Bài 19. Tốc độ phản ứng

Mục tiêu bài học

• Nêu được khái niệm tốc độ phản ứng và cách tính tốc độ trung bình của phản ứng.
• Viết được biểu thức tốc độ phản ứng theo định luật tác dụng khối lượng và nêu ý nghĩa hằng số tốc độ.
• Giải thích được ảnh hưởng của nồng độ, áp suất, nhiệt độ, diện tích bề mặt và chất xúc tác tới tốc độ phản ứng.
• Vận dụng hệ số nhiệt độ Van't Hoff để tính tốc độ phản ứng ở nhiệt độ khác.
• Tiến hành được thí nghiệm khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng.

Khái niệm chính

Tốc độ phản ứng

Đại lượng đặc trưng cho sự thay đổi lượng chất đầu hoặc sản phẩm trong một đơn vị thời gian.

Tốc độ trung bình

Tốc độ tính trong một khoảng thời gian, từ biến thiên nồng độ chia cho khoảng thời gian và hệ số tỉ lượng.

Hằng số tốc độ ($k$)

Tốc độ phản ứng khi nồng độ các chất đầu đều bằng 1 mol/L; chỉ phụ thuộc bản chất phản ứng và nhiệt độ.

Năng lượng hoạt hoá ($E_a$)

Năng lượng tối thiểu các hạt cần có để va chạm gây ra phản ứng.

Va chạm hiệu quả

Va chạm giữa các hạt có đủ năng lượng và định hướng phù hợp để tạo sản phẩm.

Chất xúc tác

Chất làm tăng tốc độ phản ứng nhưng không bị tiêu hao, nhờ tạo đường phản ứng có năng lượng hoạt hoá thấp hơn.

Hệ số nhiệt độ Van't Hoff ($\gamma$)

Số lần tốc độ phản ứng tăng khi nhiệt độ tăng thêm 10 °C, thường từ 2 đến 4.

Công thức

• $\overline{v} = -\frac{1}{a}\frac{\Delta C_A}{\Delta t} = -\frac{1}{b}\frac{\Delta C_B}{\Delta t} = \frac{1}{c}\frac{\Delta C_C}{\Delta t} = \frac{1}{d}\frac{\Delta C_D}{\Delta t}$

  Tốc độ trung bình của phản ứng $aA + bB \rightarrow cC + dD$; dấu trừ giúp tốc độ dương khi nồng độ chất đầu giảm.

  • $\overline{v}$Tốc độ trung bình của phản ứng(mol/(L·s))
  • $\Delta C$Biến thiên nồng độ của một chất(mol/L)
  • $\Delta t$Khoảng thời gian(s)
  • $a, b, c, d$Hệ số tỉ lượng trong phương trình

• $v = k\,C_A^{a}\,C_B^{b}$

  Định luật tác dụng khối lượng cho phản ứng đơn giản $aA + bB \rightarrow$ sản phẩm: tốc độ tỉ lệ với tích nồng độ chất đầu luỹ thừa theo hệ số.

  • $v$Tốc độ phản ứng tại thời điểm xét(mol/(L·s))
  • $k$Hằng số tốc độ
  • $C_A, C_B$Nồng độ chất A, B(mol/L)

• $\frac{v_{T_2}}{v_{T_1}} = \gamma^{\frac{T_2 - T_1}{10}}$

  Quy tắc Van't Hoff: tỉ số tốc độ phản ứng ở hai nhiệt độ.

  • $v_{T_1}, v_{T_2}$Tốc độ phản ứng ở nhiệt độ T₁ và T₂(mol/(L·s))
  • $\gamma$Hệ số nhiệt độ Van't Hoff
  • $T_1, T_2$Nhiệt độ phản ứng(°C hoặc K)

Thí nghiệm

• Ảnh hưởng của nồng độ: sodium thiosulfate với sulfuric acid

  Học sinh thực hành

  Mục đích: So sánh thời gian xuất hiện vẩn đục lưu huỳnh ở các nồng độ Na₂S₂O₃ khác nhau.

  Rót acid vào ba bình đặt trên chữ X và bấm giờ đến khi không còn thấy chữ X. Bình có nồng độ thiosulfate lớn nhất mờ chữ nhanh nhất: nồng độ tăng thì tốc độ tăng.

  Dụng cụ: Dung dịch Na₂S₂O₃ 0,05 M; 0,10 M; 0,30 M, Dung dịch H₂SO₄ 0,5 M, 3 bình tam giác, Đồng hồ bấm giờ, Tờ giấy trắng kẻ chữ X

• Ảnh hưởng của nhiệt độ: magnesium với nước

  Học sinh thực hành

  Mục đích: So sánh tốc độ phản ứng của Mg với nước ở nhiệt độ thường và khi đun nóng.

  Ống nghiệm được đun nóng chuyển hồng nhanh hơn do Mg(OH)₂ tạo ra nhanh hơn: nhiệt độ tăng làm tốc độ phản ứng tăng.

  Dụng cụ: Phoi magnesium, Nước cất, Phenolphthalein, 2 ống nghiệm, Đèn cồn, Kẹp gỗ

• Ảnh hưởng của nhiệt độ đến phản ứng thiosulfate

  Mô phỏng / video

  Mục đích: Đo thời gian vẩn đục ở nhiều nhiệt độ để ước tính hệ số Van't Hoff.

  Ở nhiệt độ cao, vẩn đục lưu huỳnh xuất hiện nhanh hơn rõ rệt.

  Dụng cụ: Dung dịch Na₂S₂O₃, Dung dịch acid, Cốc, Nhiệt kế, Đồng hồ bấm giờ

  Làm thí nghiệm ảo

• Ảnh hưởng của diện tích bề mặt: đá vôi với hydrochloric acid

  Học sinh thực hành

  Mục đích: So sánh tốc độ thoát khí CO₂ của đá vôi dạng viên và dạng đập nhỏ.

  Đá vôi đập nhỏ có tổng diện tích bề mặt lớn hơn nên sủi bọt khí mạnh hơn.

  Dụng cụ: Đá vôi dạng viên và đập nhỏ (mỗi loại khoảng 2 g), Dung dịch HCl 0,5 M, 2 bình tam giác

• Ảnh hưởng của chất xúc tác: phân huỷ hydrogen peroxide

  Học sinh thực hành

  Mục đích: So sánh tốc độ phân huỷ H₂O₂ khi có và không có MnO₂.

  Bình có MnO₂ sủi bọt khí oxygen mạnh ngay lập tức, bình không có xúc tác gần như không thấy khí; MnO₂ không bị tiêu hao.

  Dụng cụ: Dung dịch H₂O₂ 10%, MnO₂ (khoảng 0,1 g), 2 bình tam giác

  Làm thí nghiệm ảo