* Trong chơng VII phần nâng cao là: Khái niệm về tốc độ trung bình của phản ứng Biểu thức tính tốc độ trung bình của phản ứng. + Tính theo chất phản ứng 1 2 2 1 2 1 2 1 C C C C C t t t t t = = = + Tính theo chất sản phẩm 2 1 2 1 C C C t t t = = + Khái niệm về hằng số cân bằng trong hệ đồng thể và hệ dị thể. Biểu thức tính hằng số cân bằng aA + bB c C + dD K c = [ ] [ ] [ ] [ ] c d a b C D A B (nếu chất phản ứng hoặc sản phẩm là chất rắn thì nồng độ chất rắn đ- ợc coi là hằng số nên sẽ không có mặt trong biểu thức K c ) * Những điểm cần chú ý là: 1. Khái niệm về tốc độ phản ứng hoá học Trớc tiên giáo viên cần làm hai thí nghiệm biểu diễn (trang 150 SGK) để học sinh so sánh thời gian xảy ra hai phản ứng và rút ra nhận xét là các phản ứng hoá học khác nhau xảy ra nhanh chậm khác nhau. Từ đó hình thành khái niệm tốc độ phản ứng hoá học. Việc tính tốc độ trung bình của phản ứng để HS biết rõ ràng hơn khái niệm về tốc độ phản ứng và tốc độ của một phản ứng hoá học giảm dần theo thời gian. Để tốc độ của phản ứng là đơn trị, khi tính phải lu ý đến các hệ số khác nhau của các chất trong phơng trình hoá học. Việc biểu thị tốc độ phản ứng bằng độ biến thiên nồng độ theo thời gian chỉ dùng cho chất khí và chất tan trong dung dịch. Đối với chất rắn, ngời ta biểu thị bằng độ biến thiên khối lợng chất trong một đơn vị thời gian trên một đơn vị diện tích bề mặt. Thực tế, tốc độ phản ứng chỉ đợc xác định bằng thực nghiệm. Do đó, công thức tính tốc độ phản ứng cũngchỉ đợc rút ra từ thực nghiệm, không có công thức chung nào cho mọi phản ứng. Ví dụ 1: 2NO + 2H 2 2H 2 O + N 2 Bằng thực nghiệm đã xác định đợc: = k [ ] 2 NO [ ] 2 H Ví dụ 2: Phản ứng sau xảy ra trong dung dịch: 146 H 2 O 2 + 2 HI 2H 2 O + I 2 Bằng thực nghiệm đã xác định đợc: = k [ ] 2 2 H O [ ] HI Ví dụ 3: CO + Cl 2 COCl 2 Bằng thực nghiệm đã xác định đợc: = k [ ] CO [ ] 3 2 2 Cl 2. Các yếu tố ảnh hởng đến tốc độ phản ứng Các thí nghiệm biểu diễn của phần này đều dễ làm (trừ thí nghiệm ảnh hởng của áp suất) và tốn ít thời gian, cũng cần phải làm trớc khi đề cập đến vấn đề lý thuyết. Sau mỗi thí nghiệm để HS tự rút ra nhận xét và kết luận. Tuỳ điều kiện của từng cơ sở mà làm các thí nghiệm nh trong bài học hay bài thực hành. Cần pha chế hoá chất theo đúng nồng độ nh đã viết trong sách giáo khoa mới thì kết quả rõ ràng. Đối với mỗi yếu tố ảnh hởng của nồng độ, của nhiệt độ và của diện tích bề mặt, cần làm cho học sinh hiểu rằng, khi tăng nồng độ, nhiệt độ và diện tích bề mặt thì tần số va chạm giữa các chất phản ứng tăng, nên tốc độ phản ứng tăng. Tuy nhiên, không phải mọi va chạm đều gây ra phản ứng mà chỉ có những va chạm có hiệu quả mới xảy ra phản ứng. Tỉ số giữa số va chạm chung và số va chạm có hiệu quả phụ thuộc vào bản chất các chất phản