BÀI TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG HÓA HỌC
PHẦN I
I - KHÁI NIỆM VỀ TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG HÓA HỌC
1. Thí nghiệm
Chuẩn bị ba dung dịch BaCl2, Na2S2O3 và H2SO4 có cùng nồng độ là 0,1 mol/l để thực hiện hai phản ứng sau:
BaCl2 + H2SO4 → BaSO4↓ + 2HCl (1)
Na2S2O3 + H2SO4 → S↓+ SO2 + H2O + Na2SO4 (2)
[media=youtube]eEGQMvig4j8[/media]
a) Đổ 25 ml dung dịch H2SO4 vào cốc khác đựng 25 ml dung dịch Na2S2O3, một lát sau mới thấy màu trắng đục của S xuất hiện.
Từ hai thí nghiệm trên ta thấy rằng, phản ứng (1) xảy ra nhanh hơn phản ứng (2).
Nói chung, các phản ứng hóa học khác nhau xảy ra nhanh, chậm rất khác nhau. Để đánh giá mức độ xảy ra nhanh hay chậm của các phản ứng, người ta đưa ra khái niệm tốc độ phản ứng hóa học, gọi tắt là tốc độ phản ứng.
2. Tốc độ phản ứng
Mọi phản ứng hóa học đều có thể biểu diễn bằng phương trình tổng quát sau:
Các chất phản ứng → Các sản phẩm
Trong quá trình diễn biến của phản ứng, nồng độ các chất phản ứng giảm dần, đồng thời nồng độ các sản phẩm tăng dần. Phản ứng xảy ra càng nhanh thì trong một đơn vị thời gian nồng độ các chất phản ứng giảm và nồng độ các sản phẩm tăng càng nhiều. Như vậy, có thể dùng độ biến thiên nồng độ theo thời gian của một chất bất kì trong phản ứng làm thước đo tốc độ phản ứng.
Tốc độ phản ứng là độ biến thiên nồng độ của một trong các chất phản ứng hoặc sản phẩm trong một đơn vị thời gian.
Nồng độ thường được tính bằng mol/l, còn đơn vị thời gian có thể là giây (s), phút (ph), giờ (h),...
Tốc độ phản ứng được xác định bằng thực nghiệm.
3. Tốc độ trung bình của phản ứng
Xét phản ứng: A→B
Ở thời điểm t1, nồng độ chất A (chất phản ứng) là C[SUB]1[/SUB] mol/l. Ở thời điểm t2, nồng độ chất A là C[SUB]2[/SUB] mol/l (C[SUB]2[/SUB]<C[SUB]1[/SUB] vì trong quá trình diễn ra phản ứng nồng độ chất A giảm dần)
Tốc độ của phản ứng tính theo chất A trong khoảng thời gian từ t1 đến t2 được xác định như sau:
[FONT=MathJax_Math]v[FONT=MathJax_Main]¯
[FONT=MathJax_Main]=[/FONT][FONT=MathJax_Math]C[/FONT][FONT=MathJax_Main]1[/FONT][FONT=MathJax_Main]−[/FONT][FONT=MathJax_Math]C[/FONT][FONT=MathJax_Main]2 / ([/FONT][FONT=MathJax_Math]t[/FONT][FONT=MathJax_Main]2[/FONT][FONT=MathJax_Main]−[/FONT][FONT=MathJax_Math]t[/FONT][FONT=MathJax_Main]1) [/FONT][FONT=MathJax_Main]= [/FONT][FONT=MathJax_Main]− [/FONT][FONT=MathJax_Math]C[/FONT][FONT=MathJax_Main]2[/FONT][FONT=MathJax_Main]−[/FONT][FONT=MathJax_Math]C[/FONT][FONT=MathJax_Main]1 / ([/FONT][FONT=MathJax_Math]t[/FONT][FONT=MathJax_Main]2[/FONT][FONT=MathJax_Main]−[/FONT][FONT=MathJax_Math]t[/FONT][FONT=MathJax_Main]1) [/FONT][FONT=MathJax_Main]= [/FONT][FONT=MathJax_Main]− [/FONT][FONT=MathJax_Main]Δ[/FONT][FONT=MathJax_Math]C / [/FONT][FONT=MathJax_Main]Δ[/FONT][FONT=MathJax_Math]t[/FONT][/FONT]
Nếu tốc độ được tính theo sản phẩm B thì:
Ở thời điểm t1, nồng độ chất B là C1 mol/l. Ở thời điểm t2 nồng độ chất B là C2 mol/l (C2>C1 vì nồng độ chất B tăng theo thời gian xảy ra phản ứng). Ta có:
[FONT=MathJax_Main]v¯[FONT=MathJax_Main]=[/FONT][FONT=MathJax_Math]C[/FONT][FONT=MathJax_Main]2[/FONT][FONT=MathJax_Main]−[/FONT][FONT=MathJax_Math]C[/FONT][FONT=MathJax_Main]1 / [/FONT][FONT=MathJax_Math]t[/FONT][FONT=MathJax_Main]2[/FONT][FONT=MathJax_Main]−[/FONT][FONT=MathJax_Math]t[/FONT][FONT=MathJax_Main]1 [/FONT][FONT=MathJax_Main]= [/FONT][FONT=MathJax_Main]+ [/FONT][FONT=MathJax_Main]Δ[/FONT][FONT=MathJax_Math]C / [/FONT][FONT=MathJax_Main]Δ[/FONT][FONT=MathJax_Math]t[/FONT][/FONT]
Trong đó, v¯ là tốc độ trung bình của phản ứng trong khoảng thời gian từ t1 đến t2.
