TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA : HÓA HỌC
***********

NGUYỄN THỊ XUYÊN

XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP
PHẦN ĐỘNG HỌC – HÓA LÝ 1 GIÚP
NÂNG CAO KHẢ NĂNG TỰ HỌC
CỦA SINH
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa học

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học
THS. TRẦN QUANG THIỆN

HÀ NỘI - 2015


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

K37A-HÓA

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành khóa luận này, em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy Ths. Trần
Quang Thiện, đã tận tình hƣớng dẫn em trong suốt quá trình viết khóa luận tốt nghiệp.
Em chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong khoa Hóa học - Trƣờng Đại Học Sƣ
phạm Hà Nội 2 đã tận tình truyền đạt kiến thức trong những năm em học tập. Với vốn
kiến thức đƣợc tiếp thu trong quá trình học không chỉ là nền tảng cho quá trình nghiên
cứu khóa luận mà còn là hành trang quí báu để em bƣớc vào đời một cách vững chắc
và tự tin.

trình động học ............................................................................................................. 63
Bảng 7: Bảng đánh giá kết quả tự học của sinh viên K39 – Hóa thông qua kết quả thi
cuối kỳ......................................................................................................................... 64


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

K37A-HÓA

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ..................................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................. 2
3. Phƣơng pháp nghiên cứu .......................................................................................... 2
4. Đối tƣợng – phạm vi nghiên cứu .............................................................................. 2
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ............................................................................................ 3
1.1.Tổng quan về vấn đề tự học .................................................................................... 3
1.1.1.Quan niệm về vấn đề tự học ............................................................................. 3
1.1.1.1. Khái niệm tự học ......................................................................................... 3
1.1.1.2.Tác dụng của tự học ...................................................................................... 3
1.1.2.Tác dụng của bài tập đến vấn đề tự học của sinh viên ..................................... 4
1.1.2.1.Khái niệm bài tập .......................................................................................... 4
1.1.2.2. Tác dụng của bài tập hóa học ....................................................................... 4
1.1.2.3.Tác dụng của bài tập hóa học đối với vấn đề tự học của sinh viên .............. 5
1.2. Một số nội dung của Động hóa học ....................................................................... 5
1.2.1.Một số khái niệm cơ bản .................................................................................. 5
1.2.1.1. Tốc độ phản ứng .......................................................................................... 5
1.2.1.2. Bậc và phân tử số của phản ứng .................................................................. 7
1.2.1.3. Phân loại phản ứng hóa học ........................................................................ 7
1.2.2.Động học của các phản ứng ............................................................................. 8

2.1.2. Phƣơng pháp xây dựng bài tập hóa học ........................................................ 39
2.2. Thực nghiệm ........................................................................................................ 40
2.2.1. Xây dựng hệ thống bài tập ............................................................................ 40
2.2.1.1. Cơ sở xây dựng một bài tập hóa học .......................................................... 40
2.2.1.2.Cơ sở đánh giá bài tập hóa học ................................................................... 41
2.2.2. Đánh giá khả năng tự học dựa trên kết quả thi cuối kỳ của sinh viên K39 ... 43
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................. 44


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

K37A-HÓA

3.1. Đánh giá hệ thống bài tập .................................................................................... 44
3.1.1. Hệ thống bài tập dùng để đánh giá kết quả tự học của sinh viên .................. 44
3.1.1.1. Bài tập xác định bậc và hằng số tốc độ phản ứng ...................................... 44
3.1.1.2. Bài tập xác định năng lƣợng hoạt hóa, sự phụ thuộc năng lƣợng hoạt hóa
vào nhiệt độ ............................................................................................................. 48
3.1.1.3. Bài tập phản ứng phức tạp .......................................................................... 51
3.1.1.4. Bài tập chứng minh cơ chế từ dữ kiện cho trƣớc và bài tập cho cơ chế, xác
định phƣơng trình động học .................................................................................... 55
3.1.2. Đánh giá độ khó của hệ thống bài tập cho sinh viên ..................................... 60
3.1.2.1. Đánh giá độ khó của hệ thống bài tập xác định bậc và hằng số tốc độ phản
ứng ........................................................................................................................... 60
3.1.2.2. Đánh giá độ khó hệ thống bài tập xác định năng lƣợng hoạt hóa, sự phụ
thuộc hằng số tốc độ phản ứng vào nhiệt độ. .......................................................... 61
3.1.2.3. Đánh giá độ khó bài tập phản ứng phức tạp ............................................... 62
3.1.2.4. Đánh giá độ khó bài tập chứng minh công thức hay xác định phƣơng trình
động học .................................................................................................................. 63
3.1.3. Đánh giá kết quả tự học của sinh viên K39 – Hóa thông qua kết quả thi cuối

nhà đạt hiệu quả cao cho môn Hóa lý 1, đặc biệt là phần Động học, một trong những
phần chứa những kiến thức căn bản, tôi đã nghiên cứu đề tài “ Xây dựng hệ thống bài
tập phần Động học – Hóa lý 1 giúp nâng cao khả năng tự học của sinh viên”.

