Rate Laws and Reaction Order

Định luật tốc độ và bậc phản ứng

Lý thuyết · English

Rate laws come from data, not from coefficients

$$\text{rate}=k[\text{A}]^m[\text{B}]^n$$

The exponents $m$ and $n$ are determined experimentally and have no necessary connection to the balanced equation's coefficients. This is the single most-tested idea of the unit.

To find an order from a data table: pick two experiments where only one concentration changes, and see how the rate responds. Doubling a concentration and finding the rate doubles means first order; quadrupling means second order; no change means zero order.

Integrated rate laws

Zero order: $[\text{A}]$ vs $t$ is linear; $t_{1/2}$ depends on $[\text{A}]_0$.
First order: $\ln[\text{A}]$ vs $t$ is linear; $t_{1/2}=\frac{0{,}693}{k}$ is constant.
Second order: $\frac{1}{[\text{A}]}$ vs $t$ is linear.

Giải thích tiếng Việt

Bậc phản ứng đến từ THỰC NGHIỆM, không đọc từ hệ số. Đây là ý bị hỏi nhiều nhất chương này, và cũng là chỗ sai nhiều nhất.

Cách tìm bậc từ bảng số liệu: chọn hai thí nghiệm mà chỉ một nồng độ thay đổi, rồi xem tốc độ phản ứng ra sao.

Nồng độ gấp đôi, tốc độ gấp đôi ⇒ bậc 1.
Nồng độ gấp đôi, tốc độ gấp bốn ⇒ bậc 2.
Nồng độ gấp đôi, tốc độ không đổi ⇒ bậc 0.

Nhận dạng bậc bằng đồ thị — cái nào cho đường thẳng thì đó là bậc:

$[\text{A}]$ theo $t$ thẳng ⇒ bậc $0$
$\ln[\text{A}]$ theo $t$ thẳng ⇒ bậc $1$
$\frac{1}{[\text{A}]}$ theo $t$ thẳng ⇒ bậc $2$

Chỉ bậc một mới có chu kỳ bán rã không đổi — đó là lý do phân rã phóng xạ (bậc một) có khái niệm chu kỳ bán rã cố định.

Ví dụ — tìm bậc từ bảng

Thí nghiệm 1: $[\text{A}]=0{,}10$, $[\text{B}]=0{,}10$, tốc độ $=2{,}0\times10^{-3}$.
TN 2: $[\text{A}]=0{,}20$, $[\text{B}]=0{,}10$, tốc độ $=8{,}0\times10^{-3}$.
TN 3: $[\text{A}]=0{,}10$, $[\text{B}]=0{,}20$, tốc độ $=2{,}0\times10^{-3}$. Tìm định luật tốc độ.

Giải.

So TN 1 và 2 (chỉ $[\text{A}]$ đổi): $[\text{A}]$ gấp $2$, tốc độ gấp $4$ ⇒ $2^m=4$ ⇒ $m=2$, bậc hai theo A.

So TN 1 và 3 (chỉ $[\text{B}]$ đổi): $[\text{B}]$ gấp $2$, tốc độ không đổi ⇒ $n=0$, bậc không theo B.

Định luật tốc độ: $\text{tốc độ}=k[\text{A}]^2$.

Tính $k$ từ TN 1: $2{,}0\times10^{-3}=k(0{,}10)^2$ ⇒ $k=0{,}20$ M⁻¹s⁻¹.

Bậc tổng cộng là $2$, và đơn vị của $k$ xác nhận điều đó.

Bẫy hay mất điểm — Đơn vị của $k$ thay đổi theo bậc: bậc $0$ là M/s, bậc $1$ là s⁻¹, bậc $2$ là M⁻¹s⁻¹. Đó cũng là cách kiểm nhanh xem mình xác định bậc có đúng không.

Phải nhớ — Bậc từ thực nghiệm, không từ hệ số. Đổi một nồng độ mỗi lần. Đồ thị nào thẳng thì đó là bậc.

Đọc xong rồi — làm thử ngay

Bài tập của chương Unit 5 — Kinetics gồm 14 câu trắc nghiệm và 3 đề tự luận, ra khó hơn đề thật 30–50%. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.

Làm bài tập chương →

← Bài trướcStoichiometry, Limiting Reagent and Titration Bài sau →Collision Theory, Activation Energy and Catalysts