Tốc độ phản ứng và cân bằng hóa học

[nam9690]

Mình đang cần bài tập về phần này (càng nhiều càng tốt), bạn nào có cho mình xin..

 

[Lucky_boy]

Gấp đến mức nào?Nếu không cần quá để ngày mai mình post vài bài lên cho.Mình có quyển chuyên đề "BT về tốc độ pư và cân bằng hóa học" của Ngô Ngọc An.

 

[Nguyễn Thế huỳnh]

bạn thử vào onthi.com xem sao ( làm de` tự luyen hoặc làm bt ):
http://www.onthi.com/de-tu-luyen/
http://onthi.com/bai-tap/toc-do-phan-ung,-can-bang-hoa-hoc,-hieu-suat_mon_2_lop_-1_770.html
lam` de` o? day :
http://www.onthi.com/?a=OT&ot=DB&db=RD&hdn_lt_list_id=%2C770&rdo_subject=2&rdo_class=-1&rdo_time=3&chk_770=770
chuc ban hoc tap tot nha , minh` chi? dong' gop' mot chut' do' thui

 

[nam9690]

Mình cần đề tự luận. càng khó càng tốt (dạng đề như của quốc gia chẳng hạn).

 

[Lucky_boy]

Bài 1:Hằng số cân bằng của phản ứng N2 + 3H2 = 2NH3 ở 500 độ C bằng 1,5.10^-5 atm^-2.Tính xem có bao nhiêu phần trăm chất ban đầu đã chuyển thành NH3 nếu phản ứng được thực hiện ở 500atm;1000atm và nhận xét về kết quả.
bài này chắc là quá dể với bạn nam9690!

 

[Vũ Thị Huyền Trang]

Tạm type được :

 

[nam9690]

Cảm ơn các bạn nhiều lắm lắm!

 

[Ho Huu Tho]

Mình có bài này, nhờ các bạn gợi ý hướng để giải quyết giúp:
Cho hai phản ứng thuận nghịch sau:
1. A + A' = AA', có hằng số cân bằng ở nhiệt độ T là K'
2. P + A' = PA', có hằng số cân bằng ở nhiệt độ T là K
Nếu biết nồng độ ban đầu của A, A', P trong một dung dịch lần lượt là a, b, c.
Tính nồng độ của các chất ở trạng thái cân bằng tại nhiệt độ T?

 

[Nguyễn Ngọc Lương]

Hằng số cân bằng:
K = [AA']/[A][A']
T không đổi nên bỏ qua T.
Thể tích không đổi nên xem nồng độ = lượng chất có trong dung dịch luôn.
Nếu có x mol [AA'] được tạo thành thì:
K = x/(a-x)(b-x)
Giải phương trình này được nghiệm dương x thì lấy x đó.
Không hiểu tại sao lại có 2 phương trình phản ứng làm gì vì nó giống hệt nhau về bản chất? Hay sẽ có câu hỏi tiếp theo kiểu coupled reaction giữa 2 pứ này?

 

[Ho Huu Tho]

Cảm ơn anh Lương đã gợi ý hướng giải quyết.
Hai phương trình là bởi vì trong dung dịch ban đầu có đồng thời ba chất A, A' và P anh ạ. Nếu như vậy hướng giải quyết sẽ thế nào ạ?
Em cũng lăn tăn ở chỗ nếu thay nồng độ bằng lượng chất thì giá trị của hằng số cân bằng sẽ thay đổi: K = [AA']/[A][A'].