ứng và nhiệt độ. Vì vậy, các phản ứng khác nhau có tốc độ không giống nhau và khi nhiệt độ tăng tốc độ phản ứng tăng lên nhiều lần. 3. Cân bằng hoá học Đa số phản ứng hoá học là các phản ứng thuận nghịch. Tuy nhiên, khi l- ợng sản phẩm vợt xa lợng chất phản ứng thì một cách gần đúng có thể coi là phản ứng một chiều. Cân bằng hoá học là trạng thái của phản ứng thuận nghịch khi tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch. Do đó cân bằng hoá học là cân bằng động. Nếu phản ứng có chất khí thì cân bằng chỉ đợc thiết lập trong bình kín, nếu không chất khí sẽ lan toả ra khắp môi trờng. ở trạng thái cân bằng tất cả các chất phản ứng và sản phẩm đều có mặt, nghĩa là không một chất nào biến mất hoàn toàn. Khi một chất nào đó biến mất thì cân bằng không tồn tại. 4. Hằng số cân bằng Có nhiều hằng cân bằng khác nhau, đó là hằng số cân bằng theo áp suất K P , hằng số cân bằng theo nồng độ mol K C , hằng số cân bằng theo số mol K n , hằng số cân bằng theo nồng độ phần mol K x . ở trờng phổ thông chỉ xét hằng số 147 cân bằng K C vì ở lớp 11, hằng số phân li axit K a và hằng số phân li bazơ K b là các hằng số K C . Khi giá trị hằng số cân bằng rất lớn, một cách gần đúng có thể coi phản ứng là một chiều. Thí dụ, xét hệ cân bằng sau ở 730 0 C: H 2 (k) + Br 2 (k) 2HBr (k) K c = 2,18.10 6 Nếu dùng 1mol/l H 2 tác dụng với 1mol/l Br 2 thì khi phản ứng ở trạng thái cân bằng ta có: H 2 (k) + Br 2 (k) 2HBr (k) Nồng độ cân bằng: [ ] 1 x 1 x 2x ta có ( ) ( ) = = 2 6 C 2 2x K 2,18.10 1 x 2 1 x x = 1476,48 x = 0,9986 Hiệu suất phản ứng = 99,86% nghĩa là phản ứng gần hoàn toàn theo một chiều từ trái sang phải. - Giáo viên cần lu ý cho học sinh rằng giá trị của hằng số cân bằng phụ thuộc vào phơng trình hoá học đợc viết, nghĩa là khi nói đến hằng số cân bằng K của phản ứng nào đó thì phơng trình hoá học của phản ứng đó phải đợc viết ra. Ví dụ: 2CO + O 2 2CO 2 K C ở cùng nhiệt độ CO + 1 2 O 2 CO 2 C K Bài 38: cân bằng hoá học (Sách giáo khoa Hoá học 10) A. chuẩn kiến thức và kĩ năng Kiến thức Biết đợc: - Định nghĩa phản ứng thuận nghịch và nêu thí dụ . - Khái niệm về cân bằng hoá học và nêu thí dụ. - Khái niệm về sự chuyển dịch cân bằng hoá học và nêu thí dụ. - Nội dung nguyên lí Lơ sa- tơ- liê và cụ thể hoá trong mỗi trờng hợp cụ thể. Kĩ năng - Quan sát thí nghiệm rút ra đợc nhận xét về phản ứng thuận nghịch và cân bằng hoá học. - Dự đoán đợc chiều chuyển dịch cân bằng hoá học trong những điều kiện cụ thể. - Vận dụng đợc các yếu tố ảnh hởng đến cân bằng hoá học để đề xuất cách tăng hiệu suất phản ứng trong trờng hợp cụ thể. b. chuẩn bị - Thí nghiệm trang 158 SGK: 148 Phản ứng thuận Phản ứng nghịch + Giá TN, 2 ống nghiệm có nhánh (đậy kín và nối với nhau ở nhánh có khóa) chứa đầy NO 2 , cốc thuỷ tinh 