CHƯƠNG 4: ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC

NỘI DUNG
TÀI LIỆU
1. Một số khái niệm [1] – Chương 10: trang 309 – 343
cơ bản
[2] – Chapter 13: page 441 – 485
2. Tốc độ phản ứng
3. Các yếu tố ảnh
hưởng đến tốc độ
phản ứng

Chương 4



1


CHƯƠNG 4: ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC

1. Một số khái niệm cơ bản về phản ứng hóa học

 Phản ứng đơn giản là phản ứng chỉ xảy ra qua
một giai đoạn.
Ví dụ:

NO + O3  NO2 + O2

 Phản ứng phức tạp là phản ứng xảy ra qua nhiều
giai đoạn. Tốc độ phản ứng được xác định qua

giai đoạn xảy ra chậm nhất.
Ví dụ:

Chương 4

2N2O5  4NO2 + O2
N2O5  N2O3 + O2
N2O3 + N2O5  4NO2


(chậm)
(nhanh)
2


CHƯƠNG 4: ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC

 Phản ứng đồng thể là phản ứng mà các chất phản
ứng và sản phẩm đều ở cùng một pha.
Ví dụ: H2 (khí) + O2 (khí)  H2O (khí)
HCl(dd) + NaOH(dd)  NaCl(dd) + H2O (l)
 Phản ứng dị thể là phản ứng mà các chất phản
ứng và sản phẩm đều ở các pha khác nhau.

Ví dụ: C (gr) + O2 (khí)  CO2 (khí)
CO2 (khí) + CaO (rắn)  CaCO3 (rắn)

Zn(rắn) + 2HCl(dd)  ZnCl2(dd) + H2(khí)
Chương 4




3


CHƯƠNG 4: ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC

2. Tốc độ phản ứng

2.1. Định nghĩa
Tốc độ của phản ứng hóa học là số tác dụng cơ bản của
nó diễn ra trong một đơn vị thời gian và đơn vị thể tích
(đối với phản ứng đồng thể) hoặc trong một đơn vị thời
gian và trên một đơn vị diện tích bề mặt phân chia các pha
(đối với phản ứng dị thể).

Thực tế thường dùng những đại lượng tỷ lệ với số tác
dụng cơ bản này như độ thay đổi nồng độ (mol/L) của chất
phản ứng hay sản phẩm tạo thành trong một đơn vị thời
gian, đôi khi quan sát sự thay đổi màu sắc, độ đục trong…
Chương 4



4


CHƯƠNG 4: ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC

2.2. Xác định tốc độ phản ứng theo độ biến đổi

nồng độ
Xét phản ứng đồng thể: aA + bB  cC + dD
Tốc độ trung bình (ῡ) là tốc độ được tính trung
bình trong một khoảng thời gian nhất định.
1 Δ[A]
1 Δ[B]
1 Δ[C]
1 Δ[D]
 =
=
+
=+
a Δτ
b Δτ
c Δτ
d Δτ

Tốc độ tức thời là tốc độ được xác định tại thời
điểm khảo sát của phản ứng.
 = lim 0 = 
Chương 4

1 d[A]
1 d[B]
1 d[C]
1 d[D]
=
+
=+
a dτ

b dτ
c dτ
d dτ


5


CHƯƠNG 4: ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC

2.3. Biểu thức tốc độ phản ứng và bậc phản ứng

Xét phản ứng đồng thể: aA + bB  cC + dD
Biểu thức tốc độ phản ứng: v = k [A]m [B]n

v: tốc độ tức thời ở thời điểm khảo sát
k: hằng số tốc độ của phản ứng
[A], [B]: nồng độ chất A, B tại thời điểm khảo sát
m, n bậc phản ứng của A, B
m + n: bậc phản ứng tổng cộng của phản ứng
Chương 4



6


CHƯƠNG 4: ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC

Phản ứng đồng thể - 1 giai đoạn: bậc phản ứng

đúng bằng hệ số tỉ lượng theo phương trình (m=a; n = b).
Phản ứng phức tạp – nhiều giai đoạn: bậc phản
ứng có giá trị khác với hệ số tỉ lượng trong phương trình.
Ví dụ: 2N2O5  4NO2 + O2

v = k[N2O5]

N2O5  N2O3 + O2

(chậm)

N2O3 + N2O5  4NO2

(nhanh)