 

[pththao]

Thử thế này xem, gọi x là nồng độ (M) của A, y là nồng độ (M) của P. Vậy phản ứng mất (a-x) chất A, (c-y) chất P, và (a+c-x-y) chất A'; tạo ra (a-x) chất AA', (c-y) chất PA', hệ cân bằng khi:
K*x*(b-a-c+x+y) = (a-x)
K'*y*(b-a-c+x+y) = (c-y)
Giải hệ phương trình này (giống hôm trước hay sao ấy) ta có x và y?
Thế được không? Còn câu hỏi của cuối mình không hiểu

 

[Ho Huu Tho]

Thử thế này xem, gọi x là nồng độ (M) của A, y là nồng độ (M) của P. Vậy phản ứng mất (a-x) chất A, (c-y) chất P, và (a+c-x-y) chất A'; tạo ra (a-x) chất AA', (c-y) chất PA', hệ cân bằng khi:
K*x*(b-a-c+x+y) = (a-x)
K'*y*(b-a-c+x+y) = (c-y)
Giải hệ phương trình này (giống hôm trước hay sao ấy) ta có x và y?
Thế được không?

Cảm ơn Thảo đã cho ý kiến, chắc hệ phương trình hôm trước cũng tương đương với đáp án này. Vì mình quan tâm tới nồng độ của chất AA' và PA' nên chỉ thay đổi cách đặt ẩn một chút như sau:
gọi x là nồng độ (M) của AA', y là nồng độ (M) của PA' tạo thành sau phản ứng. Vậy nồng độ chất A là (a-x), chất P là (c-y), và chất A' là (b-x-y), hệ cân bằng khi:
K'*(a-x)*(b-x-y) = x
K*(c-y)*(b-x-y) = y
Theo Thảo có thể dùng hệ phương trình này để mô phỏng lượng sản phẩm PCR được gắn mồi và tự gắn lại với nhau trong phản ứng PCR không?

... cũng lăn tăn ở chỗ nếu thay nồng độ bằng lượng chất thì giá trị của hằng số cân bằng sẽ thay đổi: K = [AA']/[A][A'].

Còn câu hỏi của cuối mình không hiểu

Chẳng hạn, một dung dịch ở trạng thái cân bằng có nồng độ các chất là:
[AA']: 1M
[A]: 1M
[A']: 1M
Như vậy hằng số cân bằng là: K = [AA']/[A][A']=1
Vì thể tích dung dịch là 2 lít, nên lượng chất có trong dung dịch sẽ là:
AA': 2 mol
A: 2 mol
A': 2 mol
Nếu thay nồng độ bằng lượng chất trong công thức hằng số cân bằng thì hằng số cân bằng sẽ thành: K = AA'/(A*A')=0.5 khác với giá trị ở trên???
Nên mình nghĩ là không thể thay nồng độ bằng lượng chất trong trường hợp này được.

 

[Đinh Duy Thành]

Từ hôm bác Thọ đưa ra câu hỏi về phản ứng PCR, em đã thắc mắc không biết có ai định đem động học của phản ứng ra để hàm hóa nó không. Ai dè cũng lại bác Thọ quyết tâm lôi ra đánh đến cùng thật!

Phần Toán thì giờ em Chỉ võ vẽ đưa ra cái giải thích về nồng độ, thể tích và K:

Nói chung thể tích có ảnh hưởng đến nồng độ khi cân bằng, nhưng tỷ số K/K' không bị ảnh hưởng, tỷ lệ [A]:[A']:[AA'] vẫn tương đương với tỷ lệ số mol ^_^ Thật ra cái này chỉ là tiểu tiết thôi, nếu bác cố định thể tích phản ứng (10, 25, 50 μl) thì ném hằng số V đi dc rồi.

Vấn đề em thắc mắc là, nếu như còn [PA'] thì đến khi kết thúc chu kỳ, nó lại thành AA' đúng không ạ? Tức là các con số vẫn thay đổi, hệ vẫn chưa cân bằng

 

[pththao]

Mình cho rằng hệ số cân bằng là đại lượng có đơn vị, với một phản ứng sẽ có đơn vị đi kèm khi tra bảng số liệu.
Viết xong mới thấy ý kiến bác Thanh ở trên, trong trường hợp này có lẽ đúng. Tuy nhiên nếu hệ số phương trình không phải bằng một, đơn vị (hay thứ nguyên) của K và K' khác nhau, sẽ không có tổ hợp K/K', tuy nhiên một cách tổng quát là K^ta/K'^tb. Mình sẽ check lại chỗ này chút...
PCR thì mình đang theo dõi bài PCR xem chi tiết thế nào rồi mới tham gia được. Động học cân bằng chắc mô tả tốt các phản ứng xảy ra đủ chậm, chất lỏng hoặc khí

