Giải Hóa 10 Bài 16 - Cánh diều: Tốc độ phản ứng hóa học

Giải bài tập Hóa lớp 10 Bài 16: Tốc độ phản ứng hóa học

Video giải bài tập Hóa lớp 10 Bài 16: Tốc độ phản ứng hóa học

Mở đầu trang 88 Hóa học 10: Cho hai mảnh Mg cùng khối lượng vào hai ống nghiệm chứa cùng thể tích dung dịch HCl dư, nồng độ dung dịch HCl ở mỗi ống nghiệm lần lượt là 2M (Thí nghiệm (a)) và 0,5M (Thí nghiệm (b)). Hiện tượng thí nghiệm được mô tả như hình 16.1. Theo em, mảnh Mg ở ống nghiệm nào sẽ bị tan hết trước? Giải thích.

Trả lời:

Mảnh Mg ở thí nghiệm (a) sẽ tan hết trước, do ở thí nghiệm (a) nồng độ HCl là 2M lớn hơn nồng độ HCl ở thí nghiệm (b).

I. Khái niệm tốc độ phản ứng, tốc độ trung bình của phản ứng

1. Khái niệm tốc độ phản ứng

Câu hỏi 1 trang 89 Hóa học 10: Trong cùng một khoảng thời gian, nồng độ của MgCl₂ trong dung dịch ở thí nghiệm nào tăng lên nhanh hơn? Giải thích.

Trả lời:

Trong cùng một khoảng thời gian lượng HCl và Mg bị mất đi ở thí nghiệm (a) là nhanh hơn so với thí nghiệm (b).

⇒ Lượng MgCl₂ tạo thành ở thí nghiệm (a) cũng tăng lên nhanh hơn.

Coi thể tích của dung dịch là không đổi trong suốt quá trình của phản ứng

⇒ Nồng độ của MgCl₂ ở thí nghiệm (a) tăng lên nhanh hơn.

Câu hỏi 2 trang 89 Hóa học 10: Tốc độ của phản ứng (1) ở thí nghiệm (a) là nhanh hơn hay chậm hơn tốc độ phản ứng ở thí nghiệm (b)?

Trả lời:

Tốc độ của phản ứng (1) ở (thí nghiệm (a)) là nhanh hơn so với tốc độ của phản ứng ở (thí nghiệm (b)).

2. Tốc độ trung bình của phản ứng

Câu hỏi 3 trang 90 Hóa học 10: Cho biết tốc độ phản ứng chỉ nhận giá trị dương. Giải thích tại sao phải thêm dấu trừ trong biểu thức (3) khi tính tốc độ trung bình của phản ứng theo các chất tham gia phản ứng.

Trả lời:

Tốc độ trung bình của phản ứng:

$\overline{v}=-\frac{1}{a}\frac{\Delta C_A}{\Delta t}=-\frac{1}{b}\frac{\Delta C_B}{\Delta t}=\frac{1}{m}\frac{\Delta C_M}{\Delta t}=\frac{1}{n}\frac{\Delta C_N}{\Delta t}\left(3\right)$

ΔC = C₂ – C₁ ; Δt = t₂ – t₁

Trong đó C₁, C₂ là nồng độ của một chất tại thời điểm tương ứng t₁ và t₂.

Các chất tham gia có nồng độ giảm theo thời gian ⇒ C₂ < C₁ ⇒ ΔC < 0

Vậy để tốc độ phản ứng nhận giá trị dương cần phải thêm dấu trừ trong biểu thức (3) khi tính tốc độ trung bình của phản ứng theo các chất tham gia phản ứng.

Luyện tập 1 trang 90 Hóa học 10: Tính tốc độ trung bình của phản ứng (4) theo O₂ trong 100 giây đầu tiên.

Trả lời:

Nồng độ ban đầu của O₂ (C₁) là 0, nồng độ sau 100s (C₂) là 0,0016M.

Δt = 100 s – 0 s = 100 s. Vậy tốc độ trung bình của phản ứng trong 100 s đầu tiên là:

$\overline{v}=\frac{1}{1}.\frac{0,0016-0}{100}=0,000016(M.s^{-1})$ = 1,6.10^-5 (M.s^-1).

Luyện tập 2 trang 90 Hóa học 10: Từ bảng 6.1, có thể tính được tốc độ trung bình của phản ứng sau 50 giây hay không? Vì sao?

