Bài 14: Phương trình tốc độ phản ứng và hằng số tốc độ phản ứng

$Tốc\,\,độ\,\,phản\,\,ứng = \dfrac{{Nồng\,\,độ}}{{Thời\,\,gian\,\,phản\,\,ứng}}$

=> Đơn vị của tốc độ = (Đơn vị của nồng độ):(Đơn vị của thời gian)=$\dfrac{{mol}}{{l.h}} = mol.{l^{ - 1}}.{h^{ - 1}}$

Gọi nồng độ ban đầu của CO và Cl₂ lần lượt là ${C_{CO}}$và ${C_{C{l_2}}}$=> $v = k.{C_{CO}}.C_{C{l_2}}^{3/2}$

Khi tăng nồng độ Cl₂ lên 3 lần tức có $3{C_{C{l_2}}}$=> $v' = k.{C_{CO}}.{(3{C_{C{l_2}}})^{3/2}} \simeq 5,2k{C_{CO}}.C_{C{l_2}}^{3/2} = 5,2v$

=> Khi tăng nồng độ Cl₂ lên 3 lần thì tốc độ phản ứng tăng lên khoảng 5,2 lần

Gọi nồng độ ban đầu của NO và O₂ lần lượt là ${C_{NO}}$và ${C_{{O_2}}}$=> $v = k.C_{NO}^2.{C_{{O_2}}}$

Khi tăng nồng độ NO lên 2 lần tức có $2{C_{NO}}$=> $v' = k.{(2{C_{NO}})^2}.{C_{{O_2}}} = 4k.C_{NO}^2.{C_{{O_2}}} = 4v$

=> Khi tăng nồng độ NO lên 2 lần thì tốc độ phản ứng tăng 4 lần

Ta có t₂=45^oC, t₁=35^oC

Áp dụng công thức: $\dfrac{{{v_{{t_2}}}}}{{{v_{{t_1}}}}} = {\gamma ^{\dfrac{{{t_2} - {t_1}}}{{10}}}} \Leftrightarrow \dfrac{{0,09}}{{0,036}} = {\gamma ^{\dfrac{{45 - 35}}{{10}}}} = {\gamma ^1} = 2,5$

$Tốc\,\,độ\,\,phản\,\,ứng = \dfrac{{Nồng\,\,độ}}{{Thời\,\,gian\,\,phản\,\,ứng}}$

Ta có t₂=50^oC, t₁=80^oC

Áp dụng công thức: $\dfrac{{{v_{{t_2}}}}}{{{v_{{t_1}}}}} = {\gamma ^{\dfrac{{{t_2} - {t_1}}}{{10}}}} = {2^{\dfrac{{50 - 80}}{{10}}}} = {2^{ - 3}} = 1/8$

Tốc độ phản ứng giảm 8 lần khi giảm nhiệt độ của phản ứng từ 80^oC xuống 50^oC

Hằng số tốc độ phản ứng k được gọi là tốc độ riêng khi nồng độ tất cả các chất đầu đều bằng đơn vị.

Hằng số k chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, không phụ thuộc vào nồng độ chất phản ứng.

Số mol zinc đã tan là 0,3 – 0,03 = 0,27 mol

Thời gian để hòa tan hết 0,27 mol zinc là $\dfrac{{0,27}}{{0,005}} = 54$ giây

PTHH: ${O_2} + 2{H_2} \to 2{H_2}O$

Nhận thấy O₂ và H₂ là các chất tham gia phản ứng nên nồng độ theo thời gian sẽ giảm

Theo PTHH số phân tử O₂ tham gia phản ứng ít hơn số phân tử H₂ nên số va chạm hiệu quả với H₂ để tạo thành H₂O ít hơn => Sự giảm nồng độ theo thời gian của O₂ chậm hơn so với H₂ => Tương ứng với đường cong (2)

Theo định luật tác dụng khối lượng có: $v = k.{[{I^ - }{\rm{]}}^a}.{{\rm{[}}{S_2}{O_8}^{2 - }{\rm{]}}^b}$

Thay các giá trị tương ứng vào công thức trên ta được:

${v_1} = k.{(0,001)^a}.{(0,001)^b}$

${v_2} = k.{(0,002)^a}.{(0,001)^b}$

${v_3} = k.{(0,002)^a}.{(0,002)^b}$

=> $\dfrac{{{v_2}}}{{{v_1}}} = {2^a} = 2 \Rightarrow a = 1$; $\dfrac{{{v_3}}}{{{v_2}}} = {2^b} = 2 \Rightarrow b = 1$

