Chương 5: Động hóa học
Chương 5
ĐỘNG HÓA HỌC
Các nguyên lí của nhiệt động hóa học cho phép ta dự đoán chiều của phản ứng
hóa học và giới hạn của chúng, nhưng không cho biết về tốc độ của phản ứng. Lĩnh vực
hóa học nghiên cứu tốc độ phản ứng là động hóa học.
Ðộng hóa học là khoa học nghiên cứu về tốc độ phản ứng hóa học. Tốc độ phản
ứng hóa học bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố. Các yếu tố đó là nồng độ, nhiệt độ, áp suất,
dung môi, chất xúc tác, hiệu ứng thế, hiệu ứng đồng vị, hiệu ứng muối, Nghiên cứu
các yếu tố ảnh hưởng đó lên tốc độ phản ứng, người ta mới hiểu biết đầy đủ bản chất
của các biến hóa xảy ra trong mỗi phản ứng hóa học, xác lập được cơ chế phản ứng.
Nhờ hiểu rõ cơ chế phản ứng, cho phép chúng ta lựa chọn các yếu tố thích hợp tác động
lên phản ứng, tinh chế độ làm việc tối ưu của lò phản ứng làm cho phản ứng có tốc độ
lớn, hiệu suất cao, tạo ra sản phẩm theo ý muốn.
5.1- Khái niệm về tốc độ phản ứng hóa học
5.1.1- Khái niệm
Xét phản ứng trong hệ đồng thể với dạng phản ứng tổng quát sau:
Các chất phản ứng → Các sản phẩm
Trong quá trình phản ứng nồng độ các chất phản ứng giảm dần còn nồng độ các
chất sản phẩm tăng dần. Phản ứng xảy ra càng nhanh thì trong 1 đơn vị thời gian nồng
độ các chất phản ứng giảm xuống và nồng độ các sản phẩm tăng lên càng nhiều. Như
vậy, có thể dùng độ biến thiên nồng độ của một chất bất kì trong phản ứng theo thời
gian làm thước đo tốc độ phản ứng.
Vậy: Tốc độ phản ứng là đại lượng đặc trưng cho độ biến thiên nồng độ của
một trong các chất phản ứng hoặc sản phẩm trong một đơn vị thời gian.
Thứ nguyên của nồng độ được tính bằng mol/l, thời gian tính bằng giây (s), phút
(ph), giờ (h), ….
Tốc độ của phản ứng được tính bằng thực nghiệm.
Đối với phản ứng trong hệ dị thể. Ví dụ, phản ứng:
Fe
(tt)

tt
CC
tt
CC
v
12
12
12
21
∆
∆
−=
−
−
−=
−
−
=
Nếu tốc độ phản ứng tính theo B thì:
t
C
tt
CC
v
12
12
∆
∆
+=
−

1

dt
Bd
b
1
dt
Ad
a
1
v ===−=−=
5.2- Bậc phản ứng, phân tử số và cơ chế phản ứng
Về phương diện động hóa học, người ta có thể chia các phản ứng hóa học theo
phân tử số và bậc phản ứng.
5.2.1. Phân tử số phản ứng
Phân tử số phản ứng là số phân tử tương tác đồng thời với nhau để trực tiếp gây ra
biến hóa học trong một phản ứng cơ bản. Còn phản ứng cơ bản (hay phản ứng sơ cấp) là
phản ứng chỉ một giai đoạn duy nhất, chất phản ứng tương tác với nhau trực tiếp cho
sản phẩm phản ứng. Dựa vào khái niệm phân tử số phản ứng, chúng ta có thể phân biệt
ba loại phản ứng: phản ứng đơn phân tử, lưỡng phân tử và tam phân tử.
Ví dụ: Phản ứng đơn phân tử: I
2
→ 2I
Phản ứng lưỡng phân tử: 2HI → I
2
+ H
2
Phản ứng tam phân tử: 2NO + O
2
→ 2NO

phương trình động học có dạng:
[ ] [ ]
21
nn
B.Ak v =

Khi nồng độ [A] = [B] thì:
[ ] [ ] [ ] [ ]
nnnnn
A.k A.k B.Ak v
2121
=+==
+
Ở đây: n là bậc toàn phần của phản ứng n = n
1
+ n
2
n
1
là bậc riêng phần đối với chất A
n
2
là bậc riêng phần đối với chất B
Từ đó dẫn đến định nghĩa bậc phản ứng:
"Bậc phản ứng đối với một chất cho trước là số mũ nồng độ của chất ấy trong
phương trình động học của phản ứng".
Nếu n = 0 thì
[ ]
0
A

+ n
2
) = 1 : phản ứng bậc 1
(n
1
+ n
2
) = 2 : phản ứng bậc 2
(n
1
+ n
2
) = 3 : phản ứng bậc 3
Ngoài ra còn gặp phản ứng bậc phân số và bậc không.
Giá trị n
1
, n
2
thường không trùng với các hệ số hợp thức của các chất phản ứng
trong phương trình phản ứng, bởi vì phản ứng hóa học mà chúng ta thường viết nói
chung là phản ứng tổng cộng của nhiều giai đoạn trung gian. Mỗi giai đoạn trung gian
gọi là một giai đoạn cơ bản. Tốc độ của phản ứng được quyết định bởi gia đoạn cơ bản
nào xảy ra chậm nhất. Ví dụ:
Trang 119
Chương 5: Động hóa học
H
2
O
2
+ 2HI → 2H

2
và HI đối với phản ứng (a) đều là 1 và bậc toàn phần của (a) là 2.
Bằng thực nghiệm người ta xác định được phương trình tốc độ của phản ứng, từ
đó đề xuất các giai đoạn cơ bản của phản ứng, nghĩa là đề xuất cơ chế của phản ứng.
Số các phân tử tham gia vào một giai đoạn cơ bản được gọi là phân tử số phản
ứng của giai đoạn đó. Ví dụ các giai đoạn (b) và (c) ở trên đều có phân tử số phản ứng
bằng 2. Phân tử số của giai đoạn chậm nhất (b) xác định bậc toàn phần của phản ứng
(a).
5.2.3. So sánh phân tử số và bậc phản ứng
Bậc phản ứng có thể là số nguyên dương, và cũng có thể là âm, không hoặc phân
số nữa, còn phân tử số có giá trị nguyên, dương. Trị số cao nhất của bậc phản ứng và
phân tử số là ba.
Khái niệm phân tử số chỉ được áp dụng cho phản ứng cơ bản (1 giai đoạn) không
áp dụng cho phản ứng phức tạp bao gồm nhiều giai đoạn (phản ứng cơ bản), còn bậc
phản ứng chỉ được xác định bằng thực nghiệm.
5.2.4. Phản ứng bậc giả
Ðối với phản ứng phức tạp, tốc độ phản ứng là một hàm số của nồng độ của một
vài chất phản ứng. Sự phụ thuộc phức tạp này gây khó khăn cho việc nghiên cứu thực
nghiệm. Ðể làm cho sự phụ thuộc phức tạp nói trên đơn giản hơn, người ta sử dụng khái
niệm bậc giả. Nội dung cơ bản của vấn đề là tìm cách chuyển cho tốc độ phản ứng là
một hàm số chỉ đối với nồng độ chất nghiên cứu.
Trong thực tế, người ta thực hiện như sau:
Sử dụng lượng thừa chất này so với chất kia, ví dụ:
[ ] [ ] [ ]
321
nnn
C.B.A.kv =
Nếu [B], [C] >> [A], thì [B] ≈ [B]
0
, [C] ≈ [C]

đối với A, ta nói có sự suy biến (sự giảm) bậc phản ứng.
Ví dụ điển hình là phản ứng nghịch đảo của đường mía trong dd nước,
được xúc tác bằng axit HCl, phản ứng này diễn ra như sau:
C
12
H
22
O
11
+ H
2
O + HCl
→
C
6
H
12
O
6
+ C
6
H
12
O
6
+ HCl
Trang 120
Chương 5: Động hóa học
[ ] [ ] [ ]
HCl.OH.OHCk. v

