Chuyên đề Hóa 10 Bài 3. Năng lượng hoạt hóa của phản ứng hóa học có đáp án

Năng lượng hoạt hóa càng giảm thì số va chạm hiệu quả càng giảm và khả năng xảy ra phản ứng của chất tham gia càng giảm.

Khi năng lượng hoạt hóa giảm đến dưới mức năng lượng tối thiểu thì các chất tham gia phản ứng không tạo ra được các va chạm hiệu quả dẫn đến không hình thành được sản phẩm.

Dựa vào phương trình Arrhenius, tốc độ phản ứng tại thời điểm T$_{1}$ là:

${k}_{1\ }\ =A{e}^{\frac{-{E}_{a}}{R{T}_{1}}}$ (1)

Tốc độ phản ứng tại thời điểm T$_{2}$ là:

${k}_{2\ }\ =A{e}^{\frac{-{E}_{a}}{R{T}_{2}}}$(2)

Chia hai vế phương trình (2) cho (1), thu được:

${\frac{{k}_{2}}{{k}_{1}}}_{}={e}^{\frac{{E}_{a}}{R}(\frac{{T}_{2}-{T}_{1}}{{T}_{2}{T}_{1}})}$

Khi tăng nhiệt độ tức là T$_{2}$> T$_{1}$

⇒ $\frac{{k}_{2}}{{k}_{1}}$ > 1 ⇒ Tốc độ phản ứng tăng.

Dựa vào phương trình Arrhenius ta có:

$\ln \frac{{k}_{2}}{{k}_{1}}=\frac{{E}_{a}}{R}\times (\frac{1}{{T}_{1}}-\frac{1}{{T}_{2}})$

⇔ $\ln \frac{{k}_{2}}{{k}_{1}}=\frac{103,{5.10}^{3}}{8{,}314}\times (\frac{1}{45+273}-\frac{1}{25+273})$

⇔ $\frac{{k}_{2}}{{k}_{1}}=0{,}0723$ hay $\frac{{k}_{1}}{{k}_{2}}=13{,}84$

Vậy, khi giảm nhiêt độ về 25$^{o}$C thì tốc độ phản ứng giảm 13,84 lần.

Dựa vào phương trình Arrhenius, tốc độ phản ứng tại thời điểm T$_{1}$ là:

${k}_{1\ }\ =A{e}^{\frac{-{E}_{a}}{R{T}_{1}}}$ (1)

Tốc độ phản ứng tại thời điểm T$_{2}$ là:

${k}_{2\ }\ =A{e}^{\frac{-{E}_{a}}{R{T}_{2}}}$(2)

Chia hai vế phương trình (2) cho (1), thu được:

${\frac{{k}_{2}}{{k}_{1}}}_{}={e}^{\frac{{E}_{a}}{R}(\frac{{T}_{2}-{T}_{1}}{{T}_{2}{T}_{1}})}$

Hay $\ln \frac{{k}_{2}}{{k}_{1}}=\frac{{E}_{a}}{R}\times (\frac{1}{{T}_{1}}-\frac{1}{{T}_{2}})$

Thay số vào ta được: $\ln \frac{{k}_{2}}{{k}_{1}}=\frac{{24.10}^{3}}{8{,}314}\times (\frac{1}{27+273}-\frac{1}{127+273})$

⇔ $\frac{{k}_{2}}{{k}_{1}}$= 11,08

Vậy khi tăng nhiệt độ từ 27$^{o}$C lên 127$^{o}$C thì tốc độ phản ứng tăng 11,08 lần.

Enzyme là chất xúc tác sinh học, có vai trò làm tăng tốc độ phản ứng.

Mà theo phương trình Arrhenius, tốc độ phản ứng tăng thì năng lượng hoạt hóa của phản ứng giảm.

Vậy enzyme có vai trò làm giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng.