Bậc phản ứng tổng cộng của phản ứng bằng tổng
các bậc phản ứng theo chất của các chất phản ứng hay
bằng tổng các số mũ của nồng độ các chất phản ứng ghi
trong biểu thức tốc độ phản ứng.
Chương 4



7


CHƯƠNG 4: ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG HĨA HỌC

Ví dụ phản ứng bậc 0
CaCO3 (r)  CaO (r) + CO2 (k)

v = k.[CaCO3]0 = k
C12H22O11 (dd) + H2O (lỏng) ⇌ 2C6H12O6 (dd) v = k.[C12H22O11]

Ví dụ phản ứng bậc 1
I2 (khí)  2I (khí)
2N2O5  4NO2 + O2

v = k[I2]
v = k[N2O5]

Ví dụ phản ứng bậc 2
NO + O3  NO2 + O2
2HI (khí)  H2 (khí) + I2 (khí)

v = k.[NO].[O3]
v = k.[HI]2

Ví dụ phản ứng bậc 3/2
CH3CHO (khí)  CH4 (khí) + CO (khí)
Chương 4



v = k.[CH3CHO]3/2
8


CHƯƠNG 4: ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC

Bậc phản ứng ( v) được xác định bằng thực

nghiệm.
Ví dụ 1: Phản ứng 2HI (khí)  H2 (khí) + I2
có tốc độ theo nồng độ HI như sau:
[HI], mol/L
v, mol/L.s

0,0050

0,010

7,510-4

3,010-3

(khí)

ở 443 oC

0,020
?

a. Xác định bậc và viết biểu thức tốc độ phản ứng?
b. Tính hằng số tốc độ của phản ứng ở nhiệt độ khảo sát?
c. Tính tốc độ của phản ứng ở nhiệt độ trên khi nồng độ
HI bằng 0,020 M?
Chương 4



9



CHƯƠNG 4: ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC

Biểu thức tốc độ phản ứng có dạng: v = k[HI]n

a. Khi [HI] = 0,0050 M  v1 = k[0,0050]n
Khi [HI] = 0,010 M  v2 = k[0,010]n

Tỷ số

𝑣1
𝑣2

=

0,0050 𝑛
0,010

↔

7,5×10−4
3×10−3

=

0,0050 𝑛
0,010

→𝑛=2


Vậy, biểu thức tốc độ phản ứng: v = k[HI]2
b. Khi [HI] = 0,0050 M thì v = 7,510-4 M/s và n = 2
𝑘=

7,5×10−4
0,0050 2

= 30 M-1.s-1

c. Khi [HI] = 0,020 M  v = 30[0,020]2 = 1,210-2 M/s
Chương 4



10


CHƯƠNG 4: ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG HĨA HỌC

Ví dụ 2: Xác định bậc, biểu thức tốc độ phản ứng và
hằng số tốc độ của phản ứng: 2NO + O2  2NO2
[NO], M
1,010-4
1,010-4
2,010-4

[O2], M
1,010-4
3,010-4

3,010-4

v, M/s
2,810-6
8,410-6
3,410-5

Biểu thức tốc độ phản ứng có dạng: v = k[NO]m[O2]n

Xác định bậc phản ứng:
𝑣1
𝑣2

=

𝑘[1,0×10−4 ]𝑚 [1,0×10−4 ]𝑛
𝑘[1,0×10−4 ]𝑚 [3,0×10−4 ]𝑛

Chương 4



2,8×10−6
8,4×10−6



=

1 𝑛

3

→𝑛=1
11


CHƯƠNG 4: ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG HĨA HỌC
𝑘[1,0×10−4 ]𝑚 [3,0×10−4 ]𝑛
=
𝑘[2,0×10−4 ]𝑚 [3,0×10−4 ]𝑛
8,4×10−6
1 𝑚

𝑣2
𝑣3



3,4×10−5

=

2

→𝑚=2

Vậy biểu thức tốc độ phản ứng: v = k [NO]2[O2]
Tính hằng số tốc độ phản ứng:
𝑘=


𝑣
𝑁𝑂 2 [𝑂2 ]

Chương 4

=

2,8×10−6
1,0×10−4 2 [1,0×10−4 ]



= 2,8 × 106 M-2.s-1

12


CHƯƠNG 4: ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC

Bài tập
1. Viết biểu thức tính tốc độ các phản ứng đơn giản:
a. 2NO(k) + O2(k)  2NO2 (k)
b. C(gr) + CO2(k)  2CO (k)

c. NH4NO3 (r)  N2O(k) + 2H2O(k)
2. Khi giảm nồng độ các chất phản ứng xuống 3 lần, tốc độ
các phản ứng trên thay đổi thế nào?

