Đang tải bài học…

AP Chemistry

phản ứng

reaction

Phản ứng hóa học là quá trình trong đó các chất ban đầu chuyển hóa thành chất mới thông qua sự phá vỡ và hình thành liên kết hóa học.

Trong hóa học, một phản ứng là quá trình mà một hoặc nhiều chất ban đầu — gọi là chất phản ứng — bị biến đổi để tạo ra một hoặc nhiều chất mới gọi là sản phẩm. Quá trình này về bản chất là sự sắp xếp lại các nguyên tử: các liên kết hóa học trong chất phản ứng bị phá vỡ, và các liên kết mới được hình thành để tạo ra sản phẩm. Nhờ đó, thành phần và tính chất hóa học của vật chất thay đổi, trong khi tổng khối lượng được bảo toàn theo định luật bảo toàn khối lượng (law of conservation of mass).

Một phản ứng được biểu diễn bằng phương trình hóa học (chemical equation) có dạng tổng quát:

$\text{A} + \text{B} \rightarrow \text{C} + \text{D}$

trong đó A, B là chất phản ứng và C, D là sản phẩm. Mũi tên thể hiện chiều chuyển hóa; nếu phản ứng có thể xảy ra theo cả hai chiều, người ta dùng mũi tên hai chiều để biểu thị trạng thái cân bằng động (dynamic equilibrium). Ngoài ra, các hệ số cân bằng trước mỗi công thức đảm bảo số nguyên tử của mỗi nguyên tố bằng nhau ở hai vế.

Phản ứng được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau. Dựa trên sự chuyển dịch của các hạt mang điện tích trong nguyên tử, người ta phân biệt phản ứng oxi hóa–khử (redox reaction) với phản ứng không có sự thay đổi số oxi hóa. Dựa trên năng lượng, phản ứng có thể tỏa nhiệt hoặc thu nhiệt. Vì vậy, việc nhận biết kiểu phản ứng giúp dự đoán điều kiện và sản phẩm tạo thành. Tốc độ diễn ra của phản ứng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ, nồng độ và sự có mặt của chất xúc tác (catalyst). Do đó, các yếu tố này được nghiên cứu hệ thống trong lĩnh vực động học hóa học.

Trực giác: Phản ứng hóa học giống như việc tháo rời các mảnh ghép hình rồi lắp lại thành một hình hoàn toàn khác — các mảnh (nguyên tử) vẫn còn nguyên, chỉ có cách nối chúng thay đổi.

Khái niệm này sinh ra từ đâu

thập niên 1640 (nghĩa hóa học: khoảng 1836)

Từ "reaction" xuất hiện trong tiếng Anh vào thập niên 1640 với nghĩa "tác động đáp lại một tác động khác", vốn là thuật ngữ của vật lý và động lực học; mãi đến khoảng năm 1836 nó mới mang nghĩa hóa học là sự tác động qua lại giữa các chất.

Khi mới ra đời vào thập niên 1640, từ này chưa dính dáng gì đến ống nghiệm hay chất phản ứng. Nó thuộc về vật lý và động lực học, dùng để chỉ tác động chống lại hoặc đáp lại một tác động, một lực khác — đúng tinh thần cặp "tác dụng và phản tác dụng" quen thuộc trong cơ học. Phải đến khoảng năm 1836, giới hóa học mới mượn từ này để gọi sự tác động tương hỗ giữa các chất với nhau, tức nghĩa mà chúng ta dùng ngày nay. Nghĩa rộng "đáp lại một sự việc, một lời nói" chỉ được ghi nhận từ năm 1914, tức là muộn hơn nghĩa khoa học khá lâu.

Hay hiểu sai

Tăng nhiệt độ không làm giảm năng lượng hoạt hóa.

Dấu của $\Delta H$ được quy ước theo hệ, không theo môi trường.

Thu nhiệt không đồng nghĩa với không tự diễn biến.

