Giáo án chuyên đề hoá học 10 cánh diều bài 3: Năng lượng hoạt hóa của phản ứng hóa học

HĐ CỦA GV VÀ HS

SẢN PHẨM DỰ KIẾN

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ:

- GV cho HS tìm hiểu SGK, trả lời câu hỏi:

+ Thế nào là va chạm có hiệu quả?

(Va chạm có hiệu quả là những va chạm đúng hướng và đủ năng lượng để tạo ra sản phẩm).

+ Nếu các chất không đủ năng lượng thì có xảy ra phản ứng hay không?

(Không xảy ra phản ứng).

+Năng lượng hoạt hóa là gì?

- GV chú ý: với cùng một phản ứng, E_a càng nhỏ thì tốc độ phản ứng càng cao do càng có nhiều nguyên tử hoặc phân tử đạt tới năng lượng này, tức là càng nhiều va chạm hiệu quả.

- HS suy nghĩ thảo luận nhóm đôi, trả lời Câu hỏi 1 (SGK -tr23).

- HS thực hiện Vận dụng (SGK -tr 23)

- GV cho HS kết luận về mối quan hệ năng lượng hoạt hóa và khả năng xảy ra phản ứng, mối quan hệ năng lượng hoạt hóa và tốc độ phản ứng.

- GV cho HS đọc phần Em có biết, giới thiệu một trong những yếu tố để tăng số lượng va chạm hiệu quả là nhiệt độ tăng.

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ:

- HS theo dõi SGK, chú ý nghe, tiếp nhận kiến thức, hoàn thành các yêu cầu.

- GV gợi ý, hướng dẫn.

Bước 3: Báo cáo, thảo luận:

- HS giơ tay phát biểu, lên bảng trình bày

- Một số HS khác nhận xét, bổ sung cho bạn.

Bước 4: Kết luận, nhận định: GV tổng quát lưu ý lại kiến thức trọng tâm và yêu cầu S ghi chép đầy đủ vào vở.

1. Năng lượng hoạt hóa

- Năng lượng hoạt hóa (kí hiệu Ea) là năng lượng tối thiểu mà các chất tham gia cần phải có để phản ứng có thể xảy ra.

Câu hỏi 1:

a) Trường hợp ứng với năng lượng hoạt hóa E_a (2) thì phản ứng xảy ra với tốc độ lớn hơn.

b) Nếu ∆_rH rất âm nhưng phản ứng lại có E_a rất lớn thì phản ứng này cũng không dễ dàng xảy ra. Vì cần phải cung cấp một năng lượng lớn để các phân tử có động năng đủ lớn “phá vỡ hàng rào năng lượng”.

Vận dụng 1:

Các phản ứng tạo gỉ kim loại có thể xảy ra ngay ở điều kiện nhiệt độ phòng mà không cần đun nóng. Vì vậy, năng lượng hoạt hóa của phản ứng tạo gỉ kim loại là thấp.

Kết luận:

- Năng lượng hoạt hóa càng thấp phản ứng càng dễ xảy ra.

- Năng lượng hoạt hóa càng lớn thì tốc độ phản ứng càng nhỏ và năng lượng hoạt hóa càng nhỏ, thì tốc độ phản ứng càng lớn.

HĐ CỦA GV VÀ HS

SẢN PHẨM DỰ KIẾN

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ:

- GV cho HS thảo luận nhóm 4, thực hiện Phiếu học tập để tìm hiểu nội dung bài học.

- GV chốt lại kiến thức về phương trình Arrhenius, đặt câu hỏi thêm:

+ Dựa vào phương trình Arrhenius, tốc độ phản ứng thay đổi như thế nào khi tăng nhiệt độ của phản ứng?

(Tốc độ phản ứng tăng)

+ Tốc độ phản ứng thay đổi như thế nào khi E_a càng lớn.

(Tốc độ phản ứng tăng).

- GV cho HS thực hiện Vận dụng 2.

GV cho HS nhắc lại về hệ số nhiệt độ Van't Hoff: Kết quả từ thực nghiệm cho biết, khi nhiệt độ tăng lên 10^oC, tốc độ của phần lớn các phản ứng tăng từ 2 đến 4 lần. Số lần tăng này được gọi là hệ số nghiệt độ Van't Hoff, kí hiệu là .

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ:

- HS theo dõi SGK, chú ý nghe, tiếp nhận kiến thức, hoàn thành các yêu cầu.

- GV gợi ý, hướng dẫn.

Bước 3: Báo cáo, thảo luận:

- HS giơ tay phát biểu, lên bảng trình bày

- Một số HS khác nhận xét, bổ sung cho bạn.

Bước 4: Kết luận, nhận định: GV tổng quát lưu ý lại kiến thức trọng tâm và yêu cầu HS ghi chép đầy đủ vào vở.

2. Ảnh hưởng của năng lượng hoạt hóa và nhiệt độ tới tốc độ phản ứng qua phương trình Arrhenius

Trả lời các câu Phiếu học tập:

(1) Xét phản ứng:

mM + nN  sản phẩm

Biểu thức tốc độ phản ứng: .

trong đó:

k là hằng số tốc độ phản ứng;

 lần lượt là nồng độ các chất M, N tham gia phản ứng.

m, n là hệ số của các chất M, N trong phản ứng.