 

[Ho Huu Tho]

...PCR thì mình đang theo dõi bài PCR xem chi tiết thế nào rồi mới tham gia được. Động học cân bằng chắc mô tả tốt các phản ứng xảy ra đủ chậm, chất lỏng hoặc khí

Mình không biết như thế nào thì được coi là đủ chậm. Trong mỗi chu kỳ của phản ứng PCR thì thông thường các sợi kép được biến tính (tách thành các sợi đơn) ở 95 độ trong khoảng 30s, sau đó nhiệt độ giảm xuống khoảng 50-60 độ để các sợi bổ sung bắt cặp với nhau tạo thành các sợi kép. Thời gian để giảm từ 95 độ xuống 50-60 độ là khoảng 10s, thời gian giữ ở 50-60 độ là khoảng 10-30 s.

 

[pththao]

Theo Thảo có thể dùng hệ phương trình này để mô phỏng lượng sản phẩm PCR được gắn mồi và tự gắn lại với nhau trong phản ứng PCR không?

Thọ định mô tả cái gì trong đó? Nồng độ cuối cùng của các sản phẩm trong phản ứng PCR, mô tả bằng phương trình cân bằng ở trên? (có theo dõi topic PCR nhưng chưa hiểu lắm )

Có lẽ mô hình phải là như sau chứ nhỉ:
AA' -> A + A'
P + A' -> PA'
PA' + substrate (A) -> AA'
(tạm thời chỉ xét phản ứng với non-sense)?

 

[Ho Huu Tho]

Thọ định mô tả cái gì trong đó? Nồng độ cuối cùng của các sản phẩm trong phản ứng PCR, mô tả bằng phương trình cân bằng ở trên? (có theo dõi topic PCR nhưng chưa hiểu lắm )

Có lẽ mô hình phải là như sau chứ nhỉ:
AA' -> A + A'
P + A' -> PA'
PA' + substrate (A) -> AA'
(tạm thời chỉ xét phản ứng với non-sense)?

PCR được tiến hành theo nhiều chu kỳ (thường khoảng 30 chu kỳ). Mỗi chu kỳ bắt đầu bằng giai đoạn biến tính (vd: 95°C x 20s), tiếp theo là giai đoạn gắn mồi (vd: 55°C), cuối cùng là giai đoạn kéo dài (vd: 72°C).
Trước khi bắt đầu một chu kỳ PCR, trong phản ứng sẽ có sản phẩm PCR là AA' (nồng độ là a), mồi gắn với sợi A' là P (nồng độ là p) và mồi gắn vào sợi A là P' (nồng độ là p'). Trong một chu kỳ của phản ứng PCR, các sự kiện sau sẽ diễn ra:

- Ở giai đoạn biến tính, tất cả các sợi kép sẽ được tách thành sợi đơn, hay AA' sẽ phân ly thành sợi A và A', mỗi sợi sẽ có nồng độ bằng nồng độ của sản phẩm PCR (a).

- Tiếp theo giai đoạn biến tính là giai đoạn gắn mồi, nhiệt độ hạ nhanh từ 95° xuống 55°C để mồi P gắn vào sợi A', còn mồi P' thì gắn vào sợi A:
1. P + A' -> PA'
2. P' + A -> P'A

- Sau giai đoạn gắn mồi, nhiệt độ của phản ứng tăng lên 72 độ, để enzyme DNA polymerase sẽ liên tiếp gắn các nucleotide bổ sung vào một đầu của các đoạn mồi đã được gắn vào sợi A hay A'. Kết quả là, mồi P được kéo dài và cuối cùng sẽ tạo thành sợi A, mồi P' được kéo dài và cuối cùng sẽ tạo thành sợi A'. Các sợi A hay A' mà không được gắn mồi thì không xảy ra quá trình tổng hợp sợi mới.

