Bài học

Nồng độ và nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng

Em sẽ làm được gì?

Em giải thích được vì sao nồng độ chất tham gia và nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng bằng cách hình dung các hạt va chạm với nhau, và dự đoán được chiều thay đổi tốc độ khi tăng/giảm nồng độ hoặc nhiệt độ.

Cần nhớ trước

Ôn lại tốc độ phản ứng là gì và cách nhận biết qua dấu hiệu quan sát (Bài 1); cùng nồng độ dung dịch, nồng độ phần trăm và nồng độ mol (Khóa 7 — Dung dịch, độ tan và nồng độ dung dịch).

Khi pha nước chanh, nếu vắt nhiều chanh vào một cốc nước, vị chua xuất hiện ngay khi vừa khuấy. Nhưng nếu chỉ vắt vài giọt chanh vào một cốc nước lớn, phải khuấy lâu mới cảm nhận được vị chua rõ. Tương tự, cho viên sủi vitamin C vào cốc nước nóng thì viên sủi tan và sủi bọt rào rào chỉ sau vài giây, còn cho vào cốc nước lạnh thì phải đợi lâu hơn nhiều. Hai hiện tượng này hé lộ hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng: nồng độ và nhiệt độ.

Vì sao nồng độ và nhiệt độ làm thay đổi tốc độ?

Để một phản ứng hóa học xảy ra, các hạt (phân tử, ion) của chất tham gia phải va chạm vào nhau theo đúng cách. Không phải va chạm nào cũng dẫn đến phản ứng, nhưng chắc chắn: va chạm càng nhiều và càng thường xuyên thì khả năng có phản ứng càng lớn, tức là tốc độ phản ứng càng cao.

Nồng độ: nồng độ chất tham gia càng cao nghĩa là trong cùng một thể tích dung dịch có càng nhiều hạt chất đó. Nhiều hạt hơn thì số lần va chạm giữa các hạt trong một giây cũng nhiều hơn → tốc độ phản ứng tăng. Ngược lại, dung dịch loãng có ít hạt hơn, va chạm thưa hơn → tốc độ giảm.
Nhiệt độ: khi nhiệt độ tăng, các hạt chuyển động nhanh hơn và mạnh hơn. Chúng va vào nhau thường xuyên hơn, và mỗi va chạm cũng "mạnh" hơn nên dễ dẫn đến phản ứng hơn → tốc độ phản ứng tăng. Khi hạ nhiệt độ, các hạt chuyển động chậm lại, va chạm thưa và yếu hơn → tốc độ giảm.

Để một phản ứng hóa học xảy ra, các hạt (phân tử, ion) của chất tham gia phải **va chạm** vào nhau theo đúng cách. Không phải va chạm nào cũng dẫn đến phản ứng, nhưng chắc chắn: **va chạm càng nhiều và càng thường xuyên thì khả năng có phản ứng càng lớn**, tức là tốc độ phản ứng càng cao. - **Nồng độ:** nồng độ chất tham gia càng cao nghĩa là trong cùng một thể tích dung dịch có **càng nhiều hạt chất** đó. Nhiều hạt hơn thì số lần va chạm giữa các hạt trong một giây cũng nhiều hơn → tốc độ phản ứng tăng. Ngược lại, dung dịch loãng có ít hạt hơn, va chạm thưa hơn → tốc độ giảm. - **Nhiệt độ:** khi nhiệt độ tăng, các hạt chuyển động **nhanh hơn và mạnh hơn**. Chúng va vào nhau thường xuyên hơn, và mỗi va chạm cũng "mạnh" hơn nên dễ dẫn đến phản ứng hơn → tốc độ phản ứng tăng. Khi hạ nhiệt độ, các hạt chuyển động chậm lại, va chạm thưa và yếu hơn → tốc độ giảm.

Chính vì lí do này mà trong phòng thí nghiệm, muốn một phản ứng xảy ra nhanh hơn để quan sát, người ta thường dùng dung dịch đặc hơn hoặc đun nóng nhẹ trước khi trộn các chất. Ngược lại, muốn giữ một chất khỏi bị phân hủy hay biến chất quá nhanh, người ta bảo quản ở nơi mát và pha loãng nếu có thể. Hai yếu tố này thường xuất hiện cùng lúc trong đời sống: nước canh nóng nêm gia vị ngấm nhanh hơn nước canh nguội, và một cốc nước chanh pha đặc sẽ có vị chua rõ ngay khi vừa khuấy, trong khi cốc pha loãng phải khuấy lâu hơn mới cảm nhận được.

