Giải bài tập Chuyên đề Hoá học 10 Cánh diều bài 3 Năng lượng hoạt hóa của phản ứng hóa học
Hướng dẫn giải bài tập về năng lượng hoạt hóa của phản ứng hóa học
Trong chuyên đề này, chúng ta sẽ tìm hiểu về năng lượng hoạt hóa của phản ứng hóa học. Đây là một khía cạnh quan trọng giúp chúng ta hiểu rõ về tốc độ và cơ chế của các phản ứng hóa học. Để giải bài tập này, trước hết chúng ta cần biết rằng năng lượng hoạt hóa là năng lượng cần thiết để khởi đầu một phản ứng hóa học. Để tính năng lượng hoạt hóa, chúng ta có thể sử dụng các công thức và phương pháp tính toán cụ thể, được hướng dẫn trong sách chuyên đề hóa học lớp 10 Cánh diều. Bằng cách học và áp dụng những kiến thức này, hi vọng rằng các em sẽ có kiến thức vững chắc hơn về năng lượng hoạt hóa của phản ứng hóa học. Hãy cố gắng làm bài tập một cách cẩn thận và chi tiết, để có thể hiểu sâu hơn về chủ đề này.
Bài tập và hướng dẫn giải
Câu hỏi khởi động
Trong Hình 3.1, muốn lăn “hòn bi hóa học” sang phải theo chiều mũi tên màu xanh, hòn bi phải đi qua “hàng rào năng lượng” có chiều cao Ea. Những phát biểu nào sau đây là đúng?
A. Hàng rào Ea càng cao thì hòn bi càng dễ lăn qua.
B. Hàng rào Ea càng thấp thì hòn bi càng dễ lăn qua.
C. Cần phải cung cấp năng lượng cho hòn bi thì quá trình lăn sang mới xảy ra.
D. Hòn bi tự lăn sang phải mà không cần cung cấp thêm năng lượng.
1. Năng lượng hoạt hóa
Vận dụng 1: Các phản ứng tạo gỉ kim loại có thể xảy ra ngay ở điều kiện nhiệt độ phòng mà không cần đun nóng. Hãy dự đoán năng lượng hoạt hóa của phản ứng là thấp hay cao.
Câu hỏi 1: Hình 3.3 biểu diễn cùng một phản ứng nhưng có năng lượng hoạt hóa khác nhau.
a) Trường hợp ứng với năng lượng hoạt hóa nào thì phản ứng xảy ra với tốc độ lớn hơn?
b) Biến thiên enthalpy phản ứng (∆rH) trong trường hợp này là âm, nghĩa là thuận lợi (về enthalpy) cho phản ứng diễn ra. Nếu ∆rH rất âm nhưng phản ứng lại có Ea rất lớn thì phản ứng này có dễ dàng xảy ra không? Giải thích.
2. Ảnh hưởng của năng lượng hoạt hóa và nhiệt độ tới tốc độ phản ứng qua phương trình Arrhenius
Câu hỏi 2: Phát biểu định luật tác dụng khối lượng về tốc độ của phản ứng hóa học.
Luyện tập 1: Nếu ở ví dụ 1, Ea (1) = 100 kJ mol-1 và Ea (2) = 150 kJ mol-1 thì tốc độ phản ứng thay đổi như thế nào?
Luyện tập 2: Nếu ở ví dụ 2, Ea = 50 kJ mol-1 thì tốc độ phản ứng thay đổi như thế nào?
Vận dụng 2: Hãy liên hệ kết quả ở ví dụ 2 với hệ số Van’t Hoff về sự thay đổi tốc độ phản ứng theo nhiệt độ
3. Vai trò của chất xúc tác
Câu hỏi 3: Một phản ứng diễn ra ở một nhiệt độ không đổi, khi thêm chất xúc tác, tốc độ phản ứng tăng lên do năng lượng hoạt hóa bị thay đổi. Vậy chất xúc tác làm tăng hay giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng?
Vận dụng 3: Vì sao trong lĩnh vực sản xuất hóa chất, người ta thường sử dụng chất xúc tác? Kể tên một số quá trình sản xuất hóa chất và chất xúc tác được sử dụng mà em biết.
Bài tập:
Bài 1: Cho phản ứng:
2NO2(g) → 2NO(g) + O2(g)
So sánh tốc độ phân hủy NO2 ở nhiệt độ 25oC (nhiệt độ thường) và 800oC (nhiệt độ ống xả khí thải động cơ đốt trong). Biết Ea = 114 kJ mol-1
Bài 2: Cho phản ứng: 2SO2(g) + O2(g) → 2SO3(g)
Biết Ea = 314 kJ mol-1
a) Hãy so sánh tốc độ phản ứng ở 25oC và 450oC
b) Nếu sử dụng xúc tác là hỗn hợp V2O5 và TiO2 thì năng lượng hoạt hóa của phản ứng giảm xuống chỉ còn 84 kJ mol-1 . Hãy so sánh tốc độ phản ứng khi có và không có chất xúc tác ở nhiệt độ 450oC.
Bài 3: Thực hiện hai thí nghiệm hòa tan đá vôi vào dung dịch HCl 1M ở cùng một nhiệt độ.
Thí nghiệm 1: Cho 0,5 gam đá vôi dạng bột vào 10 mL HCl 1 M.
Thí nghiệm 2: Cho 0,5 gam đá vôi dạng viên vào 10 mL HCl 1 M.
a) Tốc độ phản ứng ở thí nghiệm nào nhanh hơn? Giải thích.
b) Năng lượng hoạt hóa của hai phản ứng bằng nhau hai khác nhau?
Bài 4: Cho phản ứng:
C2H4(g) + H2(g) → C2H6(g)
Năng lượng hoạt hóa của phản ứng khi có xúc tác Pd là 35 kJ mol-1 . Hãy so sánh sự thay đổi tốc độ phản ứng khi có xúc tác Pd ở nhiệt độ 300 K và 475 K.
Bài 5: Giả sử hai phản ứng hóa học khác nhau có cùng Ea, diễn ra ở cùng nhiệt độ. Vậy hằng số tốc độ k có luôn bằng nhau không?