Giáo án Bài 7. Tốc độ phản ứng và chất xúc tác

Huy động kiến thức nền của HS về sự nhanh chậm của phản ứng và tạo nhu cầu tìm hiểu các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng.

GV đưa tranh hai mẫu đá vôi có cùng khối lượng: một viên và một lượng bột, cùng cho vào acid. HS dự đoán mẫu nào sủi bọt nhanh hơn và giải thích vì sao. GV nêu câu hỏi định hướng: “Sự khác nhau giữa viên và bột có thể làm thay đổi điều gì của phản ứng?”. (Lưu ý: tiết 1 gồm hoạt động mở đầu và hoạt động hình thành kiến thức 1, 2; tiết 2 gồm hoạt động hình thành kiến thức 3 và các hoạt động luyện tập, vận dụng.)

HS nêu được dự đoán: mẫu dạng bột sủi bọt nhanh hơn; HS ghi tên vấn đề cần tìm hiểu: tốc độ phản ứng phụ thuộc vào những yếu tố nào, ở đây là độ mịn (diện tích tiếp xúc) của đá vôi.

HS nêu được tốc độ phản ứng là mức nhanh chậm của biến đổi hóa học và biết cách so sánh tốc độ qua lượng khí thu được trong cùng khoảng thời gian.

HS sử dụng mô phỏng NeoEdu: bình đối chứng và bình thay đổi một yếu tố, hai xi lanh khí 100 mL, đồng hồ bấm giây. Nhóm quan sát phản ứng của $0{,}4$ g đá vôi với acid trong 20 s đầu. Nhiệm vụ: (1) So sánh lượng khí CO₂ thu được sau 20 s ở hai bình; (2) Cho biết vì sao hai bình tuy khác tốc độ nhưng sau thời gian đủ lâu lượng khí gần như bằng nhau; (3) Nêu khái niệm tốc độ phản ứng.

Kết quả HS rút ra: Sau 20 s, mẫu dạng bột thu được gần 90 mL CO₂, mẫu dạng viên chưa tới 30 mL CO₂; nếu chờ đủ lâu cả hai đều tiến tới khoảng 99 mL vì cùng có $0{,}004$ mol $\mathrm{CaCO_3}$. Tốc độ phản ứng là mức nhanh chậm của biến đổi hóa học; có thể so sánh tốc độ bằng lượng sản phẩm thu được trong cùng một khoảng thời gian.

HS giải thích được diện tích tiếp xúc: nghiền nhỏ chất rắn có thể làm phản ứng nhanh hơn khi các yếu tố khác giữ nguyên.

Nhóm dùng mô phỏng với cùng lượng đá vôi và cùng acid, chỉ thay đổi trạng thái: viên và bột. HS điền số liệu và trả lời: (1) Yếu tố nào được giữ nguyên, yếu tố nào thay đổi? (2) Diện tích tiếp xúc của bột và viên khác nhau thế nào? (3) Vì sao cùng khối lượng nhưng bột lại phản ứng nhanh hơn? (4) Nêu khái niệm diện tích tiếp xúc.

Bảng ghi nhận: Bột – gần 90 mL CO₂ sau 20 s; Viên – dưới 30 mL CO₂ sau 20 s. Kiến thức rút ra: Diện tích tiếp xúc: nghiền nhỏ chất rắn có thể làm phản ứng nhanh hơn khi yếu tố khác giữ nguyên. Bột có diện tích tiếp xúc với acid lớn hơn viên nên phản ứng nhanh hơn, dù cùng khối lượng và cùng số mol CaCO₃.

HS nêu được chất xúc tác làm thay đổi tốc độ phản ứng và không bị tiêu hao sau quá trình; phân biệt được xúc tác với việc tạo thêm sản phẩm.

Nhóm quan sát mô phỏng: dung dịch $\mathrm{H_2O_2}$ gần như không phân hủy đáng kể khi không có chất xúc tác; khi thêm một ít $\mathrm{MnO_2}$ thì khí oxygen thoát ra mạnh. Nhiệm vụ: (1) So sánh tốc độ sủi bọt khi có và không có $\mathrm{MnO_2}$; (2) Kiểm tra khối lượng $\mathrm{MnO_2}$ sau phản ứng; (3) Nêu khái niệm chất xúc tác và cho biết vì sao xúc tác không làm sản phẩm vượt khối lượng đầu vào.

Kết quả: Có $\mathrm{MnO_2}$ thì sủi bọt oxygen mạnh; không có thì gần như không đổi. Sau phản ứng $\mathrm{MnO_2}$ vẫn còn đủ $0{,}5$ g. Kiến thức rút ra: Chất xúc tác làm thay đổi tốc độ và không bị tiêu hao sau quá trình theo vai trò xúc tác. Xúc tác không tạo nguyên tử; tổng khối lượng hệ vẫn bảo toàn, lượng sản phẩm còn do chất phản ứng.