Trả lời:

Từ bảng 6.1, không thể tính được tốc độ trung bình của phản ứng sau 50 giây vì chưa biết nồng độ của các chất (C₂) tại t₂ = 50 s

Vận dụng 1 trang 90 Hóa học 10: Hãy sắp xếp tốc độ các phản ứng sau theo chiều tăng dần: (1) phản ứng than cháy trong không khí, (2) phản ứng gỉ sắt, (3) phản ứng nổ của khí bình gas.

Trả lời:

Sắp xếp tốc độ các phản ứng sau theo chiều tăng dần:

(2) phản ứng gỉ sắt < (1) phản ứng than cháy trong không khí < (3) phản ứng nổ của khí bình gas.

II. Định luật tác dụng khối lượng

Thực hành trang 91 Hóa học 10: Cho hai mẩu đá vôi từ cùng một mẫu có kích thước xấp xỉ nhau vào hai ống nghiệm chứa cùng một thể tích dung dịch HCl (khoảng $\frac{1}{3}$ ống nghiệm) có nồng độ khác nhau lần lượt là: 0,1M (ống nghiệm (a)) và 0,2M (ống nghiệm (b)). Quan sát hiện tượng phản ứng và nhận xét về mối liên hệ giữa tốc độ phản ứng và nồng độ HCl.

Trả lời:

Hiện tượng:

Mẩu đá vôi ở ống nghiệm (b) tan nhanh hơn mẩu đá vôi ở ống nghiệm (a); đồng thời khí thoát ra ở ống nghiệm (b) cũng nhanh hơn khí thoát ra ở ống nghiệm (a).

Phương trình hóa học của phản ứng:

CaCO₃ (s) + 2HCl (aq) → CaCl₂ (aq) + H₂O (l) + CO₂ (g)

Nhận xét:

Nồng độ HCl càng lớn thì tốc độ của phản ứng càng lớn.

Vận dụng 2 trang 91 Hóa học 10: Thực phẩm bị ôi thiu do các phản ứng oxi hóa của oxygen cũng như sự hoạt động của vi khuẩn. Giải thích vì sao để hạn chế sự ôi thiu, người ta lại bơm N₂ hoặc CO₂ vào túi đựng thực phẩm trước khi đóng gói. Biết rằng nồng độ oxygen trong túi thực phẩm sau khi bơm N₂ hoặc CO₂ chỉ còn khoảng 2 – 5%.

Trả lời:

Bơm N₂ hoặc CO₂ vào túi đựng thực phẩm trước khi đóng gói nhằm mục đích đẩy bớt oxygen ra ngoài (làm giảm nồng độ oxygen trong túi) ⇒ Giảm tốc độ phản ứng oxi hóa thực phẩm của oxygen cũng như sự hoạt động của vi khuẩn ⇒ Hạn chế sự ôi thiu thực phẩm.

Câu hỏi 4 trang 92 Hóa học 10: Em có nhận xét gì nếu trong biểu thức (5), nồng độ của chất A và B đều bằng 1M?

Trả lời:

Biểu thức (5) v = k.$C_A^a.C_B^b$

Nếu nồng độ của chất A và B đều bằng 1M thì ta có: v = k.1.1 hay v = k

Như vậy hằng số tốc độ phản ứng có giá trị đúng bằng tốc độ phản ứng.

Câu hỏi 5 trang 92 Hóa học 10: Trong phản ứng (6), nếu nồng độ của H₂ tăng gấp đôi thì tốc độ phản ứng thay đổi như thế nào?

Trả lời:

Phản ứng (6): H₂ (g) + I₂ (g) → 2HI (g)

Tốc độ của phản ứng (6): v = k.$C_{H_2}^{}.C_{I_2}^{}$

Nếu nồng độ H₂ tăng gấp đôi thì v’ = k. $C_{H_2}^{}\mathrm{.2.}{C}_{I_2}^{}$= 2.v

⇒ Nếu nồng độ H₂ tăng gấp đôi thì tốc độ của phản ứng tăng gấp đôi.

III. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng, hệ số nhiệt độ vant’t hoff (γ)

1. Ảnh hưởng của nồng độ

Câu hỏi 6 trang 93 Hóa học 10: Khi nồng độ của H₂(g) cũng như I₂(g) đều tăng lên gấp đôi thì tốc độ phản ứng của H₂(g) với I₂(g) tăng lên bao nhiêu lần?

Trả lời:

Theo định luật tác dụng khối lượng, tốc độ của phản ứng H₂(g) với I₂(g) là:

v = k.$C_{H_2}^{}.C_{I_2}^{}$

Khi nồng độ của H₂(g) cũng như I₂(g) đều tăng lên gấp đôi ta có:

v’ = k. $2.C_{H_2}^{}\mathrm{.2.}{C}_{I_2}^{}$= 4.v

Vậy tốc độ của phản ứng tăng lên 4 lần.

