Reaction kinetics · ⁨Động học phản ứng⁩ (A Level) — A-Level Chemistry · ⁨Hóa học A-Level⁩ (9701) Revision Notes · ⁨Reaction kinetics · ⁨Động học phản ứng⁩ (A Level) — A-Level Chemistry

26.1

Rate equations and orders · ⁨Phương trình tốc độ và bậc phản ứng⁩

Syllabus · ⁨Chương trình⁩

English

explain and use the terms rate equation, order of reaction, overall order of reaction, rate constant, half-life, rate-determining step and intermediate
(a) understand and use rate equations of the form $\text{rate} = k [\text{A}]^m[\text{B}]^n$ (for which $m$ and $n$ are 0, 1 or 2) (b) deduce the order of a reaction from concentration–time graphs or from experimental data relating to the initial rates method and half-life method (c) interpret experimental data in graphical form, including concentration–time and rate–concentration graphs (d) calculate an initial rate using concentration data (e) construct a rate equation
(a) show understanding that the half-life of a first-order reaction is independent of concentration (b) use the half-life of a first-order reaction in calculations
calculate the numerical value of a rate constant, for example by: (a) using the initial rates and the rate equation (b) using the half-life, $t_{\frac{1}{2}}$, and the equation $k = 0.693/t_{\frac{1}{2}}$
for a multi-step reaction: (a) suggest a reaction mechanism that is consistent with the rate equation and the equation for the overall reaction (b) predict the order that would result from a given reaction mechanism and rate-determining step (c) deduce a rate equation using a given reaction mechanism and rate-determining step for a given reaction (d) identify an intermediate or catalyst from a given reaction mechanism (e) identify the rate determining step from a rate equation and a given reaction mechanism
describe qualitatively the effect of temperature change on the rate constant and hence the rate of a reaction

Tiếng Việt

giải thích và sử dụng các thuật ngữ phương trình tốc độ, bậc phản ứng, bậc tổng quát của phản ứng, hằng số tốc độ, thời gian bán hủy, bước quyết định tốc độ và chất trung gian
(a) hiểu và sử dụng phương trình tốc độ có dạng $\text{rate} = k [\text{A}]^m[\text{B}]^n$ (trong đó $m$ và $n$ là 0, 1 hoặc 2) (b) suy luận bậc của phản ứng từ đồ thị nồng độ - thời gian hoặc từ dữ liệu thực nghiệm liên quan đến phương pháp tốc độ ban đầu và phương pháp thời gian bán hủy (c) diễn giải dữ liệu thực nghiệm dưới dạng đồ thị, bao gồm cả đồ thị nồng độ - thời gian và đồ thị tốc độ - nồng độ (d) tính tốc độ ban đầu sử dụng dữ liệu nồng độ (e) lập phương trình tốc độ
(a) thể hiện sự hiểu biết rằng thời gian bán hủy của phản ứng bậc nhất độc lập với nồng độ (b) sử dụng thời gian bán hủy của phản ứng bậc nhất trong các phép tính
tính giá trị số của hằng số tốc độ phản ứng, ví dụ bằng cách: (a) sử dụng tốc độ ban đầu và phương trình tốc độ (b) sử dụng thời gian bán hủy, $t_{\frac{1}{2}}$, và phương trình $k = 0.693/t_{\frac{1}{2}}$
đối với phản ứng nhiều bước: (a) đề xuất cơ chế phản ứng phù hợp với phương trình tốc độ và phương trình tổng quát của phản ứng (b) dự đoán bậc phản ứng sẽ phát sinh từ một cơ chế phản ứng và bước xác định tốc độ đã cho (c) suy ra phương trình tốc độ sử dụng cơ chế phản ứng và bước xác định tốc độ đã cho cho một phản ứng cụ thể (d) xác định chất trung gian hoặc xúc tác từ một cơ chế phản ứng đã cho (e) xác định bước xác định tốc độ từ phương trình tốc độ và cơ chế phản ứng đã cho
mô tả định tính ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ lên hằng số tốc độ phản ứng và do đó lên tốc độ của phản ứng

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Nguồn: Chương trình Cambridge International⁩

English

A rate equation 速率方程 shows how the rate depends on the concentrations of the reactants:

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

$m$ is the order of reaction 反应级数 with respect to A, and $n$ the order with respect to B. Each is $0$, $1$ or $2$.
the overall order of reaction 总反应级数 is $m + n$.
$k$ is the rate constant 速率常数. The rate equation can only be found by experiment, not from the balanced equation.

