Bài học

Vận dụng biểu thức tốc độ phản ứng

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em vận dụng được biểu thức $v = k[A]^a[B]^b$ để tính tốc độ khi biết $k$ và nồng độ, tính ngược $k$ khi biết tốc độ và nồng độ, và giải một bài toán tổng hợp nhiều yêu cầu trên cùng một phản ứng.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài trước vừa cho biểu thức $v = k[A]^a[B]^b$ và cách xác định đơn vị $k$ . Bài này luyện vận dụng chính biểu thức đó vào các dạng bài toán số liệu cụ thể, kết hợp với kỹ năng thay số và biến đổi công thức đã quen thuộc từ môn Toán.

Bài trước vừa cho biểu thức $v = k[A]^a[B]^b$ và cách xác định đơn vị $k$. Bài này luyện vận dụng chính biểu thức đó vào các dạng bài toán số liệu cụ thể, kết hợp với kỹ năng thay số và biến đổi công thức đã quen thuộc từ môn Toán.

Khởi động

Nếu biết trước hằng số tốc độ k của một phản ứng và nồng độ các chất tại một thời điểm, ta có thể "tính trước" được tốc độ phản ứng ngay tại thời điểm đó mà không cần đo đạc thực nghiệm mất thời gian. Đây chính là sức mạnh của biểu thức tốc độ — nó cho phép dự đoán, không chỉ mô tả.

Kiến thức trọng tâm

Khi đã biết $k$ (do đề cho, hoặc xác định từ một thí nghiệm khác ở cùng nhiệt độ) và biết nồng độ tức thời $[A]$ , $[B]$ , ta thay trực tiếp vào biểu thức tốc độ để tính $v$ :

$v = k[A]^a[B]^b$

Ngược lại, nếu biết $v$ và các nồng độ $[A]$ , $[B]$ tại thời điểm đo, ta có thể tính ngược ra $k$ :

$k = \dfrac{v}{[A]^a[B]^b}$

Một kỹ năng thường gặp trong đề thi là so sánh tốc độ giữa hai thí nghiệm mà không cần biết giá trị $k$ : khi nồng độ một chất tăng $m$ lần (chất còn lại giữ nguyên), tốc độ tăng $m^a$ lần, với $a$ là bậc riêng phần của chất đó — vì $k$ không đổi giữa hai thí nghiệm cùng nhiệt độ nên nó tự triệt tiêu khi lập tỉ số $v_2/v_1$ .

Một bài toán tổng hợp thường yêu cầu qua nhiều bước: viết biểu thức tốc độ, tính giá trị tốc độ cụ thể, rồi dự đoán tốc độ mới khi một nồng độ thay đổi — mỗi bước dùng đúng một phần của biểu thức, không được bỏ qua bước trung gian nào.

Khi đã biết $k$ (do đề cho, hoặc xác định từ một thí nghiệm khác ở cùng nhiệt độ) và biết nồng độ tức thời $[A]$, $[B]$, ta **thay trực tiếp vào biểu thức tốc độ** để tính $v$: $$v = k[A]^a[B]^b$$ Ngược lại, nếu biết $v$ và các nồng độ $[A]$, $[B]$ tại thời điểm đo, ta có thể **tính ngược ra $k$**: $$k = \dfrac{v}{[A]^a[B]^b}$$ Một kỹ năng thường gặp trong đề thi là **so sánh tốc độ giữa hai thí nghiệm mà không cần biết giá trị $k$**: khi nồng độ một chất tăng $m$ lần (chất còn lại giữ nguyên), tốc độ tăng $m^a$ lần, với $a$ là bậc riêng phần của chất đó — vì $k$ không đổi giữa hai thí nghiệm cùng nhiệt độ nên nó tự triệt tiêu khi lập tỉ số $v_2/v_1$. Một bài toán tổng hợp thường yêu cầu qua nhiều bước: viết biểu thức tốc độ, tính giá trị tốc độ cụ thể, rồi dự đoán tốc độ mới khi một nồng độ thay đổi — mỗi bước dùng đúng một phần của biểu thức, không được bỏ qua bước trung gian nào.

Với phản ứng bậc 2 theo A, tốc độ tăng theo bình phương tỉ lệ nồng độ — tăng [A] gấp đôi thì tốc độ tăng gấp bốn, không phải gấp đôi.

Ví dụ mẫu

Ví dụ

Tính tốc độ phản ứng khi biết k và nồng độ

1
Phản ứng đơn giản 2A(g) + B(g) → sản phẩm có biểu thức tốc độ $v = k[A]^2[B]$ , với $k = 0{,}50$ $L^2 \cdot mol^{-2} \cdot s^{-1}$ ở nhiệt độ đang xét. Tính tốc độ phản ứng khi $[A] = 0{,}20$ mol/L và $[B] = 0{,}10$ mol/L.
Phản ứng đơn giản 2A(g) + B(g) → sản phẩm có biểu thức tốc độ $v = k[A]^2[B]$, với $k = 0{,}50$ $L^2 \cdot mol^{-2} \cdot s^{-1}$ ở nhiệt độ đang xét. Tính tốc độ phản ứng khi $[A] = 0{,}20$ mol/L và $[B] = 0{,}10$ mol/L.
2
$v = k[A]^2[B] = 0{,}50 \times (0{,}20)^2 \times 0{,}10$ .
$v = k[A]^2[B] = 0{,}50 \times (0{,}20)^2 \times 0{,}10$.
3
$(0{,}20)^2 = 0{,}040$ . Suy ra $v = 0{,}50 \times 0{,}040 \times 0{,}10 = 0{,}0020$ mol/(L·s).
$(0{,}20)^2 = 0{,}040$. Suy ra $v = 0{,}50 \times 0{,}040 \times 0{,}10 = 0{,}0020$ mol/(L·s).
4
Vậy tốc độ phản ứng tại thời điểm có $[A]=0{,}20$ mol/L và $[B]=0{,}10$ mol/L là 0,0020 mol/(L·s).
Vậy tốc độ phản ứng tại thời điểm có $[A]=0{,}20$ mol/L và $[B]=0{,}10$ mol/L là 0,0020 mol/(L·s).

Ví dụ dạng thi

Ví dụ

Bài toán tổng hợp ba phần: biểu thức, tính toán, dự đoán

1
Cho phản ứng đơn giản 2A(g) + B(g) → sản phẩm, hằng số tốc độ $k = 0{,}50$ $L^2 \cdot mol^{-2} \cdot s^{-1}$ ở nhiệt độ $T$ . (a) Viết biểu thức tốc độ của phản ứng. (b) Tính tốc độ khi $[A] = 0{,}20$ mol/L, $[B] = 0{,}40$ mol/L. (c) Nếu tăng $[A]$ lên gấp đôi (giữ nguyên $[B]$ ), tốc độ tăng bao nhiêu lần và giá trị tốc độ mới là bao nhiêu?
Cho phản ứng đơn giản 2A(g) + B(g) → sản phẩm, hằng số tốc độ $k = 0{,}50$ $L^2 \cdot mol^{-2} \cdot s^{-1}$ ở nhiệt độ $T$. (a) Viết biểu thức tốc độ của phản ứng. (b) Tính tốc độ khi $[A] = 0{,}20$ mol/L, $[B] = 0{,}40$ mol/L. (c) Nếu tăng $[A]$ lên gấp đôi (giữ nguyên $[B]$), tốc độ tăng bao nhiêu lần và giá trị tốc độ mới là bao nhiêu?
2
Vì phản ứng đơn giản với hệ số A là 2, hệ số B là 1: $v = k[A]^2[B]$ .
Vì phản ứng đơn giản với hệ số A là 2, hệ số B là 1: $v = k[A]^2[B]$.
3
$v_1 = 0{,}50 \times (0{,}20)^2 \times 0{,}40 = 0{,}50 \times 0{,}040 \times 0{,}40 = 0{,}0080$ mol/(L·s).
$v_1 = 0{,}50 \times (0{,}20)^2 \times 0{,}40 = 0{,}50 \times 0{,}040 \times 0{,}40 = 0{,}0080$ mol/(L·s).
4
Vì $[B]$ không đổi và bậc riêng phần theo A là 2: $\dfrac{v_2}{v_1} = \left(\dfrac{[A]_2}{[A]_1}\right)^2 = 2^2 = 4$ lần. Suy ra $v_2 = 4 \times v_1 = 4 \times 0{,}0080 = 0{,}032$ mol/(L·s).
Vì $[B]$ không đổi và bậc riêng phần theo A là 2: $\dfrac{v_2}{v_1} = \left(\dfrac{[A]_2}{[A]_1}\right)^2 = 2^2 = 4$ lần. Suy ra $v_2 = 4 \times v_1 = 4 \times 0{,}0080 = 0{,}032$ mol/(L·s).
5
Vậy biểu thức tốc độ là $v=k[A]^2[B]$ ; tốc độ ban đầu là 0,0080 mol/(L·s); khi tăng [A] gấp đôi, tốc độ tăng gấp 4 lần, đạt giá trị mới 0,032 mol/(L·s).
Vậy biểu thức tốc độ là $v=k[A]^2[B]$; tốc độ ban đầu là 0,0080 mol/(L·s); khi tăng [A] gấp đôi, tốc độ tăng gấp 4 lần, đạt giá trị mới 0,032 mol/(L·s).

Sai lầm thường gặp

Lỗi hay gặp nhất là quên lấy luỹ thừa đúng bậc khi thay nồng độ vào biểu thức — ví dụ chất có bậc riêng phần 2 nhưng học sinh chỉ nhân đơn nồng độ (bậc 1) vào công thức. Lỗi thứ hai là khi tính tỉ số $v_2/v_1$ để so sánh nhanh, quên bình phương (hoặc luỹ thừa đúng bậc) của tỉ số nồng độ, chỉ nhân thẳng tỉ số nồng độ mà không luỹ thừa.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Điều cần ghi nhớ

Thay trực tiếp nồng độ vào $v=k[A]^a[B]^b$ để tính tốc độ; tính ngược $k = v/([A]^a[B]^b)$ khi cần. Khi so sánh nhanh hai thí nghiệm cùng nhiệt độ, $k$ triệt tiêu trong tỉ số $v_2/v_1$ , chỉ còn phụ thuộc tỉ số nồng độ luỹ thừa đúng bậc riêng phần. Luôn kiểm tra đã luỹ thừa đúng bậc trước khi kết luận.

Thay trực tiếp nồng độ vào $v=k[A]^a[B]^b$ để tính tốc độ; tính ngược $k = v/([A]^a[B]^b)$ khi cần. Khi so sánh nhanh hai thí nghiệm cùng nhiệt độ, $k$ triệt tiêu trong tỉ số $v_2/v_1$, chỉ còn phụ thuộc tỉ số nồng độ luỹ thừa đúng bậc riêng phần. Luôn kiểm tra đã luỹ thừa đúng bậc trước khi kết luận.

Cầu nối bài sau

Em đã nắm trọn biểu thức tốc độ và cả năm yếu tố ảnh hưởng — Chương 5 sẽ đưa những kiến thức này vào các tình huống thực tế trong đời sống và sản xuất.