Chọn đến phần học sinh cần nhanh chóng thông qua mục lục bằng cách click đến phần đó
- I. Tốc độ phản ứng hoá học
- II. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng
- 1. Ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng
- 2. Ảnh hưởng của áp suất đến tốc độ phản ứng
- 3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng
- 4. Ảnh hưởng của diện tích bề mặt đến tốc độ phản ứng
- 5. Ảnh hưởng của chất xúc tác đến tốc độ phản ứng
- III. Một số ứng dụng của việc thay đổi tốc độ phản ứng
- Em có thể
Câu hỏi mở đầu trang 92
Đề bài: Làm thế nào có thể so sánh sự nhanh, chậm của các phản ứng hoá học để thúc đẩy hoặc kìm hãm chúng theo mong muốn?
Lời giải:
- Để so sánh sự nhanh, chậm của các phản ứng hoá học, ta dùng đại lượng tốc độ phản ứng — được xác định bằng sự thay đổi lượng chất đầu hoặc chất sản phẩm trong một đơn vị thời gian.
- Để thúc đẩy hoặc kìm hãm phản ứng theo mong muốn, ta điều chỉnh các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng như: nồng độ, áp suất, nhiệt độ, diện tích bề mặt tiếp xúc và chất xúc tác.
I. Tốc độ phản ứng hoá học
Câu 1 trang 93
Đề bài: Xét phản ứng: $\text{H}_2 + \text{Cl}_2 \longrightarrow 2\text{HCl}$. Nghiên cứu sự thay đổi nồng độ một chất trong phản ứng theo thời gian, thu được đồ thị (Hình bên cạnh đề).
a) Đồ thị này mô tả sự thay đổi nồng độ theo thời gian của chất nào?
b) Nêu đơn vị của tốc độ phản ứng trong trường hợp này.
Lời giải:
a) Quan sát đồ thị, ta thấy nồng độ chất này tăng dần theo thời gian (từ 0 đến khoảng 0,4 mol/L).
→ Đây là chất sản phẩm HCl (vì trong phản ứng, nồng độ chất sản phẩm tăng còn nồng độ chất đầu giảm).
b) Trục thời gian sử dụng đơn vị phút (min), trục nồng độ sử dụng đơn vị mol/L.
→ Đơn vị tốc độ phản ứng là mol/(L·min).
hoạt động trang 93
Đề bài: Cho phản ứng phân huỷ $\text{H}_2\text{O}_2$:
$$\text{H}_2\text{O}_2 \longrightarrow \text{H}_2\text{O} + \dfrac{1}{2}\text{O}_2$$
Kết quả thí nghiệm đo nồng độ $\text{H}_2\text{O}_2$ tại các thời điểm:
| Thời gian (h) | 0 | 3 | 6 | 9 | 12 |
|---|---|---|---|---|---|
| Nồng độ $\text{H}_2\text{O}_2$ (mol/L) | 1,000 | 0,707 | 0,500 | 0,354 | 0,250 |
- Hãy tính tốc độ phản ứng theo nồng độ $\text{H}_2\text{O}_2$ trong các khoảng thời gian từ:
a) 3 giờ đến 6 giờ; b) 6 giờ đến 9 giờ; c) 9 giờ đến 12 giờ.
- Nhận xét về sự thay đổi tốc độ phản ứng theo thời gian.
Lời giải:
1. Áp dụng công thức:
$$v_{tb} = -\dfrac{C_{cuối} – C_{đầu}}{\Delta t}$$
a) Từ 3 giờ đến 6 giờ:
$$v_{tb} = -\dfrac{0{,}500 – 0{,}707}{6 – 3} = \dfrac{0{,}207}{3} \approx 0{,}069 ; \text{mol/(L·h)}$$
b) Từ 6 giờ đến 9 giờ:
$$v_{tb} = -\dfrac{0{,}354 – 0{,}500}{9 – 6} = \dfrac{0{,}146}{3} \approx 0{,}049 ; \text{mol/(L·h)}$$
c) Từ 9 giờ đến 12 giờ:
$$v_{tb} = -\dfrac{0{,}250 – 0{,}354}{12 – 9} = \dfrac{0{,}104}{3} \approx 0{,}035 ; \text{mol/(L·h)}$$
2. Nhận xét: Theo bảng kết quả, tốc độ phản ứng giảm dần theo thời gian (0,098 → 0,069 → 0,049 → 0,035 mol/(L·h)). Nguyên nhân là do nồng độ chất đầu $\text{H}_2\text{O}_2$ giảm dần khi phản ứng xảy ra.
