Lý thuyết Hóa học 10 Cánh diều Bài 16: Tốc độ phản ứng hóa học

Với tóm tắt lý thuyết Hóa 10 Bài 16: Tốc độ phản ứng hóa học sách Cánh diều hay nhất, chi tiết sẽ giúp học sinh nắm vững kiến thức trọng tâm, ôn luyện để học tốt môn Hóa học 10.

Lý thuyết Hóa học 10 Cánh diều Bài 16: Tốc độ phản ứng hóa học

I. Khái niệm tốc độ phản ứng, tốc độ trung bình của phản ứng

1. Khái niệm tốc độ phản ứng

- Tốc độ phản ứng của một phản ứng hóa học là đại lượng đặc trưng cho sự thay đổi nồng độ của chất phản ứng hoặc sản phẩm phản ứng trong một đơn vị thời gian.

- Tốc độ phản ứng kí hiệu  là v, đơn vị tốc độ phản ứng là (đơn vị nồng độ) (đơn vị thời gian)^-1, ví dụ: mol L^-1 s^-1 hay M s^-1.

2. Tốc độ trung bình của phản ứng

- Tốc độ trung bình của phản ứng ($\overline{v}$) là tốc độ tính trung bình trong một khoảng thời gian phản ứng.

- Cho phản ứng tổng quát: aA + bB $\to$ mM + nN.

Tốc độ phản ứng được tính dựa theo thay đổi nồng độ của một chất bất kì trong phản ứng theo quy ước sau:

$\overline{v}=-\frac{1}{a}\frac{\Delta C_A}{\Delta t}=-\frac{1}{b}\frac{\Delta C_B}{\Delta t}=\frac{1}{m}\frac{\Delta C_M}{\Delta t}=\frac{1}{n}\frac{\Delta C_N}{\Delta t}$.

Trong đó: $∆$C = C₂ – C_1­, $∆$t = t₂ – t₁ lần lượt là biến thiên nồng độ và biến thiên thời gian tương ứng. C₁, C₂ là nồng độ của một chất tại thời điểm t₁ và t₂ (với t₂ > t₁).

- Ví dụ: Cho phản ứng phân hủy N₂O₅:

2N₂O₅(g) $\to$ 4NO₂(g) + O₂(g).

Tính tốc độ trung bình của phản ứng. Biết nồng độ của mỗi chất trong phản ứng trên tại thời điểm t₁ = 0 và t₂ = 100 s như sau:

Cách 1: Tính theo N₂O₅.

$\overline{v}=-\frac{1}{2}\frac{\Delta C_{N_2{O}_5}}{\Delta t}=-\frac{1}{2}\times \frac{(0,0169-0,0200)}{100-0}=1,55\times {10}^{-5}$(M.s^-1)

Cách 2: Tính theo NO₂.

$\overline{v}=\frac{1}{4}\frac{\Delta C_{N{O}_2}}{\Delta t}=\frac{1}{4}\times \frac{0,0062-0}{100-0}=1,55\times {10}^{-5}$(M.s^-1)

- Chú ý:

Ngoài tốc độ trung bình của phản ứng còn có tốc độ tức thời của phản ứng, là tốc độ phản ứng tại một thời điểm nào đó.

II. Định luật tác dụng khối lượng

- Định luật tác dụng khối lượng áp dụng cho các phản ứng đơn giản, biểu thị sự phụ thuộc tốc độ phản ứng theo nồng độ các chất phản ứng.

Ví dụ 1: Với phản ứng đơn giản có dạng: aA + bB $\to$ sản phẩm.

Tốc độ phản ứng được tính như sau: $v=k{C}_A^a{C}_B^b$.

Gọi C_A, C_B là nồng độ mol L^-1 tương ứng của chất A và B; k là hằng số tốc độ phản ứng mà giá trị của nó chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và bản chất các chất tham gia phản ứng.

- Định luật tác dụng khối lượng: Tốc độ phản ứng tỉ lệ thuận với tích nồng độ các chất tham gia phản ứng với số mũ thích hợp.

Chú ý: Hằng số tốc độ phản ứng có giá trị đúng bằng tốc độ phản ứng khi nồng độ các chất phản ứng bằng nhau và bằng 1M. Đây chính là ý nghĩa của hằng số tốc độ phản ứng.

Ví dụ 2: Phản ứng giữa H₂ và N₂: N₂(g) + 3H₂(g) $\to$ 2NH₃(g).

Theo định luật tác dụng khối lượng, tốc độ của phản ứng trên được viết dưới dạng: $v=k{C}_{N{H}_3}{C}_{H_2}^3$.

III. Các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng, hệ số nhiệt độ Van’t Hoff

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

1. Ảnh hưởng của nồng độ

- Nồng độ các chất phản ứng càng lớn, tốc độ phản ứng càng lớn.

Giải thích: Khi tăng nồng độ các chất phản ứng, dẫn đến số lượng va chạm giữa các phân tử phản ứng tăng, làm tốc độ phản ứng tăng.

