Bạn đã bao giờ thắc mắc vì sao cùng một hộp sữa, để trong tủ lạnh thì uống được cả tuần, mà để quên ngoài bàn trong ngày hè nóng nực thì chỉ một buổi đã chua loét, không uống nổi nữa chưa? Sữa vẫn là sữa ấy, vi khuẩn vẫn là vi khuẩn ấy, vậy mà chỉ vì nhiệt độ khác nhau, sữa hỏng nhanh hơn gấp nhiều lần. Chuyện tương tự xảy ra trong bếp nhà bạn mỗi ngày: bạn luộc trứng trong nước sôi thì chín trong vài phút, còn ngâm trứng trong nước ấm thì đợi mãi vẫn sống nguyên. Nhiệt độ không chỉ làm thức ăn nóng lên, nó còn làm mọi phản ứng hóa học chạy nhanh hơn, và nhanh hơn rất nhiều so với những gì bạn tưởng tượng.
Các nhà hóa học thế kỉ mười chín cũng tò mò về chuyện này giống bạn. Nhà hóa học người Hà Lan Jacobus Henricus van't Hoff đã làm hàng trăm thí nghiệm, đo tốc độ phản ứng ở nhiều nhiệt độ khác nhau, và ông phát hiện ra một quy luật đẹp đến bất ngờ: cứ tăng nhiệt độ thêm 10 độ C, tốc độ phản ứng tăng lên từ 2 đến 4 lần. Không phải tăng thêm một chút, mà là nhân lên gấp đôi, gấp ba, gấp bốn, và cứ thế nhân tiếp mỗi khi nhiệt độ tăng thêm 10 độ nữa. Bài học hôm nay, Hóa học 10, sẽ dạy bạn đúng quy luật ấy, qua một công thức ngắn gọn mang tên ông: công thức tính hệ số nhiệt van't Hoff. Bạn chỉ cần học thuộc một công thức, nhớ một con số nằm trong khoảng từ 2 đến 4, là bạn tính được sữa sẽ hỏng nhanh gấp mấy lần trong ngày hè, trứng luộc chín nhanh hơn bao nhiêu khi nước sôi già, hay một phản ứng trong nhà máy sẽ chạy nhanh gấp mấy lần khi người ta tăng nhiệt độ lò lên 30 độ.
Công thức tính hệ số nhiệt van't Hoff: nóng thêm 10 độ, nhanh gấp mấy lần
Trước khi viết công thức, bạn hãy làm quen với ba nhân vật chính của bài học này. Nhân vật thứ nhất là tốc độ phản ứng, kí hiệu là v, đọc là vê. Tốc độ phản ứng cho bạn biết phản ứng chạy nhanh hay chậm, ví dụ sữa chua nhanh hay chậm, sắt gỉ nhanh hay chậm, thuốc nổ cháy nhanh hay chậm. Nhân vật thứ hai là nhiệt độ, kí hiệu là T, đo bằng độ C trong đời sống và đo bằng K trong tính toán khoa học, nhưng trong công thức hôm nay, bạn chỉ cần quan tâm tới độ chênh lệch nhiệt độ, tức là T₂ trừ T₁, nên dùng độ C hay K thì kết quả cũng như nhau, vì một độ C chênh lệch bằng đúng một K chênh lệch. Nhân vật thứ ba là hệ số nhiệt, kí hiệu là chữ gamma trong bảng chữ cái Hi Lạp, viết là γ, đọc là gam-ma. Hệ số nhiệt cho bạn biết mỗi lần tăng 10 độ C thì tốc độ phản ứng nhân lên bao nhiêu lần, và thực nghiệm cho thấy γ thường nằm trong khoảng từ 2 đến 4, tức là tăng từ 2 lần tới 4 lần, tùy từng phản ứng.
