GIÁO TRÌNH THÍ NGHIỆM HOÁ lý kỹ THUẬT

TỔNG LIÊN ĐỒN LAO ĐỘNG VIỆT NAM ĐẠI HỌC TƠN ĐỨC THẮNG KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG GIÁO TRÌNH THÍ NGHIỆM HỐ LÝ KỸ THUẬT -602041- Tp.Hồ Chí Minh, năm 2017 LỜI MỞ ĐẦU Giáo trình biên soạn nhằm phục vụ cho mơn học Thí nghiệm Hố lý kỹ thuật ngành Kỹ thuật hoá học, Khoa Khoa học Ứng dụng, trường Đại học Tôn Đức Thắng Môn học giúp sinh viên củng cố kiến thức hai mơn lý thuyết Hóa lý kỹ thuật Hóa lý kỹ thuật 2: động hóa học, cân pha, điện hóa, hấp phụ Đồng thời rèn luyện cho sinh viên kỹ năng, thao tác, phương pháp thực hành vận hành thiết bị đo, xử lý số liệu Mỗi thí nghiệm hóa lý giống nghiên cứu nhỏ Sinh viên cần phải hiểu rõ sở lý thuyết thí nghiệm phương pháp nghiên cứu áp dụng Mỗi thực hành sử dụng loại dụng cụ đo thiết bị khác nhau, đòi hỏi phải tìm hiểu trước để nắm nguyên lý đo biết cách lắp ráp, sử dụng dụng cụ, đọc xử lý kết Khi tiến hành thí nghiệm, sinh viên phải tuân thủ phương pháp thí nghiệm, cách vận hành máy đo mẫu, đồng thời thao tác phải xác, cẩn thận nhằm hạn chế tối đa sai số Kết thí nghiệm thể xác thao tác người làm Sinh viên cần chuẩn bị nội dung lý thuyết liên quan đến thí nghiệm để làm thí nghiệm cách tốt Giáo trình Bộ mơn Hóa kỹ thuật biên soạn nhằm hỗ trợ tối đa sinh viên q trình học tập mơn thí nghiệm Hóa lý MỤC LỤC BÀI 1: NỘI QUY MƠN HỌC VÀ PHỊNG THÍ NGHIỆM PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM BÀI 2: CÂN BẰNGLỎNG - LỎNG 15 BÀI 3: CÂN BẰNGLỎNG - HƠI 21 BÀI 4: CÂN BẰNGLỎNG - RẮN .32 BÀI 5: PHẢN ỨNG NGHỊCH ĐẢO ĐƯỜNG .39 BÀI 6: THUỶ PHÂN ESTER BẰNG KIỀM 44 BÀI 7: ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA DUNG DỊCH 49 BÀI 8: SỐ TẢI 54 BÀI 9: HẤP THỤ TRONG DUNG DỊCHTRÊN BỀ MẶT CHẤT HẤP PHỤ RẮN 60 BÀI 10: ÔN TẬP VÀ KIỂM TRA 65 BÀI 1: NỘI QUY MƠN HỌC VÀ PHỊNG THÍ NGHIỆM PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM I MỘT SỐ YÊU CẦU CHUNG KHI LÀM THÍ NGHIỆM HỐ LÝ - Khi làm thí nghiệm (TN) Hố Lý, sinh viên (SV) có điều kiện làm quen với nhiều thể loại dụng cụ đo thiết bị khác nhau, từ thô sơ (do Phòng TN tự chế tạo) đến phức tạp (thiết bị chuyên dùng) Vì SV cần chuẩn bị kỹ nội dung TN trước đến làm TN, phải nắm nguyên lý đo sơ đồ lắp ráp TN sử dụng tự ráp thiết bị Trước làm TN, SV phải qua kiểm tra đầu chuẩn bị thí nghiệm - Phải có tác phong nghiên cứu coi tập TN nghiên cứu nhỏ, tác phong nghiên cứu cẩn thận, xác, linh hoạt rèn luyện tính quan sát Cần lưu ý: + Trước tiến hành phép đo, phải lưu ý đến việc chuẩn dụng cụ đo để thu số liệu đáng tin cậy (pH, máy đo độ dẫn, đo Brix) + Khi thực phép đo máy móc, cần phải tuân thủ thao tác vận hành máy chuẩn bị mẫu đo Trước đo cần tìm hiểu kỹ nguyên tắc đo máy nguyên nhân dẫn đến sai số để hạn chế sai số + Khi tiến hành TN phải xếp cách khoa học công việc làm, dụng cụ để gọn gàng, Ví dụ: Khi tiến hành đo với dãy dung dịch có nồng độ khác nhau: bình, cốc đo, cuvet phải sẽ, tráng kỹ nước cất sau tráng dung dịch cần đo Thứ tự đo đo dung dịch loãng trước, dung dịch đặc sau Sau lần đo với dung dịch loãng, cần tráng dung dịch đo, không cần tráng nước cất để tránh làm lỗng dung dịch Ví dụ cho thấy riêng việc làm bình đo cần địi hỏi tính khoa học II ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA PHÉP ĐO II.1 BIỂU DIỄN CHỮ SỐ CÓ NGHĨA Số chữ số dùng để biểu thị trị số phép đo phải biểu thị mức độ xác trị số Những chữ số cần thiết để biểu diễn trị số với toàn độ xác gọi chữ số có nghĩa Ví dụ: số 2888 số 2,888 có bốn chữ số có nghĩa Những số phía trước phía sau, ví dụ số 0,02888 2888000, thường xác định độ lớn số khơng liên quan đến độ xác tương đối số, trường hợp hai số 0,02888 2888000 có bốn chữ số có nghĩa Tuy nhiên, vài số cuối chữ số có nghĩa chúng thể độ xác phép đo Để tránh nhầm lẫn, người ta thường biểu diễn số lớn nhỏ dạng tích số mũ Ví dụ: 2,888.103 có bốn chữ số có nghĩa; 2,8880.104 có năm chữ số có nghĩa Khi ghi nhận trị số phải tuân theo số nguyên tắc chung chữ số có nghĩa sau: a) Chữ số cuối thường có sai số ± 30% vạch chia nhỏ lớn chữ số cuối chữ số đáng ngờ b) Cách làm tròn số: Tăng chữ số cuối lại lên chữ số bỏ bắt đầu chữ số lớn số số sau khơng phải số Ví dụ: 1,2347 ^ 1,235 ; 8,27501 ^ 8,28 Giữ nguyên chữ số cuối không đổi chữ số bỏ bắt đầu số nhỏ số Ví dụ: 5,2643 ^ 5,26 Nếu chữ số bỏ bắt đầu số sau khơng có chữ số ngồi số tăng chữ số cuối lên đơn vị số lẻ, giữ ngun số chẵn Ví dụ: 7,215 ^ 7,22 ; 44,225 ^ 44,22 c) Khi thực phép cộng hay trừ, độ xác kết khơng lớn độ xác thấp số hạng Nghĩa số chữ số thập phân kết phải số chữ số thập phân số hạng có chữ số thập phân Ví dụ: 12,7 + 4,52 + 12,007 = 29,227 -» 29,2 d) Khi thực phép nhân phép chia, độ xác tương đối kết khơng lớn so với số có độ xác tương đối thấp Nghĩa số chữ số có nghĩa kết phải số chữ số có nghĩa thừa số có chữ số có nghĩa Ví dụ: 2,5X3,47 = 8,675 -» 8,7 - 11.2 CÁCH GHI KẾT QUẢ PHÉP ĐO Độ tin cậy kết thể cách ghi chúng Ví dụ : Nhiệt kế có độ xác 0,1 oC Nếu kết đo nhiệt độ dung dịch ghi 16,52oC sai nhiệt kế phải có độ xác 0,01oC Khi cân vật cân phân tích có độ xác 0,2 mg ghi kết 12,342 g sai cân phân tích có độ xác mg Do phải ghi 12,3420 g Phép đo áp suất có sai số ±0,5 mmHg vơ lý ghi giá trị áp suất tới 0,001 mmHg 11.3 PHÂN LOẠI SAI SỐ PHÉP ĐO Bất kỳ kết đo có sai số Có nhiều nguyên nhân gây sai số: đối tượng nghiên cứu, phương pháp, độ xác dụng cụ người tiến hành TN Giá trị sai số hệ thống không thay đổi phép đo lặp lại Các nguyên nhân gây sai số hệ thống: Trục trặc dụng cụ Ví dụ: cân khơng nằm vị trí thăng bằng, bình định mức chuẩn khơng xác Độ nhạy dụng cụ đo (độ xác dụng cụ) Ví dụ: Các loại cân có độ xác khác như: g ; 0,1 g; 0,01 g ; 0,0001 g Khả tiếp nhận người làm TN Tính gần phương trình, giá trị khơng xác số sử dụng để tính tốn Thực nghiệm cho thấy có nhiều phép đo lặp lặp lại đại lượng thường cho kết khác không ổn định dụng cụ, dao động nhiệt độ, áp suất khí quyển, lực ma sát phận chuyển động dụng cụ Kết có xuất sai