1.chuyen de dong hoa(1)

Trng: THPT chuyn Lng Th VinhGV: Nguyn Th Vn Anh

M UHa hc ngy nay ang vo thi k pht trin mnh m. Cc vn l thuyt c hon thin, m rng v i mi. Cc thnh tu trong nghin cu v trong sn xut ngy cng a dng, phong ph. Cc phng php thc nghim ngy cng tinh vi v hu hiu lm cho kho tng kin thc ha hc ngy cng s hn. Trc bi cnh , ngi hc, ngi dy v c ngi nghin cu cng phi nm vng c s l thuyt ca nhng bin i ha hc trc ht l ca cc phn ng ha hc.

Mt trong nhng c s l thuyt ca phn ng ha hc l kin thc v ng ha hc. y l mt ngnh ca ha l, l khoa hc v tc ca phn ng ha hc, v nhng yu c c nh hng n tc (nng , nhit , cht xc tc, ) v c c ch phn ng (s din bin ca phn ng phm vi vi m t trng thi u n trng thi cui).ng ha hc c gi tr rt ln v c hai mt l thuyt v thc tin. V l thuyt, ng ha hc ngy cng i su trong vic tm ti v nm vng cc quy lut, cc c trng ng hc v c ch ca cc phn ng ha hc. iu ny cho php tnh c ch lm vic ti u ca cc l phn ng v cc thit b khc, m ra con ng iu khin c thc v hon thin nhng qu trnh cng ngh c v sng to ra nhng qu trnh cng ngh mi.

Trong chuyn ny, ti tng hp li mt s kin thc c bn v ng ha hc cng vi mt s bi tp lin quan, nhm phc v cho cng vic ging dy v bi dng hc sinh chuyn Ha.

CHNG 1: MT S KHI NIM V NH NGHA C BN

I. MT S DNG PHN NG

1. Phn ng n gin, phc tp

Phn ng n gin hay phn ng s cp l phn ng mt chiu ch din ra trong mt giai on duy nht, tc l i trc tip t nhng cht u n nhng cht cui, khng c s hnh thnh cc cht trung gian.

Nhng phn ng khng tha mn nhng iu kin gi l phn ng phc tp: thng chia ra lm phn ng thun nghch, phn ng song song, phn ng ni tip v phn ng lin hp.

2. Phn ng ton phn, khng ton phn

Phn ng ton phn l phn ng trong t nht mt cht phn ng (cht u) phn ng cho n ht (trong thc t mt cht gi l cht phn ng ht khi 99,9% lng ban u ca n b tiu th. (thng l phn ng 1 chiu)

Phn ng khng ton phn l phn ng trong khng mt cht no mt hn khi phn ng dng li, cc cht u vn cn, tuy vi lng nh hn lc u nhng vn ng k. (phn ng thun nghch)

3. Phn ng ng th, d th

Phn ng ng th l phn ng ch din ra trong th tch mt pha. l phn ng gia cc cht kh, gia cc cht lng hon ton trn ln vi nhau, cc phn ng trong dung dch.Th d: khi trn u dung dch axit sunfuric long vi mt dung dch natri thiosunfat th lu hunh c gii phng t phn ng:H2SO4 + Na2S2O3 Na2SO4 + S + SO2 + H2O

lm c ton b th tch ca h phn ng.

Phn ng d th l phn ng ch din ra trn b mt phn chia pha, khng din ra trong th tch ca mt pha no nh: rn lng, kh lng,

Th d: khi cho mu km vo dung dch axit clohidric, cc bt kh H2 ch thot ra t b mt kim loiII. TC PHN NG

1. Khi nim

Tc ca mt phn ng ha hc l bin thin lng cht (s phn t, s mol hoc nng ) ca mt cht ca phn ng trong mt n v thi gian.

a) Tc trung bnh

Xt phn ng trong h ng th (V = const):aA + bB + cC + dD + (*)

Sau mt khong thi gian t, nng cc cht A, B, C, D, bin thin mt lng CA, CB, CC, CD,

Tc trung bnh ca phn ng trong khong thi gian t t n t + t biu th qua cht A hoc C l:

;

l tc trung bnh mt i ca cht A v CA m nn phi thm du tr (-) cho tc l dng, l tc to thnh C, CC l dng nn t n l dng. Nn tc phn ng d biu th theo cht u hay cht cui bao gi cng l i lng dng.

Cc gi tr ny c th khc nhau. tc ca phn ng cho l n gin th phi a thm vo biu thc tc cc h s t lng:

(I.1)Tc ny ch cho bit s tng, gim trung bnh ca CA, CB, CC, CD, trong khong thi gian t, ch khng cho bit s bin thin chnh xc trong tng thi im. Trong khi s bin thin trong tng thi im c th rt khc nhau. V vy ngi ta thng dng tc tc thi thay cho tc trung bnh.

b) Tc tc thi (thc)

Khi t 0, t s C/t s dn ti mt gii hn l o hm dC/dt ca lng cht theo thi gian, vi du thch hp gi l tc tc thi v ca phn ng thi im t.

;

(I.2)

(I.3)

Nh vy, khi xc nh c tc ca phn ng vi mt cht bt k th c th suy ra tc ca phn ng i vi cc cht khc theo cng thc trn.

Khi phn ng din ra trong pha kh v cc kh c coi nh kh l tng th ta c th biu th tc phn ng thng qua p sut ring phn ca mi kh trong phn ng v PA = CART. Khi :

(I.4)

2. n v

Trong h n v SI, n v ca v l mol.m-3.s-1.