3. Khi giảm thể tích bình phản ứng xuống 2 lần, tốc độ các
phản ứng trên thay đổi như thế nào?

4. Khi giảm áp suất của hệ xuống 2 lần, tốc độ các phản ứng
trên thay đổi như thế nào?
Chương 4



13


CHƯƠNG 4: ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC

2.4. Hằng số tốc độ phản ứng (k)

Theo thuyết phức chất hoạt động:

k = z.e

H*

RT

.e

S*
R

= z.e

E*


RT

.e

S*
R

= A.e



E*
RT

z – hệ số;
H* - entanpy hoạt hóa, cũng chính là
năng lượng hoạt hóa E* của phản ứng
S* - entropy hoạt hóa của phản ứng
S*
R

A = z.e
Với phản ứng cụ thể thì A = const, nên k chỉ phụ thuộc
vào nhiệt độ, nghĩa là k là hằng số tại nhiệt độ nhất định.
Chương 4



14



CHƯƠNG 4: ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC

2.5. Sự thay đổi nồng độ theo thời gian
(Phương trình động học của hằng số tốc độ phản ứng)
Xét phương trình phản ứng có dạng: A  sản phẩm

a. Phản ứng bậc 0
𝑣=

𝑑𝐴
−
𝑑𝜏

= 𝑘[𝐴]𝑜 ↔ −𝑑[𝐴] = 𝑘 × 𝑑𝜏 (1)

Ở thời điểm ban đầu  = 0, đặt [A]o = co
Ở thời điểm , đặt [A] = c
c
τ
Tích phân (1)  − ‫׬‬c dc = k ‫׬‬0 dτ → 𝐤𝛕 = 𝒄𝒐 − 𝒄
o

Hay c = -k + co (dạng: y = -ax + b)

Thời gian để c = co/2 (chu kỳ bán hủy): 𝝉𝟏/𝟐 =
Chương 4




𝒄𝒐
𝟐𝒌
15


CHƯƠNG 4: ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC

b. Phản ứng bậc 1

𝑣=

𝑑𝐴
−
𝑑𝜏

=𝑘× 𝐴

↔

𝑑[𝐴]
−
[𝐴]

= 𝑘 × 𝑑𝜏 (2)

Ở thời điểm ban đầu  = 0, đặt [A]o = co

Ở thời điểm , đặt [A] = c
Tích phân (2) 


c 1
− ‫׬‬c dc
oc

=

τ
k ‫׬‬0 dτ

→ 𝐤𝛕 =

𝐜𝐨
𝐥𝐧
𝐜

Hay ln(c) = -k + ln(co) (dạng: y = -ax + b)
Thời gian để c = co/2 (chu kỳ bán hủy): 𝝉𝟏/𝟐 =
Chương 4



𝒍𝒏𝟐
𝒌
16


CHƯƠNG 4: ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC

c. Phản ứng bậc 2
𝑣=


𝑑𝐴
−
𝑑𝜏

=𝑘×

[𝐴]2

↔

𝑑[𝐴]
− 2
[𝐴]

= 𝑘 × 𝑑𝜏 (3)

Ở thời điểm ban đầu  = 0, đặt [A]o = co

Ở thời điểm , đặt [A] = c
Tích phân (3) 
Hay

c 1
− ‫׬‬c 2 dc
o𝑐

1
𝑐


= 𝑘𝜏 +

=

1
𝑐𝑜

τ
k ‫׬‬0 dτ

→ 𝐤𝛕 = −

(dạng: y = ax + b)

Thời gian để c = co/2 (chu kỳ bán hủy): 𝝉𝟏/𝟐 =
Chương 4

𝟏
𝒄



𝟏
𝒌𝒄𝒐
17

1
𝑐𝑜



CHƯƠNG 4: ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC

3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng
Xét phản ứng: aA + bB  sản phẩm
v = k[A]m[B]n ;

với k  A.e

E*

RT

3.1. Ảnh hưởng của nồng độ chất phản ứng
Trong hệ đồng thể, ở nhiệt độ không đổi, tốc độ phản
ứng tỷ lệ với tích số nồng độ các chất phản ứng với số
mũ bằng với bậc phản ứng của các chất tương ứng.
Đối với phản ứng dị thể, tốc độ phản ứng còn phụ
thuộc vào nhiều yếu tố khác như hoạt tính hóa học của
chất phản ứng, diện tích bề mặt tiếp xúc pha, q trình
chuyển chất…
Chương 4



