Giáo án chuyên đề hoá học 10 kết nối bài 3: Năng lượng hoạt hoá của phản ứng hoá học

HĐ CỦA GV VÀ HS

SẢN PHẨM DỰ KIẾN

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ:

Nhiệm vụ 1: Tìm hiểu khái niệm năng lượng hoạt hóa

- GV cho HS tìm hiểu nội dung SGK, hướng dẫn HS:

+ Năng lượng hoạt hóa là gì?

+ GV giới thiệu: để xảy ra phản ứng hóa học, các chất phản ứng phải va chạm với nhau.

+ 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).

+ Cho biết số va chạm hiệu quả, khả năng xảy ra phản ứng, tốc độ phản ứng của chất tham gia thay đổi như thế nào khi giá trị của năng lượng hoạt hóa càng giảm?

(Khi năng lượng hoạt hóa giảm, sẽ có nhiều phần tử đủ năng lượng vượt qua năng lượng hoạt hóa để tạo ra nhiều va chạm hiệu quả hơn, khả năng xảy ra phản ứng cao hơn, tốc độ phản ứng tăng).

 Từ đó HS rút ra kết luận về mối quan hệ giữa năng lượng hoạt hóa và khả năng xảy ra phản ứng, tốc độ phản ứng.  

- GV cho Ví dụ: Phản ứng có năng lượng E_a càng thấp thì càng dễ xảy ra, tốc độ phản ứng càng lớn. Ta có thể thấy rõ ý nghĩa của  qua giản đồ năng lượng của phản ứng ở nhiệt độ xác định.

 (1)

+ GV đưa hình ảnh về giản đồ năng lượng của phản ứng (1) (E_a và E'_a là năng lượng hoạt hóa của phản ứng thuận và phản ứng nghịch).

+ Hiệu  là hiệu ưng nhiệt của phản ứng thuận,  và  là hàng rào thế năng mà các phân tử tham gia phản ứng phải vượt qua để tạo thành các sản phẩm phản ứng.

Nhiệm vụ 2: Tìm hiểu ảnh hưởng của năng lượng hoạt hóa và nhiệt độ tới tốc độ phản ứng

- GV giới thiệu HS các công thức về mối liên hệ giữa nhiệt độ, năng lượng hoạt hóa với hằng số tốc độ phản ứng

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

(Theo phương trình, trong cùng một phản ứng E_a không đổi, hằng số A và R không đổi, khi tăng nhiệt độ, dẫn đến hằng số tốc độ k của phản ứng tăng, nên tốc độ phản ứng tăng).

Ví dụ: Một phản ứng đơn giản xảy ra ở nhiệt độ 100^oC, trong điều kiện có xúc tác và không có xúc tác, năng lượng hoạt hóa của phản ứng lần lượt là: E_a1=25 kJ/mol,

E_a2=50 kJ/mol. So sánh tốc độ phản ứng trong 2 điều kiện.

- HS đọc Ví dụ (SGK -tr20): Với phản ứng có năng lượng hoạt hóa E_a= 79 kJ/mol, khi tăng nhiệt độ từ 300 K đến 400 K, tốc độ phản ứng sẽ thay đổi như thế nào?

- HS thảo luận nhóm đôi, thực hiện Câu hỏi 1.

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.

I. Năng lượng hoạt hóa

1. Khái niệm năng lượng hoạt hóa

- Năng lượng hoạt hóa (E_a) là năng lượng tối thiểu mà các chất phản ứng cần có để phản ứng hóa học có thể xảy ra.

- Quá trình biến đổi năng lượng trong phản ứng.

- 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.
Ví dụ:

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

- Phương trình Arrhenius:

Trong đó:

A: hằng số đặc trưng cho mỗi phản ứng.

e = 2,7183;

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

T: nhiệt độ (theo thang Kelvin);

E_a: năng lượng hoạt hóa (J/mol).

Hoặc:

Tại nhiệt độ T₁ và T₂ tương ứng với hằng số tốc độ  và

Ví dụ 1:

Ở nhiệt độ không đổi, năng lượng hoạt hóa của phản ứng trong 2 điều kiện là: E_a1=25 kJ/mol, E_a2=50 kJ/mol.

Phương trình Arrhenius viết cho phản ứng trên trong 2 điều kiện:

Vậy khi năng lượng hoạt hóa giảm từ 50 kJ/mol về 25 kJ/mol, tốc độ phản ứng tăng 3170,4 lần.

Ví dụ (SGK -tr20)

Câu hỏi 1:

HOẠT ĐỘNG CỦA GV VÀ HS

SẢN PHẨM DỰ KIẾN

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ:

- GV giới thiệu về một phương trình phản ứng của chất xúc tác.

- GV đặt câu hỏi:

+ Thế nào là chất xúc tác. Cho ví dụ về chất xúc tác.

- GV đặt câu hỏi để dẫn đến kiến thức về đặc điểm của chất xúc tác.

+ GV hướng dẫn HS về hình 3.1, 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 chất xúc tác sẽ thấp hơn).

+ Nếu năng lương hoạt hóa giảm thì tốc độ phản ứng sẽ như thế nào? (Tốc độ tăng).

+ Có phải mỗi chất xúc tác đều có thể sử dụng cho nhiều phản ứng khác nhau hay không?

(Không)

+ Hãy lấy ví dụ chứng minh tính chọn lọc của chất xúc tác.

- GV đặt câu hỏi về vai trò của chất xúc tác:

+ Tìm hiểu SGK hãy nêu các vai trò của chất xúc tác và ví dụ.

+ Nếu có chất xúc tác thì phương trình Arrhenius như thế nào?

- GV chốt kiến thức, cho HS đọc hiểu và phân tích Ví dụ SGK.

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ:

- HS theo dõi SGK, chú ý nghe, tiếp nhận kiến thức, hoàn thành các yêu cầu, hoạt động cặp đôi, kiểm tra chéo đáp án.

- 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.

II. Chất xúc tác

1. Khái niệm chất xúc tác

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

Ví dụ 1 (SGK -tr20)

Ví dụ 2 (SGK -tr20)

2. Đặc điểm của chất xúc tác

- Chất xúc tác làm giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng.

- Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng và không làm thay đổi chiều của phản ứng hóa học.

- Chất xúc tác có tính chọn lọc.

Ví dụ (SGK -tr21).

3. Vai trò của chất xúc tác

- Làm tăng tốc độ phản ứng.

Ví dụ: Pt, V₂O₅ được sử dụng trong quá trình oxi hóa SO₂ thành SO₃.

- Quy trình sản xuất có thể được cải tiến bằng cách lựa chọn các chất xúc tác thích hợp.

Ví dụ: Tùy thuộc vào chất xúc tác được chọn và điều kiện phản ứng sẽ thu được sản phẩm khác nhau.

- Kí hiệu hằng số tốc độ của phản ứng không có xúc tác là k_o và phản ứng có xúc tác là k_x. Phương trình Arrhenius:

và .

Ví dụ (SGK -tr22)