BÀI 19: TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG

MỞ ĐẦU

Làm thế nào có thể so sánh sự nhanh, chậm của các phản ứng hoá học để thúc đẩy hoặc kìm hãm chúng theo mong muốn?

Giải nhanh:

Dựa vào tốc độ phản ứng để so sánh.

I. TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG HOÁ HỌC

Câu 1: Xét phản ứng: H₂ + Cl₂ → 2HCl

Nghiên cứu sự thay đổi nồng độ một chất trong phản ứng theo thời gian, thu được đồ thị sau:

a) Đồ thị này mô tả sự thay đổi nồng độ theo thời gian của chất nào?

b) Nêu đơn vị của tốc độ phản ứng trong trường hợp này

Giải nhanh:

a)  Của HCl

b) Là mol/(L.min)

Hoạt động: Phản ứng phân huỷ H₂O₂:

H₂O₂ → H₂O + O₂

Kết quả thí nghiệm đo nồng độ H₂O₂ tại các thời điểm khác nhau được trình bày trên Bảng 19.1.

Biến thiên nồng độ trong khoảng thời gian từ 0 giờ đến 3 giờ là:

0,707 – 1,000 = -0,293 (mol/L)

(Dấu “-“ thể hiện rằng nồng độ H₂O₂ giảm dần khi phản ứng xảy ra).

Tốc độ phản ứng trong khoảng thời gian từ 0 giờ đến 3 giờ được tính như sau:

 v_tb = (mol / (L.h))

(Đặt dấu “-“ trước biểu thức để tốc độ phản ứng có giá trị dương.)

Thực hiện các yêu cầu sau:

1. Hãy tính tốc độ phản ứng theo nồng độ H₂O₂ trong các khoảng thời gian từ:

a) 3 giờ đến 6 giờ;           b) 6 giờ đến 9 giờ;           c) 9 giờ đến 12 giờ.

2. Nhận xét về sự thay đổi tốc độ phản ứng theo thời gian.

Giải nhanh:

1. a) V_tb =  mol/(L.h) 

b) V_tb =  mol/(L.h)

c) V_tb =  mol/(L.h)

2. Tốc độ phản ứng giảm dần theo thời gian.

Câu 3: Cho phản ứng của các chất ở thể khí:

2NO + 2H₂ → N₂ + 2H₂O

Hãy viết biểu thức tốc độ trung bình theo sự biến đổi nồng độ chất đầu và chất sản phẩm của phản ứng trên.

Giải nhanh:

II. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG

Hoạt động: Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng:

Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + S + SO₂ + H₂O

Chuẩn bị: Các dung dịch: Na₂S₂O₃ 0,05 M; Na₂S₂O₃ 0,10 M; Na₂S₂O₃ 0,30 M; H₂SO₄ 0,50 M; 3 bình tam giác; đồng hồ bấm giờ; tờ giấy trắng có kẻ chữ X.

Tiến hành:

- Cho vào mỗi bình tam giác 30 mL dung dịch Na₂S₂O₃ với các nồng độ tương ứng là 0,05 M; 0,10 M và 0,30 M. Đặt các bình lên tờ giấy trắng có kẻ sẵn chữ X.

- Rót nhanh vào mỗi bình 30 mL dung dịch H₂SO₄ 0,5 M và bắt đầu bấm giờ.

Lưu ý: Phản ứng có sinh ra khí độc. Cần tiến hành cẩn thận và tránh ngửi trực tiếp trên miệng bình tam giác.

Quan sát vạch chữ X trên tờ giấy dưới đáy bình, ghi lại thời điểm không nhìn thấy vạch chữ X nữa và trả lời câu hỏi:

1. Phản ứng ở bình nào xảy ra nhanh nhất? Chậm nhất?

2. Nồng độ ảnh hưởng thế nào đến tốc độ phản ứng?

Giải nhanh:

1. Nhanh nhất: bình chứa dung dịch 0,3 M. 

Chậm nhất: bình chứa dung dịch 0,05 M.

2. Nồng độ tăng thì tốc độ phản ứng tăng.

Câu 3: Cho phản ứng của các chất ở thể tích khí: I₂ + H₂ → 2HI.

Biết tốc độ phản ứng tỉ lệ thuận với nồng độ của các chất tham gia phản ứng với số mũ là hệ số tỉ lượng của chất đó trong phương trình hóa học.

a) Hãy viết phương trình tốc độ của phản ứng này.

b) Ở một nhiệt độ xác định, hằng số tốc độ phản ứng này là 2,5.10^-4L/(mol.s). Nồng độ đầu của I₂  và H₂ lần lượt là 0,02 M và 0,03 M. Hãy tính tốc độ phản ứng:

- Tại thời điểm đầu.

- Tại thời điểm đã hết một nửa lượng I₂.

Giải nhanh:

a) v = k.C_X.C_Y

b) Thời điểm đầu: v = 2,5.10^-4.0,02.0,03 = 1,5.10^-7 mol/(L.s)

Thời điểm X: C_X = 0,01 M; C_Y = 0,02 M.

Tốc độ phản ứng v = 5.10^-8 mol/(L.s)

Câu 4: Nêu mối liên hệ giữa nồng độ và áp suất của khí trong hỗn hợp

Giải nhanh:

Áp suất tăng, nồng độ chất khí tăng.

Câu 5: Áp suất ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng nào sau đây?

N₂(g) + 3H₂(g)  2NH₃ (g)                                               (1)

CO₂(g) + Ca(OH)₂(aq) → CaCO₃(s) + H₂O (l)                           (2)

SiO₂(s) + CaO(s) → CaSiO₃(s)                                                  (3)

BaCl₂(aq) + H₂SO₄(aq) → BaSO₄(s) + 2HCl(aq)                       (4)

Giải nhanh:

Phản ứng 1 và 2.

