Bài học

Ôn tập: khái niệm, các yếu tố ảnh hưởng và biểu thức tốc độ phản ứng

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em hệ thống hoá được toàn bộ nội dung khoá học: khái niệm và cách tính tốc độ phản ứng, năm yếu tố ảnh hưởng, biểu thức tốc độ và quy tắc Van't Hoff — và vận dụng đồng thời các kiến thức đó để giải một đề tổng hợp mang tính kiểm tra.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài ôn tập này không giới thiệu kiến thức mới, mà kết nối lại toàn bộ năm chương đã học: Chương 1 (khái niệm, đơn vị, cách tính từ số liệu), Chương 2 (nồng độ, áp suất, diện tích bề mặt), Chương 3 (nhiệt độ, Van't Hoff, xúc tác), Chương 4 (biểu thức tốc độ $v=k[A]^a[B]^b$ ), Chương 5 (ứng dụng thực tiễn).

Khởi động

Một đề kiểm tra thực tế hiếm khi hỏi riêng một ý nhỏ — nó thường ghép nhiều bước: tính tốc độ từ số liệu, suy luận yếu tố ảnh hưởng, viết biểu thức, rồi áp dụng Van't Hoff. Bài ôn tập này luyện đúng kỹ năng đó: đi qua một bài toán dài, từng bước một, không bỏ sót bước nào.

Hệ thống hoá kiến thức

Tốc độ phản ứng trung bình: $\bar{v} = \dfrac{|\Delta C|}{\Delta t}$ , đơn vị mol/(L·s); với phản ứng $aA+bB \to cC+dD$ , tốc độ theo từng chất liên hệ qua hệ số tỉ lượng: $v = \dfrac{1}{a}\dfrac{|\Delta C_A|}{\Delta t} = \dfrac{1}{b}\dfrac{|\Delta C_B|}{\Delta t} = \ldots$

Năm yếu tố ảnh hưởng tốc độ phản ứng (đều tăng tốc độ khi tăng, giải thích qua thuyết va chạm): nồng độ, áp suất (chỉ với chất khí), diện tích bề mặt (chỉ với chất rắn), nhiệt độ (mạnh nhất, theo quy tắc Van't Hoff $v_2/v_1 = \gamma^{(t_2-t_1)/10}$ ), và chất xúc tác (giảm năng lượng hoạt hoá $E_a$ , không đổi $\Delta_r H$ , không bị tiêu hao).

Biểu thức tốc độ phản ứng đơn giản: $v = k[A]^a[B]^b$ , với $a,b$ là bậc riêng phần (bằng hệ số tỉ lượng nếu phản ứng đơn giản); $k$ chỉ phụ thuộc bản chất phản ứng, nhiệt độ, xúc tác — không phụ thuộc nồng độ.

**Tốc độ phản ứng trung bình**: $\bar{v} = \dfrac{|\Delta C|}{\Delta t}$, đơn vị mol/(L·s); với phản ứng $aA+bB \to cC+dD$, tốc độ theo từng chất liên hệ qua hệ số tỉ lượng: $v = \dfrac{1}{a}\dfrac{|\Delta C_A|}{\Delta t} = \dfrac{1}{b}\dfrac{|\Delta C_B|}{\Delta t} = \ldots$ **Năm yếu tố ảnh hưởng tốc độ phản ứng** (đều tăng tốc độ khi tăng, giải thích qua thuyết va chạm): nồng độ, áp suất (chỉ với chất khí), diện tích bề mặt (chỉ với chất rắn), nhiệt độ (mạnh nhất, theo quy tắc Van't Hoff $v_2/v_1 = \gamma^{(t_2-t_1)/10}$), và chất xúc tác (giảm năng lượng hoạt hoá $E_a$, không đổi $\Delta_r H$, không bị tiêu hao). **Biểu thức tốc độ phản ứng đơn giản**: $v = k[A]^a[B]^b$, với $a,b$ là bậc riêng phần (bằng hệ số tỉ lượng nếu phản ứng đơn giản); $k$ chỉ phụ thuộc bản chất phản ứng, nhiệt độ, xúc tác — không phụ thuộc nồng độ.

