Giải chi tiết Câu 2 Bài 3. Năng lượng hoạt hóa của phản ứng hóa học – Chuyên đề học tập Hóa 10 Cánh diều. Tham khảo: Áp dụng phương trình Arrhenius ta có.
Câu hỏi/Đề bài:
Cho phản ứng:
2SO2(g) + O2(g) → 2SO3(g)
Biết Ea = 314 kJ mol-1
a) Hãy so sánh tốc độ phản ứng ở 25oC và 450oC
b) Nếu sử dụng xúc tác là hỗn hợp V2O5, TiO2 thì năng lượng hoạt hóa của phản ứng là 84 kJ mol-1 . Hãy so sánh tốc độ phản ứng khi có và không có chất xúc tác ở nhiệt độ 450oC.
Hướng dẫn:
Áp dụng phương trình Arrhenius ta có:
\({k_1} = A{e^{\frac{{ – {E_a}(1)}}{{RT}}}}\)(1)
\({k_2} = A{e^{\frac{{ – {E_a}(2)}}{{RT}}}}\)(2)
Chia vế 2 phương trình (1) cho (2), thu được: \(\frac{{{k_2}}}{{{k_1}}} = {e^{\frac{{{E_a}(1) – {E_a}(2)}}{{RT}}}}\)(3)
Lời giải:
a) Theo phương trình Arrhenius ta có:
\({k_1} = A{e^{\frac{{ – {E_a}}}{{R{T_1}}}}}\)(1)
\({k_2} = A{e^{\frac{{ – {E_a}}}{{R{T_2}}}}}\)(2)
T1 = 25 + 273 = 298K
T2 = 450 + 273 = 723K
Chia vế hai phương trình (2) cho (1) ta được
\(\frac{{{k_2}}}{{{k_1}}} = {e^{\frac{{{E_a}}}{R}(\frac{{{T_2} – {T_1}}}{{{T_2}.{T_1}}})}} = {e^{\frac{{{{314.10}^3}}}{{8,314}}(\frac{{723 – 298}}{{723.298}})}} = 2,{26.10^{32}}\)
Vậy tốc độ phản ứng tăng 2,26.1032 lần khi nhiệt độ tăng từ 25oC đến 450oC.
b) Theo phương trình Arrhenius ta có:
\({k_1} = A{e^{\frac{{ – {E_a}(1)}}{{RT}}}}\)(3)
\({k_2} = A{e^{\frac{{ – {E_a}(2)}}{{RT}}}}\)(4)
Chia vế hai phương trình (4) cho (3), thu được:
\(\frac{{{k_2}}}{{{k_1}}} = {e^{\frac{{{E_a}(1) – {E_a}(2)}}{{RT}}}}(5)\)
Thay số vào (5) ta được: \(\frac{{{k_2}}}{{{k_1}}} = {e^{\frac{{(314 – 84){{.10}^3}}}{{8,314.723}}}} = 4,{14.10^{16}}\)
Vậy khi thêm chất xúc tác thì tốc độ phản ứng tăng 4,14.1016 lần.