Finding the order

initial rates method: change one concentration at a time and see how the starting rate changes. If doubling $[\text{A}]$ doubles the rate, the order in A is 1; if it quadruples the rate, the order is 2; if the rate is unchanged, the order is 0.

Worked example. In experiments on $\text{A} + \text{B} \rightarrow$ products, doubling $[\text{A}]$ (with $[\text{B}]$ fixed) doubles the rate, and doubling $[\text{B}]$ (with $[\text{A}]$ fixed) quadruples the rate. Write the rate equation and give the overall order.

Doubling $[\text{A}]$ doubles the rate, so first order in A. Doubling $[\text{B}]$ quadruples ($2^2$) the rate, so second order in B. Hence

$$\text{rate} = k[\text{A}][\text{B}]^2, \qquad \text{overall order} = 1 + 2 = 3.$$

graphs: a concentration–time graph for a first-order reaction has a constant half-life 半衰期 (the time for the concentration to halve). A rate–concentration graph is a straight line through the origin for first order, and a curve for second order.

Half-life and the rate constant

For a first-order reaction the half-life is constant — it does not depend on the concentration. You can find the rate constant from it:

$$k = \frac{0.693}{t_{\frac{1}{2}}}$$

Worked example. A first-order reaction has a half-life of $120\ \text{s}$. Find its rate constant.

$$k = \frac{0.693}{t_{1/2}} = \frac{0.693}{120} = 5.8 \times 10^{-3}\ \text{s}^{-1}.$$

You can also find $k$ by putting initial-rate data into the rate equation.

Tiếng Việt

Một phương trình tốc độ cho thấy tốc độ phụ thuộc vào nồng độ của các chất tham gia phản ứng như thế nào:

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

$m$ là bậc phản ứng theo A, và $n$ là bậc theo B. Mỗi cái là $0$, $1$ hoặc $2$.
bậc phản ứng tổng cộng là $m + n$.
$k$ là hằng số tốc độ phản ứng. Phương trình tốc độ chỉ có thể tìm được bằng thực nghiệm, không phải từ phương trình cân bằng.

Xileng khí bằng thủy tinh — Xileng khí đo thể tích khí tạo thành theo thời gian, từ đó suy ra tốc độ phản ứng

Xác định bậc phản ứng

phương pháp tốc độ ban đầu: thay đổi nồng độ của một chất trong mỗi lần thí nghiệm và quan sát sự thay đổi của tốc độ ban đầu. Nếu gấp đôi $[\text{A}]$ làm tăng gấp đôi tốc độ, thì bậc của A là 1; nếu làm tăng tốc độ lên bốn lần, bậc là 2; nếu tốc độ không đổi, bậc là 0.

Ví dụ đã giải. Trong các thí nghiệm về $\text{A} + \text{B} \rightarrow$ sản phẩm, khi gấp đôi $[\text{A}]$ (với $[\text{B}]$ không đổi) thì tốc độ tăng gấp đôi, và khi gấp đôi $[\text{B}]$ (với $[\text{A}]$ không đổi) thì tốc độ tăng lên bốn lần. Viết phương trình tốc độ và cho biết bậc tổng cộng.

Gấp đôi $[\text{A}]$ làm gấp đôi tốc độ, nên là bậc nhất theo A. Gấp đôi $[\text{B}]$ làm tăng tốc độ lên bốn lần ($2^2$), nên là bậc hai theo B. Do đó

$$\text{rate} = k[\text{A}][\text{B}]^2, \qquad \text{overall order} = 1 + 2 = 3.$$

đồ thị: đồ thị nồng độ – thời gian cho phản ứng bậc nhất có thời gian bán hủy không đổi (thời gian để nồng độ giảm đi một nửa). Đồ thị tốc độ – nồng độ là đường thẳng đi qua gốc tọa độ đối với bậc nhất, và là đường cong đối với bậc hai.