Trong nửa phản ứng, electron được thêm sau cùng chứ không phải đầu tiên.

Hệ số bằng 1 vẫn là một hệ số hợp lệ.

Ví dụ có lời giải

1Ví dụ 1/2

Khí hydrogen cháy trong oxygen tạo thành nước theo sơ đồ chưa cân bằng

\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{O}

. Trong một thí nghiệm, người ta cho

5.00\ \text{g}\ \text{H}_2

phản ứng với

32.0\ \text{g}\ \text{O}_2

và đốt cháy hoàn toàn. Cho

M(\text{H}_2)=2.016\ \text{g/mol}

M(\text{O}_2)=32.00\ \text{g/mol}

M(\text{H}_2\text{O})=18.02\ \text{g/mol}

aCân bằng phương trình phản ứng và cho biết hệ số của $\text{O}_2$ .
bXác định chất phản ứng hết trước và tính khối lượng nước thu được.

1Bước 1: Cân bằng phương trình nghĩa là làm cho số nguyên tử mỗi nguyên tố ở hai vế bằng nhau, vì phản ứng chỉ sắp xếp lại các nguyên tử chứ không sinh ra hay hủy đi nguyên tử nào. Bắt đầu từ hydrogen: vế trái có

2

nguyên tử H trong mỗi phân tử

\text{H}_2

, vế phải cũng có

2

nguyên tử H trong mỗi phân tử nước, nên ta cân bằng oxygen trước. Đặt hệ số

2

\text{H}_2\text{O}

để có

2

nguyên tử O ở vế phải, khớp với một phân tử

\text{O}_2

; khi đó vế phải có

4

nguyên tử H nên cần hệ số

2

\text{H}_2

. Kết quả:

2\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}

Phương trình này đọc là hai phân tử hydrogen kết hợp với một phân tử oxygen cho hai phân tử nước, do đó hệ số của

\text{O}_2

bằng

1

Bạn nắm chắc chưa?

Quiz câu thật từ ngân hàng đề

Vài câu thật gắn đúng khái niệm này, chấm ngay kèm giải thích từng đáp án — hệ thống ghi nhớ bạn nắm tới đâu.

Tạo tài khoản miễn phí

Học tiếp từ đây

Bài học chứa thuật ngữ nàyPhản ứng hóa học · bài “Giới thiệu phản ứng hóa học” — khoá AP Chemistry

Cần trướcchất phản ứng

Hay nhầm với

Thuật ngữKhác nhau ở đâuHay nhầm khi

biến đổi vật lýphysical changes

Khác nhau ở đâuPhản ứng hóa học phá vỡ và tạo liên kết mới, sinh ra chất có thành phần khác chất ban đầu. Biến đổi vật lý chỉ thay đổi trạng thái hay hình dạng mà không làm thay đổi cấu tạo phân tử.

Hay nhầm khiđề hỏi phân biệt hiện tượng hóa học và hiện tượng vật lý

Nguồn tham khảo

[1]Chemistry The Central Science in SI Units 15th Expanded Global Edition. tr. 1, 11, 13.

Vì sao mang đúng cái tên này? Cấu tạo của từ giải thích khá rõ ý nghĩa của nó: tiền tố re- nghĩa là "trở lại, đáp lại" ghép với action, mô phỏng theo tiếng Pháp réaction và dạng tiếng Ý cổ reattione. Xa hơn nữa là tiếng Latinh trung cổ reactionem, một danh từ chỉ hành động dựng từ động từ Latinh reagere "phản ứng lại", bản thân nó lại gồm re- "trở lại" và agere "làm, thực hiện". Do đó, nghĩa gốc sát nhất của từ là "làm trở lại", tức đáp trả một tác động đến từ bên ngoài. Cách hiểu này giúp ta thấy vì sao cùng một từ lại phục vụ được cả cơ học lẫn hóa học: trong cả hai trường hợp, một đối tượng đều đang đáp lại tác động của đối tượng kia. Từ cùng gốc còn có thời gian phản ứng (reaction time), ghi nhận từ năm 1874, chỉ khoảng thời gian từ lúc có kích thích bên ngoài đến lúc phát ra tín hiệu đáp lại.