Bây giờ là công thức quan trọng nhất của bài học. Tỉ số giữa tốc độ phản ứng ở nhiệt độ sau và tốc độ phản ứng ở nhiệt độ trước bằng γ lũy thừa với số mũ bằng hiệu nhiệt độ chia cho 10. Viết gọn lại: v₂ chia v₁ bằng γ lũy thừa ((T₂ trừ T₁) chia 10). Trong đó, v₂ là tốc độ phản ứng ở nhiệt độ sau, v₁ là tốc độ phản ứng ở nhiệt độ trước, T₂ là nhiệt độ sau, T₁ là nhiệt độ trước, và γ là hệ số nhiệt nằm trong khoảng từ 2 đến 4. Bạn hãy đọc công thức này như một câu nói đời thường: muốn biết phản ứng nhanh lên mấy lần, bạn lấy độ chênh lệch nhiệt độ chia cho 10, rồi lấy γ lũy thừa với số mũ ấy. Nếu nhiệt độ tăng thêm 10 độ, số mũ bằng 1, tốc độ tăng γ lần. Nếu nhiệt độ tăng thêm 20 độ, số mũ bằng 2, tốc độ tăng γ nhân γ lần. Nếu nhiệt độ tăng thêm 30 độ, số mũ bằng 3, tốc độ tăng γ nhân γ nhân γ lần, và cứ thế tiếp tục.
Bạn hãy nhìn lại đồ thị đường cong ở đầu bài để thấy công thức sống động như thế nào. Đường cong vẽ tốc độ phản ứng tăng theo nhiệt độ với γ bằng 2: ở mức tăng 0 độ, tốc độ là 1 lần, tức là không đổi; tăng 10 độ, tốc độ là 2 lần; tăng 20 độ, tốc độ là 4 lần; tăng 30 độ, tốc độ là 8 lần; tăng 40 độ, tốc độ là 16 lần; tăng 50 độ, tốc độ là 32 lần. Bạn thấy đường cong càng lên cao càng dốc đứng, vì mỗi lần tăng thêm 10 độ, tốc độ không cộng thêm 2 mà nhân thêm 2, nên càng về sau, tốc độ tăng càng khủng khiếp. Đây chính là điểm khác biệt lớn nhất giữa quy luật van't Hoff và suy nghĩ thông thường của chúng ta: chúng ta hay nghĩ tăng nhiệt độ thì phản ứng nhanh thêm một chút, nhưng thực tế là phản ứng nhanh lên theo cấp số nhân, và chỉ cần tăng nhiệt độ thêm 30 độ thôi, phản ứng đã chạy nhanh gấp 8 lần rồi.
Có ba điểm bạn nhất định phải nhớ khi dùng công thức này, vì đề thi rất hay gài bẫy ở đúng ba chỗ này. Thứ nhất, số mũ là hiệu nhiệt độ chia cho 10, không phải hiệu nhiệt độ chia cho 2 hay chia cho 5, và bạn phải chia trước rồi mới tính lũy thừa. Nếu nhiệt độ tăng thêm 30 độ, số mũ là 30 chia 10 bằng 3, rồi mới tính γ lũy thừa 3, chứ không được lấy γ nhân với 30. Thứ hai, γ nằm trong khoảng từ 2 đến 4, nên nếu đề bài không cho γ thì bạn không thể tính ra con số chính xác, mà chỉ có thể ước lượng trong khoảng, ví dụ tăng 10 độ thì tốc độ tăng từ 2 đến 4 lần. Khi đề bài cho γ bằng 2, bạn dùng 2; khi đề bài cho γ bằng 3, bạn dùng 3; đừng bao giờ tự ý lấy γ bằng 2 khi đề bài đã cho một số khác. Thứ ba, công thức này cũng đúng khi nhiệt độ giảm xuống, chỉ khác là số mũ sẽ mang dấu âm, và tốc độ sẽ giảm đi thay vì tăng lên. Nếu nhiệt độ giảm 10 độ, số mũ bằng âm 1, tốc độ còn lại bằng một phần γ, tức là phản ứng chậm đi γ lần. Đây chính là lí do vì sao tủ lạnh bảo quản được thức ăn: hạ nhiệt độ xuống 10 độ, vi khuẩn sinh sôi chậm đi 2 đến 4 lần, thức ăn hỏng chậm lại bấy nhiêu.
