1. Bài 15. Phương trình tốc độ phản ứng và hằng số tốc độ phản ứng

Cho phương trình hoá học:

2KMnO₄(aq) + 10FeSO₄(aq) + 8H₂SO₄(aq)

-> 5Fe₂(SO₄)₃(aq) + K₂SO₄(aq) + 2MnSO₄(aq) + 8H₂O(l)

Với cùng một lượng các chất tham gia phản ứng, chất phản ứng hết nhanh nhất là:

A. KMnO₄.                                                     

B. FeSO₄.                   

C. H₂SO₄.                                                       

D. Cả 3 chất hết cùng lúc.

Phương pháp giải:

So sánh hệ số của các chất tham gia, chất nào có hệ số càng lớn thì càng nhanh hết                        

Lời giải chi tiết:

- Đáp án: B

Đối với phản ứng: A + 3B → 2C, phát biểu nào sau đây đúng?

A. Tốc độ tiêu hao chất B bằng 3/2 tốc độ tạo thành chất C.

B. Tốc độ tiêu hao chất B bằng 2/3 tốc độ tạo thành chất C.

C. Tốc độ tiêu hao chất B bằng 3 tốc độ tạo thành chất C.

D. Tốc độ tiêu hao chất B bằng 1/3 tốc độ tạo thành chất C.

Phương pháp giải:

Dựa vào tỉ lệ mol hoặc hệ số của các chất trong phản ứng sẽ tỉ lệ với tốc độ tiêu hao/ tốc độ tạo thành của các chất

Lời giải chi tiết:

- Có 2.nB = 3.nC => \(\frac{{{n_B}}}{{{n_C}}} = \frac{3}{2}\) => Tốc độ tiêu hao chất B bằng 3/2 tốc độ tạo thành chất C

=> Đáp án: A

Biểu đồ nào sau đây không biểu diễn sự phụ thuộc nồng độ chất tham gia với thời gian

Phương pháp giải:

- Nồng độ chất tham gia giảm dần theo thời gian

- Nồng độ chất sản phẩm tăng dần theo thời gian

Lời giải chi tiết:

- Nồng độ chất tham gia giảm dần theo thời gian => Đồ thị C không biểu diễn phụ thuộc nồng độ chất tham gia với thời gian

Đồ thị biểu diễn đường cong động học của phản ứng giữa oxygen và hydrogen tạo thành nước, O₂(g) + 2H₂(g) → 2H₂O(g). Đường cong nào của hydrogen?

A. Đường cong số (1).

B. Đường cong số (2).

C. Đường cong số (3).

D. Đường cong số (2) hoặc (3) đều đúng.

Phương pháp giải:

Dựa vào

- Nồng độ chất tham gia giảm dần theo thời gian

- Nồng độ chất sản phẩm tăng dần theo thời gian

Lời giải chi tiết:

- Đáp án: C

Phương trình tổng hợp ammonia (NH₃), N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g). Nếu tốc độ tạo thành NH₃ là 0,345 M/s thì tốc độ của chất phản ứng H₂ là

A. 0,345 M/s.

B. 0,690 M/s. 

C. 0,173 M/s.

D. 0,518 M/s.

Phương pháp giải:

Dựa vào tỉ lệ mol hoặc hệ số của các chất trong phản ứng sẽ tỉ lệ với tốc độ tiêu hao/ tốc độ tạo thành của các chất

Lời giải chi tiết:

- Có tỉ lệ: \(\frac{{{n_{{H_2}}}}}{{{n_{N{H_3}}}}} = \frac{{{V_{{H_2}}}}}{{{V_{N{H_3}}}}} = \frac{3}{2}\) => \({V_{{H_2}}} = \frac{{3.{V_{{N_2}}}}}{2} = \frac{{3.0,345}}{2} = 0,518M/s\) ð Đáp án: D

Phương trình hoá học của phản ứng: CHCl₃(g) + Cl₂(g) → CCl₄(g) + HCl(g). Khi nồng độ của CHCl₃ giảm 4 lần, nồng độ Cl₂ giữ nguyên thì tốc độ phản ứng sẽ

A. tăng gấp đôi          

B. giảm một nửa.       

C. tăng 4 lần.  

D. giảm 4 lần.

Phương pháp giải:

Dựa vào biểu thức tốc độ tức thời của phản ứng

aA + bB -> cC + dD là \(v = k.C_A^a.C_B^b\)

Lời giải chi tiết:

- Dựa theo biểu thức tốc độ tức thời ta có: \(v = k.C_{CHC{l_3}}^1.C_{C{l_2}}^1\)

- Khi giảm nồng độ CHCl₃ đi 4 lần ta có: \(v' = k.\frac{{C_{CHC{l_3}}^1}}{4}.C_{C{l_2}}^1\) => \(v' = \frac{v}{4}\)

=> Tốc độ phản ứng giảm 4 lần

=> Đáp án: D

Cho phương trình hoá học của phản ứng:

CO(g) + H₂O(g) → CO₂(g) + H₂(g)

Viết biểu thức tốc độ của phản ứng trên. Khi nồng độ CO tăng 2 lần, lượng hơi nước không thay đổi, tốc độ phản ứng thay đổi như thế nào?

Phương pháp giải:

Dựa vào biểu thức tốc độ tức thời của phản ứng

aA + bB -> cC + dD là \(v = k.C_A^a.C_B^b\)

Lời giải chi tiết:

- Dựa theo biểu thức tốc độ tức thời ta có: \(v = k.C_{CO}^1.C_{{H_2}O}^1\)

- Khi nồng độ CO tăng 2 lần ta có: \(v' = k.{(2.C_{CO}^{})^1}.C_{{H_2}O}^1\) => \(v' = 2v\)

=> Tốc độ phản ứng tăng 2 lần

Từ dữ kiện trong Ví dụ 1 (SGK trang 95), tính tốc độ trung bình của phản ứng theo giá trị nồng độ của MgCl₂ trong 40 giây (bỏ qua sự thay đổi không đáng kể về thể tích dung dịch sau phản ứng). So sánh giá trị tốc độ phản ứng tính theo HCl với tính theo MgCl₂.

Phương pháp giải:

aA + bB -> cC + dD là \(\overline v  =  - \frac{1}{a}.\frac{{\Delta {C_A}}}{{\Delta t}} =  - \frac{1}{b}.\frac{{\Delta {C_B}}}{{\Delta t}} = \frac{1}{c}.\frac{{\Delta {C_C}}}{{\Delta t}} = \frac{1}{d}.\frac{{\Delta {C_D}}}{{\Delta t}}\)

 Trong đó:                               

+ \(\overline v \): tốc độ trung bình của phản ứng

+ \(\Delta C = {C_2} - {C_1}\): sự biến thiên nồng độ

+ \(\Delta t = {t_2} - {t_1}\): sự biến thiên thời gian

Lời giải chi tiết:

- Có C_M (HCl) = 0,8 - 0,6 = 0,2 M

- Theo phương trình: Mg(s) + 2HCl(aq) -> MgCl₂(aq) + H₂(g)

                                                            0,2            ->  0,1                                 (M)

- Tốc độ trung bình của phản ứng tính theo MgCl₂ trong 40s là:

\(\overline v  = \frac{1}{1}.\frac{{0,1}}{{40}} = 2,{5.10^{ - 3}}\) (M/s)

=> Vậy giá trị tốc độ phản ứng tính theo HCl với tính theo MgCl₂ là bằng nhau.

Một số phản ứng diễn ra với số mol chất phản ứng cụ thể theo thời gian được thể hiện trong bảng dưới đây.

a) Tính tốc độ trung bình của mỗi phản ứng

b) Phản ứng nào diễn ra với tốc độ nhanh nhất? Phản ứng nào diễn ra với tốc độ chậm nhất?

Phương pháp giải:

Dựa vào biểu thức tốc độ trung bình của phản ứng:

aA + bB -> cC + dD là \(\overline v  =  - \frac{1}{a}.\frac{{\Delta {C_A}}}{{\Delta t}} =  - \frac{1}{b}.\frac{{\Delta {C_B}}}{{\Delta t}} = \frac{1}{c}.\frac{{\Delta {C_C}}}{{\Delta t}} = \frac{1}{d}.\frac{{\Delta {C_D}}}{{\Delta t}}\)                          