Trong thc nghim ng ha hc, ngi ta thng dng n v mol.l-1.(thi gian)-1. Ty theo iu kin th nghim, n v ca thi gian cso th l giy, pht, ngy hoc c nm na. (Cc phn ng a ha l cc phn ng chm nht, chng c th ko di ti hng th k, thm ch hng nghn nm, cn cc phn ng n li din ra rt nhanh, ch trong vng mt phn vn giy).III. NH LUT C BN CA NG HA HC. NH HNG CA NNG N TC PHN NG

Chng ta xt mt phn ng gia cc cht vo trng thi kh. Mun cho tng tc gia chng din ra c th trc ht cc phn t ca chng phi va chm vi nhau. y chng ta cha xt vn : nhng va chm no s dn n tng tc (nhng va chm c hiu qu), nhng c th kt lun chc chn rng khi cc iu kin bn ngoi khng i th s va chm hiu qu cng ln nu nng cc cht phn ng cng ln. Ni cch khc, tc phn ng t l thun vi nng cc cht phn ng.

Xt phn ng ha hc T = const c phng trnh dng:

aA + bB + cC + dD + (*)

Nm 1867, hai nh bc hc Na Uy l M.Guldberg v P.Waage thit lp rng tc v ca phn ng ny c dng:

v = k.

(I.5)

Trong nhng s m a, b, l h s t lng ca cc cht u A, B,

(I.5) l biu thc ton hc ca nh lut tc dng khi lng trong ng ha ca M.Guldberg v P.Waage: nhit khng i, tc phn ng t l vi tch nng ca cc cht phn ng vi cc s m bng cc h s t lng ca chng trong phng trnh phn ng.

Cn lu rng, nh lut tc dng khi lng biu din theo (I.5) ch chnh xc i vi cc phn ng c bn ch din ra theo mt giai on, khi ngi ta khng pht hin c mt cht trung gian no gia cht phn ng v sn phm phn ng. Cn i vi phn ng phc tp i qua nhiu giai on (tr mt s t trng hp) th biu thc khng cn ng.

Trng hp tng qut, tc ca phn ng (*) c th vit di dng:

v = k.

(I.6)

Kt hp vi (I.2) ta c:

= k.

(I.7)

Phng trnh (I.6) l biu thc ca nh lut c bn hin i ca ng ha hc v c th pht biu: i vi phn ng mt chiu T = const v c bc ng hc xc nh, tc v ca phn ng ti mi thi im t l vi mi tch nng ca cc cht c nh hng n tc , nng mi cht c nng ln mt ly tha xc nh no . k l hng s tc phn ng. Gi tr ca k ph thuc vo bn cht tng phn ng, nhit v cht xc tc, k khng ph thuc vo nng cc cht phn ng v c th nguyn l (nng )1-n.(thi gian)-1. l tc phn ng khi nng cc cht phn ng u bng n v. Cc h s , , l cc bc ring phn i vi cc cht phn ng A, B, ; n c th dng, m, nguyn hoc phn s. Tng n = + + c gi l bc ton phn hay bc ca phn ng. Bc ca phn ng l mt i lng thc nghim.

Mt phn ng ch c bc nu t kt qu nghin cu thc nghim ta c th vit biu thc ca tc phn ng dng (I.6).

Mi bc ca phn ng c gi l mt phn ng c bn. Tp hp cc bc ca mt phn ng c gi l c ch phn ng. Ngi ta phn loi phn ng c bn da vo phn t s ca chng.

Phn t s l s tiu phn cc cht phn ng cng va chm trong phn ng c bn.

Nu phn ng (*) l c bn th bc chung ca phn ng v phn t s c biu th bng cng mt con s n = a + b +

Nu n = 1 phn ng l bc 1 v n phn t.

Nu n = 2 phn ng l bc 2 v lng phn t.

Nu n = 3 phn ng l bc 3 v tam phn t.

Ngi ta cha gp phn ng c phn t s ln hn ba v xc sut va chm ng thi ca mt s ln phn t l rt nh.

Nu phn ng (*) l phn ng phc tp th khi nim phn t s khng cn c ngha, v n ch dng cho phn ng c bn, cn phn ng phc tp ch dng khi nim bc ng hc.

Phn t s khc bc phn ng. Trc ht, bc ng hc l mt khi nim hon ton thc nghim, c trng cho s ph thuc thc nghim v m ca tc phn ng vo nng . Cn phn t s l mt khi nim hon ton l thuyt, xc nh n cn phi bit c ch l thuyt vi m ca cc qu trnh s cp ca phn ng phc tp. Mt khc, phn t s ch c th l mt s nguyn nh, khng th bng khng hoc l phn s.Mt s v d:

Phn ng n gin:

1)

CH3OCH3 CH4 + CO + H2

Phn ng bc mt v n phn t: v = k[CH3OCH3]

2)

H2 + I2 2HI

Phn ng bc hai v lng phn t:v = k[H2][I2]

3)

O2 + 2NO 2NO2

Phn ng bc ba v tam phn t: v = k[O2][NO2]2

Phn ng phc tp:

4)

CH3COCH3 + I2 CH3COCH2I + HI

L phn ng phc tp bao gm hai giai on:

a) CH3COCH3 CH3C(OH)CH2

(chm)

b) CH3C(OH)CH2 + I2 CH3COCH2I + HI

(nhanh)

Trong mt phn ng nhiu giai on k tip nhau, tc chung ca phn ng bng tc ca giai on chm chm nht. y giai on a) l chm nht cho nn p dng biu thc (III.2) ta c:

vpu = va) = ka[CH3COCH3]

Phn ng 4) c 2 cht phn ng nhng phn ng li c bc 1.5)

2NO + Cl2 2NOCl

L phn ng phc tp bao gm 2 giai on:

a) NO + Cl2 NOCl2

(nhanh)

b) NOCl2 + NO 2NOCl

(chm)

V giai on b) chm nn tc phn ng ch ph thuc vo giai on b):

vpu = vb) = kb[NOCl2][NO]

Song nng ca NOCl2 li ph thuc vo giai on a). V giai on a) l nhanh nn c th xem n trng thi cn bng c trng bi hng s cn bng Ka:

Ka = [NOCl2] = Ka[NO][Cl2]Thay gi tr ca [NOCl2] vo biu thc tc ta rt ra:

vpu = vb) = kbKa[NO]2[Cl2] = k[NO]2[Cl2]

Vy l phn ng bc ba nhng khng phi l tam phn t.