đoạn duy nhất, đi trực tiếp từ chất đầu đến chất cuối.
Về nguyên tắc các phản ứng hóa học diễn ra theo hai chiều ngược nhau, gọi là
phản ứng thuận nghịch. Ở điều kiện xác định một chiều nào đó của phản ứng trội hơn
hẳn chiều kia, thì phản ứng đó được coi là phản ứng một chiều.
Khi phản ứng diễn ra, nếu có ít nhất một trong các chất phản ứng (chất đầu)
phản ứng đến hết, phản ứng như thế gọi là phản ứng hoàn toàn.
Ta sẽ khảo sát một số phản ứng bậc 1, 2
5.3.1. Phản ứng bậc 1
♦ Sơ đồ: A → Sản phẩm
Ví dụ: 2N
2
O
5
→ 2N
2
O
4
+ O
2
C
12
H
22
O
11
+ H
2
O
→
+

−
−=−=
( )
xak
dt
dx
−=
∫ ∫
=
−
kdt
xa
dx
hay:
C kt )xaln( +=−−
Tìm giá trị của hằng số tích phân C, nhờ sử dụng điều kiện đầu của phản ứng,
nghĩa là: t = 0, x = 0 → -lna = C. Thay C vào phương trình trên ta thu được:
kt
xa
a
ln =
−
hoặc:
kt
a
xa
ln −=
−
Từ các phương trình trên, chuyển thành dạng hàm số luỹ thừa:
[ ]

-1
♦ Chu kỳ bán hủy của phản ứng: (thời gian nửa phản ứng)
2
1
t
hay
2
1
τ
Đó là thời gian cần thiết để cho chất phản ứng biến hóa một nửa lượng của nó,
lúc đó lượng chất còn lại cũng đúng bằng một nửa, nghĩa là:
2
a
xa =−
Đối với phản ứng bậc nhất:
2ln
k
1
2
a
a
ln
k
1
t
2
1
==
k
693,0

2
xak
dt
dx
−=

∫∫
=⇒ dt.k
dt
dx
Ckt
xa
1
+=
−
t = 0, x = 0 →
a
1
C =
, thay vào phương trình trên thu được:
kt
a
1
xa
1
=−
−
♦ Chu kỳ bán hủy:
Trang 122
Chương 5: Động hóa học

5.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng
5.4.1- Ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng
Phản ứng hoá học bao gồm các chất tham gia phản ứng ở cùng 1 pha (trạng thái
vật lý) được gọi là phản ứng đồng thể. Ví dụ, phản ứng xà phòng hóa este axêtat với xút
xảy ra trong dung dịch theo phản ứng:
CH
3
COOC
2
H
5
+ NaOH
→
Ct
0
CH
3
COONa + C
2
H
5
OH
Là phản ứng đồng thể.
Nếu các chất tham gia phản ứng có trạng thái pha khác nhau thì phản ứng được
gọi là phản ứng dị thể. Ví dụ, sự cháy của cacbon:
C
(r )
+ O
2 (k)
→ CO

2
: bậc toàn phần của phản ứng
k : hằng số tốc độ, đối với phản ứng xác định k chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và sự
có mặt của xúc tác.
Ví dụ: CO + Cl
2
→ COCl
2

có v = k [CO].[Cl
2
]
Từ phương trình tính tốc độ phản ứng ta thấy rằng tốc độ phản ứng phụ thuộc
vào nồng độ chất phản ứng và tỉ lệ thuận với nồng độ phản ứng.
♦ Đối với phản ứng trong hệ dị thể:
Tốc độ phản ứng ngoài sự phụ thuộc vào nồng độ chất phản ứng còn phụ thuộc
vào diện tích tiếp xúc giữa các chất phản ứng. Diện tích tiếp xúc càng lớn thì tốc độ
phản ứng càng lớn.
5.4.2- Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng
a) Quy tắc Van
/
t Hoff
Bằng thực nghiệm Van
/
t Hoff nhận thấy rằng, cứ tăng nhiệt độ phản ứng thêm
10
o
C, thì tốc độ phản ứng tăng lên 2 đến 4 lần.
Con số chỉ số lần tăng lên của tốc độ phản ứng khi nhiệt độ tăng lên 10
o

