MasterSchool

Hóa học lớp 10 · KNTT · Chương 6

Lý thuyết Hóa học 10 Bài 20: Ôn tập chương 6

Chương 6: Tốc độ phản ứng · Kết nối tri thức với cuộc sống

Tóm tắt lý thuyết Hóa học 10 Bài 20: Ôn tập chương 6 theo chương trình SGK Kết nối tri thức với cuộc sống. Hệ thống hoá toàn bộ kiến thức trọng tâm, phương trình phản ứng hóa học KaTeX chuẩn, bảng biểu trực quan và câu hỏi củng cố có lời giải chi tiết.

Lớp

I. Khái niệm tốc độ phản ứng hóa học

- 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: giây (s), phút (min), giờ (h), ngày (d), …

- 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.

II. Tốc độ trung bình của phản ứng

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

- Cho phản ứng tổng quát: aA + bB →\to dD + eE

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

v‾=−1aΔCAΔt=−1bΔCBΔt=1dΔCDΔt=1eΔCEΔt\overline{v} = -\frac{1}{a}\frac{\Delta C_{A}}{\Delta t} = -\frac{1}{b}\frac{\Delta C_{B}}{\Delta t} = \frac{1}{d}\frac{\Delta C_{D}}{\Delta t} = \frac{1}{e}\frac{\Delta C_{E}}{\Delta t} .

Trong đó: ∆∆ CA; ∆∆ CB; ∆∆ CD; ∆∆ CE lần lượt là biến thiên lượng các chất A, B, D, E trong khoảng thời gian Dt.

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

- Ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng:

+ Thông thường, khi nồng độ tăng, tốc độ phản ứng sẽ tăng.

+ Giải thích: Khi nồng độ các chất phản ứng tăng lên, số va chạm giữa các hạt tăng lên, làm số va chạm hiệu quả cũng tăng lên và dẫn tới tốc độ phản ứng tăng.

- Ảnh hưởng của áp suất đến tốc độ phản ứng

+ Việc tăng áp suất hỗn hợp khí cũng tương tự như tăng nồng 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.

- 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.

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

v1v2=γ(T2−T110)\frac{v_{1}}{v_{2}} = \gamma^{( \frac{T_{2}-T_{1}}{10} )}

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

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

+ Khi tăng diện tích bề mặt 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.

+ Nếu kích thước hạt càng nhỏ thì tổng diện tích bề mặt càng lớn, nên có thể tăng diện tích tiếp xúc bằng cách đập nhỏ hạt.

- Ảnh hưởng của chất xúc tác đến tốc độ phản ứng

+ Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng.

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

IV. Bảng tổng kết 5 yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng và ứng dụng

Bảng hệ thống hoá cơ chế phân tử và ứng dụng thực tiễn của các yếu tố điều khiển tốc độ phản ứng hóa học:

Yếu tố Cơ chế vi mô (thuyết va chạm) Ứng dụng thực tiễn điển hình
Nồng độ Tăng nồng độ ⇒\Rightarrow số hạt/đơn vị thể tích tăng ⇒\Rightarrow tần số va chạm hiệu quả tăng Thổi oxy tinh khiết vào lò luyện kim thay vì không khí
Nhiệt độ Tăng T⇒T \Rightarrow tăng động năng hạt ⇒\Rightarrow tăng tỉ lệ hạt có năng lượng ≥Ea\ge E_a Bảo quản thực phẩm trong tủ lạnh; dùng nồi áp suất để ninh xương
Áp suất Tăng áp suất chất khí ⇒\Rightarrow nồng độ chất khí tăng ⇒\Rightarrow tăng va chạm Tổng hợp ammonia (NH3NH_3) ở áp suất cao 150÷200 bar150 \div 200\text{ bar}
Diện tích tiếp xúc Tăng diện tích bề mặt pha rắn ⇒\Rightarrow tăng số điểm tiếp xúc va chạm Nghiền mịn quặng hoặc đá vôi trước khi nung lò
Chất xúc tác Hạ thấp năng lượng hoạt hóa EaE_a của phản ứng mà không bị tiêu hao Dùng men vi sinh trong sản xuất sữa chua; xúc tác V2O5V_2O_5 sản xuất H2SO4H_2SO_4

🌟 Em đã học (Ghi nhớ kiến thức trọng tâm)

  • Hệ thống hóa toàn diện lý thuyết va chạm hiệu quả và năng lượng hoạt hóa (EaE_a): Phản ứng chỉ xảy ra khi các hạt va chạm với nhau có hướng phù hợp và năng lượng lớn hơn hoặc bằng năng lượng hoạt hóa.
  • Bảng tổng kết 5 yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng kèm cơ chế giải thích ở cấp độ phân tử và ví dụ thực tiễn trong đời sống và sản xuất công nghiệp.
  • Công thức hệ số nhiệt độ Van't Hoff: v2v1=γT2−T110\frac{v_2}{v_1} = \gamma^{\frac{T_2 - T_1}{10}}, cho phép tính toán định lượng sự thay đổi tốc độ phản ứng theo nhiệt độ.
  • Ứng dụng điều khiển tốc độ phản ứng: Bảo quản thực phẩm trong tủ lạnh, tăng độ mịn than đá khi đốt lò, dùng men/enzym trong sản xuất bia rượu, chất ức chế chống ăn mòn kim loại.