500ml, đá khô + Lắp sẵn thiết bị nh hình 7.5 SGK - Tranh vẽ hình 7.4 trang 157 và hình 7.6 trang 159 SGK C. bài giảng Vào bài: GV đa ra phiếu học tập số 1: Trong các phản ứng sau đây, phản ứng nào xảy ra, phản ứng nào không xảy ra? a) 2KClO 3 2KCl + 3O 2 e) 2Ag 2 O 4Ag + O 2 b) 2KCl + 3O 2 2KClO 3 f) 4Ag + O 2 2Ag 2 O c) CaCO 3 CaO + CO 2 g) 2HI H 2 + I 2 d) CO 2 + CaO CaCO 3 h) H 2 + I 2 2HI - HS: (a) xảy ra còn (b) không xảy ra (c) và (d) đều xảy ra (e) xảy ra còn (f) không xảy ra (g) và (h) đều xảy ra - GV kết luận: Trong một điều kiện nhất định, có phản ứng xảy ra theo cả 2 chiều, nhng có phản ứng chỉ xảy ra theo một chiều. Phản ứng nh thế gọi là phản ứng một chiều. Đồng thời, những phản ứng xảy ra theo cả 2 chiều sẽ ảnh hởng tới hiệu suất phản ứng của một chiều nào đó. Lĩnh vực nghiên cứu về vấn đề này là cân bằng hoá học. I. Phản ứng một chiều, phản ứng thuận nghịch và cân bằng hóa học 1. Phản ứng một chiều - GV: đa ra 2 phản ứng KClO 3 KCl + O 2 và Cl 2 + H 2 O HCl + HClO có nêu rõ 1 phản ứng một chiều và một phản ứng thuận nghịch, yêu cầu HS xác định lại và viết phơng trình hoá học (lu ý HS viết mũi tên hoặc ). - HS: phản ứng một chiều 2KClO 3 2 0 MnO t 2KCl + 3O 2 Trong điều kiện này, KCl và O 2 sinh ra không tác dụng đợc với nhau để tạo KClO 3 , dùng một mũi tên chỉ chiều phản ứng. 2. Phản ứng thuận nghịch - HS: phản ứng thuận nghịch Cl 2 + H 2 O ơ HCl + HClO 149 - Nhận xét: ở điều kiện thờng, Cl 2 phản ứng với H 2 O tạo HCl và HClO, đồng thời HCl và HClO sinh ra cũng tác dụng lại với nhau tạo lại Cl 2 và H 2 O, dùng 2 mũi tên ngợc chiều nhau thay cho 1 mũi tên. - GV: Giả sử có phản ứng thuận nghịch A + B ơ C + D + Tốc độ phản ứng khi xảy ra theo chiều thuận: t = k t [A].[B] + Tốc độ phản ứng khi xảy ra theo chiều nghịch: n = k n [C].[D] + Đến một thời điểm, t = n phản ứng đạt tới một trạng thái gọi là cân bằng hoá học. 3. Cân bằng hóa học Thí dụ: H 2 (k) + I 2 (k) ơ 2HI (k) - GV: Vậy: Cân bằng hóa học là trạng thái của phản ứng thuận nghịch khi tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch (V thuận =V nghịch ). 4. Hằng số cân bằng của phản ứng thuận nghịch: Khi t = n k t [A].[B] = k n [C].[D] K = t n k k hay [ ] [ ] [ ] [ ] . . C D K A B = Tổng quát: nA + mB pC + qD có [ ] [ ] [ ] [ ] p q n m C D K A B = - Chú ý: + trạng thái các chất trong phơng trình + Quan hệ giữa hệ số của phơng trình với hằng số cân bằng - GV: Để phản ứng thuận nghịch xảy ra theo một chiều với hiệu suất cao hơn, ngời ta phải tìm cách làm chuyển dịch cân bằng hoá học theo chiều đó. II. Sự chuyển dịch cân bằng hóa học 1. GV làm thí nghiệm, yêu cầu HS quan sát, nêu nhận xét và thảo luận để giải thích. * Hiện tợng: - Khi khoá K mở, màu của khí trong 2 ống nghiệm nh nhau. - Đóng khoá K, ngâm một ống vào