Sắt để ngoài trời mất nhiều năm để rỉ sét. Châm một que diêm, và gần như cùng một hóa học — oxy tấn công nhiên liệu — kết thúc trong chưa đầy một giây. Same…
English narration · English + 中文 subtitles burned in · Giọng đọc tiếng Anh · phụ đề tiếng Anh + 中文 được ghi trực tiếp
8.1
Rate of reaction · Tốc độ phản ứng
Syllabus · Chương trình
English
explain and use the term rate of reaction, frequency of collisions, effective collisions and non-effective collisions
explain qualitatively, in terms of frequency of effective collisions, the effect of concentration and pressure changes on the rate of a reaction
use experimental data to calculate the rate of a reaction
Tiếng Việt
giải thích và sử dụng các thuật ngữ tốc độ phản ứng, tần va chạm, va chạm hiệu quả và va chạm không hiệu quả
giải thích định tính, dựa trên tần va chạm hiệu quả, ảnh hưởng của sự thay đổi nồng độ và áp suất lên tốc độ phản ứng
sử dụng dữ liệu thực nghiệm để tính tốc độ phản ứng
Source: Cambridge International syllabus · Nguồn: Chương trình Cambridge International
English
Collision theory: energy and orientation
The rate of reaction 反应速率 is how fast reactants turn into products. We measure it as the change in concentration (or amount) in each unit of time.
To react, particles must collide 碰撞. The collision frequency 碰撞频率 is how often the particles hit each other. But not every collision leads to a reaction:
an effective collision 有效碰撞 has enough energy and the correct direction, so a reaction happens.
a non-effective collision 无效碰撞 does not have enough energy, or the particles hit at the wrong angle, so nothing happens.
So the rate depends on the frequency of effective collisions — how many useful collisions happen each second.
Concentration and pressure
If you increase the concentration of a solution (or the pressure of a gas), the particles are packed closer together. They collide more often, so there are more effective collisions each second, and the rate goes up.
You can calculate a rate from experimental data — for example, the volume of gas made divided by the time taken.
Worked example. A reaction gives off carbon dioxide. In the first $30\ \text{s}$, $48\ \text{cm}^3$ of gas is collected. Find the average rate of reaction over this time.
The rate is fastest at the start (the graph is steepest there) because the reactants are most concentrated, then it slows as they are used up.
Tiếng Việt
Lý thuyết va chạm: năng lượng và hướng va chạm
Tốc độ phản ứng là tốc độ mà chất tham gia chuyển hóa thành sản phẩm. Chúng ta đo nó bằng sự thay đổi nồng độ (hoặc lượng) trong mỗi đơn vị thời gian.
Để phản ứng xảy ra, các hạt phải va chạm. Tần số va chạm là số lần các hạt va chạm với nhau. Nhưng không phải mọi va chạm đều dẫn đến phản ứng:
một va chạm hiệu quả có đủ năng lượng và đúng hướng, nên phản ứng xảy ra.
một va chạm không hiệu quả không có đủ năng lượng, hoặc các hạt va chạm ở góc sai, nên không có gì xảy ra.
Vì vậy, tốc độ phụ thuộc vào tần số va chạm hiệu quả — số lượng va chạm hữu ích diễn ra mỗi giây.
Một va chạm chỉ gây phản ứng khi có hướng va chạm đúng và đủ năng lượng (đầu màu = phần phản ứng)
Nồng độ và áp suất
Nếu bạn tăng nồng độ của dung dịch (hoặc áp suất của khí), các hạt được đóng gói chặt chẽ hơn. Chúng va chạm thường xuyên hơn, do đó có nhiều va chạm hiệu quả hơn mỗi giây, và tốc độ tăng lên.
Nhiều hạt hơn trong cùng một thể tích va chạm thường xuyên hơn, nên tốc độ tăng lên
Bạn có thể tính toán tốc độ từ dữ liệu thực nghiệm — ví dụ, thể tích khí tạo thành chia cho thời gian tiêu thụ.
Ví dụ minh họa. Một phản ứng giải phóng carbon dioxide. Trong $30\ \text{s}$ đầu tiên, $48\ \text{cm}^3$ khí được thu thập. Tìm tốc độ phản ứng trung bình trong khoảng thời gian này.