Như Thảo đã biết, trong giai đoạn gắn mồi thì bên cạnh việc mồi gắn vào sản phẩm PCR thì hai sợi bổ sung của sản phẩm PCR (A và A') cũng tự gắn lại với nhau. Rõ ràng là, hiện tượng hai sợi bổ sung của sản phẩm PCR tự gắn lại với nhau sẽ làm cho số sản phẩm PCR được gắn mồi giảm đi, nhưng giảm ở mức độ nào thì chưa biết.

Cái mình muốn mô tả là: khi biết nồng độ mồi P (p), nồng độ sản phẩm PCR (sợi A và A' đều có nồng độ là a) và năng lượng tự do (delta G) của phức hợp PA', AA', thì trong giai đoạn gắn mồi (vd: 55°C), lượng sản phẩm PCR được gắn mồi là bao nhiêu ?

 

[pththao]

Mình nghĩ cái này tùy thuộc vào hệ số cân bằng cụ thể của PA' và AA'. Nhưng kiểu gì đó mình không nghĩ cái này quan trong, tức là mình nghĩ (đoán) tốc độ gắn mồi luôn lớn hơn nhiều so với tốc độ tái hợp (đúng không?), trong trường hợp đó hầu như không phụ thuộc vào nồng độ A, A' nó sẽ xảy ra với xác suất gần 1 (bão hòa xúc tác như mọi người thảo luận trong sự tăng hàm mũ của sản phẩm PCR.)

Tiếp ý ở trên nói về điều kiện áp dụng cân bằng động học phản ứng đó: Phản ứng nhanh hay chậm tùy thuộc vào hằng số tốc độ (động học phản ứng không cân bằng), nói cách khác thời gian đặc trưng của hệ (để hệ tiến tới cân bằng của nó một cách exponentially.) Nếu thời gian này ngắn hơn thời gian giữ điều kiện cho phản ứng thì coi là cân bằng, ngược lại là không. Tuy nhiên thực tế mình nghĩ cứ coi nó là cân bằng, tính sai thì ta quay lại xem giả sử có hợp lý hay không.

Tóm lại nếu hằng số cân bằng của PA' lớn hơn nhiều với AA' (và mình tin là tốc độ phản ứng đủ nhanh) thì tình huống xảy ra đơn giản là hầu như tất cả sẽ được gắn mồi.
Phải chăng bạn định liên hệ với việc giải thích không tăng hàm mũ?

 

[Ho Huu Tho]

Vấn đề em thắc mắc là, nếu như còn [PA'] thì đến khi kết thúc chu kỳ, nó lại thành AA' đúng không ạ? Tức là các con số vẫn thay đổi, hệ vẫn chưa cân bằng

Nhiều khả năng là phản ứng gắn mồi không phải là phản ứng thuận nghịch, chỉ xảy ra theo chiều kết hợp mà không có chiều phân ly. Mình có lý giải thêm một chút ở comment này. Tại nhiệt độ gắn mồi, hai sợi bổ sung của sản phẩm PCR cũng tái gắn với hằng số cân bằng rất cao nên có lẽ cũng nên coi là phản ứng một chiều. (đúng không nhỉ?)

Mình nghĩ cái này tùy thuộc vào hệ số cân bằng cụ thể của PA' và AA'. Nhưng kiểu gì đó mình không nghĩ cái này quan trong, tức là mình nghĩ (đoán) tốc độ gắn mồi luôn lớn hơn nhiều so với tốc độ tái hợp (đúng không?), trong trường hợp đó hầu như không phụ thuộc vào nồng độ A, A' nó sẽ xảy ra với xác suất gần 1 (bão hòa xúc tác như mọi người thảo luận trong sự tăng hàm mũ của sản phẩm PCR.)

