TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2KHOA HÓA HỌC---------------------------HOÀNG PHƢỢNG ANHBÀI TẬP ĐỘNG HỌC VÀ CÂN BẰNGHÓA HỌC TRONG CÁC ĐỀ THICAO HỌCKHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌCChuyên ngành: Hóa LíNgƣời hƣớng dẫn khoa họcThS. Đăng Thị Thu HuyềnHÀ NỘI - 2015LỜI CẢM ƠNEm xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu trƣờng Đại học Sƣ phạm HàNội 2 đã tạo điều kiện thuận lợi để khóa học đƣợc hoàn thành tốt đẹp.Em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến Th.S Đăng Thị Thu Huyềnngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đề tàinày.Em chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong khoa Hóa Học đã truyềnđạt cho em rất nhiều kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập ở đây.Cuối cùng xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn là chỗ dựa tinh thầnvững chắc, tạo điều kiện cho em thực hiên tốt luận văn này.Do nhiều điều kiện về thời gian và trình độ còn hạn chế, nên khóa luậnnày không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong đƣợc sự góp ý của thầy,cô giáo để khóa luận của em đƣợc hoàn thiện hơn.Hà Nội, tháng 05 năm 2015Sinh viên thực hiệnHoàng Phƣợng AnhLỜI CAM ĐOANEm xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp này là công trình nghiên cứucủa cá nhân, đƣợc thực hiện trên cơ sở nghiên cứu thực tiễn dƣới sự hƣớngdẫn khoa học của Th.S Đăng Thị Thu Huyền.Các số liệu và các kết quả trong khóa luận là trung thực, do chính cánhân em thực hiện.Một lần nữa, em xin khẳng định về sự trung thực của lời cam kết trên.Sinh viên thực hiệnHoàng Phƣợng AnhMỤC LỤCMỞ ĐẦU ........................................................................................................... 5CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ............................................................................. 61.1. Lý thuyết về động hóa học ..................................................................... 61.1.1. Khái niệm tốc độ của phản ứng hóa học ........................................ 61.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng [8] ............................. 71.1.3. Phương trình động học của phản ứng .......................................... 101.2. Lý thuyết cân bằng hóa học ................................................................. 121.2.1. Các khái niệm cơ bản .................................................................... 121.2.2. Điều kiện cân bằng nhiệt động. Định luật tác dụng khối lượng... 131.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự chuyển dịch cân bằng. Nguyên líchuyển dịch cân bằng hoá học [8] .......................................................... 15CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............. 192.1. Mục đích nghiên cứu ............................................................................ 192.3. Phƣơng pháp nghiên cứu...................................................................... 19CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................. 203.1. Bài tập phần động hóa học. .................................................................. 203.2. Bài tập phần cân bằng hóa học............................................................. 35PHỤ LỤC ........................................................................................................ 