Bài toán ôn tập mẫu

Ví dụ

Ôn tập: tính tốc độ từ số liệu và biểu thức tốc độ

1
Cho phản ứng đơn giản 2A(g) + B(g) → 2C(g). Ở 30 °C, thực nghiệm cho biết trong 10 giây đầu, nồng độ A giảm từ 0,600 mol/L xuống 0,520 mol/L. (a) Tính tốc độ trung bình theo A và tốc độ chung của phản ứng. (b) Biết nồng độ B tại thời điểm đầu là 0,300 mol/L (coi gần đúng không đổi trong 10 giây đầu vì lượng B phản ứng nhỏ), viết biểu thức tốc độ và tính hằng số tốc độ k ở 30 °C (coi tốc độ trung bình ở (a) xấp xỉ tốc độ tức thời tại thời điểm đầu).
Cho phản ứng đơn giản 2A(g) + B(g) → 2C(g). Ở 30 °C, thực nghiệm cho biết trong 10 giây đầu, nồng độ A giảm từ 0,600 mol/L xuống 0,520 mol/L. (a) Tính tốc độ trung bình theo A và tốc độ chung của phản ứng. (b) Biết nồng độ B tại thời điểm đầu là 0,300 mol/L (coi gần đúng không đổi trong 10 giây đầu vì lượng B phản ứng nhỏ), viết biểu thức tốc độ và tính hằng số tốc độ k ở 30 °C (coi tốc độ trung bình ở (a) xấp xỉ tốc độ tức thời tại thời điểm đầu).
2
$\bar{v}_A = \dfrac{|0{,}520-0{,}600|}{10} = \dfrac{0{,}080}{10} = 0{,}0080$ mol/(L·s). Vì hệ số của A là 2: $v = \dfrac{\bar{v}_A}{2} = 0{,}0040$ mol/(L·s). (1)
$\bar{v}_A = \dfrac{|0{,}520-0{,}600|}{10} = \dfrac{0{,}080}{10} = 0{,}0080$ mol/(L·s). Vì hệ số của A là 2: $v = \dfrac{\bar{v}_A}{2} = 0{,}0040$ mol/(L·s). (1)
3
Vì phản ứng đơn giản, bậc riêng phần theo A bằng 2, theo B bằng 1: $v = k[A]^2[B]$ . (2)
Vì phản ứng đơn giản, bậc riêng phần theo A bằng 2, theo B bằng 1: $v = k[A]^2[B]$. (2)
4
Thay $v = 0{,}0040$ mol/(L·s) (từ (1)), $[A] \approx 0{,}600$ mol/L (nồng độ đầu), $[B] = 0{,}300$ mol/L vào (2): $k = \dfrac{v}{[A]^2[B]} = \dfrac{0{,}0040}{(0{,}600)^2 \times 0{,}300} = \dfrac{0{,}0040}{0{,}108} \approx 0{,}037$ $L^2 \cdot mol^{-2} \cdot s^{-1}$ .
Thay $v = 0{,}0040$ mol/(L·s) (từ (1)), $[A] \approx 0{,}600$ mol/L (nồng độ đầu), $[B] = 0{,}300$ mol/L vào (2): $k = \dfrac{v}{[A]^2[B]} = \dfrac{0{,}0040}{(0{,}600)^2 \times 0{,}300} = \dfrac{0{,}0040}{0{,}108} \approx 0{,}037$ $L^2 \cdot mol^{-2} \cdot s^{-1}$.
5
Vậy tốc độ chung của phản ứng ở 30 °C xấp xỉ 0,0040 mol/(L·s); biểu thức tốc độ là $v=k[A]^2[B]$ với $k \approx 0{,}037$ $L^2 \cdot mol^{-2} \cdot s^{-1}$ ở 30 °C.
Vậy tốc độ chung của phản ứng ở 30 °C xấp xỉ 0,0040 mol/(L·s); biểu thức tốc độ là $v=k[A]^2[B]$ với $k \approx 0{,}037$ $L^2 \cdot mol^{-2} \cdot s^{-1}$ ở 30 °C.