Để bạn thấy công thức này có ích như thế nào trong đời sống, hãy nghĩ tới tủ lạnh nhà bạn. Sữa để ở nhiệt độ phòng 30 độ C thì hỏng sau một ngày, nhưng để trong tủ lạnh ở 5 độ C thì giữ được cả tuần, vì nhiệt độ giảm 25 độ, tốc độ phản ứng hỏng sữa giảm đi khoảng 2 lũy thừa 2,5, tức là gần 6 lần. Các nhà máy hóa chất cũng dùng đúng quy luật này: họ tăng nhiệt độ lò phản ứng lên để phản ứng chạy nhanh hơn, sản xuất được nhiều sản phẩm hơn trong cùng một thời gian, nhưng họ cũng phải cẩn thận vì tăng nhiệt độ quá cao có thể làm phản ứng chạy quá nhanh, gây nổ, hoặc làm xúc tác bị hỏng. Nếu bạn muốn ôn lại cách tính tốc độ phản ứng trung bình trước khi làm bài tập hệ số nhiệt, bạn có thể xem lại bài về hiệu suất của Vật lí 10, vì nhiều bài toán sẽ cho hiệu suất để bạn tính lượng sản phẩm thực tế thu được. Khi cần bấm máy tính nhanh để kiểm tra phép lũy thừa như 2 lũy thừa 3 hay 3 lũy thừa 2, bạn có thể dùng máy tính Casio online ngay trên trình duyệt, nhưng bạn vẫn nên tự nhẩm lại một lần để chắc chắn mình không bấm nhầm số mũ.
Bốn ví dụ tính hệ số nhiệt van't Hoff từng bước, số nào ra số ấy
Ví dụ 1 là ví dụ gốc trong sách giáo khoa, bạn hãy làm thật chậm cùng thầy cô trên lớp, vì nó là khuôn mẫu cho mọi bài hệ số nhiệt sau này. Đề bài cho: một phản ứng có hệ số nhiệt γ bằng 2, hỏi khi tăng nhiệt độ thêm 30 độ C thì tốc độ phản ứng tăng lên bao nhiêu lần. Bước đầu tiên, bạn viết lại công thức: v₂ chia v₁ bằng γ lũy thừa ((T₂ trừ T₁) chia 10). Bước thứ hai, bạn tính số mũ: hiệu nhiệt độ là 30 độ C, chia cho 10 được 3. Bước thứ ba, bạn thay γ bằng 2 và số mũ bằng 3 vào công thức: v₂ chia v₁ bằng 2 lũy thừa 3. Bước thứ tư, bạn tính 2 lũy thừa 3 bằng 2 nhân 2 nhân 2, bằng 8. Vậy tốc độ phản ứng tăng lên 8 lần. Bạn hãy đối chiếu con số này với đồ thị ở đầu bài: điểm tăng 30 độ trên đồ thị ghi đúng 8 lần, khớp hoàn toàn với phép tính của bạn. Bạn cũng có thể hiểu kết quả này theo cách khác: tăng 10 độ thì tốc độ nhân đôi một lần, tăng 20 độ thì nhân đôi hai lần thành 4 lần, tăng 30 độ thì nhân đôi ba lần thành 8 lần, cứ mỗi 10 độ là một lần nhân đôi.
Ví dụ 2 là dạng bài với hệ số nhiệt bằng 3, để bạn thấy γ càng lớn thì tốc độ tăng càng nhanh. Đề bài: một phản ứng có hệ số nhiệt γ bằng 3, hỏi khi tăng nhiệt độ thêm 20 độ C thì tốc độ phản ứng tăng lên bao nhiêu lần. Bước đầu tiên, bạn viết lại công thức như cũ. Bước thứ hai, bạn tính số mũ: hiệu nhiệt độ là 20 độ C, chia cho 10 được 2. Bước thứ ba, bạn thay γ bằng 3 và số mũ bằng 2 vào công thức: v₂ chia v₁ bằng 3 lũy thừa 2. Bước thứ tư, bạn tính 3 lũy thừa 2 bằng 3 nhân 3, bằng 9. Vậy tốc độ phản ứng tăng lên 9 lần. Bạn hãy so sánh ví dụ này với ví dụ 1: cùng tăng 20 độ, phản ứng có γ bằng 2 chỉ tăng 4 lần, còn phản ứng có γ bằng 3 tăng tới 9 lần, gần gấp đôi. Điều này cho thấy mỗi phản ứng có một hệ số nhiệt riêng, phản ứng càng nhạy với nhiệt độ thì γ càng lớn, và bạn không thể lấy γ của phản ứng này áp cho phản ứng khác.