58KẾT LUẬN ..................................................................................................... 65TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 66MỞ ĐẦUThế kỷ XXI với sự phát triển nhảy vọt của khoa học và công nghệ, đặcbiệt là công nghệ thông tin và truyền thông, đang đƣa nhân loại bƣớc đầu quáđộ sang nền kinh tế tri thức. Xu thế hội nhập, toàn cầu hóa, dân chủ hóa....,đang tác động mạnh mẽ đến giáo dục trên tất cả các phƣơng diện.Đáp ứng nhu cầu của thời đại, triết lý về giáo dục cho thế kỷ XXI cónhững biến đổi to lớn. Trong đó quan niệm về “học tập suốt đời: một độnglực xã hội” đƣợc coi nhƣ một trong những chìa khóa mở cửa đi vào thế kỷXXI ; ý tƣởng “đặt học tập suốt đời vào trung tâm của xã hội” đƣợc coi nhƣmột bƣớc nhảy về chất trong sự phát triển của giáo dục.Hằng năm ở Việt Nam, các trƣờng đại học tổ chức các kì thi cao họccho các sinh viên mới tốt nghiệp ra trƣờng, giáo viên đã đi dạy học nhằm đápứng nhu cầu nâng cao trình độ kiến thức, trau dồi chuyên môn nghiệp vụ đểgiảng dạy cho học sinh tốt hơn. Tuy nhiên không ít sinh viên và giáo viên gặpphải những khó khăn trong việc ôn thi cao học để đạt kết quả cao. Vì vậy cầnhệ thống hóa các dạng bài thƣờng gặp trong các đề thi cao học và phân loại,tìm ra phƣơng hƣớng giải các dạng bài đó để việc ôn thi cao học trở nên dễdàng và đạt kết quả cao hơn.Xuất phát từ lí do đó em đã lựa chọn đề tài: “Bài tập động hóa học vàcân bằng hóa học trong các đề thi cao học’’.5CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN1.1. Lý thuyết về động hóa họcTrong hóa học, những phản ứng có ∆G < 0 đƣợc gọi là những phản ứngcó thể xảy ra về mặt nhiệt động học.Trong số các phản ứng có ∆G < 0 thì có nhiều phản ứng xảy ra rấtnhanh, tức thời, lại có phản ứng xảy ra vừa phải, có những phản ứng lại xảy rarất chậm, nói cách khác các phản ứng có thể xảy ra với tốc độ khác nhau.Do đó việc nghiên cứu tốc độ của các phản ứng hóa học giữ một vai tròhết sức quan trọng. Lĩnh vực hóa học nghiên cứu tốc độ của các phản ứngđƣợc gọi là động hóa học. Những nghiên cứu của động hóa học có ý nghĩa líthuyết và thực tiễn to lớn. Chúng cho phép hiểu bản chất tƣơng tác hóa học,cách thức mà các phản ứng xảy ra và do đó có thể điều khiển phản ứng theohƣớng có lợi.1.1.1. Khái niệm tốc độ của phản ứng hóa họcTốc độ phản ứng thƣờng đƣợc đo bằng độ biến thiên nồng độ của mộttrong các chất tham gia hoặc tạo thành trong một đơn vị thời gian:vC2 C1ΔCt 2 t1Δt[1]Trong đó: v : tốc độ trung bình trong khoảng thời gian từ t1 đến t2.∆C: sự biến thiên nồng độ mol/lit của chất khảo sát từ C1 đến C2.Dấu cộng ứng với việc xác định tốc độ theo sự biến thiên nồng độ chấttạo thành, còn dấu trừ ứng với chất tham gia.Đơn vị: mol/[l.s] hoặc mol/[l.h], …Khi ∆t → 0 thì tốc độ trung bình trở thành tốc độ tức thời hayvdCdt[2]Xét phản ứng trong hệ đồng thể:6aA + bB + … → cC + dD + …mà ta có thể theo dõi sự tiến triển theo thời gian.Tốc độ của phản ứng đã cho đƣợc xác định nhƣ sau: v A dCAdt[3]Một cách tổng quát, để tốc độ phản ứng là đơn giá thì phải đƣa thêmvào biểu thức tốc độ các hệ số hợp thức:1111dCAdCBdCCdCDabcdv====dtdtdtdt[4]1.