Giải SGK Hóa 10 (Cánh diều) Bài 16: Tốc độ phản ứng hóa học

Giải Hóa học 10 Bài 16: Tốc độ phản ứng hóa học

Mở đầu trang 88 Hóa học 10: Cho hai mảnh Mg cùng khối lượng vào hai ống nghiệm chứa cùng thể tích dung dịch HCl dư, nồng độ dung dịch HCl ở mỗi ống nghiệm lần lượt là 2M (Thí nghiệm (a)) và 0,5M (Thí nghiệm (b)). Hiện tượng thí nghiệm được mô tả như hình 16.1. Theo em, mảnh Mg ở ống nghiệm nào sẽ bị tan hết trước? Giải thích.

Lời giải:

Mảnh Mg ở ống nghiệm đựng dung dịch HCl 2M sẽ bị tan hết trước.

Vì nồng độ của các chất phản ứng sẽ ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng. Cụ thể: “Nồng độ các chất phản ứng càng lớn, tốc độ phản ứng càng lớn”.

I. Khái niệm tốc độ phản ứng, tốc độ trung bình của phản ứng

Câu hỏi 1 trang 89 Hóa học 10: Trong cùng một khoảng thời gian, nồng độ của MgCl₂ trong dung dịch ở thí nghiệm nào tăng lên nhanh hơn? Giải thích.

Lời giải:

Trong cùng một khoảng thời gian lượng HCl và Mg bị mất đi ở thí nghiệm với dung dịch HCl 2M là nhanh hơn.

⇒ Lượng MgCl₂ tạo thành ở dung dịch HCl 2M cũng tăng lên nhanh hơn.

Coi thể tích của dung dịch là không đổi trong suốt quá trình của phản ứng

⇒ Nồng độ của MgCl₂ ở dung dịch HCl 2M tăng lên nhanh hơn

Câu hỏi 2 trang 89 Hóa học 10: Tốc độ của phản ứng (1) ở thí nghiệm (a) là nhanh hơn hay chậm hơn tốc độ phản ứng ở thí nghiệm (b)?

Lời giải:

Tốc độ của phản ứng (1) ở dung dịch HCl 2M (thí nghiệm (a)) là nhanh hơn so với tốc độ ở dung dịch HCl 0,5M (thí nghiệm (b)).

Câu hỏi 3 trang 90 Hóa học 10: Cho biết tốc độ phản ứng chỉ nhận giá trị dương. Giải thích tại sao phải thêm dấu trừ trong biểu thức (3) khi tính tốc độ trung bình của phản ứng theo các chất tham gia phản ứng.

Lời giải:

Biểu thức (3):

$\overline{v}=-\frac{1}{a}\frac{\Delta C_A}{\Delta t}=-\frac{1}{b}\frac{\Delta C_B}{\Delta t}=\frac{1}{m}\frac{\Delta C_M}{\Delta t}=\frac{1}{n}\frac{\Delta C_N}{\Delta t}$   (3)

ΔC = C2 – C1 ; Δt = t2 – t1

Trong đó C1, C2 là nồng độ của một chất tại thời điểm tương ứng t1 và t2.

Các chất tham gia có nồng độ giảm theo thời gian ⇒ C2 < C1 ⇒ ΔC < 0

Vậy để tốc độ phản ứng nhận giá trị dương cần phải thêm dấu trừ trong biểu thức (3) khi tính tốc độ trung bình của phản ứng theo các chất tham gia phản ứng.

Luyện tập 1 trang 90 Hóa học 10: Tính tốc độ trung bình của phản ứng (4) theo O₂ trong 100 giây đầu tiên.

Lời giải:

Theo O₂: Nồng độ ban đầu của O₂ (C₁) là 0, nồng độ sau 100s (C₂) là 0,0016M.

Δt = 100 s – 0 s = 100 s. Vậy tốc độ trung bình của phản ứng trong 100 s đầu tiên là:

$\overline{v}=\frac{1}{1}.\frac{0,0016-0}{100}=0,000016(M.s^{-1})$ = 1,6.10^-5 (M.s^-1)

Luyện tập 2 trang 90 Hóa học 10: Từ bảng 6.1, có thể tính được tốc độ trung bình của phản ứng sau 50 giây hay không? Vì sao?