Ví dụ 3 là dạng bài tính thời gian phản ứng, một dạng bài rất hay gặp trong đề kiểm tra vì nó buộc bạn phải suy nghĩ thêm một bước. Đề bài: một phản ứng có hệ số nhiệt γ bằng 2, ở nhiệt độ ban đầu phản ứng hoàn thành sau 80 phút, hỏi khi tăng nhiệt độ thêm 40 độ C thì phản ứng hoàn thành sau bao lâu. Bước đầu tiên, bạn tính tốc độ tăng lên bao nhiêu lần: hiệu nhiệt độ là 40 độ C, chia cho 10 được 4, 2 lũy thừa 4 bằng 16, vậy tốc độ tăng 16 lần. Bước thứ hai, bạn nhớ rằng thời gian phản ứng tỉ lệ nghịch với tốc độ: tốc độ tăng 16 lần thì thời gian giảm đi 16 lần. Bước thứ ba, bạn tính thời gian mới: 80 phút chia 16 bằng 5 phút. Vậy phản ứng hoàn thành sau 5 phút, nhanh hơn trước tới 75 phút. Bạn hãy kiểm tra lại bằng cảm giác đời thường: nấu một món ăn mất 80 phút ở lửa nhỏ, tăng lửa lên để nhiệt độ tăng 40 độ, món ăn chín chỉ trong 5 phút, nghe thì khó tin nhưng đó chính là sức mạnh của lũy thừa, và đó cũng là lí do vì sao đầu bếp luôn căn lửa rất kĩ, vì chỉ cần lửa to thêm một chút, món ăn có thể cháy khét trong tích tắc.
Ví dụ 4 là dạng bài nhiệt độ giảm xuống, để bạn thấy công thức van't Hoff cũng đúng khi làm lạnh. Đề bài: một phản ứng có hệ số nhiệt γ bằng 4, hỏi khi giảm nhiệt độ đi 20 độ C thì tốc độ phản ứng thay đổi như thế nào. Bước đầu tiên, bạn viết lại công thức. Bước thứ hai, bạn tính số mũ: hiệu nhiệt độ là âm 20 độ C, vì nhiệt độ sau thấp hơn nhiệt độ trước 20 độ, chia cho 10 được âm 2. Bước thứ ba, bạn thay γ bằng 4 và số mũ bằng âm 2 vào công thức: v₂ chia v₁ bằng 4 lũy thừa âm 2. Bước thứ tư, bạn tính 4 lũy thừa âm 2 bằng 1 chia cho 4 lũy thừa 2, tức là 1 chia 16, bằng 0,0625. Vậy tốc độ phản ứng chỉ còn bằng một phần 16 tốc độ ban đầu, tức là phản ứng chậm đi 16 lần. Bạn hãy nghĩ tới tủ lạnh một lần nữa: hạ nhiệt độ xuống 20 độ, vi khuẩn sinh sôi chậm đi 16 lần, thức ăn giữ được lâu hơn gấp 16 lần, đó chính là lí do vì sao tủ lạnh là phát minh vĩ đại nhất của ngành bảo quản thực phẩm.
