Dong hoa hoc co ban nguyen minh quang iuh

1
GiỚI THIỆU MÔN HỌC
Giảng viên: ThS. Nguyễn Minh Quang
Email: nguyenminhquang@iuh.edu.vn

HÌNH THỨC ĐÁNH GIÁ
Thường kỳ
Giữa kỳ
Cuối kỳ
20%
30%
50%
Đạt  4 Không đạt: học lại

3
NỘI DUNG MÔN HỌC
Chương Nội dung Số tiết
1 Một số khái niệm cơ bản về động hóa học 4
2 Động học phản ứng đồng thể một chiều đơn giản 5
3 Động học phản ứng phức tạp 7
4 Động học phản ứng xúc tác 3
5 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng 3
6 Phương pháp xác định bậc phản ứng 5
7 Các thuyết động học về phản ứng đồng thể 3
Tổng 30

4
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Trần Khắc Chương, Mai Hữu Khiêm, Động hóa học
và xúc tác, NXB Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh,
2008;
[2] Nguyễn Hữu Phú, Hóa lý&Hóa keo, NXB Khoa học
kỹ thuật, 2003;
[3] Mai Hữu Khiêm, Nguyễn Ngọc Hạnh, Trần mai
Phương, Hoàng Khoa Anh Tuấn, Bài tập Hóa lý,
NXB Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh, 2008;.

5
CHƯƠNG 1
MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ
ĐỘNG HÓA HỌC
(Fundamental Definitions of chemical
kinetic)

6
Nội dung
1.1. Tốc độ của phản ứng hóa học
1.2. Cơ chế phản ứng
1.3. Phương pháp xác định tốc độ phản ứng
1.4. Định luật tác dụng khối lượng
1.5. Phân tử số của phản ứng
1.6. Bậc phản ứng

7
Định nghĩa
1.1. Tốc độ phản ứng (The Rates of
Reactions)

8
Được xác định bởi biến thiên của lượng
chất bất kỳ (chất tham gia hay sản phẩm)
trong một đơn vị thể tích và sau một đơn
vị thời gian.
Reactions)
Định nghĩa

9
dt
dN
V
1
W i

Dấu 
Reactions)
Biểu thức

10
 “+” nếu i là một trong các sản phẩm.
 “–” nếu i là một trong các chất tham gia.
Dấu 
Reactions)

11
Phản ứng diễn ra trong điều kiện V = const, thì:
V







dt
dC
W i
dt
dN
V
1
W i

Chưa đề cập đến hệ số tỷ lệ
Reactions)

12
Khảo sát phản ứng:
N2 + 3H2 = 2NH3
dt
dC
2
1
dt
dC
3
1
dt
dC
W 322 NHHN

Reactions)

13
Trong trường hợp tổng quát:
aA + bB = cC + dD
dt
dC
d
a
dt
dC
c
a
dt
dC
b
a
dt
dC
W DCBA

Reactions)

14
Phương trình toán học mô tả quan hệ
giữa tốc độ với nồng độ (áp suất) của
phản ứng.
Reactions)
Phương trình động học
(The kinetic equation)

15
dt
dC
W i

dt
dN
V
1
W i
 Định nghĩa
W = f(x,y,z,…)
Biểu thức tính toán??????
W = f(Ci-Pi, T,…) = k.f(Ci)
Reactions)

16
Khảo sát phản ứng sau:
4Fe2+ + 4H+ + O2 = 4Fe3+ + 2H2O
1.2. Cơ chế phản ứng (Chemical Reaction
Mechanisms)

17
Fe2+ + O2  Fe3+ + O2
-
O2
- + H+ 
Fe2+ +  Fe3+ +
+ H+  H2O2
H2O2 + Fe2+  Fe3+ + OH- +
Fe2+ +  Fe3+ + OH-
2OH- + 2H+  2H2O

2HO
2OH


2HO
HO

HO

2OH

Phản ứng đó trải qua các giai đoạn sau:
Mechanisms)

18
 Tổng các giai đoạn mà ở đó diễn ra phản ứng hóa học được gọi là
cơ chế phản ứng hóa học, còn từng giai đoạn của phản ứng được
gọi là giai đoạn sơ cấp của phản ứng.
 Các chất tham gia vào quá trình phản ứng hóa học được gọi là các
chất phản ứng.
 Các chất được tạo ra trong quá trình chuyển hóa hóa học và
không bị tiếp tục biến đổi được gọi là các sản phẩm phản ứng.
 Các chất được tạo ra trong một số giai đọan được gọi là các chất
trung gian.
Mechanisms)

19
Xác định
tốc độ phản ứng
Thực nghiệm
(The Method of Chemical Reaction Rates)

20
Phương pháp
hóa học
Phương
pháp hóa lý
Phương pháp

21
Xác định nồng độ của tác chất phản ứng (sản
phẩm) theo thời gian hoặc áp suất tổng của hệ khí.
Phương pháp hóa học
dt
dC
W i


22
 Độ phóng xạ
 Độ quay cực
 Khả năng hấp thụ ánh sáng
 Độ dẫn điện
 Suất điện động của dung dịch...
Phương pháp hóa lý

23
Đối với phản ứng đơn giản, tốc độ phản ứng
ở mỗi thời điểm tỷ lệ thuận với tích số nồng
độ của các chất tham gia phản ứng (với số
bậc xác định).
1.4. Định luật tác dụng khối lượng (Law of
mass action)
Nội dung

24
Theo định luật tác dụng khối lượng PTĐH sẽ được
viết là:
Khảo sát phản ứng:
21 n
B
n
A CkC
dt
dC
W i
aA + bB  sản phẩm
k
mass action)

25
21 n
B
n
A CkC
dt
dC
W i
Tóm lại
dt
dN
V
1
W i

W = f(x,y,z,…) W = f(Ci-Pi, T,…) = k.f(Ci)
Định nghĩa
Biểu thức
Định luật tác
dụng khối lượng
dt
dC
W i

(aA + bB  SP)
mass action)

