Tốc độ phản ứng hóa học

I. Tốc độ phản ứng

1. Thí nghiệm

a. Đổ 25 ml dung dịch H₂SO₄vào cốc đựng 25ml dung dịch BaCl₂.

\(BaC{l_2}\;{\text{ }}\; + \;{\text{ }}\;{H_2}S{O_4}\;{\text{ }}\;{\text{ }} \to \;{\text{ }}\;BaS{O_4} \downarrow {\text{ }}\; + \;{\text{ }}\;2HCl\;{\text{ }}\left( 1 \right)\)

b. Đổ 25 ml dung dịch H₂SO₄vào cốc đựng 25ml dung dịch Na₂S₂O₃.

\(N{a_2}{S_2}{O_3}\;{\text{ }}\; + \;{\text{ }}{H_2}S{O_4}\;\; \to \;{\text{ }}S \downarrow \;{\text{ }}\; + \;{\text{ }}\;S{O_2}\;{\text{ }}\; + \;{\text{ }}{H_2}O\;{\text{ }} + {\text{ }}N{a_2}S{O_4}\;{\text{ }}\left( 2 \right)\)

2. Nhận xét

Từ hai thí nghiệm trên ta thấy, phản ứng (1) xảy ra nhanh hơn phản ứng (2). Chứng tỏ, các phản ứng hóa học khác nhau thì xảy ra nhanh, chậm rất khác nhau.

Để đánh giá mức độ xảy ra nhanh, chậm của các phản ứng hóa học, người ta đưa ra khái niệm tốc độ phản ứng hóa học, gọi tắt là tốc độ phản ứng.

3. Khái niệm

- Công thức tính tốc độ trung $(\bar v)$của phản ứng:

+ Theo chất tham gia phản ứng: $\bar v{\mkern 1mu} {\mkern 1mu}  = {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \frac{{ - \Delta C}}{{\Delta t}}{\mkern 1mu} {\mkern 1mu}  = {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \frac{{{C_1}{\mkern 1mu}  - {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {C_2}}}{{{t_2}{\mkern 1mu}  - {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {t_1}}}{\mkern 1mu} {\mkern 1mu} mol/(l.s)$

+ Theo chất sản phẩm:  $\bar v{\mkern 1mu} {\mkern 1mu}  = {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \frac{{\Delta C}}{{\Delta t}}{\mkern 1mu} {\mkern 1mu}  = {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \frac{{{C_2}{\mkern 1mu}  - {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {C_1}}}{{{t_2}{\mkern 1mu}  - {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {t_1}}}{\mkern 1mu} {\mkern 1mu} mol/(l.s)$

- Biểu thức tính tốc độ phản ứng : aA + bB  → cC

v = k[A]^a.[B]^b                       Với k: hằng số tốc độ của phản ứng

Bài tập áp dụng:

Bài 1: Tốc độ phản ứng là

A. độ biến thiên nồng độ của một chất phản ứng trong một đơn vị thời gian.

B. độ biến thiên nồng độ của một sản phẩm phản ứng trong một đơn vị thời gian.

C. độ biến thiên nồng độ của một trong các chất phản ứng hoặc sản phẩm phản ứng trong một đơn vị thời gian.

D. độ biến thiên nồng độ của các chất phản ứng trong một đơn vị thời gian.

Lời giải: Tốc độ phản ứng là độ biến thiên nồng độ của một trong các chất phản ứng hoặc sản phẩm phản ứng trong một đơn vị thời gian. 