Vận dụng 3 trang 93 Hóa học 10: Hãy giải thích các hiện tượng dưới đây.

a) Khi ở nơi đông người trong không gian kín, ta cảm thấy khó thở và phải thở nhanh hơn.

b) Tàn đóm đỏ bùng lên khi cho vào bình oxygen nguyên chất.

c) Bệnh nhân suy hô hấp cần thở oxygen thay vì không khí (chứa 21% thể tích oxygen).

Trả lời:

a) Khi ở nơi đông người trong không gian kín, ta cảm thấy khó thở và phải thở nhanh hơn.

Vì: Oxygen duy trì sự hô hấp, khi ở nơi đông người trong không gian kín nồng độ oxygen giảm đi nhanh vì phải cung cấp cho nhiều người ⇒ Con người bị thiếu oxygen nên cảm thấy khó thở và phải thở nhanh hơn để lấy oxygen.

b) Oxygen duy trì sự cháy mà trong bình khí oxygen nguyên chất, nồng độ oxygen lớn hơn ngoài không khí.

⇒ Tốc độ phản ứng cháy xảy ra nhanh hơn, mãnh liệt hơn.

⇒ Tàn đóm đỏ bùng cháy.

c) Bệnh nhân suy hô hấp cần thở oxygen thay vì không khí do: bệnh nhân suy hô hấp khó khăn trong việc tự thở, dẫn đến thiếu oxygen cung cấp cho hoạt động của cơ thể. Trong bình khí nén oxygen, nồng độ oxygen cao hơn nồng độ oxygen có trong không khí giúp bệnh nhân thở dễ dàng hơn, cung cấp đủ oxygen cho các tế bào, giúp duy trì sự sống.

2. Ảnh hưởng của áp suất

3. Ảnh hưởng của diện tích bề mặt

Thực hành trang 94 Hóa học 10: Chuẩn bị hai mẩu đá vôi nhỏ A và B có khối lượng xấp xỉ bằng nhau. Tán nhỏ mẩu đá vôi B thành bột. Cho hai mẫu này riêng rẽ vào hai ống nghiệm chứa cùng một thể tích dung dịch HCl 0,5M. Quan sát hiện tượng để rút ra kết luận về ảnh hưởng của diện tích bề mặt tới tốc độ phản ứng.

Trả lời:

Hiện tượng: Mẩu đá vôi B (đã được tán nhỏ thành bột) tan trong dung dịch HCl nhanh hơn mẩu đá vôi A, đồng thời khí thoát ra ở ống nghiệm chứa mẩu B (đã được tán nhỏ thành bột) cũng nhanh hơn.

Phương trình hóa học của phản ứng:

CaCO₃ (s) + 2HCl (aq) → CaCl₂ (aq) + H₂O (l) + CO₂ (g)

Nhận xét: Diện tích bề mặt càng lớn, tốc độ phản ứng càng lớn.

Câu hỏi 7 trang 94 Hóa học 10: Quan sát hình 16.4, giải thích vì sao khi dùng đá vôi dạng bột thì tốc độ phản ứng nhanh hơn.

Trả lời:

Khi diện tích bề mặt đá vôi tăng lên (đá vôi dạng bột) thì số lượng va chạm của CaCO₃ với HCl trong cùng một đơn vị thời gian sẽ lớn hơn, số lượng va chạm hiệu quả cũng cao hơn, từ đó tốc độ phản ứng nhanh hơn.

Vận dụng 4 trang 94 Hóa học 10: Giải thích vì sao thanh củi chẻ nhỏ hơn thì sẽ cháy nhanh hơn.

Trả lời:

Thanh củi chẻ nhỏ hơn thì diện tích bề mặt tiếp xúc của củi với oxygen không khí sẽ lớn hơn làm cho củi sẽ cháy nhanh hơn.

4. Ảnh hưởng của nhiệt độ

Thực hành trang 95 Hóa học 10: Cho hai đinh sắt tương tự nhau (tẩy sạch gỉ và dầu mỡ) vào hai ống nghiệm chứa cùng một thể tích dung dịch H₂SO₄ 0,5M. Một ống nghiệm để ở nhiệt độ phòng, một ống nghiệm được đun nóng bằng đèn cồn. Quan sát hiện tượng để rút ra kết luận về ảnh hưởng của nhiệt độ tới tốc độ phản ứng.

Trả lời:

Hiện tượng: Ở ống nghiệm được đun nóng bằng đèn cồn đinh sắt tan nhanh hơn, đồng thời khí thoát ra nhanh hơn.

