Trong tự nhiên có những phản ứng xảy ra rất nhanh, như phản ứng nổ của pháo hoa, phản ứng cháy của que diêm, … nhưng cũng có những phản ứng xảy ra chậm hơn, như quá trình oxi hoá các kim loại sắt, đồng trong khí quyển, sự ăn mòn vỏ tàu biển làm bằng thép, ... Để đánh giá mức độ nhanh hay chậm của một phản ứng hoá học cần dùng đại lượng tốc độ phản ứng hoá học và cách tính tốc độ trung bình của phản ứng. Cách tính ra sao? mời các bạn cùng tìm hiểu tốc độ phản ứng nhé!
1. Tốc độ phản ứng
1.1. Trình bày khái niệm tốc độ phản ứng hoá học
- Để so sánh mức độ xảy ra nhanh hay chậm của các phản ứng hóa học, người ta dùng đại lượng tốc độ phản ứng hóa học, gọi tắt là tốc độ phản ứng.
- Tốc độ phản ứng của phản ứng hoá học là đại lượng đặc trưng cho sự biến thiên nồng độ của một trong các chất phản ứng hoặc sản phẩm trong một đơn vị thời gian.
 |
| Tốc độ phản ứng hóa học |
- Theo thời gian, nồng độ các chất phản ứng và sản phẩm thay đổi nên tốc độ phản ứng sẽ thay đổi, vì vậy người ta thường tính tốc độ trung bình của phản ứng.
- Tốc độ tức thời của phản ứng là tốc độ phản ứng tại một thời điểm nào đó.
- Tốc độ phản ứng kí hiệu là v, có đơn vị: (đơn vị nồng độ)/ (đơn vị thời gian)
 |
| Đồ thị biểu diễn sự thay đổi nồng độ chất phản ứng và sản phẩm theo thời gian |
1.2. Tính tốc độ trung bình của phản ứng hoá học
- Theo thời gian, nồng độ các chất phản ứng và sản phẩm thay đổi nên tốc độ phản ứng sẽ thay đổi, vì vậy người ta thường tính tốc độ trung bình của phản ứng.
- Tốc độ trung bình của phản ứng là tốc độ được tính trong một khoảng thời gian phản ứng.
Cho phản ứng tổng quát: aA + bB → cC + dD
Biểu thức tốc độ trung bình của phản ứng:
Trong đó:
v : tốc độ trung bình của phản ứng;
∆C = C2 – C1: sự biến thiên nồng độ;
∆t = t2 – t1: biến thiên thời gian;
C1, C2 là nồng độ của một chất tại 2 thời điểm tương ứng t1, t2.
2. Biểu thức tốc độ phản ứng
2.1. Tìm hiểu về định luật tác dụng khối lượng
- Các phản ứng diễn ra với tốc độ khác nhau tùy thuộc vào nhiều yếu tố: nồng độ, nhiệt độ, áp suất đối với chất tham gia là chất khí, bề mặt tiếp xúc, chất xúc tác, cường độ ánh sáng, thể của chất, dung môi hoà tan các chất phản ứng, …
- Ở nhiệt độ không đổi, tốc độ phản ứng tỉ lệ với tích số nồng độ các chất tham gia phản ứng với số mũ thích hợp.
 |
| Phản ứng hóa học của kim loại sắt bị ăn mòn trong môi trường |
Phản ứng đơn giản có dạng: aA + bB → cC + dD
- Mối quan hệ giữa nồng độ và tốc độ tức thời của phản ứng hoá học được biểu diễn bằng biểu thức:
v = k xCAa x CBb
Trong đó, k là hằng số tốc độ phản ứng; CA, CB là nồng độ (M) chất A, B tại thời điểm đang xét.
- Khi nồng độ chất phản ứng bằng đơn vị (1 M) thì k = v, vậy k là tốc độ của phản ứng và được gọi là tốc độ riêng, đây là ý nghĩa của hằng số tốc độ phản ứng.
Hằng số k chỉ phụ thuộc vào bản chất của chất phản ứng và nhiệt độ.
