Nhiên liệu ammonia (NH3) có thể làm nhiên liệu thay thế cho xăng trong động cơ đốt trong. Phương pháp phân ly NH3 một phần được coi là hiệu quả để cải thiện hiệu suất động cơ vì H2 (sinh ra theo phản ứng R1) dễ cháy làm thúc đẩy quá trình đốt cháy NH3 còn lại.
2NH3(g) → N2(g) + 3H2(g) (R1)
Tốc độ phân hủy NH3 theo R1 xảy ra nhanh hơn nếu thực hiện trên bề mặt xúc tác kim loại, chẳng hạn tungsten (W). Để tìm hiểu ảnh hưởng của diện tích bề mặt xúc tác rắn đến tốc độ phản ứng, một nhóm tác giả đưa ra giả thuyết: “Khi tăng diện tích bề mặt xúc tác tungsten, tốc độ phản ứng phân hủy ammonia tăng”. Nhóm tác giả ghi lại sự thay đổi nồng độ NH3 theo thời gian ở các mốc nồng độ NH3 ban đầu và diện tích bề mặt tungsten khác nhau, kết quả thu được như sau:
a) Trong cùng điều kiện phản ứng, khi tăng nồng độ ammonia (NH3) thì tốc độ phản ứng tăng.
b) Ở thí nghiệm 1, tốc độ trung bình của phản ứng R1 trong 20 phút đầu tiên là 1,00E-5 mol/L.phút.
c) Kết quả thu được từ các thí nghiệm trên phù hợp với giả thuyết của nhóm tác giả.
d) Ở thí nghiệm 2, tại thời điểm t = 60 phút, giá trị x khác 0,40.
Câu trả lời tốt nhất
(a) Sai, trong cùng điều kiện phản ứng (cùng diện tích bề mặt chất xúc tác, xem số liệu TN1 và TN2), khi tăng nồng độ ammonia (NH3) thì tốc độ phản ứng không đổi: Nồng độ đầu của NH3 dùng là 1,20 mmol/L hay 2,40 mmol/L thì cứ sau 20 phút nồng độ NH3 lại giảm đi 0,40 mmol/L (ở giai đoạn đầu).
(b) Sai, v trung bình = (2,4 – 2,0)E-3 / 20 = 2,00E-5 mol/L.phút
(c) Đúng, kết quả cho thấy diện tích bề mặt chất xúc tác tăng gấp đôi thì tốc độ tăng gấp đôi (ở giai đoạn đầu).
(d) Sai (giải thích cho cả mục a, c):
Bề mặt W tạo ra các trung tâm hoạt động và NH3 bị phân hủy tại các trung tâm này. Khi diện tích bề mặt lớn, số trung tâm hoạt động nhiều, NH3 bị phân hủy nhanh hơn.
Mỗi trung tâm hoạt động tiếp nhận nguyên liệu NH3 theo khả năng của mình, không phụ thuộc nồng độ NH3 đang ở chế độ đợi chờ bên ngoài là nhiều hay ít —> Tốc độ phản ứng không phụ thuộc nồng độ NH3. Tốc độ này hoàn toàn tuyến tính cho đến khi NH3 “chạm đáy” thì tốc độ đột ngột về 0 ngay.
Các trung tâm hoạt động đòi hỏi nồng độ nguyên liệu NH3 phải đạt mức nhất định. Khi nồng độ NH3 “chạm đáy”, các trung tâm này đồng loạt nghỉ, không phụ thuộc vào số lượng trung tâm.
TN3 cho thấy trung tâm hoạt động đã nghỉ khi nồng độ NH3 còn 0,40 mmol/L —> x = y = 0,40 mmol/L.