1


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

K37A-HÓA

2. Mục tiêu nghiên cứu
Xây dựng hệ thống bài tập phần tốc độ phản ứng, động học của các phản ứng
đơn giản, phức tạp, phản ứng dây chuyền để giúp nâng cao khả năng tự học phần Động
học của sinh viện K39-Hóa.
3. Phƣơng pháp nghiên cứu
 Hệ thống hóa lại kiến thức.
 Nghiên cứu và phân loại bài tập theo các dạng và theo mức độ khó khác nhau
nhƣ ở cấp độ cơ bản và vận dụng.
4. Đối tƣợng – phạm vi nghiên cứu
Sinh viên 2 lớp tín chỉ K39 - Hóa Khoa Hóa học-Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Hà
Nội 2 ( HH312.K39HOA.3_LT.O.LT và HH312.K39HOA.4_LT.O.LT).

2


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

K37A-HÓA


đƣợc hiệu quả tối ƣu nhất.
“Tự học là con đƣờng đi tới mọi thành công trong cuộc sống. Tự học giúp ta
chủ động tìm hiểu, thu thập kiến thức, tự làm giàu kho kiến thức của mình.” [19]
1.1.2.Tác dụng của bài tập đến vấn đề tự học của sinh viên
1.1.2.1.Khái niệm bài tập
Bài tập là bài giao cho học sinh làm để vận dụng kiến thức đã học, còn bài toán
là vấn đề cần giải quyết bằng phương pháp khoa học.
Theo các nhà lý luận dạy học Liên Xô cũ, bài tập bao gồm cả câu hỏi và bài
toán, mà trong khi hoàn thành chúng, học sinh nắm đƣợc hay hoàn thành một tri thức
hoặc một kỹ năng nào đó bằng cách trả lời vấn đáp, trả lời viết hoặc có kèm theo thực
nghiệm.
Hiện nay,ở nƣớc ta thuật ngữ bài tập đƣợc dùng theo quan điểm này.
1.1.2.2. Tác dụng của bài tập hóa học
Rèn luyện cho học sinh khả năng vận dụng các kiến thức đã học qua các bài
giảng thành kiến thức của bản thân
Đào sâu và mở rộng các kiến thức đã học một cách sinh động, phong phú, hấp
dẫn
Ôn tập, củng cố và hệ thống hóa các kiến thức đã học một cách thuận lợi nhất,
rèn luyện kỹ năng tính toán, kỹ năng thực hành
Phát triển năng lực nhận thức, trí thông minh, sáng tạo, phát huy tính tích cực,
tự lực và hình thành phƣơng pháp học tập riêng biệt, hiệu quả cao
Rèn luyện cho học sinh tính kiên trì, kiên nhẫn, linh hoạt, chính xác và khoa
học, tác phong lao động nghiêm túc, gọn gang, ngăn nắp, sạch sẽ

4


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

K37A-HÓA

K37A-HÓA

Tốc độ trung bình:
Giả sử nồng độ của một trong các chất phản ứng ở thời điểm t bằng C và ở thời điểm t
+ t bằng C - C, tốc độ phản ứng trung bình trong khoảng thời gian t ÷ (t + t) là:
= -

(1.1)

Tốc độ tức thời: Tốc độ của phản ứng ở thời điểm cho sẵn (tốc độ tức thời) là
giới hạn của phản ứng (1.1) khi t  0:
= -

(1.2)

Đối với chất phản ứng dC < 0, nên muốn tốc độ là đại lƣợng dƣơng cần viết dấu
trừ. Tốc độ phản ứng xác định theo (1.2) không đơn trị vì biến thiên nồng độ của các
chất khác nhau phụ thuộc vào hệ số tỉ lƣợng.
Nếu phản ứng đƣợc miêu tả bằng phƣơng trình tỉ lƣợng:
nA + mB + ....= n'A + m'B + ....

