Chuyên đề Hóa học 10 Chân trời sáng tạo Bài 3: Năng lượng hoạt hóa của phản ứng hóa học

Giải bài tập Chuyên đề Hóa học 10 Bài 3: Năng lượng hoạt hóa của phản ứng hóa học

Mở đầu trang 22 Chuyên đề Hóa học 10: Trong ruột non của hầu hết chúng ta đều có enzyme lactase, có tác dụng chuyển hóa lactose (còn gọi là đường sữa, C₁₂H₂₂O₁₁) có trong thành phần của sữa và các sản phẩm từ sữa thành đường glucose (C₆H₁₂O₆) và galactose (C₆H₁₂O₆) giúp cơ thể dễ dàng hấp thu; quá trình này đặc biệt quan trọng đối với sự phát triển và tăng cường miễn dịch của trẻ nhỏ. Khi cơ thể thiếu hụt loại enzyme này, lactose không được tiêu hóa sẽ bị vi khuẩn lên men, sinh ra khí và gây đau bụng. Enzyme lactase đóng vai trò xúc tác trong quá trình chuyển hóa lactose. Trong ruột non của hầu hết chúng ta đều có enzyme lactase?

Lời giải:

Chất xúc tác có vai trò làm giảm năng lượng hoạt hóa để tăng tốc độ phản ứng.

1. Năng lượng hoạt hóa

• Câu hỏi 1 trang 22 Chuyên đề Hóa học 10: Quan sát Hình 3.1, cho biết số va chạm hiệu quả và khả năng xảy ra phản ứng của chất tham gia thay đổi như thế nào khi giá trị của năng lượng hoạt hóa càng giảm?

  

  Lời giải:

  Năng lượng hoạt hóa càng giảm thì số va chạm hiệu quả càng giảm và khả năng xảy ra phản ứng của chất tham gia càng giảm.

  Khi năng lượng hoạt hóa giảm đến dưới mức năng lượng tối thiểu thì các chất tham gia phản ứng không tạo ra được các va chạm hiệu quả dẫn đến không hình thành được sản phẩm.

• Câu hỏi 2 trang 23 Chuyên đề Hóa học 10: Từ thông tin trong phần Khởi động, khi có chất xúc tác, năng lượng hoạt hóa của phản ứng chuyển hóa lactose tăng hay giảm? Giải thích.

  Lời giải:

  Từ thông tin trong phần Khởi động, khi có chất xúc tác làm tăng tốc độ của phản ứng tức là sẽ có nhiều hơn số phân tử chất phản ứng va chạm hiệu quả với nhau dẫn đến năng lượng hoạt hóa giảm.

• Luyện tập trang 23 Chuyên đề Hóa học 10: Khả năng xảy ra của một phản ứng hóa học như thế nào khi năng lượng hoạt hóa của phản ứng rất lớn? Giải thích.

  Lời giải:

  Khi năng lượng hoạt hóa của phản ứng rất lớn chứng tỏ các phân tử chất phản ứng va chạm hiệu quả với nhau khó khăn dẫn đến khả năng xảy ra của phản ứng hóa học đó là khó khăn.

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

  • Câu hỏi 3 trang 23 Chuyên đề Hóa học 10: Dựa vào phương trình Arrhenius, tốc độ phản ứng thay đổi như thế nào khi tăng nhiệt độ của phản ứng?

    Lời giải:

    Dựa vào phương trình Arrhenius, tốc độ phản ứng tại thời điểm T₁ là:

    

    Tốc độ phản ứng tại thời điểm T₂ là:

    

    Chia hai vế phương trình (2) cho (1), thu được:

    

    Khi tăng nhiệt độ tức là T₂ > T₁

    ⇒  > 1 ⇒ Tốc độ phản ứng tăng.

  • Câu hỏi 4 trang 24 Chuyên đề Hóa học 10: Từ Ví dụ 2, tốc độ phản ứng phân hủy N₂O₅ thay đổi như thế nào khi giảm nhiệt độ về 25^oC? Nhận xét ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng.

    Lời giải:

    Dựa vào phương trình Arrhenius ta có:

    

    Vậy, khi giảm nhiêt độ về 25^oC thì tốc độ phản ứng giảm 13,84 lần.

  • Luyện tập 1 trang 25 Chuyên đề Hóa học 10: Một phản ứng có năng lượng hoạt hóa là 24 kJ/mol, so sánh tốc độ phản ứng ở 2 nhiệt độ là 27^oC và 127^oC.

    Lời giải:

    Dựa vào phương trình Arrhenius, tốc độ phản ứng tại thời điểm T1 là:

    

    Tốc độ phản ứng tại thời điểm T2 là:

    

    Chia hai vế phương trình (2) cho (1), thu được:

    

    Vậy khi tăng nhiệt độ từ 27^oC lên 127^oC thì tốc độ phản ứng tăng 11,08 lần.