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng [8]Trong trƣờng hợp chung, tốc độ của phản ứng hóa học phụ thuộc: Bản chấtcủa phản ứng, nồng độ của các chất, nhiệt độ T, áp suất P [nếu có chất khítham gia], chất xúc tác, các yếu tố khác, …a. Ảnh hƣởng của nồng độ - Định luật tác dụng khối lƣợngNội dung định luật tác dụng khối lƣợng: Đối với một phản ứng cụ thể,xét ở điều kiện xác định về nhiệt độ T, áp suất P thì tốc độ phản ứng tỉ lệthuận với tích số nồng độ tại thời điểm đƣợc xét của các chất tham gia phảnứng với các số mũ bằng các hệ số hợp thức của chúng trong phƣơng trìnhphản ứng.Xét phản ứng:Biểu thức:aA + bB + … → cC + dD + …v = k. CαA .CβB …[5]Trong đó:+ CA, CB, … là nồng độ chất A, B, … tại thời điểm đƣợc xét.+ Số mũ α, β,… là các số nguyên hay nửa nguyên [phân số], đƣợc gọi làbậc riêng phần đối với các chất A, B, … của phản ứng đang xét.+ Tổng các bậc riêng phần đó là n = α + β + … là bậc toàn phần của phảnứng. Bậc của phản ứng là đại lƣợng thực nghiệm.7*Chú ý: Để xác định bậc phản ứng riêng đối với một chất nào đó ngƣờita nghiên cứu sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nồng độ của chất đó khinồng độ của các chất còn lại là dƣ và rất lớn, để cho trong quá trình phản ứngnồng độ của chúng thay đổi không đáng kể và do đó không ảnh hƣởng đến tốcđộ phản ứng. Trong điều kiện đó, tốc độ phản ứng chỉ phụ thuộc vào nồng độchất khảo sát.+ Hằng số k là hệ số tỉ lệ hay là hằng số tốc độ.Từ v = k. CAα. CBβ… , nếu CA = CB = … 1mol.L-1 ta có v = k hay hằng sốtốc độ phản ứng là tốc độ của phản ứng khi nồng độ các chất phản ứng bằngđơn vị. k phụ thuộc: bản chất của chất tham gia phản ứng và nhiệt độ.b. Ảnh hƣởng của nhiệt độ* Quy tắc Van – Hốp [Van’t Hoff]Nói chung: Khi nhiệt độ phản ứng tăng thì tốc độ của phản ứng hóa họccũng tăng lên và sự tăng này rất lớn.Đối với phần lớn các phản ứng xẩy ra trong một khoảng nhiệt độ khônglớn lắm và với tốc độ có thể đo đƣợc. Van – Hốp đã tìm ra một quy tắc gầnđúng nhƣ sau:γ=k t+100Ckt= 2 4 [lần]→ kt +n.10 = γn.ktTrong đó: γ là hệ số nhiệt độ; kt, k t +10 C là các hằng số tốc độ ở các nhiệt độot, t+10oC.Nội dung quy tắc Van - Hốp: Đối với các phản ứng đồng thể, trong đasố trƣờng hợp, hệ số nhiệt độ của tốc độ phản ứng có giá trị nằm trong giớihạn từ 2 → 4.*Phương trình ArreheniusNăm 1889, S. Arrhenius dựa trên các kết quả thực nghiệm, đã đềxuất một phƣơng trình liên hệ hằng số tốc độ k và nhiệt độ T [Kenvin] –Phƣơng trình Arrhenius.8k = A.e-Ea /RT[6]Trong đó: k là hằng số tốc độ;A là hằng số thƣờng đƣợc gọi là thừa số tần số Arrhenius [A cócùng đơn vị với k, có trị số riêng cho mỗi loại phản ứng và không phụthuộc vào nhiệt độ];e là cơ số ln [Nepe];R là hằng số khí;T là nhiệt độ K;Ea là năng lƣợng hoạt [động] hóa của phản ứng hay năng lƣợnghoạt hóa thực nghiệm. Năng lƣợng hoạt động hoá là năng lƣợng giới hạn màphân tử cần phải có để phản ứng xảy ra. Ea có trị số riêng cho mỗi phản ứngvà thƣờng đƣợc coi là không phụ thuộc vào nhiệt độ.Tại 2 nhiệt độ T1 và T2 ta có: lnk T2k T1=EaR1 1 - T1 T2 [7]c. Ảnh hƣởng của xúc tácXúc tác là hiện tƣợng làm thay đổi tốc độ hoặc kích thích phản ứng gâyra do tác dụng của một số chất. Những chất gây ra hiện tƣợng trên gọi là chấtxúc tác. Những phản ứng nhƣ thế gọi là phản ứng xúc tác.Chất xúc tác sau khi tham gia vào quá trình phản ứng, không bị thayđổi về phƣơng diện hóa học cũng nhƣ về lƣợng của chúng.Xúc tác gồm 2 loại chính:+ Xúc tác đồng thể: Các chất phản ứng và xúc tác cùng pha.Ví dụ: Phản ứng este hóa axit và ancol, xúc tác là H2SO4…+ Xúc tác dị thể: Chất xúc tác khác pha với chất phản ứng.Ví dụ: Phản ứng tổng hợp NH3, xúc tác là sắt đƣợc trộn thêm Al2O3,K2O…Phản ứng hiđro hóa anken, ankin, …[Xúc tác là kim loại Ni]9Đặc điểm của chất xúc tác- Chất xúc tác tham gia vào phản ứng, tạo ra sản phẩm trung gian, cuốiphản ứng chất xúc tác lại đƣợc tái sinh.