Câu 2 trang 94
Đề bài: Cho phản ứng của các chất ở thể khí:
$$2\text{NO} + 2\text{H}_2 \longrightarrow \text{N}_2 + 2\text{H}_2\text{O}$$
Hãy viết biểu thức tính tốc độ trung bình theo sự biến đổi nồng độ chất đầu và chất sản phẩm của phản ứng trên.
Lời giải:
Áp dụng công thức tốc độ trung bình cho phản ứng tổng quát: $aA + bB \longrightarrow cC + dD$
$$v_{tb} = -\dfrac{1}{a} \cdot \dfrac{\Delta C_A}{\Delta t} = -\dfrac{1}{b} \cdot \dfrac{\Delta C_B}{\Delta t} = \dfrac{1}{c} \cdot \dfrac{\Delta C_C}{\Delta t} = \dfrac{1}{d} \cdot \dfrac{\Delta C_D}{\Delta t}$$
Với phản ứng $2\text{NO} + 2\text{H}_2 \longrightarrow \text{N}_2 + 2\text{H}_2\text{O}$, các hệ số là 2, 2, 1, 2. Vậy:
$$v_{tb} = -\dfrac{1}{2} \cdot \dfrac{\Delta C_{NO}}{\Delta t} = -\dfrac{1}{2} \cdot \dfrac{\Delta C_{H_2}}{\Delta t} = \dfrac{\Delta C_{N_2}}{\Delta t} = \dfrac{1}{2} \cdot \dfrac{\Delta C_{H_2O}}{\Delta t}$$
II. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng
1. Ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng
Thí nghiệm trang 95
Đề bài: Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng:
$$\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3 + \text{H}_2\text{SO}_4 \longrightarrow \text{Na}_2\text{SO}_4 + \text{S} + \text{SO}_2 + \text{H}_2\text{O}$$
Cho ba bình tam giác lần lượt chứa 30 mL dung dịch $\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3$ ở các nồng độ 0,05 M; 0,10 M và 0,30 M, đặt trên tờ giấy có kẻ chữ X. Rót nhanh vào mỗi bình 30 mL dung dịch $\text{H}_2\text{SO}_4$ 0,5 M.
- Phản ứng ở bình nào xảy ra nhanh nhất? Chậm nhất?
- Nồng độ ảnh hưởng thế nào đến tốc độ phản ứng?
Lời giải:
1. Sản phẩm phản ứng có lưu huỳnh (S) kết tủa làm dung dịch đục dần, che khuất vạch chữ X. Bình nào nhanh không nhìn thấy chữ X hơn thì phản ứng xảy ra nhanh hơn.
- Phản ứng nhanh nhất ở bình có $\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3$ nồng độ 0,30 M (cao nhất).
- Phản ứng chậm nhất ở bình có $\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3$ nồng độ 0,05 M (thấp nhất).
2. Khi nồng độ chất phản ứng tăng thì tốc độ phản ứng tăng (và ngược lại).
Câu 3 trang 96
Đề bài: Cho phản ứng: $X + Y \longrightarrow XY$. Biết tốc độ phản ứng tỉ lệ thuận với nồng độ của các chất tham gia phản ứng với số mũ là hệ số tỉ lượng của chất đó trong phương trình hoá học.
a) Hãy viết phương trình tốc độ của phản ứng này.
b) Ở một nhiệt độ xác định, hằng số tốc độ của phản ứng này là 2,5·10⁻⁴ L/(mol·s). Nồng độ đầu của X và Y lần lượt là 0,02 M và 0,03 M. Hãy tính tốc độ phản ứng:
– Tại thời điểm đầu.
– Tại thời điểm đã hết một nửa lượng X.