Mẹo phòng thi

Khi giải thích ảnh hưởng của nhiệt độ, phải viết đủ hai ý mới trọn điểm.

Kiểm tra lại cân bằng bằng cách đếm nguyên tử và đếm điện tích, tách làm hai bước.

Đừng để phương trình chưa cân bằng đi vào phép tính hệ số tỉ lượng.

Tần suất trong đề AP ChemistryThường xuyên

2Bước 2: Hệ số trong phương trình là tỉ lệ số mol chứ không phải tỉ lệ khối lượng, vì vậy phải đổi mỗi khối lượng đã cho về số mol trước khi so sánh. Ta có

n(\text{H}_2)=\frac{5.00}{2.016}=2.48\ \text{mol},\qquad n(\text{O}_2)=\frac{32.0}{32.00}=1.00\ \text{mol}

Con số thứ nhất cho biết lượng hydrogen thực có, con số thứ hai cho biết lượng oxygen thực có.

3Bước 3: Theo phương trình, mỗi mol

\text{O}_2

cần đúng

2

mol

\text{H}_2

, nên

1.00\ \text{mol}\ \text{O}_2

chỉ tiêu thụ hết

2.00\ \text{mol}\ \text{H}_2

. Trong bình lại có tới

2.48\ \text{mol}\ \text{H}_2

, tức là hydrogen dư

0.48\ \text{mol}

sau khi oxygen đã hết sạch. Vì vậy oxygen là chất giới hạn (limiting reactant), và toàn bộ lượng sản phẩm phải tính theo oxygen chứ không tính theo hydrogen.

4Bước 4: Tỉ lệ giữa

\text{O}_2

và

\text{H}_2\text{O}

trong phương trình đã cân bằng là

1:2

, nên

n(\text{H}_2\text{O})=2\times 1.00=2.00\ \text{mol}

Đổi ngược về khối lượng:

m(\text{H}_2\text{O})=2.00\times 18.02=36.0\ \text{g}

Có thể kiểm tra nhanh bằng định luật bảo toàn khối lượng: lượng chất đã phản ứng là

32.0\ \text{g}\ \text{O}_2

cộng

2.00\times 2.016=4.03\ \text{g}\ \text{H}_2

, tổng bằng

36.0\ \text{g}

, đúng bằng khối lượng nước thu được.

Phương trình cân bằng là $2\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}$ với hệ số của $\text{O}_2$ bằng $1$ . Trong hỗn hợp đã cho, oxygen hết trước và quyết định lượng sản phẩm, nên phản ứng tạo ra $36.0\ \text{g}$ nước, đồng thời còn dư khoảng $0.48\ \text{mol}$ (gần $0.97\ \text{g}$ ) hydrogen chưa cháy.

2Ví dụ 2/2

Phản ứng tổng hợp ammonia trong công nghiệp diễn ra theo phương trình

\text{N}_2(g) + 3\text{H}_2(g) \rightarrow 2\text{NH}_3(g),\qquad \Delta H = -92.2\ \text{kJ}

Nhà máy thực hiện phản ứng ở nhiệt độ cao khoảng

450^\circ\text{C}

thay vì ở nhiệt độ phòng.

aPhản ứng tỏa nhiệt hay thu nhiệt, và tính nhiệt lượng trao đổi khi $1.50\ \text{mol}\ \text{H}_2$ phản ứng hết.
bGiải thích ở mức hạt vì sao tăng nhiệt độ làm tốc độ phản ứng tăng.
cViệc tăng nhiệt độ có làm hiệu suất tạo $\text{NH}_3$ khi hệ đạt cân bằng tăng lên không?

