆t = t₂ – t₁ : biến thiên thời gian

C₁, C₂: nồng độ của chất tại thời điểm t₁ và t₂.

1. TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG

Thảo luận 1: Quan sát hình trong phần Khởi động, nhận xét về mức độ nhanh hay chậm của phản ứng hóa học xảy ra trong đám cháy lá cây khô và thân tàu biển bị oxi hóa trong điều kiện tự nhiên.

Giải nhanh:

Lá cây cháy nhanh, thân tàu biển bị oxi hoá chậm.

Thảo luận 2: Trong tự nhiên và cuộc sống, ở cùng điều kiện, nhiều chất khác nhau sẽ biến đổi hóa học nhanh, chậm khác nhau; với cùng một chất, trong điều kiện khác nhau cũng biến đổi hóa học nhanh, chậm khác nhau. Tìm các ví dụ minh họa cho 2 nhận định trên.

Giải nhanh:

- Nhiều chất khác nhau: gas đang cháy trong động cơ đốt, quá trình hô hấp của sinh vật, quá trình quang hợp ở cây xanh, quá trình xâm thực của nước mưa…

- Cùng một chất: thép dùng để tạp chi tiết máy trong động cơ đốt bị oxi hoá nhanh hơn vật liệu thép sử dụng trong công trình xây dựng.

Thảo luận 3: Quan sát hình 15.1, cho biết nồng độ của chất phản ứng và sản phẩm thay đổi như thế nào theo thời gian.

Giải nhanh:

Nồng độ chất tham gia giảm dần, nồng độ sản phẩm tăng dần.

Luyện tập: Xét phản ứng phân hủy N₂O₅ ở 45^oC

N₂O₅(g) → N₂O₄(g) + 12O₂(g)

Sau 184 giây đầu tiên, nồng độ của N₂O₄ là 0,25M. Tính tốc độ trung bình của phản ứng theo N₂O₄ trong khoảng thời gian trên.

Giải nhanh:

v=0,25184=1,36-3(M/s)

2. BIỂU THỨC TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG

Thảo luận 4: Theo định luật tác dụng khối lượng, tốc độ phản ứng thay đổi như thế nào khi tăng hoặc giảm nồng độ chất phản ứng.

Giải nhanh:

Khi tăng nồng độ chất phản ứng thì tốc độ phản ứng tăng và ngược lại.

Thảo luận 5: Trong tự nhiên và cuộc sống, có nhiều phản ứng hóa học xảy ra với tốc độ khác nhau phụ thuộc vào nồng độ chất phản ứng, tìm các ví dụ minh họa.

Giải nhanh:

PTHH: Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + S (kết tủa trắng đục) + SO₂ + H₂O 

Tăng nồng độ Na₂S₂O₃ thì tốc độ phản ứng tăng nhanh.

Luyện tập: Cho phản ứng đơn giản sau:

H₂(g) + Cl₂(g) → 2HCl(g)

a) Viết biểu thức tốc độ tức thời của phản ứng trên.

b) Tốc độ phản ứng thay đổi thế nào khi nồng độ H₂ giảm 2 lần và giữ nguyên nồng độ Cl₂?

Giải nhanh:

a) v=k×CH2CCl2

b) v₁ = k×CH22CCl2=12v.

Vậy tốc độ phản ứng giảm 2 lần.

Vận dụng: Dưới đây là một số hiện tượng xảy ra trong đời sống, hãy sắp xếp theo thứ tự tốc độ giảm dần:

Nướng bánh mì  (1)

Đốt gas khi nấu ăn (2)

Lên men sữa tạo sữa chua (3)

Tấm tôn thiếc bị gỉ sét  (4)

Giải nhanh:

Thứ tự đúng: 2, 1, 3, 4.

BÀI TẬP

Bài 1: Cho phản ứng đơn giản xảy ra trong bình kín: 2NO(g) + O₂(g) → 2NO₂(g)

a) Viết biểu thức tốc độ tức thời của phản ứng

b) Ở nhiệt độ không đổi, tốc độ phản ứng thay đổi thế nào khi

- nồng độ O₂ tăng 3 lần, nồng độ NO không đổi?

- nồng độ NO tăng 3 lần, nồng độ O₂ không đổi?

- nồng độ NO và O₂ đều tăng 3 lần?

Giải nhanh:

a) v = k×CNO2CO2

b) - nồng độ O₂ tăng 3 lần, nồng độ NO không đổi:

v₁ = k×CNO2×3×CO2=3v → tăng 3 lần

- nồng độ NO tăng 3 lần, nồng độ O₂ không đổi:

v₂ = k×3×CNO2CO2=9v → tăng 9 lần

- nồng độ NO và O₂ đều tăng 3 lần:

v₃ = k×3×CNO2×3×CO2=27v → tăng 27 lần

Bài 2: Giải thích tại sao tốc độ tiêu hao của NO (M/s) và tốc độ tạo thành của N₂(M/s) không giống nhau trong phản ứng:

2CO(g) + 2NO → 2CO₂(g) + N₂(g)

Giải nhanh:

Ta có: v=-12∆CNO∆t=∆CN2∆t=>-∆CNO=2∆CN2

Bài 3: Cho phản ứng:

2N₂O(g) → 4NO₂(g) + O₂(g)

Sau thời gian từ giây 61 đến giây 120, nồng độ NO₂ tăng từ 0,30 M lên 0,40 M. Tính tốc độ trung bình của phản ứng.

Giải nhanh:

v=0,4-0,34×60=4,2×10-4 M/s

Bài 4: Dữ liệu thí nghiệm của phản ứng: SO₂Cl₂(g) → SO₂(g) + Cl₂(g) được trình bày ở bảng sau:

a) Tính tốc độ trung bình 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?

Giải nhanh:

a) C_M(SO₂Cl₂) = C_M(SO₂) = C_M(Cl₂) = 0,13 M

v=0,13100=1,3×10-3 (M/phút)

b) Nồng độ còn: 1 – 0,13 = 0,87 M

c) Lúc này, nồng độ SO₂ = nồng độ Cl₂ = 1 – 0,78 = 0,22 M