6)

H2 + Br2 2HBr

L phn ng phc tp, phng trnh tc tm ra bng thc nghim c dng:

Ta thy y phng trnh tc khng c dng hm ly tha nn khi nim bc phn ng cng khng dng c.

Mt s iu ch : Nu phn ng n gin th tc nht thit c biu din bi nh lut tc dng khi lng, nhng ngc li, nu tc phn ng tun theo nh lut tc dng khi lng th iu cha kt lun phn ng l n gin.

Nu phng trnh tc khng tun theo nh lut tc dng khi lng th l du hiu chc chn ca phn ng phc tp. Cu hi l thuyt:

1. Pht biu nh lut tc dng khi lng. Vit biu thc tc phn ng n gin: aA + bBcC+dD Cho bit ngha ca hng s tc phn ng.

2. Bc phn ng, phn t s l g? Phn bit bc phn ng v phn t s. Khi no phn ng c bc?3. Phn ng n gin v phn ng phc tp l g? Khi mt phn ng c phng trnh tc tun theo nh lut tc dng khi lng th c phi phn ng n gin khng?

4. Vit phng trnh ng hc, cho bit bc phn ng v phn t s ca cc phn ng n gin

a. C2H5Br C2H4 + HBr.b. O2 + 2NO 2NO2

c. 2NO2 2NO + O2d. 2SO2 (k) + O2 (k) 2SO3 (k)

e. PCl5 (k) PCl3 (k) + Cl2 (k)f. C (r) + CO2 (k) 2CO (k)5. Vn tc ca phn ng c biu din theo s thay i nng ca mi cht ban u v sn phm nh sau: . Hy vit v cn bng phng trnh phn ng.

6. Phn ng: 2N2O5 (k) 4NO2 (k) + O2 (k), tc phn ng c biu th bi biu thc: . Hy vit biu thc tc phn ng thng qua cc cht khc trong phng trnh phn ng.

7. Thc nghim cho bit ti 250C tc tiu th kh NO trong phn ng iu ch nitrozoni clorua kh: 2NO(k) + Cl2 (k) 2NOCl (k) bng 3,5.10-4M s-1. Hy tnh tc ti 25oC:

a. ca phn ng.b. tiu th kh Cl2.c. to thnh kh NOCl.8. Cho phn ng: 2A (k) B (k) + C (k). Biu din tc phn ng theo s thay i nng ca mi cht ban u v sn phm. Khi [C] tng vi vn tc 2mol.l-1.s-1 th [A] gim nh th no?9. Hy xc nh bc phn ng ring ca mi cht v bc phn ng cho phng trnh ng hc sau:

v = k.[BrO3-].[Br-].[H+]2Vn tc phn ng thay i nh th no khi .[BrO3-] tng gp i hoc [H+] tng gp 4 ln. Bi tp:

Bi tp 1: a. Mt phn ng bc 1 c k = 0,13.s-1. Tnh tr s ca k theo n v l pht.

b. Mt phn ng bc 2 c k = 240cm3.mol-1.pht-1. Tnh tr s ca k theo h n v S.I.

Bi tp 2: Hng s tc ca mt phn ng bc nht l 2.10-4 s-1. Tnh tc ca phn ng (mol.dm-3.s-1) khi cht phn ng c nng l 2 mol.dm-3.(4.10-5)Bi tp 3: Tc ca mt phn ng bc 2 bng 4.10-3mol.dm-3.s-1 khi cc cht phn ng c nng ln lt l 10-3mol.dm-3 v 2,5.10-4mol.dm-3. Tnh hng s tc phn ng (dm3.mol-1.s-1).(16000)Bi tp 4: Mt phn ng bc 2 c tc l 4,5.10-7 mol.cm-3.s-1 nu nng hai cht phn ng tng ng ln lt l 1,5.10-2M v 2,5.10-3M. Tnh hng s tc vi th nguyn cm3.mol-1.s-1,l.mol-1.s-1, l.mol-1.ph-1(12000; 12; 720)Bi tp 5: Thc nghim cho bit sau 0,75s th 30ml dung dch KOH trung ha va ht 30ml dung dch H2SO4 0,5M. Xc nh tc phn ng theo KOH, theo H2SO4. Kt qu thu c c hp l khng?Bi tp 6: Cho phn ng sau xy ra trong dung dch: C2HOBr + KOH C2H5OH + KBr.

Nng ban u ca KOH l 0,07M. Sau 30 pht ngi ta ly ra 10ml dung dch hn hp phn ng th thy n phn ng va vi 12,84ml dung dch HCl 0,05M. Tnh tc trung bnh ca phn ng trong khong thi gian trn.(1,933.10-4mol/l.pht)Bi tp 7: Mt phn ng trong mt n v th tch trong mt n v thi gian th 3,4g NH3 c to thnh. Mt phn ng khc trong cng iu kin to 3,4g PH3. Hi phn ng no c tc ln hn?

Bi tp 8: Cho phn ng: 4HCl (k) + O2 (k) 2H2O (k) + 2Cl2 (k)

Gii s ban u ch c HCl v O2. Sau mt thi gian phn ng, nng ca cc cht l: HCl = 0,75M; O2 = 0,42 M v Cl2 = 0,20 M. Tnh nng ban u ca HCl v O2.(0,95M; 0,62M)Bi tp 9: Phn ng: 2NO (k) + O2 (k) 2NO2 (k). Tc phn ng s thay i th no khi:

a. tng nng oxi ln 4 ln.b. gim bt nng nit oxit 1/3 so vi ban u.

c. nng NO v O2 u tng 3 ln.d. gim nng NO2 2 ln.

