Đang tải bài học…

AP Chemistry

sản phẩm

product

Còn gọi: reaction product · sản phẩm phản ứng · chất sản phẩm · products · product particles · hạt sản phẩm

Sản phẩm là chất mới được tạo thành sau khi phản ứng hóa học xảy ra, xuất hiện ở vế phải của phương trình hóa học.

Trong một phản ứng hóa học, các chất ban đầu bị biến đổi để tạo ra những chất mới gọi là sản phẩm. Quá trình này đi kèm với sự phá vỡ và hình thành liên kết hóa học (chemical bond), và chính vì vậy thành phần, cấu trúc, thường cả tính chất (property) vật lý lẫn hóa học của chất đều thay đổi so với chất tham gia ban đầu.

Theo quy ước viết phương trình hóa học, sản phẩm luôn được đặt ở vế phải của mũi tên phản ứng, trong khi chất tham gia đứng ở vế trái. Chẳng hạn, trong phản ứng tổng (overall reaction) tổng hợp nước $\text{2H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow \text{2H}_2\text{O}$ , phân tử (molecule) nước là sản phẩm duy nhất. Do đó, mũi tên đóng vai trò như một ranh giới rõ ràng, cho thấy chiều biến đổi từ chất tham gia sang sản phẩm.

Tỉ lệ mol của sản phẩm so với chất tham gia được xác định bởi hệ số tỉ lượng trong phương trình đã cân bằng. Nhờ đó, hóa học tính lượng cho phép tính khối lượng (mass) hoặc thể tích sản phẩm thu được từ một lượng chất tham gia cho trước. Ngược lại, trong thực tế, lượng sản phẩm thu được thường nhỏ hơn giá trị lý thuyết, bởi phản ứng không xảy ra hoàn toàn hoặc kèm theo những phản ứng phụ; vì vậy hiệu suất phản ứng là đại lượng quan trọng để đánh giá mức độ chuyển hóa thực tế so với lý thuyết.

Trực giác: Sản phẩm giống như chiếc bánh mì vừa ra lò — bột mì và men đã biến mất, thứ bạn cầm trên tay bây giờ là thứ hoàn toàn mới.

Hay hiểu sai

Sản phẩm không nằm ở đỉnh đường cong năng lượng.

Hiệu enthalpy luôn là sản phẩm trừ chất phản ứng, không được đảo thứ tự.

Dấu dương của $\Delta H^\circ$ nghĩa là thu nhiệt, không phải tỏa nhiệt.

Mức năng lượng của sản phẩm không quyết định tốc độ phản ứng.

Ví dụ có lời giải

1Ví dụ 1/2

Phản ứng cơ bản một giai đoạn X có đồ thị năng lượng (energy profile) như sau: chất phản ứng nằm ở mức

150\ \mathrm{kJ/mol}

bên trái, đường cong đi lên tới một đỉnh duy nhất ở mức

260\ \mathrm{kJ/mol}

, rồi hạ xuống mức

60\ \mathrm{kJ/mol}

bên phải. Một phản ứng cơ bản khác, phản ứng Y, có mức chất phản ứng và mức sản phẩm y hệt phản ứng X nhưng đỉnh chỉ cao

210\ \mathrm{kJ/mol}

. Hai phản ứng được tiến hành ở cùng nhiệt độ và cùng nồng độ ban đầu.

aMức $60\ \mathrm{kJ/mol}$ bên phải ứng với chất nào, và đỉnh $260\ \mathrm{kJ/mol}$ ứng với cấu trúc nào?
bTính năng lượng hoạt hóa theo chiều thuận, theo chiều nghịch và $\Delta H$ của phản ứng X.
cSo sánh tốc độ của phản ứng X và phản ứng Y ở cùng nhiệt độ, kèm giải thích.

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 trướcphản ứng hóa học

Hay nhầm với

Thuật ngữKhác nhau ở đâuHay nhầm khi

chất phản ứngreactant

Khác nhau ở đâuChất phản ứng là chất có mặt trước phản ứng và bị tiêu thụ trong quá trình đó. Sản phẩm là chất được tạo thành sau phản ứng và xuất hiện ở vế phải phương trình.