k
k
v
v
−
γ==
Quy tắc này chỉ gần đúng trong khoảng nhiệt độ không cao.
b) Định luật bán kinh nghiệm của Arrhenius
Dựa vào các kết quả thực nghiệm và lý thuyết, Arrhenius đã đưa ra phương trình
ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng như sau:
Cln
RT
E
kln
a
+−=
Trong đó: C- hằng số đặc trưng cho mỗi phản ứng
R- hằng số khí lý tưởng, R = 8,314 J/mol.K
T- nhiệt độ tuyệt đối, K
E
a
- năng lượng hoạt hóa của phản ứng J/mol.
Năng lượng hoạt hóa E
a
của phản ứng là hàng rào năng lượng mà các chất phản
ứng phải vượt qua để tạo thành các sản phẩm.
Ta có thể thấy rõ ý nghĩa của E
a
qua giản đồ năng lượng của phản ứng sau (hình
5.1):

2HI
kJ167E
a
=

kJ184E
a
=

H
2
+ I
2
Tọa độ phản ứng
E
Chương 5: Động hóa học
Hình 5.2: Năng lượng hoạt động hóa của phản ứng.
Đối với phản ứng xác định E
a
là hàng số (khi có mặt xúc tác, tốc độ phản ứng
tăng, nên hằng số này giảm xuống) do đó có thể viết:








−=⇒

kln
Cln
RT
E
kln
1
2
1
2
Lưu ý:
1
2
1
2
T
T
T
T
v
v
k
k
=
Vậy nếu biết k hoặc v ở hai nhiệt độ có thể tính E
a
. Có thể xác định E
a
chính xác
hơn bằng đồ thị


SO
4
được thêm vào môi trường phản ứng:
CH
3
- COOH
+ C
2
H
5
OH
CH
3
- COOC
2
H
5
+ H
2
O
H
2
SO
4
t
o
C
Phản ứng cộng hidro (H
2
) vào anken, ankin xảy ra nhanh hơn nếu có sự hiện

3
+
2
3
O
2

→
N
2
+ 3H
2
O
2NH
3
+
2
3
O
2

→
Pt
N
2
+ 3H
2
O
- Cho hơi rượu etilic qua chất xúc tác Al
2

CH
2
= CH
2
+ H
2
Chú thích: Có một số sách dùng khái niệm chất xúc tác âm để chỉ chất làm chậm vận
tốc phản ứng. Thực ra đây là các chất ức chế phản ứng, có tác dụng khác cơ chế chất
xúc tác.
Thí dụ:
- Urotropin (uramin hexametilen tetramin: C
6
H
12
N
4
) làm chậm quá trình phản
ứng, giữa acid HCl với sắt (Fe): Fe + 2HCl
→
FeCl
2
+ H
2
.
- Tetraetyl chì được thêm vào xăng để hạn chế vận tốc phản ứng cháy của hơi
xăng, nâng cao chỉ số octan, giảm hiện tượng kích nổ của xăng.
Khi chất xúc tác cùng pha với chất phản ứng và sản phẩm phản ứng thì sự xúc
tác là đồng thể, khi chất xúc tác khác pha với chất phản ứng thì sự xúc tác là dị thể.
Sự xúc tác có một số đặc điểm sau:
♦ Tính chọn lọc: khi nhiều phản ứng xảy ra song song từ cùng những chất ban đầu,

nhanh hơn.
♦ Chất xúc tác làm giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng. Từ phương trình
Arrhenius ta có:
Trang 126
Chương 5: Động hóa học
Khi có mặt chất xúc tác:
Cln
RT
E
kln
/
a
/
+−=
Khi vắng mặt chất xúc tác:
Cln
RT
E
kln
a
+−=
⇒
a
/
a
EE <
. Trừ hai phương trình trên cho nhau:
RT
EE
v

