Giáo trình Hóa học đại cương: Phần 2 - Trường ĐH Thủ Dầu Một

Tiếp nội dung phần 1, Giáo trình Hóa học đại cương: Phần 2 cung cấp cho người học những kiến thức như: động học của phản ứng hóa học; dung dịch; điện hóa học. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Hóa học đại cương: Phần 2 - Trường ĐH Thủ Dầu Một Chƣơng 4 ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC Mục tiêu Chương này đề cập về động học của phản ứng hóa học, cách xác định tốc độ phản ứng và các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng. Một số nội dung cơ bản trọng tâm như:  Khái niệm về động hóa học và tốc độ phản ứng;  Cách tính tốc độ phản ứng và cách xác định bằng thực nghiệm;  Sự biến đổi nồng độ của các chất trong phản ứng theo thời gian;  Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nồng độ, nhiệt độ, xúc tác,… Vì thế, một số kiến thức cần phải nắm vững:  Biểu thức tốc độ phản ứng;  Hằng số tốc độ phản ứng;  Cách xác định hằng số tốc độ của một số phản ứng: phản ứng bậc 1 và bậc 2;  Phƣơng trình Arrhenius;  Quy tắc Van’t Hoff… 141 MỞ ĐẦU Các hệ khí, lỏng, rắn và dung dịch thông thường là những hệ mà thành phần hóa học của chúng không đổi theo thời gian. Trong phần này, chúng ta sẽ đề cập đến những hệ hơi khác so với hệ thông thường, ở đó thành phần hóa học của chúng không phải là một hằng số theo thời gian. Một ví dụ là quá trình sản xuất polyme, trong quá trình này tính chất của nhựa được quyết định bởi tốc độ tương đối của các sự kiện diễn ra trong phản ứng polyme hóa. Phản ứng hóa học đòi hỏi cần có thời gian để hoàn thành và phụ thuộc vào bản chất của tác chất và sản phẩm, điều kiện mà ở đó phản ứng xảy ra. Nhiều phản ứng xảy ra trong thời gian được tính bằng phần giây, trong khi có những phản ứng cần thời gian lâu hơn nhiều. Nếu chúng ta cho ion Ag+ vào dung dịch NaCl, kết tủa AgCl tạo ra gần như tức thời. Còn nếu trộn xi măng để xây nhà thì thời gian để xi măng đóng rắn hoàn toàn là khoảng vài năm. Hình 4.1. Sự cháy và sự gỉ sét của sắt có tốc độ khác nhau Môn học về tốc độ hay vận tốc của phản ứng có những ứng dụng quan trọng trong cuộc sống. Chẳng hạn như chúng ta muốn biết ở điều kiện nào thì quá trình sản xuất NH3 từ H2 và N2 xảy ra trong thời gian chấp nhận được và có tính kinh tế. Hay như chúng ta muốn biết liệu các khí độc phá hủy tầng ozon có nhanh hơn tầng này được tạo thành hay không? Để trả lời được những câu hỏi này cần những kiến thức cơ bản về tốc độ phản ứng. Một lý do nữa để học tốc độ phản ứng là để hiểu về cơ chế phản ứng hóa học diễn ra như thế nào. Chúng ta sẽ xem xét phản ứng hóa học một cách chi tiết hơn và những câu hỏi có thể được đưa ra là: Tốc độ của phản ứng hóa học được tính như thế nào? Làm sao biểu diễn mối quan hệ giữa tốc độ và các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ? … 4.1. CÁC KHÁI NIỆM CHUNG 4.1.1. Tốc độ phản ứng Trong các chương trước, chúng ta đã học về nhiệt động hóa học và biến thiên năng lượng tự do Gibbs G. Ở điều kiện đẳng nhiệt và đẳng áp, một phản ứng hóa học có thể xảy ra hay không căn cứ vào giá trị G này. Nếu G ≤ 0, nhiệt động hóa học chỉ cho ta biết phản ứng hóa học có thể xảy ra nhưng không cho ta biết phản ứng xảy ra trong bao lâu, tức là phản ứng xảy ra nhanh hay chậm. Lĩnh vực hóa học nghiên cứu 142 tốc độ của các phản ứng được gọi là động hóa học. Động hóa học nghiên cứu về tốc độ phản ứng hay sự thay đổi nồng độ của tác chất và sản phẩm theo thời gian. Tốc độ phản ứng là lượng sản phẩm được tạo thành hay lượng tác chất được sử dụng trên một đơn vị thời gian. Để cách tính tốc độ không phụ thuộc vào tổng lượng hỗn hợp phản ứng được dùng, ta biểu diễn tốc độ cho một đơn vị thể tích của hỗn hợp. Cho nên, tốc độ phản ứng là sự tăng lên nồng độ của sản phẩm của phản ứng trên một đơn vị thời gian, hay sự giảm xuống nồng độ của tác chất trên một đơn vị thời gian. Đơn vị thường sử dụng cho nồng độ là mol/L, còn thời gian là giây (s), phút (ph) hay giờ (h), tốc độ phản ứng là mol/(L.s), mol/(L.ph) hay mol/(L.h). Xét phản ứng tổng quát sau: A + B → C + D (*) Theo định nghĩa tốc độ phản ứng, người ta đưa ra khái niệm tốc độ phản ứng trung bình: tốc độ được đo bằng biến thiên nồng độ của các chất phản ứng trên một đơn vị thời gian. Theo phản ứng (*), tốc độ phản ứng trung bình trong khoảng thời gian t có thể được tính theo một trong bốn chất A, B, C hay D. Giả sử ở thời điểm t nồng độ của các chất là [A], [B], [C] và [D]; ở thời điểm t + t, nồng độ các chất thay đổi như sau: chất A = [A] ˗ [A], chất B = [B] ˗ [B], chất C = [C] + [C], chất D = [D] + [D]. Δ[A] Δ[B] Δ[C] Δ[D] Nên tốc độ trung bình: vTB =- =- =+ =+ (4.1) Δt Δt Δt Δt Nếu tính theo tác chất A hay B thì có dấu “” phía trước để lượng [A], [B] có giá trị dương vì tác chất mất dần trong phản ứng. Bài tập áp dụng 4.1. Cho phản ứng: 2N2O5(k) → 4NO2(k) + O2(k), với nồng độ [O2] theo thời gian như sau: t (s) 0 600 1200 1800 2400 3000 3600 4200 4800 ...