Lý thuyết Tốc độ phản ứng – Hóa 10 Kết nối tri thức

Lý thuyết Hóa học 10 Bài 19: Tốc độ phản ứng

A. Lý thuyết Tốc độ phản ứng

I. Tốc độ phản ứng hóa học

1. Khái niệm tốc độ phản ứng hóa học

Tốc độ phản ứng được xác định bằng sự thay đổi lượng chất đầu hoặc chất sản phẩm trong một đơn vị thời gian: giây (s), phút (min), giờ (h), ngày (d), … Lượng chất có thể biểu diễn bằng số mol, nồng độ mol, khối lượng hoặc thể tích.

Các phản ứng khác nhau xảy ra với tốc độ khác nhau, có phản ứng xảy ra nhanh, có phản ứng xảy ra chậm.

Ví dụ:

2. Tốc độ trung bình của phản ứng

Để đặc trưng cho sự nhanh chậm của phản ứng trong một khoảng thời gian, ta dùng tốc độ phản ứng trung bình.

Đối với phản ứng tổng quát: aA + bB $\stackrel{}{\to }$ cC + dD

Gọi DC_A, DC_B, DC_C, DC_D lần lượt là biến thiên lượng chất các chất A, B, C, D trong khoảng thời gian Dt. Tốc độ trung bình của phản ứng được tính theo biểu thức:

$v_{tb}=-\frac{1}{a}\cdot \frac{\Delta C_A}{\Delta t}=-\frac{1}{b}\cdot \frac{\Delta C_B}{\Delta t}=\frac{1}{c}\cdot \frac{\Delta C_C}{\Delta t}=\frac{1}{d}\cdot \frac{\Delta C_D}{\Delta t}$

Ví dụ: Phản ứng phân hủy H₂O₂:

H₂O₂ $\stackrel{}{\to }$ H₂O + $\frac{1}{2}$ O₂.

Kết quả thí nghiệm đo nồng độ H₂O₂ tại các thời điểm khác nhau được trình bày dưới bảng sau:

Tính tốc độ phản ứng theo nồng độ H₂O₂ trong khoảng thời gian từ 0 giờ đến 3 giờ.

Hướng dẫn giải:

Tốc độ phản ứng theo nồng độ H₂O₂ trong khoảng thời gian từ 0 giờ đến 3 giờ là:

$v_{tb}=-\frac{\Delta C_{H_2{O}_2}}{\Delta t}=-\frac{C_{H_2{O}_2\left(3h\right)}-C_{H_2{O}_2\left(0h\right)}}{3-0}=-\frac{0,707-1,000}{3}\approx 0,098$ (mol/(L.h))

II. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng

1. Ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng

Khi nồng độ chất phản ứng tăng lên, số va chạm giữa các hạt tăng lên, làm số va chạm hiệu quả cũng tăng lên và dẫn đến tốc độ phản ứng tăng.

Ở nhiệt độ không đổi, tốc độ phản ứng tỉ lệ thuận với tích số nồng độ các chất phản ứng với số mũ thích hợp. Đối với phản ứng đơn giản (phản ứng chỉ xảy ra qua một giai đoạn), số mũ là hệ số của chất tham gia trong phương trình hóa học.

Ví dụ: Xét phản ứng: 2NO + O₂ $\stackrel{}{\to }$ 2NO (1).

Từ thực nghiệm, xác định được mối liên hệ giữa tốc độ phản ứng (1) và nồng độ các chất tham gia phản ứng:$v=k\cdot C_{NO}^2\cdot C_{O_2}$.

Trong đó: C_NO và $C_{O_2}$ là nồng độ mol của NO và O₂ tại thời điểm đang xét; k được gọi là hằng số tốc độ phản ứng; v là tốc độ phản ứng tại thời điểm đang xét. 

Xét tại thời điểm $C_{NO}=1M$ và $C_{O_2}=1M$, khi đó v = k. Như vậy: hằng số tốc độ k là tốc độ phản ứng khi nồng độ của tất cả các chất đầu đều bằng đơn vị.