Lời giải:
a) Vì hệ số của X và Y trong phương trình đều là 1, biểu thức tốc độ phản ứng là:
$$v = k \cdot C_X \cdot C_Y$$
b) Tính tốc độ phản ứng:
• Tại thời điểm đầu: $C_X = 0{,}02$ M; $C_Y = 0{,}03$ M.
$$v_1 = 2{,}5 \cdot 10^{-4} \cdot 0{,}02 \cdot 0{,}03 = 1{,}5 \cdot 10^{-7} ; \text{mol/(L·s)}$$
• Tại thời điểm đã hết một nửa lượng X:
Bước 1: Lượng X đã phản ứng = $\dfrac{0{,}02}{2} = 0{,}01$ M → nồng độ X còn lại: $C_X = 0{,}01$ M.
Bước 2: Theo phương trình $X + Y \longrightarrow XY$ (tỉ lệ 1 : 1), lượng Y đã phản ứng cũng bằng 0,01 M → nồng độ Y còn lại: $C_Y = 0{,}03 – 0{,}01 = 0{,}02$ M.
Bước 3: Tính tốc độ phản ứng:
$$v_2 = 2{,}5 \cdot 10^{-4} \cdot 0{,}01 \cdot 0{,}02 = 5 \cdot 10^{-8} ; \text{mol/(L·s)}$$
2. Ảnh hưởng của áp suất đến tốc độ phản ứng
Câu 4 trang 97
Đề bài: Nêu mối liên hệ giữa nồng độ và áp suất của khí trong hỗn hợp.
Lời giải:
Trong hỗn hợp khí, nồng độ mỗi khí tỉ lệ thuận với áp suất của nó.
→ Khi nén hỗn hợp khí (giảm thể tích) thì áp suất tăng, kéo theo nồng độ các khí cũng tăng lên (và ngược lại).
Câu 5 trang 97
Đề bài: Áp suất ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng nào sau đây?
(1) $\text{N}_2(g) + 3\text{H}_2(g) \xrightarrow{t^o, \text{xúc tác}} 2\text{NH}_3(g)$
(2) $\text{CO}_2(g) + \text{Ca(OH)}_2(aq) \longrightarrow \text{CaCO}_3(s) + \text{H}_2\text{O}(l)$
(3) $\text{SiO}_2(s) + \text{CaO}(s) \longrightarrow \text{CaSiO}_3(s)$
(4) $\text{BaCl}_2(aq) + \text{H}_2\text{SO}_4(aq) \longrightarrow \text{BaSO}_4(s) + 2\text{HCl}(aq)$
Lời giải:
Áp suất chỉ ảnh hưởng đến tốc độ của phản ứng có chất khí tham gia.
Xét từng phản ứng:
- (1): có $\text{N}_2(g)$ và $\text{H}_2(g)$ là chất tham gia ở thể khí → áp suất có ảnh hưởng. ✓
- (2): có $\text{CO}_2(g)$ là chất tham gia ở thể khí → áp suất có ảnh hưởng. ✓
- (3): chỉ có chất rắn → áp suất không ảnh hưởng.
- (4): chỉ có dung dịch và chất rắn (không có khí tham gia) → áp suất không ảnh hưởng.
Kết luận: Áp suất ảnh hưởng đến tốc độ của các phản ứng (1) và (2).
3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng
Thí nghiệm trang 97
Đề bài: Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng:
$$\text{Mg} + 2\text{H}_2\text{O} \longrightarrow \text{Mg(OH)}_2 + \text{H}_2$$
Cho 2 ống nghiệm chứa nước cất, vài giọt phenolphthalein và một mẩu phoi bào Mg. Đun nóng 1 ống nghiệm.
- Sự thay đổi màu sắc trong ống nghiệm nào nhanh hơn?
- Nhiệt độ ảnh hưởng như thế nào đến tốc độ phản ứng?
Lời giải:
1. Khi phản ứng xảy ra, $\text{Mg(OH)}_2$ sinh ra làm dung dịch có tính kiềm → phenolphthalein chuyển sang màu hồng.
→ Ống nghiệm được đun nóng có sự đổi màu nhanh hơn.
2. Khi nhiệt độ tăng thì tốc độ phản ứng tăng (và ngược lại).
Câu 6 trang 98
Đề bài: Hãy giải thích tại sao khi nhiệt độ tăng thì tốc độ phản ứng tăng.