- Xúc tác có tính chọn lọc: đặc tính chọn lọc của chất xúc tác thể hiện ởchỗ một chất xúc tác chỉ xúc tác cho một phản ứng xác định.- Chất xúc tác làm tăng tốc độ của phản ứng nhƣng không làm chuyểndịch trạng thái cân bằng của phản ứng.- Chất xúc tác làm tăng tốc độ của phản ứng vốn dĩ có khả năng xẩy ra.- Chất xúc tác làm giảm năng lƣợng hoạt hóa của phản ứng.1.1.3. Phương trình động học của phản ứnga. Phản ứng bậc nhất.Xét phƣơng trình phản ứng tổng quát là: A → sản phẩmPhƣơng trình động học: -dCA= kCAdtĐơn vị của hằng số tốc độ: [thời gian]-1Lấy tích phân ta đƣợc:vàlna=k.ta-x[8]ln2k[9]t1/2 =Chu kì bán hủy không phụ thuộc vào nồng độ ban đầu của chất.Nếu các chất phản ứng là chất khí và chất phóng xạ, vì nồng độ củachất phản ứng tỉ lệ với áp suất cũng nhƣ tỉ lệ với số nguyên tử hay phân tử củanó trong hệ phản ứng, cho nên phƣơng trình động học tích phân của phản ứngbậc một cũng còn đƣợc biểu diễn dƣới các dạng:lnPoN= kt và ln o = ktPN[10]b. Phản ứng bậc hai.Xét 2 trƣờng hợp đơn giản*Trường hợp 1:A +B → sản phẩm10t=0aaa–xtPhƣơng trình động học: a-xdCA= kCA 2dtĐơn vị của k: [mol/l]-1.[thời gian]-1Lấy tích phân sau khi đã tách các biến số ta đƣợc:Và thời gian nửa phản ứng: t1/2 1ak1 1- = kt [11]a-x a[12]Nhận xét: t1/2 tỉ lệ nghịch với nồng độ ban đầu của chất phản ứng.*Trường hợp 2:t=0tA +avba–xPhƣơng trình động học: -B → sản phẩmb-xdCAdC= - B = k .CA .CBdtdtdCAdCd[a x]d[b x] dx B k[a x].[b x]dtdtdtdtdt1a[b x]ln ktb a b[a x]Trong trƣờng hợp b > a thì ta có:Hằng số tốc độ k có thứ nguyên: [nồng độ]-1.[thời gian]-111[13]Ta lập đƣợc bảng sau:Thời gianPhƣơng trình động họcBậcứngDạng vi phân1Cùng nồngđộ đầubán phảnDạng tích phând[a-x] k[a x]dtlna kta-xdx k[a x]2dt11 ktax at1/2 ln2kt1/2 1k.a2Khác nồngđộ đầudx k[a x][b x]dtkt 1 a[b - x]b - a b[a - x]1.2. Lý thuyết cân bằng hóa học1.2.1. Các khái niệm cơ bảna. Phản ứng thuận nghịch và phản ứng không thuận nghịch- Phản ứng thuận nghịch: là phản ứng xảy ra theo 2 chiều ngƣợc nhauchiều thuận và chiều nghịch ở cùng một điều kiện.Tổng quát: aA + bBcC + dD 2SO3Ví dụ: 2SO2 +O2 V2 O5 ,450o C- Phản ứng không thuận nghịch: là phản ứng chỉ xảy ra theo 1 chiềuduy nhất.Tổng quát: aA + bB → cC + dDt 2KCl + 3O2Ví dụ: 2KClO3 o12b. Trạng thái cân bằng hóa họcTrong một phản ứng thuận nghịch, khi lƣợng chất tham gia phản ứngmất đi theo chiều thuận bằng lƣợng các chất tạo thành của sản phẩm theochiều nghịch thì ngƣời ta nói phản ứng đã đạt tới cân bằng hóa học hay khitốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch.Cân bằng hóa học là một cân bằng động vì tại thời điểm cân bằng phảnứng không dừng lại mà vẫn xảy ra, tuy nhiên tốc độ phản ứng thuận và nghịchbằng nhau nên không có sự biến đổi thành phần của các chất trong hỗn hợpphản ứng.1.2.2. Điều kiện cân bằng nhiệt động. Định luật tác dụng khối lượngĐiều