Bài 3. Năng lượng hoạt hóa của phản ứng hóa học - Chuyên đề học tập Hóa 10 Chân trời sáng tạo
Mở đầu
Trong ruột non của hầu hết chúng ta đều có enzym lactase, có tác dụng chuyển hóa lactose (còn gọi là đường sữa, C12H22O11) có trong thành phần của sữa và các sản phẩm từ sữa thành đường glocose (C6H12O6) và galactose (C6H12O6) giúp cơ thể dễ dàng hấp thu; quá trình này đặc biệt quan trọng đối với sự phát triển và tăng cường miễn dịch cho trẻ nhỏ. Khi cơ thể thiếu hụt loại enzyme này, lactose không được tiêu hóa sẽ bị vi khuẩn lên men, sinh ra khí và gây đau bụng. Enzyme lactase đóng vai trò xúc tác trong quá trình chuyển hóa lactose. Xúc tác ảnh hưởng như thế nào đến tốc độ chuyển hóa giữa các chất?
Lời giải chi tiết:
Chất xúc tác có vai trò làm giảm năng lượng hoạt hóa để tăng tốc độ phản ứng.
Thảo luận 1
Quan sát Hình 3.1, cho biết số va chạm hiệu quả và khả năng xảy ra phản ứng của chất tham gia thay đổi như thế nào khi giá trị của năng lượng hoạt hóa càng giảm.
Phương pháp giải:
Năng lượng hoạt hóa là năng lượng tối thiểu mà chất phản ứng cẩn phải có để phản ứng có thể xảy ra.
Lời giải chi tiết:
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.
Thảo luận 2
Từ thông tin trong phần Khởi động, khi có chất xúc tác, năng lượng hoạt hóa của phản ứng chuyển hóa lactose tăng hay giảm? Giải thích.
Phương pháp giải:
- Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng
- Năng lượng hoạt hóa tỉ lệ nghịch với tốc độ phản ứng
Lời giải chi tiết:
Từ thông tin trong phần Khởi động, khi có chất xúc tác làm tăng tốc độ của phản ứng tức là sẽ có nhiều hơn số phân tử chất phản ứng va chạm hiệu quả với nhau dẫn đến năng lượng hoạt hóa giảm.
Luyện tập
Khả năng xảy ra của một phản ứng hóa học như thế nào khi năng lượng hoạt hóa của phản ứng rất lớn? Giải thích.
Phương pháp giải:
Năng lượng hoạt hóa tỉ lệ nghịch với khả năng xảy ra phản ứng
Lời giải chi tiết:
Khi năng lượng hoạt hóa của phản ứng rất lớn chứng tỏ các phân tử chất phản ứng va chạm hiệu quả với nhau khó khăn dẫn đến khả năng xảy ra của phản ứng hóa học đó là khó khăn.
Thảo luận 3
Dựa vào phương trình Arrhenius, tốc độ phản ứng thay đổi thế nào khi tăng nhiệt độ của phản ứng?
Phương pháp giải:
- Hằng số tốc độ phản ứng: \(k = A.{e^{\frac{{ - {E_a}}}{{RT}}}}\)
Lời giải chi tiết:
Dựa vào phương trình Arrhenius, tốc độ phản ứng tại thời điểm T1 là:
\({k_1} = A.{e^{\frac{{ - {E_a}}}{{R{T_1}}}}}\) (1)
Tốc độ phản ứng tại thời điểm T2 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 T2 > T1
=> \(\frac{{{E_a}}}{R}(\frac{{{T_2} - {T_1}}}{{{T_2}{T_1}}}) > 0\)
=> \({e^{\frac{{{E_a}}}{R}(\frac{{{T_2} - {T_1}}}{{{T_2}{T_1}}})}}\) > 1
⇒ \(\frac{{{k_2}}}{{{k_1}}}\) > 1 ⇒ Tốc độ phản ứng tăng.
Thảo luận 4
Từ Ví dụ 2, tốc độ phản ứng phân hủy N2O5 thay đổi như thế nào khi giảm nhiệt độ về 25oC? Nhận xét sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng.
