Bài 19: Tốc độ phản ứng

I. Tốc độ phản ứng

1. Khái niệm tốc độ phản ứng hoá học

- Khi phản ứng hoá học xảy ra, lượng chất dầu giảm dần theo thời gian, trong khi lượng chất sản phẩm tăng dần theo thời gian.

Tốc độ phản ứng được xác định bằng sự thay đổi lượng chất đầu hoặc chất sản phẩm trong một đơn vị thời gian: giây (s), phút (min), giờ (h), ngày (d),…

- Lượng chất có thể được biểu diễn bằng số mol, nồng độ mol, khối lượng hoặc thể tích.

- Các phản ứng khác nhau xảy ra với tốc độ khác nhau, có phản ứng xảy ra nhanh, có phản ứng xảy ra chậm.

2. Tốc độ trung bình của phản ứng

- Đa số các phản ứng hoá học có tốc độ giảm dần theo thời gian. Để đặc trưng cho sự nhanh chậm của phản ứng trong một khoảng thời gian, ta dùng tốc độ phản ứng trung bình.

- Phản ứng tổng quát:

aA + bB \(\rightarrow\) cC + dD

Gọi \(\mathrm{\Delta}\)A, \(\mathrm{\Delta}\)B, \(\mathrm{\Delta}\)C, \(\mathrm{\Delta}\)D lần lượt là biến thiên lượng chất các chất A, B, C, D trong khoảng thời gian \(\mathrm{\Delta}\)t. Tốc độ phản ứng trung bình được tính theo công thức:

v_tb \(=\) \(- \frac{1}{a}.\frac{\mathrm{\Delta}C_{A}}{\mathrm{\Delta}t} = \ - \frac{1}{b}.\frac{\mathrm{\Delta}C_{B}}{\mathrm{\Delta}t} = \ - \frac{1}{c}.\frac{\mathrm{\Delta}C_{C}}{\mathrm{\Delta}t} = - \frac{1}{d}.\frac{\mathrm{\Delta}C_{D}}{\mathrm{\Delta}t}\)

II. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng

1. Ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng

Trong quá trình phản ứng, các hạt (phân tử, nguyên tử hoặc ion) luôn chuyển động không ngừng và va chạm với nhau. Những va chạm có năng lượng đủ lớn phá vỡ liên kết cũ và hình thành liên kết mới dẫn tới phản ứng hoá học, được gọi là va chạm hiệu quả.

Khi nồng độ chất phản ứng tăng lên, số va chạm giữa các hạt tăng lên, làm số va chạm hiệu quả cũng tăng lên và dẫn đến tốc độ phản ứng.

- Ở nhiệt độ không đổi, tốc độ phản ứng tỉ lệ thuận với tích số nồng độ các chất phản ứng với số mũ thích hợp. Đối với phản ứng đơn giản (phản ứng chỉ xảy ra qua một giai đoạn), số mũ là hệ số của chất tham gia trong phương trình hoá học.

- Hằng số tốc độ (k) là tốc độ phản ứng khi nồng độ của tất cả các chất đều bằng đơn vị, được xác định bằng thực nghiệm.

2. Ảnh hưởng của áp suất đến tốc độ phản ứng

Khi nén hỗn hợp khí (giảm thể tích) thì nồng độ mỗi khí tăng lên. Việc tăng áp suất hỗn hợp khi cũng tương tự như tăng tốc độ, sẽ làm tốc độ phản ứng tăng.

- Việc thay đổi áp suất không làm ảnh hưởng đến tốc độ của phản ứng không có chất khí tham gia.

3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng

Khi tăng nhiệt độ, các hạt (phân tử, nguyên tử hoặc ion) sẽ chuyển động nhanh hơn, động năng cao hơn. Khi đó, số va chạm hiệu quả giữa các hạt tăng lên, dẫn đến tốc độ phản ứng tăng.

- Thực nghiệm cho thấy khi tăng nhiệt độ lên 10\(℃\) thì tốc độ phản ứng thường tăng từ 2 đến 4 lần.

- Biểu thức tính hệ số nhiệt độ Van’t Hoff:

\(\frac{v_{T + 10}}{v_{T}}\) = \(\gamma\)

Trong đó: \(v_{T}\) là tốc độ phản ứng tại nhiệt độ T

                \(v_{T + 10}\) là tốc độ phản ứng tại nhiệt độ T + 10

                \(\gamma\ \)là hệ số nhiệt độ Van’t Hoff

- Ý nghĩa của hệ số nhiệt độ Van’t Hoff: Giá trị \(\gamma\) càng lớn thì ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng càng mạnh.

4. Ảnh hưởng của diện tích bề mặt đến tốc độ phản ứng

Khi tăng diện tích tiếp xúc, số va chạm giữa các chất đầu tăng lên, số va chạm hiệu quả cũng tăng theo, dẫn đến tốc độ phản ứng tăng.

5. Ảnh hưởng của chất xúc tác đến tốc độ phản ứng

- Năng lượng hoạt hoá là năng lượng tối thiểu cần cung cấp cho các hạt (nguyên tử, phân tử hoặc ion) để va chạm giữa chúng gây ra phản ứng hoá học.

Khi có xúc tác, phản ứng sẽ xảy ra qua nhiều giai đoạn. Mỗi giai đoạn đều có năng lượng hoạt hoá thấp hơn so với phản ứng không xúc tác. Do đó số hạt có đủ năng lượng hoạt hoá sẽ nhiều hơn dẫn đến tốc độ phản ứng tăng lên.

- Sau phản ứng, khối lượng, bản chất hoá học của chất xúc tác không đổi, tuy nhiên, kích thước, hình dạng hạt, độ xốp,… có thể thay đổi.

III. Một số ứng dụng của việc thay đổi tốc độ phản ứng

Trong đời sống và trong sản xuất, con người áp dụng nhiều biện pháp kĩ thuật để thay đổi tốc độ phản ứng như thay đổi nồng độ, nhiệt độ, dùng chất xúc tác,…

Các em đã học

1. Tốc độ phản ứng đặc trưng cho sự nhanh chậm của một phản ứng hoá học.

2. Tốc độ trung bình của phản ứng được tính bằng sự thay đổi lượng chất trong một đơn vị thời gian.

3. Khi nồng độ chất tan trong dung dịch tăng, tốc độ phản ứng tăng.

4. Đối với phản ứng có sự tham gia của chất khí, khi áp suất tăng, tốc độ phản ứng tăng.

5. Khi nhiệt độ tăng dẫn đến số va chạm hiệu quả giữa các chất phản ứng tăng, làm tốc độ phản ứng tăng.

6. Để tăng tốc độ phản ứng ta có thể tăng diện tích bề mặt tiếp xúc của chất phản ứng bằng cách làm giảm kích thước hạt rắn hoặc tạo những hạt xốp.

7. Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng nhưng nó không bị biến đổi về lượng và chất sau phản ứng.