Bài viết này chúng ta sẽ đi tìm hiểu khái niệm về tốc độ phản ứng hóa học là gì? khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ, nhiệt độ, áp suất và chất xúc tác đến tốc độ phản ứng qua các thí nghiệm, ví dụ và bài tập vận dụng.
I. Khái niệm về tốc độ phản ứng hóa học
1. Thí nghiệm về tốc độ phản ứng hóa học
- Chuẩn bị 3 dung dịch bari clorua BaCl2, natri thiosunfat Na2S2O3và axit sunfuric H2SO4có cùng nồng độ 0,1M.
BaCl2+ H2SO4 BaSO4trắng+ 2HCl [1]
Na2S2O3+ H2SO4 Na2SO4+ Strắng đục+ SO2+ H2O [2]
-Phản ứng [1]: thấy xuất hiện kết tủa trắng ngay khi đổ H2SO4
- Phản ứng [2]: môt lát sau khi đổ H2SO4mới xuất hiện màu trắng đục của S
2. Nhận xét tốc độ phản ứng
- Để đánh giá mức độ xảy ra nhanh chậm, người ta dùng khái niệm tốc độ phản ứng hóa học gọi tắt là tốc độ phản ứng:
- Khái niệm: Tốc độ phản ứng là độ biến thiên nồng độ của một trong các chất phản ứng hoặc sản phẩm trong một đơn vị thời gian
- Công thức tính tốc độ trung bình của phản ứng:
* Ví dụ: Cho phản ứng:Br2 + HCOOH 2HBr + CO2
- Lúc đầu nồng độ Br2 là 0,005 mol/l, sau 50 giây phản ứng nồng độ Br2 là 0,002 mol/l. Tốc độ trung bình của phản ứng trong khoảng thời gian 50 là:
II. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng
1. Ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng
- Thực hiện thí nghiệm [PTPƯ 2] ở trên bằng các nồng độ khác nhau của, sau một thời gian phản ứng, thấy cốc đựng dung dịch Na2S2O3nồng độ lớn thì vẫn đục nhiều hơn.
Khi tăng nồng độ chất phản ứng, tốc độ phản ứng tăng.
2. Ảnh hưởng của áp suấtđến tốc độ phản ứng
- Khi tăng áp suất, nồng độ chất khí tăng theo, nên tốc độ phản ứng tăng
2HI[k] H2[k]+ I2[k]
3. Ảnh hưởng của nhiệt độđến tốc độ phản ứng
- Cùng thực nghiệm thí nghiệm [2] ở hai điều kiện nhiệt độ khác nhau. Sau một thời gian thấy cốc có nhiệt độ cao hơn thì có màu trắng đục hơn.
Khi tăng nhiệt độ, tốc độ phản ứng tăng.
4. Ảnh hưởng của diện tích tiếp xúcđến tốc độ phản ứng
- Khi tăng diện tích của các chất phản ứng, tốc độ phản ứng tăng.
* Ví dụ: Đá vôi tác dụng với dung dich HCl. Phản ứng xảy ra nhanh hơn nếu nghiền đá vôi
CaCO3+ 2HCl CaCl2+ CO2+ H2O
5. Ảnh hưởng của chất xúc tác đến tốc độ phản ứng
- Chất xúc tác là chất làm tăng tốc độ phản ứng nhưng còn lại sau khi phản ứng kết thúc.
* Ví dụ: 2H2O2
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
-Để tăng tốc độ [rút ngắn thời gian] tổng hợp amoniac NH3từ N2 và H2người ta phải dùng chất xút tác, tăng nhiệt độ và thực hiện ở áp suất cao.
-Thực phẩm nấu trong nồi áp suất nhanh chín hơn khi nấu ở áp suất thường.
- Các chất đốt rắn như than, củi có kích thước nhỏ [tăng diện tích tiếp xúc với oxi] sẽ cháy nhanh hơn; nên thực tế củi thường được chẻ nhỏ, than được đục lỗ tròn để tăng diện tích tiếp xúc với oxi.
IV. Bài tập vận dụng tốc độ phản ứng hóa học
*Bài 1 trang 153 SGK Hóa 10:Ý nào trong các ý sau đây là đúng?
A. Bất cứ phản ứng nào cũng chỉ vận dụng được một trong các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng để tăng tốc độ phản ứng
B. Bất cứ phản ứng nào cũng phải vận dụng đủ các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng mới tăng được tốc độ phản ứng.
C. Tùy theo phản ứng mà vận dụng một, một số hay tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng để tăng tốc độ phản ứng.
D. Bất cứ phản ứng nào cũng cần chất xúc tác để tăng tốc độ phản ứng.
° Lời giải bài 1 trang 153 SGK Hóa 10:
Chọn đáp án:C. Tùy theo phản ứng mà vận dụng một, một số hay tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng để tăng tốc độ phản ứng.
*Bài 2trang 153 SGK Hóa 10:Tìm một số thí dụ cho mỗi loại phản ứng nhanh và chậm mà em quan sát được trong cuộc sống và trong phòng thí nghiệm.
° Lời giải bài 2trang 153 SGK Hóa 10:
- Phản ứng nhanh: Phản ứng nổ, sự đốt cháy các nhiên liệu [than, dầu, khí đốt], phản ứng giữa hai dung dịch H2SO4và BaCl2...
- Phản ứng chậm: Sự lên men rượu, sự gỉ sét [gỉ sắt].
*Bài 3 trang 154 SGK Hóa 10:Nồng độ, áp suất, nhiệt độ, kích thước hạt, chất xúc tác ảnh hưởng như thế nào đến tốc độ phản ứng?
° Lời giải bài 3 trang 154 SGK Hóa 10:
Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng:
- Khi nồng độ chất phản ứng tăng, tốc độ phản ứng tăng
- Khi áp suất tăng [đối với phản ứng có chất khí tham gia], tốc độ phản ứng tăng.
- Khi nhiệt độ tăng, tốc độ phản ứng tăng.
- Khi diện tích bề mặt tăng [đối với phản ứng có chất rắn tham gia], tốc độ phản ứng tăng.
- Chất xúc tác là chất làm tăng tốc độ phản ứng, nhưng không bị tiêu hao trong phản ứng.
*Bài4 trang 154 SGK Hóa 10:Hãy cho biết người ta lợi dụng yếu tố nào để tăng tốc độ phản ứng trong các trường hợp sau:
a] Dùng không khí nén, nóng thổi vào lò cao để đốt cháy than cốc [trong sản xuất gang].
b] Nung đá vôi ở nhiệt độ cao để sản xuất vôi sống.
c] Nghiền nguyên liệu trước khi đưa vào lò nung để sản xuất clanhke [trong sản xuất ximăng]
° Lời giải bài4 trang 154 SGK Hóa 10:
a] Dùng không khí nén có nồng độ oxi cao và không khí đã nóng sẵn thổi vào lò cao nên tốc độ phản ứng tăng;
b] Lợi dụng yếu tố nhiệt độ [tăng nhiệt độ];
c] Lợi dụng yếu tố diện tích tiếp xúc [tăng diện tích tiếp xúc của nguyên liệu];