Cho phản ứng: 2H2O2 (aq)→O2 (s) +2H2O (l) Cho chất xúc tác MnO2 vào 100 ml dung …
Chúng ta cùng đi vào phân tích đề bài và giải quyết từng bước nhé.
Đề bài cho chúng ta phản ứng sau:
2H2O2 (aq)→O2 (s) +2H2O (l)
Và các dữ kiện sau:
– Thể tích dung dịch H2O2 ban đầu: 100 ml
– Thời gian phản ứng: 60 giây
– Thể tích khí O2 thu được sau 60 giây (ở điều kiện tiêu chuẩn): 37,185 ml
Yêu cầu tính tốc độ trung bình của phản ứng theo H2O2 trong 60 giây đó.
Bước 1: Xác định mối liên hệ giữa lượng chất phản ứng (H2O2) và lượng sản phẩm (O2) dựa vào phương trình hóa học.
Nhìn vào phương trình hóa học: 2H2O2 → O2 + 2H2O
Ta thấy tỉ lệ mol giữa H2O2 và O2 là 2:1. Nghĩa là, cứ 2 mol H2O2 phân hủy sẽ tạo ra 1 mol O2.
Do đó, lượng H2O2 đã phản ứng sẽ gấp đôi lượng O2 đã tạo thành (tính theo số mol).
Bước 2: Tính số mol O2 đã thu được.
Để tính số mol O2, chúng ta cần chuyển thể tích khí O2 từ ml sang lít và sử dụng thể tích mol của khí ở điều kiện tiêu chuẩn (đkc).
Ở điều kiện tiêu chuẩn (0°C và 1 atm), 1 mol khí chiếm thể tích là 22,4 lít.
Thể tích O2 thu được là 37,185 ml.
Đổi sang lít: 37,185 ml = 37,185 / 1000 lít = 0,037185 lít.
Số mol O2 đã thu được là:
n(O2) = Thể tích O2 (lít) / Thể tích mol ở đkc (lít/mol)
n(O2) = 0,037185 lít / 22,4 lít/mol
Tính toán:
n(O2) = 0,00166 mol
Bước 3: Tính số mol H2O2 đã phản ứng.
Dựa vào tỉ lệ mol 2:1 giữa H2O2 và O2 từ phương trình hóa học:
n(H2O2 đã phản ứng) = 2 * n(O2)
n(H2O2 đã phản ứng) = 2 * 0,00166 mol
n(H2O2 đã phản ứng) = 0,00332 mol
Bước 4: Tính tốc độ trung bình của phản ứng theo H2O2.
Tốc độ trung bình của phản ứng (v) được định nghĩa là sự thay đổi nồng độ của một chất tham gia hoặc sản phẩm trong một đơn vị thời gian.
Khi tính theo chất phản ứng, công thức là:
v = – ΔC / Δt
Trong đó:
ΔC là độ biến thiên nồng độ của chất phản ứng (mol/l).
Δt là khoảng thời gian (s).
Dấu trừ (-) đứng trước để đảm bảo tốc độ luôn dương, vì nồng độ chất phản ứng giảm dần.
Tuy nhiên, đề bài cho chúng ta thể tích dung dịch và số mol, chúng ta có thể tính tốc độ thay đổi theo số mol trên đơn vị thời gian trước, sau đó quy về nồng độ. Hoặc, chúng ta có thể tính trực tiếp theo số mol/lít/s.
Chúng ta có số mol H2O2 đã phản ứng là 0,00332 mol.
Thể tích dung dịch ban đầu là 100 ml = 0,1 lít.
Khoảng thời gian là 60 giây.
Độ biến thiên nồng độ của H2O2 (ΔC(H2O2)) trong 60 giây này là:
ΔC(H2O2) = (Số mol H2O2 đã phản ứng) / Thể tích dung dịch (lít)
ΔC(H2O2) = 0,00332 mol / 0,1 lít
ΔC(H2O2) = 0,0332 mol/lít
Bây giờ, chúng ta áp dụng công thức tốc độ trung bình:
v = – ΔC(H2O2) / Δt
v = – (0,0332 mol/lít) / 60 giây
Tính toán:
v = – 0,0005533 mol/lít.s
Vì tốc độ phản ứng là một giá trị dương, ta lấy trị tuyệt đối hoặc coi là sự giảm nồng độ:
Tốc độ trung bình của phản ứng (tính theo H2O2) = 0,0005533 mol/(lít.s)
Chúng ta có thể làm tròn kết quả này. Thông thường, các giá trị trong bài tập sẽ có thể làm tròn theo số chữ số có nghĩa của dữ liệu ban đầu. Ở đây, thể tích O2 cho 5 chữ số thập phân, thời gian 60 giây (thường coi là chính xác), thể tích dung dịch 100ml (có thể coi là 3 chữ số).
Nếu làm tròn đến 3 chữ số có nghĩa, ta được 0,000553 mol/(lít.s).
Hoặc nếu làm tròn theo 37,185 có 6 chữ số, thì ta có thể giữ nhiều hơn. Tuy nhiên, với các bài tập như này, thường đáp án sẽ có dạng số thập phân nhỏ.
Chúng ta có thể biểu diễn dưới dạng khoa học: 5,53 x 10^-4 mol/(lít.s).
Nếu đề bài muốn tính theo mol/s thì ta sẽ chỉ chia cho thể tích thời gian:
Tốc độ thay đổi mol H2O2 = 0,00332 mol
Thời gian = 60 s
Tốc độ (mol/s) = 0,00332 mol / 60 s = 0,0000553 mol/s
Tuy nhiên, đơn vị mol/lít.s là đơn vị phổ biến khi tính tốc độ phản ứng.
Kiểm tra lại các bước:
– Phương trình hóa học chính xác.
– Tỉ lệ mol chính xác.
– Đổi đơn vị thể tích chính xác.
– Công thức tính số mol và tốc độ trung bình chính xác.
Vậy, tốc độ trung bình của phản ứng (tính theo H2O2) trong 60 giây trên là 0,0005533 mol/(lít.s).
Các em có thể ghi lại các bước này vào vở để ôn tập. Đây là một dạng bài tập cơ bản để hiểu về cách tính tốc độ phản ứng.
Chúc các em học tốt!
\(2H_2O_2 \overset(t^@,MnO_2)(->) 2H_2O + O_2\)
\(V_(O_2) = 37,185mL = 37,185.10^(-3)L\)
\(=> n_(O_2) = (37,185.10^(-3))/(24,79) = 1,5.10^(-3)\) mol
Theo PTHH
\(n_(H_2O_2) = 2n_(O_2) = 2.1,5.10^(-3) = 3.10^(-3)\) mol
\(=> \DeltaC = (3.10^(-3))/(0,1) = 0,03M\)
\(=> v = (0,03)/(2.60) = 2,5.10^(-4)M//s\)