Ba đường biểu diễn tốc độ theo nồng độ: đường nằm ngang cho phản ứng bậc không, đường thẳng đi qua gốc tọa độ cho phản ứng bậc một, và đường cong hướng lên cho phản ứng bậc hai — Tốc độ theo nồng độ: bậc không là đường ngang, bậc nhất là đường thẳng đi qua gốc tọa độ, bậc hai là đường cong hướng lên

Thời gian bán phân rã và hằng số tốc độ

Đối với phản ứng bậc nhất, thời gian bán hủy là không đổi — nó không phụ thuộc vào nồng độ. Bạn có thể tìm hằng số tốc độ từ nó:

$$k = \frac{0.693}{t_{\frac{1}{2}}}$$

Đường cong giảm nồng độ theo thời gian với ba khoảng thời gian bán phân rã bằng nhau được đánh dấu, nồng độ giảm đi một nửa mỗi lần — Phản ứng bậc nhất có thời gian bán hủy không đổi: nồng độ giảm đi một nửa trong cùng một khoảng thời gian $t_{1/2}$ lặp lại mãi mãi, bất kể giá trị ban đầu

Ví dụ minh họa. Một phản ứng bậc nhất có thời gian bán hủy là $120\ \text{s}$. Tìm hằng số tốc độ của nó.

$$k = \frac{0.693}{t_{1/2}} = \frac{0.693}{120} = 5.8 \times 10^{-3}\ \text{s}^{-1}.$$

Bạn cũng có thể tìm $k$ bằng cách thay dữ liệu tốc độ ban đầu vào phương trình tốc độ.

Explore · ⁨Khám phá⁩

Rate equations & orders · ⁨Phương trình tốc độ & bậc⁩

[A] = [A]₀·bᵗ

A first-order reaction decays exponentially — equal half-lives. · ⁨Phản ứng bậc nhất suy giảm theo hàm mũ — có nửa đời bằng nhau.⁩

Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩

English	Tiếng Việt
rate equation/reɪt ɪˈkweɪʒn/	phương trình tốc độ
order of reaction/ˈɔːdə ɒv rɪˈækʃn/	bậc của phản ứng
overall order of reaction/ˌəʊvəˈrɔːl ˈɔːdə ɒv rɪˈækʃn/	bậc tổng thể của phản ứng
rate constant/reɪt ˈkɒnstənt/	hằng số tốc độ
half-life/hɑːf laɪf/	thời gian bán rã

Watch lesson · ⁨Xem bài học⁩

26.1

Reaction mechanisms · ⁨Cơ chế phản ứng⁩

English

Most reactions happen in several steps. The slowest step is the rate-determining step 决速步骤, and it controls the overall rate. Only the species involved up to and including this step appear in the rate equation.

an intermediate 中间体 is a species made in one step and then used up in a later step. It is not in the overall equation.
you can suggest a mechanism that fits both the rate equation and the overall equation, predict the order from a given mechanism, or pick out the rate-determining step.

If you compare the initial rate 初始速率 of different mixtures, you can deduce the rate equation, and from that work out the mechanism.

Effect of temperature

Raising the temperature increases the rate constant $k$ (more molecules pass the activation energy), so the rate goes up.

Tiếng Việt

Hầu hết các phản ứng diễn ra qua nhiều bước. Bước chậm nhất được gọi là bước quyết định tốc độ, và nó kiểm soát tốc độ tổng quát của phản ứng. Chỉ các loài tham gia từ đầu đến và bao gồm cả bước này mới xuất hiện trong phương trình tốc độ.

Biểu đồ năng lượng phản ứng có hai gò: rào cản đầu tiên cao hơn được đánh dấu là bước xác định tốc độ chậm, vùng trũng cho chất trung gian, sau đó là rào cản thứ hai nhỏ hơn — Sơ đồ hai bước: bước chậm hơn có rào cản lớn hơn và là bước quyết định tốc độ; vùng trũng giữa hai rào cản là chất trung gian

chất trung gian là loài được tạo ra trong một bước nhưng bị tiêu thụ hoàn toàn trong một bước sau. Nó không xuất hiện trong phương trình tổng quát.
bạn có thể đề xuất cơ chế phù hợp với cả phương trình tốc độ và phương trình tổng quát, dự đoán bậc phản ứng từ một cơ chế cho trước, hoặc xác định bước quyết định tốc độ.

Nếu so sánh tốc độ ban đầu của các hỗn hợp khác nhau, bạn có thể suy luận ra phương trình tốc độ, và từ đó xác định cơ chế phản ứng.

Ảnh hưởng của nhiệt độ

Tăng nhiệt độ làm tăng hằng số tốc độ $k$ (số phân tử vượt qua năng lượng hoạt hóa nhiều hơn), do đó tốc độ phản ứng tăng lên.