26
 Phân tử số là số phân tử tham gia vào một phản ứng sơ cấp.
 Người ta phân biệt phản ứng đơn phân tử, lưỡng phân tử và
tam phân tử.
 Phản ứng đơn phân tử là phản ứng trong đó quá trình cơ
bản của nó là sự biến hóa của 1 phân tử.
(Stoichiometry)

27
CH3N - NCH3  C2H6 + N2
H2 + I2  2HI
(Stoichiometry)
Ví dụ 1

28
ClCH2 - CH2Cl CHCl = CH2 + HCl
(Stoichiometry)
Cơ chế:
1. C2H4Cl2  C2H4Cl + Cl
2. Cl + C2H4Cl2  C2H3Cl2 + HCl
3. C2H3Cl2  C2H3Cl + Cl
4. C2H4Cl + Cl  C2H4Cl2
Ví dụ 2

29
Mô hình phản ứng:
aA + bB  sản phẩm
Tốc độ phản ứng theo định luật tác dụng khối lượng:
21 n
B
n
A
A
.CkC
dt
dC
W 
Bậc phản ứng:
n = n1 + n2
1.6. Bậc phản ứng (Reaction Order)

30
 Bậc phản ứng của một chất: chính là số mũ của
chất đó trong phương trình động học.
 Bậc tổng của phản ứng: là tổng các bậc phản
ứng của các chất trong phương trình động học.
Định nghĩa

Giá trị n PTĐH Bậc
0 Bậc không
1 Bậc nhất
2 Bậc hai
3 Bậc ba
31
k
dt
dC
W 
kC
dt
dC
W 
2
21 C.CkC
dt
dC
W k
3
2
2
121 kC.CkC.CkC
dt
dC
W 2


32
CHƯƠNG 2
ĐỘNG HỌC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN
(The kinetics of simple reactions)

33
NỘI DUNG
2.1. Phản ứng một chiều bậc nhất
2.2. Phản ứng một chiều bậc hai
2.3. Phản ứng một chiều bậc ba
2.4. Phản ứng một chiều bậc n

34
Mô hình:
Gọi:
 k : hằng số tốc độ phản ứng
 CA
o : nồng độ A ban đầu
 CA: nồng độ tại thời điểm t
2.1. Phản ứng một chiều bậc 1 (First-Order
Reactions)
A sản phẩm
k

35
Ví dụ
CH3COCH3  C2H4 + CO + H2
N2O5  N2O4 + ½ O2
Reactions)

36
Theo định luật tác dụng khối lượng: (T, V = const)
A
A
kC
dt
dC
W 
Reactions)

37
Phương trình động học của phản ứng bậc 1:
kt
C
C
ln
A
0
A

-kt
A .eC o
AC
Reactions)

38
CA
thời gian, t
C0
A/2
C0
A
C0
A/4
C0
A/8
C0
A/16
t1/2 2t1/2 3t1/2 4t1/2 5t1/2 6t1/2
-kt
A .eC o
AC
Biểu diễn
đồ thị
Reactions)

39
0
AA lnCktlnC 
lnCA
t
tga = -k
kt
C
C
ln
A
0
A

Reactions)

40
Là thời gian mà nồng độ chất
tham gia phản ứng giảm đi một
nửa.
Chu kỳ bán hủy – t1/2
Reactions)

41
Chu kỳ bán hủy – t1/2
k
ln2
t1/2 
2
C
C
o
A
A 
kt
C
C
ln
A
0
A

Reactions)

42
Hầu như các quá trình phân huỷ chất
phóng xạ thành đơn nguyên tử, đơn
phân tử và đơn hạt nhân là phản ứng
bậc nhất.
Reactions)
Ghi chú

43
Khảo sát hai mô hình cụ thể sau:
Dạng 1: 2A → Sản phẩm
Dạng 2: A + B → Sản phẩm
2.2. Phản ứng một chiều bậc 2 (Second-Order
Reactions)

44
Khảo sát mô hình dạng 1 sau:
Gọi:
 CA
o : nồng độ A ban đầu
 CA: nồng độ tại thời điểm t
2A sản phẩm
k
Reactions)

45
Ví dụ
H2 + I2  2HI
2HI  H2 + I2
Reactions)

46
Theo định luật tác dụng khối lượng:
2
A
A
kC
dt
dC
W 
Reactions)

47
Phương trình động học của phản ứng bậc 2:
kt
C
1
C
1
0
AA
 kt
C
1
C
1
0
AA
hoặc
Reactions)

48
Biểu diễn đồ thị
kt
C
1
C
1
0
AA

t
tga = k
AC
1
Reactions)

49
0
A
21
kC
1
t 
Chu kỳ bán hủy – t1/2:
Reactions)

50
Từ Biểu diễn đồ thịkt
C
1
C
1
0
AA

t
tga = k
AC
1
k = 0,9814 l/mol.phút
Kết quả
Reactions)

51
Khảo sát mô hình dạng 2 sau:
Gọi:
 CA
o, CB
o : nồng độ A, B ban đầu (CA
o  CB
o)
 CA, CB: nồng độ A, B tại thời điểm t
A + B sản phẩm
k
Reactions)

52
Ta luôn luôn có:
CB
o – CA
o = CB – CA = q
A + B sản phẩm
Ban đầu
Thời điểm t
CA
o CB
o
CA CB
Phản ứng:
Reactions)

53
Theo định luật tác dụng khối lượng:
BA
A
CkC
dt
dC
W 
Reactions)

54
BA
A
CkC
dt
dC
W 
kdt
q)(CC
dC
AA
A


kdtdC
CC
A
AA








q
11
q
1
Reactions)

55
kt
.CC
.CC
ln
CC
1
A
0
B
B
0
A
0
A
0
B


  0
A
0
B0
A
0
B
A
B
C
C
lnktCC
C
C
ln 
kdtdC
CC
A
AA








q
11
q
1
Reactions)

56
  0
A
0
B0
A
0
B
A
B
C
C
lnktCC
C
C
ln 
Phương trình cho thấy: trường hợp này phụ
thuộc tuyến tính vào thời gian, hệ số góc của đường
thẳng là và cắt trục tung tại .
A
B
C
C
ln
 kCC 0
A
0
B  0
A
0
B
C
C
ln
Reactions)