Năm lỗi sai thường gặp khi tính hệ số nhiệt van't Hoff và cách tránh
Lỗi thứ nhất là quên chia hiệu nhiệt độ cho 10 mà lấy thẳng hiệu nhiệt độ làm số mũ. Đề bài cho tăng 30 độ, bạn tính 2 lũy thừa 30, ra một con số khổng lồ hơn một tỉ lần, hoàn toàn vô lí. Cách tránh rất đơn giản: trước khi tính lũy thừa, bạn hãy viết rõ số mũ ra giấy, số mũ bằng hiệu nhiệt độ chia 10, ví dụ tăng 30 độ thì số mũ bằng 3, tăng 20 độ thì số mũ bằng 2, tăng 10 độ thì số mũ bằng 1. Bạn hãy nhớ, số 10 trong công thức là mốc chuẩn mà van't Hoff đã chọn, và mọi phép tính đều phải đi qua bước chia cho 10 này.
Lỗi thứ hai là lấy γ nhân với hiệu nhiệt độ thay vì lấy γ lũy thừa với số mũ. Đề bài cho γ bằng 2 và tăng 30 độ, bạn tính 2 nhân 3 bằng 6 lần, trong khi đáp án đúng là 2 lũy thừa 3 bằng 8 lần. Cách tránh là bạn hãy nhớ, quy luật van't Hoff là quy luật nhân, không phải quy luật cộng: mỗi 10 độ là một lần nhân, không phải một lần cộng. Bạn có thể kiểm tra nhanh bằng cách tính tay: tăng 10 độ thì nhân 2 một lần thành 2, tăng 20 độ thì nhân 2 hai lần thành 4, tăng 30 độ thì nhân 2 ba lần thành 8, nếu bạn tính ra 6 thì bạn đã cộng thay vì nhân.
Lỗi thứ ba là dùng nhầm γ, lấy γ bằng 2 trong khi đề bài cho γ bằng 3 hoặc bằng 4. Cách tránh là bạn hãy đọc kĩ đề bài và gạch chân con số γ ngay khi đọc, vì γ là dữ kiện quan trọng nhất của bài toán, không có γ thì không tính được gì. Bạn cũng cần nhớ γ nằm trong khoảng từ 2 đến 4, nên nếu bạn tính ra γ bằng 5 hay bằng 1,5 thì chắc chắn bạn đã đọc nhầm đề bài hoặc đề bài đang hỏi một phản ứng đặc biệt mà bạn cần xem lại.
Lỗi thứ tư là nhầm lẫn giữa tốc độ tăng lên và thời gian giảm đi. Đề bài hỏi phản ứng hoàn thành sau bao lâu khi tốc độ tăng 16 lần, bạn trả lời 16 lần mà quên chia thời gian ban đầu cho 16. Cách tránh là bạn hãy nhớ, tốc độ và thời gian tỉ lệ nghịch với nhau: tốc độ tăng lên bao nhiêu lần thì thời gian giảm đi bấy nhiêu lần. Bạn hãy viết rõ hai bước ra giấy: bước một tính tốc độ tăng bao nhiêu lần, bước hai lấy thời gian ban đầu chia cho số lần ấy, đừng bao giờ trả lời ngay sau bước một.
Lỗi thứ năm là quên dấu âm khi nhiệt độ giảm xuống, tính 4 lũy thừa 2 bằng 16 lần rồi kết luận tốc độ tăng 16 lần, trong khi thực tế tốc độ giảm đi 16 lần. Cách tránh là bạn hãy xác định rõ nhiệt độ tăng hay giảm ngay từ đầu: nếu T₂ lớn hơn T₁ thì số mũ dương và tốc độ tăng, nếu T₂ nhỏ hơn T₁ thì số mũ âm và tốc độ giảm. Bạn hãy viết hiệu nhiệt độ kèm dấu, ví dụ âm 20 độ, rồi mới chia cho 10, để dấu âm không bị rơi mất trong lúc tính toán.
Năm bài tập trắc nghiệm tự luyện
Bạn hãy làm năm câu trắc nghiệm dưới đây mà không nhìn đáp án trước, tính lũy thừa cẩn thận từng câu, viết rõ số mũ ra giấy nháp, rồi mới đối chiếu với bảng đáp án và phần giải thích chi tiết ở ngay sau đó. Mỗi câu chỉ có một đáp án đúng, và các đáp án đúng được rải đều ở nhiều chữ cái khác nhau, nên bạn đừng đoán theo thói quen khoanh một chữ cái quen tay.