Bi tp 10: Vit phng trnh ng hc ca phn ng: 2A + B C. Tnh xem tc phn ng tng hay gim bao nhiu ln khi:

a. tng nng cht A ln gp 2 ln.

b. tng nng cht B ln gp 2 ln.

c. tng p sut hn hp ln 3 ln trong khi gi nguyn nhit (gi thit A, B, C l kh l tng).

d. gim nng cht A xung gp 3 ln.

Bi tp 11: Tc ca phn ng to thnh SO3 t SO2 v O2 thay i nh th no (tng hay gim bao nhiu ln) khi gim th tch hn hp xung 3 ln? (bit y l phn ng n gin).(tng 27 ln)Bi tp 12: a. i vi phn ng: N2 + 3H2 2NH3. Tc phn ng thun thay i th no khi tng p sut ca h ln 3 ln?

b. Trn 1 lt dung dch CH3COOH 2M vi 1 lt dung dch C2H5OH 3M. Xc nh tc hnh thnh este ban u. Tc ny thay i ra sao nu trc khi pha trn mi dung dch c pha long gp i.

Bi tp 13: Phn ng: A + 2B 3C c hng s tc k = 0,6. Nng ban u CA = 2M, CB = 2,5M. Sau phn ng nng B cn l 0,5M. Tm nng ca A v tc phn ng ti thi im ny. Bit phn ng thuc loi n gin.

Bi tp 14: Phn ng phn hy N2O nhit 1173K c hng s tc k = 5.10-4:

2N2O (k) 2N2 (k) + O2 (k)Nng ban u ca N2O l 3,2M. Xc nh tc phn ng lc u v khi c 25% N2O phn hy.

Bi tp 15: Cho phn ng: 2NO + O2 2NO2. Ti mt thi im no CNO = 0,8M, = 0,6M. Nu tng nng NO thnh 1,2M v O2 thnh 0,9M th tc phn ng s bin i ra sao?

Bi tp 16: Cho phn ng: A + B C + D. Nng ban u CA = CB = 0,1M. Sau thi gian t, nng ca A, B cn li 0,04M. Hy tnh tc phn ng thi im ny gim bao nhiu ln so vi thi im ban u?(6,25)

Bi tp 17: Cho phn ng: A + 2B C. Nng u ca A v B tng ng l 0,3M v 0,5M. Hng s tc k = 0,4. Tm tc u v tc sau mt thi gian khi nng A gim bt cn 0,1M.

Bi tp 18: Cho phn ng: 2A + B C. Nng u ca A v B tng ng l 6M v 8M. Hng s tc k = 0,5. Tm tc u v tc sau mt thi gian khi A phn ng 50%. Khi tc bng 0 th nng A, B bng bao nhiu?

Bi tp 19: Phn ng bc 3: 2Fe3+ (dd) + Sn2+ (dd) 2Fe2+ (dd) + Sn4+ (dd)

mt nng no 1% Fe3+ b kh sau 10s.

a. Tnh thi gian cn kh 1% Fe3+ nu tng gp i nng Sn2+.

b. Tnh thi gian cn kh 1% Fe3+ nu tng gp i nng Fe3+.

c. Tng nhit phn ng thm 30oC, nng ban u cc cht gi nguyn, h s nit ca tc phn ng = 3. Tnh thi gian cn kh 1% Fe3+.

IV. NH HNG CA NHIT N TC PHN NG. NNG LNG HOT HA

1. Quy tc Vant Hoff

Khi nhit tng, tc chuyn ng ca cc phn t tng ln v nng lng ca chng cng tng ln do s ln va chm tng ln v c bit s ln va chm c hiu qu tng ln.V d: phn ng H2 + O2 H2O nhit thng xy ra vi tc chm n mc khng th nhn bit c, nhng khi tng nhit ln 600oC th phn ng xy ra tc thi vi ting n.

Bng cch o tc phn ng ca rt nhiu phn ng khc nhau, cc nhit khc nhau, Vant Hoff tm ra quy tc thc nghim sau: Trong mt khong nhit khng ln, c tng nhit ln 10o th tc phn ng tng 2 4 ln.

i lng cho bit tc phn ng tng ln bao nhiu ln khi tng nhit ln 10o gi l h s nhit ca tc phn ng v c k hiu l .

= 2 4hay

(I.8)

Nu gi v1, k1 l tc v hng s tc nhit T1

v2, k2 l tc v hng s tc nhit T2 = T1 + T

Ta c: v2 = v1.

hay k2 = k1.

Bi tp I.1: Hi tc ca phn ng tng bao nhiu ln nu tng nhit phn ng t 140oC ln 200oC, bit h s nhit k trong khong nhit trn l 2.

Li gii:

V nhit tng 200oC 140oC = 60oC nn v200 = v140.= v140.= v140.26 = v140. 64.

Vy tc phn ng tng 64 ln.

2. Phng trnh Arrhenius

Quy tc Vant Hoff ch c tnh cht gn ng (sai s khong 20%) nn khng th xc nh chnh xc nh hng ca nhit n tc phn ng, ngoi ra n khng th gii thch ti sao khi nhit tng th tc phn ng tng.

Khng th gii thch s tng tc phn ng l do s va chm tng, v khi tng nhit ca h t 0oC ln 100oC th s va chm ch tng 373/273 = 1,2 ln, khng ng k so vi mc tng ca v.

Nm 1889, Arrhenius da trn cc kt qu thc nghim xut mt phng trnh lin h hng s tc k v nhit T phng trnh Arrhenius:

k = A.e-Ea/RT

(I.9)

hay vit di dng logarit:

hay

(I.10)

A l hng s v thng c gi l tha s tn s. A c cng n v vi k, c tr s ring cho mi loi phn ng v khng ph thuc vo nhit . Ea l nng lng hot ha theo Arrhenius hay nng lng hot ha thc nghim. Ea c gi tr ring cho mi phn ng v thng c coi l khng ph thuc v nhit .