Phương pháp giải:
\(\ln \frac{{{k_2}}}{{{k_1}}} = \frac{{{E_a}}}{R}.(\frac{1}{{{T_1}}} - \frac{1}{{{T_2}}})\)
Lời giải chi tiết:
Dựa vào phương trình Arrhenius ta có:
\(\ln \frac{{{k_2}}}{{{k_1}}} = \frac{{{E_a}}}{R}.(\frac{1}{{{T_1}}} - \frac{1}{{{T_2}}})\)
=> \(\ln \frac{{{k_2}}}{{{k_1}}} = \frac{{103,{{5.10}^3}}}{{8,314}}.(\frac{1}{{45 + 273}} - \frac{1}{{25 + 273}})\)
=> \(\frac{{{k_2}}}{{{k_1}}} = 0,0723\) hay \(\frac{{{k_1}}}{{{k_2}}} = 13,84\)
Vậy khi giảm nhiệt độ về 25oC thì tốc độ phản ứng giảm 13,84 lần
Luyện tập
Một phản ứng có năng lượng hoạt hóa là 24 kJ/mol, so sánh tốc độ phản ứng ở 2 nhiệt độ là 27oC và 127oC
Phương pháp giải:
\(\ln \frac{{{k_2}}}{{{k_1}}} = \frac{{{E_a}}}{R}.(\frac{1}{{{T_1}}} - \frac{1}{{{T_2}}})\)
Lời giải chi tiết:
Dựa vào phương trình Arrhenius ta có:
\(\ln \frac{{{k_2}}}{{{k_1}}} = \frac{{{E_a}}}{R}.(\frac{1}{{{T_1}}} - \frac{1}{{{T_2}}})\)
=> \(\ln \frac{{{k_2}}}{{{k_1}}} = \frac{{{{24.10}^3}}}{{8,314}}.(\frac{1}{{27 + 273}} - \frac{1}{{127 + 273}})\)
=> \(\frac{{{k_2}}}{{{k_1}}} = 11,08\)
Vậy khi tăng nhiệt độ từ 27oC lên 127oC thì tốc độ phản ứng tăng 11,08 lần
Thảo luận 5
Nhận xét ảnh hưởng của enzyme đối với năng lượng hoạt hóa của phản ứng.
Phương pháp giải:
\(k = A.{e^{\frac{{ - {E_a}}}{{RT}}}}\)
Từ phương trình Arrhenius, tốc độ phản ứng tỉ lệ nghịch với năng lượng hoạt hóa
Lời giải chi tiết:
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.
Luyện tập
Trong công nghiệp hóa chất, người ra sử dụng chất xúc tác để tăng tốc độ của phản ứng, như phản ứng tổng hợp SO3 từ SO2 và O2 dùng xúc tác V2O5. Hãy kể tên một số xúc tác cho các phản ứng mà em biết.
Phương pháp giải:
Một số chất xúc tác là: Pt, Fe,…
Lời giải chi tiết:
+ H2 phản ứng vô cùng chậm với O2 ở nhiệt độ phòng, nhưng khi thổi khí H2 qua lưới kim loại platinum (Pt) trong không khí, H2 có thể bốc cháy. Trong trường hợp này, Pt đóng vai trò làm chất xúc tác cho phản ứng:
2H2 + O2 \(\xrightarrow{Pt}\) 2H2O
+ 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 (N2) và hydrogen (H2)
N2 + 3H2 \(\xrightarrow[450-{{500}^{o}}C]{Fe}\) 2NH3
+ 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 + 3I2 \(\xrightarrow{{{H}_{2}}O}\) 2AlI3
Vận dụng
Tại sao muốn cá, thịt mau mềm, người ta thường chế biến kèm với những lát dứa (thơm) hoặc thêm một ít nước ép của dứa?
Phương pháp giải:
Trong dứa có enzyme bromelain có tác dụng phân giải protein thành chuỗi peptit ngắn hơn
Lời giải chi tiết:
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.
Bài 1
Cho giản đồ năng lượng của các phản ứng:
a) Hãy biểu diễn năng lượng hoạt hóa trên giản đồ năng lượng của phản ứng trong từng trường hợp
b) Giản đồ năng lượng nào biểu diễn ảnh hưởng của chất xúc tác đến năng lượng hoạt hóa của phản ứng?
Lời giải chi tiết:
a) Trong giản đồ (c) Ea’ là năng lượng hoạt hóa của phản ứng khi không có xúc tác.
Ea 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.
Bài 2
Cho hằng số tốc độ của một phản ứng là 11 M-1.s-1 tại nhiệt độ 345 K và hằng số thực nghiệm Arrhenius là 20M-1.s-1. Tính năng lượng hoạt hóa của phản ứng trên.
