Tốc độ phản ứng – Cân bằng Hóa học

100% lượng N2O5 đã tác dụng là 62% vậy lượng N2O5 còn lại là 38%. Ta có :
	= - kt t = t = = 1897 s = 31 phút 37 s
	Phản ứng bậc 2 :
Phản ứng bậc 2 là phản ứng mà tốc độ của nó phụ thuộc bậc 2 vào nồng độ tác chất.
	Sơ đồ 1 : 	2A " sản phẩm 
	TD : 	2C4H6 " C8H12 
Ta có : V = = k[A]2 . Lấy tích phân xác định từ t = 0 (ứng với nồng độ A là [A]0 đến t ứng với nồng độ của A là [A] ta có : 
	 = 2kt = 
Ở thời gian t = (chu kỳ bán hủy) ta có : [A] = thay vào ta có : 2k = = 
	Sơ đồ 2 : 
	A + B " sản phẩm 
	TD : phản ứng xà phòng hóa este 
	CH3COOC2H5 + OH- " CH3COO- + C2H5OH
Ta có : V = k[A][B]. Theo phương trình số mol A và B tác dụng bằng nhau.
	a/ Nếu nồng độ ban đầu của A và B bằng nhau ta có : [A]0 = [B]0 [A] = [B] V = k[A]2 
	 2kt = 
	b/ Nếu nồng độ ban đầu của A và B khác nhau : [A]0 [B]0 [A] [B] ta có : 
	V = . Gọi x là nồng độ mol của A đã mất ở thời điểm t.
Ta có : [A] = [A]0 – x , [B] = [B]0 – x. Vậy V = 
 vì nên ta có :
	 = kdt. Lấy tích phân xác định 2 vế trong giới hạn từ 0 đến t và từ 0 đến x ta có : = kt = 
đk [A]0 > [B]0. Nếu trường hợp [B]0 > [A]0 thì biểu thức trên trở thành : kt = 
	3/ Anh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng :
Tốc độ phản ứng phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ. Thông thường khi tăng nhiệt độ thì tốc độ phản ứng tăng rất nhanh. TD phản ứng : 2H2 + O2 " 2H2O . Ở nhiệt độ t < 3000C phản ứng xảy ra rất chậm có thể coi như không xảy ra. Ở nhiệt độ 7000C phản ứng xảy ra tức khắc dưới dạng nổ.
	Dựa vào kết quả của nhiều thí nghiệm, nhà khoa học người Hà Lan là Van’t Hoff nêu ra quy tắc kinh nghiệm : “ Cứ tăng nhiệt độ lên 100C thì tốc độ phản ứng hóa học trung bình tăng từ 2 đến 4 lần”. Với mỗi phản ứng số lần tăng của tốc độ phản ứng khi tăng nhiệt độ thêm 100C được gọi là hệ số nhiệt độ của tốc độ phản ứng (kí hiệu là ). Giả sử ở t10C phản ứng có vận tốc V1. Ở nhiệt độ t20C phản ứng có vận tốc V2. Theo Van’t Hoff ta có công thức : Qui tắc Van’t Hoff là qui tắc gần đúng. 
	Năm 1889 nhà khoa học người Thụy Điển là Arrhenius dựa vào các định luật nhiệt động lực học đề xuất biểu thức cho thấy sự phụ thuộc hằng số tốc độ phản ứng vào nhiệt độ tuyệt đối T như sau :
	 (*) trong đó : k : là hằng số tốc độ phản ứng
	Ea : năng lượng hoạt hóa của phản ứng
	R : hằng số khí lý tưởng
	T : nhiệt độ tuyệt đối (K)
Lấy tích phân bất định (*) ta có : lnk = (lnA là hằng số tích phân) 
Từ đó ta có : k = 
 Biều thức này còn gọi là phương trình Arrhenius. Hệ số A được gọi là thừa số trước số mũ hay thừa số tần số. Giá trị của A không phụ thuộc vào nhiệt độ.
Từ Lấy tích phân xác định từ T1 đến T2 ta có : 
Nếu chuyển thành logarit thập phân ta có : Đây là dạng khác của pt Arrhenius
* Hằng số khí R :
	Theo phương trình trạng thái khí : PV = nRT R = 
Khi P = 1 atm ; V = 22,4 lít ; T = 273 K ; n = 1 mol R = = 
Khi P = 760 mmHg ; V = 22400 ml ; T = 273 K ; n = 1 mol 
R = = 62358,97436 
Trong hệ SI áp suất đơn vị của áp suất là Pascal (Pa) :
	1 atm = 1,01325.105 Pa
Khi P = 101,325 kPa ; V = 22,4 lít ; T = 273 K ; n = 1 mol
	 R = Ta có : 1 cal = 4,1868 J R = 1,9857 
* Ap suất P :
Khi tải trọng được phân bố đều thì áp suất được xác định bằng lực đặc lên một đơn vị bề mặt :
	P = Đơn vị áp suất được lấy bằng áp suất phân bố đều trong đó 1 đơn vị bề mặt chịu một đơn vị lực. Đơn vị áp suất trong hệ SI là Pascal (Pa)
	1 Pa = 1 N/m2 = 1 Kg/m.s2 = 10 đyn/cm2. 1 bar = 105 Pa = 106 đyn. 1 atm = 1,01325.105 Pa.
Đơn vị áp suất trong hệ CGS là đyn/cm2 : 1 đyn/cm2= 1 g/cm.s2
Atmotphe vật lý (tiêu chuẩn) ký hiệu : atm được định nghĩa là áp suất của không khí làm cân bằng một cột thủy ngân có độ cao 76 cm, khi khối lượng riêng của thủy ngân là 13,595 g/cm3 và giá trị tiêu chuẩn của sự rơi tự do là 980,665 cm/s2.
