Chuyên đề Động hóa học lớp 12 năm 2021

1. Mở đầu

Nhiệt động học dựa vào độ biến thiên của năng lượng Gibbs để dự đoán một phản ứng hóa học có thể xảy ra hay không nhưng không xác định được các điều kiện để thực hiện phản ứng đó nếu nó xảy ra. Ví dụ như trong hai phản ứng sau đây:

NO(k)  +  1/2O₂(k)  =  NO₂(k)  = -150kJ

H₂(k)   +  1/2O₂(k)   =  H₂O(k)    G⁰ = -465,5kJ

Phản ứng thứ hai có \(\Delta \)G⁰ âm hơn phản ứng thứ nhất, nhưng phản ứng thứ nhất xảy ra dễ dàng ở nhiệt độ thường còn phản ứng thứ hai không xảy ra ở nhiệt độ thường mà chỉ xảy  ra ở 500-600⁰C và xảy ra rất nhanh chóng (gây nổ ở 700⁰C)

Mặt khác nhiệt động học cũng không cho biết bản chất của những biến hóa xảy ra trong mỗi phản ứng hóa học trên đây.

Để có những hiểu biết đầy đủ hơn về hai phản ứng trên và về các phản ứng hóa học nói chung cần phải chú ý đến cả tốc độ của các phản ứng hóa học nữa. Đo tốc độ của phản ứng là nhiệm vụ của ngành động hóa học. Dựa vào kết quả đo tốc độ của phản ứng hóa học người ta có thể đi đến xác định số phân tử thực tế tham gia vào phản ứng và những giai đoạn trung gian của quá trình biến hóa đó, nghĩa là xác định được cơ chế của phản ứng hóa học. Vậy động hóa học là môn khoa học nghiên cứu về tốc độ phản ứng, những yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng và cơ chế của phản ứng hóa học.

2. Tốc độ phản ứng hóa học

* Định nghĩa

Tốc độ phản ứng là đại lượng đặc trưng cho diễn biến nhanh hay chậm của một phản ứng. Nó được đo bằng độ biến thiên nồng độ của chất phản ứng trong một đơn vị thời gian.

* Ví dụ:

               A       →        B

Ban đầu(C₁)           1,8M

Sau hai phút (C₂)   1,4M

Tốc độ trung bình của phản ứng:

v_tb = \( - \frac{{\Delta C}}{{\Delta t}} =  - \frac{{{C_2} - {C_1}}}{{\Delta t}} = \frac{{0,4}}{2} = 0,2\frac{{mol}}{{lit * phut}}\)

Tổng quát với phản ứng:

aA  + bB  → dD  +  eE

Ta có: + Tốc độ trung bình:

 v_b = - \(\frac{1}{a}\frac{{\Delta {C_A}}}{{\Delta t}} =  - \frac{1}{b}\frac{{\Delta {C_B}}}{{\Delta t}} = \frac{1}{d}\frac{{\Delta {C_D}}}{{\Delta t}} = ...\)

+ Tốc độ tức thời của phản ứng được tính bằng vi phân của nồng độ theo thời gian:

 v=  - \(\frac{1}{a}\frac{{d{C_A}}}{{dt}} = \frac{1}{d}\frac{{d{C_D}}}{{dt}} = ....\)

Chú ý: Trong chương này, ta chỉ xem xét đến tốc độ tức thời của phản ứng

3. Ảnh hưởng của nồng độ

a. Định luật tác dụng khối lượng (Gulberg-Waage/ 1864-1867)

*  Nội dung

* Biểu thức

 aA  +  bB → eE  +  dD

Tốc độ là:         

k: Hằng số tốc độ của phản ứng hóa học:

- Là tốc độ của phản ứng đó khi nồng độ các chất phản ứng đều bằng đơn vị

- Phụ thuộc vào bản chất của chất phản ứng và nhiệt độ chứ không phụ thuộc vào nồng độ chất phản ứng

- Giá trị của k càng lớn thì tốc độ phản ứng càng mạnh

+ Nếu phản ứng xảy ra giữa các khí, người ta có thể thay nồng độ bằng áp suất riêng của mỗi khí trong hỗn hợp (áp suất riêng là áp suất gây nên bởi mỗi khí trong hỗn hợp khi nó chiếm toàn bộ thể tích của hỗn hợp)

\(v =  - \frac{{dp}}{{dt}} = {k_p}p_A^ap_B^b\)

+ Trong biểu thức tốc độ không có mặt nồng độ chất rắn

¬ Vậy Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào:

- Nồng độ (hay áp suất) chất khí

- Nồng độ chất lỏng

- Diện tích tiếp xúc giữa chất rắn với chất khí và với chất lỏng.

