Bài giảng Hóa Lý 2 - Chương 5: Động hóa học và tốc độ phản ứng

Nội dung text: Bài giảng Hóa Lý 2 - Chương 5: Động hóa học và tốc độ phản ứng

1. Thermodynamics vs. Kinetics Kinetics ( ) & Reaction rate ( ) : KINETICS C + O2 CO2 Reaction mechanism ( ) 0 G 298 (CO2) = - 394,4 kJ/mol (molecular kinetics) quá trình Các khái Reactants (tác ) Simple reactions Products ( ) Intermediates ( trung gian) Các PU có : Reaction rate ( PU) H (k) + I (k) = 2HI(k) Rate laws (PT ) 2 2 Simple reactions (PU ) complex reactions (PU ) Complex reactions Reaction order ( PU) PU : 2N2O5 = 4NO2 + O2 Molecularity (phân ): N O = N O + O Reaction mechanism ( PU) 2 5 2 3 2 Elementary reactions (PU ) Unimolecular ( phân ) N2O5 + N2O3 = 4NO2 Bimolecular ( phân ) Termolecular (tam phân ) Molecularity (Phân ) Molecularity (Phân ) Unimolecular ( phân ) phân tác O3 O2 + O rate = k [O3] hóa Bimolecular ( phân ) 2 NO2 + NO2 NO3 + NO rate = k [NO2] Termolecular (tam phân ) 2 Br + Br + Ar Br2 + Ar* rate = k [Br] [Ar] (Reaction rate) Reaction rate n v : 1 dNi mol.lit-1.s-1 mol trong W . tích trong gian. V dt -1 mol tác trong M.s + : N là tích trong gian. i - : N là tác i
2. aA + bB dD + eE m n W = k.[A] [B] 2. m: theo A n: theo B Tuân theo (m+n): / ? 0 (zero order Reaction) 1 (1st Order Reaction ) = 0 = 1 0 PT : W= k.C 1 PT : W= k.CA = k A Expt CA (M) Rate (M/s) Expt CA (M) Rate (M/s) 1 0.50 1.00 1 0.50 1.00 2 1.00 1.00 2 1.00 2.00 3 2.00 1.00 3 2.00 4.00 2 (2nd Order Reaction) 3 (3rd Order Reaction) = 2 = 3 2 PT : W= k.C : W= k.C C 3 2 A A B PT : W= kCA ; W= kCA CB Expt CA (M) Rate (M/s) Expt CA (M) Rate (M/s) 1 0.50 0.50 1 0.50 0.25 2 1.00 2.00 2 1.00 2.00 3 1.50 4.50 3 1.50 6.75 Quan / gian Quan / gian 0 Half-life time (t1/2): t = t1/2 : CA =CA0/2 dC A (Th i gian/chu bán h y) W k0 CA CA0 k0t dt Average life time ( ): t = : CA =CA0/e V CA vs. t : ng th ng (Th i gian/chu s ng trung bình) -1 -1 H s góc : k0 (mol.lit .s )
3. Quan / gian 1/CA 2 TH 1: 1 1 tg = k2 kt CA CA0 1/CA0 1 t1/ 2 (const) k2.CA0 t Quan / gian Quan / gian 2 2 TH 2: TH 2: dC W A kC C A B A + B products with CA0 CB0 dt t= 0 : CA= CA0; CB= CB0; C = C + t= t : C = C ; C = C ; B A dC A A B B W A kC C A B dt CA0 - CA= CB0 CB CB0 CA0= CB CA = = const Quan / gian Quan / gian 2 2 1 C .C TH 2: dC TH 2: ln A0 B k t W A kC C C C C .C 2 dt A B B0 A0 B0 A 1 C .C ln A0 B k t Ü¿1²¹ ¬«§»?² ¬3²¸æ CB= CA + 2 CB0 CA0 CB0.CA CB CB0 ln (CB0 CA0 )k2t ln CA CA0 Quan / gian ln(CB/CA) 2 TH 2: tg = (CB0-CA0)k2 ln(CB0/CA0) 1 C .C ln A0 B k t t 2 CB0 CA0 CB0.CA