Temperature and activation energy · Nhiệt độ và năng lượng hoạt hóa
Syllabus · Chương trình
English
define activation energy, $E_A$, as the minimum energy required for a collision to be effective
sketch and use the Boltzmann distribution to explain the significance of activation energy
explain qualitatively, in terms both of the Boltzmann distribution and of frequency of effective collisions, the effect of temperature change on the rate of a reaction
Tiếng Việt
định nghĩa năng lượng kích hoạt, $E_A$, là mức năng lượng tối thiểu cần thiết để một va chạm trở nên hiệu quả
vẽ sơ đồ và sử dụng phân bố Boltzmann để giải thích ý nghĩa của năng lượng kích hoạt
giải thích định tính, dựa cả trên phân bố Boltzmann lẫn tần va chạm hiệu quả, ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ lên tốc độ phản ứng
Source: Cambridge International syllabus · Nguồn: Chương trình Cambridge International
English
Maxwell-Boltzmann distribution
The activation energy 活化能 ($E_A$) is the minimum energy a collision needs in order to be effective.
The Boltzmann distribution 玻尔兹曼分布 is a graph showing how the energies of the molecules are spread out at one temperature. The curve starts at the origin, rises to a peak, then falls away in a long tail. The total area under the curve is the total number of molecules. Only the molecules to the right of $E_A$ have enough energy to react.
When you raise the temperature:
the curve flattens and spreads to the right, so a much larger fraction of molecules now have energy greater than $E_A$.
the molecules also move faster and collide more often.
The first effect is the bigger one. This is why a small rise in temperature gives a large rise in rate.
Tiếng Việt
Phân bố Maxwell-Boltzmann
Năng lượng hoạt hóa ($E_A$) là mức năng lượng tối thiểu mà một va chạm cần thiết để trở nên hiệu quả.
Phân bố Boltzmann là đồ thị cho thấy cách các năng lượng của các phân tử được phân bố ở một nhiệt độ cụ thể. Đường cong bắt đầu từ gốc tọa độ, đi lên đến đỉnh, sau đó giảm dần thành một đuôi dài. Tổng diện tích dưới đường cong là tổng số phân tử. Chỉ những phân tử nằm bên phải $E_A$ mới có đủ năng lượng để phản ứng.
Khi bạn tăng nhiệt độ:
đường cong flattens và lan rộng sang phải, do đó một phần lớn hơn nhiều phân tử giờ đây có năng lượng lớn hơn $E_A$.
các phân tử cũng di chuyển nhanh hơn và va chạm thường xuyên hơn.
Hiệu ứng đầu tiên là hiệu ứng lớn hơn. Đây là lý do tại sao một sự gia tăng nhỏ về nhiệt độ dẫn đến sự gia tăng lớn về tốc độ.
Nhiệt độ cao hơn làm đường cong mở rộng sang phải, nên một tỷ lệ lớn hơn các phân tử có thể phản ứng
Explore · Khám phá
Why heat speeds up reactions · Tại sao nhiệt độ làm tăng tốc độ phản ứng
Raise the temperature: the curve spreads right, so more molecules have at least the activation energy and can react. · Nâng nhiệt độ: đường cong mở rộng sang phải, nên nhiều phân tử hơn có ít nhất năng lượng kích hoạt và có thể phản ứng.
explain and use the terms catalyst and catalysis: (a) explain that, in the presence of a catalyst, a reaction has a different mechanism, i.e. one of lower activation energy (b) explain this catalytic effect in terms of the Boltzmann distribution (c) construct and interpret a reaction pathway diagram, for a reaction in the presence and absence of an effective catalyst
Tiếng Việt
giải thích và sử dụng các thuật ngữ xúc tác và xúc tác hóa học: (a) giải thích rằng, trong sự hiện diện của xúc tác, phản ứng diễn ra theo cơ chế khác, tức là có năng lượng kích hoạt thấp hơn (b) giải thích hiệu ứng xúc tác này dựa trên phân bố Boltzmann (c) xây dựng và diễn giải sơ đồ đường đi phản ứng, cho phản ứng có và không có xúc tác hiệu quả
Source: Cambridge International syllabus · Nguồn: Chương trình Cambridge International
English
Reaction profile: a catalyst's lower-energy route
A catalyst 催化剂 speeds up a reaction but is not used up itself. Catalysis 催化作用 is the name for this action.
A catalyst works by giving the reaction a different reaction mechanism 反应机理 — a new route with a lower activation energy. On the Boltzmann distribution, lowering $E_A$ moves the line to the left, so more molecules now have enough energy. This means more effective collisions each second, and a faster rate.
On a reaction pathway diagram 反应路径图, the catalysed route has a lower energy "hill". The enthalpy change of the reaction, $\Delta H$, is not changed by the catalyst.
There are two types:
a homogeneous catalyst 均相催化剂 is in the same physical state as the reactants — for example, an acid catalyst dissolved in a solution of liquids.
a heterogeneous catalyst 多相催化剂 is in a different state from the reactants — for example, solid iron speeding up the reaction of gases in the Haber process.