số ngẫu nhiên dao động dãy TN Cần phải phân biệt sai số kết sai sơ xuất ng ười làm TN, ví dụ: đọc sai số dụng cụ, cân đong sai Sự phân biệt sai số hệ thống sai số ngẫu nhiên mang tính tương đối Nếu cho hai sai số khơng phụ thuộc vào sai số chung viết: A Aiệ thống + Aigẫu nhiên Nếu thực nghiệm, ta sử dụng dụng cụ có độ xác thấp sai số hệ thống lớn so với sai số ngẫu nhiên Trong trường hợp này, ta không cần tiến hành nhiều phép đo trùng lặp; để tránh kết sai cần tiến hành vài ba phép đo Tăng độ xác dụng cụ lên làm giảm sai số hệ thống, sai số ngẫu nhiên trở thành sai số Trong trường hợp cần phải tiến hành chuỗi phép đo trùng lặp để lấy giá trị trung bình Số lần đo sai khác lần đo lớn việc lấy giá trị trung bình khơng có ý nghĩa Trong nhiều trường hợp lại khơng cho phép ta đo nhiều lần (Ví dụ: lấy mẫu để xác định tốc độ phản ứng thời điểm t đó) phải buộc phải tiến hành phép đo với độ xác cao Muốn phải thao tác chuẩn thành thạo 11.4 CÁCH BIỂU DIỄN SAI SỐ Ta biểu diễn sai số duới dạng sai số tuyệt đối sai số tương đối: Sai số tuyệt đối độ sai lệch giá trị thật a đại lượng A cần đo giá trị đo a phép đo: A a = \a — ã| Sai số tương đối: ỗ a = Trong thực tế đo a nên sai số tương đối ỗ a = — Sai số tương đối biểu diễn % Kết đo đại lượng A biểu diễn sau: A = ã ±Aa Sai số chung đại lượng A bao gồm sai số hệ thống sai số ngẫu nhiên: Aa Aa hệ thống + Aa ngẫu nhiên 11.5 CÁCH XÁCH ĐỊNH SAI SỐ II.5.1 XÁC ĐỊNH SAI SỐ HỆ THỐNG: Đối với đại lượng đo trực tiếp, sai số hệ thống bao gồm: - Sai số khơng hồn chỉnh dụng cụ đo: sai số thường ghi dụng cụ Ví dụ: Trên bình định mức ghi 500mL ± 0,5mL sai số dụng cụ là: 0,5mL - Sai số giới hạn đo dụng cụ: thường xác định 0,3 ^ vạch chia nhỏ thang chia dụng cụ tùy theo khả tiếp nhận người làm TN Ví dụ: Với nhiệt kế chia vạch tới oC (khoảng cách vạch thường mm), người quan sát tinh đọc xác tới 0,3oC, cịn người quan sát khơng tinh đọc xác 0,5oC Nếu chia vạch tới 0,1 oC (mao quản nhiệt kế bé hơn) khoảng cách vạch cũ độ xác tăng lên 10 lần b) Đối với đại lượng xác định gián tiếp: Giả sử đại lượng y hàm nhiều biến số xi: y = f(x1, x2, , xn), ta phải dùng phương pháp gần để tính sai số hệ thống y Các biến số xi có sai số Ax1, Ax2, , Axn Cơng thức tổng qt tính sai số Ay đại lượng y là: A y = £P= 1^y A x í ƠXị 77- đạo hàm riêng y theo xi - Nếu y hàm dạng tổng hiệu biến x i: y = a1.x1 ± a2.x2 ± ± an.xn, tính sai số tuyệt đối Ay: Ay = a1.Ax1 + a2.Ax2 + + an.Axn - Nếu y hàm dạng tích số, thương số hay lũy thừa biến xi ta ta lấy logarit hàm f tính đạo hàm Cơng thức tính sai số tương đối đại lượng y: Ay = AXỊ AX2 Axn y_ lyl |x 11 |x2| ’ |xn| Nếu hàm y có dạng hàm logarit biến x i (ví dụ: y = lnA ; A biểu thức có chứa xi, x2 ): = - A y = A(1 nA) = AA -7- = ÔA A II.5.2 XÁC ĐỊNH SAI SỐ NGẪU NHIÊN: a) Đối với đại lượng đo trực tiếp: Tiến hành phép đo lặp lại n lần để xác định đại lượng X, kết đo x i , ' _ SỈL 1X i Trung bình cộng giá trị đo là: x = ——— Sai số ngẫu nhiên coi trung bình cộng sai lệch khỏi giá trị ^4/4 - 1|*-xi| trung bình: A a = n Tuy nhiên cách tính cho phép ta đánh giá cách sơ khơng xác sai số Phương pháp xác định sai số ngẫu nhiên cách xác thiết lập sở lý thuyết xác suất Các bước xác định sau: , ■'.