57
CA = CA
o – x
CB = CB
o – x
A + B sản phẩm
Ban đầu
Phản ứng
CA
o CB
o
x x
Phản ứng:
Thời điểm t CA CB
Reactions)

58
kt
.CC
.CC
ln
CC
1
A
0
B
B
0
A
0
A
0
B


kt
.(CC
.(CC
ln
CC
1
o
A
0
B
o
B
0
A
0
A
0
B



 )x
)x
Reactions)

59
kt
.(CC
.(CC
ln
CC
1
o
A
0
B
o
B
0
A
0
A
0
B



 )x
)x
x = CA
o/2
  o
B
o
A
o
B
0
A
0
B C
C2C
ln
CC
1 


.k
t 2/1
Reactions)

60
3A → sản phẩm
2A + B → sản phẩm
A + B + C → sản phẩm
Khảo sát 3 mô hình sau:
2.3. Phản ứng một chiều bậc 3 (Third-Order
Reactions)

61
Ví dụ
2NO + O2  2NO2
2NO + Cl2  2NOCl
2NO + Br2  2NOBr
Reactions)

62
Biểu thức tốc độ trong ba trường hợp có thể viết:
3
A
A
kC
dt
dC
W 
B
2
A
A
CkC
dt
dC
W 
CBA
A
CCkC
dt
dC
W 
Reactions)

63
Ta chỉ xét trường hợp đơn giản:
0
C
0
B
0
A CCC 
3
A
A
kC
dt
dC
W 
Ba phương trình trên trở thành:
Reactions)

64
Phương trình tốc độ được viết:
 
2kt
C
1
C
1
20
A
2
A

   
2kt
C
1
C
1
20
AA


2
x
hay
Reactions)

65
 20
A
1/2
C2k
3
t 
Reactions)

66
Trường hợp tổng quát bậc n, đơn giản các nồng độ
đầu bằng nhau, PTĐH có dạng:
 n
i
i
Ck
dt
dC
W 
2.4. Phản ứng một chiều bậc 3 (nth-Order
Reactions)

67
Phương trình động học tường minh: (n  1)
   
1)k.t-(n
C
1
C
1
1-n0
i
1-n
i

Reactions)

68
  )1(Ck
1-2
t 1-n0
in
1-n
1/2


n
Reactions)

69
Phản ứng này có vận tốc phản ứng không phụ thuộc
vào nồng độ chất tham gia phản ứng, mà phụ thuộc vào
k, tức là phụ thuộc vào một số yếu tố như: nhiệt độ, chất
xúc tác, bề mặt tiếp xúc hai pha, lượng ánh sáng…
k
dt
dC
W PTĐH có dạng:
Reactions)

70
CHƯƠNG 3
ĐỘNG HỌC PHẢN ỨNG PHỨC TẠP
(The kinetics of complex reactions)

71
NỘI DUNG
3.1. Các nguyên lý xây dựng phương trình
động học
3.2. Phản ứng thuận nghịch
3.3. Phản ứng song song
3.4. Phản ứng nối tiếp
3.5. Phản ứng quang hóa
3.6. Phản ứng dây chuyền

72
Phản ứng
dây chuyền
Phản ứng
nối tiếp
Phản ứng
thuận nghịch
Phản ứng
phức tạp
Phản ứng
song song
Tổng quan (General)

73
Nếu trong hệ thống xảy ra một số phản ứng, thì mỗi
phản ứng trong đó đều tuân theo định luật tác dụng
khối lượng và diễn ra độc lập nhau. Sự biến đổi tổng
cộng của hệ là tổng của sự biến đổi độc lập đó.
3.1. Nguyên lý xây dựng (The principle
formation of kinetic equations)
Nội dung

74
Là phản ứng diễn ra theo hai chiều ngược nhau, các
chất phản ứng tương tác với nhau tạo ra sản phẩm
(phản ứng thuận) đồng thời các chất sản phẩm lại
phản ứng với nhau tạo trở lại chất ban đầu (phản
ứng nghịch).
3.2. Phản ứng thuận nghịch (Reverse
Reactions)
Định nghĩa

75
Khảo sát mô hình phản ứng sau:
t = 0 CA
o CB
o
Phản ứng x x
Thời điểm t CA= CA
o–x CB= CB
o + x
Phản ứng thuận nghịch bậc nhất
Reactions)

76
B
'
A
A
CkkC
dt
dC
W 
Thay CA và CB vào phương trình.
CA = CA
o – x
CB = CB
o + x
Reactions)

77
       xkkCkkCxCkxCk
dt
dx '0
B
'0
A
0
B
'0
A 
t)kk(
o
B
'o
A
o
B
'o
A
'
e
)CkkC(
x)'kk()CkkC( 



t)kk(
)CkkC(
x)'kk()CkkC(
ln '
o
B
'o
A
o
B
'o
A



Hay
Reactions)

78
t = 0 CA
o CB
o
Phản ứng x x
Thời điểm t CA= CA
o–x CB= CB
o + x
Cân bằng: CA
o – xCB CB
o + xCB
Reactions)

79
Hằng số cân bằng K:
CB
o
A
CB
o
B
xC
xC
'k
k
K



Reactions)

80
t)kk(
)CkkC(
x)'kk()CkkC(
ln '
o
B
'o
A
o
B
'o
A



CB
o
A
CB
o
B
xC
xC
'k
k
K



t)kk(
x
xx
ln '
CB
CB


PTĐH theo nồng độ cân bằng:
Reactions)

81
k
k'
A B + C
Khảo sát mô hình 1 phản ứng sau:
t = 0 Co 0 0
Phản ứng x x x
Thời điểm t Co– x x x
Phản ứng thuận nghịch bậc hai
Reactions)

82
CB
'
A
A
CCkkC
dt
dC
W 
Thay CA; CB và CC vào phương trình.
CA = Co – x
CB = CC = x
Reactions)

83
   2
o x'.kxCk
dt
dx

Lấy tích phân có PTĐH tường minh
Reactions)