Gi k1, k2 ln lt l hng s tc ti cc nhit T1, T2. Ta c:

k1 = A.

k2 = A.

hay:

y l phng trnh Arrhenius ni ln nh hng ca nhit n tc phn ng.

Theo Arrhenius tc phn ng tng mnh khi nhit tng chnh l do s va chm hiu qu tng mnh hay s phn t hot ng tng mnh.

Ta c:

V d: i vi phn ng: H2 + I2 2HI, Ea = 40kcal/mol. Khi tng nhit t 0oC ln 100oC, t s:

ln v tng rt mnh.

3. Nng lng hot ha:

Khng phi mi va chm u xy ra phn ng m ch c nhng va chm ca cc tiu phn c mt nng lng d no so vi nng lng trung bnh ca cc tiu phn trong h mi gy nn phn ng. Va chm nh vy gi l va chm c hiu qu. Nng lng d dng thng lc y gia cc lp v electron khi cc tiu phn tin gn nhau, nh ph v lin kt c, hnh thnh lin kt mi. nng lng d ny gi l nng lng hot ha Ea . Tiu phn c nng lng d c gi l tiu phn hot ng.

Nh vy, nu nng lng hot ha cng b th cng c nhiu tiu phn hot ng v tc phn ng cng ln.

nh ngha: nng lng hot ha Ea (kcal/mol hoc kJ/mol) ca mt phn ng l nng lng cn thit chuyn mt mol cht tham gia phn ng t mc nng lng trung bnh ln mc nng lng hot ng.

S tiu phn hot ng N* chim mt t l rt nh trong tng s N tiu phn kh ca h phn ng v c xc nh theo nh lut phn b Boltzmann:

hiu r ngha ca nng lng hot ha, ta xt phn ng sau:

H2(k) + I2 (k) 2HI (k)Ho = -12,4 kcal

Qu trnh bin i ca cc phn t trong phn ng c th biu din nh sau:

H2 + I2 H2 I2 2HI

Cc cht u cht trung gian sn phm

Nhn xt: trng thi trung gian cc lin kt trong phn t cht u cha b ph v m ch b lm yu i mt phn, cc lin kt mi cng ch mi hnh thnh mt phn, ngha l cht u cha b ph v hon ton, sn phm cha c hnh thnh hon ton. Trng thi trung gian ny gi l phc cht hot ng

S hnh thnh phc cht hot ng nh vt cn tiu tn mt nng lng l E* vi:

Ea = E* - E1

Trong :

E* l nng lng ca phc cht hot ng

E1 l nng lng ca trng thi u.

Lu : Khng th xem phc cht hot ng nh mt hp cht thng thng. C ngha l khng th p dng cc khi nim nh gc lin kt, di lin kt cho n. V trong phc cht hot ng, lin kt trong cc phn t ban u cha b ph v hon ton m cc lin kt mi bt u c hnh thnh nn nng lng hot ha Ea c gi tr b hn nhiu so vi nng lng E dng ph v lin kt trong cc cht ban u. Ngha l s hnh thnh cc phc cht hot ng thun li hn v mt nng lng.T hnh v trn, ta thy:

- Hiu ng nhit ca phn ng ch ph thuc vo trng thi u v trng thi cui ch khng ph thuc v cch tin hnh phn ng.

- chuyn t trng thi u sang trng thi cui h phi vt qua mt hnh ro nng lng (Ea). Ea cng nh, tc phn ng cng ln.

i vi phn ng ha hc, thng thng Ea 15 60 kcal/mol

C th xc nh tc k ca phn ng da vo Ea: k = A.e-Ea/RT

Bi tp I.2: Cho phn ng: C2H6(k) C2H4(k) + H2(k) 507oC hng s tc phn ng k = 2,3.10-4s-1. 527oC tc phn ng tng gp i.

Tnh nng lng hot ha ca phn ng.

Li gii:

Ta c k1 = 2,3.10-4s-1; k2 = 2k1. S dng phng trnh Arrhenius:

Bi tp I.3: Tc ca phn ng hirat ha but-2-en tng gp i khi nhit chuyn t 20oC n 30oC. Tc ca phn ng s tng bao nhiu ln khi nhit chuyn t 85oC n 95oC.Li gii:

S dng phng trnh Arrhenius:

Nu Ea khng i trong khong nhit t 20oC n 95oC Cu hi l thuyt:

1. nhit t1 tc phn ng l V1 nhit t2 tc phn ng l V2

a. Khi tng nhit ln 10oC tc phn ng tng ln ln (2 4). Tnh V2 theo , t1, t2.

b. Khi tng nhit ln xoC tc phn ng tng ln y ln. Tnh V2 theo x, y, t1, t2.

2. Nng lng hot ha l g? ngha ca nng lng hot ha?

3. Vit biu thc Arrhenius (a ra 1889) v s ph thuc ca hng s tc phn ng k vi nng lng hot ha Ea ti nhit tuyt i T. Nhn xt mi quan h gia Ea v k. Bi tp:

Bi tp 1: Tc phn ng tng ln bao nhiu ln khi tng nhit :

a. t 25oC ln 175oC, cho h s nhit bng 3.(315)

b. t 20oC ln 50oC, phn ng c h s nhit bng 2,5.(15,625)

c. t 25oC ln 175oC, bit tng nhit ln 25oC th tc phn ng tng ln 5 ln.(56)Bi tp 2: Cho phn ng: A + B C + D

a. Tc ca phn ng tng bao nhiu ln khi tng nhit phn ng t 20oC ln 60oC, bit h s nhit ca phn ng l 3?