Hoạt động: Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng:

Mg + 2H₂O → Mg(OH)₂ + H₂

Chuẩn bị: Mg dạng phoi bào, dung dịch phenolphthalein, nước cất, 2 ống nghiệm, đèn cồn, kẹp gỗ.

Tiến hành:

- Cho vào mỗi ống nghiệm khoảng 3 mL nước cất.

- Nhỏ vào mỗi ống nghiệm 1 – 2 giọt phenolphthalein và cho vào mỗi ống 1 mẫu phoi bào Mg.

- Đun nóng 1 ống nghiệm.

Lưu ý: Làm sạch bề mặt Mg trước khi tiến hành thí nghiệm.

Quan sát và trả lời câu hỏi:

1. Sự thay đổi màu sắc trong ống nghiệm nào nhanh hơn?

2. Nhiệt độ ảnh hưởng như thế nào đến tốc độ phản ứng?

Giải nhanh:

1. Trong ống nghiệm đun nóng.

2. Nhiệt độ tăng, tốc độ phản ứng tăng.

Câu 6: Hãy giải thích tại sao khi nhiệt độ tăng thì tốc độ phản ứng tăng

Giải nhanh:

Nhiệt độ tăng, các hạt chuyển động nhanh hơn, động năng cao hơn → số va chạm tăng, tốc độ phản ứng tăng.

Câu 7: Nêu ý nghĩa của hệ số nhiệt độ Van’t Hof.

Giải nhanh:

Cho biết khi nhiệt độ tăng 10 ^oC thì tốc độ phản ứng tăng bao nhiêu lần.

Câu 8: Ở 20^oC, tốc độ một phản ứng là 0,05 mol/(L.min). Ở 30^oC, tốc độ phản ứng này là 0,15 mol/(L.min).

a) Hãy tính hệ số nhiệt độ Van’t Hof của phản ứng trên.

b) Dự đoán tốc độ phản ứng trên ở 40^oC (giả thiết hệ số nhiệt độ  trong khoảng nhiệt độ này không đổi).

Giải nhanh:

a) γ = 3

b) Tốc độ 0,45 mol/(L.min).

Hoạt động: Nghiên cứu ảnh hưởng của diện tích bề mặt đến tốc độ phản ứng:

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂ + H₂O

Chuẩn bị: 2 bình tam giác, dung dịch HCl 0,5 M, đá vôi dạng viên, đá vôi đập nhỏ.

Tiến hành:

- Cho cùng một lượng (khoảng 2 g) đá vôi dạng viên vào bình tam giác (1) và đá vôi đập nhỏ vào bình tam giác (2).

- Rót 20 mL dung dịch HCl 0,5 M vào mỗi bình.

Quan sát hiện tượng và thực hiện yêu cầu sau:

1. Phản ứng trong bình nào có tốc độ thoát khí nhanh hơn?

2. Đá vôi dạng nào có tổng diện tích bề mặt lớn hơn?

3. Nêu ảnh hưởng của diện tích bề mặt tiếp xúc đến tốc độ phản ứng.

Giải nhanh:

1. Trong bình 2 chứa đá vôi đập nhỏ

2. Đá vôi khi đập nhỏ

3. Diện tích bề mặt tiếp xúc tăng thì tốc độ phản ứng tăng.

Hoạt động: Nghiên cứu ảnh hưởng của chất xúc tác đến tốc độ phản ứng:

2H₂O₂ → 2H₂O + O_2­

Chuẩn bị: 2 bình tam giác; dung dịch H₂O₂ 10%, MnO₂.

Tiến hành:

- Rót vào 2 bình tam giác, mỗi bình 20 mL dung dịch H₂O₂ 10%.

- Thêm khoảng 0,1 g xúc tác MnO₂ vào một bình và lắc đều.

Quan sát hiện tượng và thực hiện yêu cầu sau:

1. So sánh tốc độ thoát khí ở hai bình.

2. Chất xúc tác ảnh hưởng thế nào đến tốc độ phản ứng?

Giải nhanh:

1. Bình cho xúc tác MnO₂ có tốc độ thoát khí nhanh hơn

2. Có xúc tác thì tốc độ phản ứng tăng.

Câu 9: Thực hiện hai phản ứng phân hủy H₂O₂: một phản ứng có xúc tác MnO₂, một phản ứng không xúc tác. Đo thể tích khí oxygen theo thời gian và biểu diễn trên đồ thị như hình bên.

Đường phản ứng nào trên đồ thị tương ứng với phản ứng có xúc tác, với phản ứng không có xúc tác?

Giải nhanh:

Đường b ứng với trường hợp có xúc tác, đường a ứng với trường hợp không có xúc tác.

III. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA VIỆC THAY ĐỔI TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG

Câu 10: Yếu tố nào đã được áp dụng để làm thay đổi tốc độ của các phản ứng trong hình 19.7?

Giải nhanh:

a) Nồng độ oxygen; b) Nhiệt độ giảm; c) Thêm chất xúc tác

Câu 11: Phản ứng tạo NO từ NH­3 là một giai đoạn trung gian trong quá trình sản xuất nitric acid: 4NH3(g)  + 5O2(g)  → 4NO(g) + 6 H2O(g)

Hãy nêu một số cách để tăng tốc độ phản ứng này.

Giải nhanh:

- Tăng áp suất (tăng nồng độ) chất tham gia

- Tăng nhiệt độ

- Dùng xúc tác…