kiện tổng quát về cân bằng của một hệ nhiệt động là hàm:G = Gmin hay ΔG 0 ở T, P = constNếu hệ nhiệt động là phản ứng hóa học diễn ra ở T, P = const, giữa cácchất khí lí tƣởng thì đối với phản ứng thuận nghịch tổng quátaA + bBTa có: ΔG G o RT lnPCc .PDdPAa .PBbcC + dD[14]Với Pi là áp suất riêng phần của chất i trong phản ứng ở trạng thái nàođó về nhiệt độ và áp suất.Khi cân bằng đƣợc thiết lập G 0 , từ [14] ta có:PCc .PDdΔG RTln a bPA .PBo[15]PCc .PDdỞ T,P = const: ∆G = - RTlnKp với K p a bPA .PBo[16]Kp đƣợc gọi là hằng số cân bằng, chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.Nhƣ vậy, tại một nhiệt độ xác định, khi một phản ứng thuận nghịch đạttrạng thái cân bằng thì Kp có một giá trị xác định không đổi.13Khác với [14], ở [16] các giá trị pi là áp suất riêng phần ứng với trạngthái cân bằng.Biểu thức [16] biểu thị thực chất của định luật tác dụng khối lƣợng doGuldberg và Waaage thiết lập.Nếu phản ứng diễn ra ở thể tích không đổi thì sử dụng phƣơng trình:Pi niRT Ci RT , thay vào biểu thức [16] ta đƣợc biểu thức cân bằng sau:V D . CKC ab A . Bdc[17]Các đại lƣợng [ ] ứng với nồng độ cân bằng của các chất tham gia vàtạo thành.Cũng nhƣ Kp, Kc phụ thuộc vào nhiệt độ, không phụ thuộc vào nồng độ.Biểu thức [17] cũng đƣợc vận dụng cho phản ứng diễn ra trong dung dịchlỏng lí tƣởng.Đối với các dung dịch không lí tƣởng, nồng độ Ci đƣợc thay bằng hoạtđộ ai.Đối với phản ứng trong pha khí, hằng số cân bằng còn đƣợc biểu thịqua nồng độ phần mol Kx:KX x cC .x dDx aA .x bBVới phần mol:[18]Xi ni, ni là số mol chất i.Σn iGiữa pi và Xi có mối liên hệ: pi = P. Xi.P ΣpiP – áp suất toàn phần của hệ;Quan hệ KP, KC, KX có mối liên hệ: KP = KC.[RT]∆n = KX.P∆nVới ∆n = [số mol khí]sp - [mol khí]cđKhi ∆n = 0 thì KP = KC = K14[19]1.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự chuyển dịch cân bằng. Nguyên líchuyển dịch cân bằng hoá học [8]a.Ảnh hưởng của nhiệt độSự phụ thuộc của hằng số cân bằng vào nhiệt độ, trong trƣờng hợp đơngiản, còn đƣợc biểu thị bằng phƣơng trình có liên quan đến nhiệt ΔHo và biếnthiên entropi ΔSo của phản ứng:lnK P HayΔHo 1 ΔSo R T R[20]dlnK P ΔHodTRT 2[21]Phƣơng trình Van’t Hoff ở dạng [20] đƣợc nghiệm đúng khi ΔHo vàΔSo không phụ thuộc vào nhiệt độ.- Nếu ΔHo > 0 [phản ứng thu nhiệt] thìdlnK> 0 , nghĩa là khi nhiệt độdTtăng thì giá trị của hằng số cân bằng cũng tăng, hay phản ứng xảy ra theochiều thuận là chiều phản ứng thu nhiệt. Ngƣợc lại khi T giảm thì Kcb cũnggiảm, nghĩa là cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch, chiều của phản ứngtỏa nhiệt.- Nếu ΔHo < 0 [Phản ứng tỏa nhiệt] thìdlnK< 0 , hằng số Kcb biến thiêndTngƣợc chiều với nhiệt độ T.+ Khi hệ đang ở trạng thái cân bằng nếu ta làm tăng nhiệt độ của hệ thìcân bằng của phản ứng chuyển dịch nghịch là chiều của phản ứng thu nhiệt.Còn khi T giảm thì Kcb tăng → lập luận tƣơng tự trên ta thấy cân bằng chuyểndịch theo chiều thuận, chiều của phản ứng phát nhiệt.