- LÍ THUYẾT 1. TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG HÓA HỌC Xét phản ứng trong hệ đồng thể: nA + mB pC + qD = 1 A dC n dt = 1 B dC m dt = 1 C dC p dt = 1 D dC q dt 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC VÀ BẬC PHẢN ỨNG v = k[A] [B] k là hằng số tốc độ của phản ứng. , là bậc riêng phần của A và của B. Tổng + là bậc toàn phần của phản ứng. Bậc của phản ứng được xác định bằng thực nghiệm, có thể là số nguyên, phân số, dương, âm hoặc có thể bằng không. Ví dụ 1: Phản ứng CH 3 CH=O CH 4 + CO Phương trình động học có dạng: = k[CH 3 CHO] 3 2 , bậc của phản ứng 3. 2 Ví dụ 2: Phản ứng CH 3 COCH 3 + I 2 CH 3 COCH 2 I + HI Phương trình động học có dạng: v = k[CH 3 COCH 3 ], bậc của phản ứng = 1. Đây là phản ứng phức tạp xảy ra theo hai giai đoạn: (1) enol hoá CH 3 COCH 3 CH 3 –C(OH)=CH 2 (2) CH 3 –C(OH)=CH 2 + I 2 CH 3 –CO–CH 2 I + HI Giai đoạn (1) xảy ra chậm hơn nhiều so với giai đoạn (2) nên giai đoạn (1) sẽ quyết định tốc độ của phản ứng. 3. PHÂN LOẠI PHẢN ỨNG Khi nghiên cứu động hoá học của phản ứng, để thuận tiện người ta chia phản ứng ra thành hai loại: a) Phản ứng đơn giản (hay còn gọi là phản ứng sơ cấp) là phản ứng một chiều chỉ xảy ra trong một giai đoạn duy nhất, nghĩa là phản ứng đi trực tiếp từ tác chất tạo sản phẩm mà không có tạo các chất trung gian. b) Những phản ứng không thỏa mãn điều kiện trên được gọi là phản ứng phức tạp. Ví dụ:-Phản ứng NO + O 3 NO 2 + O 2 là phản ứng đơn giản vì phản ứng chỉ xảy ra một giai đoạn duy nhất.-Phản ứng: 2N 2 O 5 4NO 2 + O 2 là phản ứng phức tạp vì phản ứng này trải qua hai giai đoạn nối tiếp: N 2 O 5 N 2 O 3 + O 2 N 2 O 3 + N 2 O 5 4NO 2
- 1. học phản ứng đồng thể một chiều có bậc đơn 02/9/2009 giản (3tiết) 3.1. Phản ứng một chiều bậc nhất 3.2. Phản ứng một chiều bậc hai 3.3. Phản ứng một chiều bậc 3 3.4. Phản ứng bậc không 3.5. Phản ứng một chiều bậc n 3.6. Phản ứng bậc phân số 3.7. Bài tập
- 2. một chiều bậc nhất (1) A sản phẩm A W = - dC = A kC dt t A dC ò = -ò A kdt C 0 C C A 0 A kt ln C C 0 A = A 0 kt CA CA.e= - 0 A k.t 2 ln C = Þ 0 1/2 A C t ln2 1/2 = k Theo định luật tác dụng khối lượng: Tích phân 2 vế: Phương trình động học của phản ứng bậc 1: Hoặc Gọi t1/2: là thời gian chất A phân hủy hết một nữa (chu kỳ bán hủy) Ta có: (1) Chu kỳ bán hủy của phản ứng bậc nhất không phụ thuộc nồng độ và tỷ lệ nghịch với hằng số tốc độ phản ứng.