+ \(\overline v \): tốc độ trung bình của phản ứng

+ \(\Delta C = {C_2} - {C_1}\): sự biến thiên nồng độ

+ \(\Delta t = {t_2} - {t_1}\): sự biến thiên thời gian

Lời giải chi tiết:

a) Tốc độ trung bình của mỗi phản ứng là:

b) Phản ứng 5 diễn ra với tốc độ nhanh nhất, phản ứng 3 diễn ra với tốc độ chậm nhất

Hai phương trình hoá học của phản ứng xảy ra với cùng một lượng Cl₂ như sau:

Mg(s) + Cl₂(g) → MgCl₂(s)   (1)

2Na(s) + Cl₂(g) → 2NaCl(s)   (2)

Sau 1 phút, khối lượng MgCl₂ được tạo ra 2 gam.

a) Tính tốc độ trung bình (mol/s) của phản ứng (1).

b) Nếu tốc độ trung bình xảy ra trong phản ứng (2) tương đương (1), thì khối lượng sản phẩm NaCl thu được là bao nhiêu?

Phương pháp giải:

Dựa vào biểu thức tốc độ trung bình của phản ứng:

aA + bB -> cC + dD là \(\overline v  = \frac{n}{{\Delta t}}\)

+ \(\overline v \): tốc độ trung bình của phản ứng

+ n: số mol chất phản ứng

+ \(\Delta t = {t_2} - {t_1}\): sự biến thiên thời gian

Lời giải chi tiết:

a) - \({n_{MgC{l_2}}} = \frac{2}{{95}}\)mol

- Tốc độ trung bình (mol/s) của phản ứng (1) là \(\overline v  = \frac{2}{{95.60}} = 3,{5.10^{ - 4}}\)

b) \({m_{NaCl}} = 3,{5.10^{ - 4}}.58,5 = 0,02\)(gam/s)

Cho phản ứng tert-butyl chloride (tert–C₄H₉Cl) với nước:

C₄H₉Cl(l) + H₂O(l) → C₄H₉OH(aq) + HCl(aq)

Tính tốc độ trung bình của phản ứng theo tert–butyl chloride, với nồng độ ban đầu là 0,22 M, sau 4s, nồng độ còn lại 0,10 M.

Phương pháp giải:

Dựa vào biểu thức tốc độ trung bình của phản ứng:

aA + bB -> cC + dD là \(\overline v  =  - \frac{1}{a}.\frac{{\Delta {C_A}}}{{\Delta t}} =  - \frac{1}{b}.\frac{{\Delta {C_B}}}{{\Delta t}} = \frac{1}{c}.\frac{{\Delta {C_C}}}{{\Delta t}} = \frac{1}{d}.\frac{{\Delta {C_D}}}{{\Delta t}}\)

+ \(\overline v \): tốc độ trung bình của phản ứng

+ \(\Delta C = {C_2} - {C_1}\): sự biến thiên nồng độ

+ \(\Delta t = {t_2} - {t_1}\): sự biến thiên thời gian

Lời giải chi tiết:

- Tốc độ trung bình của phản ứng là: \(\overline v  = \frac{{0,22 - 0,10}}{4} = 0,03\)(mol/s)

Xét phản ứng hoá học đơn giản giữa hai chất A và B theo phương trình: A + B → C. Từ thông tin đã cho, hoàn thành bảng dưới đây:

Phương pháp giải:

Dựa vào biểu thức tốc độ tức thời của phản ứng

aA + bB -> cC + dD là \(v = k.C_A^a.C_B^b\)

Lời giải chi tiết:

- Từ thực nghiệm 1 ta có: k = \(\frac{v}{{{C_A}.{C_B}}} = \frac{{0,24}}{{0,2.0,05}} = 24\)

- Từ đó ta tính được:

+ Trong thực nghiệm 2:

C_A = \(\frac{v}{{k.{C_B}}} = \frac{{0,20}}{{24.0,03}} = 0,278M\)

+ Trong thực nghiệm 3:

C_B = \(\frac{v}{{k.{C_A}}} = \frac{{0,80}}{{24.0,40}} = 0,083M\)

Xét phản ứng phân huỷ khí N₂O₅ xảy ra như sau:

2N₂O₅(g) → 4NO₂(g) + O₂(g)

a) Viết biểu thức tính tốc độ phản ứng theo sự biến thiên nồng độ của chất tham gia và sản phẩm theo thời gian.

b) Sau khoảng thời gian t (s), tốc độ tạo thành O₂ là 9,0 × 10^-6 (M/s), tính tốc độ của các chất còn lại trong phản ứng.