- Nếu ΔHo = 0, phản ứng không thu hay phát nhiệt, thì Kcb không phụthuộc vào nhiệt độ [trƣờng hợp này ít gặp].15Trong khoảng nhiệt độ từ T1 đến T2 nếu xem ∆Ho = const thì sau khilấy tích phân [21] trở thành:lnK P,T2K P,T1ΔHo 1 1[ ]R T1 T2[22]b. Ảnh hưởng của áp suấtTừ phƣơng trình liên hệ KP và KX ta có:dlnK XΔnΔVKPPRT[23]Từ [23] thấy rằng hằng số cân bằng KX sẽ thay đổi theo áp suất ở T =const tùy thuộc vào sự thay đổi thể tích của hệ.Ta có: ΔG pu = ΔG opu + RTlnPCc .PDd= ΔG opu + RTlnQp = ΔG opu + RTln[Q x .P Δn ]abPA .PBTrƣờng hợp 1: n = 0 Gpƣ = Gopƣ + RTln[Kx] = 0 trạng thái cânbằng của hệ không thay đổi hay yếu tố áp suất không ảnh hƣởng đến cân bằnghóa học.Trƣờng hợp 2: n 0 P∆n 1- Tăng P G 0 chuyển dịch theo chiều nghịch là chiều có n hay chiều giảm số phân tử khí.- Giảm P G chuyển dịch theo chiều thuận là chiều có n > hay chiều tăng số phân tử khí.Trƣờng hợp 3: Nếu n P∆n < 1- Tăng P G 0 chuyển dịch theo chiều thuận hay chiều giảm sốphân tử khí.- Giảm P G chuyển dịch theo chiều nghịch hay chiều tăngsố phân tử khí.16c. Ảnh hưởng của nồng độXét cân bằng:aA + bBcC + dDTa có: vT = kT. CaA CbB , vN = kN. CcCCdDTại thời điểm cân bằng: vT = vNNếu ta tăng nồng độ chất A và B thì vT > vN nên cân bằng bị phá vỡ,phản ứng chuyển dịch theo chiều thuận [là chiều làm giảm nồng độ chất A vàB] và ngƣợc lại.Tƣơng tự, tăng nồng độ chất C và D thì vT < vN nên cân bằng bị phá vỡ,phản ứng chuyển dịch theo chiều nghịch [là chiều làm giảm nồng độ chất Cvà D] và ngƣợc lại.d. Sự chuyển dịch cân bằng hóa học – Nguyên lí Le Chatelier [6]Theo nguyên lí Le Chatelier, khi làm thay đổi một yếu tố nào đó nhƣnhiệt độ, áp suất, nồng độ… thì cân bằng hóa học sẽ bị ảnh hƣởng. Nguyên línày phát biểu nhƣ sau:Nếu một hệ đang ở trạng thái cân bằng mà ta thay đổi một trong cáctham số trạng thái của hệ [áp suất, nhiệt độ, nồng độ] thì cân bằng sẽ dịchchuyển theo chiều có tác dụng chống lại sự thay đổi đó.Nguyên lí Le Chatelier không chỉ đúng cho các phản ứng hóa học màcòn đúng cho mọi quá trình bất kì khác.+ Xét yếu tố nhiệt độTừ [21] thấy rằng Kp sẽ đồng biến theo T khi ΔHo > 0 [thu nhiệt]. Vậyđối với phản ứng thu nhiệt, sự tăng nhiệt độ làm tăng KP, tức là tạo thêm sảnphẩm.+ Xét yếu tố áp suất hay nồng độ. Từ [14] ta có:PCc .PDdΔG RTlnK p + RTln a bPA .PB17Đặt số hạng thứ hai của vế phải phƣơng trình phản ứng bằng đại lƣợngQ, gọi là thƣơng số phản ứng. Khi đó:ΔG RTlnQKPDấu của ∆G đƣợc quyết định bởi tỉ sốQ.KP* Q < KP do ∆G < 0: Phản ứng diễn ra theo chiều thuận là chiều có tác dụnglàm Q tăng lên cho tới khi Q = KP thì cân bằng đƣợc thiết lập.* Q > KP do ∆G > 0: Phản ứng diễn ra theo chiều nghịch là chiều có tácdụng làm Q giảm xuống để tiến tới bằng KP, lúc này đạt tới sự cân bằng.[*]Sự thêm một khí trơ vào hệ cân bằng trong pha khíSự thêm một khí trơ vào hệ cân bằng làm tăng áp suất chung của hệsong vị trí cân bằng có thể thay đổi hoặc không còn tùy thuộc vào điều kiệnáp suất và thể tích của hệ có thay đổi hay không.- Sự thêm khí trơ ở V = const không làm thay đổi trạng thái cân bằng vìáp suất riêng của các khí trong phản ứng không thay đổi.- Sự thêm khí trơ ở P = const có thể làm thay đổi trạng thái cân bằng dosự giảm áp suất riêng của các chất khí trong hệ phản ứng.18CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁPNGHIÊN CỨU2.1. Mục đích nghiên cứuPhân loại các dạng bài về động hóa học và cân bằng hóa học.Tìm ra các phƣơng pháp giải cho các dạng bài đó.Giải các bài tập cụ thể làm ví dụ.2.2. Đối tƣợng nghiên cứuCác đề thi cao học vào trƣờng Đại học Quốc gia Hà Nội và Đại học Sƣphạm Hà Nội từ năm 1999 cho tới các năm gần đâyTìm hiểu, tóm tắt lí thuyết và các công thức liên quan.2.3. Phƣơng