Lời giải:
Khi nhiệt độ tăng:
- Các hạt (phân tử, nguyên tử hoặc ion) chuyển động nhanh hơn, có động năng cao hơn.
- Số va chạm hiệu quả giữa các hạt tăng lên.
→ Dẫn đến tốc độ phản ứng tăng.
Câu 7 trang 98
Đề bài: Nêu ý nghĩa của hệ số nhiệt độ Van’t Hoff.
Lời giải:
Hệ số nhiệt độ Van’t Hoff (γ) cho biết tốc độ phản ứng tăng lên bao nhiêu lần khi nhiệt độ tăng thêm 10°C.
→ Giá trị γ càng lớn thì ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng càng mạnh.
Câu 8 trang 98
Đề bài: Ở 20°C, tốc độ một phản ứng là 0,05 mol/(L·min). Ở 30°C, tốc độ phản ứng này là 0,15 mol/(L·min).
a) Hãy tính hệ số nhiệt độ Van’t Hoff của phản ứng trên.
b) Dự đoán tốc độ phản ứng trên ở 40°C (giả thiết hệ số nhiệt độ γ trong khoảng nhiệt độ này không đổi).
Lời giải:
a) Tính hệ số nhiệt độ Van’t Hoff γ:
Khi nhiệt độ tăng từ 20°C lên 30°C (tăng 10°C), theo định nghĩa:
$$\gamma = \dfrac{v_{30}}{v_{20}} = \dfrac{0{,}15}{0{,}05} = 3$$
b) Dự đoán tốc độ ở 40°C:
Tiếp tục tăng từ 30°C lên 40°C (tăng 10°C), tốc độ tăng γ = 3 lần:
$$v_{40} = \gamma \cdot v_{30} = 3 \cdot 0{,}15 = 0{,}45 ; \text{mol/(L·min)}$$
4. Ảnh hưởng của diện tích bề mặt đến tốc độ phản ứng
Thí nghiệm trang 98
Đề bài: Nghiên cứu ảnh hưởng của diện tích bề mặt đến tốc độ phản ứng:
$$\text{CaCO}_3 + 2\text{HCl} \longrightarrow \text{CaCl}_2 + \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}$$
Cho cùng một lượng (khoảng 2 g) đá vôi dạng viên vào bình (1) và đá vôi đập nhỏ vào bình (2). Rót 20 mL dung dịch HCl 0,5 M vào mỗi bình.
- Phản ứng trong bình nào có tốc độ thoát khí nhanh hơn?
- Đá vôi dạng nào có tổng diện tích bề mặt lớn hơn?
- Nêu ảnh hưởng của diện tích bề mặt tiếp xúc đến tốc độ phản ứng.
Lời giải:
1. Phản ứng trong bình (2) — chứa đá vôi đập nhỏ — có tốc độ thoát khí $\text{CO}_2$ nhanh hơn.
2. Đá vôi đập nhỏ (bình 2) có tổng diện tích bề mặt lớn hơn so với đá vôi dạng viên (vì cùng một khối lượng, hạt càng nhỏ thì tổng diện tích bề mặt càng lớn).
3. Khi diện tích bề mặt tiếp xúc tăng thì tốc độ phản ứng tăng.
5. Ảnh hưởng của chất xúc tác đến tốc độ phản ứng
Thí nghiệm trang 99
Đề bài: Nghiên cứu ảnh hưởng của chất xúc tác đến tốc độ phản ứng:
$$2\text{H}_2\text{O}_2 \longrightarrow 2\text{H}_2\text{O} + \text{O}_2$$
Rót vào 2 bình tam giác, mỗi bình 20 mL dung dịch $\text{H}_2\text{O}_2$ 10%. Thêm khoảng 0,1 g xúc tác $\text{MnO}_2$ vào một bình và lắc đều.
- So sánh tốc độ thoát khí ở hai bình.
- Chất xúc tác ảnh hưởng thế nào đến tốc độ phản ứng?
Lời giải:
1. Bình có thêm $\text{MnO}_2$ thoát khí $\text{O}_2$ nhanh hơn rõ rệt so với bình không có $\text{MnO}_2$.
2. Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng nhưng không bị biến đổi về lượng và chất sau phản ứng.