Lời giải:

Từ bảng 6.1, không thể tính được tốc độ trung bình của phản ứng sau 50 giây vì chưa biết nồng độ của các chất (C2) tại t₂ = 50s

Vận dụng 1 trang 90 Hóa học 10: Hãy sắp xếp tốc độ các phản ứng sau theo chiều tăng dần: (1) phản ứng than cháy trong không khí, (2) phản ứng gỉ sắt, (3) phản ứng nổ của khí bình gas.

Lời giải:

Sắp xếp tốc độ các phản ứng sau theo chiều tăng dần:

(2) phản ứng gỉ sắt < (1) phản ứng than cháy trong không khí < (3) phản ứng nổ của khí bình gas.

II. Định luật tác dụng khối lượng

Thực hành trang 91 Hóa học 10: Cho hai mẩu đá vôi từ cùng một mẫu có kích thước xấp xỉ nhau vào hai ống nghiệm chứa cùng một thể tích dung dịch HCl (khoảng $\frac{1}{3}$ ống nghiệm) có nồng độ khác nhau lần lượt là: 0,1M (ống nghiệm (a)) và 0,2M (ống nghiệm (b)). Quan sát hiện tượng phản ứng và nhận xét về mối liên hệ giữa tốc độ phản ứng và nồng độ HCl.

Lời giải:

Hiện tượng:

Mẩu đá vôi tan nhanh hơn trong dung dịch HCl 0,2M (ống nghiệm (b)) đồng thời khí thoát ra ở ống nghiệm (b) cũng nhanh hơn khí thoát ra ở ống nghiệm (a).

Phương trình hóa học của phản ứng:

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂↑

Nhận xét:

Nồng độ HCl càng lớn thì tốc độ của phản ứng càng lớn.

Vận dụng 2 trang 91 Hóa học 10: Thực phẩm bị ôi thiu do các phản ứng oxi hóa của oxygen cũng như sự hoạt động của vi khuẩn. Giải thích vì sao để hạn chế sự ôi thiu, người ta lại bơm N₂ hoặc CO₂ vào túi đựng thực phẩm trước khi đóng gói. Biết rằng nồng độ oxygen trong túi thực phẩm sau khi bơm N₂ hoặc CO₂ chỉ còn khoảng 2 – 5%.

Lời giải:

Bơm N₂ hoặc CO₂ vào túi để đẩy bớt oxygen ra ngoài

⇒ Giảm nồng độ oxygen trong túi

⇒ Giảm tốc độ phản ứng oxi hóa của oxygen

⇒ Hạn chế sự ôi thiu thực phẩm

Câu hỏi 4 trang 92 Hóa học 10: Em có nhận xét gì nếu trong biểu thức (5), nồng độ của chất A và B đều bằng 1M?

Lời giải:

Biểu thức (5) v = k.$C_A^a.C_B^b$

Nếu nồng độ của chất A và B đều bằng 1M thì ta có: v = k.1.1 hay v = k

Như vậy hằng số tốc độ phản ứng có giá trị đúng bằng tốc độ phản ứng.

Câu hỏi 5 trang 92 Hóa học 10: Trong phản ứng (6), nếu nồng độ của H₂ tăng gấp đôi thì tốc độ phản ứng thay đổi như thế nào?

Lời giải:

Tốc độ của phản ứng (6): v = k.$C_{H_2}.C_{I_2}$

Nếu nồng độ H₂ tăng gấp đôi thì v’ = k.$C_{H_2}\mathrm{.2.}{C}_{I_2}$ = 2.v

⇒ Nếu nồng độ H₂ tăng gấp đôi thì tốc độ của phản ứng tăng gấp đôi.

III. Các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng, hệ số nhiệt độ Van't Hoff

Câu hỏi 6 trang 93 Hóa học 10: Khi nồng độ của H₂(g) cũng như I₂(g) đều tăng lên gấp đôi thì tốc độ phản ứng của H₂(g) với I₂(g) tăng lên mấy lần?

Lời giải:

Theo định luật tác dụng khối lượng, tốc độ của phản ứng H₂(g) với I₂(g) là:

v = k.$C_{H_2}.C_{I_2}$

Khi nồng độ của H₂(g) cũng như I₂(g) đều tăng lên gấp đôi ta có:

v’ = k.$2.C_{H_2}\mathrm{.2.}{C}_{I_2}$ = 4.v

Vậy tốc độ của phản ứng tăng lên 4 lần.