Phương trình hóa học của phản ứng:

Fe(s) + H₂SO₄ (aq) → FeSO₄ (aq) + H₂(g)

Nhận xét: Nhiệt độ càng cao, tốc độ phản ứng càng lớn.

Câu hỏi 8 trang 95 Hóa học 10: Vì sao đinh sắt trong thí nghiệm bên phải được tẩy sạch gỉ và dầu mỡ?

Trả lời:

Vì khi đinh sắt bị bao quanh bởi lớp gỉ và dầu mỡ (lẫn tạp chất) sẽ làm kết quả thí nghiệm không chính xác.

Câu hỏi 9 trang 95 Hóa học 10: Dựa vào hiện tượng nào để so sánh tốc độ phản ứng trong hai thí nghiệm này?

Trả lời:

Dựa vào tốc độ thoát khí nhanh hay chậm để so sánh tốc độ phản ứng trong hai thí nghiệm này.

Câu hỏi 10 trang 95 Hóa học 10: Với phản ứng có γ = 2, nếu nhiệt độ tăng từ 20^oC lên 50^oC thì tốc độ phản ứng tăng bao nhiêu lần?

Trả lời:

$\frac{v_2}{v_1}={\gamma }^{\left(\frac{T_2-T_1}{10}\right)}$

⇔ $\frac{v_2}{v_1}=2^{\left(\frac{50-20}{10}\right)}$= 2³ = 8

Vậy với phản ứng có γ = 2, nếu nhiệt độ tăng từ 20^oC lên 50^oC thì tốc độ phản ứng tăng 8 lần.

5. Ảnh hưởng của chất xúc tác

Thực hành trang 96 Hóa học 10: Rót khoảng 2 ml nước oxi già (dung dịch H₂O₂ 3%) vào một ống nghiệm. Quan sát hiện tượng xảy ra. Tiếp theo thêm một lượng nhỏ bột MnO₂ (màu đen, dùng làm chất xúc tác) vào ống nghiệm. Quan sát hiện tượng và rút ra kết luận về ảnh hưởng của chất xúc tác tới tốc độ phản ứng.

Trả lời:

- Rót khoảng 2 ml nước oxi già (dung dịch H₂O₂ 3%) vào một ống nghiệm.

Hiện tượng: Xuất hiện lăn tăn bọt khí.

Nhận xét: Dung dịch H₂O₂ 3% ở điều kiện bình thường phân hủy rất chậm tạo bọt khí O₂ thoát ra. Theo phương trình:

2H₂O₂(aq) → O₂(g) + 2H₂O(l)

- Thêm một lượng nhỏ bột MnO₂ (màu đen, dùng làm chất xúc tác) vào ống nghiệm.

Hiện tượng: Bọt khí thoát ra mãnh liệt, khi kết thúc thí nghiệm màu đen của MnO₂ ban đầu vẫn giữ nguyên.

Nhận xét: Phản ứng xảy ra nhanh hơn do thêm xúc tác MnO₂, sau phản ứng MnO₂ không bị biến đổi.

2H₂O₂(aq) $\stackrel{Mn{O}_2}{\to }$ O₂(g) + 2H₂O(l)

Kết luận: Chất xúc tác MnO₂ làm tăng tốc độ phân hủy H₂O₂.

Vận dụng 5 trang 97 Hóa học 10: Enzyme amylase và lipase có trong nước bọt. Hãy giải thích vì sao chúng ta cần phải nhai kĩ thức ăn trước khi nuốt.

Trả lời:

Enzyme amylase và lipase có trong nước bọt là chất xúc tác đẩy nhanh quá trình tiêu hóa tinh bột và chất béo.

Khi nhai kĩ thức ăn được chia nhỏ hơn nhằm tăng diện tích tiếp xúc giữa thức ăn với các enzyme, khiến các phản ứng trong quá trình tiêu hóa chất béo và tinh bột xảy ra nhanh hơn, hiệu quả hơn.

Bài tập (trang 98)

Bài 1 trang 98 Hóa học 10: Nồi áp suất dùng để ninh, hầm thức ăn có thể làm nóng nước tới nhiệt độ 120^oC so với 100^oC khi dùng nồi thường. Trong quá trình hầm xương thường diễn ra nhiều phản ứng hóa học, ví dụ quá trình biến đổi các protein, chẳng hạn như thủy phân một phần collagen thành gelatin. Hãy cho biết tốc độ quá trình thủy phân collagen thành gelatin thay đổi như thế nào khi sử dụng nồi áp suất thay cho nồi thường.