  • Câu hỏi 5 trang 25 Chuyên đề Hóa học 10: Nhận xét ảnh hưởng của enzyme đối với năng lượng hoạt hóa của phản ứng.

    Lời giải:

    Enzyme là chất xúc tác sinh học, có vai trò làm tăng tốc độ phản ứng.

    Mà theo phương trình Arrhenius, tốc độ phản ứng tăng thì năng lượng hoạt hóa của phản ứng giảm.

    Vậy enzyme có vai trò làm giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng.

  • Luyện tập 2 trang 25 Chuyên đề Hóa học 10: Trong công nghiệp hóa chất, người ta sử dụng chất xúc tác để tăng tốc độ của phản ứng, như phản ứng tổng hợp SO₃ từ SO₂ và O₂ dùng xúc tác V₂O₅. Hãy kể tên một số xúc tác cho các phản ứng mà em biết.

    Lời giải:

    + H₂ phản ứng vô cùng chậm với O₂ ở nhiệt độ phòng, nhưng khi thổi khí H₂ qua lưới kim loại platinum (Pt) trong không khí, H₂ có thể bốc cháy. Trong trường hợp này, Pt đóng vai trò làm chất xúc tác cho phản ứng:

    

    + Trong các nhà máy sản xuất phân đạm người ta thường dùng sắt làm chất xúc tác để tăng tốc độ phản ứng giữa nitrogen (N₂) và hydrogen (H₂)

    

    + Hỗn hợp bột aluminium và iodine ở nhiệt độ thường không có phản ứng xảy ra, nhưng khi cho thêm một ít nước làm xúc tác, phản ứng xảy ra mãnh liệt, tạo hợp chất aluminium iodine.

    

  • Vận dụng trang 26 Chuyên đề Hóa học 10: Tại sao muốn cá, thịt mau mềm, người ta thường chế biến kèm với những lát dứa (thơm) hoặc thêm một ít nước ép của dứa?

    Lời giải:

    Trong dứa có một loại enzyme tên là enzyme bromelain, enzyme này có tác dụng phân giải protein thành các chuỗi peptit ngắn hơn.

    Thịt được cấu tạo chủ yếu bởi protein, khi hầm chung với dứa, enzyme này trong dứa sẽ phân giải protein trong thịt, giúp nhanh mềm và dễ tiêu hóa, hấp thu hơn.

  • Bài tập (trang 26)

    • Bài 1 trang 26 Chuyên đề Hóa học 10: Cho giản đồ năng lượng của các phản ứng:

      

      a) Hãy biểu diễn năng lượng hoạt hóa trên giản đồ năng lượng của phản ứng trong từng trường hợp.

      b) Giản đồ năng lượng nào biểu diễn ảnh hưởng của xúc tác đến năng lượng hoạt hóa của phản ứng?

      Lời giải:

      a) Trong giản đồ (c) E_a’ là năng lượng hoạt hóa của phản ứng khi không có xúc tác.

      E_a là năng lượng hoạt hóa của phản ứng khi có xúc tác.

      

      b) Giản đồ (c) biểu diễn ảnh hưởng của xúc tác đến năng lượng hoạt hóa của phản ứng.

      Đường màu xanh là năng lượng hoạt hóa khi không có xúc tác.

      Đường màu đỏ là năng lượng hoạt hóa khi có xúc tác.

    • Bài 2 trang 26 Chuyên đề Hóa học 10: Cho hằng số tốc độ của một phản ứng là 11M^-1.s^-1 tại nhiệt độ 345 K và hằng số thực nghiệm Arrhenius là 20 M^-1.s^-1 . Cho hằng số tốc độ của một phản ứng trên.

      Lời giải:

      Áp dụng phương trình Arrhenius:

      

    • Bài 3 trang 26 Chuyên đề Hóa học 10: Tìm hằng số tốc độ phản ứng k ở 273 K của phản ứng phân hủy

      

      Biết rằng ở 300K, năng lượng hoạt hóa là 111 kJ/mol và hằng số tốc độ phản ứng là 10^-10s^-1.

      Lời giải:

      Áp dụng phương trình Arrhenius viết lại cho hai nhiệt độ

      T₁ = 300K; T₂ = 273K ứng với hai hằng số tốc độ k₁ = 10^-10s^-1; k₂ = ?

      

      Vậy hằng số tốc độ phản ứng ở 273 K của phản ứng phân hủy là k₂ = 1,23.10^-12 s^-1

    • Bài 4 trang 26 Chuyên đề Hóa học 10: Phản ứng tổng hợp SO₃ trong dây chuyền sản xuất sulfuric acid:

      

      Tốc độ phản ứng thay đổi như thế nào khi tăng nhiệt độ từ 350^oC lên 450^oC.

      Biết năng lượng hoạt hóa của phản ứng là 314 kJ/mol.

      Lời giải:

      Áp dụng phương trình Arrhenius theo nhiệt độ:

      

      Vậy khi tăng nhiệt độ từ 350^oC lên 450^oC thì tốc độ phản ứng tăng 4380,03 lần.