3. Bài 3. Năng lượng hoạt hóa của phản ứng hóa học

Hydrogen và oxygen không phản ứng với nhau ở nhiệt độ thường, nhưng khi đưa một ít bột platinium (Pt) vào hỗn hợp hai khí đó, phản ứng xảy ra ngay tức khắc, tạo thành nước. Yếu tố nào quyết định sự thay đổi đó?

Phương pháp giải:

Chất xúc tác

Lời giải chi tiết:

Platinium là chất xúc tác, làm tăng tốc độ phản ứng, khiến phản ứng xảy ra ngay tức khắc

 Cho phản ứng: 2NOCl(g) → 2NO(g) + Cl₂(g), năng lượng hoạt hóa của phản ứng là 100 kJ/mol. Ở 350 K, hằng số tốc độ của phản ứng là 8.10^-6 L/(mol.s). Tính hằng số tốc độ phản ứng ở 400 K.

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức: \(\ln \frac{{{k_{{T_2}}}}}{{{k_{{T_1}}}}} = \frac{{{E_a}}}{R}\left( {\frac{1}{{{T_1}}} - \frac{1}{{{T_2}}}} \right)\)

Lời giải chi tiết:

Ta có: E_a = 100 kJ/mol      k_T1 = 8.10^-6 L/(mol.s)    e = 2,7183     R = 8,314 J/(mol.K)    T₁ = 350

Áp dụng công thức: \(\ln \frac{{{k_{{T_2}}}}}{{{k_{{T_1}}}}} = \frac{{{E_a}}}{R}\left( {\frac{1}{{{T_1}}} - \frac{1}{{{T_2}}}} \right)\)

=>\(\)\(\ln \frac{{{k_{{T_2}}}}}{{{{8.10}^{ - 6}}}} = \frac{{{{100.10}^3}}}{{8,314}}\left( {\frac{1}{{350}} - \frac{1}{{400}}} \right)\)

=> k_T2 = 5,87.10^-4 L/(mol.s)   

Tính năng lượng hoạt hóa của một phản ứng biết rằng khi nhiệt độ tăng từ 300 K lên 310 K thì tốc độ phản ứng tăng 3 lần.

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức: \(\ln \frac{{{k_{{T_2}}}}}{{{k_{{T_1}}}}} = \frac{{{E_a}}}{R}\left( {\frac{1}{{{T_1}}} - \frac{1}{{{T_2}}}} \right)\)

Lời giải chi tiết:

T₂ = 310 K        T₁ = 300K

Tốc độ phản ứng tăng 3 lần =>\(\frac{{{k_{{T_2}}}}}{{{k_{{T_1}}}}} = 3\)

Áp dụng công thức: \(\ln \frac{{{k_{{T_2}}}}}{{{k_{{T_1}}}}} = \frac{{{E_a}}}{R}\left( {\frac{1}{{{T_1}}} - \frac{1}{{{T_2}}}} \right)\)

=> \(\ln 3 = \frac{{{E_a}}}{{8,314}}\left( {\frac{1}{{300}} - \frac{1}{{310}}} \right)\)

=> E_a = 84 944,92 J/mol ≈ 85 kJ/mol

Thực nghiệm cho biết phản ứng: 2N₂O₅(g) → 4NO₂(g) + O₂(g) ở 45^oC có hằng số tốc độ phản ứng là 8,17.10^-3 s^-1; E_a = 103,5 kJ/mol. Tính hằng số tốc độ phản ứng tại 65^oC.

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức: \(\ln \frac{{{k_{{T_2}}}}}{{{k_{{T_1}}}}} = \frac{{{E_a}}}{R}\left( {\frac{1}{{{T_1}}} - \frac{1}{{{T_2}}}} \right)\)

Lời giải chi tiết:

Ta có: T₁ =  45^oC = 318 K          T₂ = 65^oC = 338 K      E_a = 103,5 kJ/mol     k₁ = 8,17.10^-3 s^-1

Áp dụng công thức: \(\ln \frac{{{k_{{T_2}}}}}{{{k_{{T_1}}}}} = \frac{{{E_a}}}{R}\left( {\frac{1}{{{T_1}}} - \frac{1}{{{T_2}}}} \right)\)

=> \(\ln \frac{{k{}_{{T_2}}}}{{8,{{17.10}^{ - 3}}}} = \frac{{103,{{5.10}^3}}}{{8,314}}\left( {\frac{1}{{318}} - \frac{1}{{338}}} \right)\).

=> k_T2 = 0,0828

Sự suy giảm tầng ozone và lỗ thủng tầng ozone (O₃) đã gây ra mối lo ngại về việc gia tăng nguy cơ ung thư da, cháy nắng, mù mắt và đục thủy tinh thể,… Tầng ozone hấp thụ hầu hết các tia cực tím (UV) có hại cho sự sống trên Trái Đất. Các phân tử ozone có thể bị phá hủy theo hai giai đoạn:

Cl + O₃ → ClO + O₂

và ClO + O₃ → Cl + 2O₂

Chất xúc tác trong các quá trình này là chất nào?

Phương pháp giải:

Chất xúc tác là chất làm tăng tốc độ phản ứng nhưng không bị biến đổi về chất và lượng sau phản ứng

Lời giải chi tiết:

Quan sát phương trình hóa học biểu diễn các giai đoạn phản ứng thấy Cl là chất không mất đi trong phản ứng nên nó là chất xúc tác của quá trình phá hủy tầng ozone

Một phản ứng xảy ra ở 500^oC, năng lượng hoạt hóa của phản ứng khi không có xúc tác và khi có xúc tác lần lượt là 55,4 kJ/mol và 13,5 kJ/mol. Chứng minh rằng chất xúc tác có ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức: \(k = A.{e^{\frac{{ - {E_a}}}{{RT}}}}\)

Lời giải chi tiết:

- Khi không có xúc tác, E_a = 55,4 kJ/mol: \(k = A.{e^{\frac{{ - 55,{{4.10}^3}}}{{RT}}}}\)

- Khi có xúc tác, E_a = 13,5 kJ/mol: \(k = A'.{e^{\frac{{ - 13,{{5.10}^3}}}{{RT}}}}\)

=> \(\frac{{{k_2}}}{{{k_1}}} = \frac{{k = A'.{e^{\frac{{ - 13,{{5.10}^3}}}{{RT}}}}}}{{k = A.{e^{\frac{{ - 55,{{4.10}^3}}}{{RT}}}}}}\)

Vì đề bài không đề cập đến hằng số đặc trưng của phản ứng

\[\frac{{{k_2}}}{{{k_1}}} = \frac{{k = A'.{e^{\frac{{ - 13,{{5.10}^3}}}{{RT}}}}}}{{k = A.{e^{\frac{{ - 55,{{4.10}^3}}}{{RT}}}}}} = \frac{{{e^{\frac{{ - 13,{{5.10}^3}}}{{RT}}}}}}{{{e^{\frac{{ - 55,{{4.10}^3}}}{{RT}}}}}} = {e^{\frac{{ - 13,{{5.10}^3} + 55,{{4.10}^3}}}{{8,314.(500 + 273)}}}} = 678,34\]

=> Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng lên 678,34 lần