18


CHƯƠNG 4: ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC

3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ


a. Quy tắc Van’t Hoff (kinh nghiệm)
Khi tăng nhiệt độ lên 10 oC (10 K) thì tốc độ phản
ứng tăng lên khoảng 2 – 4 lần.
Số lần tăng lên này được gọi là hệ số nhiệt độ của
tốc độ phản ứng, được ký hiệu :
k t 10
k t  n.10
n

 2  4 hay tổng quát  
kt
kt
(t 2 -t1 )
v t2 k t2
t 2 - t1
10
=
=
, với n =
v t1 k t1
10
Chương 4



19


CHƯƠNG 4: ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG HĨA HỌC


Ví dụ: Tính hằng số tốc độ k ở 45 oC và số lần tăng tốc độ
phản ứng khi nhiệt độ tăng thêm 100 oC đối với phản ứng
2N2O5  4NO2 + O2, biết ở 25 và 65 oC hằng số k của phản
ứng này có giá trị tương ứng là 3,7.10-5 và 5,2.10-3 s-1.

k 65 o C

=

k 25 o C
k 45 o C

k 25 o C

=

(45 - 25)
10

x
Chương 4

(65 - 25)
10



v145 o C
v 45 o C


3

5, 2 10
4

=

   3, 44
5
3, 7 10
k 45 o C
3, 7 105

= 3, 44

= 3, 442  k 45 o C  4, 4 10-4 s -1

(145 - 45)
10

 x  232051,5 laàn



20


CHƯƠNG 4: ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC


b. Phương trình Arrhenius (thực nghiệm)
v = k[A]m [B]n ; với k  A.e

E*

RT

k - hằng số tốc độ phản ứng

A - thừa số Arrhenius
E* - năng lượng hoạt hóa của phản ứng
R - hằng số khí, 8,314 J/mol.K; 1,987 cal/mol.K
T - nhiệt độ tuyệt đối

Chương 4



21


CHƯƠNG 4: ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC

Năng lượng hoạt hóa của chất phản ứng (E*) là năng
lượng tối thiểu cần cung cấp cho các tiểu phân để chúng trở
thành hoạt động.
E* càng nhỏ thì phản ứng
càng dễ xảy ra và tốc độ
phản ứng càng lớn.


Chương 4



22


CHƯƠNG 4: ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG HĨA HỌC

Tính năng lượng hoạt hóa (E*):

Lấy logarit tự nhiên của phương trình Arrhenius:

Nếu vẽ đồ thị lnk
đối với 1/T sẽ được
đường thẳng có độ dốc
-E*/R, từ đó xác định
được năng lượng hoạt
hóa (E* = - độ dốc  R)
Chương 4

E* = - (-1,2.104  8,314) = 105 J/mol



23


CHƯƠNG 4: ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG HĨA HỌC


Cũng có thể tính E* bằng cách rút ra dạng hai điểm của
phương trình Arrhenius:
E* 
ln k2  ln A 

RT2 
E*
E*
 ln k2  ln k1  

* 
RT2 RT1
E 
ln k1  ln A 
RT1 
k2 E *  1 1 
ln 
  
k1
R  T1 T2 
Ví dụ: Xác định E* của phản ứng 2N2O5  4NO2 + O2 trong
ví dụ trước.
5, 2 103
E*  1
1 
*
ln




E
 103536,3 J / mol


5
3, 7 10
8,314  298 338 
Chương 4



24


CHƯƠNG 4: ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC

3.3. Ảnh hưởng của chất xúc tác

a. Khái niệm về xúc tác
Chất xúc tác là chất khi thêm vào sẽ làm
tăng tốc độ phản ứng hoặc gây nên phản
ứng nếu phản ứng đó có khả năng xảy ra.

Chất ức chế là chất khi thêm vào sẽ
làm cho tốc độ phản ứng chậm lại.

Xúc tác đồng thể là chất xúc tác cùng
pha với hỗn hợp phản ứng.
Xúc tác dị thể là chất xúc tác có pha
khác với hỗn hợp phản ứng.

Chương 4



25