Hóa học 10 Chân trời sáng tạo Bài 16: Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng

* Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng

Thí nghiệm 1: Ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng

- Hoá chất: dung dịch sodium thiosulfate (Na₂S₂O₃) 0,15 M; sulfuric acid (H₂SO₄) 0,10 M; nước cất.

- Dụng cụ: cốc thuỷ tinh 100 mL (được đánh dấu thập ở mặt ngoài đáy cốc), ống đong 50 mL.

- Tiến hành:

+ Bước 1: Pha loãng dung dịch Na2S2O3 0,15 M để được các dung dịch có nồng độ khác nhau theo Bảng 16.1.

Bảng 16.1. Cách pha loãng dung dịch Na2S2O3

+ Bước 2: Rót đồng thời 10 mL dung dịch H₂SO₄ 0,1 M vào mỗi cốc và khuấy đều.

Phương trình hoá học của phản ứng: Na2S2O3 (aq) + H₂SO₄ (aq) → Na₂SO₄ (aq) +S (s) + SO₂ (g) + H₂O(l)

Hình 16.1. Thí nghiệm ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng

Hình 16.2. Hình minh hoạ chất phản ứng có nồng độ lớn (a) và nồng độ bé (b)

- Nồng độ của các chất phản ứng tăng làm tăng số va chạm hiệu quả nên tốc độ phản ứng tăng.

Khi tăng nồng độ chất phản ứng, tốc độ phản ứng tăng.

- Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng

Ví dụ 1: Có 2 cốc thủy tinh, mỗi cốc đựng cùng một lượng hỗn hợp dụng dịch oxalic acid (H₂C₂O₄) và dung dịch H₂SO₄ loãng, tỉ lệ 2:1 về thể tích, cốc (1) được đun nóng, thêm đồng thời cùng một lượng dung dịch KMnO₄ vào mỗi cốc (Hình 16.3a), nhận thấy màu của hỗn hợp phản ứng nhạt dần theo thời gian phản ứng (Hình 16.3b).

- Phương trình hoá học của phản ứng: 2KMnO₄ (aq) +5H₂C₂O₄ (aq) + 3H₂SO₄ (aq) →MnSO₄ (aq) + K₂SO₄ (aq) +10CO₂(g) +8H₂O    (1)

Hình 16.3. Thí nghiệm ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng

- Ở nhiệt độ thường, các chất phản ứng chuyển động với tốc độ nhỏ; khi tăng nhiệt độ, các chất sẽ chuyển động với tốc độ lớn hơn, dẫn đến tăng số va chạm hiệu quả nến tốc độ phản ứng tăng.

Hình 16.4. Hình minh hoạ chuyển động của chất phản ứng khi chưa đun nóng (a) và được đun nóng (b)

- Kết quả từ các thực nghiệm cho biết, khi nhiệt độ tăng lên 10°C, tốc độ của phần lớn các phản ứng tăng từ 2 đến 4 lần. Số lần tăng này được gọi là hệ số nhiệt độ Van't Hoff (Van-hop), kí hiệu là \(\gamma \).

- Trong Ví dụ 1, nếu nhiệt độ ban đầu của 2 cốc bằng nhau, t₁ = 20°C, nhiệt độ của cốc (1) sau khi đun nóng là t₂= 60°C, nhiệt độ cốc (2) không thay đổi và tốc độ phản ứng trong cốc (1) gấp 16 lần cốc (2). Khi đó ta có:

\({\gamma ^{\frac{{60 - 20}}{{10}}}} = 16 \to \gamma  = 2\)

- Vậy, khi nhiệt độ tăng lên 10°C, thì tốc độ phản ứng tăng 2 lần. Giá trị này là hệ số nhiệt độ Van't Hoff.

- Khi tăng nhiệt độ, tốc độ phản ứng tăng. - Mối quan hệ giữa nhiệt độ và tốc độ phản ứng hoá học được biểu diễn bằng công thức: \(\frac{{{v_{{t_2}}}}}{{{v_{{t_1}}}}} = {\gamma ^{\frac{{{t_2} - {t_1}}}{{10}}}}\) Trong đó: vt1, vt2 là tốc độ phản ứng ở 2 nhiệt độ t1 và t2; \(\gamma \) là hệ số nhiệt độ Van't Hoff. Quy tắc Vant Hoff chỉ gần đúng trong khoảng nhiệt độ không cao.

* Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất đến tốc độ phản ứng

- Trong phản ứng hoá học có sự tham gia của chất khí, áp suất có thể ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng.

Ví dụ 2: Một trong những nghiên cứu nhằm giảm thiểu phát thải khí CO₂ vào khí quyển gây hiệu ứng nhà kính, là chuyển CO₂ thành sản phẩm có giá trị như methanol (CH₃OH).

Phản ứng cần thực hiện ở áp suất cao, khoảng 58 – 103 bar để tăng tốc độ phản ứng. Phương trình hoá học của phản ứng:

CO₂(g) + 3H₂(g) → CH₃OH(g) + H₂O(g)

Hình 16.5. Minh hoạ khi tăng áp suất của các chất khí tham gia phản ứng

- Khi tăng áp suất thì nồng độ chất khí tăng, nên tốc độ phản ứng tăng.

Đối với phản ứng có chất khí tham gia, tốc độ phản ứng tăng khi tăng áp suất.

a. Nghiên cứu ảnh hưởng của bề mặt tiếp xúc đến tốc độ phản ứng

Thí nghiệm 2: Ảnh hưởng của bề mặt tiếp xúc đến tốc độ phản ứng

- Hoá chất: dung dịch HCl 1 M, đá vôi (CaCO₃) dạng khối và dạng hạt nhỏ.

- Dụng cụ: bình tam giác 100 mL, ống đong 50 mL, cân.

- Tiến hành:

+ Bước 1: Cần khoảng 2 g CaCO₃ mỗi loại, cho vào 2 bình tam giác (1), (2).

+ Bước 2: Đong khoảng 20 ml dung dịch HCl, rót đồng thời vào mỗi bình tam giác.

Phương trình hoá học của phản ứng:

CaCO₃(s) + 2HCl(aq) → CaCl₂(aq) + H₂O(1) + CO₂(g)

Hình 16.6. Minh hoạ thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của bề mặt tiếp xúc đến tốc độ phản ứng

Hình 16.7. Minh hoạ dung dịch HCl phản ứng với CaCO₃ có kích thước khác nhau

Khi tăng diện tích bề mặt tiếp xúc của chất phản ứng, tốc độ phản ứng tăng.

- Với một số phản ứng hoá học, để tăng tốc độ phản ứng, người ta sử dụng chất xúc tác, được ghi trên mũi tên trong phương trình hoá học.

* Nghiên cứu ảnh hưởng của xúc tác đến tốc độ phản ứng

- Thí nghiệm 3: Ảnh hưởng của xúc tác đến tốc độ phản ứng

- Hoá chất: dung dịch hydrogen peroxide (H₂O₂) 30%, bột MnO₂

- Dụng cụ: ống nghiệm, tàn đóm đỏ.

- Tiến hành:

+ Bước 1: Rót khoảng 2 mL dung dịch H₂O₂ vào 2 ống nghiệm (1), (2).

+ Bước 2: Thêm một ít bột MnO₂ vào ống nghiệm (2) và đưa nhanh tàn đóm đỏ vào miệng 2 ống nghiệm (Hình 16.8).

Phương trình hoá học của phản ứng:

2H₂O₂ (aq) → 2H₂O (l) + O₂ (g)

Hình 16.8. Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của xúc tác đến tốc độ phản ứng

Chất xúc tác làm tăng tốc độ của phản ứng hoá học, nhưng vẫn được bảo toàn về lượng và chất khi kết thúc phản ứng.

* Tìm hiểu các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng trong đời sống và sản xuất

- Vận dụng các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng sẽ góp phần hiệu quả vào phục vụ đời sống, sản xuất, thúc đẩy quá trình diễn ra nhanh hơn hoặc hạn chế tốc độ của phản ứng, nhằm tối ưu hoá giá trị kinh tế.

(a) Dùng bình chứa oxygen thay cho dùng không khí để đốt cháy acetylene, ứng dụng trong đèn xì acetylene.

(b) Thực phẩm nấu trong nổi áp suất sẽ nhanh chín hơn so với khi nấu ở áp suất thường.