Bài toán ôn tập tổng hợp — dạng thi

Ví dụ

Ôn tập: kết hợp biểu thức tốc độ và quy tắc Van't Hoff

1
Tiếp nối bài toán trên (k ≈ 0,037 L²·mol⁻²·s⁻¹ ở 30 °C, phản ứng 2A(g)+B(g)→2C(g), hệ số nhiệt độ γ = 2 của phản ứng này đã biết từ thực nghiệm khác). (a) Nếu tăng nhiệt độ lên 50 °C, hằng số tốc độ mới $k'$ có liên hệ gì với tốc độ mới — hãy tính tỉ số tốc độ ở cùng một nồng độ [A], [B] giữa 50 °C và 30 °C. (b) Ở 50 °C, nếu giữ nguyên [A]=0,600 mol/L nhưng tăng [B] lên gấp đôi thành 0,600 mol/L, tốc độ mới so với tốc độ ở phần (a) của bài trước thay đổi tổng cộng bao nhiêu lần?
Tiếp nối bài toán trên (k ≈ 0,037 L²·mol⁻²·s⁻¹ ở 30 °C, phản ứng 2A(g)+B(g)→2C(g), hệ số nhiệt độ γ = 2 của phản ứng này đã biết từ thực nghiệm khác). (a) Nếu tăng nhiệt độ lên 50 °C, hằng số tốc độ mới $k'$ có liên hệ gì với tốc độ mới — hãy tính tỉ số tốc độ ở cùng một nồng độ [A], [B] giữa 50 °C và 30 °C. (b) Ở 50 °C, nếu giữ nguyên [A]=0,600 mol/L nhưng tăng [B] lên gấp đôi thành 0,600 mol/L, tốc độ mới so với tốc độ ở phần (a) của bài trước thay đổi tổng cộng bao nhiêu lần?
2
Ở cùng nồng độ, tỉ số tốc độ giữa hai nhiệt độ chính là tỉ số hằng số tốc độ (vì $[A]^2[B]$ không đổi): $\dfrac{v_{50}}{v_{30}} = \dfrac{k'}{k} = \gamma^{\frac{50-30}{10}} = 2^2 = 4$ .
Ở cùng nồng độ, tỉ số tốc độ giữa hai nhiệt độ chính là tỉ số hằng số tốc độ (vì $[A]^2[B]$ không đổi): $\dfrac{v_{50}}{v_{30}} = \dfrac{k'}{k} = \gamma^{\frac{50-30}{10}} = 2^2 = 4$.
3
Khi tăng [B] gấp đôi (giữ nguyên [A]), vì bậc riêng phần theo B là 1: tốc độ tăng thêm $\left(\dfrac{[B]_{mới}}{[B]_{cũ}}\right)^1 = 2$ lần so với chỉ đổi nhiệt độ.
Khi tăng [B] gấp đôi (giữ nguyên [A]), vì bậc riêng phần theo B là 1: tốc độ tăng thêm $\left(\dfrac{[B]_{mới}}{[B]_{cũ}}\right)^1 = 2$ lần so với chỉ đổi nhiệt độ.
4
Tổng hợp cả hai hiệu ứng (nhiệt độ tăng và nồng độ B tăng), tốc độ mới so với tốc độ ban đầu ở 30 °C (phần (a) bài trước) tăng: $4 \times 2 = 8$ lần.
Tổng hợp cả hai hiệu ứng (nhiệt độ tăng và nồng độ B tăng), tốc độ mới so với tốc độ ban đầu ở 30 °C (phần (a) bài trước) tăng: $4 \times 2 = 8$ lần.
5
Vậy riêng việc tăng nhiệt độ từ 30 °C lên 50 °C làm tốc độ tăng 4 lần; kết hợp thêm việc tăng gấp đôi nồng độ B, tốc độ tổng cộng tăng gấp 8 lần so với điều kiện ban đầu — minh hoạ cách các yếu tố ảnh hưởng tốc độ phản ứng có thể kết hợp và nhân hiệu ứng với nhau.

Những sai lầm cần tránh khi ôn tập

Rà lại các lỗi thường gặp xuyên suốt khoá học: (1) quên chia/nhân theo hệ số tỉ lượng khi đổi tốc độ giữa các chất; (2) coi bậc riêng phần luôn bằng hệ số tỉ lượng dù phản ứng không được xác nhận là đơn giản; (3) nhầm hằng số tốc độ k phụ thuộc nồng độ; (4) áp dụng sai chiều Van't Hoff khi nhiệt độ giảm (tốc độ phải giảm, không phải tăng); (5) quên đơn vị k thay đổi theo bậc phản ứng tổng quát; (6) dùng nhầm Vm = 22,4 lít/mol (đktc cũ) thay vì 24,79 lít/mol (đkc chương trình 2018).

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Tổng kết khoá học

Khoá học đã đưa em đi từ việc đo được tốc độ phản ứng bằng số liệu thực nghiệm, đến việc giải thích được vì sao tốc độ thay đổi qua thuyết va chạm và năm yếu tố ảnh hưởng, rồi đến việc mô tả được mối quan hệ đó bằng một biểu thức toán học $v=k[A]^a[B]^b$ và quy tắc Van't Hoff cho nhiệt độ. Đây là nền tảng quan trọng cho các chương trình hoá học ở lớp 11, 12, nơi khái niệm tốc độ phản ứng sẽ gắn liền với cân bằng hoá học và động hoá học ở mức sâu hơn.

Khoá học đã đưa em đi từ việc **đo được** tốc độ phản ứng bằng số liệu thực nghiệm, đến việc **giải thích được** vì sao tốc độ thay đổi qua thuyết va chạm và năm yếu tố ảnh hưởng, rồi đến việc **mô tả được** mối quan hệ đó bằng một biểu thức toán học $v=k[A]^a[B]^b$ và quy tắc Van't Hoff cho nhiệt độ. Đây là nền tảng quan trọng cho các chương trình hoá học ở lớp 11, 12, nơi khái niệm tốc độ phản ứng sẽ gắn liền với cân bằng hoá học và động hoá học ở mức sâu hơn.