Phương pháp giải:

- Biểu thức tốc độ trung bình của phản ứng:

aA + bB -> cC + dD là \(\overline v  =  - \frac{1}{a}.\frac{{\Delta {C_A}}}{{\Delta t}} =  - \frac{1}{b}.\frac{{\Delta {C_B}}}{{\Delta t}} = \frac{1}{c}.\frac{{\Delta {C_C}}}{{\Delta t}} = \frac{1}{d}.\frac{{\Delta {C_D}}}{{\Delta t}}\)

+ \(\overline v \): tốc độ trung bình của phản ứng

+ \(\Delta C = {C_2} - {C_1}\): sự biến thiên nồng độ

+ \(\Delta t = {t_2} - {t_1}\): sự biến thiên thời gian

- Biểu thức tốc độ tức thời của phản ứng aA + bB " cC + dD là \(v = k.C_A^a.C_B^b\)

Lời giải chi tiết:

a) Biểu thức tốc độ trung bình của phản ứng là:

\(\overline v  =  - \frac{1}{2}.\frac{{\Delta {C_{{N_2}{O_5}}}}}{{\Delta t}} = \frac{1}{1}.\frac{{\Delta {C_{{O_2}}}}}{{\Delta t}} = \frac{1}{4}.\frac{{\Delta {C_{N{O_2}}}}}{{\Delta t}}\)

b) Từ hệ số cân bằng của phương trình ta có:

+ Tốc độ tạo thành NO₂ là \({v_{N{O_2}}} = 4{v_{{O_2}}} = 4.9,{0.10^{ - 6}} = 3,{6.10^{ - 5}}\) (M/s)

+ Tốc độ tạo thành N₂O₅ là \({v_{{N_2}{O_5}}} = 2{v_{{O_2}}} = 2.9,{0.10^{ - 6}} = 1,{8.10^{ - 5}}\) (M/s)

Sulfuric acid (H₂SO₄) là hoá chất quan trọng trong công nghiệp, ứng dụng trong sản xuất phân bón, lọc dầu, xử lí nước thải,... Một giai đoạn để sản xuất H₂SO₄ là phản ứng 2SO₂(g) + O₂(g) → 2SO₃(g), kết quả thực nghiệm của phản ứng cho giá trị theo bảng:

Tính tốc độ trung bình của phản ứng trong khoảng thời gian trên

Phương pháp giải:

aA + bB -> cC + dD là \(\overline v  =  - \frac{1}{a}.\frac{{\Delta {C_A}}}{{\Delta t}} =  - \frac{1}{b}.\frac{{\Delta {C_B}}}{{\Delta t}} = \frac{1}{c}.\frac{{\Delta {C_C}}}{{\Delta t}} = \frac{1}{d}.\frac{{\Delta {C_D}}}{{\Delta t}}\)

+ \(\overline v \): tốc độ trung bình của phản ứng

+ \(\Delta C = {C_2} - {C_1}\): sự biến thiên nồng độ

+ \(\Delta t = {t_2} - {t_1}\): sự biến thiên thời gian

Lời giải chi tiết:

- Từ bảng số liệu ta có:

+ \(\Delta t = {t_2} - {t_1} = 720 - 300 = 420\)s

+ \(\Delta {C_{S{O_2}}} = 0,0194 - 0,0270 =  - 7,{6.10^{ - 3}}\)M

+ \(\Delta {C_{{O_2}}} = 0,0462 - 0,0500 =  - 3,{8.10^{ - 3}}\)M

+ \(\Delta {C_{S{O_2}}} = 0,0148 - 0,0072 = 7,{6.10^{ - 3}}\)M

- Tốc độ trung bình của phản ứng là:

\(\overline v  =  - \frac{1}{2}.\frac{{\Delta {C_{S{O_2}}}}}{{\Delta t}} =  - \frac{1}{1}.\frac{{\Delta {C_{{O_2}}}}}{{\Delta t}} = \frac{1}{2}.\frac{{\Delta {C_{S{O_3}}}}}{{\Delta t}} = {9.10^{ - 6}}\) (M/s)