TD : Đối với phản ứng : 
	C2H5I + OH- " C2H5OH + I- 
Có các hằng số tốc độ như sau : k1 = 5,03.10-2 (l.mol-1.s-1) ở 289K và k2 = 6,71 (l.mol-1.s-1) ở 333K
	a/ Tính năng lượng hoạt hóa của phản ứng.
	b/ Tính hằng số tốc độ phản ứng tại nhiệt độ 305K
	Giải : 	a/ Năng lượng hoạt hóa của phản ứng :
	Ta có : 	 Ea = 
 	 	Ea = = 89,0 KJ.mol-1 
	b/ Hằng số tốc độ phản ứng ở 305K :
	Ta có 	 k305 = 0,35 (l.mol-1.s-1)
	4. ảnh hưởng của chất xúc tác đến tốc độ phản ứng :
	* Các khái niệm chung :
	- Chất xút tác chỉ có tác dụng đối với những phản ứng tự diển biến (G 0).
	- Xúc tác đồng thể : Trong phản ứng, chất xút tác và chất tham gia phản ứng tạo thành hệ đồng thể.
	- Xúc tác dị thể : chất xúc tác và chất phản ứng tạo thành hệ dị thể.
	- Phản ứng tự xúc tác : sản phẩm của phản ứng có tác dụng xúc tác trở lại cho phản ứng.
	- Xúc tác men : phản ứng diễn ra có tác dụng xúc tác của men.
	* Cơ chế tác dụng của xúc tác :
	- Trong phản ứng xúc tác đồng thể, chất xúc tác tạo với chất phản ứng những hợp chất trung gian kém bền dễ dàng tiếp tục phản ứng để tạo ra sản phẩm cuối cùng và hoàn trả lại chất xúc tác. Các giai đoạn tạo hợp chất trung gian đều có năng lượng hoạt hóa Eh nhỏ hơn năng lượng hoạt hóa của phản ứng khi không có xúc tác. Vì vậy chất xúc tác (dương) có tác dụng làm tăng tốc độ phản ứng.
	- Trong phản ứng xúc tác dị thể, chất xúc tác (rắn) hấp thụ chất phản ứng (lỏng hay khí) lên bề mặt của nó khiến nồng độ các chất phản ứng ở vùng bề mặt chất xúc tác tăng lên, khiến tốc độ phản ứng tăng. Ngoài ra, chất xúc tác có thể tạo với chất phản ứng những hợp chất bề mặt trung gian bền dễ chuyển thành sản phẩm phản ứng và hoàn lại chất xúc tác.
	Bản chất tác dụng của mọi xúc tác là : các quá trình có sự tham gia của chất xúc tác đều đòi hỏi năng lượng hoạt động hóa thấp hơn phản ứng không có chất xúc tác.
II/ CÂN BẰNG HÓA HỌC :
	1/ Phản ứng thuận nghịch :
Phản ứng thuận nghịch là phản ứng xảy ra theo 2 chiều ngược nhau ở cùng một điều kiện. Đặc điểm của phản ứng thuận nghịch là không hoàn toàn. Một phản ứng thuận nghịch trước sau gì cũng đạt đến trạng thái cân bằng.
Chiều thuận
TD : Có phản ứng thuận nghịch đồng thể :
Chiều nghịch
	aA(k) + bB(k) 	 dD(k) + eE(k) 	(1)
	Đối với phản ứng thuận ta có : Vt = kt[A]a[B]b
	Đối với phản ứng nghịch ta có : Vn = kn[D]d[E]e
Theo thời gian phản ứng thì [A], [B] giảm Vt giảm và [D], [E] tăng Vn tăng. Đến thời điểm t nào đó thì :
	Vt = Vn lúc đó ta nói hệ phản ứng thuận nghịch đã đạt đến trạng thái cân bằng hóa học. 
Vt
Vn
tcb
Thời gian phản ứng t
	2/ Hằng số cân bằng của phản ứng thuận nghịch :
Chiều thuận
Ta xét phản ứng đồng thể :
Chiều nghịch
	aA(k) + bB(k) 	 dD(k) + eE(k) 
Theo phản ứng trên ta có :
Năng lượng tự do của a mol chất A : aGA0 + RTlnPAa
Năng lượng tự do của a mol chất B : bGB0 + RTlnPBb
Năng lượng tự do của a mol chất D : dGD0 + RTlnPDd
Năng lượng tự do của a mol chất E : eGE0 + RTlnPEe
GA0, GB0, GD0, GE0 là năng lượng tự do tiêu chuẩn của A, B, D, E. 