b. Cn tng nng ca A, B ln bao nhiu ln tc phn ng tng ln 16 ln? Bit phn ng trn l phn ng n gin.(4 ln)Bi tp 3:

a. H s nhit ca phn ng bng 2. Hy xt xem nu 0oC phn ng kt thc sau 1024 ngy th 300oC phn ng kt thc trong bao lu?(0,082s)

b. 150oC mt phn ng kt thc sau 16 pht, th 80oC v 200oC phn ng kt thc sau bao nhiu pht? Gi s h s nhit ca phn ng trong khong nhit l 2,5.(9766; 0,16)

c. Ha tan mt mu km trong HCl 20oC kt thc sau 27 pht, 40oC tan trong 3 pht. Hi 55oC mu km tan trong bao lu?(34,64s)Bi tp 4:Tnh h s nhit ca phn ng trong cc trng hp sau:

a. 393oK phn ng kt thc sau 18 pht, 453oK phn ng kt thc sau 1,5s.(3)b. H bt nhit 45oC phn ng chm 25 ln(2,044)

c. 288oK hng s tc k = 2.10-2 cn 325oK bng 0,38.(2,22)Bi tp 5: Tc phn ng tng ln bao nhiu ln khi:

a. tng nhit t 300K ln 350K, cho Ea = 50 kJ/mol.(17,52 ln)

b. tng nhit t 20oC ln 30oC, cho Ea = 20 kcal/mol.(3,3 ln)

c. tng nhit t 27oC ln 47oC, cho Ea = 20 kcal/mol.(8,1 ln)

Bi tp 6:Tnh nng lng hot ha ca phn ng sau nu:

a. 20oC phn ng c k20 = 2.10-2, nu 40oC th phn ng c k40 = 3,6.10-1.(26,4 kcal)

b. Tc ca mt phn ng 300oC gp i tc 290oC.(44,43kcal)

c. 10oC phn ng kt thc sau 95 giy v 20oC phn ng kt thc sau 60 giy.(7,57 kcal)

d. 27oC phn ng kt thc sau 100 giy v 37oC phn ng kt thc sau 40 giy.(16,93 kcal)

Bi tp 7: Khi NO2 v CO c cng nng 0,5M tng tc vi nhau 435oK th sau 1 gi thu c 0,05M CO2. Hi nhit no th lng CO2 thu c s gp i trong cng iu kin, nu nng lng hot ha ca phn ng l Ea = 29260 cal/mol. Cho bit phn ng l 1 chiu bc 2.(445,7)V. NH HNG CA CHT XC TC N TC PHN NG

1. nh ngha cht xc tc

Cht xc tc l cht tham gia vo mt giai on phn ng v lm thay i tc phn ng, sau phn ng n li c phc hi, tch khi sn phm phn ng v khng b bin i c v tnh cht cng nh v lng.V d: phn ng H2 + O2 H2O, nhit thng hu nh khng xy ra nhng khi c mt mt lng nh bt Pt th phn ng xy ra rt mnh. pt l xc tc ca phn ng trn.

Nhng cht khi thm vo lm qu trnh chm li cn c gi l cht c ch.

V d: phn ng oxi ha Na2S2O3 bng oxi to Na2SO4 hu nh dng li khi thm vo mt t glixerol. Tuy nhin c ch hot ng ca cht c ch khc hn c ch hot ng ca cht xc tc. Cc cht c ch thng c dng bo qun thc phm, chng n mn kim loi

Ngi ta thng chia ra 3 loi cht xc tc:

- Xc tc ng th: cht xc tc cng pha vi cc cht tham gia phn ng.

V d: phn ng oxi ha SO2 thnh SO3 c xc tc l hn hp NO + NO2 (phng php thp iu ch H2SO4).

SO2 + O2 SO3

- Xc tc d th: cht xc tc khc pha vi hn hp phn ng. Cht xc tc d th thng l cht rn v phn ng ha hc xy ra trn b mt cc cht xc tc. Xc tc d th thng gp l cc kim loi chuyn tip hay cc oxit ca chng.V d: trong phng php tip xc iu ch H2SO4, bt Pt hoc V2O5 l xc tc d th. SO2 v O2 b hp th trn b mt Pt hoc V2O5, phn ng xy ra v sau SO3 tch khi b mt cht xc tc:

SO2 + O2 SO3

- Xc tc men: cht xc tc l cht men trong c th sinh vt, c hot tnh xc tc rt cao. Cc phn t men thng c kch thc c ht keo nn cng c th coi nh thuc loi xc tc d th.

- C nhng phn ng trong mt sn phm no s ng vai tr cht xc tc, phn ng nh vy gi l phn ng t xc tc.

V d: trong phn ng:

2KMnO4 + 5H2C2O4 + 3H2SO4 2MnSO4 + 10SO2 + K2SO4 + 8H2O

Cc ion Mn2+ to thanh sau phn ng chnh l xc tc ca phn ng.

2. Cc c im c bn ca hin tng xc tc

- Cht xc tc c c tnh chn lc rt cao: mi cht xc tc thng ch c tc dng vi mt phn ng nht nh.V d: C2H5OH C2H4 + H2O

C2H5OH CH3CHO + H2

Nu khng c xc tc th 2 phn ng trn s xy ra ng thi nn c th dng cht xc tc chn lc phn ng.

- Cht xc tc lm tng tc phn ng ch khng lm thay i G ca phn ng.

- Lng cht xc tc cn dng rt b hn lng cht phn ng.

V d: oxi ha 1 tn NH3 thnh NO ch cn 1g hn hp xc tc Pd+Pt.