- 3. một chiều bậc nhất (2) Ví dụ1: Lượng chất phóng xạ Poloni sau 14 ngày giảm đi 6,85% so với ban đầu. Biết phản ứng phóng xạ là bậc 1. Tính hằng số tốc độ phản ứng và chu kỳ bán hủy của Poloni ? Giải: Vì phản ứng là bậc 1, ta có phương trình động học cho phản ứng bậc 1: 0 A = ln C 1 k t C A Hằng số tốc độ của phản ứng trên là: 0,00507 k 1 0 Poloni C 0,9315 ln 14 0 1 = = Poloni C Chu kỳ bán hủy là: (ngày)-1 136,7 t ln 2 0,693 1/2 = = = 0,00507 k (ngày)
- 4. một chiều bậc nhất (3) Ví dụ 2: Trong một phản ứng bậc nhất tiến hành ở 270C, nồng độ chất đầu giảm đi một nửa sau 5000 giây. Ở 370C, nồng độ giảm đi một nửa sau 1000 giây. Tính hằng số tốc độ phản ứng ở 270C, 370C. Giải: Vì phản ứng là bậc 1 nên ta có hằng số tốc độ tại nhiệt độ 270C là: k ln2 4 1 1,386.10 ( ) 0,693 5000 t 1 2 1 = = = - s- Hằng số tốc độ tại nhiệt độ 370C là: k ln2 4 1 6,93.10 ( ) 0,693 1000 t 1 2 1 = = = - s-
- 5. một chiều bậc hai (1) 3.2.1. Dạng 2A Sản phẩm CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 2 A W = - dC = A kC dt kt A dC - ò A = C 0 A C C 2 A kt 1 - = C 1 C 0 A A kt 1 = + C 1 C 0 A A 0 A t = 1 1 2 kC Phương trình động học: Lấy tích phân 2 vế: Suy ra: Hoặc: Chu kỳ bán hủy:
- 6. một chiều bậc hai (2) 3.2.2. Dạng A + B Sản phẩm 0 B 0 CA ¹ C A kC C dt A B W = - dC = kt ln C .C C .C 1 C C A 0 B B 0 A 0 A 0 B = - 0 ( ) 0 ln C = - + C C kt ln C 0 B A A 0 B B A C C Trong trường hợp thì biểu thức tốc độ phản ứng bậc hai sẽ có dạng: Lấy tích phân 2 vế, ta được: hay:
- 7. một chiều bậc hai (3) Ví dụ 3: Trong 10 phút, phản ứng giữa hai chất xảy ra hết 25% lượng ban đầu. Tính chu kỳ bán hủy của phản ứng nếu nồng độ ban đầu hai chất trong phản ứng bậc hai là như nhau. Giải: Nồng độ ban đầu hai chất bằng nhau, ta có: kt 1 - = C 1 C 0 A A 1 1 Hằng số tốc độ của phản ứng là: - = k 0 A 10 C 0,75C 0 A 1 30 0 A C Þ k = 1 Chu kỳ bán hủy của phản ứng là = = 30 ( ph ) 1 2 0 kC t A
- 8. một chiều bậc 3 (1) 3A Sản phẩm 2A + B Sản phẩm A + B + C Sản phẩm Biểu thức tốc độ trong ba trường hợp có thể viết: A kC C C dt 0 C W = - dC = W = - dC = 0 B 0 Xét trường hợp đơn giản CA =C =C 1 - = Lấy tích phân phương trình (1), ta được: ( ) 2kt C 1 C 0 2 A 2 A hay: 1 = + 2kt 1 ( 0 )2 A 2 A C C t = 3 Chu kỳ bán hủy: ( 0 )2 A 1/2 2k C 3 A A kC dt B 2 A A kC C dt A B C W = - dC = (1) (2) (3)
- 9. một chiều bậc 0 (1) Trong thực tế có tồn tại một số phản ứng mà tốc độ của nó không biến đổi khi nồng độ hoặc áp suất riêng phần của chất tham gia phản ứng thay đổi. Đó là phản ứng quang hóa, phản ưng có xúc tác, các phản ứng dị thể và nhiều phản ứng men. Tốc độ của những phản ứng đó xác định qua các yếu tố như lượng ánh sáng hấp thụ, lượng xúc tác đưa vào … Phaûn öùng 1 chieàu baäc 0 laø phaûn öùng maø toác ñoä cuûa noù khoâng phuï thuoäc vaøo noàng ñoä caùc chaát tham gia. W = - dC = kC0 = k dt Lấy tích phân ta được: C0 – C = kt Nghĩa là nồng độ chất phản ứng giảm tuyến tính theo thời gian. t C Chu kỳ bán hủy: 0 1/2 2 k =
