Giải bài tập Chuyên đề Hoá học 10 Cánh diều bài 3 Năng lượng hoạt hóa của phản ứng hóa học

Câu hỏi khởi động

Trong Hình 3.1, muốn lăn “hòn bi hóa học” sang phải theo chiều mũi tên màu xanh, hòn bi phải đi qua “hàng rào năng lượng” có chiều cao E_a. Những phát biểu nào sau đây là đúng?

A. Hàng rào Ea càng cao thì hòn bi càng dễ lăn qua.

B. Hàng rào Ea càng thấp thì hòn bi càng dễ lăn qua.

C. Cần phải cung cấp năng lượng cho hòn bi thì quá trình lăn sang mới xảy ra.

D. Hòn bi tự lăn sang phải mà không cần cung cấp thêm năng lượng.

1. Năng lượng hoạt hóa

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. Hãy dự đoán năng lượng hoạt hóa của phản ứng là thấp hay cao.

Câu hỏi 1: Hình 3.3 biểu diễn cùng một phản ứng nhưng có năng lượng hoạt hóa khác nhau.

a) Trường hợp ứng với năng lượng hoạt hóa nào thì phản ứng xảy ra với tốc độ lớn hơn?

b) Biến thiên enthalpy phản ứng  (∆_rH) trong trường hợp này là âm, nghĩa là thuận lợi (về enthalpy) cho phản ứng diễn ra. Nếu ∆_rH rất âm nhưng phản ứng lại có E_a rất lớn thì phản ứng này có dễ dàng xảy ra không? Giải thích.

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

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

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?

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

Vận dụng 2: Hãy liên hệ kết quả ở ví dụ 2 với hệ số Van’t Hoff về sự thay đổi tốc độ phản ứng theo nhiệt độ 

3. Vai trò của chất xúc tác

Câu hỏi 3: Một phản ứng diễn ra ở một nhiệt độ không đổi, khi thêm chất xúc tác, tốc độ phản ứng tăng lên do năng lượng hoạt hóa bị thay đổi. Vậy chất xúc tác làm tăng hay giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng?

Vận dụng 3: Vì sao trong lĩnh vực sản xuất hóa chất, người ta thường sử dụng chất xúc tác? Kể tên một số quá trình sản xuất hóa chất và chất xúc tác được sử dụng mà em biết.

Bài tập:

Bài 1: Cho phản ứng:

2NO₂(g) → 2NO(g) + O₂(g)

So sánh tốc độ phân hủy NO₂ ở nhiệt độ 25^oC (nhiệt độ thường) và 800^oC (nhiệt độ ống xả khí thải động cơ đốt trong). Biết E_a = 114 kJ mol^-1

Bài 2: Cho phản ứng: 2SO₂(g) + O₂(g) → 2SO₃(g)

Biết E_a = 314 kJ mol^-1

a) Hãy so sánh tốc độ phản ứng ở 25^oC và 450^oC

b) Nếu sử dụng xúc tác là hỗn hợp V₂O₅ và TiO₂ thì năng lượng hoạt hóa của phản ứng giảm xuống chỉ còn 84 kJ mol^-1 . Hãy so sánh tốc độ phản ứng khi có và không có chất xúc tác ở nhiệt độ 450^oC.

Bài 3: Thực hiện hai thí nghiệm hòa tan đá vôi vào dung dịch HCl 1M ở cùng một nhiệt độ.

Thí nghiệm 1: Cho 0,5 gam đá vôi dạng bột vào 10 mL HCl 1 M.

Thí nghiệm 2: Cho 0,5 gam đá vôi dạng viên vào 10 mL HCl 1 M.

a) Tốc độ phản ứng ở thí nghiệm nào nhanh hơn? Giải thích.

b) Năng lượng hoạt hóa của hai phản ứng bằng nhau hai khác nhau?

Bài 4: Cho phản ứng:

C₂H₄(g) + H₂(g) → C₂H₆(g)

Năng lượng hoạt hóa của phản ứng khi có xúc tác Pd là 35 kJ mol^-1 . Hãy so sánh sự thay đổi tốc độ phản ứng khi có xúc tác Pd ở nhiệt độ 300 K và 475 K.

Bài 5: Giả sử hai phản ứng hóa học khác nhau có cùng E_a, diễn ra ở cùng nhiệt độ. Vậy hằng số tốc độ k có luôn bằng nhau không?