- V nguyn tc, cht xc tc khng thay i v lng cng nh v cht sau phn ng, nhng trong thc t sau mt thi gian s dng ngi ta phi phc hi hay b sung cht xc tc v n thng b mt mt hay b cc tp cht (cht c xc tc) lm mt hot tnh.3. Gii thch vai tr ca xc tc

Cht xc tc ch c tc dng lm tng tc ca phn ng c G < 0 ch khng th lm cho cc phn ng c G > 0 xy ra. Tc dng ch yu ca cht xc tc l lm gim nng lng hot ha ca phn ng bng cch thay i c ch phn ng.V d: phn ng H2 + I2 2HI, nu khng c xc tc th Ea = 40 kcal/mol, nhng khi c xc tc Au th Ea = 25 kcal/mol; nu dng xc tc Phn t th Ea= 14 kcal/mol.

lm gim nng lng hot ha Ea, cht xc tc tham gia vo mt trong nhng giai on trung gian ca phn ng.V d: Xt phn ng: A + B AB c nng lng hot ha Ea kh cao nn tc b. Khi khng c xc tc phn ng xy ra nh sau:

A + B AB AB

Ea (1)

Khi c mt xc tc K th K tham gia to phc cht hot ng qua cc giai on trung gian nh sau:

A + K AK AK

Ea1 (2)

AK + B AKB AB + KEa2 (3)

Ea1 v Ea2 rt b hn Ea nn phn ng c xc tc xy ra nhanh hn.Bi tp I.4: Xt mt phn ng 500oK, khi khng c cht xc tc Ea = 40 kcal/mol, khi c cht xc tc Ea = 30 kcal/mol. Tnh xem khi c cht xc tc v tng ln bao nhiu ln?Li gii:

Gi k v k ln lt l hng s tc phn ng khi khng v khi c cht xc tc. Ta c:

Vy tc phn ng tng 23515 ln.

4. ngha ca cht xc tc

Cht xc tc c ngha rt to ln trong cng nghip v trong i sng. Xc tc d th c ng dng rng ri trong cng nghip nh Pt, V2O5 c s dng trong qu trnh oxi ha SO2 thnh SO3 sn xut H2SO4, bt st c hot ha l xc tc cho qu trnh tng hp NH3 t N2 v H2; Pt c lm cht xc tc cho s oxi ha NH3 thnh NO sn xut axit nitric, c bit trong nhiu phn ng tng hp cc cht hu c u phi dng cht xc tc: t cracking du m, tng hp cc polime, iu ch cc dc phm, Cui cng cn ni ti vai tr to ln ca xc tc trong h sinh hc. Khng ging vi cc cht xc tc trong cc phn ng ha hc thng thng m ta bit nhng phn ng ha hc xy ra trong c th sng c xc tc bi mt nhm cht xc tc c bit gi l enzim.Trong c th ngi c ti hng trm enzim khc nhau, mi enzim xc tc cho mt phn ng tng ng.

Cu hi l thuyt:

1. Cht xc tc l g? Cht xc tc c chia thnh nhng loi no? Cho v d.

2. Cht xc tc nh hng nh th no ti tc phn ng? Ti sao?

3. Nhng c im c bn ca cc cht xc tc.

4. Nu ngha ca mt s cht xc tc m em bit. Bi tp:

Bi tp 1: 127oC khi khng c xc tc, mt phn ng c nng lng hot ha bng 34 kcal/mol, khi c mt cht xc tc nng lng hot ha ca n bng 26 kcal/mol. Hy tnh xem khi c mt cht xc tc, tc phn ng tng ln bao nhiu ln?(23515,74 ln)

Bi tp 2: 400oK mt phn ng kt thc sau 1 gi 40 pht khi khng c mt cht xc tc. Cng nhit ny, khi c mt cht xc tc phn ng kt thc sau 36 giy. Hi cht xc tc lm gim nng lng hot ha ca phn ng xung bao nhiu?(4,066 kcal)Bi tp 3:

a. Hng s tc ca phn ng thy phn CH3Cl bng 3,32.10-10s-1 25oC v 3,13.10-9s-1 40oC. Phn ng l bc 1. Tnh Ea.(115 kJ.mol-1)

b. 25oC tc phn ng s tng ln bao nhiu ln nu ta thm xc tc gim Ea xung cn 100 kJ.mol-1.(2426 ln)

Bi tp 4: Cc enzim trong gan ngi xc tc cho mt s ln phn ng lm gim cc ha cht c hi c hp th. Vn tc ca phn ng ny thay i nh th no nu enzim ca gan lm gim nng lng hot ha 5kJ/mol 37oC?

CHNG 2: NG HC CA CC PHN NG N GINI. CC PHNG TRNH NG HC CA CC PHN NG N GIN

Gi:

A, B l cc cht u

a, b ln lt l nng ban u ca cc cht A, B,

x l nng sn phm phn ng

t l thi gian phn ng

v l tc phn ng

k l hng s tc phn ng

1. Phn ng n gin bc nht

a) Mt s v d Phn ng phn hy iazo metan: CH3N2CH3 C2H6 + N2 Phn ng phn hy nit pentoxit: 2N2O5 2N2O4 + O2 Phn ng phn hy imetyl ete: CH3OCH3 CH4 + CO + H2 Nhiu phn ng thy phn trong mi trng axit, nh thy phn saccaroz, thy phn este etyl axetat. Cc qu trnh phng x u din ra theo quy lut phn ng bc nht.

Phn ng bc nht khng phi lc no cng ch c mt cht tham gia phn ng m c th c nhiu cht nhng tc phn ng ch ph thuc bc nht vo nng ca mt cht.b) Phng trnh ng hc c bn

Xt phn ng dng tng qut: A sn phm

Phng trnh ng hc dng vi phn:

v = = k.(a-x)(II.1)

tm phng trnh ng hc dng tch phn, ta phi gii phng trnh (II.1).

Phn li bin s phng trnh (II.1) ta c:

= k.dt

Ly tch phn hai v vi gii hn t t = 0 (khi x = 0) n t (ng vi x):

-ln (a-x) = kt + (-lna)

hay ln= kt (II.2)Phng trnh (II.2) l phng trnh ng hc dng tch phn ca phn ng mt chiu bc nht.