A. Không thay đổi.

B. Giảm đi 4 lần.

C. Ít nhất tăng 4 lần.

Trả lời:

Đáp án đúng là: C

Áp dụng mối liên hệ của hệ số Van’t Hoff với tốc độ và nhiệt độ ta có:

$\frac{v_2}{v_1}={\gamma }^{\left(\frac{T_2-T_1}{10}\right)}$

Trong đó giá trị γ = 2 – 4

Với γ = 2 ⇒ $\frac{v_2}{v_1}=2^{\left(\frac{120-100}{10}\right)}$ = 4

Vậy tốc độ quá trình thủy phân collagen thành gelatin sẽ tăng lên ít nhất 4 lần khi sử dụng nồi áp suất thay cho nồi thường.

Bài 2 trang 98 Hóa học 10: Hình ảnh bên minh họa ảnh hưởng của yếu tố nào tới tốc độ phản ứng? Giải thích.

Trả lời:

Hình ảnh bên minh họa ảnh hưởng của diện tích tiếp xúc tới tốc độ phản ứng.

Giả sử khối lập phương là chất X, quả cầu màu xanh là chất Y.

Khi chất X được chia nhỏ, số va chạm của chất X và chất Y (trong cùng một đơn vị thời gian) sẽ lớn hơn, số va chạm hiệu quả cũng tăng lên, từ đó tốc độ phản ứng tăng.

Bài 3 trang 98 Hóa học 10: Khí H₂ có thể được điều chế bằng cách cho miếng sắt vào dung dịch HCl. Hãy đề xuất các biện pháp khác nhau để làm tăng tốc độ điều chế khí H₂ từ cách này.

Trả lời:

Phương trình hóa học của phản ứng:

Fe(s) + 2HCl(aq) → FeCl₂(aq) + H₂(g)

Để làm tăng tốc độ điều chế khí H₂ ta có thể:

- Tăng nồng độ dung dịch HCl.

- Đun nóng ống nghiệm chứa hỗn hợp Fe và HCl

- Dùng sắt bột và khuấy nhẹ trong quá trình phản ứng.

Bài 4* trang 98 Hóa học 10: Cùng một lượng kim loại Zn phản ứng với cùng một thể tích dung dịch H₂SO₄ 1M, nhưng ở hai nhiệt độ khác nhau.

Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂

Thể tích khí H₂ sinh ra ở mỗi thí nghiệm theo thời gian được biểu diễn ở đồ thị bên.

a) Giải thích vì sao đồ thị màu đỏ ban đầu cao hơn đồ thị màu xanh.

b) Vì sao sau một thời gian, hai đường đồ thị lại chụm lại với nhau?

Trả lời:

a) Đồ thị màu đỏ ban đầu cao hơn đồ thị màu xanh do: Nhiệt độ càng cao, tốc độ phản ứng càng lớn, khí thoát ra càng nhiều.

b) Sau một thời gian, hai đồ thị lại chụm lại với nhau do phản ứng đã dừng lại (một hoặc cả hai các chất tham gia phản ứng hết). Do cùng lượng kim loại và H₂SO₄ cùng thể tích, nồng độ nên lượng khí thu được là như nhau ở cả 2 trường hợp.

Bài 5* trang 98 Hóa học 10: Phản ứng A → sản phẩm được thực hiện trong bình kín. Nồng độ của A tại các thời điểm t = 0; t = 1 phút; t = 2 phút lần lượt là 0,1563 M; 0,1496 M; 0,1431 M.

a) Tính tốc độ trung bình của phản ứng trong phút thứ nhất và từ phút thứ nhất tới hết phút thứ hai.

b) Vì sao hai giá trị tốc độ tính được không bằng nhau.

Trả lời:

a) Tốc độ trung bình của phản ứng trong phút thứ nhất là

$\overline{v}=-\frac{1}{a}.\frac{\Delta C_A}{\Delta t}$ = $-\frac{1}{1}.\frac{0,1496-0,1563}{60-0}$ = 1,12.10^-4 (M.s^-1)

Tốc độ trung bình của phản ứng từ phút thứ nhất tới hết phút thứ hai là

$\overline{v}=-\frac{1}{a}.\frac{\Delta C_A}{\Delta t}$ = $-\frac{1}{1}.\frac{0,1431-0,1496}{120-60}$ = 1,08.10^-4 (M.s^-1)

b) Đa số các phản ứng hóa học có nồng độ giảm dần theo thời gian.