84
k
k'
2A B + C
Khảo sát mô hình 2 phản ứng sau:
t = 0 Co 0 0
Phản ứng x x/2 x/2
Thời điểm t Co– x x/2 x/2
Reactions)

85
  CB
'2
A
A
CCkCk
dt
dC
W 
Thay CB; CC vào phương trình.
CA = Co – x
CB = CC = x/2
Reactions)

86
 
2
2
o
2
x
'.kxCk
dt
dx







Lấy tích phân có PTĐH tường minh
Reactions)

87
Phản ứng song song là phản ứng khi từ
một chất hay một số các chất ban đầu
phản ứng theo hai hay nhiều hướng
khác nhau.
3.3. Phản ứng song song (Competing
Reactions)
Định nghĩa

88
Phản ứng song song
Bậc nhất Bậc hai Bậc trộn lẫn
Reactions)

89
Là phản ứng từ một chất ban đầu phản
ứng theo hai hướng khác nhau, các
phản ứng này diễn ra đồng thời, độc lập
nhau và bậc 1.
Reactions)
Phản ứng song song bậc 1

90
Ví dụ
C2H5OH
C2H4 + H2O
CH3CHO + H2
k
k’
RR’ + CO
R’CO + R
RR’CO
k
k’
KCl + O2
KClO3
KClO4 + KCl
k
k’
Reactions)

91
Khảo sát mô hình phản ứng sau:
A
k
B
C
k’
Reactions)

92
Phương trình tốc độ phản ứng hai chiều:
A
B
kC
dt
dC

A
C
C'k
dt
dC

(1)
(2)
Reactions)

93
(3)
Phương trình tốc độ tổng của cả phản ứng:
A
CBA
C)'kk(
dt
dC
dt
dC
dt
dC

Reactions)

94
Phương trình tốc độ tường minh:
t)'kk(
C
C
ln
A
o
A

t)'kk(o
AA e.CC 

(4)
(5)
Reactions)

95
0
A A B CC C C C  
Xác định CB, CC:
(1) và (2)
k
'k
C
C
B
C

t)'kk(o
AA e.CC 
(5)
CB vật chất
Reactions)

96
Kết quả:
0 ( ')k k t
A AC C e 

0 ( ')
(1 )
'
k k t
B A
k
C C e
k k
 
 

0 ( ')'
(1 )
'
k k t
C A
k
C C e
k k
 
 

Reactions)

97
Xác định
k và k’
Giải hệ phương trình trên tìm được tốc độ phản ứng k & k’.
k
'k
C
C
B
C

t)'kk(
C
C
ln
A
o
A

Reactions)

98
Nhận xét
Khi hằng số tốc độ k và k’ khác nhau rất nhiều thì
phản ứng chính là phản ứng có tốc độ lớn nhất hoặc
phản ứng tạo sản phẩm quan trọng nhất.
Reactions)

99
Chu kỳ bán huỷ
1/2
ln 2
'
t
k k


99
Reactions)

10
0
Khảo sát mô hình phản ứng:
A + B
D
E
k
k’
Reactions)

10
1
Ví dụ
Na + ClCN
NaCl + ½ C2N2
NaCN + ½ Cl2
C4H10
2C2H5
2CH4 + C2H2
Reactions)

10
2
Phương trình tốc độ:
BA
D
C.kC
dt
dC

BA
E
C.C'k
dt
dC

(1)
(2)
Reactions)

10
3
Phương trình tốc độ tổng quá trình:
BA
EDBA
C.C).'kk(
dt
dC
dt
dC
dt
dC
dt
dC
 (3)
Reactions)

10
4
B
o
A
A
o
B
o
B
o
A C.C
C.C
ln
)CC.(t
1
)'kk(


(4)
Reactions)

10
5
k
'k
C
C
D
E

Giải hệ phương trình của hai phương trình trên suy ra k và k’.
Xác định k và k’:
Từ (1) và (2) ta có:
Kết hợp (4)
B
o
A
A
o
B
o
B
o
A C.C
C.C
ln
)CC.(t
1
)'kk(


Reactions)

10
6
Khảo sát mô hình phản ứng:
A C
D
k
k'
Phản ứng song song bậc trộn lẫn
A + B
Reactions)

107
Phương trình tốc độ:
BA
B
C.C'.k
dt
dC

BAA
A
C.C'.kC.k
dt
dC

(1)
(2)
Reactions)

108
Lấy (2) chia (1) ta được:
B
B
A
dC
C
1
.
'k
k
1
dt
dC






 (3)
Reactions)

109
o
B
B
B
o
B
o
AA
C
C
ln.
'k
k
CCCC 
(4)
Reactions)

110








 o
B
B
B
o
B
o
AB
B
C
C
ln.
'k
k
CCCC'k
dt
dC
Thay (4) và (1) ta được:
(5)
Reactions)

111
Xác định k và k’
Reactions)

Phản ứng song song tiến hành theo sơ đồ sau:
Sự phụ thuộc nồng độ các chất A và B vào thời gian t được biểu thị
bằng các phương trình sau:
CA = a.e−0,08t; CB = a. 1 − 𝑒−0,06𝑡 ;
Xác định phương trình biểu thị sự phụ thuộc nồng độ chất C vào thời
gian?
Bài tập 7
112
A
B
C
Reactions)

113
Phản ứng nối tiếp là phản ứng tạo sản phẩm
cuối không phải trực tiếp từ chất tham gia
phản ứng đầu mà phải qua các giai đoạn tạo
ra một số sản phẩm trung gian không bền.
3.4. Phản ứng nối tiếp (Two Consecutive
Steps)
Định nghĩa

114
Mô hình:
Theo điều kiện cân bằng vật chất, ở mọi thời điểm luôn
có hệ thức:
C0
A = CA + CB + CC
Steps)
Tại t = 0: C0
A CB = CC = 0
A B C
k k’

