Bài 36: Tốc độ phản ứng hóa học

I. KHÁI NIỆM VỀ TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG HÓA HỌC

1. Thí nghiệm

a. Đổ 25 ml dung dịch H₂SO₄ vào cốc đựng 25ml dung dịch BaCl₂.

BaCl₂   +   H₂SO₄    →   BaSO₄↓  +   2HCl  (1)

b. Đổ 25 ml dung dịch H₂SO₄ vào cốc đựng 25ml dung dịch Na₂S₂O₃.

Na₂S₂O₃   +  H₂SO₄  →  S↓   +   SO₂   +  H₂O  + Na₂SO₄  (2)

2. Nhận xét

Từ hai thí nghiệm trên ta thấy, phản ứng (1) xảy ra nhanh hơn phản ứng (2). Chứng tỏ, các phản ứng hóa học khác nhau thì xảy ra nhanh, chậm rất khác nhau.

Để đánh giá mức độ xảy ra nhanh, chậm của các phản ứng hóa học, người ta đưa ra khái niệm tốc độ phản ứng hóa học, gọi tắt là tốc độ phản ứng.

Khái niệm: Tốc độ phản ứng là biến thiên nồng độ của một trong các chất phản ứng hoặc sản phẩm trong một đơn vị thời gian. 

Ví dụ: 

Br₂     +    HCOOH    →   2HBr  +  CO₂ 

Ban đầu                                  0,0120 mol/lít    

Sau 50 giây                            0,0101 mol/lít

Đã phản ứng                          0,0019 mol/lít

Tốc độ trung bình của phản ứng trong khoảng thời gian 50 giây tính theo Br₂ là:

\(\overline{V}\) = \(\dfrac{0,0102-0,0101}{50}\) = 3,80.10^-5 mol/(l.s)

II. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG

1. Ảnh hưởng của nồng độ

Thí nghiệm: Cho vào 3 ống nghiệm một lượng canxi cacbonat có khối lượng bằng nhau. Thêm vào 3 ống nghiệm lần lượt các dung dịch HCl có nồng là 1,5M, 1M và 0,5M. Quan sát tốc độ thoát khí ở cả 3 ống nghiệm.

Hiện tượng: Nồng dung dịch HCl thêm vào càng lớn thì tốc độ thoát khí càng nhanh.

Vậy, khi tăng nồng độ chất phản ứng, tốc độ phản ứng tăng.

2. Ảnh hưởng của áp suất

Áp sát ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng có chất khí. Khi tăng áp suất, nồng độ chất khí tăng nên tốc độ phản ứng tăng theo.

Ví dụ, xét phản ứng sau thực hiện trong bình kín ở nhiệt độ xác định.

2HI_(k)    →    H_2 (k)  +    I_{2 (k)}

Tốc độ phản ứng khi áp suất của HI là 2 atm gấp 4 lần tốc độ phản ứng khi áp suất của HI là 1 atm.

3. Ảnh hưởng của nhiệt độ

Thí nghiệm: Chuẩn bị hai cặp ống nghiệm đựng lần lượt 25ml dung dịch H₂SO₄ 0,1M và 25ml dung dịch Na₂S₂O₃ 0,1M. Bỏ 1 cặp gồm 2 ống nghiệm chứa H₂SO₄ và Na₂S₂O₃ vào cốc nước nóng, một cặp có lượng hóa chất tương tự còn lại bỏ vào cốc nước lạnh. Sau một thời gian, trộn đồng thời hai hóa chất trong từng cặp với nhau tại.

Hiện tượng: Sau khi trộn, cặp dung dịch được đặt trước trong cốc nước nóng xuất hiện kết tủa màu trắng đục của lưu huỳnh sớm hơn cặp dung dịch không được làm nóng. 

Vậy, khi tăng nhiệt độ, tốc độ phản ứng tăng.

4. Ảnh hưởng của diện tích tiếp xúc

Thí nghiệm: Chuẩn bị 2 ống nghiệm, một ống nghiệm được bỏ vào 1 lò xò bằng sắt, ống còn lại thêm vào 1 lượng bột sắt có khối lượng bằng với khối lượng của chiếc lò xò vừa rồi. Sau đó, thêm đồng thời  vào 2 ống nghiệm vài ml dung dịch axit sunfuric. 

Hiện tượng: Ống nghiệm chứa bột sắt có khí thoát ra nhanh hơn và nhiều hơn so với ống nghiệm chứa mẩu lò xo bằng sắt.

Vậy, khi tăng diện tích tiếp xúc của các chất phản ứng, tốc độ phản ứng tăng.

5. Ảnh hưởng của chất xúc tác

Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng, nhưng vẫn còn lại và không bị biến đổi sau khi phản ứng kết thúc.

Ví dụ, H₂O₂ phân hủy chậm trong dung dịch ở nhiệt độ thường theo phản ứng sau:

2H₂O₂  →  2H₂O  +  O₂↑

Nếu cho vào dung dịch này một ít bột MnO₂, bọt oxi sẽ thoát ra rất mạnh. Khi phản ứng kết thúc, MnO₂ vẫn còn nguyên vẹn. Vậy MnO₂ là chất xúc tác cho phản ứng phân hủy H₂O₂.

Ngoài các yếu tố trên, môi trường xảy ra phản ứng, tốc độ khuấy trộn, tác dụng của các tia bức xạ, v,v... cũng ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng.

III. Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA  TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG

Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng được vận dụng nhiều trong đời sống và sản xuất. Ví dụ:

• Đèn xì axetilen cháy trong oxi cho ngọn lửa có nhiệt độ cao hơn nhiều so với cháy trong không khí, vì nồng độ oxi cao hơn nên tốc độ phản ứng xảy ra nhanh hơn, nhiệt độ hàn cao hơn.
• Thực phẩm nấu trong nồi áp suất nhanh chín hơn so với khi nấu ở áp suất thường do trong nồi áp suất có áp suất cao hơn nồi bình thường, tốc độ phản ứng tăng.
• Các chất đốt rắn như than, củi có kích thước nhỏ sẽ cháy nhanh hơn do có diện tích tiếp xúc nhiều hơn.
• Để tăng tốc độ tổng hợp NH₃ từ N₂ và H₂, người ta phải dùng chất xúc tác, tăng nhiệt độ và thực hiện ở áp suất cao.

Trong quá trình học tập, nếu có bất kỳ thắc mắc nào, các em hãy để lại câu hỏi ở mục hỏi đáp để cùng thảo luận và trả lời nhé. Chúc các em học tốt!