HS củng cố khái niệm tốc độ phản ứng, diện tích tiếp xúc, chất xúc tác và nhận biết được quan niệm sai về xúc tác.

HS làm các câu sau (đề và đáp án):

1. Trong bài này, tốc độ phản ứng có đặc điểm nào? A. chỉ phụ thuộc thể tích phòng; B. mức nhanh chậm của biến đổi hóa học; C. tốc độ chuyển động cốc.
2. Diện tích tiếp xúc có đặc điểm nào? A. luôn làm đổi sản phẩm; B. không liên quan quá trình; C. nghiền nhỏ chất rắn có thể làm phản ứng nhanh hơn khi yếu tố khác giữ nguyên.
3. Ghép: Tốc độ phản ứng – mức nhanh chậm của biến đổi hóa học; Diện tích tiếp xúc – nghiền nhỏ chất rắn có thể làm phản ứng nhanh hơn khi yếu tố khác giữ nguyên; Chất xúc tác – làm thay đổi tốc độ và không bị tiêu hao sau quá trình theo vai trò xúc tác.
4. Nhận định “Xúc tác tạo thêm nguyên tử nên sản phẩm vượt khối lượng đầu vào.” – Đúng hay sai?
5. Điền thuật ngữ vào chỗ trống: “làm thay đổi tốc độ và không bị tiêu hao sau quá trình theo vai trò xúc tác” mô tả ……………….

Đáp án: Câu 1: B. Câu 2: C. Câu 3: Tốc độ phản ứng – mức nhanh chậm của biến đổi hóa học; Diện tích tiếp xúc – nghiền nhỏ chất rắn có thể làm phản ứng nhanh hơn khi yếu tố khác giữ nguyên; Chất xúc tác – làm thay đổi tốc độ và không bị tiêu hao sau quá trình theo vai trò xúc tác. Câu 4: Sai; xúc tác không tạo nguyên tử; tổng khối lượng hệ vẫn bảo toàn, lượng sản phẩm còn do chất phản ứng. Câu 5: chất xúc tác.

HS vận dụng kiến thức để giải thích tình huống hai mẫu đá vôi cùng khối lượng và lập luận bác bỏ quan niệm sai về xúc tác.

Tình huống 1: Hai mẫu cùng khối lượng đá vôi, bột phản ứng với cùng acid nhanh hơn viên. Kết luận trong điều kiện nào? Gợi ý: cần nêu dữ kiện giữ nguyên, quan hệ khoa học và kết luận.
Tình huống 2: Một bạn khẳng định: “Xúc tác tạo thêm nguyên tử nên sản phẩm vượt khối lượng đầu vào.” Hãy bác bỏ bằng một lí do khoa học, chỉ ra một hệ quả của cách hiểu sai và viết lại kết luận đúng.

Tình huống 1 – Mô hình trả lời: Khi acid cùng nồng độ, cùng lượng và cùng nhiệt độ, diện tích tiếp xúc của bột lớn hơn viên nên phản ứng nhanh hơn. Không suy ra bột có nhiều mol hơn vì cùng khối lượng thì số mol CaCO₃ bằng nhau. Tình huống 2 – Lí do: xúc tác không tạo nguyên tử; tổng khối lượng hệ vẫn bảo toàn, lượng sản phẩm còn do chất phản ứng. Hệ quả: dự đoán sai rằng lượng chất tạo ra vượt bảo toàn khối lượng chỉ vì có xúc tác. Phát biểu đúng: Xúc tác làm thay đổi tốc độ phản ứng và không bị tiêu hao; lượng sản phẩm do chất phản ứng quyết định. Thang điểm gợi ý: 40% xác định đúng dữ kiện và quan hệ; 40% suy luận; 20% kết luận và điều kiện.

HS vận dụng kiến thức về tốc độ phản ứng để giải thích vai trò của nhiệt độ trong đời sống và nêu điều kiện phù hợp với từng quá trình.

Câu hỏi: Vì sao tăng nhiệt độ có thể làm thức ăn hỏng nhanh nhưng không có nghĩa luôn tốt cho sản xuất? HS mô tả một ví dụ thực tế (ví dụ: thức ăn để ngoài nắng, quá trình sản xuất cần kiểm soát nhiệt) và nêu hai điều kiện cần kiểm soát. Nhiệm vụ về nhà: quan sát một hiện tượng sủi bọt hoặc biến đổi nhanh trong gia đình và ghi lại yếu tố nào làm tốc độ thay đổi.

Kiến thức rút ra: Nhiệt có thể tăng tốc nhiều phản ứng và quá trình sinh học, nhưng còn giới hạn an toàn, phân hủy và năng lượng; cần điều kiện phù hợp từng quá trình. Thang điểm gợi ý: 40% nêu đúng cơ chế hoặc tiêu chí; 40% áp dụng vào ví dụ; 20% nêu điều kiện hoặc hạn chế.