Câu 1: Một phản ứng có hệ số nhiệt γ bằng 2. Khi tăng nhiệt độ thêm 10 độ C thì tốc độ phản ứng tăng lên bao nhiêu lần?
A. 2 lần
B. 4 lần
C. 8 lần
D. 10 lần
Câu 2: Một phản ứng có hệ số nhiệt γ bằng 3. Khi tăng nhiệt độ thêm 30 độ C thì tốc độ phản ứng tăng lên bao nhiêu lần?
A. 9 lần
B. 27 lần
C. 3 lần
D. 81 lần
Câu 3: Một phản ứng có hệ số nhiệt γ bằng 2. Khi tăng nhiệt độ thêm 50 độ C thì tốc độ phản ứng tăng lên bao nhiêu lần?
A. 16 lần
B. 32 lần
C. 10 lần
D. 64 lần
Câu 4: Một phản ứng có hệ số nhiệt γ bằng 4. Khi giảm nhiệt độ đi 10 độ C thì tốc độ phản ứng thay đổi như thế nào?
A. Tăng 4 lần
B. Giảm 4 lần
C. Giảm 16 lần
D. Không đổi
Câu 5: Một phản ứng có hệ số nhiệt γ bằng 2, ở nhiệt độ ban đầu phản ứng hoàn thành sau 64 phút. Khi tăng nhiệt độ thêm 40 độ C thì phản ứng hoàn thành sau bao lâu?
A. 4 phút
B. 16 phút
C. 8 phút
D. 32 phút
Bảng đáp án và giải thích cặn kẽ từng câu
Bạn hãy đối chiếu đáp án của mình với bảng dưới đây trước, rồi đọc kĩ phần giải thích từng câu ngay sau bảng, vì phần giải thích sẽ nói rõ vì sao đáp án đúng lại đúng và vì sao mỗi đáp án sai lại sai, để bạn không mắc lại lỗi ấy trong bài kiểm tra thật.
| Câu | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Đáp án | A | B | B | B | A |
Câu 1, đáp án đúng là A, 2 lần. Bạn tính số mũ: tăng 10 độ C chia 10 được 1, 2 lũy thừa 1 bằng 2, vậy tốc độ tăng 2 lần. Đáp án B là 4 lần là sai, vì đó là kết quả khi tăng 20 độ C, tức là 2 lũy thừa 2, chứ không phải tăng 10 độ. Đáp án C là 8 lần là sai, vì đó là kết quả khi tăng 30 độ C, tức là 2 lũy thừa 3. Đáp án D là 10 lần là sai, vì bạn đã lấy thẳng con số 10 trong 10 độ C làm đáp án mà không qua phép tính lũy thừa nào.
Câu 2, đáp án đúng là B, 27 lần. Bạn tính số mũ: tăng 30 độ C chia 10 được 3, 3 lũy thừa 3 bằng 3 nhân 3 nhân 3, bằng 27, vậy tốc độ tăng 27 lần. Đáp án A là 9 lần là sai, vì đó là kết quả khi tăng 20 độ C, tức là 3 lũy thừa 2. Đáp án C là 3 lần là sai, vì đó là kết quả khi tăng 10 độ C, tức là 3 lũy thừa 1, bạn đã tính với số mũ bằng 1 thay vì bằng 3. Đáp án D là 81 lần là sai, vì đó là kết quả khi tăng 40 độ C, tức là 3 lũy thừa 4, bạn đã tính thừa một lần nhân.
Câu 3, đáp án đúng là B, 32 lần. Bạn tính số mũ: tăng 50 độ C chia 10 được 5, 2 lũy thừa 5 bằng 2 nhân 2 nhân 2 nhân 2 nhân 2, bằng 32, vậy tốc độ tăng 32 lần. Đáp án A là 16 lần là sai, vì đó là kết quả khi tăng 40 độ C, tức là 2 lũy thừa 4. Đáp án C là 10 lần là sai, vì bạn đã lấy thẳng con số 10 trong 10 độ C làm đáp án. Đáp án D là 64 lần là sai, vì đó là kết quả khi tăng 60 độ C, tức là 2 lũy thừa 6, bạn đã tính thừa một lần nhân.
