Bài tập tốc độ phản ứng

Tốc độ tăng số lần là: \({3^{{{80 - 20} \over {10}}}}\) = \({3^6}\) = 729

Chú ý: Thể tích của bình là 2 lít nên cần phải tính lại nồng độ.

Ta có: \(v = \frac{{\frac{{0,6}}{2} - \frac{{0,12}}{2}}}{{10.60}} = {4.10^{ - 4}}mol/(l.s)\)

Tốc độ trung bình của chất X: \(\overline v_X  = \frac{{{C_2} - {C_1}}}{{\Delta t}} = {10^{ - 4}}(mol/l.s)\)

Do lượng Y giảm gấp 3 lần lượng X => \(\overline v_Y  = 3 \overline v_X = {3.10^{ - 4}}(mol/l.s)\)

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. 

Tốc độ phản ứng sẽ tăng nếu

- tăng áp suất

- tăng nhiệt độ

- tăng nồng độ khí A, B

Ở thí nghiệm trên, thay đổi kích thước của kẽm, nồng độ dung dịch và nhiệt độ của phản ứng không thay đổi

→ Yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng trên là diện tích tiếp xúc

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.

Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ của phản ứng trên :

- Nồng độ H₂O₂ : nếu tăng nồng độ H₂O₂  thì tốc độ phản ứng tăng.

- Thêm chất xúc tác : làm tăng tốc độ của phản ứng.

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

→ Yếu tố không ảnh hưởng đến tốc độ của phản ứng là áp suất vì chất tham gia không phải là chất khí.

Gọi k là hằng số tốc độ phản ứng

→ Công thức tính tốc độ phản ứng theo k:  ${v_1} = k{\left( {\left[ {NO} \right]} \right)^2}\left[ {{O_2}} \right]$

- Khi tăng áp suất của NO lên 3 lần → Nồng độ của NO tăng lên 3 lần, nồng độ của O₂ không đổi nên ${v_2} = k{\left( {3\left[ {NO} \right]} \right)^2}{\left[ {{O_2}} \right]_1}\,\, = \,\,k.9.{\left( {\left[ {NO} \right]} \right)^2}\left[ {{O_2}} \right]$

→ $\frac{{{v_2}}}{{{v_1}}} = \,\,\frac{{k.9.{{\left( {\left[ {NO} \right]} \right)}^2}\left[ {{O_2}} \right]\,}}{{k{{\left( {\left[ {NO} \right]} \right)}^2}\left[ {{O_2}} \right]}}\,\, = \,\,9\,\, \to \,\,{v_2} = \,\,9{v_1}$ → Tốc độ phản ứng tăng lên 9 lần

- Ngược lại: Khi giảm áp suất của NO xuống 3 lần

→ Nồng độ của NO giảm đi 3 lần, nồng độ của O₂ không đổi

${v_2} = k{\left( {\frac{{\left[ {NO} \right]}}{3}} \right)^2}{\left[ {{O_2}} \right]_1}\,\, = \,\,k.\frac{{{{\left( {\left[ {NO} \right]} \right)}^2}}}{9}\left[ {{O_2}} \right]$

$ \to \,\,\frac{{{v_2}}}{{{v_1}}} = \,\,\frac{{k.\frac{{{{\left( {\left[ {NO} \right]} \right)}^2}}}{9}\left[ {{O_2}} \right]\,}}{{k{{\left( {\left[ {NO} \right]} \right)}^2}\left[ {{O_2}} \right]}}\,\, = \,\,\frac{1}{9}\,\, \to \,\,{v_2} = \,\,\frac{{{v_1}}}{9}$

→ Tốc độ phản ứng giảm đi 9 lần

${n_{{O_2}}} = \,\,\frac{{0,0336}}{{22,4}}\,\, = \,\,0,0015\,\,mol$

2H₂O₂ $\xrightarrow{{Mn{O_2}}}$ 2H₂O + O₂

+) Theo phương trình phản ứng : ${n_{{H_2}{O_2}}}$_{phản ứng} =  $2{n_{{O_2}}} = \,\,2.0,0015\,\, = \,\,0,003\,\,mol$

+) Lượng H₂O₂ phản ứng này chính là lượng H₂O₂ biến đổi trong 60 giây  

hay  ∆C =  $\frac{{0,003}}{{0,1}}\,\, = \,\,0,03\,\,mol/L$

+) $\overline v = \,\,\frac{{\Delta C}}{{\Delta t}}$  nên  $\overline v \,\, = \,\,\frac{{0,03}}{{60}}\,\, = \,\,{5.10^{ - 4}}\,\,mol/\left( {L.s} \right)$