Chính vì lí do này mà trong phòng thí nghiệm, muốn một phản ứng xảy ra nhanh hơn để quan sát, người ta thường dùng dung dịch **đặc hơn** hoặc **đun nóng nhẹ** trước khi trộn các chất. Ngược lại, muốn giữ một chất khỏi bị phân hủy hay biến chất quá nhanh, người ta bảo quản ở nơi **mát** và **pha loãng** nếu có thể. Hai yếu tố này thường xuất hiện cùng lúc trong đời sống: nước canh nóng nêm gia vị ngấm nhanh hơn nước canh nguội, và một cốc nước chanh pha đặc sẽ có vị chua rõ ngay khi vừa khuấy, trong khi cốc pha loãng phải khuấy lâu hơn mới cảm nhận được.

Mô hình va chạm hạt (định tính)Cách giải thích tốc độ phản ứng dựa trên số lần và mức độ mạnh của va chạm giữa các hạt chất tham gia: va chạm càng nhiều, càng mạnh thì phản ứng càng nhanh.

Nhiệt độ càng cao, thời gian phản ứng càng ngắn — tức tốc độ phản ứng càng lớn.

Nồng độ acid càng đặc, thời gian phản ứng càng ngắn — tốc độ phản ứng càng lớn.

Ví dụ minh họa

Ví dụ

Ví dụ 1 — So sánh theo nồng độ

1
Thả hai viên đá vôi giống hệt nhau vào hai ống nghiệm chứa dung dịch hydrochloric acid: ống 1 dùng acid loãng, ống 2 dùng acid đặc hơn (cùng thể tích). Ống nào bọt khí thoát ra nhanh hơn?
2
Ống 2 chứa acid đặc hơn nghĩa là có nhiều hạt HCl hơn trong cùng thể tích, nên số va chạm giữa hạt acid và bề mặt đá vôi trong một giây nhiều hơn.
3
Ống 2 (acid đặc hơn) có bọt khí thoát ra nhanh hơn, tức tốc độ phản ứng lớn hơn.

Ví dụ

Ví dụ 2 — Kết hợp đọc số liệu và giải thích

1
Bảng sau ghi thời gian một viên kẽm tan hết trong dung dịch acid ở ba nhiệt độ khác nhau: 20°C — 90 giây; 40°C — 40 giây; 60°C — 15 giây. Hãy nêu xu hướng và giải thích bằng mô hình va chạm hạt.
2
Khi nhiệt độ tăng từ 20°C lên 60°C, thời gian phản ứng giảm dần từ 90 giây xuống 15 giây — tức tốc độ phản ứng tăng dần. Theo mô hình va chạm hạt, nhiệt độ càng cao thì các hạt acid và kẽm chuyển động càng nhanh, va chạm với nhau càng thường xuyên và mạnh hơn.
3
Trong khoảng nhiệt độ này, nhiệt độ tăng làm tốc độ phản ứng tăng, thể hiện qua thời gian phản ứng giảm dần từ 90 giây xuống còn 15 giây.

Lỗi thường gặp

Nhiều bạn nghĩ ngược: cho rằng giảm nồng độ hoặc giảm nhiệt độ sẽ làm phản ứng nhanh hơn. Hãy nhớ đúng chiều: nồng độ tăng hoặc nhiệt độ tăng → số và mức độ va chạm tăng → tốc độ phản ứng tăng. Một lỗi khác là nhầm nồng độ với khối lượng chất: pha loãng một dung dịch không làm mất chất tan, chỉ làm giảm số hạt trong một đơn vị thể tích.

Nhiều bạn nghĩ ngược: cho rằng **giảm nồng độ** hoặc **giảm nhiệt độ** sẽ làm phản ứng nhanh hơn. Hãy nhớ đúng chiều: **nồng độ tăng** hoặc **nhiệt độ tăng** → **số và mức độ va chạm tăng** → **tốc độ phản ứng tăng**. Một lỗi khác là nhầm nồng độ với khối lượng chất: pha loãng một dung dịch không làm mất chất tan, chỉ làm giảm số hạt trong một đơn vị thể tích.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Theo mô hình va chạm hạt, phản ứng xảy ra khi các hạt va chạm đúng cách. Nồng độ tăng → nhiều hạt hơn trong cùng thể tích → va chạm nhiều hơn → tốc độ tăng. Nhiệt độ tăng → hạt chuyển động nhanh và mạnh hơn → va chạm nhiều và mạnh hơn → tốc độ tăng.

Ngoài nồng độ và nhiệt độ, hình dạng của chất rắn — nguyên cục hay đã nghiền nhỏ — cũng ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng, và đó là nội dung của bài tiếp theo.