cốc nớc đá sau một thời gian thì màu của khí trong ống ngâm đá nhạt hơn so với ống kia. - Căn cứ vào cân bằng đã thiết lập, khi nồng độ NO 2 tăng thì màu sẽ đậm lên hay nhạt đi? khi nồng độ NO 2 giảm thì màu sẽ đậm lên hay nhạt đi? - HS: khi nồng độ NO 2 tăng (nồng độ N 2 O 4 giảm) thì màu sẽ đậm lên, khi nồng độ NO 2 giảm (nồng độ N 2 O 4 tăng) thì màu sẽ nhạt đi. * Giải thích: khi nạp NO 2 vào ống nghiệm, ở điều kiện thờng đã có cân bằng: 150 2NO 2 (khí màu nâu đỏ) N 2 O 4 (khí không màu) - Khi làm lạnh ống đựng NO 2 , các phân tử NO 2 trong ống đã phản ứng thêm để tạo ra N 2 O 4 , làm nồng độ NO 2 giảm bớt và nồng độ N 2 O 4 tăng thêm màu nhạt đi . Hiện tợng này đợc gọi là sự chuyển dịch cân bằng hoá học. - GV kết luận: 2. Định nghĩa: Sự chuyển dịch cân bằng hóa học là sự di chuyển từ trạng thái cân bằng này sang trạng thái cân bằng khác do tác động của các yếu tố từ bên ngoài lên cân bằng. - GV: Nh vậy, để cân bằng chuyển dịch, phải tác động vào những yếu tố nào? (gợi ý: nồng độ, nhiệt độ, áp suất GV bổ sung: xúc tác) III. Các yếu tố ảnh hởng đến cân bằng hóa học - GV có thể nêu trớc nguyên lý Lơ Sa-tơ-liê: Một phản ứng thuận nghịch đang ở trạng thái cân bằng khi chịu một tác động từ bên ngoài nh biến đổi nồng độ, áp suất, nhiệt độ, sẽ chuyển dịch cân bằng theo chiều làm giảm tác động bên ngoài đó. - Sau đó, nêu cụ thể ảnh hởng và sử dụng các BT để vận dụng 1. ảnh hởng của nồng độ - Khi tăng hoặc giảm nồng độ một chất trong cân bằng, thì cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều làm giảm hoặc tăng nồng độ chất đó. 2. ảnh hởng của áp suất - Khi tăng áp suất thì cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều làm giảm số mol. - Khi giảm áp suất thì cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều làm tăng số mol. 3. ảnh hởng của nhiệt độ - Phản ứng toả nhiệt ( H < 0 hoặc + Q ): là phản ứng xảy ra có toả năng lợng d- ới dạng ánh sáng hoặc sức nóng. - Phản ứng thu nhiệt ( H > 0 hoặc - Q): là phản ứng xảy ra có hấp thu năng l- ợng. - Phơng trình nhiệt hóa học: là phơng trình hóa học có ghi cả hiệu ứng nhiệt. - Khi tăng nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều phản ứng thu nhiệt. - Khi giảm nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều phản ứng toả nhiệt. 4. Vai trò của chất xúc tác - Chất xúc tác không làm ảnh hởng đến cân bằng hóa học, vì chất xúc tác làm tăng cả tốc độ phản ứng thuận lẫn phản ứng nghịch với số lần nh nhau. IV. ý nghĩa của tốc độ phản ứng và cân bằng hóa học trong sản xuất hóa học. 1) Vì sao trong quá trình sản xuất axit H 2 SO 4 , ở giai đoạn sản xuất SO 3 lại phải dùng d không khí và không tăng nhiệt độ? - Quá trình sản xuất axit H 2 SO 4 , ở giai đoạn sản xuất SO 3 là phản ứng toả nhiệt 2SO 2 + O 2 2SO 3 H < 