=> Đáp án: C

Bài 2: Ở thời điểm ban đầu, nồng độ của chất X là 0,01 mol/L. Sau 20 giây, nồng độ của chất X là 0,008 mol/L. Tốc độ trung bình của phản ứng tính theo chất X trong khoảng thời gian trên là

A. 10^-2.                    B. 10^-3.

C. 10^-4.                    D. 10^-5.

Lời giải:

Tốc độ trung bình của phản ứng:$\bar v{\mkern 1mu} \,{\mkern 1mu}  = \,{\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \frac{{\Delta C}}{{\Delta t}}{\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \, = {\mkern 1mu} \,\frac{{0,01 - {\mkern 1mu} 0,008}}{{20}}{\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \, = {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} \,{10^{ - 4}}{\text{ \;}}mol/(L.s).$

=> Đáp án: C

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

Điều kiện cần cho phản ứng xảy ra là sự va chạm giữa các phân tử của chất phản ứng, tuy nhiên không phải mọi va chạm đều xảy ra phản ứng mà chỉ có những va chạm hiệu quả mới tạo ra sản phẩm. Do đó, tần số va chạm hiệu quả giữa các phân tử càng lớn thì phản ứng xảy ra nhanh hơn. Dưới đây là một số yếu tố tác động đến tốc độ phản ứng.

- Nồng độ: nếu tăng nồng độ thì tốc độ phản ứng tăng.

Ví dụ: khi đun bếp bằng củi, nếu làm thoáng bếp thì lượng khí oxi vào sẽ nhiều (nồng độ oxi tăng) do đó lửa sẽ cháy to hơn.

- Áp suất: (áp dụng với những phản ứng có chất khí tham gia) nếu tăng áp suất thì tốc độ phản ứng tăng.

+ Tăng áp suất ⟹ cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm số mol phân tử khí.

+ Giảm áp suất ⟹ cân bằng chuyển dịch theo chiều làm tăng số mol phân tử khí.

Ví dụ: nấu thức ăn trong nồi áp suất, thức ăn chín nhanh hơn khi nấu ở nồi thường.

- Nhiệt độ: nếu tăng nhiệt độ thì tốc độ phản ứng tăng.

${v_{{t_2}}} = {\mkern 1mu} {\mkern 1mu} {v_{{t_1}}}.{k^{\frac{{{t_2} - {t_1}}}{{10}}}}$              với : v_t1,v_t2: tốc độ phản ứng ở nhiệt độ t₁, t₂

  k : hằng số tốc độ của phản ứng

Mẹo: Trong trường hợp tăng/giảm nhiệt độ ta ghi nhớ câu: "tăng - thu; giảm - tỏa" tức là:

+ Tăng nhiệt độ thì cân bằng chuyển dịch theo chiều thu nhiệt.

+ Giảm nhiệt độ thì cân bằng chuyển dịch theo chiều tỏa nhiệt.

- Chất xúc tác: một số chất xúc tác có khả năng làm tăng tốc độ phản ứng.

Ví dụ: Xét phản ứng:  2H₂O₂ → 2H₂O + O₂

Nếu thêm chất xúc tác MnO₂ vào phản ứng → bọt oxi sẽ thoát ra nhanh hơn.

- Diện tích tiếp xúc: nếu tăng diện tích tiếp xúc thì tốc độ phản ứng tăng.

Ví dụ: chẻ nhỏ củi, đập nhỏ than để đốt sẽ làm tăng diện tích tiếp xúc của củi, than. Do đó bếp cháy to hơn.

Bài tập áp dụng: Yếu tố nào sau đây không ảnh hưởng đến tốc độ của phản ứng sau:

CaCO_{3 (r)} + 2HCl_(dd) → CaCl₂ + H₂O + CO₂ ↑

A. Nhiệt độ.               B. Chất xúc tác.

C. Áp suất.                D. Diện tích tiếp xúc.

Lời giải: Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng:

+ Nhiệt độ: nếu nhiệt độ tăng thì tốc độ phản ứng tăng.

+ Chất xúc tác: nếu thêm chất xúc tác thì khí CO₂ thoát ra nhanh hơn => Tốc độ phản ứng tăng.

+ Diện tích tiếp xúc: CaCO₃ ở dạng hạt nhỏ phản ứng xảy ra nhanh hơn CaCO₃ ở dạng khối => Khi tăng diện tích tiếp xúc thì tốc độ phản ứng tăng.

+ Áp suất không ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng trên vì phản ứng trên không có chất khí tham gia phản ứng.

Đáp án: C