115
Từ sơ đồ phản ứng trên ta có thể viết:
(2’)Ck'
dt
kC
)2(k’CkC
dt
dC
)1(kC
dt
dC
B
C
BA
B
A
A
=+
-=+
=-
Steps)

116
Thay (*) vào (2) ta được:
(*)eCC(1) kt0
AA

(3)ekCCk'
dC
Ck'ekC
dC
kt0
AB
B
B
kt0
A
B
.
.
dt
dt




Steps)

Giải phương trình (3) ta được nghiệm là:
 

















kk'
k.
kk'
k'.
1
x
kk'
k
eeCC
eeCC
tk'kt
0
AC
tk'kt0
AB
CB 
117
Steps)

Khảo sát sự biến thiên nồng độ các chất đầu A, chất trung gian B và
sản phẩm cuối C. Ta tính được:
k'k
k'
k
ln
max







t
k'-k
k'
0
max
k
k'






 AB CC
118
Steps)

119
Phản ứng quang hóa là phản ứng xảy ra
dưới tác dụng của tia bức xạ thuộc vùng
nhìn thấ và vùng tử ngoại
3.5. Phản ứng quang hóa (Photochemical
Reactions)
Định nghĩa

120
Theo định luật đương lượng quang hóa học, nếu
ánh sáng gây ra sự biến đổi hóa học thì mỗi
lượng tử (photon) được hấp thụ gây ra sự biến
đổi của một phân tử chất phản ứng.
Reactions)
Phương trình tốc độ

121
Reactions)
Năng lượng của 1 photon bằng:
𝜀 = ℎ. 𝜈 =
ℎ. 𝐶
𝜆
h là hằng số plank;  là tần số bức xạ ;
C là tốc độ ánh sáng ; là bước sóng của bức xạ

122
Reactions)
No là số Avogadro
Đối với 1 mol photon (1 Anhstanh photon) có năng lượng
bằng:
𝐸 = 𝑁𝑜. 𝜀 = 𝑁𝑜. ℎ. 𝜈 = 𝑁𝑜.
ℎ. 𝐶
𝜆

123
Reactions)
Hiệu suất lượng tử được định nghĩa như sau:
φ =
Số phân tử chất phản ứng chuyển hóa
Số photon hệ hấp thụ

124
Reactions)
Tốc độ phản ứng quang hóa học:
𝑉 = −
𝑑𝑛
𝑑𝑡
= 𝜑.
Δ𝐼
ℎ𝜈
n – là số phân tử chất đã phản ứng tại thời điểm t ;
 - là hiệu suất lượng tử ; I – là năng lượng hệ hấp thụ.

125
3.6. Phản ứng dây chuyền (Chain Reactions)
Mục đích
Nội dung
Phương pháp nồng độ ổn định

126
Phản ứng dây chuyền là loại phản ứng phức tạp
trong đó có sự hình thành các tiểu phân hoạt
động (những gốc hay nguyên tử tự do). Những
tiểu phân hoạt động này tham gia vào phản ứng
và lại tạo ra những tiểu phân hoạt động mới.
Những tiểu phân mới này lặp lại quá trình trên
làm cho phản ứng phát triển xa hơn.
Định nghĩa

127
R*1 và R*2 là các tiểu phân hoạt động ;
A1, A2 là các chất đầu ;
B1, B2 là các sản phẩm.

128
Tốc độ phản ứng dây chuyền được viết :
−
𝑑 𝐴1
𝑑𝑡
=
𝑑 𝐵1
𝑑𝑡
= 𝑘1. [𝑅1
∗
][𝐴1]
−
𝑑 𝐴2
𝑑𝑡
=
𝑑 𝐵2
𝑑𝑡
= 𝑘2. [𝑅2
∗
][𝐴2]

129
 Muốn viết phương trình vi phân cho nồng độ gốc tự do phải
kể đến tốc độ sinh mạch và ngắt mạch.
 Vì các gốc tự do là các tiểu phân trung gian rất hoạt động,
nên sử dụng phươngb pháp nồng độ ổn định để xác định.

13
0
CHƯƠNG 4
ĐỘNG HỌC PHẢN ỨNG XÚC TÁC
(The kinetics of catalyst reactions)

13
1
NỘI DUNG
4.1. Các khái niệm cơ bản, phân loại các quá
trình xúc tác
4.2. Đặc tính chung của tác dụng xúc tác
4.3. Phản ứng xúc tác đồng thể
4.4. Xúc tác dị thể
4.5. Các thuyết phản ứng xúc tác dị thể
4.6. Các chất xúc tác rắn sử dụng trong công
nghiệp

4.1. Tổng quan (An Overview and
Classification of Catalyst Reaction)
132
Hiện tượng xúc tác
Chất xúc tác

 Chất xúc tác làm tăng vận tốc của phản ứng
thường gọi là chất xúc tác dương hay gọi chung
chất xúc tác
 Các chất làm giảm vận tốc của phản ứng gọi chất
xúc tác âm hay là chất ức chế.
133
Chất xúc tác

Phân loại
XT dị thể XT đồng thể XT men
134

 Xúc tác đồng thể: chất xúc tác có cùng pha với các chất tham
gia phản ứng như axit, bazơ, muối của các kim loại chuyển
tiếp…
 Xúc tác dị thể: chất xúc tác khác pha với các chất tham gia
phản ứng, chất xúc tác dị thể như kim loại chuyển tiếp, zeolite,
oxít..
 Xúc tác men: Tác nhân gây xúc tác là những vi sinh vật,
người ta gọi nó là enzym.
135
Phân loại

 Không làm thay đổi nhiệt động;
 Chất xúc tác chỉ làm tăng vận tốc của phản ứng có G < 0
 Làm giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng;
 Chất xúc tác không làm thay đổi cân bằng của phản ứng
nhưng làm cho cân bằng đạt được nhanh hơn;
 Xúc tác có tính chọn lọc  chất xúc tác giúp phản ứng tạo sản
phẩm mong muốn.
136
4.2. Đặc tính tác dụng xúc tác (General
Properties of Catalyst)

137
Năng lượng hoạt hóa
NLHH khi pư
không có XT
NLHH khi pư
có XT
NL giải phóng
của pư thuận
Quá trình phản ứng
Thếnăng

 Xúc tác là Cu ở nhiệt độ từ 200 đến 2500C: sản phẩm là andehyd.
 Xúc tác là Al2O3 ở nhiệt độ từ 300 đến 3600C: sản phẩm là etylen.
 Xúc tác là ZnO + Cr2O3 ở nhiệt độ từ 400 đến 5000C: sản phẩm là
butadien.
 Xúc tác là H2SO4 đặc ở nhiệt độ từ 1400C: sản phẩm là dietyl eter
138
Tính chọn lọc
Rượu etylic

139
(Homogeneous Catalysis)
Đặc điểm
Tác dụng chủ yếu của xúc tác là làm giảm
năng lượng hoạt hóa của phản ứng bằng cách
làm thay đổi cơ chế phản ứng, từ đó làm tăng
vận tốc phản ứng.

