Bài 2

Giáo sư Molina (MIT, Nobel 1995) nghiên cứu phản ứng mưa axit tạo

\ce{H2SO4}

trong khí quyển và đề xuất hai cơ chế: Đề xuất A:

\ce{H2O(g) + SO3(g) -> H2SO4(g)}

; Đề xuất B:

\ce{2H2O(g) + SO3(g) -> H2SO4(g) + H2O(g)}

. (2.1) Theo thuyết va chạm đơn giản, bậc phản ứng mong đợi của A và B là gì? Đề xuất B được cho là đi qua

\ce{SO3 + 2H2O <=>[k_1][k_{-1}] SO3.2H2O}

(nhanh) và

\ce{SO3.2H2O ->[k_2] H2SO4 + H2O}

(chậm,

k_2 \ll k_1, k_{-1}

). (2.2) Dùng nguyên lí trạng thái dừng để suy ra định luật tốc độ và bậc của cơ chế. (2.3) Tính lượng tử cho năng lượng hoạt hóa tổng

E_A = +80

kJ mol⁻¹ (A) và

E_B = -20

kJ mol⁻¹ (B). Viết sự phụ thuộc Arrhenius theo nhiệt độ cho mỗi trường hợp và dự đoán hằng số tốc độ biến đổi thế nào với T. (2.4) Phản ứng tạo

\ce{H2SO4}

nhanh hơn ở tầng khí quyển trên (175 K) so với bề mặt (300 K): cơ chế nào chiếm ưu thế ở tầng trên?

Bước 4/4: Tầng khí quyển lạnh phía trên

← Trước Tiếp →

\frac{k_B(175)}{k_B(300)} = e^{\frac{20000}{8.314}\left(\frac{1}{175}-\frac{1}{300}\right)} \approx e^{5.7} \approx 300\ \Rightarrow\ \text{Proposal B dominates}

Phân tích

Tốc độ của A giảm mạnh ở 175 K ( $e^{-80/RT}$ ), trong khi của B tăng khoảng $e^{5.7} \approx 300$ lần từ 300 xuống 175 K. Vì $\ce{H2SO4}$ tạo nhanh hơn ở tầng trên, đề xuất B — kênh $E_a$ âm — phải chiếm ưu thế ở đó.