Gọi k là hằng số tốc độ phản ứng => Công thức tính tốc độ phản ứng theo k: v = k[SO₂]²[O₂]

- Khi tăng nồng độ của SO₂ lên 2 lần thì tốc độ phản ứng tăng lên 2² = 4 lần

- Khi tăng nồng độ của SO₂ lên 4 lần thì tốc độ phản ứng tăng lên 4² = 16 lần

- Khi tăng nồng độ của O₂ lên 2 lần thì tốc độ phản ứng tăng lên 2 lần

- Khi tăng đồng thời nồng độ SO₂ và O₂ lên 2 lần thì tốc độ phản ứng tăng lên 2².2 = 8 lần

Gọi k là hằng số tốc độ phản ứng.

→ Công thức tính tốc độ phản ứng theo k: ${v_1} = k\left[ {{A_2}} \right]{\left( {\left[ B \right]} \right)^2}$  

Khi áp suất của A₂ tăng lên 6 lần thì nồng độ của A₂ tăng lên 6 lần và nồng độ của B không đổi thì: ${v_2}{\text{ }} = k.6.\left[ {{A_2}} \right]{\left( {\left[ B \right]} \right)^2}$

 $\to \,\,\frac{{{v_2}}}{{{v_1}}} = \,\,\frac{{k.6.\left[ {{A_2}} \right]{{\left( {\left[ B \right]} \right)}^2}}}{{k\left[ {{A_2}} \right]{{\left( {\left[ B \right]} \right)}^2}}}\,\, = \,\,6\,\, \to \,\,{v_2} = \,\,6{v_1}$ → Tốc độ phản ứng tăng lên 6 lần.

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

Gọi nhiệt độ của phản ứng trước và sau khi tăng là t₁, t₂.

+) Tốc độ phản ứng tăng lên 1024 lần nên  $\frac{{{v_{{t_2}}}}}{{{v_{{t_1}}}}}\,\, = \,\,1024$

mà ${v_{{t_2}}} = \,\,{v_{{t_1}}}.{k^{\frac{{{t_2} - {t_1}}}{{10}}}}\,\, \to \,\,{k^{\frac{{{t_2} - {t_1}}}{{10}}}}\, = \,\,\frac{{{v_{{t_2}}}}}{{{v_{{t_1}}}}}\,\, = \,\,1024\,\,\,\,(1)$

+) Theo bài ra ta có, nhiệt độ tăng thêm nên t₂ – t₁ =${50^o}C$

Thay vào (1) ta có ${k^{\frac{{{t_2} - {t_1}}}{{10}}}}\, = \,\,1024\,\, \to \,\,{k^5}\,\, = \,\,{4^5}\,\, \to \,\,k\,\, = \,\,4$

Vậy hệ số nhiệt độ của tốc độ phản ứng là 4.

Tốc độ phản ứng tăng lên 3 lần nên $\dfrac{{{v_{{t_2}}}}}{{{v_{{t_1}}}}}\,\, = \,\,3$ mà ${v_{{t_2}}} = \,\,{v_{{t_1}}}.{k^{\dfrac{{{t_2} - {t_1}}}{{10}}}}\,\, \to \,\,{k^{\dfrac{{{t_2} - {t_1}}}{{10}}}}\, = \,\,\dfrac{{{v_{{t_2}}}}}{{{v_{{t_1}}}}}\,\, = \,\,3\,\,\,\,(1)$

- Tăng nhiệt độ thêm ${25^o}C$ thì t₂ – t₁ = ${25^o}C$

Thay vào (1) : ${k^{\dfrac{{{t_2} - {t_1}}}{{10}}}}\, = \,\,{k^{2,5}} = 3\,\, \to \,\,k\,\,\, = \,1,552$

- Khi phản ứng tăng từ ${20^o}C\,$ lên ${170^o}C\,$ thì t₂ – t₁ = ${150^o}C\,$

→ $\,\,\dfrac{{{v_{{t_2}}}}}{{{v_{{t_1}}}}}\,\, = {k^{\dfrac{{{t_2} - {t_1}}}{{10}}}}\, = \,\,1,{552^{15}} = \,\,730$

=> Tốc độ phản ứng tăng lên 730 lần.

Gọi nhiệt độ của phản ứng trước và sau khi tăng là t₁, t₂.