Giải thích:

Khi tăng nồng độ thì tốc độ phản ứng lại tăng vì: Theo thuyết va chạm thì va chạm giữa các phân tử tác chất là điều kiện cần thiết để xảy ra phản ứng, khi tăng nồng độ thì số va chạm trong một đơn vị thời gian tăng theo, do đó tốc độ phản ứng tăng.

1. Dạng 1: Viết biểu thức tốc độ

1. Dựa vào độ biến thiên nồng độ tác chất và biến thiên nồng độ sản phẩm, hãy biểu thị tốc độ trung bình của phản ứng sau:

4NH₃(k)  +  5O₂(k)  →  4NO(k)  +  6H₂O(k)

2. Đối với phản ứng 2N₂O₅(k)  →  4NO₂(k)  +  O₂(k), tốc độ phản ứng được biểu thị bởi biểu thức: \(v = \frac{{d\left[ {{O_2}} \right]}}{{dt}}\). Hãy viết biểu thức tốc độ phản ứng thông qua các chất khác trong phương trình phản ứng.

3. Dựa vào độ biến thiên nồng độ tác chất và biến thiên nồng độ sản phẩm, hãy biểu thị tốc độ tức thời của phản ứng sau:

I^-(dd)  +  OCl(dd)  →  Cl^-(dd)  +  OI^-(dd)

2. Dạng 2: Định luật tác dụng khối lượng

4. Đối với phản ứng: N₂  +  3H₂    2NH₃, tốc độ của phản ứng thuận thay đổi thế nào khi tăng áp suất của hệ phản ứng lên 3 lần?

3. Dạng 3: Các bài tập liên quan đến bậc phản ứng

5. Phản ứng phân hủy đinitơ pentoxit N₂O₅ là một phản ứng bậc một có giá trị hằng số tốc độ k = 5,1 10^-4 s^-1 tại 45⁰C.

2N₂O₅(k)  →  4NO₂(k)  +  O₂(k)

a/ Biết nồng độ đầu của N₂O₅ là 0,25M , hỏi sau 3,2phút, nồng độ của nó là bao nhiêu?

b/ Sau bao lâu nồng độ N₂O₅ giảm từ 0,25M thành 0,15M?

c/ Sau bao lâu chuyển hóa hết 62% N₂O₅?

6. Sự phân hủy H₂O₂ trong dung dịch nước là phản ứng bậc 1:

H₂O₂  →  H₂O  +  O

Dựa vào dữ kiện sau:

* Thời gian phản ứng:         0        5      10      15     20    30    40

* Nồng độ H₂O₂ (mol/lit):   23,6   18,1  14,8   12,1   9,4   5,8    3,7

Hãy xác định:
1/ Hằng số tốc độ trung bình của phản ứng.

2/ Thời gian để nồng độ ban đầu của H₂O₂ còn lại bằng ½ ?

3/ Sau 50 phút có bao nhiêu % H₂O₂ đã tham gia phản ứng?

4/ Thời gian để 30% H₂O₂ đã tham gia phản ứng?

7. Phản ứng phân hủy phóng xạ của một đồng vị là bậc một và có chu kỳ bán hủy t_1/2 = 15phút. Sau bao lâu 80% đồng vị đó bị phân hủy?

8. Chu kỳ bán hủy của N₂O₅ ở 25⁰C là 5,7giờ. Tính hằng số tốc độ của phản ứng và thời gian cần thiết để N₂O₅ phân hủy hết 75%; 87,5% ; nếu phản ứng phân hủy là bậc 1.