Tiếng Việt
Đồ thị profile phản ứng: lộ trình ít năng lượng của xúc tác
Xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng nhưng bản thân nó không bị tiêu hao. Xúc tác hóa học là tên gọi cho hành động này.
Xúc tác hoạt động bằng cách cung cấp cho phản ứng một cơ chế phản ứng khác — một lộ trình mới với năng lượng hoạt hóa thấp hơn. Trên phân bố Boltzmann, việc giảm $E_A$ di chuyển đường thẳng sang trái, do đó có nhiều phân tử hơn có đủ năng lượng. Điều này có nghĩa là nhiều va chạm hiệu quả hơn mỗi giây, và tốc độ nhanh hơn.
Trên sơ đồ lộ trình phản ứng, lộ trình có xúc tác có "ngọn đồi" năng lượng thấp hơn. Biến thiên enthalpy của phản ứng, $\Delta H$, không bị thay đổi bởi xúc tác.
Chất xúc tác cung cấp lộ trình có năng lượng kích hoạt thấp hơn; sự thay đổi enthalpy không đổi
Có hai loại:
một xúc tác đồng pha nằm trong cùng trạng thái vật lý với chất tham gia — ví dụ, xúc tác axit hòa tan trong dung dịch chất lỏng.
xúc tác dị thể nằm ở trạng thái khác so với chất tham gia phản ứng — ví dụ, sắt rắn làm tăng tốc độ phản ứng của các khí trong quá trình Haber.
Xúc tác đồng thể được trộn lẫn với chất tham gia (cùng trạng thái); xúc tác dị thể là một bề mặt riêng biệt (trạng thái khác), nơi chất tham gia gặp nhau và phản ứngBộ chuyển đổi xúc tác của ô tô là xúc tác dị thể; cấu trúc tổ ong tạo ra diện tích bề mặt rất lớn
Explore · Khám phá
Catalysts · Xúc tác
a catalyst lowers Ea · xúc tác làm giảm Ea
A catalyst lowers Ea, so a bigger fraction of molecules can react — without heating. · Xúc tác làm giảm Ea, do đó một tỷ lệ lớn hơn các phân tử có thể phản ứng — mà không cần gia nhiệt.
Explore · Khám phá
How a catalyst works · Catalyst hoạt động như thế nào
Add a catalyst and watch the activation-energy barrier drop — it gives an easier route, without changing ΔH. · Thêm catalyst và quan sát rào cản năng lượng kích hoạt giảm xuống — nó mang lại lối đi dễ dàng hơn, mà không thay đổi ΔH.
Explain rate changes with collision theory — more frequent and/or more energetic effective collisions.
On a Boltzmann distribution mark $E_A$, shade to its right, and show the curve flatten and shift right at higher temperature; it starts at the origin and never touches the axis.
A catalyst gives an alternative route with lower $E_A$ and does not change $\Delta H$.
Say why a small temperature rise gives a large rate rise: a much greater proportion of molecules now exceed $E_A$ (the main effect).
Tiếng Việt
Giải thích sự thay đổi tốc độ theo lý thuyết va chạm: số lượng va chạm hiệu quả thường xuyên hơn và/hoặc có năng lượng cao hơn.
Trên phân bố Boltzmann, đánh dấu $E_A$, tô màu vùng bên phải nó, và vẽ đường cong bằng phẳng hơn và dịch sang phải ở nhiệt độ cao hơn; đồ thị bắt đầu từ gốc tọa độ và không bao giờ chạm vào trục hoành.
Xúc tác cung cấp một con đường thay thế với $E_A$ thấp hơn và không làm thay đổi $\Delta H$.
Giải thích tại sao việc tăng nhiệt độ nhẹ lại làm tăng tốc độ đáng kể: một tỷ lệ phân tử lớn hơn nhiều hiện đã vượt qua $E_A$ (đây là yếu tố chính).
Interactive lessons on this topic · Bài học tương tác về chủ đề này
Work through it step by step, with instant-check exercises. · Làm theo từng bước, kèm theo bài tập kiểm tra ngay lập tức.
Pick one and the site follows you — notes, papers, videos and practice all open on it. · Chọn một môn và trang sẽ điều hướng theo — ghi chú, tài liệu, video và bài tập đều mở ở đó.
Type to search notes, lessons, code, vocabulary and past-paper questions across every subject. · Nhập để tìm ghi chú, bài học, mã, từ vựng và câu hỏi đề thi cũ trên mọi môn học.