+ H$_{2}$ phản ứng vô cùng chậm với O$_{2}$ ở nhiệt độ phòng, nhưng khi thổi khí H$_{2}$ qua lưới kim loại platinum (Pt) trong không khí, H$_{2}$ có thể bốc cháy. Trong trường hợp này, Pt đóng vai trò làm chất xúc tác cho phản ứng:

2H$_{2}$ + O$_{2}$ $\overset{Pt}{\rightarrow }$ 2H$_{2}$O

+ Trong các nhà máy sản xuất phân đạm người ta thường dùng sắt làm chất xúc tác để tăng tốc độ phản ứng giữa nitrogen (N$_{2}$) và hydrogen (H$_{2}$)

N$_{2}$ + 3H$_{2}$ $\rightarrow _{450-{500}^{o}C}^{Fe}$ 2NH$_{3}$

+ Hỗn hợp bột aluminium và iodine ở nhiệt độ thường không có phản ứng xảy ra, nhưng khi cho thêm một ít nước làm xúc tác, phản ứng xảy ra mãnh liệt, tạo hợp chất aluminium iodine.

2Al + 3I$_{2}$ $\overset{{H}_{2}O}{\rightarrow }$ 2AlI$_{3}$

Trong dứa có một loại enzyme tên là enzyme bromelain, enzyme này có tác dụng phân giải protein thành các chuỗi peptit ngắn hơn.

Thịt được cấu tạo chủ yếu bởi protein, khi hầm chung với dứa, enzyme này trong dứa sẽ phân giải protein trong thịt, giúp nhanh mềm và dễ tiêu hóa, hấp thu hơn.

a) Trong giản đồ (c) E$_{a}$’ là năng lượng hoạt hóa của phản ứng khi không có xúc tác.

E$_{a}$ là năng lượng hoạt hóa của phản ứng khi có xúc tác.

b) Giản đồ (c) biểu diễn ảnh hưởng của xúc tác đến năng lượng hoạt hóa của phản ứng.

Đường màu xanh là năng lượng hoạt hóa khi không có xúc tác.

Đường màu đỏ là năng lượng hoạt hóa khi có xúc tác.

Áp dụng phương trình Arrhenius:

${k}_{\ }\ =A{e}^{\frac{-{E}_{a}}{RT}}$

⇔ $11=20.{e}^{\frac{-{E}_{a}}{8{,}314.345}}$ ⇒ E$_{a}$ = 1715 kJ/mol

Áp dụng phương trình Arrhenius viết lại cho hai nhiệt độ

T$_{1}$ = 300K; T$_{2}$ = 273K ứng với hai hằng số tốc độ k$_{1}$ = 10$^{-10}$s$^{-1}$; k$_{2}$ = ?

$\ln \frac{{k}_{2}}{{k}_{1}}=\frac{{E}_{a}}{R}\times (\frac{1}{{T}_{1}}-\frac{1}{{T}_{2}})$

⇔$\ln \frac{{k}_{2}}{{10}^{-10}}=\frac{{111.10}^{3}}{8{,}314}\times (\frac{1}{300}-\frac{1}{273})$

⇔ k$_{2}$ = 1,23.10$^{-12}$s$^{-1}$

Vậy hằng số tốc độ phản ứng ở 273 K của phản ứng phân hủy là k$_{2}$ = 1,23.10$^{-12}$ s$^{-1}$

Áp dụng phương trình Arrhenius theo nhiệt độ:

$\ln \frac{{k}_{2}}{{k}_{1}}=\frac{{E}_{a}}{R}\times (\frac{1}{{T}_{1}}-\frac{1}{{T}_{2}})$

Thay số vào ta được:$\ln \frac{{k}_{2}}{{k}_{1}}=\frac{{314.10}^{3}}{8{,}314}\times (\frac{1}{350+273}-\frac{1}{450+273})$

⇔ $\frac{{k}_{2}}{{k}_{1}}$ = 4380,03

Vậy khi tăng nhiệt độ từ 350$^{o}$C lên 450$^{o}$C thì tốc độ phản ứng tăng 4380,03 lần.