Bài giảng Động hóa học

Nội dung text: Bài giảng Động hóa học

1. Động hĩa học
2. 1.Khái niệm chung 2.Vận tốc phản ứng 3.Lý thuyết cơ sở của ĐHH 4.Ảnh hưởng của nồng độ 5.Ảnh hưởng của nhiệt độ 6.Ảnh hưởng của chất xúc tác
3. 1.Khái niệm chung ▪Nhiệt động hĩa học: NC về khả năng tự diễn biến của các p/u GTP 0 : p/u khơng tự xảy ra GTP = 0 : p/u đạt t.thái cân bằng. ▪Động hĩa học: Nghiên cứu về cơ chế & Tốc độ phản ứng
4. 1.Khái niệm chung ▪Hệ số tỷ lượng Số chỉ số nguyên tử, phân tử và ion của các chất tham gia tương tác được ghi trong phương trình phản ứng hĩa học Ví dụ 2KClO3 → 3O2 + 2KCl Hệ số tỷ lượng : 2, 3, 2
5. 1.Khái niệm chung ▪Phản ứng đơn giản P/u chỉ xảy ra ở 1 giai đoạn Ví dụ : 2KClO3 → 3O2 + 2KC ▪Phản ứng phức tạp P/u chỉ xảy ra qua nhiều giai đoạn Ví dụ Giai đoạn 1 : N O = N O +O Giai đoạn 2 : 2 5 2 3 2 P/u tổng : N2O3 + N2O5 = 4NO2 2N2O5 = 4NO2 + O2
6. 1.Khái niệm chung ▪Phân tử số là số phân tử (ng.tử, ion) tham gia vào một phản ứng sơ cấp. P/u đơn phân tử là phản ứng trong đĩ chỉ cĩ 1 phân tử chất p/u biến thành sản phẩm I2 = 2I
7. 1.Khái niệm chung P/u hai phân tử là phản ứng trong đĩ chỉ cĩ 2 phân tử chất p/u biến thành sản phẩm 2HI = H2 + I2 NO + O3 = NO2 + O2 P/u ba phân tử là phản ứng trong đĩ chỉ cĩ 3 phân tử chất p/u biến thành sản phẩm
8. 1.Khái niệm chung ▪Phản ứng đồng thể P/u chỉ xảy ra trong hệ đồng thể (chất p/u & sp ở cùng một pha) Ví dụ : H2(k) + N2(k) → NH3(k)  P/u : xảy ra ở bất kỳ điểm nào trong tồn bộ thể tích ▪ Phản ứng dị thể P/u chỉ xảy ra trong hệ dị thể (chất p/u & sp ở một vài pha)  Ví dụ Zn(r) + HCl(l) → ZnCl2(l)+ H2(k)  P/u : xảy ra trên bề mặt phân chia pha
9. 2.Vận tốc phản ứng ▪Vận tốc p/u hố học xác định bằng biến thiên nồng độ của một trong chất tham gia hoặc tạo thành p/u trong một đơn vị thời gian A + B = C + D C-nồng độ, mol/lit C  - thời gian, giây (phút, giờ) V = Vận tốc trung bình  Dấu “+” : nồng độ sản phẩm Dấu “-” : nồng độ chất p/u C dC V = lim =  Vận tốc tức thời  →0  d
10. Cho phản ứng: aA + bB → cC + dD Vận tốc trung bình 1 Δ[A] 1 Δ[B] 1 Δ[C] 1 Δ[D] v = −  = −  = +  = +  pu a Δt b Δt c Δt d Δt Vận tốc tức thời 1 d[A] 1 d[B] 1 d[C] 1 d[D] v = −  = −  = +  = +  pu a dt b dt c dt d dt
11. Định luật tác dụng khối lượng – bậc phản ứng aA + bB → cC + dD Định luật tác dụng khối lượng k: hằng số tốc độ phản ứng v = k.[A]m.[B]n [A], [B] : nồng độ tại thời điểm xét m,n : bậc phản ứng theo chất A, B Bậc phản ứng: m+n : bậc phản ứng tổng quát Bậc phản ứng xác định bằng thực nghiệm Bậc phản ứng có thể là số lẻ, số âm, dương hay 0 Các phản ứng có bậc ≥ 3: khó xảy ra.