=> Biểu thức định luật tốc độ phản ứng là $v = k.{\rm{[}}{I^ - }{\rm{]}}.{\rm{[}}{S_2}{O_8}^{2 - }{\rm{]}}$

Thí nghiệm 1: ${v_1} = k.{(0,01)^x}.{(0,01)^y} = 1,{2.10^{ - 5}}$ (1)

Thí nghiệm 2: ${v_2} = k.{(0,01)^x}.{(0,02)^y} = 2,{4.10^{ - 5}}$ (2)

Thí nghiệm 3: ${v_3} = k.{(0,02)^x}.{(0,02)^y} = 4,{8.10^{ - 5}}$ (3)

Từ (1) và (2) => m = 1

Từ (2) và (3) => n = 1

Thay m = n = 1 vào (1) => k = 0,12 (L.mol^-1.s^-1)

Biểu thức định luật tác dụng khối lượng: $v = k.{{\rm{[}}{H_2}{C_2}{O_4}{\rm{]}}^a}.{{\rm{[}}Mn{O_4}^ - {\rm{]}}^b}$

Thay số liệu trong bảng vào biểu thức trên ta có:

Thí nghiệm 1: ${v_1} = k.{{\rm{[}}1,98]^a}.{{\rm{[}}1,{08.10^{ - 2}}{\rm{]}}^b} = 5,{4.10^{ - 5}}$ (1)

Thí nghiệm 2: ${v_2} = k.{{\rm{[}}3,97]^a}.{{\rm{[}}1,{08.10^{ - 2}}{\rm{]}}^b} = 1,{1.10^{ - 4}}$ (2)

Thí nghiệm 3: ${v_3} = k.{{\rm{[}}1,98]^a}.{{\rm{[}}2,{17.10^{ - 2}}{\rm{]}}^b} = 2,{1.10^{ - 4}}$ (3)

Từ (1) và (2) suy ra a = 1

Từ (1) và (3) suy ra b = 2

=> Công thức tính tốc độ của phản ứng trên là $v = k.{\rm{[}}{H_2}{C_2}{O_4}{\rm{]}}.{{\rm{[}}Mn{O_4}^ - {\rm{]}}^2}$

Áp dụng công thức: $\mathop v\limits^\_  =  - \dfrac{{\Delta C}}{{\Delta t}} =  - \dfrac{{0 - \dfrac{{0,3}}{{24}}}}{{10}} = 1,{25.10^{ - 3}}(mol/s)$

Số mol zinc đã tan là 0,5 – 0,05 = 0,45 mol

Thời gian để hòa tan hết 0,45 mol zinc là $\dfrac{{0,45}}{{0,005}} = 90$ giây

Từ đồ thị thấy nồng độ giảm theo thời gian => Chất phản ứng

=> Đồ thị trên mô tả sự thay đổi nồng độ H₂O₂ theo thời gian.

NO₂ là chất sản phẩm nên ${v_{tb}} = \dfrac{1}{2}.\dfrac{{\Delta {C_{N{O_2}}}}}{{\Delta t}}$ => D không đúng

Biểu thức tính hệ số nhiệt độ Van’t Hoff là

$\dfrac{{{v_{{t_2}}}}}{{{v_{{t_1}}}}} = {\gamma ^{\dfrac{{{t_2} - {t_1}}}{{10}}}}$

Trong đó: ${v_{{t_1}}},{v_{{t_2}}}$là tốc độ phản ứng ở 2 nhiệt độ t₁ và t₂

    $\gamma$ là hệ số nhiệt độ Van’t Hoff

Ta có t₂=180^oC, t₁=30^oC

Áp dụng công thức: $\dfrac{{{v_{{t_2}}}}}{{{v_{{t_1}}}}} = {\gamma ^{\dfrac{{{t_2} - {t_1}}}{{10}}}} = {2^{\dfrac{{180 - 30}}{{10}}}} = {2^{15}} = 32768$

Biểu thức tính vận tốc: $v = k.C_A^a.C_B^b$

Khi nồng độ A tăng 2 lần: ${v_1} = k.{(2{C_A})^a}.C_B^b = 2v$

Khi nồng độ B tăng 2 lần: ${v_2} = k.C_A^a.{(2{C_B})^b} = 2v$

=> $k.{(2{C_A})^a}.C_B^b$$= k.C_A^a.{(2{C_B})^b}$

Chọn giá trị của a, b sao cho thỏa mãn biểu thức trên => a=b=1 thỏa mãn