Câu 9 trang 99
Đề bài: Thực hiện hai phản ứng phân huỷ $\text{H}_2\text{O}_2$: một phản ứng có xúc tác $\text{MnO}_2$, một phản ứng không xúc tác. Đo thể tích khí oxygen theo thời gian và biểu diễn trên đồ thị (Hình 19.6). Đường phản ứng nào tương ứng với phản ứng có xúc tác, với phản ứng không có xúc tác?
Lời giải:
Quan sát đồ thị, ta thấy:
- Đường (b): thể tích khí $\text{O}_2$ tăng nhanh theo thời gian → tốc độ phản ứng nhanh → tương ứng với phản ứng có xúc tác $\text{MnO}_2$.
- Đường (a): thể tích khí $\text{O}_2$ tăng chậm theo thời gian → tốc độ phản ứng chậm → tương ứng với phản ứng không có xúc tác.
III. Một số ứng dụng của việc thay đổi tốc độ phản ứng
Câu 10 trang 100
Đề bài: Yếu tố nào đã được áp dụng để làm thay đổi tốc độ của các phản ứng trong Hình 19.7?
Lời giải:
Phân tích từng trường hợp trong Hình 19.7:
- a) Đèn xì oxygen – acetylene: dùng oxygen nguyên chất (nồng độ $\text{O}_2$ cao hơn nhiều so với trong không khí) → phản ứng cháy của acetylene xảy ra nhanh hơn và toả nhiệt cao hơn. → Yếu tố nồng độ.
- b) Tủ lạnh bảo quản thức ăn: nhiệt độ thấp làm chậm các phản ứng phân huỷ thức ăn → giữ thức ăn lâu hư hỏng. → Yếu tố nhiệt độ.
- c) Bình dưa muối: rau cải được cắt nhỏ trước khi muối → tăng diện tích bề mặt tiếp xúc giữa rau và dung dịch muối, giúp dưa nhanh chua hơn. → Yếu tố diện tích bề mặt.
Câu 11 trang 100
Đề bài: Phản ứng tạo NO từ $\text{NH}_3$ là một giai đoạn trung gian trong quá trình sản xuất nitric acid:
$$4\text{NH}_3(g) + 5\text{O}_2(g) \longrightarrow 4\text{NO}(g) + 6\text{H}_2\text{O}(g)$$
Hãy nêu một số cách để tăng tốc độ phản ứng này.
Lời giải:
Vì đây là phản ứng giữa các chất khí, ta có thể áp dụng nhiều yếu tố để tăng tốc độ phản ứng:
- Tăng nồng độ của $\text{NH}_3$ và/hoặc $\text{O}_2$.
- Tăng áp suất của hỗn hợp khí (vì phản ứng có chất khí tham gia).
- Tăng nhiệt độ của hệ phản ứng.
- Sử dụng chất xúc tác thích hợp.
Em có thể
Giải thích được tại sao nhiều phản ứng hoá học trong công nghiệp cần tiến hành ở nhiệt độ cao và sử dụng chất xúc tác
Lời giải:
Trong sản xuất công nghiệp, người ta cần các phản ứng xảy ra nhanh để tăng năng suất và giảm chi phí. Do đó, hai biện pháp thường dùng là:
1) Tiến hành ở nhiệt độ cao:
- Khi tăng nhiệt độ, các hạt chuyển động nhanh hơn, số va chạm hiệu quả tăng → tốc độ phản ứng tăng.
- Nhờ đó rút ngắn thời gian sản xuất, tăng sản lượng sản phẩm trong cùng một khoảng thời gian.
2) Sử dụng chất xúc tác:
- Chất xúc tác làm giảm năng lượng hoạt hoá, giúp phản ứng xảy ra nhanh hơn ở nhiệt độ thấp hơn.
- Chất xúc tác không bị tiêu hao trong phản ứng nên có thể dùng lại nhiều lần → tiết kiệm chi phí và năng lượng.
→ Kết hợp nhiệt độ cao và chất xúc tác giúp các phản ứng công nghiệp đạt tốc độ tối ưu, mang lại hiệu quả kinh tế cao.
ThS. Lê Thị Mai Nhi
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Hoá Học THPT
Trình độ: Thạc sĩ Hóa học, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 10+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Chuyên Nguyễn Huệ