Nồng độ của chất phản ứng càng lớn thì tốc độ phản ứng càng lớn. Càng về sau nồng độ của chất A càng giảm nên tốc độ của phản ứng cũng giảm dần.

Lý thuyết Tốc độ phản ứng hóa học

I. Khái niệm tốc độ phản ứng, tốc độ trung bình của phản ứng

1. Khái niệm tốc độ phản ứng

- Thí nghiệm: Cho hai mảnh Zn có cùng khối lượng vào hai bình chứa cùng thể tích dung dịch H₂SO₄ loãng, dư, nồng độ dung dịch ở mỗi bình lần lượt là 0,5M và 1M.

Hình 16.1. Thí nghiệm Zn tác dụng với H₂SO₄ loãng

+ Phản ứng xảy ra trong thí nghiệm cho Zn vào dung dịch H₂SO₄ loãng, ở hai nồng độ khác nhau như sau:

Zn(s) + H₂SO₄(aq) $\stackrel{}{\to }$ ZnSO₄(aq) + H₂(g)

+ Hiện tượng: bọt khí H₂ thoát ra ở thí nghiệm (b) nhanh hơn so với thí nghiệm (a) đã chứng tỏ lượng H₂SO₄ bị mất đi do phản ứng với Zn ở thí nghiệm (b) nhanh hơn ở thí nghiệm (a).

$\Rightarrow$ Tốc độ phản ứng giữa Zn với dung dịch H₂SO₄ ở các nồng độ khác nhau là khác nhau.

+ Trong hai thí nghiệm trên, coi thể tích của dung dịch là không đổi trong suốt quá trình phản ứng. Trong cùng một khoảng thời gian, độ giảm nồng độ H₂SO₄ trong thí nghiệm (b) là nhanh hơn so với trong thí nghiệm (a).

$\Rightarrow$Có thể dựa theo sự thay đổi nồng độ của chất trong phản ứng trong một đơn vị thời gian để đánh giá mức độ nhanh, chậm của phản ứng.

Kết luận:

- Khái niệm: Tốc độ phản ứng của một phản ứng hóa học là đại lượng đặc trưng cho sự thay đổi nồng độ của chất phản ứng hoặc sản phẩm phản ứng trong một đơn vị thời gian.

- Tốc độ phản ứng được kí hiệu là v, có đơn vị là (đơn vị nồng độ) (đơn vị thời gian)^-1

Ví dụ: mol L^-1 s^-1 (hay M s^-1), ...

2. Tốc độ trung bình của phản ứng

- Tốc độ trung bình của phản ứng () là tốc độ tính trung bình trong một khoảng thời gian phản ứng.

- Cho phản ứng tổng quát:

aA + bB $\stackrel{}{\to }$ mM + nN (1)

Tốc độ phản ứng (1) được tính dựa theo sự thay đổi nồng độ của một chất bất kì trong phản ứng theo quy ước sau:

$\overline{v}=-\frac{1}{a}\frac{\Delta C_A}{\Delta t}=-\frac{1}{b}\frac{\Delta C_B}{\Delta t}=\frac{1}{m}\frac{\Delta C_M}{\Delta t}=\frac{1}{n}\frac{\Delta C_N}{\Delta t}$(2)

Trong đó: ΔC = C₂ – C₁, Δt = t₂ – t₁ lần lượt là biến thiên nồng độ và biến thiên thời gian tương ứng. C₁, C₂ là nồng độ của một chất tại thời điểm tương ứng t₁ và t₂ (với t₂ > t₁).

Ví dụ: Cho phản ứng phân hủy N₂O₅:

2N₂O₅(g) $\stackrel{}{\to }$ 4NO₂(g) + O₂(g) (3)

Nồng độ của mỗi chất trong phản ứng (3) tại thời điểm t₁ = 0 và t₂ = 50s được cho trong bảng sau:

Bảng 16.1. Dữ liệu nồng độ các chất (mol L^-1)

Tốc độ trung bình của phản ứng (3) có thể được tính theo biến thiên nồng độ chất phản ứng hoặc sản phẩm:

+ Tính theo nồng độ N₂O₅

Nồng độ của N₂O₅ ban đầu (C₁) là 0,0200M, sau 50 s (C₂) là 0,0045M

Vậy tốc độ trung bình của phản ứng trong 50s đầu tiên là:

$\overline{v}=-\frac{1}{2}\frac{0,0045-0,0200}{50}$= 1,55,10^-5 (M s^-1)

+ Tính theo O₂

Nồng độ của O₂ ban đầu (C₁) là 0M, sau 50 s (C₂) là 0,000775M

Vậy tốc độ trung bình của phản ứng trong 50s đầu tiên là:

$\overline{v}=\frac{1}{1}\frac{0,000775-0}{50}$= 1,55,10^-5 (M s^-1)

II. Định luật tác dụng khối lượng

- Thí nghiệm: Cho hai mảnh Zn có cùng khối lượng vào hai bình chứa cùng thể tích dung dịch H₂SO₄ loãng, dư, nồng độ dung dịch ở mỗi bình lần lượt là 0,5M và 1M.