Chú ý: Đại lượng k đặc trưng cho mỗi phản ứng và chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, không phụ thuộc vào nồng độ chất phản ứng. Giá trị của k được xác định từ thực nghiệm.

2. Ảnh hưởng của áp suất đến tốc độ phản ứng

Tăng áp suất hỗn hợp khí sẽ làm tốc độ phản ứng tăng.

Chú ý: Việc thay đổi áp suất không làm ảnh hưởng đến tốc độ của phản ứng không có chất khí tham gia.

3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng

Khi tăng nhiệt độ, các hạt (phân tử, nguyên tử hoặc ion) sẽ chuyển động nhanh hơn, động năng cao hơn. Khi đó, số va chạm hiệu quả giữa các hạt tăng lên, dẫn đến tốc độ phản ứng tăng.

Thực nghiệm cho thấy khi tăng nhiệt độ lên 10^oC thì tốc độ phản ứng thường tăng từ 2 đến 4 lần.

Gọi v_T là tốc độ phản ứng tại nhiệt độ T, v_{T + 10} là tốc độ phản ứng tại nhiệt độ T + 10, khi đó: $\frac{v_{T+10}}{v_T}=\gamma$.

Trong biểu thức trên, g được gọi là hệ số nhiệt độ Van’t Hoff (Van-Hốp). Giá trị g càng lớn thì ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng càng mạnh.

Ví dụ: Xét phản ứng của acetone và iodine: CH₃COCH₃ + I₂ $\stackrel{}{\to }$ CH₃COCH₂I + HI.

Phản ứng có hệ số nhiệt g trong khoảng từ 30^oC đến 50^oC là 2,5. Ở 35^oC, phản ứng có tốc độ là 0,036 mol/(L.h). Tính tốc độ phản ứng ở 45^oC.

Hướng dẫn giải:

$\frac{v_{T+10}}{v_T}=\gamma \Rightarrow \frac{v_{{45}^{o}C}}{0,036}=2,5\Rightarrow v_{{45}^{o}C}=0,09$ (mol/(L.h)).

4. Ảnh hưởng của diện tích bề mặt đến tốc độ phản ứng

Ví dụ: Nghiên cứu ảnh hưởng của diện tích bề mặt đến tốc độ phản ứng:

CaCO₃ + 2HCl $\stackrel{}{\to }$ CaCl₂ + CO₂ + H₂O

Tiến hành thí nghiệm:

- Cho cùng một lượng (khoảng 2 g) đa vôi dạng viên vào bình tam giác (1) và đá vôi đập nhỏ vào bình tam giác (2).

- Rót 20 ml dung dịch HCl 0,5M vào mỗi bình.

Nhận xét: Phản ứng trong bình (2) có tốc độ thoát khí nhanh hơn.

Khi tăng diện tích bề mặt tiếp xúc, số va chạm giữa các chất đầu tăng lên, số va chạm hiệu quả cũng tăng theo, dẫn đến tốc độ phản ứng tăng.

5. Ảnh hưởng của chất xúc tác đến tốc độ phản ứng

Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng nhưng nó không bị biến đổi về lượng và chất sau phản ứng.

Ví dụ: Thực hiện hai phản ứng phân hủy H₂O₂: một phản ứng có xúc tác MnO­₂, một phản ứng không xúc tác. Đo thể tích khí oxygen theo thời gian và biểu diễn trên đồ thị như sau:

Nhận xét: Đường phản ứng (b) có tốc độ thoát khí oxygen nhanh hơn, do đó phản ứng (b) có xúc tác MnO₂.

III. Một số ứng dụng của việc thay đổi tốc độ phản ứng

Trong đời sống và trong sản xuất, con người áp dụng nhiều biện pháp kĩ thuật để thay đổi tốc độ phản ứng như thay đổi nồng độ, nhiệt độ, dùng chất xúc tác, …

Ví dụ: Trong hàn xì, đốt acetylene bằng oxygen nguyên chất cháy nhanh và cho nhiệt độ cao hơn khi đốt bằng oxygen trong không khí.