Explore · ⁨Khám phá⁩

Organic mechanism route · ⁨Lộ trình cơ chế hữu cơ⁩

Trace electron-pair movement from reagent to product. · ⁨Theo dõi sự di chuyển cặp electron từ chất phản ứng đến sản phẩm.⁩

Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩

English	Tiếng Việt
rate-determining step/reɪt dɪˈtɜːmɪnɪŋ step/	bước xác định tốc độ
intermediate/ˌɪntəˈmiːdɪət/	trung gian
initial rate/ɪˈnɪʃl reɪt/	tốc độ ban đầu

26.2

Catalysts · ⁨Xúc tác⁩

Syllabus · ⁨Chương trình⁩

English

explain that catalysts can be homogeneous or heterogeneous
describe the mode of action of a heterogeneous catalyst to include adsorption of reactants, bond weakening and desorption of products, for example: (a) iron in the Haber process (b) palladium, platinum and rhodium in the catalytic removal of oxides of nitrogen from the exhaust gases of car engines
describe the mode of action of a homogeneous catalyst by being used in one step and reformed in a later step, for example: (a) atmospheric oxides of nitrogen in the oxidation of atmospheric sulfur dioxide (b) $\text{Fe}^{2+}$ or $\text{Fe}^{3+}$ in the $\text{I}^- / \text{S}_2\text{O}_8^{2-}$ reaction

Tiếng Việt

giải thích rằng xúc tác có thể là đồng pha hoặc dị pha
mô tả cơ chế hoạt động của xúc tác dị pha bao gồm hấp phụ các chất tham gia, làm yếu liên kết và giải hấp phụ sản phẩm, ví dụ: (a) sắt trong quá trình Haber (b) palladium, bạch kim và rhodium trong việc loại bỏ oxit nitơ từ khí thải động cơ ô tô
mô tả cơ chế hoạt động của xúc tác đồng pha thông qua việc được sử dụng ở một bước và tái tạo thành ở bước sau, ví dụ: (a) oxit nitơ trong khí quyển trong quá trình oxy hóa sulfur dioxide trong khí quyển (b) $\text{Fe}^{2+}$ hoặc $\text{Fe}^{3+}$ trong phản ứng $\text{I}^- / \text{S}_2\text{O}_8^{2-}$

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Nguồn: Chương trình Cambridge International⁩

English

Catalysts 催化剂 can be homogeneous or heterogeneous.

Heterogeneous catalysts

A heterogeneous catalyst 多相催化剂 is in a different physical state from the reactants (usually a solid with gases). It works in three stages:

adsorption 吸附: reactant molecules stick to the catalyst surface.
the bonds in the reactants are weakened, so they react more easily.
desorption 脱附: the product molecules leave the surface.

Examples are iron in the Haber process, and platinum, palladium and rhodium in a catalytic converter.

Homogeneous catalysts

A homogeneous catalyst 均相催化剂 is in the same physical state as the reactants. It is used up in one step and then reformed in a later step, so it comes back unchanged. Examples are oxides of nitrogen helping to oxidise atmospheric sulfur dioxide, and $\text{Fe}^{2+}$ or $\text{Fe}^{3+}$ speeding up the reaction between $\text{I}^-$ and $\text{S}_2\text{O}_8^{2-}$.

Tiếng Việt

Xúc tác có thể là đồng thể hoặc dị thể.

Xúc tác dị thể

Xúc tác dị thể ở trạng thái vật lý khác với chất tham gia phản ứng (thường là chất rắn với khí). Nó hoạt động qua ba giai đoạn:

hấp phụ: các phân tử chất tham gia phản ứng bám vào bề mặt xúc tác.
các liên kết trong chất tham gia phản ứng bị yếu đi, giúp chúng dễ dàng phản ứng hơn.
giải hấp: các phân tử sản phẩm rời khỏi bề mặt.

Ba giai đoạn trên bề mặt xúc tác: hai nguyên tử chất tham gia hấp phụ lên đó, phản ứng với liên kết bị yếu đi, sau đó sản phẩm giải hấp — Xúc tác dị thể hoạt động qua ba giai đoạn: chất tham gia phản ứng hấp phụ lên bề mặt, các liên kết bị yếu đi giúp chúng phản ứng, sau đó sản phẩm giải hấp

Khay chứa nhiều mảnh xúc tác gốm nhỏ với các hình dạng khác nhau: trụ đặc, vòng, thanh sần và đĩa có lỗ — Các xúc tác dị thể thực tế được chế tạo dưới dạng viên pellet, vòng tròn và đĩa perforated nhỏ gọn, mang lại diện tích bề mặt lớn để chất tham gia phản ứng bám vào

Ví dụ là sắt trong quá trình Haber, và bạch kim, paladi và rhodium trong bộ chuyển đổi xúc tác ô tô.

