Tốc độ phản ứng là một khái niệm quan trọng trong hóa học, giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cách các phản ứng diễn ra nhanh hay chậm. Bài viết này sẽ cung cấp kiến thức đầy đủ về Công Thức Tính Tốc độ Trung Bình Của Phản ứng, kèm theo các ví dụ minh họa và bài tập tự luyện để bạn nắm vững kiến thức.
A. Lý Thuyết và Phương Pháp Giải
Tốc độ phản ứng được xác định bằng sự thay đổi nồng độ của một chất (phản ứng hoặc sản phẩm) trong một đơn vị thời gian.
1. Tính Tốc Độ Phản Ứng Theo Sự Biến Thiên Nồng Độ
Xét phản ứng đơn giản: A → B
Tốc độ phản ứng trung bình tính theo chất A trong khoảng thời gian từ t1 đến t2 được xác định bằng công thức:
vtb = – ΔC / Δt = -(C2 – C1) / (t2 – t1)
Trong đó:
- C1: Nồng độ chất A ở thời điểm t1 (mol/l)
- C2: Nồng độ chất A ở thời điểm t2 (mol/l)
- ΔC: Độ biến thiên nồng độ của chất A (C2 – C1)
- Δt: Khoảng thời gian phản ứng (t2 – t1)
Lưu ý: Dấu âm (-) được thêm vào vì nồng độ chất phản ứng giảm dần theo thời gian.
Hình ảnh minh họa sự giảm dần nồng độ chất phản ứng theo thời gian, giúp trực quan hóa khái niệm tốc độ phản ứng.
Nếu tốc độ phản ứng được tính theo sản phẩm B, công thức sẽ là:
vtb = ΔC / Δt = (C2 – C1) / (t2 – t1)
Trong đó:
- C1: Nồng độ chất B ở thời điểm t1 (mol/l)
- C2: Nồng độ chất B ở thời điểm t2 (mol/l)
Lưu ý: Không có dấu âm (-) vì nồng độ sản phẩm tăng dần theo thời gian.
2. Tính Tốc Độ Phản Ứng Theo Hằng Số Tốc Độ
Xét phản ứng tổng quát: xA + yB → Sản phẩm
Tốc độ phản ứng được biểu diễn bằng phương trình tốc độ:
v = k.[A]x.[B]y
Trong đó:
- k: Hằng số tốc độ phản ứng (phụ thuộc vào nhiệt độ và chất xúc tác)
- [A], [B]: Nồng độ mol của chất A và chất B
- x, y: Bậc của phản ứng đối với chất A và chất B (thường được xác định bằng thực nghiệm)
Sơ đồ công thức tổng quát biểu diễn sự ảnh hưởng của nồng độ chất phản ứng và hằng số tốc độ đến tốc độ phản ứng.
B. Ví Dụ Minh Họa
Bài 1: Thực hiện phản ứng trong bình kín: H2(k) + Br2(k) → 2HBr(k)
Ban đầu, nồng độ của Br2 là 0,072 mol/l. Sau 2 phút, nồng độ của Br2 còn lại là 0,048 mol/l. Tính tốc độ trung bình của phản ứng theo Br2 trong khoảng thời gian trên.
Giải:
vtb = – (0,048 – 0,072) / (2 * 60) = 2.10-4 mol/(l.s)
Bài 2: Cho phản ứng: H2(k) + I2(k) ⇌ 2HI(k) có phương trình tốc độ v = k.[H2].[I2]. Hỏi tốc độ phản ứng sẽ thay đổi như thế nào nếu tăng áp suất chung của hệ lên 3 lần?
Giải:
Khi tăng áp suất lên 3 lần, nồng độ của cả H2 và I2 đều tăng lên 3 lần.
v’ = k.(3[H2]).(3[I2]) = 9v
Vậy tốc độ phản ứng tăng lên 9 lần.
Hình ảnh bài tập ví dụ thể hiện rõ quá trình áp dụng công thức vào giải quyết bài toán thực tế về tốc độ phản ứng.
Bài 3: Cho phản ứng: A + B → C. Nồng độ ban đầu của B là 0,8 mol/lít. Sau 10 phút, nồng độ của B chỉ còn 80% so với ban đầu. Tính tốc độ trung bình của phản ứng.
Giải:
Nồng độ của B sau 10 phút: [B] = 0,8 * 80% = 0,64 mol/lít
vtb = – (0,64 – 0,8) / 10 = 0,016 mol/l.phút
C. Bài Tập Tự Luyện
-
Cho phản ứng: Br2 + HCOOH → 2HBr + CO2. Nồng độ ban đầu của Br2 là a mol/lít, sau 50 giây nồng độ Br2 còn lại là 0,01 mol/lít. Tốc độ trung bình của phản ứng trên tính theo Br2 là 4.10-5 mol/(lít.s)-1. Tính giá trị của a.
-
Cho phản ứng: 3O2 → 2O3. Ban đầu nồng độ oxi là 0,024 mol/lít. Sau 5s thì nồng độ của oxi là 0,02 mol/lít. Tính tốc độ phản ứng trên tính theo oxi.
-
Ở 30°C, sự phân hủy H2O2 xảy ra theo phản ứng: 2H2O2 → 2H2O + O2↑
Dựa vào bảng số liệu sau, hãy tính tốc độ trung bình của phản ứng trong khoảng 120 giây đầu tiên.
Thời gian (s) 0 60 120 240 Nồng độ H2O2 (mol/l) 0,3033 0,2610 0,2330 0,2058 -
Cho phản ứng: 2N2O5 → 4NO2 + O2. Ban đầu nồng độ của N2O5 là 1,91M; sau 207 giây nồng độ của N2O5 là 1,67M. Tính tốc độ trung bình của phản ứng tính theo N2O5.
-
Cho phương trình hóa học của phản ứng: X + 2Y → Z + T. Ở thời điểm ban đầu, nồng độ của chất X là 0,01 mol/l. Sau 20 giây, nồng độ của chất X là 0,008 mol/l. Tính tốc độ trung bình của phản ứng tính theo chất X trong khoảng thời gian trên.
(Đáp án tham khảo được cung cấp ở cuối bài viết gốc).
Nắm vững công thức tính tốc độ trung bình của phản ứng và luyện tập giải các bài tập sẽ giúp bạn tự tin hơn trong môn Hóa học. Chúc bạn thành công!