140
Ví dụ
Phản ứng khi không có xúc tác:
Phản ứng khi có xúc tác:

141

Phương trình động học phụ thuộc vào nồng độ hợp
chất trung gian.
Thuyết hợp chất trung gian (Spitalki-1926)
 Chất xúc tác sẽ kết hợp với một số chất tham
gia phản ứng tạo ra hợp chất trung gian.
 Giai đoạn tạo ra hợp chất trung gian xảy ra rất
nhanh và là một quá trình thuận nghịch.
142

Giải
hấp
Phản
ứng
Bề mặt
Khuếch
tán
Chuyển
chất
Hấp
phụ
Quá trình xúc tác dị thể
qua các giai đoạn
143
4.4. Phản ứng xúc tác dị thể

 Thuyết các trung tâm hoạt động của Taylor
 Thuyết đa vị của Baladin
 Thuyết tập đoàn hoạt động của Kobozev (1939)
 Thuyết điện tử
144
4.5. Các thuyết phản ứng xúc tác dị thể
(Homogeneous Catalysis Theory)

Tầm quan trọng của xúc tác
 Sản xuất trong công nghiệp
 Bảo vệ môi trường
145
4.6. Các chất xúc tác rắn phổ biến trong CN
(Solid catalyst used in industry)

Đặc điểm phân loại
[1] Các loại phản ứng hóa học và các chất xúc
tác cho chúng
[2] Các chất xúc tác và các phản ứng mà nó
tác dụng
146

Phân loại theo hướng [2]
 Xúc tác axit-bazơ
 Xúc tác kim loại
 Xúc tác zeolit
147

Xúc tác axit-bazơ
 Các axit mạnh có khả năng chuyển proton cho các chất
phản ứng như: AlX3, BF, aluminosilicat, -Al2O3, silicate Mg,
silicat zircon (Zr)
 Tác dụng theo các loại phản ứng: alkyl hóa, cracking, đóng
vòng, phan bố lại hydro, đồng phân hóa, polyme hóa...
148

Xúc tác kim loại
 Chất xúc tác kim loại thuộc nhóm VIII và các kim loại chuyển
tiếp: 3d, 4d, 5d...
 Các oxit, sunfit và các hydrit của các kim loại tạo ra dạng
chuyển tiếp giữa các chất xúc tác axit-bazơ và các kim loại.
 Loại xúc tác này có tác dụng xúc tác cho các phản ứng
hydro hóa, dehydro hóa...
149

Xúc tác Zeolit
 Zeolit là một loại xúc tác aluminoslicat tinh thể
 Zeolit được dùng làm xúc tác cho các phản ứng cracking,
hydro – cracking, đồng phân hóa, alkyl hóa, hydro-dehydro
hóa, oxy hóa...
 Zeolit bền nhiệt, bền với chất độc, bề mặt riêng phát triển
(khoảng 800m2/g), bền cơ và có khả năng trao đổi ion.
150

Xúc tác Zeolit
n – hóa trị của ion kim loại M;
x – biểu diễn tỷ số SiO2/Al2O3;
y – biểu diễn số mol H2O
151
M2On.Al2O3.xSiO2.yH2O

Zeolit
152

Sản xuất Zeolit
153

1. Trình bày những vấn đề về xúc tác?
2. Trình bày đặc tính chung của tác dụng xúc tác?
3. Trình bày quá trình phản ứng xúc tác đồng thể?
4. Trình bày quá trình phản ứng xúc tác dị thể?
5. Trình bày các thuyết xúc tác dị thể sau:
6. Trình bày các chất xúc tác rắn phổ biến trong công nghiệp
hiện nay?
154
Câu hỏi ôn tập

15
5
CHƯƠNG 5
PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH BẬC PHẢN ỨNG
(The Method Determination of Reaction Order)

15
6
NỘI DUNG
5.1. Phương pháp tích phân
5.2. Phương pháp vi phân
5.3. Phương pháp chuyển hóa 1/q tác chất

157
Phương pháp
hoá học
Phương pháp đo
Phương pháp
hóa lý
dt
dC
W i
 Thông số hóa lý
General

158
 Đo áp suất, nếu trong hệ có sự biến đổi số phần tử trong quá
trình phản ứng
 Đo thể tích, nếu phản ứng trong pha lỏng có thể tạo ra một khí
nào đó, dựa theo sự biến đổi thể tích của khí thoát ra có thể xác
định được tốc độ phản ứng.
 Đo sự quay cực quang học, nếu trong phản ứng có sự tham gia
của chất hoạt động quang học…
Thông số hóa lý
General

159
Phương pháp tốc độ dạng cơ bản:
m21 n
m
n
2
n
1
i
C...CkC
dt
dC
W 
Bậc phản ứng:
n = n1 + n2 + … + nm
 Phản ứng đơn giản: ni = phân tử số phản ứng
 Phản ứng phức tạp: ni : tính toán thực nghiệm
General

160
Phương pháp
vi phân (cô lập)
Phương pháp xác định
Phương pháp
tích phân (thế)
Phương pháp
chuyển hóa
Phương pháp Van’t Hoff
Phương pháp nồng độ đầu
General