Xúc tác đồng thể

Xúc tác đồng thể ở cùng trạng thái vật lý với chất tham gia phản ứng. Nó bị tiêu thụ trong một bước và được tái tạo lại trong một bước sau, nên trở về trạng thái ban đầu không thay đổi. Ví dụ là oxit nitơ giúp oxy hóa sulfur dioxide trong khí quyển, và $\text{Fe}^{2+}$ hoặc $\text{Fe}^{3+}$ làm tăng tốc độ phản ứng giữa $\text{I}^-$ và $\text{S}_2\text{O}_8^{2-}$.

Explore · ⁨Khám phá⁩

How a catalyst speeds a reaction · ⁨Cách xúc tác làm nhanh phản ứng⁩

Turn the catalyst on and watch the rate jump — it gives more successful collisions per second by offering a lower-energy path. · ⁨Bật xúc tác lên và quan sát tốc độ tăng vọt — nó cung cấp nhiều va chạm hiệu quả hơn mỗi giây bằng cách mở ra con đường có năng lượng thấp hơn.⁩

Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩

English	Tiếng Việt
catalyst/ˈkætəlɪst/	chất xúc tác
heterogeneous catalyst/ˌhetrəˈdʒiːnɪəs ˈkætəlɪst/	xúc tác dị thể
adsorption/ədˈsɔːpʃn/	hấp phụ
desorption/dɪˈsɔːpʃn/	giải hấp
homogeneous catalyst/həˈməʊdʒnɪəs ˈkætəlɪst/	xúc tác đồng thể

Watch lesson · ⁨Xem bài học⁩

26.2

Exam tips · ⁨Mẹo làm bài thi⁩

English

Find orders from initial-rate data: doubling a concentration that doubles the rate is first order, quadruples it is second order, no change is zero order.
Write $\text{rate} = k[\text{A}]^m[\text{B}]^n$ and work out the units of $k$ from it.
The rate-determining step contains the species (and orders) in the rate equation — use this to test a mechanism.
A constant half-life means first order.

Tiếng Việt

Tìm bậc từ dữ liệu tốc độ ban đầu: gấp đôi nồng độ làm gấp đôi tốc độ là bậc nhất, gấp tư tốc độ là bậc hai, không thay đổi là bậc không.
Viết $\text{rate} = k[\text{A}]^m[\text{B}]^n$ và tính đơn vị của $k$ từ đó.
Bước quyết định tốc độ chứa các loài (và bậc phản ứng) trong phương trình tốc độ — hãy sử dụng điều này để kiểm tra một cơ chế.
Nửa đời không đổi nghĩa là phản ứng bậc một.

Reaction kinetics · ⁨Động học phản ứng⁩

Rate equations and orders · ⁨Phương trình tốc độ và bậc phản ứng⁩

Finding the order

Half-life and the rate constant

Xác định bậc phản ứng

Thời gian bán phân rã và hằng số tốc độ

Rate equations & orders · ⁨Phương trình tốc độ & bậc⁩

Reaction mechanisms · ⁨Cơ chế phản ứng⁩

Effect of temperature

Ảnh hưởng của nhiệt độ

Organic mechanism route · ⁨Lộ trình cơ chế hữu cơ⁩

Catalysts · ⁨Xúc tác⁩

Heterogeneous catalysts

Homogeneous catalysts

Xúc tác dị thể

Xúc tác đồng thể

How a catalyst speeds a reaction · ⁨Cách xúc tác làm nhanh phản ứng⁩

Exam tips · ⁨Mẹo làm bài thi⁩

Interactive lessons on this topic · ⁨Bài học tương tác về chủ đề này⁩

More topics in A-Level Chemistry · ⁨Hóa học A-Level⁩ · ⁨Nhiều chủ đề hơn trong A-Level Chemistry · ⁨Hóa học A-Level⁩⁩

Log in or create account · ⁨Đăng nhập hoặc tạo tài khoản⁩

Your subject · ⁨Môn học của bạn⁩

All sections · ⁨Tất cả các mục⁩

Feedback & help · ⁨Phản hồi & hỗ trợ⁩