Vận dụng 3 trang 93 Hóa học 10: Hãy giải thích các hiện tượng dưới đây.

a) Khi ở nơi đông người trong không gian kín, ta cảm thấp khó thở và phải thở nhanh hơn.

b) Tàn đóm đỏ bùng lên khi cho vào bình oxygen nguyên chất.

c) Bệnh nhân suy hô hấp cần thở oxygen thay vì không khí (chứa 21% thể tích oxygen).

Lời giải:

a) Oxygen duy trì sự hô hấp, khi ở nơi đông người trong không gian kín nồng độ oxygen càng loãng.

⇒ Nồng độ oxygen trong không khí không đủ để cung cấp cho mọi người.

⇒ Ta cảm thấp khó thở và phải thở nhanh hơn.

b) Vì oxygen duy trì sự cháy mà trong bình khí oxygen nguyên chất, nồng độ oxygen lớn hơn ngoài không khí nên tàn đóm cháy bùng lên.

c) Bệnh nhân suy hô hấp khó khăn trong việc tự thở, dẫn đến thiếu oxygen cung cấp cho hoạt động của cơ thể. Trong bình khí nén oxygen, nồng độ oxygen cao hơn nồng độ oxygen có trong không khí giúp bệnh nhân thở dễ dàng hơn, cung cấp đủ oxygen cho các tế bào, giúp duy trì sự sống.

Thực hành trang 94 Hóa học 10: Chuẩn bị hai mẩu đá vôi nhỏ A và B có khối lượng xấp xỉ bằng nhau. Tán nhỏ mẩu đá vôi B thành bột. Cho hai mẫu này riêng rẽ vào hai ống nghiệm chứa cùng một thể tích dung dịch HCl 0,5M. Quan sát hiện tượng để rút ra kết luận về ảnh hưởng của diện tích bề mặt tới tốc độ phản ứng.

Lời giải:

Hiện tượng: Mẩu đá vôi B (đã được tán nhỏ thành bột) tan trong dung dịch HCl nhanh hơn mẩu đá vôi A, đồng thời khí thoát ra ở ống nghiệm chứa mẩu B cũng nhanh hơn.

Phương trình hóa học của phản ứng:

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂↑

Nhận xét: Diện tích bề mặt càng lớn, tốc độ phản ứng càng lớn.

Câu hỏi 7 trang 94 Hóa học 10: Quan sát hình 16.4, giải thích vì sao khi dùng đá vôi dạng bột thì tốc độ phản ứng nhanh hơn.

Lời giải:

Khi diện tích bề mặt đá vôi tăng lên (đá vôi dạng bột) thì số lượng va chạm của CaCO₃ với HCl trong cùng một đơn vị thời gian sẽ lớn hơn, từ đó tốc độ phản ứng nhanh hơn.

Vận dụng 4 trang 94 Hóa học 10: Giải thích vì sao thanh củi chẻ nhỏ hơn thì sẽ cháy nhanh hơn.

Lời giải:

Thanh củi chẻ nhỏ hơn thì diện tích bề mặt tiếp xúc của củi với không khí (trong không khí có oxygen duy trì sự cháy) sẽ lớn hơn làm cho củi sẽ cháy nhanh hơn.

Thực hành trang 95 Hóa học 10: Cho hai đinh sắt tương tự nhau (tẩy sạch gỉ và dầu mỡ) vào hai ống nghiệm chứa cùng một thể tích dung dịch HCl 1M. Một ống nghiệm để ở nhiệt độ phòng, một ống nghiệm được đun nóng bằng đèn cồn. Quan sát hiện tượng để rút ra kết luận về ảnh hưởng của nhiệt độ tới tốc độ phản ứng.

Lời giải:

Hiện tượng: Đinh sắt tan nhanh hơn, đồng thời khí thoát ra nhanh hơn ở ống nghiệm được đun nóng bằng đèn cồn.

Phương trình hóa học của phản ứng:

Fe(s) + 2HCl(aq) → FeCl₂(aq) + H₂(g)

Nhận xét: Nhiệt độ càng cao, tốc độ phản ứng càng lớn.

Câu hỏi 8 trang 95 Hóa học 10: Vì sao đinh sắt trong thí nghiệm bên phải được tẩy sạch gỉ và dầu mỡ?

Lời giải:

Vì khi đinh sắt bị lẫn tạp chất kết quả thí nghiệm sẽ không chính xác.

Câu hỏi 9 trang 95 Hóa học 10: Dựa vào hiện tượng nào để so sánh tốc độ phản ứng trong hai thí nghiệm này?