Hay nhầm khiĐề cho phương trình chưa cân bằng và hỏi chất nào là sản phẩm — thí sinh nhầm vế trái với vế phải khi đọc mũi tên.

Nguồn tham khảo

[1]Chemistry The Central Science in SI Units 15th Expanded Global Edition. tr. 8, 18–19.

Mẹo phòng thi

Viết công thức đầy đủ ra giấy trước khi thay số vào.

Dán nhãn ba mốc trên mọi đồ thị năng lượng ngay khi đọc đề.

Khi đề đảo chiều phản ứng, sản phẩm và chất phản ứng đổi vai và $\Delta H$ đổi dấu.

Tần suất trong đề AP ChemistryThường xuyên

Bước 1: Quy ước đọc đồ thị là trục hoành biểu diễn tiến trình phản ứng (reaction coordinate), đi từ trái sang phải. Do đó mọi thứ ở đầu bên trái là chất phản ứng, còn mức năng lượng ở đầu bên phải, tức

60\ \mathrm{kJ/mol}

, chính là sản phẩm. Đỉnh duy nhất ở giữa không phải một chất bền mà là trạng thái chuyển tiếp (transition state), nơi liên kết cũ đã đứt một phần còn liên kết mới mới hình thành một phần; cấu trúc tại đỉnh được gọi là phức chất hoạt động (activated complex) và không thể cô lập được.

2Bước 2: Năng lượng hoạt hóa (activation energy) theo chiều thuận là khoảng cách từ mức chất phản ứng lên tới đỉnh:

E_a(\text{fwd}) = 260 - 150 = 110\ \mathrm{kJ/mol}

. Đây là rào năng lượng mà va chạm giữa các phân tử chất phản ứng phải vượt qua thì mới sinh ra sản phẩm.

3Bước 3: Theo chiều nghịch, ta xuất phát từ mức sản phẩm nên rào cao hơn hẳn:

E_a(\text{rev}) = 260 - 60 = 200\ \mathrm{kJ/mol}

. Vì rào nghịch lớn hơn rào thuận, sản phẩm bền hơn chất phản ứng và khó quay ngược trở lại.

4Bước 4: Biến thiên entanpi chỉ phụ thuộc hai mức đầu và cuối, hoàn toàn không phụ thuộc chiều cao đỉnh:

\Delta H = 60 - 150 = -90\ \mathrm{kJ/mol}

. Giá trị âm cho biết phản ứng tỏa nhiệt, đúng như hình vẽ trong đó sản phẩm nằm thấp hơn chất phản ứng. Cũng có thể kiểm tra bằng

\Delta H = E_a(\text{fwd}) - E_a(\text{rev}) = 110 - 200 = -90\ \mathrm{kJ/mol}

, kết quả trùng khớp.

5Bước 5: Với phản ứng Y, rào thuận là

E_a = 210 - 150 = 60\ \mathrm{kJ/mol}

, nhỏ hơn

110\ \mathrm{kJ/mol}

của X. Ở cùng nhiệt độ, phân bố năng lượng phân tử là như nhau, nên tỉ lệ va chạm đủ năng lượng lớn hơn ở phản ứng có rào thấp hơn; theo

k = A e^{-E_a/RT}

E_a

nhỏ hơn cho hằng số tốc độ lớn hơn. Vì vậy phản ứng Y nhanh hơn phản ứng X.

Mức $60\ \mathrm{kJ/mol}$ bên phải là sản phẩm, còn đỉnh $260\ \mathrm{kJ/mol}$ là trạng thái chuyển tiếp. Phản ứng X có $E_a(\text{fwd}) = 110\ \mathrm{kJ/mol}$ , $E_a(\text{rev}) = 200\ \mathrm{kJ/mol}$ và $\Delta H = -90\ \mathrm{kJ/mol}$ , tức tỏa nhiệt. Phản ứng Y có cùng $\Delta H$ nhưng rào thấp hơn ( $60\ \mathrm{kJ/mol}$ ) nên chạy nhanh hơn X ở cùng nhiệt độ — điều này khẳng định lại rằng vị trí tương đối của sản phẩm quyết định nhiệt phản ứng, còn chiều cao đỉnh mới quyết định tốc độ.