Câu 4, đáp án đúng là B, giảm 4 lần. Bạn tính số mũ: giảm 10 độ C, hiệu nhiệt độ bằng âm 10, chia 10 được âm 1, 4 lũy thừa âm 1 bằng 1 chia 4, vậy tốc độ chỉ còn một phần 4, tức là giảm đi 4 lần. Đáp án A là tăng 4 lần là sai, vì bạn đã quên dấu âm, nhiệt độ giảm thì tốc độ phải giảm chứ không thể tăng. Đáp án C là giảm 16 lần là sai, vì đó là kết quả khi giảm 20 độ C, tức là 4 lũy thừa âm 2, chứ không phải giảm 10 độ. Đáp án D là không đổi là sai, vì nhiệt độ thay đổi thì tốc độ phản ứng nhất định thay đổi theo quy luật van't Hoff, không bao giờ giữ nguyên.
Câu 5, đáp án đúng là A, 4 phút. Bạn tính tốc độ tăng lên bao nhiêu lần trước: tăng 40 độ C chia 10 được 4, 2 lũy thừa 4 bằng 16, vậy tốc độ tăng 16 lần. Thời gian tỉ lệ nghịch với tốc độ, nên thời gian mới bằng 64 phút chia 16, bằng 4 phút. Đáp án B là 16 phút là sai, vì bạn đã lấy 64 chia 4, tức là chia cho số mũ thay vì chia cho số lần tốc độ tăng. Đáp án C là 8 phút là sai, vì đó là kết quả khi tốc độ chỉ tăng 8 lần, tức là tăng 30 độ C, chứ không phải tăng 40 độ. Đáp án D là 32 phút là sai, vì đó là kết quả khi tốc độ chỉ tăng 2 lần, tức là tăng 10 độ C, bạn đã tính với số mũ quá nhỏ.
Năm câu hỏi thường gặp về hệ số nhiệt van't Hoff
Câu hỏi 1: Hệ số nhiệt γ là gì, nói một câu ngắn gọn thì hiểu thế nào? Trả lời: hệ số nhiệt γ là con số cho biết mỗi lần tăng nhiệt độ thêm 10 độ C thì tốc độ phản ứng nhân lên bao nhiêu lần, và thực nghiệm cho thấy γ thường nằm trong khoảng từ 2 đến 4. Bạn hãy nhớ, γ không phải là nhiệt độ, cũng không phải là tốc độ, mà là hệ số nhân của tốc độ mỗi khi nhiệt độ tăng thêm một nấc 10 độ.
Câu hỏi 2: Vì sao tăng nhiệt độ lại làm phản ứng chạy nhanh hơn? Trả lời: vì khi nhiệt độ tăng, các phân tử chuyển động nhanh hơn, va chạm với nhau mạnh hơn và thường xuyên hơn, nên có nhiều phân tử đủ năng lượng để vượt qua rào cản năng lượng và tham gia phản ứng hơn. Bạn hãy tưởng tượng một đám đông đang đi bộ chậm rãi, bỗng nhiên mọi người cùng chạy nhanh lên, số lần va chạm giữa họ sẽ tăng vọt, và phản ứng hóa học cũng diễn ra tương tự như vậy ở cấp độ phân tử.
Câu hỏi 3: Công thức van't Hoff có đúng với mọi phản ứng không? Trả lời: công thức này là quy luật gần đúng, đúng với nhiều phản ứng trong khoảng nhiệt độ thường gặp, nhưng không phải là định luật tuyệt đối. Với một số phản ứng đặc biệt, ví dụ phản ứng có xúc tác men sinh học, tăng nhiệt độ quá cao có thể làm men bị biến tính và phản ứng chậm lại thay vì nhanh lên. Trong chương trình Hóa học 10, bạn chỉ cần áp dụng công thức này cho các bài toán mà đề bài đã cho γ, và nhớ rằng γ nằm trong khoảng từ 2 đến 4.