pháp nghiên cứuPhƣơng pháp lí luậnPhƣơng pháp thu thập, thống kê và xử lí thông tin.Nghiên cứu tổng quan lí thuyết và các vấn đề liên quan.2.4. Ý nghĩa khoa họcHệ thống hóa một số kiến thức trong đề thi cao học giúp cho các học viênnâng cao kết quả thi cao học19CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN3.1. Bài tập phần động hóa học.Dạng 1: Đã biết bậc phản ứng, tìm các đại lƣợng khác nhƣ hằngsố tốc độ phản ứng, năng lƣợng hoạt hóa, thời gian bán phảnứng, hệ số nhiệt độDạng 1.1. Phản ứng bậc 1.Hướng giải:Khi biết bậc phản ứng, ta có thể áp dụng phương trình động họccho phản ứng tùy thuộc vào bậc và nồng độ đầu của nó giống hay khácnhau, từ đó tìm được các đại lượng liên quan như k, E , t , a1/2- Nếu phản ứng là bậc 1 thì phƣơng trình động học:lna kta-x[1]t1/2= ln2/k [2]- Nếu phản ứng là bậc 2 : Khi nồng độ đầu giống nhau:11 kta-x a[3]t1/2 Khi nồng độ đầu khác nhau:1k.a[4]1a[b x]ln ktb a b[a x][5]k 2 Ea 1 1[ ][6]k1 R T1 T2Mối quan hệ giữa tốc độ pƣ ở 2 thời điểm T và T :Công thức tính Ea:ln1vT2 vT1 .γT2 -T1102[7]Ví dụ:Câu 1 [Đại học Sƣ phạm Hà Nội năm 2006]12Ở 45oC, sự phân hủy của N2O5 theo phản ứng: N2O5 →N2O4 + O 2 , cóhằng số tốc độ k = 1,2.10-2s-1.20a, Ở nhiệt độ này, ngƣời ta cho vào bình phản ứng khí N2O5 dƣới ápsuất 0,13 atm. Hãy tính tốc độ đầu [v] của phản ứng.b, Tính thời gian để 80% N2O5 bị phân hủy. Tại thời điểm 80% N2O5 bịphân hủy tính áp suất riêng phần của N2O4 và O2.c, Nếu phản ứng đƣợc viết lại dƣới dạng: 2N2O5 →2NO2 +O2Thì giá trị của k và v thay đổi nhƣ thế nào?Lời giảia, Giả thiết N2O5 là khí lí tƣởng, áp dụng phƣơng trình trạng thái khí lí tƣởngta có:CN2O5 P0,13 0,005 mol/litRT 0, 082.[45 273]Từ thứ nguyên của k đã cho ta suy ra phản ứng là bậc 1.vo k.CN2O5 1, 2.102.0,005 6.105 [mol/lit.s-1 ]b, 80% N2O5 bị phân hủy →C[N2O5] còn lại là: 0, 005 Áp dụng biểu thức: kt ln20 0, 001M100a0, 005 1, 2.103.t ln t 134sa-x0, 00180% N2O5 bị phân hủy vậy áp suất PN O còn lại là: 0,13.0,2 = 0,026 atm.2Áp suất PN O 0,13.0,8 0,104atm24c, v1 k1.CN O 25dCN2O5dt;;5PO2 10,104PN2O4 0, 052atm22v 2 k 2 .C N2O5 1 dCN2O52 dtNhƣ vậy khi đó giá trị k và v sẽ giảm đi một nửa.k2 1k1 0, 6.102 s-1;2v2 1v1 3.10 5 mol.L-1.s-1221Câu 2 [Đại học Quốc gia Hà Nội năm 2011]1, Lập biểu thức liên hệ giữa hệ số nhiệt độ của tốc độ phản ứng với nănglƣợng hoạt động hóa và nhiệt độ T của phản ứng.2, Cho phản ứng thủy phân saccarozơ: C12H22O11 + H2O → C6H12O6 +C6H12O6 là phản ứng bậc 1. Nồng độ ban đầu của saccarozơ bằng 1,0023M. Ở25oC nồng độ của saccarozơ đã bị phân hủy [x] đến thời điểm t nhƣ sau:t [phút]06090x; M00,19460,2270a, Tính giá trị trung bình của hằng số tốc độ phản ứng.b, Biết năng lƣợng hoạt động hóa của phản ứng bằng 107,9 kJ/mol. Tính hệsố nhiệt độ của tốc độ phản ứng ở 25oC.Lời giải1, Từ biểu thức: k Ae E*RTTại nhiệt độ T:E*ln k T ln ARTTại nhiệt độ [T+10]:lnk T+10 E* ln A ;R[T+10]k T+10E* 1110E*Trừ 2 vế cho nhau: ln ln γ [ ] ln γ kR T T+10RT[T+10]2, a, Phản ứng là bậc 1 nên áp dụng biểu thức tính hằng số tốc độ:kt lna1a k lnaxt a xThay lần lƣợt t và x tƣơng ứng với từng thời điểm vào biểu thức ta tính đƣợc:k1 11, 002311, 0023ln 3,598.103 ph 1 ; k 2 ln 3,594.103 ph 160 1, 0023 0,194690 1, 0023 0, 2770k1 k 2 3,598.103 3,594.103 3,596.103 ph 1Tính k 2222b, Từ ý [1]: ln γ 10E*10.107,9.103 1, 414 γ 4,11RT[T+10] 8,314.298.