(c) Khi đốt than trong lò, đậy nắp lò sẽ giữ than cháy được lâu hơn

(d) Bảo quản thức ăn trong tủ lạnh để thức ăn lâu bị ôi thiu

Hình 16.9. Ý nghĩa thực tiễn của tốc độ phản ứng trong đời sống và sản xuất

Kiểm soát tốc độ các phản ứng diễn ra trong đời sống, sản xuất khi vận dụng các yếu tố ảnh hưởng như: nồng độ, nhiệt độ, áp suất, bề mặt tiếp xúc và chất xúc tác giúp mang lại các giá trị hiệu quả.

Bài 1: Thực phẩm bảo quản trong tủ lạnh sẽ giữ được lâu hơn (a), khi nấu một loại thực phẩm bằng nồi áp suất sẽ nhanh chín hơn (b), bệnh nhân sẽ dễ hô hấp hơn khi dùng oxygen từ bình chứa khí oxygen so với từ không khí(c),…

a)                                         b)                                   c)

Những yếu tố nào ảnh hưởng đến tốc độ của các quá trình biến đổi trên?

Hướng dẫn giải

(a) Ảnh hưởng của nhiệt độ

(b) Ảnh hưởng của áp suất

(c) Ảnh hưởng của nồng độ

Bài 2: Tìm một số thí dụ cho mỗi loại phản ứng nhanh và chậm mà em quan sát được trong cuộc sống và trong phòng thí nghiệm.

Hướng dẫn giải

Các ví dụ về loại phản ứng:

– Phản ứng nhanh: phản ứng nổ, sự đốt cháy các nhiên liệu (than, dầu, khí đốt,…) phản ứng giữa hai dung dịch AgNO₃ và NaCl,…

– Phản ứng chậm: sự gỉ sắt, sự lên men rượu,…

Bài 3: Cho phản ứng hóa học: 2NO(k) + O₂(k) → 2NO₂(k)

Tốc độ phản ứng hóa học trên được tính theo công thức y = k [NO]²[O₂]. Hỏi ở nhiệt độ không đổi, áp suất chung của hệ đã tăng bao nhiêu lần khi tốc độ của phản ứng tăng 64 lần?

Hướng dẫn giải

Đặt x là số lần tăng của áp suất. Theo bài ra ta có v₂/v₁ = 64 = x³ → x = 4.

Bài 4: Hãy cho biết các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng như thế nào? Giải thích.

Hướng dẫn giải

Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng.

a) Ảnh hưởng của nồng độ: Khi tăng nồng độ chất phản ứng, tốc độ phản ứng tăng. Giải thích: Điều kiện để các chất phản ứng với nhau là chúng phải va chạm vào nhau, tần số va chạm càng lớn thì tốc độ phản ứng càng lớn. Khi nồng độ các chất phản ứng tăng, tần số va chạm tăng nên tốc độ phản ứng tăng.

b) Ảnh hưởng của áp suất: Đối với phản ứng có chất khí, khi tăng áp suất, tốc độ phản ứng tăng.

Giải thích: Khi áp suất tăng, nồng độ các chất khí tăng tần số va chạm tăng nên tốc độ phản ứng tăng.

c) Ảnh hưởng của nhiệt độ: Khi tăng nhiệt độ, tốc độ phản ứng tăng.

Giải thích: Khi nhiệt độ tăng dần đến hai hệ quả sau:

– Tốc độ chuyển động của các phân tử tăng, dẫn đến tần số va chạm giữa các phân tử chất phản ứng tăng.

– Tần số va chạm có hiệu quả giữa các phân tử chất phản ứng tăng nhanh.

d) Ánh hưởng của diện tích bề mặt: Khi tăng diện tích bề mặt chất phản ứng, tốc độ phản ứng tăng.

Giải thích: Chất rắn với kích thước hạt nhỏ, có tổng diện tích bề mặt tiếp xúc với chất phản ứng lớn hơn so với chất rắn có kích thước lớn hơn và cùng khối lượng, nên tốc độ phản ứng lớn hơn.

e) Ảnh hưởng của chất xúc tác: Chất xúc tác là chất làm tăng tốc độ phản ứng, nhưng còn lại sau khi phản ứng kết thúc.