Giả sử phản ứng bậc n
Thay giá trị thực nghiệm
vào PTTĐ tương ứng
Tính ki ở các giá trị trên
ki không đổi  phù hợp bậc và PTTĐ
kt
C
C
ln
A
0
A

kt
C
1
C
1
0
AA

Bậc 1
Bậc 2
Bậc 3
161
 
2kt
C
1
C
1
20
A
2
A

5.1. Phương pháp tích phân (Determination of
Reaction Order Using Integrated Rate Laws)

162
5.2. Phương pháp vi phân (The Method of
Isolation)
The Method of
Initial Rates
The method of isolation
Van’t Hoff
Method

21 n
B
n
A
i
CCk'
dt
dC
W 
CB >> CA  CB CB
o  k’CB = k

A
i
kC
dt
dC
W 
β là bậc của chất phản ứng có mặt với nồng độ
rất nhỏ hay có thể là bậc chung của phản ứng.
163
Isolation)

Van’t Hoff method
β
A
A
kC
dt
dC
W 
lnW = lnk + βlnCA
Lấy LOGARIT hai vế
Khảo sát hai thời điểm t1, t2
t1  W1, CA1
t2  W2 , CA2
164
Isolation)

t1 : lnW1 = lnk + βlnCA1
t2 : lnW2 = lnk + βlnCA2
Bậc phản ứng β được xác định bằng phương pháp đại số như sau:
A2
A1
2
1
C
C
ln
W
W
ln
β 
165
Van’t Hoff method
Isolation)

The Method of Initial Rates
β
0
α
0BkAW 
β
0
α'
0
'
0 BkAW 
β
0
α''
0
''
0 BkAW 
 
 ''
0
'
0
''
0
'
0
/AAln
/WWln
α 
Chọn Bo như nhau, thay đổi A
Bo, Ao’
Bo, Ao’’
Tương tự xác định bậc 166
Isolation)

PTĐH có dạng
n
i
i
kC
d
dC
- 
t
tk
C
1
C
1
1-n
1
n1-n
0i
1-n
i







Lấy tích phân n  1
167
5.3. Phương pháp chuyển hóa 1/q (The Method
of tranfer 1/q)

Gọi t1/q là thời điểm chuyển hóa 1/q chất tham gia phản
ứng, tức là:
q
0i
0ii
C
-CC 
Thay vào PT trên, ta được:
1/qn
1
1
0 tk1
1-q
q
1
1


























n
n
i
n
C
168
of tranfer 1/q)

Lấy LOGARIT hai vế PT trên, ta có:
lnt1/q = lnQ + (1-n)lnC0i
Xây dựng thưc nghiệm từ phương trình tuyến tính
trên,Ta thu được hệ số góc đường thẳng (1-n).
Khi 1/q = ½  t = t1/2: chu kỳ bán huỷ
i
n
n
Cn
nk
t 0
1
2/1 ln)1(
)1(
12
lnln 









169
of tranfer 1/q)

17
0
CHƯƠNG 6
CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỐC ĐỘ
(The factors effecting to reaction Rates)

17
1
NỘI DUNG
6.1. Sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng
6.2. Năng lượng hoạt hóa
6.3. Sự nổ nhiệt

 Hầu hết vận tốc của các phản ứng hóa học đều tăng theo nhiệt
độ, lý do là khi tăng nhiệt độ làm số tiểu phân hoạt động tăng lên.
 Một số phản ứng khác thì bị chậm lại khi nhiệt độ tăng lên.
 Loại thứ ba lúc đầu thì vận tốc phản ứng tăng theo nhiệt độ
nhưng khi nhiệt độ đạt đến một giới hạn nhất định thì vận tốc
phản ứng lại giảm dần.
172
6.1. Sự ảnh hưởng của nhiệt độ (The
Temperature Dependence of Reaction Rates)

  n
T
10.nT
k
k


42 
: hệ số nhiệt độ của tốc độ phản ứng
KT, kT+10: hằng số tốc độ phản ứng ở nhiệt độ T và T + 10
Quy tắc thực nghiệm Van’t Hoff
173

174
2
a
RT
E
dT
klnd

k : hằng số tốc độ phản ứng
Ea: năng lượng hoạt hóa
RT
E
0
a
ekk

hay
Phương trình Arrhenius (1889)

Hằng số khí lý tưởng R
R = 8,314.107 erg/mol.độ
= 8,314 J/mol.độ
= 62.400 mmHg/mol.độ
= 0,082 atm.lít/mol.độ
= 1,987 cal/mol.độ
175

Lấy tích phân phương trình từ nhiệt độ T1 đến T2 ta
được:
Nếu biết các hằng số vận tốc ở hai nhiệt độ T1, T2 thì ta có
thể xác định được năng lượng hoạt hóa Ea.







12
a
T
T
T
1
T
1
R
E
k
k
ln
1
2
21 TT k,k
2
a
RT
E
dT
klnd

176

177
6.2. Năng lượng hoạt hóa
(Activation Energy)

178
(The thermal explosion)
Hiện tượng nổ nhiệt

179
(The thermal explosion)
Định nghĩa
Hiện tượng chuyển phản ứng đến trạng thái
không ổn định tiến đến sự bốc cháy hỗn hợp
và nổ được gọi là sự nổ nhiệt

18
0
CHƯƠNG 7
CÁC THUYẾT ĐỘNG HỌC VỀ PHẢN ỨNG
ĐỒNG THỂ
(The kinetics theory of Homogeneous Reactions)

18
1
NỘI DUNG
7.1. Thuyết va chạm đối với phản ứng lưỡng phân tử
7.2. Thuyết trạng thái chuyển tiếp
7.3. Hiệu ứng muối sơ cấp

18
2
7.1. Thuyết va chạm (Collision Theory)
Arrhenius
Sự va chạm
Va chạm hoạt động
Các phân tử hoạt động

18
3
Arrhenius
Va chạm Năng lượng
Năng lượng hoạt hóa là năng lượng cần thiết để
đưa các phân tử chất phản ứng có năng lượng
trung bình lên trạng thái hoạt động.