(1.3)

trong đó: n, m, n', m',....là các hệ số tỷ lƣợng
A, B,...là các chất tham gia phản ứng;
A', B',...là các chất sản phẩm phản ứng.
thì tốc độ của phản ứng đƣợc xác định nhƣ sau:
=-

hoặc


là bậc của

có thể bằng hoặc không bằng tỷ lệ số lƣợng.

1.2.1.2. Bậc và phân tử số của phản ứng [3, 4]
Bậc của phản ứng:
Từ (1.4) cho thấy: bậc của phản ứng là tổng các lũy thừa nồng độ của các chất
tham gia phản ứng trong chƣơng trình biểu diễn sự phụ thuộc tốc độ phản ứng vào
nồng độ chất phản ứng.
Phân tử số của phản ứng:
Phân tử số của phản ứng là số tiểu phân (phân tử, nguyên tử, ion, gốc tự do...)
tƣơng tác đồng thời, chính những tƣơng tác này biến đổi hóa học.
Phân tử số bao giờ cũng là một số nguyên, dƣơng, trong khi đó bậc của phản
ứng có thể là số nguyên, phân số, dƣơng, âm hoặc bằng không.
1.2.1.3. Phân loại phản ứng hóa học [3, 4, 6, 9]
Có rất nhiều cách để phân loại các phản ứng hóa học và dựa trên cơ chế phản
ứng, ngƣời ta có thể chia phản ứng hóa học thành 2 loại là:
Phản ứng đơn giản (phản ứng sơ cấp).
Phản ứng phức tạp.
a. Phản ứng đơn giản
Khái niệm: Phản ứng đơn giản là những phản ứng một chiều, chỉ diễn ra trong
một giai đoạn duy nhất đi trực tiếp từ những chất đầu đến những chất cuối và không có
sự hình thành hợp chất trung gian.

7


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP


Xây dựng phƣơng trình động học:
Phƣơng trình:

A  sản phẩm

8


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Ban đầu:

a

Tại thời điểm t:

a –x

K37A-HÓA

Theo định nghĩa về tốc độ phản ứng và áp dụng định luật tác dụng khối lƣợng ta
có:
v=-

(1.2.1)

v = k.C

(1.2.2)

Từ (1.2.1) và (1.2.2) suy ra: -

nồng độ tại thời điểm t; v là tốc độ phản ứng; k là hằng số tốc độ phản ứng; x là độ
giảm nồng độ của A trong thời gian t; I là hằng số tích phân.
Thời gian nửa phản ứng: là thời gian để nồng độ chất phản ứng giảm đi một
nửa.

9


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

K37A-HÓA

Nhận xét: thời gian bán hủy của phản ứng bậc một là hằng số, nó không phụ
thuộc vào nồng độvà tỉ lệ nghịch với hằng số tốc độ phản ứng.
Đồ thị:

Hình1. Đồ thị của phản ứng bậc một- Nồng độ chất phản ứng giảm theo hàm mũ
với thời gian.
b. Phản ứng bậc hai
Trƣờng hợp a=b:
Dạng phản ứng: 2A  sản phẩm
Xây dựng phƣơng trình động học:
Phƣơng trình động học dạng vi phân:

Phƣơng trình động học dạng tích phân:

Thời gian nửa phản ứng:

Nhận xét: thời gian bán hủy tỉ lệ nghịch với nồng độ ban đầu của chất phản ứng.



Phân ly biến số ta đƣợc:
= kdt

11


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP



K37A-HÓA

= kdt

Do a,b là hằng số nên d(a-x) = d(b-x). Lấy tích phân hai vế, biến đổi ta đƣợc
phƣơng trình động học dạng tích phân:

Trong đó: a, b lần lƣợt là nồng độ ban đầu của chất A, B tại t = 0; k là hằng số
tốc độ phản ứng; v là tốc độ phản ứng; a-x, b-x lần lƣợt là nồng độ của A, B tại thời
điểm t; x là độ giảm nồng độ trong thời gian t.
c. Phản ứng bậc ba
Với cách xác định tƣơng tự nhƣ bậc một, bậc hai ta có phƣơng trình động học:
Trƣờng hợp a=b=c
Dạng phản ứng:

3A  sản phẩm.