Hướng dẫn giải bài tập
Bài 1. Cho phản ứng đơn giản xảy ra trong bình kín: 2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g)
a) Viết biểu thức tốc độ tức thời của phản ứng.
b) Ở nhiệt độ không đổi, tốc độ phản ứng thay đổi thế nào khi
– nồng độ O2 tăng 3 lần, nồng độ NO không đổi?
– nồng độ NO tăng 3 lần, nồng độ O2 không đổi?
– nồng độ NO và O2 đều tăng 3 lần?
Giải:
a) Tốc độ tức thời của phản ứng v = k x CAa x CBb = k x CNO2 x CO2
b)
- Nồng độ O2 tăng 3 lần, nồng độ NO không đổi: v2 = k x CNO2 x CO23
= 3 x k x CNO2 x CO2
= 3 x v
⇨ tốc độ phản ứng hóa học tăng 3 lần.
- Nồng độ NO tăng 3 lần, nồng độ O2 không đổi: v3 = k x (3 x CNO)2 x CO2
= k x 9 x CNO2 x CO2
= 9 x v
⇨ tốc độ phản ứng hóa học tăng 9 lần.
- Nồng độ NO và O2 đều tăng 3 lần: v3 = k x (3 x CNO)2 x 3 x CO2
= k x 9 x CNO2 x 3 x CO2
= 27 x v
⇨ tốc độ phản ứng hóa học tăng 27 lần.
Bài 2. Giải thích tại sao tốc độ tiêu hao của NO (M/s) và tốc độ tạo thành của N2 (M/s) không giống nhau trong phản ứng: 2CO(g) + 2NO(g) → 2CO2(g) + N2(g)
Giải:
Cách 1: Tốc độ trung bình của phản ứng trong một đơn vị thời gian Δt là:
- ΔCNO = 2 x ΔCN2
- Trong phản ứng trên, tốc độ tiêu hao của NO gấp 2 lần tốc độ tạo thành N2
- Dấu - biểu diễn cho chất tham gia bị giảm sau phản ứng
Cách 2: Dựa vào hệ số của phương trình phản ứng
- Hệ số cân bằng của NO là 2, hệ số cân bằng của N2 là 1
⇨Trong cùng thời gian, nồng độ tiêu hao của NO nhanh gấp 2 lần nồng độ tạo thành của N2
Bài 3. Cho phản ứng:
2N2O5(g) → 4NO2(g) + O2(g)
Sau thời gian từ giây 61 đến giây 120, nồng độ NO2 tăng từ 0,30 M lên 0,40 M. Tính tốc độ trung bình của phản ứng.
Giải:
Áp dụng công thức tính tốc độ trung bình của phản ứng trên:
v = -1/a x (ΔCA/Δt) =-1/b x (ΔCB/Δt) = 1/c x (ΔCC/Δt)= 1/d x (ΔCD/Δt)
= 1/4 x (ΔCNO2/Δt) = 1/4 x [(0.4-0.3)/(120-61)] = 4,2.10-4 (M/s)
Bài 4. Dữ liệu thí nghiệm của phản ứng: SO2Cl2(g) → SO2(g) + Cl2(g) được trình bày ở bảng sau:
 |
b) Sau 100 phút, nồng độ của SO2Cl2 còn lại là bao nhiêu?
c) Sau 200 phút, nồng độ của SO2 và Cl2 thu được là bao nhiêu?
Giải:
a) Tốc độ trung bình của phản ứng theo SO2Cl2 trong thời gian 100 phút:
v = -1/a x (ΔCA/Δt)
= 1/1 x (ΔCSO2Cl2/Δt)
= 1/1 x (0.13 - 0)/100
= 1,3.10-4 (M/phút)
b) Sau 100 phút, nồng độ của SO2Cl2 còn lại C2
-∆CSO2Cl2 = 0,13M = 1,00 – C2
⇨ C2 = 1,00 - 0,13 = 0,87 M
c) Sau 200 phút
-∆CSO2Cl2 = C1 – C3 = 1,00 – 0,78 = 0,22M
=> Sau 200 phút, nồng độ của SO2 và Cl2 = 0,22M
0 Nhận xét