[298 10]Câu 3 [Đại học sƣ phạm Hà Nội năm 2012]Ở 25oC, sự phân hủy của N2O5 theo phƣơng trình phản ứng:N2O5 → 2NO2 +1O22Có hằng số tốc độ k = 3,38.10-4s-1.a, Tại nhiệt độ này khí N2O5 đƣợc nạp vào bình phản ứng với áp suất 0,15atm. Hãy xác định giá trị tốc độ đầu của phản ứng với thứ nguyên là [nồngđộ].[thời gian]-1. Chỉ ra tốc độ hình thành của NO2 và O2.b, Tính thời gian để N2O5 còn lại 20%. Tại thời điểm này xác định áp suấtriêng phần của các chất có trong hệ phản ứng?c, Nếu phản ứng đƣợc thực hiện ở 45oC thì k = 1,2.10-2s-1. Hãy xác định nănglƣợng hoạt động hóa của phản ứng.Lời giảia, Gọi áp suất đầu của N2O5 là Po.CN2O5 Po0,15 6,138.103 MRT 0, 082.298Tốc độ đầu của phản ứng: vo k.CN O 3,38.104.6,138.103 2,075.106 [mol/lit.s]25Ta thấy NO2 tạo ra nhanh gấp 2 lần tốc độ phản ứng của N2O5v NO2 2v N2O5 2.2,075.106 4,15.106 [mol/lit.s]Tốc độ hình thành O2 bằng một nửa tốc độ phản ứng của N2O5v O2 1 2, 075.106 1, 038.106 [mol/lit.s]2b, Khi N2O5 còn lại 20% lúc này: PN O 0,15.20% 0,03 atm25Phản ứng có bậc 1 nên áp dụng công thức: kt ln 3,38.104.t ln0,15 t 4761, 650s0, 0323aaxLƣợng N2O5 đã phản ứng: PN O 0,15.80% 0,12 atm.25PNO2 0,12.2 0, 24 atmPO2 0,12 ,1 0, 06 atm2c, Áp dụng biểu thức:lnk T2k T1Ea 1 1Ea1, 2.10211[ ] ln[] E a 140619, 294J4R T1 T23,38.108,314 298 318Dạ ng 1.2. Phản ứng bậc 2Câu 4 [Đại học Sƣ phạm Hà Nội năm 2001]1, Trộn 1 lít dung dịch axit axetic 2M với 1 lít dung dịch etanol 3M.Tính tốc độ hình thành etyl axetat tại thời điểm có một nửa lƣợng axit đã phảnứng. Chấp nhận phản ứng đó là bậc nhất đối với mỗi chất, có hằng số tốc độbằng 1,38.10-2M-1. ph-1 tại 398K.2, Tính thời gian để axit axetic phản ứng đƣợc 90%.3, Tính năng lƣợng hoạt hóa của phản ứng, biết rằng hệ số nhiệt độ củatốc độ phản ứng bằng 2,5.Lời giải1, Tính lại nồng độ các chất sau khi trộn:CM [CH3COOH] 2.1 1M11;C M [C 2H 5OH] =3.11,5M1 1Phƣơng trình: CH3COOH + C2H5OH → CH3COOC2H5 + H2O.Ban đầu1M1,5MPhản ứng0,50,5Còn lại0,51,0Theo giả thiết, phản ứng là bậc nhất đối với mỗi chất → v k.CCH COOH .CC H OH3Thay số: v1 = 1,38.10-2.0,5.1 = 6,9.10-3 M.phut-12, Áp dụng công thức: kt Với b = 1,5M1[b-x].alnb - a [a-x].ba = 1,0M2425Khi axit phản ứng đƣợc 90%, x = 0,9MThay số vào [*] ta có: 1,38.10-2 .t 1[1,5 0,9].1ln t 200,9ph1,5 1 [1 0,9].1,53, Tính năng lƣợng hoạt hóa của phản ứng.Hệ số nhiệt độ γ 2,5 cho biết tốc độ phản ứng tăng 2,5 lần khi nhiệt độ tăng10oC.Vì tốc độ phản ứng tỉ lệ thuận với hằng số tốc độ nên khi tốc độ tăng 2,5 lầnthì hằng số tốc độ cũng tăng 2,5 lần k T2k T1 2,5 , với T1 = 398K, T2 = 408K.Áp dụng biểu thức:lnk T2k T1Ea 1 1Ea11[ ] ln 2,5 [] E a 123704,8JR T1 T28,314 398 408Câu 5 [Đại học Sƣ phạm Hà Nội năm 2005]Cho 0,01 mol NaOH và 0,01 mol este vào 1 lít nƣớc ở 27oC.a, Tính hằng số tốc độ phản ứng bậc 2 này và thời gian nửa phản ứng biếtrằng 3/4 lƣợng este đã bị xà phòng hóa sau 2h.b, Biết rằng khi tăng nhiệt độ tới 127oC, tốc độ phản ứng tăng 4 lần. Xác địnhnăng lƣợng hoạt hóa và thời gian nửa phản ứng tại 127oC.Lời giảia, Đối với phản ứng bậc 2 ta áp dụng phƣơng trình động học bậc 2:kt 11 [*]ax a14Sau 2h, 3/4 lƣợng este đã bị xà phòng hóa → a – x 0, 01 2,5.103 M ,a=0,01MThay số vào phƣơng trình [*] ta đƣợc:k.120 1111 k 2,5 [mol/lit]-1ph -1 ; t1/2 40ph32,5.100, 01k.a 2,5.0, 0125