Tốc độ phản ứng tăng lên 2 lần nên $\frac{{{v}_{{{t}_{2}}}}}{{{v}_{{{t}_{1}}}}}\,\,=\,\,2$ mà ${{v}_{{{t}_{2}}}}=\,\,{{v}_{{{t}_{1}}}}.{{k}^{\frac{{{t}_{2}}-{{t}_{1}}}{10}}}\,\,\to \,\,{{k}^{\frac{{{t}_{2}}-{{t}_{1}}}{10}}}\,=\,\,\frac{{{v}_{{{t}_{2}}}}}{{{v}_{{{t}_{1}}}}}\,\,=\,\,2\,\,\,\,(1)$

- Theo bài ra, nhiệt độ tăng thêm ${{10}^{o}}C$ nên t₂ – t₁ = ${{10}^{o}}C$

 Thay vào (1) ta có: ${{k}^{\frac{{{t}_{2}}-{{t}_{1}}}{10}}}\,=\,\,2\,\,\to \,\,{{k}^{1}}\,\,=\,\,{{2}^{1}}\,\,\to \,\,k\,\,=\,\,2$

- Khi nâng nhiệt độ từ ${{25}^{o}}C$lên ${{75}^{o}}C$ thì t₂ – t₁ = ${{50}^{o}}C.$

Mà ${{k}^{\frac{{{t}_{2}}-{{t}_{1}}}{10}}}\,=\,\,\frac{{{v}_{{{t}_{2}}}}}{{{v}_{{{t}_{1}}}}}\,\,\to \,\,\frac{{{v}_{{{t}_{2}}}}}{{{v}_{{{t}_{1}}}}}=\,\,{{2}^{\frac{50}{10}}}=\,\,{{2}^{5}}\,\,=\,\,32.$

=> tốc độ phản ứng tăng lên 32 lần.

Gọi nhiệt độ của phản ứng trước và sau khi tăng là t₁, t₂.

+) Tốc độ phản ứng tăng lên 3 lần nên $\frac{{{v_{{t_2}}}}}{{{v_{{t_1}}}}}\,\, = \,\,3$ mà ${v_{{t_2}}} = \,\,{v_{{t_1}}}.{k^{\frac{{{t_2} - {t_1}}}{{10}}}}\,\, \to \,\,{k^{\frac{{{t_2} - {t_1}}}{{10}}}}\, = \,\,\frac{{{v_{{t_2}}}}}{{{v_{{t_1}}}}}\,\, = \,\,3\,\,\,\,(1)$

- Theo bài ra, nhiệt độ tăng thêm ${10^o}C$ nên t₂ – t₁ = ${10^o}C$

 Thay vào (1) ta có: ${k^{\frac{{{t_2} - {t_1}}}{{10}}}}\, = \,\,3\,\, \to \,\,{k^1}\,\, = \,\,{3^1}\,\, \to \,\,k\,\, = \,\,3$

- Khi tốc độ phản ứng tăng lên 81 lần và t₁ = ${30^o}C.$

Mà ${k^{\frac{{{t_2} - {t_1}}}{{10}}}}\, = \,\,\frac{{{v_{{t_2}}}}}{{{v_{{t_1}}}}}$ → ${k^{\frac{{{t_2} - 30}}{{10}}}}\, = \,\,\frac{{{v_{{t_2}}}}}{{{v_{{t_1}}}}}\,\, \to \,{3^{\frac{{{t_2} - \,\,30}}{{10}}}}\, = \,\,{3^4}\,\, \to \,\,\frac{{{t_2} - \,\,30}}{{10}}\,\, = \,\,4\,\, \to \,\,{t_2}\,\, = \,\,{70^o}C$

=> thực hiện phản ứng ở nhiệt độ 70^oC

Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào các yếu tố: nồng độ, nhiệt độ, áp suất, chất xúc tác và bề mặt tiếp xúc.

Nội dung A đúng vì khi đó nhiệt độ giảm nên tốc độ phản ứng phân hủy thực phẩm giảm, thực phẩm giữ được lâu hơn.

Nội dung B đúng vì tăng áp suất tốc độ phản ứng tăng.

Nội dung C đúng vì tăng nồng độ chất phản ứng thì tốc độ phản ứng tăng.

Nội dung D sai vì ở tầng khí quyển trên cao khí oxi loãng hơn so với mặt đất nên nhiên liệu cháy chậm hơn.

Tốc độ trung bình của phản ứng là:

\(\begin{array}{l}\overline v  = \frac{{\Delta {C_B}}}{t} = \frac{{{C_B}{\,_{dau}} - {C_B}{\,_{sau}}}}{t}\\ \Rightarrow \frac{{a - 0,01}}{{50}} = {4.10^{ - 5}}\\ \Rightarrow a = {50.4.10^{ - 5}} + 0,01 = 0,012\,(mol/l)\end{array}\)