Biến thiên năng lượng tự do DG của phản ứng được tính :
	DG(pư) = (sản phẩm) - (tác chất)
 DG(pư) = ( + RTlnPd ) + (eGEe + RTlnPe ) - (aGA0 + RTlnPa) - (bGB0 + RTlnPb)
 DG(pư) = (dGD0 + eGEe) – (aGA0 + bGBb) + RT
 DG(pư) = DG0 + RT Khi phản ứng đạt tới trạng thái cân bằng ta có : DG = 0 
 DG0 = - RT Nếu đặt KP = ta có : KP là là hằng số cân bằng áp suất riêng của phản ứng thuận nghịch.
Đối với phản ứng (1) ta có : KC = 
Vì PV = nRT P = CRT nên ta có : KP = KCRTDn (với Dn = (d + e) – (a + b) là độ biến thiên số mol khí.)
Cân bằng trong hệ dị thể :
Một phản ứng thuận nghịch bao gồm các tác chất và sản phẩm không cùng một pha sẽ dẫn đến một cân bằng dị thể.
	TD : CaCO3 (r) D CaO(r) + CO2 (k) 
	Ag2CrO4 (r) D 2Ag+ (aq) + CrO42- (aq)
Do chất rắn có nồng độ coi như không đổi và không ảnh hưởng đến áp suất của hệ nên nó không có trong biểu thức tính hằng số cân bằng.
	TD : Đối với phản ứng : CaCO3 (r) D CaO(r) + CO2 (k) có KP = hoặc KC = [CO2] 
	Đối với phản ứng : Ag2CrO4 (r) D 2Ag+ (aq) + CrO42- (aq) có KC = [Ag+]2[CrO42-]
	3/ Ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất đến cân bằng hóa học. Nguyên lý chuyển dời cân bằng :
	a/ Ảnh hưởng của nhiệt độ : 
	Hằng số cân bằng KP là một hàm của nhiệt độ vì ta có : lnKP = 
Để mô tả sự phụ thuộc này ta có phương trình Van’t Hoff :
	Lấy tích phân xác định từ T1 đến T2 ta có : 
	KP(T2) là hằng số cân bằng ở nhiệt độ T2, KP(T1) là hằng số cân bằng ở nhiệt độ T1
	b/ Ảnh hưởng của áp suất :
	Khi tăng áp suất của hệ cân bằng thuận nghịch thì mức cân bằng dịch chuyển theo chiều làm giảm số mol khí.
	Thực chất sự tăng áp suất là sự tăng nồng độ các chất khí có trong hệ và ngược lại. Khi tăng hoặc giảm áp suất của hệ thì nồng độ các khí tham gia và tạo thành tăng hoặc giảm theo số lần bằng nhau. Nhưng phản ứng có bậc lớn hơn sẽ tăng hoặc giảm nhanh hơn. Kết quả là tốc độ phản ứng thuận và phản ứng nghịch sẽ thay đổi. 
	TD : xét phản ứng :	2NO (k) + O2 (k) D 2NO2 (k) 
 	 (không màu)	 (nâu)	
	Nếu tăng áp suất của hệ lên 2 lần thì nồng độ các khí đều tăng 2 lần. Giả sử ban đầu hệ đang ở trạng thái cân bằng ứng với nồng độ các chất [NO] = a ; [O2] = b ; [NO2] = c (mol/l) thì ta có :
	Vt = kt[NO]2[O2] = Vn = kn[NO2]2	 kta2b = knc2
Khi tăng áp suất của hệ lên 2 lần thì nồng độ các chất trong hệ tăng 2 lần, nghĩa là nồng độ NO = 2a, của O2 = 2b và của NO2 = 2c. Do đó ta có :	Vt’ = kt(2a)2(2b) = 8kta2b = 8Vt và Vn’ = kn(2c)2 = 4knc2 = 4Vn
Kết quả tốc độ phản ứng thuận tăng nhanh hơn tốc độ phản ứng nghịch, nên cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận. Ngược lại nếu giảm áp suất của hệ 2 lần thì nồng độ các chất giảm 2 lần và tính toán tương tự ta thấy tốc độ phản ứng nghịch tăng nhanh hơn tốc độ phản ứng thuận nên cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch.
	Vậy một hệ phản ứng các chất khí đang ở trạng thái cân bằng nếu :
Tăng áp suất của hệ thì mức cân bằng dịch chuyển theo chiều giảm số mol khí.
Giảm áp suất của hệ thì mức cân bằng dịch chuyển theo chiều làm tăng số mol khí. 
	Trong các phản ứng mà tổng số mol khí 2 vế phương trình bằng nhau thì thì việc thay đổi áp suất không làm chuyển dịch cân bằng.
	TD : các phản ứng :	H2 (k) + I2 (k) D 2HI(k) 
	CO (k) + H2O (k) D CO2 (k) + H2 (k) 
- Chất xúc tác không gây ra sự chuyển dịch cân bằng trong phản ứng thuận nghịch, mà chỉ làm cho phản ứng nha