0 151 + Nếu tăng nhiệt độ thì cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều nghịch làm giảm hiệu suất phản ứng. + Vậy, nên dùng d không khí tăng nồng độ O 2 cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều thuận tăng hiệu suất phản ứng 2) Vì sao trong công nghiệp tổng hợp NH 3 từ N 2 và H 2 ngời ta phải thực hiện phản ứng ở nhiệt độ thích hợp, áp suất cao và dùng chất xúc tác? - Tổng hợp NH 3 trong công nghiệp theo phản ứng: N 2 (k) +3H 2 (k) 2NH 3 (k), H < 0 + Ngời ta phải thực hiện phản ứng này ở áp suất cao để cân bằng dịch chuyển theo chiều thuận (tạo NH 3 ) là chiều làm giảm số mol khí (từ 4 mol xuống 2 mol) + Phản ứng toả nhiệt, nên khi tăng nhiệt độ thì cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều nghịch. Vì thế, để tăng hiệu suất phải thực hiện phản ứng ở nhiệt độ thích hợp và dùng thêm chất xúc tác (Fe đã hoạt hoá bằng hỗn hợp K 2 O và Al 2 O 3 ). Bài 49: tốc độ phản ứng hoá học (Sách giáo khoa Hoá học 10 nâng cao) A. chuẩn kiến thức và kĩ năng Kiến thức Biết đợc: - Định nghĩa tốc độ phản ứng, tốc độ trung bình, biểu thức tính tốc độ trung bình. Hiểu đợc: các yếu tố ảnh hởng đến tốc độ phản ứng: nồng độ, áp suất, nhiệt độ, diện tích bề mặt chất rắn và chất xúc tác. Kĩ năng - Quan sát thí nghiệm cụ thể, hiện tợng thực tế về tốc độ phản ứng, rút ra đợc nhận xét. - Vận dụng đợc các yếu tố ảnh hởng đến tốc độ phản ứng để làm tăng hoặc giảm tốc độ của một số phản ứng trong thực tế đời sống, sản xuất theo hớng có lợi. B. chuẩn bị - Dụng cụ: các loại cốc thuỷ tinh, bình tam giác, đèn cồn, 2 tờ giấy trắng có vẽ dấu cộng đậm, ống dẫn khí, bơm tiêm loại dung tích 100ml, ống nghiệm cỡ nhỏ - Hoá chất: các dung dịch BaCl 2 , Na 2 S 2 O 3 (natri thiosunfat), H 2 SO 4 , HCl, Mg, CaCO 3 , H 2 O 2 , MnO 2 . C. bài giảng 1. Khái niệm về tốc độ phản ứng Hoạt động 1: Thí nghiệm Lấy 3 dung dịch BaCl 2 , Na 2 S 2 O 3 , H 2 SO 4 có cùng nồng độ 0,1M và với thể tích bằng nhau và làm đồng thời: 152 - Đổ dd H 2 SO 4 vào dd BaCl 2 . Nhận xét hiện tợng và viết PTPƯ - Đổ dd H 2 SO 4 vào dd Na 2 S 2 O 3 . Nhận xét hiện tợng và viết PTPƯ So sánh hiện tợng xảy ra ở 2 trờng hợp trên và rút ra nhận xét gì? Hoạt động 2: Tốc độ phản ứng và tốc độ trung bình của phản ứng - GV hớng dẫn HS đọc ví dụ và bảng 7.1 trang 199 SGK. - GV cung cấp biểu thức tính 1 2 2 1 2 1 2 1 C C C C C t t t t t = = = và cho HS thực hành tính tốc độ phản ứng từ 184 giây đến thời điểm 319 giây 2,08 1,91 319 184 = = 1,26 . 