- 10. một chiều bậc n (1) ÔÛ ñaây ta chæ xeùt tröôøng hôïp phaûn öùng coù baäc n ñoái vôùi chaát A töùc laø PT toång quaùt coù daïng: nA sản phẩm Hoaëc laø baäc nhaát ñoái vôùi n chaát tham gia phaûn öùng: A + B + C + D + ... sản phẩm a = b = c = ... PT toång quaùt: W = - dC = kCn dt Lấy tích phân và lưu ý điều kiện đầu, C = C0 khi t = 0, nhận được: 1 - 1 = ( n - 1). kt C n - 1 C n - 1 0 - 1 2 1 ( 1). 1/2 1 0 n n t n kC - = - - Thời gian bán hủy tính được khi thay C = C0/2 (n ¹ 1)
- 11. bậc phân số Thường gặp ở những quá trình dị thể xúc tác, có sự hấp phụ chất tham gia phản ứng lên bề mặt xúc tác rắn, các phản ứng dây chuyền, phản ứng phức tạp. Phản ứng biến đổi ortho thành para hidro: o – H2 ® p – H2 ( n = 3/2) Phản ứng hình thành photgen trong pha khí: CO + Cl2 ® COCl2 (n = 3/2 theo Cl2 và n = 1 theo CO) Phản ứng phân hủy ozon được xúc tác bởi clo: 2 O3 = 3 O2 (n= 3/2) và nhiều phản ứng xúc tác dị thể.
- 12. KHÁI tập NIỆM CƠ BẢN Ví dụ 4. Trong 10 phút hai phản ứng bậc một và hai đều phản ứng hết 40%. Tính thời gian để hai phản ứng đều hết 60% khi cho nồng độ ban đầu của phản ứng bậc 2 là như nhau. Đ = M n Đ = M nz Đ = M n 0,0511 ln C k 1 0 0,6C 10 A 0 = × A = 1 - 1 = kt Þ 1 - 1 = 10k C C o 0,6C o C o A A A A k 1 1 1 = - = o o o 6C 10C 15C A A A Đối với phản ứng bậc 1: Thời gian (ph) để phản ứng hết 60% lượng chất là: Đối với phản ứng bậc 2: Hằng số tốc độ của phản ứng là: Thời gian (ph) để phản ứng hết 60% lượng chất là: (phút-1)
- 13. Hằng số tốc độ phản ứng xà phòng hóa etylacetat bằng xút ở 283K là 2,38 l.đlg-1.ph-1. Tính thời gian cần thiết để xà phòng hóa 50% luợng etylacetat ở nhiệt độ trên, nếu trộn 1lít dung dịch etyl acetat 1/20N với: a, 1 lít dung dịch xút 1/20N b, 1 lít dung dịch xút 1/10N. a, Khi trộn 1lít dung dịch etylacetat 1/20N với 1 lít dung dịch NaOH 1/20N ta có: C C 1 0,025N o o A B = = = 40 Thời gian phản ứng hết 50% lượng chất cũng chính là chu kỳ bán hủy của phản ứng đó. t t 1 1 16,8(phut) = = = = 1/2 50% o kC 2,38.0,025 A
- 14. 1lít dung dịch etylacetat 1/20N với 1 lít dung dịch NaOH 1/10N ta có: o o CA ¹ CB C 1 0,025N o A = = 40 và C 1 0,05N Thời gian (phút) phản ứng hết 50% lượng chất là: oB = = 20 ´ - 2 0,05 0,025 t = t = 1 ln = 6,8 (phut) ( ) ( ) 1/2 50% - 2,38 0,05 0,025 0,05
- 15. NơnIỆg Mtr ìCnƠh tBrạẢnNg thái khí Phương trình trạng thái khí lý tưởng có dạng như sau: hay PV = m × PV = nRT RT M Số trị của R phụ thuộc vào các đơn vị đo: P V R Đơn vị atm lit 0,08205 l atm mol-1 K-1 mmHg ml 62400 ml mmHg mol-1 K-1 N/m2 m3 8,3144 J mol-1K-1
|