Phương pháp giải:
- Hằng số tốc độ phản ứng: \(k = A.{e^{\frac{{ - {E_a}}}{{RT}}}}\)
Lời giải chi tiết:
Áp dụng phương trình Arrhenius: \(k = A.{e^{\frac{{ - {E_a}}}{{RT}}}}\)
=> \(11 = 20.{e^{\frac{{ - {E_a}}}{{8,314.345}}}}\)
=> Ea = 1715 kJ/mol
Bài 3
Tìm hằng số tốc độ phản ứng k ở 273 K của phản ứng phân hủy
N2O5 (g) → N2O4(g) + ½ O2(g)
Biết rằng ở 300 K, năng lượng hoạt hóa là 111 kJ/mol và hằng số tốc độ phản ứng là 10-10s-1
Phương pháp giải:
\(\ln \frac{{{k_2}}}{{{k_1}}} = \frac{{{E_a}}}{R}.(\frac{1}{{{T_1}}} - \frac{1}{{{T_2}}})\)
Lời giải chi tiết:
Áp dụng phương trình Arrhenius viết lại cho hai nhiệt độ
T1 = 300K; T2 = 273K ứng với hai hằng số tốc độ k1 = 10-10s-1; k2 = ?
\(\ln \frac{{{k_2}}}{{{k_1}}} = \frac{{{E_a}}}{R}.(\frac{1}{{{T_1}}} - \frac{1}{{{T_2}}})\)
=> \(\ln \frac{{{k_2}}}{{{{10}^{ - 10}}}} = \frac{{{{111.10}^3}}}{{8,314}}.(\frac{1}{{300}} - \frac{1}{{273}})\)
=> k2 = 1,23.10-12s-1
Vậy hằng số tốc độ phản ứng ở 273 K của phản ứng phân hủy là k2 = 1,23.10-12 s-1
Bài 4
Phản ứng tổng hợp SO3 trong dây chuyền sản xuất sulfuric acid:
2SO2(g) + O2(g) → 2SO3(g)
Tốc độ phản ứng thay đổi như thế nào khi tăng nhiệt độ từ 350oC lên 450oC. Biết năng lượng hoạt hóa của phản ứng là 314 kJ/mol
Phương pháp giải:
\(\ln \frac{{{k_2}}}{{{k_1}}} = \frac{{{E_a}}}{R}.(\frac{1}{{{T_1}}} - \frac{1}{{{T_2}}})\)
Lời giải chi tiết:
Áp dụng phương trình Arrhenius theo nhiệt độ:
\(\ln \frac{{{k_2}}}{{{k_1}}} = \frac{{{E_a}}}{R}.(\frac{1}{{{T_1}}} - \frac{1}{{{T_2}}})\)
Thay số vào ta được:
\(\ln \frac{{{k_2}}}{{{k_1}}} = \frac{{{{314.10}^3}}}{{8,314}}.(\frac{1}{{350 + 273}} - \frac{1}{{450 + 273}})\)
=> \(\frac{{{k_2}}}{{{k_1}}} = 4380,03\)
Vậy khi tăng nhiệt độ từ 350oC lên 450oC thì tốc độ phản ứng tăng 4380,03 lần
- Bài 1. Liên kết hóa học - Chuyên đề học tập Hóa 10 Chân trời sáng tạo
- Bài 2. Phản ứng hạt nhân - Chuyên đề học tập Hóa 10 Chân trời sáng tạo
- Bài 4. Entropy và biến thiên năng lượng tự do Gibbs - Chuyên đề học tập Hóa 10 Chân trời sáng tạo
Chuyên đề học tập Hóa 10 – Chân trời sáng tạo
Để học tốt Chuyên đề học tập Hóa 10 – Chân trời sáng tạo, loạt bài giải bài tập Chuyên đề học tập Hóa 10 – Chân trời sáng tạo đầy đủ kiến thức, lý thuyết và bài tập được biên soạn bám sát theo nội dung sách giáo khoa Lớp 10.
Lớp 10 | Các môn học Lớp 10 | Giải bài tập, đề kiểm tra, đề thi Lớp 10 chọn lọc
Danh sách các môn học Lớp 10 được biên soạn theo sách giáo khoa mới của bộ giáo dục đào tạo. Kèm theo lời giải sách bài tập, sách giáo khoa, đề kiểm tra 15 phút, 45 phút (1 tiết), đề thi học kì 1 và học kì 2 năm học 2024 ngắn gọn, chi tiết dễ hiểu.