(2) Định luật tác dụng khối lượng về tốc độ của phản ứng hóa học:

"Ở nhiệt độ không đổi, tốc độ phản ứng tỉ lệ với tích số nồng độ các chất tham gia phản ứng với số mũ thích hợp"

(3) Phương trình Arrhenius:

Trong đó:

k là hằng số tốc độ phản ứng

A là hằng số thực nghiệm Arrhenius

e là cơ số của logarit tự nhiên, e = 2,7183

E_a: năng lượng hoạt hóa (J/mol).

R là hằng số lí tưởng, R =8,324 (J/mol.K)

T là nhiệt độ theo thang Kelvin (K).

(4)

Ta có:

Như vậy trong trường hợp này, khi năng lượng hoạt hóa tăng 50 kJ mol^-1  thì tốc độ phản ứng giảm đi khoảng 581 triệu lần.

(5) Ta có:

Vậy trong trường hợp E_a = 50 kJ mol^-1 thì tốc độ phản ứng tăng xấp xỉ 1,93 lần.

Theo phương trình kinh nghiệm của Arrhenius, ta có: , trong cùng một phản ứng,  không đổi, hằng số  và  không đổi, khi tăng nhiệt độ, dẫn đến hằng số tốc độ  của phản ứng tăng, nên tốc độ phản ứng tăng.

Vận dụng 2.

Theo Van’t Hoff với đa số các phản ứng, khi nhiệt độ tăng 10^oC thì tốc độ phản ứng tăng từ 2 đến 4 lần.

Kết quả ở ví dụ 2 phù hợp với hệ số Van’t Hoff về sự thay đổi tốc độ phản ứng theo nhiệt độ.

PHIẾU HỌC TẬP

(1) Viết biểu thức tốc độ phản ứng, nêu ý nghĩa của tứng kí hiệu trong biểu thức.

(2) Câu hỏi 2: Phát biểu định luật tác dụng khối lượng về tốc độ của phản ứng hóa học.

(3) Viết phương trình Arrhenius và cho biết ý nghĩa của các kí hiệu trong phương trình đó.

(4) Luyện tập 1: Nếu ở ví dụ 1, E_a (1) = 100 kJ mol^-1  và

E_a (2) = 150 kJ mol^-1 thì tốc độ phản ứng thay đổi như thế nào?

(5) Luyện tập 2: Nếu ở ví dụ 2, E_a = 50 kJ mol^-1  thì tốc độ phản ứng thay đổi như thế nào?

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

HOẠT ĐỘNG CỦA GV VÀ HS

SẢN PHẨM DỰ KIẾN

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ:

- GV xem thí nghiệm phân hủy H₂O₂ có MnO₂ làm chất xúc tác.

https://www.youtube.com/watch?v=js6rCsSMoJI

(Video thí nghiệm, từ 0:25 đến 2:17)

- GV yêu cầu HS hãy: Mô tả thí nghiệm và nêu vai trò của chất xúc tác.

(Thí nghiệm phân hủy H₂O₂ trong dung dịch ở nhiệt độ thường, khi cho thêm MnO₂ vào thì phản ứng xảy ra nhanh hơn có hiện tượng sủi bọt khí và ống thí nghiệm nóng lên. Phương trình phản ứng:

)

- GV đặt câu hỏi:

+ Thế nào là chất xúc tác.

- GV cho HS thảo luận tìm hiểu Ví dụ 3 và trả lời câu hỏi 3 (SGK -tr25)

- GV hướng dẫn HS về hình 3.5, quan sát và so sánh năng lượng hoạt hóa của phản ứng sẽ thay đổi như thế nào so với khi không có chất xúc tác và khi có chất xúc tác.

(Năng lượng hoạt hóa khi có xúc tác sẽ nhỏ hơn).

- HS thảo luận làm Vận dụng 3.

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ:

- HS theo dõi SGK, chú ý nghe, tiếp nhận kiến thức, hoàn thành các yêu cầu.

- GV: quan sát và trợ giúp HS.

Bước 3: Báo cáo, thảo luận:

- HS giơ tay phát biểu, lên bảng trình bày

- Một số HS khác nhận xét, bổ sung cho bạn.

Bước 4: Kết luận, nhận định: GV tổng quát lưu ý lại kiến thức trọng tâm và yêu cầu HS ghi chép đầy đủ vào vở.

3. Chất xúc tác

Chất xúc tác là chất làm tăng tốc độ phản ứng nhưng không bị biến đổi về chất và lượng khi phản ứng kết thúc.

Ví dụ 3 (SGK – tr25)

Câu hỏi 3:

Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng hóa học nên chất xúc tác làm giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng.

Vận dụng 3:

Trong lĩnh vực sản xuất hóa chất, người ta thường sử dụng chất xúc tác vì một số mục đích sau:

+ Sử dụng chất xúc tác để tăng tốc độ phản ứng hóa học, làm cho quá trình sản xuất đạt hiệu suất cao.

+ Sử dụng chất xúc tác để sản xuất được sản phẩm theo hướng mong đợi