Tiếp ý ở trên nói về điều kiện áp dụng cân bằng động học phản ứng đó: Phản ứng nhanh hay chậm tùy thuộc vào hằng số tốc độ (động học phản ứng không cân bằng), nói cách khác thời gian đặc trưng của hệ (để hệ tiến tới cân bằng của nó một cách exponentially.) Nếu thời gian này ngắn hơn thời gian giữ điều kiện cho phản ứng thì coi là cân bằng, ngược lại là không. Tuy nhiên thực tế mình nghĩ cứ coi nó là cân bằng, tính sai thì ta quay lại xem giả sử có hợp lý hay không.

Tóm lại nếu hằng số cân bằng của PA' lớn hơn nhiều với AA' (và mình tin là tốc độ phản ứng đủ nhanh) thì tình huống xảy ra đơn giản là hầu như tất cả sẽ được gắn mồi.
Phải chăng bạn định liên hệ với việc giải thích không tăng hàm mũ?

Tại nhiệt độ gắn mồi thì hằng số cân bằng của PA' vào khoảng 10^6, trong khi đó hằng số cân bằng của AA' vào khoảng 10^25. Như vậy, hằng số cân bằng của AA' lớn hơn rất nhiều so với hằng số cân bằng của PA'. Tuy nhiên, ở những chu kỳ đầu của phản ứng PCR thì nồng độ của AA' rất nhỏ so với nồng độ của P, nên hầu hết sợi A' sẽ được gắn với mồi P. Nhưng ở những chu kỳ cuối trong giai đoạn bão hòa, nồng độ của AA' rất cao so với ban đầu. Thêm vào đó, hằng số cân bằng của AA' lớn hơn rất nhiều so với PA', nên dĩ nhiên là không phải mọi sợi A' đều được mồi P bắt cặp.

 

[pththao]

Tại nhiệt độ gắn mồi thì hằng số cân bằng của PA' vào khoảng 10^6, trong khi đó hằng số cân bằng của AA' vào khoảng 10^25. Như vậy, hằng số cân bằng của AA' lớn hơn rất nhiều so với hằng số cân bằng của PA'. Tuy nhiên, ở những chu kỳ đầu của phản ứng PCR thì nồng độ của AA' rất nhỏ so với nồng độ của P, nên hầu hết sợi A' sẽ được gắn với mồi P. Nhưng ở những chu kỳ cuối trong giai đoạn bão hòa, nồng độ của AA' rất cao so với ban đầu. Thêm vào đó, hằng số cân bằng của AA' lớn hơn rất nhiều so với PA', nên dĩ nhiên là không phải mọi sợi A' đều được mồi P bắt cặp.

Hiệu suất bằng một ý mình là tất cả các mồi bị bắt chứ không phải các sợi A' bị bắt!
Về cảm giác vẫn mình vẫn thấy là tỷ lệ sản phẩm vẫn tăng cao kể cả khi nồng độ của của A, A' lớn, nếu thời gian để đủ lâu. Lý do như sau: giả sử phản ứng tái hợp tương đối nhanh, như vậy nồng độ sợi đơn giảm cũng nhanh và tốc độ phản ứng (tỷ lệ với bình phương sợi đơn) còn giảm nhanh hơn. Ngược lại vận tốc phản ứng gắn mồi chỉ tỷ lệ với bậc một của nồng độ sợi đơn. Vì vậy phản ứng này sẽ đạt đến giai đoạn vượt trội để tiêu diệt tất cả các mồi. Để chắc ăn bạn có thể xử lý vẽ đồ thị [PA']/[P] theo nồng độ của [A] giải từ phương trình trên xem sao?
Kể cả khi không tiến đến cân bằng, hiệu suất gắn mồi vẫn cứ cao, bởi vì tốc độ gắn mồi vẫn cứ cao khi nồng độ [A] cao

Xem lại thấy mình nói phức tạp chứ thực chất là nguyên lý dịch chuyển cân bằng thôi mà: tăng nồng độ sợi đơn làm cân bằng dịch chuyển sang phải ở cả hai phương trình!