- Ví dụ: Tốc độ phản ứng giữa H₂ và I₂: H₂(g) + I₂(g) $\to$ 2HI(g) tăng lên khi tăng nồng độ của H₂ và I₂.

2. Ảnh hưởng của áp suất

- Áp suất của các chất phản ứng ở thể khí càng lớn, tốc độ phản ứng càng lớn.

- Giải thích: Đối với các chất khí, nồng độ của chất khí tỉ lệ với áp suất của nó. Do vậy, khi áp suất chất tham gia phản ứng ở thể khí tăng lên, sẽ làm nồng độ chất khí tăng lên, từ đó làm tăng tốc độ phản ứng.

- Ví dụ: Xét phản ứng sau được thực hiện ở nhiệt độ 302^oC: 2HI(g) $\to$ H₂(g) + I₂(g).

Khi áp suất của HI là 1 atm, tốc độ phản ứng đo được là 1,22.10^-8 M s^-1.

Khi áp suất của HI là 2 atm, tốc độ phản ứng là 4,88.10^-8 M s^-1.

3. Ảnh hưởng của diện tích bề mặt

- Diện tích bề mặt càng lớn, tốc độ phản ứng càng lớn.

- Ví dụ: Đá vôi (CaCO₃) ở dạng bột có tổng diện tích bề mặt tiếp xúc với chất phản ứng HCl lớn hơn so với đá vôi (CaCO₃) dạng viên cùng khối lượng, nên có tốc độ phản ứng lớn hơn.

4. Ảnh hưởng của nhiệt độ

- Nhiệt độ càng cao, tốc độ phản ứng càng lớn. Với đa số các phản ứng, khi nhiệt độ tăng lên 10^oC thì tốc độ phản ứng tăng từ 2 đến 4 lần. Giá trị $\gamma$ = 2 – 4 này gọi là hệ số nhiệt độ Van’t Hoff.

- Mối liên hệ của hệ số Van’t Hoff với tốc độ và nhiệt độ như sau:

$\frac{v_1}{v_2}={\gamma }^{\left(\frac{T_2-T_1}{10}\right)}$

Trong đó, v₂ và v₁ là tốc độ phản ứng ở nhiệt độ T₂ và T₁ tương ứng.

Ví dụ 1: Trong phòng thí nghiệm, người ta dùng đèn cồn đun nóng các chất để phản ứng diễn ra nhanh hơn, cũng như rút ngắn thời gian sản xuất.

Ví dụ 2: Với phản ứng có $\gamma$ = 2, nếu nhiệt độ tăng từ 20^oC lên 60^oC thì: $\frac{v_1}{v_2}={\gamma }^{\left(\frac{T_2-T_1}{10}\right)}=2^{\left(\frac{60-20}{10}\right)}=2^4=16$ $\to$ Tốc độ phản ứng tăng lên 16 lần.

5. Ảnh hưởng của chất xúc tác

Chất xúc tác là chất làm tăng tốc độ phản ứng, nhưng không bị thay đổi cả về lượng và chất sau phản ứng.

Ví dụ 1: Dung dịch H₂O₂ 3% ở điều kiện bình thường phân hủy rất chậm theo phương trình: 2H₂O₂(aq) $\to$ O₂(g) + 2H₂O(l).

Tuy nhiên, tốc độ phản ứng phân hủy này sẽ nhanh hơn rất nhiều khi có mặt chất xúc tác MnO₂. Khi kết thúc thí nghiệm trên, màu đen của MnO₂ ban đầu vẫn giữ nguyên vì MnO₂ không bị biến đổi sau phản ứng phân hủy H₂O₂.

Ví dụ 2: Các enzyme trong cơ thể là những chất xúc tác sinh học thúc đẩy các phản ứng sinh hóa phức tạp trong cơ thể chúng ta. Ví dụ: Các enzyme protease, lipase và amylase trong cơ thể là các chất xúc tác giúp đẩy nhanh các quá trình tiêu hóa chất đạm, chất béo và tinh bột.

Xem thêm tóm tắt lý thuyết Hóa học lớp 10 Cánh diều hay khác:

• Lý thuyết Hóa 10 Bài 13: Phản ứng oxi hóa – khử
• Lý thuyết Hóa 10 Bài 14: Phản ứng hóa học và enthalpy
• Lý thuyết Hóa 10 Bài 15: Ý nghĩa và cách tính biến thiên enthalpy phản ứng hóa học
• Lý thuyết Hóa 10 Bài 17: Nguyên tố và đơn chất halogen
• Lý thuyết Hóa 10 Bài 18: Hydrogen halide và hydrohalic acid

Xem thêm các tài liệu học tốt lớp 10 hay khác:

• Giải sgk Hóa học 10 Cánh diều
• Giải Chuyên đề Hóa học 10 Cánh diều
• Giải SBT Hóa học 10 Cánh diều
• Giải lớp 10 Cánh diều (các môn học)
• Giải lớp 10 Kết nối tri thức (các môn học)
• Giải lớp 10 Chân trời sáng tạo (các môn học)

---