Toán Học
- SBT Toán 10 Nâng cao
- Chuyên đề học tập Toán 10 - Cánh diều
- Chuyên đề học tập Toán 10 - Chân trời sáng tạo
- Chuyên đề học tập Toán 10 - Kết nối tri thức
- SBT Toán 10 - Chân trời sáng tạo
- SBT Toán 10 - Kết nối tri thức
- SGK Toán 10 - Cánh diều
- SGK Toán 10 - Chân trời sáng tạo
- SGK Toán 10 - Kết nối tri thức
Vật Lý
- SBT Vật lí 10 - Chân trời sáng tạo
- SBT Vật lí 10 - Kết nối tri thức
- SGK Vật Lí 10 - Cánh diều
- SGK Vật Lí 10 - Chân trời sáng tạo
- SGK Vật Lí 10 - Kết nối tri thức
Hóa Học
- SBT Hóa học 10 Nâng cao
- Chuyên đề học tập Hóa 10 - Cánh diều
- Chuyên đề học tập Hóa 10 – Chân trời sáng tạo
- Chuyên đề học tập Hóa 10 - Kết nối tri thức
- SBT Hóa 10 - Chân trời sáng tạo
- SBT Hóa 10 - Kết nối tri thức
- SGK Hóa 10 - Cánh diều
- SGK Hóa 10 - Chân trời sáng tạo
- SGK Hóa 10 - Kết nối tri thức
Ngữ Văn
- Soạn văn 10
- SBT Ngữ văn lớp 10
- SBT Văn 10 - Cánh diều
- SBT Văn 10 - Chân trời sáng tạo
- SBT Văn 10 - Kết nối tri thức
- Soạn văn 10 - Cánh Diều - chi tiết
- Soạn văn 10 - Cánh Diều - siêu ngắn
- Soạn văn 10 - Chân trời sáng tạo - chi tiết
- Soạn văn 10 - Chân trời sáng tạo - siêu ngắn
- Soạn văn 10 - Kết nối tri thức - chi tiết
- Soạn văn 10 - Kết nối tri thức - siêu ngắn
Sinh Học
- Chuyên đề học tập Sinh 10 - Chân trời sáng tạo
- Chuyên đề học tập Sinh 10 - Kết nối tri thức
- SBT Sinh lớp 10 - Cánh diều
- SBT Sinh lớp 10 - Chân trời sáng tạo
- SBT Sinh lớp 10 - Kết nối tri thức
- SGK Sinh 10 - Cánh diều
- SGK Sinh 10 - Chân trời sáng tạo
- SGK Sinh 10 - Kết nối tri thức
GDCD
- SGK Giáo dục quốc phòng và an ninh 10 - Cánh diều
- SGK Giáo dục quốc phòng và an ninh 10 - Kết nối tri thức
- SGK Giáo dục thể chất 10 - Cánh diều
- SGK Giáo dục thể chất 10 - Kết nối tri thức
- SGK Giáo dục kinh tế và pháp luật 10 - Cánh diều
- SGK Giáo dục kinh tế và pháp luật 10 - Chân trời sáng tạo
- SGK Giáo dục kinh tế và pháp luật 10 - Kết nối tri thức
Tin Học
Tiếng Anh
- SBT Tiếng Anh lớp 10
- SBT Tiếng Anh 10 - English Discovery
- SBT Tiếng Anh 10 - Bright
- SBT Tiếng Anh 10 - iLearn Smart World
- SBT Tiếng Anh 10 - Friends Global (Chân trời sáng tạo)
- SBT Tiếng Anh 10 - Global Success (Kết nối tri thức)
- Tiếng Anh 10 - Bright
- Tiếng Anh 10 - Explore New Worlds
- Tiếng Anh 10 - English Discovery
- Tiếng Anh 10 - iLearn Smart World
- Tiếng Anh 10 - Friends Global
- Tiếng Anh 10 - Global Success
Công Nghệ
Lịch Sử & Địa Lý
- Tập bản đồ Địa lí lớp 10
- SBT Địa lí 10 - Chân trời sáng tạo
- SBT Địa lí 10 - Kết nối tri thức
- SGK Địa lí lớp 10 - Cánh Diều
- SGK Địa lí lớp 10 - Kết nối tri thức
- SGK Địa lí lớp 10 - Chân trời sáng tạo
- Tập bản đồ Lịch sử lớp 10
- SGK Lịch sử 10 - Cánh Diều
- SGK Lịch sử 10 - Chân trời sáng tạo
- SGK Lịch sử 10 - Kết nối tri thức