Thí dụ, xét phản ứng sau xảy ra trong dung dịch CCl[SUB]4[/SUB] ở 45[SUP]o[/SUP]C:
N2O5 → N2O4 + 1/2 O2 (3)
Bằng cách đo thể tích oxi thoát ra, ta có thể tính được nồng độ N2O5 ở từng thời điểm diễn biến của phản ứng. Từ đó lập được bảng 7.1.
Bảng 7.1:
Sự phân hủy của N2O5 trong dung môi CCl4 ở 45[SUP]o[/SUP]C
Từ các số liệu trong bảng 7.1, ta thấy tốc độ trung bình của phản ứng giảm dần theo thời gian, ứng với sự giảm dần của nồng độ chất phản ứng N2O5, do đó người ta thường xác định tốc độ ở từng thời điểm, được gọi là tốc độ tức thời (v) .
Ghi chú: Hệ số tỉ lượng các chất trong phương trình hóa học của một phản ứng thường khác nhau, do đó để quy tốc độ của một phản ứng về cùng một giá trị, trong công thức tính tốc độ phản ứng cần chia thêm cho hệ số tỉ lượng của chất được lấy để tính tốc độ. Chẳng hạn, đối với phản ứng (3) đã đưa ra ở trên, công thức tính tốc độ trung bình theo oxi như sau:
[FONT=MathJax_Math]v[FONT=MathJax_Main]¯[/FONT][FONT=MathJax_Main]=[/FONT][FONT=MathJax_Main]+[/FONT][FONT=MathJax_Main]Δ[/FONT][FONT=MathJax_Math]C / [/FONT][FONT=MathJax_Main]0[/FONT][FONT=MathJax_Main],[/FONT][FONT=MathJax_Main]5[/FONT][FONT=MathJax_Main]Δ[/FONT][FONT=MathJax_Math]t[/FONT][/FONT]
Thí dụ, sau 184 giây đầu tiên, nồng độ oxi tạo thành theo phản ứng (3) bằng một nửa nồng độ N2O5 đã phản ứng, nghĩa là bằng 0,25/2 = 0,125 mol/l (xem bảng 7.1).
Tốc độ trung bình của phản ứng trong khoảng 184 giây đầu tiên tính theo oxi là:
[/FONT]
[FONT=MathJax_Math]v[FONT=MathJax_Main]¯[/FONT][FONT=MathJax_Main]= [/FONT][FONT=MathJax_Main]+ [/FONT][FONT=MathJax_Main]0[/FONT][FONT=MathJax_Main],[/FONT][FONT=MathJax_Main]125 / [/FONT][FONT=MathJax_Main]0[/FONT][FONT=MathJax_Main],[/FONT][FONT=MathJax_Main]5[/FONT][FONT=MathJax_Main]×[/FONT][FONT=MathJax_Main]184 [/FONT][FONT=MathJax_Main]= [/FONT][FONT=MathJax_Main]1[/FONT][FONT=MathJax_Main],[/FONT][FONT=MathJax_Main]36.10[/FONT][SUP][FONT=MathJax_Main]−[/FONT][FONT=MathJax_Main]3[/FONT][/SUP][FONT=MathJax_Math]m[/FONT][FONT=MathJax_Math]o[/FONT][FONT=MathJax_Math]l[/FONT][FONT=MathJax_Main]/[/FONT][FONT=MathJax_Main]([/FONT][FONT=MathJax_Math]l[/FONT][FONT=MathJax_Main].[/FONT][FONT=MathJax_Math]s[/FONT][FONT=MathJax_Main])[/FONT][/FONT]