T (II.2) ta rt ra cc biu thc:

Nng cht u cn li ti thi im t l: (a - x) = a.e-kt(II.3)

Nng ca sn phm ti thi im t l: x = a.(1 e-kt)(II.4) Hng s tc :k =

(II.5)

Chu k bn hy ca phn ng: l thi gian cn thit nng cht phn ng cn li mt na nng ban u. Ti thi im , (a x) = a. Thay vo (II.5), ta c:

k = ln= const (II.6)

t1/2 =

(II.7)T cc phng trnh trn cho thy:- Th nguyn ca hng s tc phn ng bc nht l [thi gian]-1.

- Nng ca cht u cng nh sn phm phn ng bin thin theo hm m vi thi gian.

- Chu k bn hy phn ng khng ph thuc vo nng cht phn ng. y l c trng m ch phn ng bc mt mi c.

* Nu cht A l cht kh th trong cc phng trnh trn, nng ca A c th thay bng p sut ring phn ca A. C th l: a thay bng Po (p sut ban u), (a x) thay bng P (p sut ti thi im t). Khi phng trnh tc c cc dng tng ng:

Dng vi phn:

v = -= k.PDng tch phn:

kt = ln

* Cc qu trnh phn r phng x t nhin hay nhn to u din ra theo quy lut phn ng mt chiu bc nht. Nhng thay nng a bng s nguyn t phng x No ti thi im t = 0, thay nng (a x) bng s nguyn t N ti thi im t. Hng s tc k gi l hng s phng x . Phng trnh ng hc tng ng:

t = ln; N = No.e-t; t1/1 =

Bi tp II.1: Hot tnh phng x ca ng v gim i 6,85% sau 14 ngy. Xc nh hng s tc ca qu trnh phn r, chu k bn hy v thi gian cn cho n b phn r 90%.Li gii:

ng v b phn r theo s :

EMBED Equation.3 Pb (bn)

Nu lng ban u ca Po l 100% th sau 14 ngy ch cn li l 100% - 6,85% = 93,15%. Vy ta c:

= = 0,00507 ngy-1

t1/2 = = 137 ngy

Thi gian cho b phn r 90% l:

T = = 454 ngy

Bi tp II.2: Ngi ta cho etylamin vo mt bnh rng c th tch khng i. p sut lc u l Po = 7240 Pa. nhit th nghim (730 K), etylamin b phn hy theo phn ng:

C2H5NH2 (k) C2H4 (k) + NH3 (k)p sut ton phn P, o c cc thi im khc nhau, c ghi bng di y:

t (pht)01410

P (Pa)72407900948011720

Phn ng trn c th l phn ng bc nht khng?Li gii

C2H5NH2 (k) C2H4 (k) + NH3 (k)

t = 0 Po

0 0

t Po-x

x x

p sut ton phn P = Po + x x = P Po

p sut ca etylamin thi im t bt k l (Po x) = 2Po PNu phn ng l bc 1 th: k = ln

Thay cc gi tr s ca Po v P vo biu thc ca k ta c:

t (pht)01410

P (Pa)72407900948011720

K (pht-1)9,56.10-29,26.10-29,64.10-2

Cc kt qu ny chng t rng phn ng nghin cu c bc 1.2. Phn ng n gin bc hai

a) Phn ng c mt cht phn ngV d:

S ime ha butaien C4H6 thnh C8H12:2C4H6 C8H12 Phn ng phn hy HI:

2HI H2 + I2Xt phn ng dng tng qut: 2A sn phmPhng trnh ng hc dng vi phn:

v = -= = k.(a-x)2(II.8)

tm phng trnh ng hc dng tch phn, ta phi gii phng trnh (II.8).


= k.dt


phng trnh ng hc dng tch phn:

kt = (II.9)

Chu k bn hy ca phn ng:t1/2 =

T cc phng trnh trn cho thy:

- Th nguyn ca hng s tc phn ng bc hai l [nng ]-1.[thi gian]-1.

- Chu k bn hy phn ng t1/2 t l nghch vi k v vi nng Co = a.

Bi tp II.3: Phn ng t oxi ha kh cc ion hipobromua thnh cc ion bromua v cc ion bromat:

3BrO- BrO3- + 2Br-C bc bng 2 v hng s tc bng 3,1.10-4 m3 (kmol.s)-1. Nng ban u ca hipobromua bng 0,1 kmol.m-3. Sau bao lu th lng hipobromua tham gia phn ng bng 30%? Li gii

Ta c: t =

b) Phn ng c hai cht phn ngV d: Phn ng thy phn este axetat trong mi trng kim:CH3COOC2H5 + NaOH CH3COONa + C2H5OHXt phn ng dng tng qut: A + B sn phm

Phng trnh ng hc dng vi phn:

v = -= = k.(a - x)(b - x)(II.10)

* Nu A v B c cng nng u (a = b) th a x = b x. Khi phn ng bc 2 dng ny cng c phng trnh ng hc dng (II.8):

kt = * Nu A v B c nng u khc nhau (a b) th a x b x. tm phng trnh ng hc dng tch phn, ta phi gii phng trnh (II.10).


= k.dt


phng trnh ng hc dng tch phn:

kt = (II.11)

Ch : trong trng hp ny khng c biu thc tnh chu k bn hy chung cho c hai cht, ngi ta nh ngha chu k bn hy cho cht tham gia c nng nh nht.

Nu b > a, ta c x = a/2 ng vi t = t1/2, do :

t1/2 =

c) S gim bc phn ng

Khi nng ca mt cht ln hn nng ca cht kia rt nhiu, gi s b >> a, v x < a nn x

1.chuyen de dong hoa(1)

Documents