Câu hỏi 4: Tủ lạnh bảo quản thức ăn theo nguyên lí nào của quy luật van't Hoff? Trả lời: tủ lạnh hạ nhiệt độ xuống thấp, làm tốc độ các phản ứng phân hủy thức ăn và tốc độ sinh sôi của vi khuẩn giảm đi nhiều lần, vì mỗi lần giảm 10 độ, tốc độ giảm đi 2 đến 4 lần. Sữa để ở nhiệt độ phòng 30 độ C hỏng sau một ngày, nhưng để trong tủ lạnh ở 5 độ C thì giữ được cả tuần, chính là nhờ quy luật này. Bạn hãy nhớ, tủ lạnh không giết chết vi khuẩn, nó chỉ làm vi khuẩn hoạt động chậm lại mà thôi.
Câu hỏi 5: Tăng nhiệt độ lên mãi thì phản ứng có nhanh lên mãi không? Trả lời: về mặt công thức thì có, nhưng trong thực tế thì không, vì tăng nhiệt độ quá cao có thể gây ra nhiều vấn đề: chất tham gia có thể bị phân hủy, xúc tác có thể bị hỏng, phản ứng có thể chạy quá nhanh gây nổ, hoặc cân bằng của phản ứng có thể dịch chuyển theo hướng bất lợi. Các nhà máy hóa chất luôn phải tìm nhiệt độ tối ưu, vừa đủ nhanh để sản xuất hiệu quả, vừa đủ an toàn để không xảy ra sự cố, chứ không phải cứ tăng nhiệt độ lên mãi là tốt.
Kết luận: nóng thêm 10 độ, nhanh gấp mấy lần, nhớ một công thức là tính được
Bạn đã đi hết một vòng tròn rất đẹp của bài học hôm nay: bắt đầu từ hộp sữa chua nhanh trong ngày hè và quả trứng luộc chín trong nước sôi, bạn đã hiểu tốc độ phản ứng là gì, hệ số nhiệt γ là gì, bạn đã học công thức lấy γ lũy thừa với số mũ bằng hiệu nhiệt độ chia cho 10, bạn đã làm bốn ví dụ tính từng bước từ tăng 30 độ nhanh gấp 8 lần tới giảm 20 độ chậm đi 16 lần, bạn đã nhận diện năm lỗi sai mà nhiều bạn hay mắc, và bạn đã tự luyện năm câu trắc nghiệm có giải thích cặn kẽ. Bạn hãy ghi nhớ ba điều quan trọng nhất trước khi gấp sách lại: thứ nhất, số mũ bằng hiệu nhiệt độ chia cho 10, không phải hiệu nhiệt độ; thứ hai, γ nằm trong khoảng từ 2 đến 4, và bạn phải dùng đúng γ mà đề bài cho; thứ ba, tốc độ và thời gian tỉ lệ nghịch với nhau, tốc độ tăng bao nhiêu lần thì thời gian giảm đi bấy nhiêu lần.
Bài học này cũng mở ra cho bạn một cách nhìn mới về thế giới xung quanh: mỗi lần bạn bỏ thức ăn vào tủ lạnh, bật bếp nấu ăn hay nhìn sữa chua nhanh trong ngày hè, bạn đều đang chứng kiến quy luật van't Hoff diễn ra ngay trước mắt. Bạn hãy thử tự tính xem sữa nhà bạn sẽ hỏng nhanh gấp mấy lần nếu để quên ngoài bàn trong ngày hè 35 độ C so với để trong tủ lạnh 5 độ C, và bạn sẽ thấy hóa học không nằm yên trong sách giáo khoa mà đang chạy quanh bạn mỗi ngày. Khi cần ôn lại, bạn hãy xem lại bài về biến thiên enthalpy và bài về hiệu suất, và bạn có thể dùng máy tính Casio online để kiểm tra lại phép lũy thừa của mình cho thật chắc chắn. Chúc bạn làm bài kiểm tra tới đây thật tốt, và chúc bạn từ hôm nay sẽ là người hiểu rõ vì sao tủ lạnh nhà mình lại quan trọng đến thế, và vì sao đầu bếp giỏi luôn là người căn lửa giỏi nhất.