Hình 16.2. Minh họa mô hình Zn trong dung dịch H₂SO₄ loãng

- Giải thích: Để phản ứng xảy ra, cần phải có sự va chạm giữa H₂SO₄ và Zn. Nồng độ của H₂SO₄ ở bình (b) lớn gấp đôi nồng độ H₂SO₄ ở bình (a), do vậy số va chạm của H₂SO₄ với Zn trong bình (b) sẽ nhiều hơn, dẫn đến tốc độ phản ứng ở bình (b) là lớn hơn.

- Kết luận: Khi nồng độ các chất tham gia phản ứng càng lớn thì tốc độ phản ứng càng lớn.

- Giải thích: Để phản ứng xảy ra, các phân tử phản ứng phải va chạm với nhau, nồng độ càng lớn thì số lượng va chạm càng nhiều (trong cùng một đơn vị thời gian, một đơn vị thể tích) nên tốc độ phản ứng càng lớn.

- Định luật tác dụng khối lượng áp dụng cho các phản ứng đơn giản, biểu thị sự phụ thuộc tốc độ phản ứng theo nồng độ các chất phản ứng.

Lưu ý: Phản ứng đơn giản là phản ứng chỉ diễn ra qua một giai đoạn duy nhất, chất phản ứng tạo thành sản phẩm không qua một chất trung gian nào khác.

- Cho phản ứng tổng quát: aA + bB $\stackrel{}{\to }$ sản phẩm

+ Tốc độ phản ứng được tính như sau: v = k$C_A^a{C}_B^b$(4)

+ Trong đó: C_A, C_B là nồng độ mol. L^-1 tương ứng của chất A và B; k là hằng số tốc độ phản ứng mà giá trị của nó chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và bản chất các chất tham gia phản ứng.

- Định luật tác dụng khối lượng: Tốc độ phản ứng tỉ lệ thuận với tích nồng độ các chất tham gia phản ứng với số mũ thích hợp.

® Hằng số tốc độ phản ứng càng lớn thì tốc độ phản ứng càng lớn.

- Hằng số tốc độ phản ứng có giá trị đúng bằng tốc độ phản ứng khi nồng độ các chất phản ứng bằng nhau và bằng 1M. Đây chính là ý nghĩa của hằng số tốc độ phản ứng.

Ví dụ: Phản ứng của N₂ và H₂ là phản ứng đơn giản:

N₂(g) + 3H₂(g) $\stackrel{}{\to }$ 2NH₃(g) (5)

+ Theo định luật tác dụng khối lượng, tốc độ của phản ứng (5) được viết dưới dạng:

v = k$C_A^a{C}_B^b$

+ Ở một nhiệt độ không đổi, tốc độ phản ứng (5) tỉ lệ với nồng độ N₂ và H₂.

Lưu ý: Tốc độ phản ứng tính theo định luật tác dụng khối lượng là tốc độ tức thời của phản ứng tại một thời điểm, khác với tốc độ trung bình của phản ứng trong một khoảng thời gian như đã nêu trên.

III. Các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng, hệ số nhiệt độ Van’t Hoff

1. Ảnh hưởng của nồng độ

- Nồng độ các chất phản ứng càng lớn, tốc độ phản ứng càng lớn.

Ví dụ: Phản ứng của H₂ và I₂ như sau:

H₂(g) + I₂(g) $\stackrel{}{\to }$ 2HI(g) (6)

Hình 16.3. Ảnh hưởng của nồng độ các chất phản ứng tới tốc độ phản ứng

+ Giải thích: Khi nồng độ của H₂ và I₂ tăng lên trong một đơn vị thể tích, các phân tử này cũng sẽ nhiều hơn, dẫn đến số lượng va chạm giữa chúng (trong cùng một đơn vị thời gian) tăng lên. Vì vậy tốc độ phản ứng tăng lên khi nồng độ các chất tăng.

2. Ảnh hưởng của áp suất

- Áp suất của các chất phản ứng ở thể khí càng lớn, tốc độ phản ứng càng lớn.