9. Ở pha khí, hai nguyên tử iot kết hợp cho một phân tử iot

I(k)  +  I(k)  →  I₂(k)

Đây là một phản ứng bậc hai và tại 23⁰C có hằng số tốc độ là k = 7.10⁹mol^-1.l.s^-1.

a/ Lúc đầu, nguyên tử Iot có nồng độ 0,086M, tính nồng độ của nó sau 2 phút.

b/ Tính chu kỳ bán hủy của phản ứng nếu lúc đầu:

- Nồng độ iot là 0,6M

- Nồng độ iot là 0,42M

10. Fooc maldehyt (HCHO) và hyđro peocid (H₂O₂), phản ứng với nhau tạo thành acid foocmic (HCOOH) là phản ứng 1 chiều bậc 2:

HCHO  +  H₂O₂  →  HCOOH  +  H₂O

1/ Nếu trộn một thể tích bằng nhau (1lít) của dung dịch H₂O₂ (nồng độ 1M) với dung dịch HCHO (nồng độ 1M) thì sau 2 giờ nồng độ của HCHO còn lại là 0,215 mol/lit.

Tính hằng số tốc độ của phản ứng và chu kỳ bán hủy.

2/ Nếu trộn 1 lít dung dịch HCHO (nồng độ 1M) với 3 lít dung dịch H₂O₂ (nồng độ 1M) thì sau 3 giờ nồng độ của acid foocmic tạo thành là bao nhiêu?

3/ Nếu trộn 1 lit dung dịch HCHO ( nồng độ 0,5M) với 1 lit dung dịch H₂O₂ (nồng độ 1M) thì thời gian cần thiết để HCHO còn lại 10% là bao nhiêu?

11. Phản ứng xà phòng hóa este etyl axetat bằng dung dịch NaOH ở 10⁰C có hằng số tốc độ bằng 2,38mol^-1lph^-1. Tính thời gian cần để xà phòng hóa 50% etyl axetat ở 10⁰C khi trộn 1 lit dung dịch etyl axetat 0,05M với:

a/ 1 lít dung dịch NaOH 0,05M

b/ 1 lit dung dịch NaOH 0,1M

c/ 1 lit dung dịch NaOH 0,04M

4. Dạng 4: Hệ số nhiệt độ γ

12. Hệ số nhiệt độ của tốc độ phản ứng bằng 3,5. Ở 15⁰C hằng số tốc độ phản ứng này bằng 0,2s^-1. Tìm hằng số tốc độ phản ứn ở 40⁰C.

13. Tính hệ số nhiệt độ của tốc độ phản ứng trong từng trường hợp sau:

a/ Ở 393⁰K, phản ứng kết thúc sau 18phút, ở 453⁰K, phản ứng kết thúc sau 1,5s.

b/ Hạ bớt nhiệt độ 45⁰C, phản ứng chậm 25lần.

5. Dạng 5: Năng lượng hoạt hóa               

14. Sunllivan nghiên cứu phản ứng:

2I(k)  +  H₂(k)  →  2HI(k)

Cho thấy rằng hằng số tốc độ phản ứng ở 417⁰K bằng 1,12.10^-5M^-2.s^-1 và ở 737,9⁰K bằng 18,54.10^-5M^-2.s^-1. Xác định năng lượng hoạt hóa và hằng số tốc độ phản ứng ở 633,2⁰K.

15. Thủy phân CH₃Cl trong H₂O là một phản ứng có bậc động học là một. Ở 25⁰C, phản ứng có hằng số tốc độ k₂₉₈ =3,32 10^-10s^-1, và ở 40⁰C có k₃₁₃=3,13 10^-9s^-1. Tính năng lượng hoạt hóa của phản ứng.

16. Trong một phản ứng bậc nhất tiến hành ở 27⁰C, nồng độ chất đầu giản đi một nửa sau 5000s. Ở 37⁰C nồng độ giảm đi 2 lần sau 1000s. Xác định năng lượng hoạt hóa của phản ứng.

---HẾT---

Trên đây là toàn bộ nội dung tài liệu Chuyên đề Động hóa học lớp 12 năm 2021. Để xem thêm nhiều tư liệu hữu ích khác, các em đăng nhập vào trang Chúng tôi để tải tài liệu về máy tính.

Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập.