Mục lục bài họcĐang ở d06-b1
Rate of reaction and collision theory
Collision theory — the engine of the whole topic
For a reaction to happen, particles must collide, and the collision must satisfy two conditions:
- the particles must have at least the activation energy;
- they must collide with the correct orientation.
So the rate depends on two things and two things only: how often collisions happen, and what fraction of them are successful. Every explanation in this topic must name one of those two.
The four factors
| factor | why the rate increases |
| higher temperature | particles move faster, so they collide more often, and a larger fraction of collisions have the activation energy |
| higher concentration | more particles in the same volume, so collisions are more frequent |
| smaller pieces (larger surface area) | more particles exposed at the surface, so collisions are more frequent |
| catalyst | provides a pathway with lower activation energy, so a larger fraction of collisions succeed |
Temperature is the only factor that acts through both routes, which is why it has such a large effect — and why exam answers about temperature must mention both.
Reading a rate graph
Plot volume of gas produced against time. The gradient is the rate.
- the curve is steepest at the start, when the concentration of reactants is highest;
- it gets less steep as reactants are used up;
- it becomes flat when the reaction has finished.
A steeper curve that flattens at the same height means a faster reaction with the same amount of product — that is what a catalyst or a temperature rise does. A curve that flattens at a different height means a different amount of reactant was used.
Thuyết va chạm — động cơ của cả chủ đề. Để phản ứng xảy ra, các hạt phải va chạm với nhau, và va chạm ấy phải thoả hai điều kiện:
- các hạt phải có ít nhất bằng năng lượng hoạt hoá;
- chúng phải va chạm với hướng đúng.
Vì thế tốc độ chỉ phụ thuộc hai thứ: va chạm xảy ra thường xuyên tới đâu, và tỉ lệ va chạm thành công là bao nhiêu. Mọi lời giải thích trong chủ đề này đều phải gọi tên một trong hai.
Viết “phản ứng nhanh hơn vì nhiệt độ cao hơn” là chép lại đề, không phải giải thích, và không được điểm.
Bốn yếu tố.
- Nhiệt độ cao hơn — các hạt chuyển động nhanh hơn, nên chúng va chạm thường xuyên hơn, và một tỉ lệ lớn hơn số va chạm đạt tới năng lượng hoạt hoá;
- Nồng độ cao hơn — nhiều hạt hơn trong cùng thể tích, nên va chạm thường xuyên hơn;
- Chia nhỏ chất rắn (tăng diện tích bề mặt) — nhiều hạt lộ ra ở bề mặt hơn, nên va chạm thường xuyên hơn;
- Chất xúc tác — mở một con đường có năng lượng hoạt hoá thấp hơn, nên tỉ lệ va chạm thành công tăng.
Nhiệt độ là yếu tố duy nhất tác động qua cả hai con đường — đó là lý do nó có ảnh hưởng lớn nhất, và cũng là lý do câu trả lời về nhiệt độ phải nêu đủ hai ý mới trọn điểm.
Đọc đồ thị tốc độ. Vẽ thể tích khí sinh ra theo thời gian. Hệ số góc chính là tốc độ.
- đường cong dốc nhất ở đầu, khi nồng độ chất phản ứng cao nhất;
- nó thoải dần khi chất phản ứng bị tiêu hao;
- nó nằm ngang khi phản ứng kết thúc.
Đường dốc hơn nhưng nằm ngang ở cùng độ cao nghĩa là phản ứng nhanh hơn với cùng lượng sản phẩm — đó là điều mà chất xúc tác hay việc tăng nhiệt độ làm. Đường nằm ngang ở độ cao khác nghĩa là lượng chất phản ứng đã khác.
Giải thích, theo thuyết va chạm, vì sao tăng nhiệt độ làm tăng tốc độ phản ứng. Nêu rõ vì sao nhiệt độ có ảnh hưởng lớn hơn so với việc chỉ tăng nồng độ.
Ý thứ nhất — va chạm thường xuyên hơn. Nhiệt độ cao hơn cấp thêm động năng cho các hạt, nên chúng chuyển động nhanh hơn. Hạt nhanh hơn thì gặp nhau nhiều lần hơn trong mỗi giây, tức tần suất va chạm tăng.
Ý thứ hai — tỉ lệ va chạm thành công cao hơn. Không phải va chạm nào cũng gây phản ứng; chỉ những va chạm có năng lượng ít nhất bằng năng lượng hoạt hoá mới thành công.
Khi nhiệt độ tăng, tỉ lệ các hạt có đủ năng lượng ấy tăng lên rõ rệt. Nghĩa là trong số các va chạm xảy ra, phần thành công cũng lớn hơn.
Vì sao nhiệt độ mạnh hơn nồng độ. Tăng nồng độ chỉ tác động qua một con đường — nhiều hạt hơn trong cùng thể tích nên va chạm thường xuyên hơn. Nó không làm đổi tỉ lệ va chạm đủ năng lượng chút nào.
Nhiệt độ tác động qua cả hai con đường cùng lúc, và ý thứ hai là ý mạnh: một mức tăng nhiệt độ khiêm tốn cũng làm tỉ lệ hạt vượt ngưỡng năng lượng tăng lên nhiều lần.
Cách chặn mất điểm. Barem cho hai điểm riêng cho câu hỏi về nhiệt độ. Bài chỉ viết “hạt chuyển động nhanh hơn nên va chạm nhiều hơn” được một nửa. Phải có thêm cụm “nhiều va chạm đạt tới năng lượng hoạt hoá hơn”.
Hai thí nghiệm cho cùng một phản ứng sinh khí được vẽ trên cùng đồ thị. Đường $X$ dốc hơn đường $Y$ nhưng cả hai nằm ngang ở cùng một độ cao. Đường $Z$ dốc như $Y$ nhưng nằm ngang ở độ cao thấp hơn. Giải thích mỗi trường hợp.
Đường $X$ so với $Y$ — dốc hơn, cùng độ cao cuối.
Dốc hơn nghĩa là phản ứng nhanh hơn. Cùng độ cao cuối nghĩa là tổng lượng khí sinh ra y hệt, tức lượng chất phản ứng ban đầu như nhau.
Vậy $X$ khác $Y$ ở một yếu tố làm tăng tốc độ mà không làm đổi lượng chất: dùng chất xúc tác, tăng nhiệt độ, hoặc chia nhỏ chất rắn.
Đường $Z$ so với $Y$ — cùng độ dốc, thấp hơn.
Cùng độ dốc nghĩa là tốc độ ban đầu như nhau, nên nhiệt độ và nồng độ không đổi. Thấp hơn nghĩa là tổng lượng khí ít hơn.
Vậy $Z$ dùng ít chất phản ứng hơn — chẳng hạn cùng nồng độ nhưng thể tích nhỏ hơn, hoặc ít chất rắn hơn.
Quy tắc đọc gói cả hai. Đồ thị này trả lời hai câu hỏi độc lập:
- độ dốc → phản ứng nhanh hay chậm;
- độ cao cuối → thu được bao nhiêu sản phẩm.
Chúng có thể đổi độc lập với nhau, và lẫn hai thứ này là lỗi đọc đồ thị phổ biến nhất. Chú ý riêng: chất xúc tác không bao giờ làm đổi độ cao cuối — nó chỉ đưa phản ứng tới đích nhanh hơn.
Đọc xong rồi — làm thử ngay
Bài tập của chương Chemical Reactions: Rate, Reversibility and Redox gồm 14 câu trắc nghiệm và 3 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.