4. 1-1 reversible reactions: A B ln[(X -X)/ X ] t k C C X (1) K 1 B eq B0 tg = -(k + k k1' CA eq CA0 X 1 1 X X (2) ln (k k ')t X 1 1 song song 1-2 reversible reactions: A B + D k1 B A k' 2-2 reversible reactions: 2A B + D 1 C dC W B k .C dC B 1 A W A (k k ').C dt dt 1 1 A dC W C k '.C C dt 1 A k1 B song song A song song k'1 C dCA W (k1 k1').CA k1 B dt A k' lnCA 1 C lnCA0 lnC lnC (k k ' )t t= 0: C = C = 0 tg = -(k ) A A0 1 1 B0 C0 1 1 Quan 1 t= t : CA0 = CA + CB + CC t k1 B k1 B song song A song song A k'1 C k'1 C WB= dCB/dt = k1.CA (k1 k1')t ln(CA0/CA)= (k1 1)t C C .e A A0 WC= dCC/dt 1.CA k C 1 C .(1 e (k1 k1')t ) B A0 k1 k1' WB= dCB/dt = k1.CA k ' C 1 C .(1 e (k1 k1')t ) C A0 k1 k1' WC= dCC/dt 1.CA k dC /dC = k / CB/CC = k1/ 1 C 1 (C C ) B C 1 1 B A0 A k1 k1' (CB0 = CC0 = 0) k1' CC (CA0 CA ) k1 k1'
5. k1 k'1 k1 k'1 A B C A B C k1 k1 ' k1 ' k1 k1 ' k1 C0 A.k1 k1' k1' CB,max (k1 ' k1 ) k1 k1 k >> : C C 1 1 B,max 0A k1 1 >>: tmax B: trung gian 2: (rate-determining step) k1 1 1 k1)<<: tmax gian (CB CBmax) kéo dài k1 << 1: CB,max C0A.(k1/ 1) B: trung gian kém thái (dCB/dt 0): 1: (rate-determining step) B B. k1 k'1 k1 k'1 A B C A B C k1 k1 C: CC có CB,max, sau CC nhanh. t<tmax là giai . pháp pháp (Steady state approximation) Ví : Xét A + B = 2C có Các trung gian không : có , nên thu A 2M1 (k1) : M1 + B C + M2 (k2) M2 + A C + M1 (k ) dC 3 intermediate 0 M1 + M1 A (k ) dt 4 Xác PT M1, M2 là trung gian không . pháp pháp dC dC A 2 k A 2 k k1.CA k3.CM 2CA k4.CM 1 1 k1.CA k3.CM 2CA k4.CM 1 1 dt CM1 CA dt CM1 CA k4 k4 dCB dCB k2.CM1CB k2.CM1CB 2 dt dt 2k1.CA 2k4.CM1 0 2 dC 2k1.CA 2k4.CM1 0 dC C k .C C k .C C C k .C C k .C C k2.CM1CB k3.CM 2CA 0 dt 2 M 1 B 3 M 2 A dt 2 M 1 B 3 M 2 A dCM 1 2 2k1.CA k2.CM 1CB k3.CM 2CA 2k4.CM 1 0 dC k dt A 1 0.5 0.5 k3.CM 2CA k2.CM1CB k2 CB .CA kACB .CA dt k4 dCM 2 k2.CM 1CB k3.CM 2CA 0 dC dC 1 dC dt A B C dt dt 2 dt
6. Xác BPU Xác BPU W = k. C n W = k. C n pháp tích phân A pháp tích phân A 1/CA CA Gi s PU b c 2: Gi s PU b c 0: CA0 tg = k2 tg = -k0 1 1 k t CA CA0 k0t 2 1/C CA CA0 A0 tra tra t t Xác BPU Xác BPU W = k. C n PP gian phân 1/q PP gian phân 1/q A (1/q-conversion time method) 1 1 W = -dC /dt= k. C n A A n 1 n 1 (n 1).k.t q = 2 CA CA0 qn 1 1 t=t : C = C /q (n 1).k.t1/ q 1/q A A0 C n 1 C n 1 PP gian bán A0 A0 1 (n 1).k. t C n 1 (qn 1 1) 1/ q (half-life time method) A0 (n 1).k ln t (1 n)ln C ln 1/ q A0 (qn 1 1) Xác BPU W = k. C n PP gian phân 1/q A (n 1).k ln t (1 n)ln C ln 5. 1/ q A0 (qn 1 1) (n 1).k ln t (1 n)ln C ln 1/ 2 A0 (2n 1 1) (n 1) Rate Rate Rate Quy Van Khi lên 10 thì hoá lên 2-4 . k(T 10.n) n k T T T T Vant Hoff Jacobus 1852-1911