- Giải thích: Đối với các chất khí, nồng độ của chất khí tỉ lệ với áp suất của nó. Do vậy, khi áp suất chất tham gia phản ứng ở thể khí tăng lên, sẽ làm nồng độ chất khí tăng lên, từ đó làm tốc độ phản ứng tăng.

Ví dụ: Phản ứng tổng hợp NH₃ từ N₂ và H₂ được thực hiện ở áp suất rất cao từ 200 – 300 atm để tăng tốc độ phản ứng.

3. Ảnh hưởng của diện tích bề mặt

- Thí nghiệm: Dùng hai mẫu Zn có cùng khối lượng, trong đó một mẫu dạng hạt còn một mẫu dạng bột. Cho hai mẫu đó cùng tác dụng với hai thể tích bằng nhau dung dịch H₂SO₄ loãng, dư, cùng nồng độ.

Hình 16.4. Ảnh hưởng của diện tích bề mặt tới tốc độ phản ứng

- Diện tích bề mặt càng lớn, tốc độ phản ứng càng lớn.

- Giải thích: Khi diện tích bề mặt tăng lên, dẫn đến số lượng va chạm giữa các chất phản ứng tăng lên (trong cùng một đơn vị thời gian) tăng lên. Vì vậy tốc độ phản ứng tăng lên khi nồng độ các chất tăng.

- Ảnh hưởng của diện tích bề mặt tới tốc độ phản ứng trong thực tế: thanh củi chẻ nhỏ hơn thì sẽ cháy nhanh hơn, than tổ ong có nhiều lỗ sẽ cháy nhanh hơn, ...

4. Ảnh hưởng của nhiệt độ

- Nhiệt độ càng cao, tốc độ phản ứng càng lớn. Với đa số các phản ứng, khi nhiệt độ tăng 10^oC thì tốc độ phản ứng tăng từ 2 đến 4 lần. Giá trị g = 2 ÷ 4 này được gọi là hệ số nhiệt độ Van’t Hoff.

- Mối liên hệ của hệ số nhiệt độ Van’t Hoff tới tốc độ và nhiệt độ như sau:

$\frac{v_2}{v_1}={\gamma }^{\left(\frac{T_2-T_1}{10}\right)}$

Trong đó, v₂ và v₁ là tốc độ phản ứng ở nhiệt độ T₂ và T₁ tương ứng.

- Ảnh hưởng của nhiệt độ tới tốc độ phản ứng trong thực tế: Nước nhanh sôi hơn khi được đun ở nhiệt độ cao; thức ăn bị chậm ôi, thiu khi được để trong tủ lạnh, ...

5. Ảnh hưởng của chất xúc tác

- Chất xúc tác là chất làm tăng tốc độ phản ứng, nhưng không bị thay đổi cả về lượng và chất sau phản ứng.

Ví dụ 1: Khi đun nóng, KClO₃ bị phân hủy tương đối chậm theo phương trình:

3KClO₃(s) $\stackrel{t^o}{\to }$ 3KCl(s) + 3O₂(g)

Tuy nhiên tốc độ phản ứng phân hủy này sẽ nhanh hơn rất nhiều khi có mặt chất xúc tác MnO₂. Kết thúc thí nghiệm trên, màu đen của MnO₂ ban đầu vẫn giữ nguyên vì MnO₂ không bị biến đổi sau phản ứng phân hủy KClO₃.

- Ảnh hưởng của nhiệt độ tới tốc độ phản ứng trong thực tế:

+ Phản ứng tổng hợp NH₃ từ N₂ và H₂ cần sử dụng chất xúc tác là sắt kim loại được trộn thêm Al₂O₃, K₂O, ... để làm tăng tốc độ phản ứng, phản ứng không có chất xúc tác sẽ diễn ra rất chậm.

+ Các enzyme trong cơ thể là những chất xúc tác sinh học thúc đẩy các phản ứng sinh hóa phức tạp trong cơ thể chúng ta. Ví dụ enzyme amylase có trong nước ngọt giúp thủy phân tinh bột thành đường.

Xem thêm lời giải bài tập Hóa học lớp 10 Cánh diều hay, chi tiết khác:

Bài 17: Nguyên tố và đơn chất halogen

Bài 18: Hydrogen halide và hydrohalic acid

Bài 1: Nhập môn hóa học

Bài 2: Thành phần của nguyên tử

Bài 3: Nguyên tố hóa học

Xem thêm tài liệu Hóa học lớp 10 Cánh diều hay, chi tiết khác:

Lý thuyết Bài 16: Tốc độ phản ứng hóa học

Trắc nghiệm Bài 16: Tốc độ phản ứng hóa học