Phƣơng trình động học dạng vi phân:


Trong đó: a, b, c lần lƣợt là nồng độ ban đầu của A, B, C tại t = 0; a-x, b-x, c-x
lần lƣợt là nồng độ của A, B, C tại thời điểm t; k là hằng số tốc độ phản ứng; v là tốc
độ phản ứng.
d. Phản ứng bậc không
Phản ứng bậc không là phản ứng mà tốc độ của nó không phụ thuộc vào nồng
độ của các chất tham gia phản ứng.
Phƣơng trình động học dạng vi phân:
v =

-

= k.C0 = k

13


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

K37A-HÓA

Phƣơng trình động học dạng tích phân:
C0 - C = kt
hay nồng độ của phản ứng giảm tuyến tính theo thời gian.
Trong đó: C0, C lần lƣợt là nồng độ tại thời điểm t và nồng độ ban đầu của chất
tham gia phản ứng; k là hằng số tốc độ phản ứng.
e. Phản ứng bậc n
Dạng phản ứng: nA  sản phẩm
Phƣơng trình động học dạng vi phân:

Phƣơng trình động học dạng tích phân:


Tại thời điểm t:

a-x

b+x

B

Trạng thái cân bằng: a-x∞

b+x∞

Theo nguyên lý diễn biến độc lập thì phản ứng thuận nghịch tuân theo riêng rẽ
định luật tác dụng khối lƣợng:
vt = kt (a-x)
vn = kn (b+x)
Tốc độ phản ứng thuận nghịch:
v=

= vt – vn = kt (a-x) – kn (b+x) = kt.a – kn.b – (kt + kn). x
= (kt + kn).

Khi đạt trạng thái cân bằng thì: x
Thay vào (1.2.4) ta có:

(1.2.4)
=

= (kt + kn). (x - x)

Tại thời điểm t:

a-x

Thời điểm cân bằng: a-x∞

C +

D

b

c

d

b-x

x

x

b - x∞ x∞

x∞

Phƣơng trình động học dạng vi phân:
v = vt + vn = kt ( a-x ) (b-x) – kn ( c+ x ) (d + x )
Khi a= b = c= c=d = 0, ta có: v= kt (a – x)2 - knx2
Phƣơng trình động học dạng tích phân:

bằng công thức:
v1 =

= k1 (a – x)

v2 =

= k2 (a – x)

Theo nguyên lý diễn biến độc lập, tốc độ của phản ứng song song sẽ bằng tổng
tốc độ của các phản ứng thành phần nên ta có phƣơng trình động học dạng vi phân:

Phân ly biến số, lấy tích phân và biến đổi ta đƣợc phƣơng trình động học dạng
tích phân:

Trong đó: a là nồng độ đầu của A; a – x là nồng độ của A tại thời điểm t; x là độ
giảm nồng độ của A; x1 chuyển thành B; x2 chuyển thành C và x = x1 + x2.
Phản ứng song song bậc 2
k1

Dạng phản ứng: A + B
k2

C+D
E+F

Phƣơng trình động học dạng vi phân:
(1.2.5)
Khi a = b , ta có



1.2.3. Lý thuyết về tốc độ phản ứng [4, 6, 7]
1.2.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới tốc độ phản ứng
Theo quy tắc kinh nghiệm của Van't Hoff thì khi tăng nhiệt độ của hệ phản ứng lên
10oC, hằng số tốc độ tăng và do đó tốc độ của phản ứng tăng từ 2 đến 4 lần. Biểu thức
toán học của quy tắc nhƣ sau:

18


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

K37A-HÓA

đƣợc gọi là hệ số nhiệt độ của phản ứng.
Trong trƣờng hợp tổng quát:

n là số lần tăng 10oC
Một cách định lƣợng Arrhenius cũng đã thiết lập đƣợc sự phụ thuộc của hằng số
tốc độ phản ứng k vào nhiệt độ dƣới dạng vi phân:

Trong đó: Ea là năng lƣợng hoạt hoá thực nghiệm của phản ứng.
Phƣơng trình Arrhenius còn đƣợc viết dƣới dạng khác :

A đƣợc gọi là thừa số Arrhenius và có cùng thứ nguyên với hằng số tốc độ phản
ứng. Thừa số A còn biểu thị tần số va chạm giữa các phần tử của các chất tác dụng.
1.2.3.2. Lý thuyết tốc độ phản ứng
a, Thuyết va chạm lưỡng phân tử
Lý thuyết đầu tiên về tốc độ phản ứng hóa học cho rằng: để cho 2 phân tử có thể
phản ứng đƣợc với nhau thì trƣớc hết phải có sự va chạm giữa 2 phân tử đó và tốc độ