2Ví dụ 2/2

Cho phản ứng đốt cháy hydrogen sulfide:

2\,\mathrm{H_2S}(g) + 3\,\mathrm{O_2}(g) \rightarrow 2\,\mathrm{H_2O}(g) + 2\,\mathrm{SO_2}(g)

. Nhiệt tạo thành chuẩn (standard enthalpy of formation)

\Delta H_f^\circ

ở

298\ \mathrm{K}

như sau:

\mathrm{H_2S}(g) = -20{,}6\ \mathrm{kJ/mol}

;

\mathrm{O_2}(g) = 0

;

\mathrm{H_2O}(g) = -241{,}8\ \mathrm{kJ/mol}

;

\mathrm{SO_2}(g) = -296{,}8\ \mathrm{kJ/mol}

aXác định các sản phẩm và tính tổng $\Delta H_f^\circ$ của phần sản phẩm.
bTính $\Delta H^\circ_{rxn}$ và cho biết trên đồ thị năng lượng, sản phẩm nằm cao hay thấp hơn chất phản ứng.

1Bước 1: Sản phẩm là những chất viết bên phải mũi tên, ở đây là

\mathrm{H_2O}(g)

và

\mathrm{SO_2}(g)

. Khi cộng nhiệt tạo thành, mỗi giá trị phải nhân với hệ số cân bằng tương ứng vì

\Delta H_f^\circ

được cho theo một mol chất.

2Bước 2: Tổng cho phần sản phẩm:

\sum n\,\Delta H_f^\circ(\text{prod}) = 2(-241{,}8) + 2(-296{,}8) = -483{,}6 + (-593{,}6) = -1077{,}2\ \mathrm{kJ}

. Đây là năng lượng ứng với mức bên phải của đồ thị, tính theo đúng lượng chất mà phương trình mô tả.

3Bước 3: Tổng cho phần chất phản ứng:

\sum n\,\Delta H_f^\circ(\text{react}) = 2(-20{,}6) + 3(0) = -41{,}2\ \mathrm{kJ}

. Lưu ý

\mathrm{O_2}(g)

là đơn chất ở trạng thái bền chuẩn nên

\Delta H_f^\circ = 0

, dù hệ số của nó bằng 3.

4Bước 4: Áp dụng định luật Hess dưới dạng quen thuộc:

\Delta H^\circ_{rxn} = \sum n\,\Delta H_f^\circ(\text{prod}) - \sum n\,\Delta H_f^\circ(\text{react})

Thay số:

\Delta H^\circ_{rxn} = -1077{,}2 - (-41{,}2) = -1036{,}0\ \mathrm{kJ}

. Công thức nói rằng nhiệt phản ứng bằng mức năng lượng của sản phẩm trừ đi mức của chất phản ứng, nên thứ tự trừ không được đảo.

5Bước 5: Vì

\Delta H^\circ_{rxn} < 0

, phản ứng tỏa nhiệt và sản phẩm nằm thấp hơn chất phản ứng trên đồ thị năng lượng. Ngược lại, nếu tổng của sản phẩm là

-300\ \mathrm{kJ}

còn của chất phản ứng là

-450\ \mathrm{kJ}

thì

\Delta H^\circ = -300 - (-450) = +150\ \mathrm{kJ}

: sản phẩm kém âm hơn nghĩa là kém bền hơn, phản ứng thu nhiệt và mức sản phẩm nằm cao hơn.

Sản phẩm của phản ứng là $\mathrm{H_2O}(g)$ và $\mathrm{SO_2}(g)$ với tổng nhiệt tạo thành $-1077{,}2\ \mathrm{kJ}$ ; trừ đi $-41{,}2\ \mathrm{kJ}$ của chất phản ứng, ta được $\Delta H^\circ_{rxn} = -1036{,}0\ \mathrm{kJ}$ . Phản ứng đốt cháy này tỏa nhiệt mạnh, nên trên đồ thị năng lượng mức sản phẩm nằm thấp hơn hẳn mức chất phản ứng. Bẫy thường gặp là quên nhân hệ số hoặc đảo chiều phép trừ: dấu của $\Delta H^\circ$ hoàn toàn do vị trí tương đối giữa sản phẩm và chất phản ứng quyết định.

hiệu suất phần trăm (sắp có)

Liên quanchất phản ứng phương trình hóa họcsản phẩm phụ (sắp có)

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