Lời giải:

Dựa vào tốc độ thoát khí nhanh hay chậm để so sánh tốc độ phản ứng trong hai thí nghiệm này.

Câu hỏi 10 trang 95 Hóa học 10: Với phản ứng có γ = 2, nếu nhiệt độ tăng từ 20^oC lên 50^oC thì tốc độ phản ứng tăng bao nhiêu lần?

Lời giải:

$\frac{v_2}{v_1}={\gamma }^{\left(\frac{T_2-T_1}{10}\right)}$

⇔ $\frac{v_2}{v_1}=2^{\left(\frac{50-20}{10}\right)}$ = 2³ = 8

Vậy với phản ứng có γ = 2, nếu nhiệt độ tăng từ 20^oC lên 50^oC thì tốc độ phản ứng tăng 8 lần.

Thực hành trang 96 Hóa học 10: Rót khoảng 2 ml nước oxi già (dung dịch H₂O₂ 3%) vào một ống nghiệm. Quan sát hiện tượng xảy ra. Tiếp theo thêm một lượng nhỏ bột MnO₂ (màu đen, dùng làm chất xúc tác) vào ống nghiệm. Quan sát hiện tượng và rút ra kết luận về ảnh hưởng của chất xúc tác tới tốc độ phản ứng.

Lời giải:

- Rót khoảng 2 ml nước oxi già (dung dịch H₂O₂ 3%) vào một ống nghiệm.

Hiện tượng: Xuất hiện lăn tăn bọt khí.

Nhận xét: Dung dịch H₂O₂ 3% ở điều kiện bình thường phân hủy rất chậm tạo bọt khí O₂ thoát ra. Theo phương trình:

2H₂O₂(aq) → O₂(g) + 2H₂O(l)

- Thêm một lượng nhỏ bột MnO₂ (màu đen, dùng làm chất xúc tác) vào ống nghiệm.

Hiện tượng: Bọt khí thoát ra mãnh liệt, khi kết thúc thí nghiệm màu đen của MnO₂ ban đầu vẫn giữ nguyên.

Nhận xét: Phản ứng xảy ra nhanh hơn do thêm xúc tác MnO₂, sau phản ứng MnO₂ không bị biến đổi.

2H₂O₂(aq) $\stackrel{Mn{O}_2}{\to }$ O₂(g) + 2H₂O(l)

Kết luận: Chất xúc tác MnO₂ làm tăng tốc độ phân hủy H₂O₂.

Vận dụng 5 trang 97 Hóa học 10: Enzyme amylase và lipase có trong nước bọt. Hãy giải thích vì sao chúng ta cần phải nhai kĩ thức ăn trước khi nuốt.

Lời giải:

Enzyme amylase và lipase có trong nước bọt là chất xúc tác đẩy nhanh quá trình tiêu hóa tinh bột và chất béo.

Khi nhai kĩ thức ăn được chia nhỏ hơn nhằm tăng diện tích tiếp xúc giữa thức ăn với các enzyme, khiến các phản ứng trong quá trình tiêu hóa chất béo và tinh bột xảy ra nhanh hơn, hiệu quả hơn.

Bài tập (trang 98)

Bài 1 trang 98 Hóa học 10: Nồi áp suất dùng để ninh, hầm thức ăn có thể làm nóng nước tới nhiệt độ 120^oC so với 100^oC khi dùng nồi thường. Trong quá trình hầm xương thường diễn ra nhiều phản ứng hóa học, ví dụ quá trình biến đổi các protein, chẳng hạn như thủy phân một phần collagen thành gelatin. Hãy cho biết tốc độ quá trình thủy phân collagen thành gelatin thay đổi như thế nào khi sử dụng nồi áp suất thay cho nồi thường.

A. Không thay đổi.

B. Giảm đi 4 lần.

C. Ít nhất tăng 4 lần.

D. Ít nhất giảm 16 lần.

Lời giải:

Áp dụng mối liên hệ của hệ số Van’t Hoff với tốc độ và nhiệt độ ta có:

$\frac{v_2}{v_1}={\gamma }^{\left(\frac{T_2-T_1}{10}\right)}$

Trong đó giá trị γ = 2 – 4

Với γ = 2 ⇒ $\frac{v_2}{v_1}=2^{\left(\frac{120-100}{10}\right)}$ = 4

Vậy tốc độ quá trình thủy phân collagen thành gelatin sẽ tăng lên ít nhất 4 lần khi sử dụng nồi áp suất thay cho nồi thường.