10 3 mol/l.s - Từ đó rút ra định nghĩa về tốc độ phản ứng: biến thiên nồng độ của.trong một đơn vị thời gian (nh vậy tốc độ phản ứng đợc xác định do thực nghiệm) - GV giúp HS phân biệt khái niệm tốc độ trung bình và tốc độ tức thời: + Tốc độ phản ứng xác định đợc trong khoảng thời gian từ t 1 đến t 2 là tốc độ trung bình của phản ứng. Vì, trong khoảng thời gian đó có những lúc phản ứng xảy ra với tốc độ khác nhau. + Tốc độ phản ứng xác định đợc trong một thời điểm cụ thể (ví dụ tại t = 120 giây) là tốc độ tức thời của phản ứng ( ). * Củng cố: BT 3 SGK 2. Các yếu tố ảnh hởng đến tốc độ phản ứng Hoạt động 3: ảnh hởng của nồng độ - TN: Chuẩn bị 2 dd (25ml) Na 2 S 2 O 3 0,1M và 0,05M trong 2 cốc thuỷ tinh đặt đè trên 2 tờ giấy trắng có vẽ sẵn dấu cộng đậm. - Đổ đồng thời 25 ml dd H 2 SO 4 0,1M vào 2 cốc trên và quan sát từ trên xuống xuyên qua dd đến hình dấu cộng trên tờ giấy ở 2 đáy cốc. - So sánh: hình dấu cộng nào bị mờ trớc? Từ đó rút ra tốc độ phản ứng phụ thuộc nh thế nào vào nồng độ chất phản ứng? Hoạt động 4: ảnh hởng của nhiệt độ - TN: Chuẩn bị 2 dd (25ml) Na 2 S 2 O 3 0,1M trong 2 cốc thuỷ tinh đặt trên giá TN, có đèn cồn ở phía dới của một trong 2 cốc. - Đun nóng một trong 2 cốc, sau đó đổ đồng thời 25 ml dd H 2 SO 4 0,1M vào 2 cốc trên và quan sát. - So sánh: kết tủa S xuất hiện ở dd trong cốc nào trớc? Từ đó rút ra tốc độ phản ứng phụ thuộc nh thế nào vào nhiệt độ phản ứng? * Chú ý: GV hớng dẫn cho HS hiểu nhiệt độ tăng số va chạm tăng số va chạm có hiệu quả tăng Hoạt động 5: ảnh hởng của diện tích bề mặt 153 - TN: Lấy 2 mẩu đá vôi bằng nhau, mẩu thứ nhất giữ nguyên còn mẩu thứ hai đem đập vụn ra. - Thả đồng thời mỗi lợng đá vôi trên vào mỗi cốc đều chứa 50 dd HCl 4M và quan sát. - Khí thoát ra ở cốc nào nhanh hơn? lợng đá vôi ở cốc nào tan hết trớc? Từ đó rút ra tốc độ phản ứng phụ thuộc nh thế nào vào diện tích bề mặt của chất phản ứng? Hoạt động 6: ảnh hởng của chất xúc tác - TN: + Cho vào ống nghiệm một lợng H 2 O 2 , quan sát? + Thêm vào ống nghiệm chứa H 2 O 2 trên, quan sát? - So sánh hiện tợng xảy ra trong 2 trờng hợp trên, từ đó rút ra tốc độ phản ứng phụ thuộc nh thế nào vào chất xúc tác? (chú ý: sau khi phản ứng kết thúc, MnO 2 vẫn nguyên vẹn) 3. ý nghĩa thực tiễn của tốc độ phản ứng - GV hớng dẫn HS làm BT 8 trang 204 SGK - GV giúp HS hiểu thêm một số hiện tợng áp dụng kiến thức tốc độ phản ứng nh: nồi áp suất, đập nhỏ than khi đun v.v Củng cố: BT 1, 2, 6, 7, 9 trang 203, 204 SGK 154 . ): là phản ứng xảy ra có toả năng lợng d- ới dạng ánh sáng hoặc sức nóng. - Phản ứng thu nhiệt ( H > 0 hoặc - Q): là phản ứng xảy ra có hấp thu năng l- ợng. - Phơng trình nhiệt hóa học: là. bằng hoá học. I. Phản ứng một chiều, phản ứng thuận nghịch và cân bằng hóa học 1. Phản ứng một chiều - GV: đa ra 2 phản ứng KClO 3 KCl + O 2 và Cl 2 + H 2 O HCl + HClO có nêu rõ 1 phản ứng một. là phản ứng một chiều. Cân bằng hoá học là trạng thái của phản ứng thuận nghịch khi tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch. Do đó cân bằng hoá học là cân bằng động. Nếu phản ứng