Nếu cân bằng hóa học xác định giới hạn của phản ứng, thìtốc độ phản ứng hóa họcthì nó quyết định tốc độ nhanh hay chậm của phản ứng. Xét ở cấp độ vĩ mô, tốc độ là cầu nối giữa quan sát thực nghiệm và mô hình lý thuyết. Trong điều kiện nhất định, tốc độ phản ứng thường được biểu diễn bằng sự giảm nồng độ chất phản ứng hoặc tăng nồng độ sản phẩm trong một đơn vị thời gian.

Biểu thức toán học cốt lõi

Đối với phản ứng tổng quát $mA + nB = pC + qD$, tốc độ phản ứng tuân theo tỷ lệ hệ số cân bằng:

• Công thức cơ bản: $v = \frac{\Delta c}{\Delta t}$.
• Mối quan hệ giữa chất phản ứng/sản phẩm: $v(A) = -\frac{\Delta c(A)}{\Delta t}$, $v(C) = \frac{\Delta c(C)}{\Delta t}$.
• Quy tắc tỷ lệ: $\frac{v(A)}{m} = \frac{v(B)}{n} = \frac{v(C)}{p} = \frac{v(D)}{q}$.

Ví dụ về phản ứng công nghiệp và hữu cơ

Trong các quá trình sản xuất công nghiệp phức tạp hoặc tổng hợp hữu cơ, việc đo đạc chính xác tốc độ phản ứng là vô cùng quan trọng:

• Tổng hợp amoniac: $N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$. Nếu nồng độ $N_2$ giảm từ 0,8 xuống còn 0,7 mol/L trong vòng 5 phút, thì tốc độ của nó là $v(N_2) = 0,02 \text{ mol}/(\text{L} \cdot \text{phút})$.
• Chuyển hóa hữu cơ: Phản ứng khử nước tạo lactone từ γ-hydroxybutyric acid: $HOCH_2CH_2CH_2COOH \xrightarrow{H^+/\Delta} \text{Lactone} + H_2O$.
• Xử lý môi trường: $2\text{NO}(\text{khí}) + 2\text{CO}(\text{khí}) = \text{N}_2(\text{khí}) + 2\text{CO}_2(\text{khí})$, dựa vào việc theo dõi sự thay đổi áp suất trong xi-lanh để suy ra tốc độ.