Ảnh hưởng của nồng độ và áp suất — Thuyết va chạm

Cho hai thí nghiệm: (1) Zn phản ứng với dung dịch HCl 1,0 mol/L; (2) Zn phản ứng với dung dịch HCl 2,0 mol/L, cùng khối lượng Zn, cùng nhiệt độ. Hãy dự đoán thí nghiệm nào có tốc độ phản ứng lớn hơn và giải thích.

Hai thí nghiệm chỉ khác nhau về nồng độ HCl: thí nghiệm (2) có nồng độ HCl gấp đôi thí nghiệm (1), các yếu tố khác (khối lượng Zn, nhiệt độ, diện tích bề mặt Zn) giữ không đổi.

Ở thí nghiệm (2), số ion H+ và Cl- trong một đơn vị thể tích dung dịch nhiều hơn thí nghiệm (1). Số hạt càng đông, tần số va chạm giữa ion H+ với bề mặt kẽm càng lớn, kéo theo số va chạm hiệu quả trong một đơn vị thời gian cũng tăng.

Vậy thí nghiệm (2) — dùng HCl 2,0 mol/L — có tốc độ phản ứng lớn hơn thí nghiệm (1), thể hiện qua tốc độ sủi bọt khí H2 nhanh hơn.

Trong công nghiệp, phản ứng tổng hợp ammonia N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g) được thực hiện ở áp suất rất cao (khoảng 200–300 atm) thay vì áp suất thường. Hãy giải thích vì sao áp suất cao giúp tăng tốc độ phản ứng này, dựa trên thuyết va chạm.

Phản ứng có cả ba chất N2, H2, NH3 đều ở thể khí — đây là điều kiện để áp suất phát huy tác dụng như đã nêu trong bài học.

Ở nhiệt độ không đổi, tăng áp suất của hệ khí tương đương nén hệ vào thể tích nhỏ hơn, làm tăng nồng độ (số phân tử trên một đơn vị thể tích) của cả N2 và H2 trong bình phản ứng.

Nồng độ N2 và H2 tăng làm tăng tần số va chạm giữa các phân tử N2 và H2, từ đó tăng số va chạm hiệu quả trong một đơn vị thời gian, nên tốc độ phản ứng tổng hợp NH3 tăng đáng kể.

Vậy áp suất cao được sử dụng trong công nghiệp tổng hợp ammonia chính là để tăng nồng độ hiệu dụng của N2 và H2, qua đó tăng tốc độ phản ứng và rút ngắn thời gian sản xuất.