B. Trắc nghiệm Tốc độ phản ứng

Câu 1. Tốc độ phản ứng được xác định như thế nào?

A. Tốc độ phản ứng chỉ được xác định bằng sự thay đổi chất đầu.

B. Tốc độ phản ứng chỉ được xác định bằng sự thay đổi chất sản phẩm.

C. Tốc độ phản ứng được xác định bằng sự thay đổi thể tích của các chất khí.

D. Tốc độ phản ứng được xác định bằng sự thay đổi lượng chất đầu hoặc chất sản phẩm trong một đơn vị thời gian.

Câu 2. Các phản ứng khác nhau thì

A. tốc độ phản ứng khác nhau.

B. tốc độ phản ứng vẫn giống nhau.

C. tốc độ phản ứng khác nhau không đáng kể.

D. tốc độ phản ứng chỉ khác nhau khi có chất khí tham gia.

Câu 3. Đối với phản ứng tổng quát: aA + bB $\to$ cC + dD

Gọi DC_A, DC_B, DC_C, DC_D lần lượt là biến thiên lượng chất các chất A, B, C, D trong khoảng thời gian Dt. Tốc độ trung bình của phản ứng được tính theo biểu thức:

A. .

B. .

C. .

D. .

Câu 4. Phản ứng phân hủy H₂O₂:

H₂O₂ $\to$ H₂O +  O₂.

Kết quả thí nghiệm đo nồng độ H₂O₂ tại các thời điểm khác nhau được trình bày dưới bảng sau:

Tính tốc độ phản ứng theo nồng độ H₂O₂ trong khoảng thời gian từ 3 giờ đến 6 giờ.

A. 0,098 mol/(L.h).

B. 0,086 mol/(L.h).

C. 0,072 mol/(L.h).

D. 0,069 mol/(L.h).

Câu 5. Khi nồng độ chất phản ứng tăng lên thì

A. tốc độ phản ứng không thay đổi.

B. tốc độ phản ứng giảm đi.

C. tốc độ phản ứng tăng lên.

D. tốc độ phản ứng giảm sau đó tăng lên.

Câu 6. Xét phản ứng: 2NO + O₂ $\to$ 2NO. Mối liên hệ giữa tốc độ phản ứng và nồng độ các chất tham gia phản ứng được biểu diễn bằng biểu thức:

A. .

B. .

C. .

D. .

Câu 7. Hằng số tốc độ phản ứng k

A. phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ chất phản ứng.

B. chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.

C. chỉ phụ thuộc vào nồng độ chất phản ứng.

D. phụ thuộc vào bản chất của chất phản ứng.

Câu 8. Phát biểu nào sau đây là đúng?

A. Tăng áp suất hỗn hợp khí sẽ làm tốc độ phản ứng tăng.

B. Tăng áp suất hỗn hợp khí sẽ làm tốc độ phản ứng giảm.

C. Tăng áp suất hỗn hợp khí không làm thay đổi tốc độ phản ứng.

D. Tăng hay giảm áp suất hỗn hợp khí không làm thay đổi tốc độ phản ứng.

Câu 9. Việc thay đổi áp suất không làm ảnh hưởng đến tốc độ của phản ứng nào sau đây?

A. Phản ứng không có chất lỏng tham gia.

B. Phản ứng không có chất rắn tham gia.

C. Phản ứng không có chất khí tham gia.

D. Phản ứng trung hòa.

Câu 10. Gọi v_T là tốc độ phản ứng tại nhiệt độ T, v_{T + 10} là tốc độ phản ứng tại nhiệt độ T + 10, khi đó g được gọi là hệ số nhiệt độ Van’t Hoff (Van-Hốp) được xác định bằng biểu thức:

A. .

B. .

C. .

D. .

Xem thêm tóm tắt lý thuyết Hóa học 10 sách Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Lý thuyết Bài 18: Ôn tập chương 5

Lý thuyết Bài 20: Ôn tập chương 6

Lý thuyết Bài 21: Nhóm halogen

Lý thuyết Bài 22: Hydrogen halide. Muối halide

Lý thuyết Bài 23: Ôn tập chương 7