18
4
Mô hình
(va chạm cùng loại)
2A  C + D
Số va chạm trong một đơn vị thời gian và quy về đơn vị
thể tích:
𝑍 𝐴𝐴 = 2𝑛2 𝜎2
𝑅𝑇
𝑀
1/2

18
5
 n là số phân tử chất A trong đơn vị thể tích;
  là bán kín va chạm;
 M là khối lượng phân tử
Trong đó:

18
6
Tốc độ phản ứng: 𝑣 = 𝑘. 𝑍 𝐴𝐴. 𝑒−𝐸/𝑅𝑇
v = k.[A]2 = k.n2
𝑘 =
𝑣
𝑛2
=
1
𝑛2
2. 𝑍 𝐴𝐴. 𝑒−𝐸/𝑅𝑇 = 4𝜎2
𝜋𝑅𝑇
𝑀
1/2
𝑒−𝐸/𝑅𝑇
Tốc độ phản ứng theo động hóa học:
Hằng số tốc độ phản ứng:

18
7
Mô hình
(va chạm khác loại)
A + B  C + D
Số va chạm trong một đơn vị thời gian và quy về đơn vị
thể tích:
𝑍 𝐴𝐵 = 2𝑛 𝐴 𝑛 𝐵 𝜎𝐴𝐵
2
8𝜋𝑅𝑇
𝜇
1/2

18
8
Tốc độ phản ứng: 𝑣 = 𝑘. 𝑍 𝐴𝐵. 𝑒−𝐸/𝑅𝑇
Tốc độ phản ứng theo động hóa học:
Hằng số tốc độ phản ứng:
𝑣 =
𝑘
𝑛 𝐴. 𝑛 𝐵
𝑘 = 𝜎𝐴𝐵
2
8𝜋𝑅𝑇
𝜇
1/2
𝑒−𝐸/𝑅𝑇

18
9
 nA, nB là số phân tử A và B trong đơn vị thể tích;
 AB là bán kính va chạm trung bình;
  là khối lượng rút gọn
Trong đó:
𝜎𝐴𝐵 =
𝜎𝐴 + 𝜎 𝐵
2
𝜇 =
𝑀𝐴. 𝑀 𝐵
𝑀𝐴 + 𝑀 𝐵

19
0
(Transition-State Theory)
Va chạm
Trạng thái trung gian
(trạng thái chuyển tiếp)
Sản phẩm
Phân hủy

19
1
Năng lượng hoạt hóa
Năng lượng hoạt hóa là năng lượng cần tiêu
tốn để chuyển các chất tham gia phản ứng ở
trạng thái căn bản thành phức chất hoạt động
hay trạng thái chuyển tiếp.

19
2
Mô hình
Hằng số tốc độ phản ứng được tính:
A + B X* C + D
𝑘 𝑝ư = −
kT
ℎ
𝑒−
Δ𝐺∗
𝑅𝑇𝑙𝑛𝑘 𝑝ư = −
Δ𝐺∗
𝑅𝑇
+ 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡

19
3
Trong đó:
 G* – biến thiên thế đẳng áp ứng với
hai trạng thái đầu và phức hoạt động;
 k – là hằng số Bonzman;
 h – là hằng số plank

19
4
𝑒−
Δ𝐺∗
𝑅𝑇 = 𝐾∗ 𝑘 𝑝ư = −
kT
ℎ
. 𝐾∗
G* = H* - T.S* 𝑘 𝑝ư =
kT
ℎ
. 𝑒
Δ𝑆∗
𝑅 . 𝑒−
Δ𝐻∗
𝑅𝑇
H* = E – n.R.T

19
5
H* = E – n.R.T
Giữa H* và E có mối quan hệ sau:
 n bằng 1 đối với phản ứng đơn phân tử trong pha
khí hoặc đối với môi phản ứng trong pha lỏng;
 n sẽ bằng 2 đối với phản ứng lưỡng phân tử
trong pha khí.

19
6
H* = E – n.R.T
𝑘 𝑝ư =
kT
ℎ
. 𝑒1+
Δ𝑆∗
𝐸 . 𝑒−
E
𝑅𝑇
𝑘 𝑝ư =
kT
ℎ
. 𝑒
Δ𝑆∗
𝑅 . 𝑒−
Δ𝐻∗
𝑅𝑇
𝑘 𝑝ư =
kT
ℎ
. 𝑒2+
Δ𝑆∗
𝐸 . 𝑒−
E
𝑅𝑇

19
7
So sánh với phương trình Arrhenius:
𝑘 𝑜 =
kT
ℎ
. 𝑒 𝑛+
Δ𝑆∗
𝐸

19
8
(Primary Salt Effects)
Quan điểm
Vai trò đáng được quan tâm trong nghiên cứu động
học phản ứng trong pha lỏng đó là hiệu ứng muối sơ
cấp, nó phản ảnh sự ảnh hưởng của các chất điện ly
đến hằng số tốc độ phản ứng.

19
9
Khảo sát mô hình:
AZA + BZB = ABZA+ ZB sản phẩm
Phương trình tốc độ biểu diễn là: W = k’.CAB
K
aAB
aAaB
=
CAB
CACB
.
γAB
γAγB
CAB = K.
γAB
γAγB
CACB

20
0
Thay vào phương trình tốc độ:
W = k’. K.
γAB
γAγB
CACB
k = k’.K.
𝛾 𝐴𝐵
𝛾 𝐴.𝛾 𝐵
= ko.
𝛾 𝐴𝐵
𝛾 𝐴.𝛾 𝐵
ko = k’.K là hằng số tốc độ phản ứng khi dung dịch vô
cùng loãng, tức k = ko khi 𝛾 𝐴 = 𝛾 𝐵 = 𝛾 𝐴𝐵 = 1

Dong hoa hoc co ban nguyen minh quang iuh

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Dong hoa hoc co ban nguyen minh quang iuh

Similar to Dong hoa hoc co ban nguyen minh quang iuh (20)

More from Nguyen Thanh Tu Collection

More from Nguyen Thanh Tu Collection (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (12)

Dong hoa hoc co ban nguyen minh quang iuh