Câu hỏi ôn tập & củng cố bài học

Nêu 5 yếu tố chính ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng và một ứng dụng thực tiễn điển hình của mỗi yếu tố?
5 yếu tố ảnh hưởng và ứng dụng thực tiễn: 1. Nồng độ: Thổi khí oxygen tinh khiết vào lò luyện thép giúp than cháy nhanh và đạt nhiệt độ cao hơn nhiều so với dùng không khí thường. 2. Nhiệt độ: Bảo quản thịt cá, thức ăn trong tủ lạnh ở nhiệt độ thấp để làm chậm tốc độ phản ứng phân hủy ôi thiu của vi khuẩn. 3. Áp suất: Trong công nghiệp tổng hợp amonia (NH3NH_3), người ta nén hỗn hợp khí N2N_2 và H2H_2 ở áp suất cao (150÷200 bar150 \div 200\text{ bar}) để tăng tốc độ phản ứng. 4. Diện tích bề mặt tiếp xúc: Chẻ nhỏ củi hoặc nghiền mịn đá vôi trước khi nung vôi để tăng diện tích tiếp xúc, giúp phản ứng cháy và nhiệt phân diễn ra nhanh hơn. 5. Chất xúc tác: Dùng men vi sinh trong sản xuất sữa chua, làm dưa muối; dùng bột sắt (FeFe) làm xúc tác tổng hợp amonia.
Hệ số nhiệt độ Van't Hoff (γ\gamma) có ý nghĩa gì? Một phản ứng có γ=3\gamma = 3, khi tăng nhiệt độ từ 20∘C20^\circ\text{C} lên 50∘C50^\circ\text{C} thì tốc độ phản ứng tăng lên bao nhiêu lần?
Hệ số nhiệt độ Van't Hoff (γ\gamma) cho biết tốc độ phản ứng sẽ tăng lên bao nhiêu lần khi nhiệt độ tăng thêm 10∘C10^\circ\text{C}. Công thức Van't Hoff: v2v1=γT2−T110\frac{v_2}{v_1} = \gamma^{\frac{T_2 - T_1}{10}} Thay số: γ=3;T1=20∘C;T2=50∘C\gamma = 3; T_1 = 20^\circ\text{C}; T_2 = 50^\circ\text{C}: v2v1=350−2010=33=27 laˆˋn\frac{v_2}{v_1} = 3^{\frac{50 - 20}{10}} = 3^3 = 27\text{ lần} Vậy tốc độ phản ứng tăng lên 27 lần khi tăng nhiệt độ từ 20∘C20^\circ\text{C} lên 50∘C50^\circ\text{C}.
Thực hiện thí nghiệm hòa tan cùng 1 gam đá vôi (CaCO3CaCO_3) trong dung dịch HClHCl cùng nồng độ nhưng ở hai dạng: khối đặc và bột mịn. Trường hợp nào thoát khí nhanh hơn? Giải thích.
Trường hợp dùng đá vôi dạng bột mịn sẽ thoát khí CO2CO_2 nhanh hơn nhiều so với dạng khối đặc. Giải thích: Phản ứng giữa chất rắn CaCO3CaCO_3 và dung dịch HClHCl là phản ứng dị thể, chỉ xảy ra trên bề mặt tiếp xúc giữa hai pha. Khi nghiền đá vôi thành bột mịn, diện tích bề mặt tiếp xúc giữa CaCO3CaCO_3 với các ion H+H^+ trong dung dịch tăng lên gấp hàng nghìn lần. Số va chạm hiệu quả giữa các phân tử trên một đơn vị thời gian tăng vọt, làm tốc độ phản ứng hòa tan và thoát khí tăng rõ rệt.
Giải thích vì sao than đá dạng bùn hoặc bụi than trong các hầm lò khai thác than lại có nguy cơ gây nổ cực kì nguy hiểm?
Trong các hầm lò kín, bụi than lơ lửng trong không khí có kích thước hạt siêu nhỏ nên tổng diện tích bề mặt tiếp xúc với khí oxygen là vô cùng khổng lồ. Khi gặp một tia lửa nhỏ hoặc nhiệt độ cục bộ tăng, phản ứng cháy giữa carbon và oxygen xảy ra với tốc độ tức thời cực đại, tỏa ra một lượng nhiệt khổng lồ và thể tích khí giãn nở đột ngột trong không gian hẹp, gây nên một vụ nổ bụi than có sức công phá cực kì khủng khiếp.

Đề luyện tập theo bài