Bài 2 trang 98 Hóa học 10: Hình ảnh bên minh họa ảnh hưởng của yếu tố nào tới tốc độ phản ứng? Giải thích.

Lời giải:

Hình ảnh bên minh họa ảnh hưởng của diện tích tiếp xúc tới tốc độ phản ứng.

Giả sử khối lập phương là chất X, quả cầu màu xanh là chất Y.

Khi chất X được chia nhỏ, số va chạm của chất X và chất Y (trong cùng một đơn vị thời gian) sẽ lớn hơn, từ đó tốc độ phản ứng tăng.

Bài 3 trang 98 Hóa học 10: Khí H₂ có thể được điều chế bằng cách cho miếng sắt vào dung dịch HCl. Hãy đề xuất các biện pháp khác nhau để làm tăng tốc độ điều chế khí H₂ từ cách này.

Lời giải:

Phương trình hóa học của phản ứng:

Fe(s) + 2HCl(aq) → FeCl₂(aq) + H₂(g)

Để làm tăng tốc độ điều chế khí H₂ ta có thể:

- Tăng nồng độ dung dịch HCl.

- Dùng sắt bột và khuấy nhẹ trong quá trình phản ứng.

- Đun nóng ống nghiệm chứa hỗn hợp Fe và HCl

Bài 4 trang 98 Hóa học 10: Cùng một lượng kim loại Zn phản ứng với cùng một thể tích dung dịch H₂SO₄ 1M, nhưng ở hai nhiệt độ khác nhau.

Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂

Thể tích khí H₂ sinh ra ở mỗi thí nghiệm theo thời gian được biểu diễn ở đồ thị bên.

a) Giải thích vì sao đồ thị màu đỏ ban đầu cao hơn đồ thị màu xanh.

b) Vì sao sau một thời gian, hai đường đồ thị lại chụm lại với nhau?

Lời giải:

a) Đồ thị màu đỏ ban đầu cao hơn đồ thị màu xanh do: Nhiệt độ càng cao, tốc độ phản ứng càng lớn, khí thoát ra càng nhiều.

b) Sau một thời gian, hai đồ thị lại chụm lại với nhau do phản ứng đã dừng lại (một hoặc cả hai các chất tham gia phản ứng hết). Do cùng lượng kim loại và H₂SO₄ cùng thể tích, nồng độ nên lượng khí thu được là như nhau ở cả 2 trường hợp.

Bài 5 trang 98 Hóa học 10: Phản ứng A →sản phẩm được thực hiện trong bình kín. Nồng độ của A tại các thời điểm t = 0; t = 1 phút; t = 2 phút lần lượt là 0,1563 M; 0,1496 M; 0,1431 M.

a) Tính tốc độ trung bình của phản ứng trong phút thứ nhất và từ phút thứ nhất tới hết phút thứ hai.

b) Vì sao hai giá trị tốc độ tính được không bằng nhau.

Lời giải:

a) Tốc độ trung bình của phản ứng trong phút thứ nhất là

$\overline{v}=-\frac{1}{a}.\frac{\Delta C_A}{\Delta t}$ = $-\frac{1}{1}.\frac{0,1496-0,1563}{60-0}$ = 1,12.10^-4 (M.s^-1)

Tốc độ trung bình của phản ứng từ phút thứ nhất tới hết phút thứ hai là

$\overline{v}=-\frac{1}{a}.\frac{\Delta C_A}{\Delta t}$ = $-\frac{1}{1}.\frac{0,1431-0,1496}{120-60}$ = 1,08.10^-4 (M.s^-1)

b) Đa số các phản ứng hóa học có nồng độ giảm dần theo thời gian.

Nồng độ của chất phản ứng càng lớn thì tốc độ phản ứng càng lớn. Càng về sau nồng độ của chất A càng giảm nên tốc độ của phản ứng cũng giảm dần.

Xem thêm lời giải bài tập SGK Hóa học lớp 10 Cánh diều hay, chi tiết khác:

Bài 13: Phản ứng oxi hóa – khử

Bài 14: Phản ứng hóa học và enthalpy

Bài 15: Ý nghĩa và cách tính biến thiên enthalpy phản ứng hóa học

Bài 17: Nguyên tố và đơn chất halogen

Bài 18: Hydrogen halide và hydrohalic acid