Giải thích: Chất xúc tác làm yếu liên kết giữa các nguyên tử của phân tử tham gia phản ứng làm biến đổi cơ chế phản ứng nên làm tăng tốc độ phản ứng.

Sau bài học này, học sinh sẽ:

- Thực hiện được một số thí nghiệm nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng.

- Giải thích được các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng như: nồng độ, nhiệt độ, áp suất, diện tích bề mặt, chất xúc tác.

- Nêu được ý nghĩa của hệ số nhiệt độ Vant Hoff (Y).

- Vận dụng được kiến thức tốc độ phản ứng hoá học vào việc giải thích một số vấn đề trong cuộc sống và sản xuất.

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Hóa học 10 Chân trời sáng tạo Bài 16 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. 

• Câu 1:

  Khi nhiệt độ tăng lên 10⁰C, tốc độ của một phản ứng hoá học tăng lên 3 lần. Người ta nói rằng tốc độ phản ứng hoá học trên có hệ số nhiệt độ bằng 3. Điều khẳng định nào sau đây là đúng?

  • A. Tốc độ phản ứng tăng lên 256 lần khi nhiệt độ tăng từ 20⁰C lên 50⁰C
  • B. Tốc độ phản ứng tăng lên 243 lần khi nhiệt độ tăng từ 20⁰C lên 50⁰C.
  • C. Tốc độ phản ứng tăng lên 27 lần khi nhiệt độ tăng từ 20⁰C lên 50⁰C.
  • D. Tốc độ phản ứng tăng lên 81 lần khi nhiệt độ tăng từ 20⁰C lên 50⁰C.

• Câu 2:

  Để hoà tan một tấm Zn trong dd HCl ở 200C thì cần 27 phút, cũng tấm Zn đó tan hết trong dd HCl nói trên ở 40⁰C trong 3 phút. Hỏi để hoà tan hết tấm Zn đó trong dd HCl trên ở 55⁰C thì cần bao nhiêu thời gian?

  • A. 60 s 
  • B. 34,64 s 
  • C. 20 s
  • D. 40 s

• Câu 3:

  Khi nhiệt độ tăng thêm 10^oC tốc độ phản ứng hóa học tăng thêm 3 lần. Để tốc độ phản ứng đó (đang tiến hành ở 30⁰C) tăng lên 81 lần thì cần thực hiện ở nhiệt độ nào?

  • A. 40^oC
  • B. 50^oC
  • C. 60^oC
  • D. 70^oC

Câu 4-10: Mời các em đăng nhập xem tiếp nội dung và thi thử Online để củng cố kiến thức về bài học này nhé!

Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Hóa học 10 Chân trời sáng tạo Bài 16 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.

Giải câu hỏi 1 trang 98 SGK Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải câu hỏi 2 trang 99 SGK Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Luyện tập trang 99 SGK Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải câu hỏi 3 trang 99 SGK Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải câu hỏi 4 trang 100 SGK Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Luyện tập trang 100 SGK Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải câu hỏi 5 trang 101 SGK Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Luyện tập trang 101 SGK Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải câu hỏi 6 trang 101 SGK Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải câu hỏi 7 trang 101 SGK Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải câu hỏi 8 trang 102 SGK Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Luyện tập trang 102 SGK Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải câu hỏi 9 trang 102 SGK Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Luyện tập trang 103 SGK Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải câu hỏi 10 trang 103 SGK Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Vận dụng trang 104 SGK Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 1 trang 104 SGK Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 2 trang 104 SGK Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 3 trang 104 SGK Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 4 trang 104 SGK Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 16.1 trang 67 SBT Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 16.2 trang 67 SBT Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 16.3 trang 67 SBT Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 16.4 trang 67 SBT Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 16.5 trang 67 SBT Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 16.6 trang 68 SBT Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 16.7 trang 68 SBT Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 16.8 trang 68 SBT Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 16.9 trang 68 SBT Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 16.10 trang 69 SBT Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 16.11 trang 69 SBT Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 16.12 trang 69 SBT Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 16.13 trang 70 SBT Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 16.14 trang 70 SBT Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 16.15 trang 70 SBT Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 16.16 trang 71 SBT Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 16.17 trang 72 SBT Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Hóa học HOC247 sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!