2
có xúc tác Fe, …
Sự xúc tác trong hệ sinh hóa có vai trò to lớn. Đa số các phản ứng xảy ra trong
hệ tiêu hóa, trong máu và trong các tế bào động vật, người có sự xúc tác của men
(enzim).
Trang 127
Chương 5: Động hóa học
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
5.1- Bậc phản ứng, phân tử số là gì? Hãy viết phương trình tốc độ của phản ứng sau:
2ICl + H
2
→ 2HCl + I
2
Bằng thực nghiệm đã xác định được cơ chế của nó như sau:
ICl + H
2
→ HCl + HI tốc độ chậm
ICl + HI → HCl + I
2
tốc độ nhanh
Từ đó hãy cho biết bậc phản ứng và phân tử số phản ứng.
5.2- Năng lượng hoạt hóa của phản ứng là gì? Có cách nào làm giảm E của phản ứng
không? Công thức liên hệ giữa ∆H của phản ứng với E của phản ứng thuận, phản
ứng nghịch như thế nào?
5.3- H
2
(k) + I
2
(k) → 2HI (k)
a) Viết phương trình tính tốc độ của phản ứng, biết rằng nếu tăng nồng độ của H

-1
; k
373
= 1,32.10
-3
s
-1

a) Bậc của phản ứng bằng mấy (suy ra từ đơn vị của k)
b) Tính hệ số nhiệt độ và năng lượng hoạt hóa của phản ứng.
5.5- Phản ứng H
2
(k) + I
2
(k) → 2HI (k)
Khi không có xúc tác E
a
= 167 kJ, khi có Pt làm xúc tác E
a
/
= 59 kJ. Hỏi tốc độ
phản ứng tăng lên bao nhiêu lần khi có mặt chất xúc tác so với khi vắng mặt nó ở
nhiệt độ 600K ?
5.6- Cho phản ứng hoá học sau:
H
2
(k) + I
2
(k) 2HI (k).
Tốc độ phản ứng tăng lên bao nhiêu lần khi tăng áp suất của hệ lên 9 lần?

+ O
2

p, xt
2SO
3
. Tốc độ phản ứng thay đổi
như thế nào khi thể tích bình tăng gấp đôi?
5.10- Khi bắt đầu pứ, nồng độ 1 chất 0,024 mol/l. Sau 10 giây xảy ra pứ, nồng độ của
chất đó là 0,022 mol/l. Tính tốc độ phản ứng ?
Trang 129
Chương 5: Động hóa học
BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM
Câu 1: Tốc độ phản ứng là:
A. Độ biến thiên nồng độ của một chất pứ trong 1 đơn vị thời gian
B. Độ biến thiên nồng độ của một sản phẩm chất pứ trong 1 đơn vị thời
gian
C. Độ biến thiên khối lượng của một chất pứ trong 1 đơn vị thời gian
D. A hoặc B
Câu 2: Trong phản ứng điều chế khí oxi trong phòng thí nghiệm bằng cách nhiệt
phân muối kali clorat, những biện pháp nào sau đây được sử dụng nhằm mục
đích tăng tốc độ phản ứng?
A. Dùng chất xúc tác mangan đioxit (MnO
2
).
B. Nung hỗn hợp kali clorat và mangan đioxit ở nhiệt độ cao.
C. Dùng phương pháp dời nước để thu khí oxi.
D. Dùng kali clorat và mangan đioxit khan.
Hãy chọn phương án đúng trong số các phương án sau:
A. A, C, D. B. A, B, D. C. B, C, D. D. A, B, C.