12. Ví dụ: Phản ứng bậc 0 0 CaCO3 (r) → CaO (r) + CO2 (k) v = k.[CaCO3] = k Ví dụ: Phản ứng bậc 1 I2 → 2I v = k[I2] 2N2O5 → 4NO2 + O2 v = k[N2O5] Ví dụ: Phản ứng bậc 2 NO + O3 → NO2 + O2 v = k.[NO].[O3] 2 2 HI → H2 + I2 v = k.[HI] Ví dụ: Phản ứng bậc 3/2 3/2 CH3CHO (k) → CH4 (k) CO (k) v = k.[CH3CHO]
13. Hằng số vận tốc phản ứng a.Ý nghĩa của k: v = k.[A]m.[B]n Khi [A] =[B] =1 → v = k → k: vận tốc riêng của phản ứng b.Phương trình Arrhenius E* − k0 : hằng số đối với mỗi phản ứng RT k = k0.e E*: năng lượng hoạt hóa T : nhiệt độ tuyệt đối R = 8,314J/mol.K = 1,987cal/mol.K → k phụ thuộc nhiệt độ
14. Hằng số vận tốc của một vài phản ứng Phản ứng bậc 0 v = k → Đơn vị k : mol/L.thời gian Phản ứng bậc 1 v = k[A] mol v L.thời gian 1 k = → đơn vị k = = [A] mol thời gian L Phản ứng bậc 2 v = k[A]2 mol v L.thời gian L k = 2 → đơn vị k = 2 = [A] mol mol.thời gian L
15. Phản ứng bậc nhất đơn giản • Ta cĩ thể chuyển biểu thức vận tốc thành phương trình biểu diễn nồng độ theo thời gian. • Đối với phản ứng bậc nhất, vận tốc tăng gấp đơi khi nồng độ tăng gấp đơi. lnAt = −kt + lnA0 • Đường ln[A]t theo t là một đường thẳng với độ dốc -k và tung độ gốc ln[A]0.
16. Bán sinh phản ứng (Half-Life) t1/2 • Half-life t1/2 là thời gian để nồng độ tác chất giảm cịn một nửa so với ban đầu. • Tức là half life, t1/2 , là thời gian để nồng độ tác chất A giảm từ [A]0 xuống ½[A]0. • Biểu thức của t1/2 ln 1 2 0.693 t1 = − = 2 k k ▪ half life, t1/2 , khơng phụ thuộc nồng độ đầu của tác chất [A]o
17. Phản ứng bậc hai đơn giản • Cho phản ứng bậc hai với chỉ một tác chất A 1 1 = kt + At A0 • Đường biểu diễn 1/[A]t theo t là một đường thẳng với độ dốc k và tung độ gốc 1/[A]0 • Đường biểu diễn của ln[A]t theo t khơng phải là đường thẳng.
18. Bán sinh phản ứng (Half-Life) t1/2 ▪ Bán sinh phản ứng (Half-Life) t1/2 phụ thuộc nồng độ đầu của tác chất [A]o 1 t1 = 2 kA0 • Một phản ứng cĩ biểu thức vận tốc dạng: rate = k[A][B], là phản ứng cĩ bậc chung là bậc hai nhưng bậc nhất theo A và B.
19. 3.Thuyết va chạm (The Collision Model) • Từ những quan sát cho thấy vận tốc phản ứng phụ thuộc vào nồng độ và nhiệt độ, người ta đưa ra lý thuyết nhẳm giải thích những kết quả quan sát này. The collision model: • Để phản ứng xảy ra, các phân tử phải va chạm đủ mạnh với nhau • Số lần va chạm càng nhiều, vận tốc phản ứng càng lớn
20. Thuyết va chạm
21. Thuyết va chạm • Số phân tử hiện diện càng nhiều, khả năng va chạm càng lớn, vận tốc càng lớn. • Nhiệt độ càng cao, các phân tử càng sở hữu nhiều năng lượng, vận tốc càng lớn. • Lưu ý: Khơng phải mọi va chạm đều dẫn đền phản ứng. Thực sự chỉ một phần nhỏ số va chạm dẫn đến sự tạo thành sản phẩm. • Để phản ứng xảy ra, các phân tử phải va chạm đúng hướng với năng lượng đủ lớn mới tạo thành sản phẩm.
22. THUYẾT VA CHẠM HOẠT ĐỘNG Sự định hướng khơng gian giữa các tiểu phân va chạm cũng ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng. - . . _ - I + CH3 –Br → I CH3 Br →I CH3 +Br Chất phản ứng Phức chất hoạt động Sản phẩm Định hướng khơng thuận lợi Định hướng thuận lợi
23. Định hướng khơng gian Va chạm cĩ hiệu quả Va chạm khơng hiệu quả
24. Năng lượng họat hĩa (Activation Energy) Theo Arrhenius: Các phân tử phải sở hữu một năng lượng tối thiểu nào đĩ thì phản ứng mới xảy ra. Tại sao? Vì: • Để tạo thành sản phẩm, phải cĩ quá trình đứt nối xảy ra ở tác chất. • Quá trình đứt nối cần năng lượng Năng lượng họat hĩa Ea là năng lượng tối thiểu để khơi mào một phản ứng hĩa học.
25. Activation Energy Hĩa Đại cương A2 Chương 3 25
26. ▪Chất xúc tác  Tham gia vào phản ứng  Làm thay đổi tốc độ phản ứng  Khơng cĩ mặt trong sản phẩm  Giữ nguyên lượng & Chất
27. Xúc tác dị thể
28. 4. Ứng dụng của xúc tác Mâm đựng xúc tác Fe 3. Mâm chuyển hĩa 2. Máy nén P=200 atm T=450°C 1. Các khí đỵc khơng trộn đều và 2 làm sạch và H và 2 N p/u N2 H2 NH3 4. Buồng làm lạnh N2 H2 NH3 đĩng thùng Sản xuất amoniac N2+ 3H2 2NH3
29. Sản xuất H2SO4
30. Xúc tác Enzin Sản xuất rượu Etylic C2H5OH Xúc tác : men
31. Xúc tác Enzin Sản xuất rượu bia Men vi sinh vật