1Bước 1: Dấu của biến thiên enthalpy cho biết chiều truyền năng lượng giữa hệ phản ứng và môi trường. Ở đây

\Delta H < 0

, nghĩa là hệ nhả năng lượng ra ngoài nên đây là phản ứng tỏa nhiệt (exothermic); ngược lại, một phản ứng thu nhiệt (endothermic) luôn có

\Delta H > 0

vì hệ phải hút năng lượng từ môi trường. Về mặt liên kết, năng lượng thu được khi hình thành các liên kết N–H trong sản phẩm lớn hơn năng lượng phải bỏ ra để phá liên kết trong

\text{N}_2

và

\text{H}_2

2Bước 2: Giá trị

-92.2\ \text{kJ}

ứng với một lần phương trình xảy ra đúng như đã viết, tức là ứng với

3\ \text{mol}\ \text{H}_2

phản ứng. Do đó với

1.50\ \text{mol}\ \text{H}_2

ta có

q = -92.2 \times \frac{1.50}{3} = -46.1\ \text{kJ}

Dấu âm nói rằng hệ mất

46.1\ \text{kJ}

, nên môi trường xung quanh nhận đúng

46.1\ \text{kJ}

và nóng lên.

3Bước 3: Muốn một va chạm giữa các phân tử trở thành phản ứng thật sự, va chạm đó phải đủ mạnh để vượt qua năng lượng hoạt hóa (activation energy) và phải xảy ra theo đúng hướng hình học thuận lợi. Khi nhiệt độ tăng, các phân tử chuyển động nhanh hơn nên vừa va chạm thường xuyên hơn, vừa quan trọng hơn là phần trăm phân tử có động năng vượt ngưỡng hoạt hóa tăng lên rõ rệt theo phân bố Maxwell–Boltzmann. Nhân tố thứ hai mới là nguyên nhân chính: đáp án đúng của dạng câu hỏi này luôn là "một tỉ lệ lớn hơn các va chạm có đủ năng lượng bằng hoặc vượt năng lượng hoạt hóa", chứ không phải chỉ vì số va chạm nhiều hơn.

4Bước 4: Cần phân biệt hai câu hỏi khác nhau: phản ứng chạy nhanh đến đâu và khi dừng lại thì thu được nhiều sản phẩm đến đâu. Vì phản ứng tỏa nhiệt nên nhiệt là một "sản phẩm", và khi tăng nhiệt độ thì cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch để tiêu thụ bớt nhiệt, làm hằng số cân bằng

K

giảm và hiệu suất

\text{NH}_3

ở trạng thái cân bằng giảm theo. Tuy nhiên, ở nhiệt độ thấp phản ứng chậm đến mức không dùng được, nên nhà máy phải chấp nhận đánh đổi: chọn nhiệt độ cao vừa phải kết hợp với áp suất lớn và chất xúc tác để đạt sản lượng chấp nhận được trong thời gian ngắn.

Vì $\Delta H = -92.2\ \text{kJ} < 0$ nên đây là phản ứng tỏa nhiệt, và khi $1.50\ \text{mol}\ \text{H}_2$ phản ứng hết thì hệ nhả $46.1\ \text{kJ}$ ra môi trường. Tăng nhiệt độ làm tốc độ phản ứng tăng chủ yếu vì tỉ lệ phân tử có năng lượng vượt ngưỡng hoạt hóa tăng lên, chứ không đơn thuần vì va chạm nhiều hơn. Nhưng nhiệt độ cao lại đẩy cân bằng của một phản ứng tỏa nhiệt về phía chất đầu, nên hiệu suất tạo ammonia ở cân bằng giảm — nhanh hơn không đồng nghĩa với nhiều hơn.

Mục tiêu và lộ trình unit xem miễn phí — làm bài tập và lưu tiến độ cần tài khoản 0đ.