2
(k)
p, xt
2NH
3
(k)
Tốc độ phản ứng hoá học tổng hợp amoniac sẽ tăng bao nhiêu lần nếu tăng nồng
độ hiđro lên 2 lần?
A. 2 lần. B. 4 lần. C. 8 lần. D. 16 lần.
Trang 130
Chương 5: Động hóa học
Câu 7: Cho phản ứng thuận nghịch: 2SO
2
+ O
2

p, xt
2SO
3
. Tốc độ phản ứng
thay đổi như thế nào khi thể tích bình tăng gấp đôi?
A. 0.125 B. 0,25 C. 1.5 D.Kết quả khác
Câu 8: Cho phản ứng thuận nghịch: 2SO
2
+ O
2

p, xt
2SO
3

0
C.
Câu 11: Hệ số nhiệt độ của tốc độ phản ứng là giá trị nào sau đây? Biết rằng khi
tăng nhiệt độ lên thêm 50
0
C thì tốc độ phản ứng tăng lên 1024 lần.
A. 2,0 B. 2,5 C. 3,0 D. 4,0
Câu 12: Biết hệ số nhiệt độ của tốc độ phản ứng là 3, khi tăng nhiệt độ của phản
ứng từ 25
o
C đến 85
o
C thì tốc độ của phản ứng hoá học sẽ tăng lên (lần):
A. 729 B. 535 C. 800 D. 925
Câu 13: Khi tăng nhiệt độ thêm 50
o
C tốc độ của phản ứng tăng lên 12000 lần.
Hệ số nhiệt độ của tốc độ phản ứng là:
A. 4,35 B. 2,12 C. 4,13 D. Kết quả
khác
Câu 14: Cho phương trình hoá học N
2
(k) + O
2
(k)
tia lua dien
2NO (k); ∆H > 0
Hãy cho biết những yếu tố nào sau đây ảnh hưởng đến sự chuyển dịch cân bằng
hoá học trên? A. Nhiệt độ và nồng độ. B. Áp suất và nồng độ.
C. Nồng độ và chất xúc tác. D. Chất xúc tác và nhiệt độ.

Câu 17: Trong các phản ứng sau, pứ nào áp suất không ảnh hưởng đến cân bằng
pứ:
a) N
2
+ 3H
2
2NH
3
b) 2NO + O
2
2NO
2
c) N
2
+ O
2
2NO d) 2SO
2
+ O
2
2SO
3
Câu 18: Một phản ứng hoá học có dạng:2A(k) + B(k) 2C(k), ∆H
> o
Hãy cho biết các biện pháp cần tiến hành để chuyển dịch cân bằng hoá học sang
chiều thuận? A.Tăng áp suất chung của hệ. B. Giảm nhiệt độ.
C. Dùng chất xúc tác thích hợp. D. A, B đều đúng.
Câu 19: Cho các phản ứng hoá học
C (r) + H
2

Câu 21: Cho phản ứng hóa học: A
(k)
+ 2B
(k)
→ AB
2(k)
.
Tốc độ phản ứng sẽ tăng, nếu:
A. Tăng áp suất B. Tăng thể tích của bình phản ứng
C. Giảm áp suất D. Giảm nồng độ khí A
Câu 22: Cho phản ứng sau:
H
2
+ I
2
2HI
nếu nồng độ ban đầu của H
2
và I
2
là 0,02mol/l, nồng độ cân bằng của HI
là 0,03mol/l thì nồng độ cân bằng của H
2
và hằng số cân bằng là bao nhiêu?
A. 0,005 mol và 18. B. 0,005 mol và 36.
C. 0,05 mol và 18. D. 0,05 mol và 36.
Câu 23: Cho phương trình hoá học: 2N
2
(k) + 3H
2

2
. ở nhiệt độ xác định cân bằng:
2N
2
(k) + 3H
2
(k)
p, xt
2NH
3
(k)
được thiết lập, lúc đó lượng N
2
giảm 10%. Hỏi áp suất thay đổi như thế nào?
A. 1,5 B. 1,25 C.4 D. Kết quả khác
Trang 133