■ .,, X n=1 Xi Xác định giá trị trung bình X: X = ^-=—1 /SỈL/x-Xi)2 Ẵ X c _ - Tính độ lệch chuân mẫu: s x= - n-1 = f số bậc tự phép đo - Xác định hệ số Student tp,f bảng tra ứng với xác suất tin cậy P số bậc tự f Thực nghiệm thường tiến hành với xác suất tin cậy P = 0,95; số lần TN lặp lại n = 10 4- 15 Tính sai số ngẫu nhiên: Ax ngtìu nhi ê n = J^ x - - -„ \ (n- 1) x b) Đối với đại lượng xác định gián tiếp: Ta xét đại lượng y hàm biến số: y = f(x1, x2, , xn) Sai số ngẫu nhiên y xác định sau: - Tính giá trị trung bình x sai số ngẫu nhiên biến số Axi Tính sai số ngẫu nhiên y theo công thức sau:Ayngà u nh j ên = Ej= i(g^ Xi N Ax ) ỡy —— đạo hàm riêng y theo xi ƠXị Các cơng thức tính sai số cho dạng hàm cụ thể: (a, b số) y = f(x) Ăyngẫu nhiên y = a.x Ay = a.Ax y=X a a y Ax Ay = ; y = 10x Ay = 2,303 y.Ax y= g 0,4343 Ax Ay= * y = X1 + X2 - X3 l x A y = V (A X i )2 + (A X )2 + (A X )2 X1.X2 y= Ay = J í^2 + -■ + sp x3 II.6 VÍ DỤ VỀ TÍNH SAI SỐ Trong phương pháp nghiệm lạnh, khối lượng phân tử chất M tính theo cơng thức Raoult: „g 1000 M = K^.—-7G ATkt Trong đó: K: số nghiệm lạnh g: khối lượng chất tan G: khối lượng dung môi ATkt: độ hạ điểm kết tinh, độ chênh lệch nhiệt độ kết tinh dung mơi dung dịch có chất tan: ATkt = Tktdm - Tktdd Kết TN: g «0,3 g = 0,3051 g G «20 g = 20,28 g Với dung môi nước K = 1,86 (độ/molan) ATkt = 0,410o Ta tính được: M — 1,8 ■ ’ 3051 20,28 1000 — 69,742 78 (g/m o 1) Tính sai số kết đo: Đối với số (K, 1000): coi sai số Đối với đại lượng đo trực tiếp: Khối lượng chất tan: g = 0,3051 g, cân cân phân tích, độ xác tới 0,0001 g -> sai số g Ag = 0,0001 g Khối lượng dung môi: G = 20,28 g, cân cân phân tích có độ xác tới 0,01 g -> sai số G Ag = 0,01 g Nhiệt độ T đọc nhiệt kế Beckmann chia độ tới 0,01 o, nguoi72 qua sát đọc xác đến 0,003oC ^ sai số T AT = 0,003 oC Đối với đại lượng xác đính gián tiếp: Độ hạ điểm kết tinh ATkt = Tkt dm - Tkt dd ^ sai số ATkt là: A(ATkt) = ATkt dm + ATkt dd = 2.AT = 2.0,003 = 0,006o Xác đính sai số M: „g 1000 M = K^.—-7 .A A G ĂT« Cơng thức tính sai số hệ thống: |M| /£ W) — (ÍĨỊỌỊ^^ U + |G|+ |4Tkt| / 10,3 + 20,2 + 0,41 57 = 0,0003 + 0,0005 + 0,0145 = 0,0153 ^ AM = 0,0153.M = 0,0153.69,74278 = 1,106706 Vậy M = 69 ± 1,11 (g/mol) Sai số lớn phép đo nhiệt độ Để hạn chế sai số ta cần điều chỉnh TN cho ATkt phải lớn, muốn ta phải tăng khối lượng g chất tan Nhưng tăng g có giới hạn dung dịch đậm đặc khơng áp dụng đính luật Raoult • Chất điện ly yếu: (0 < a < 1) Với chất điện ly yếu, độ dẫn điện không tuân theo định luật I Kohlrausch nên khó xác định Ả 00 Trong trường hợp này, dung dịch vơ lỗng, ta dùng cơng thức (6) để tính Ả 00 Ví dụ: áp dụng cơng thức (6) để tính À 3C 0 H ,CH3COOH 1H+ TCH COO“ TIH icr _ icr _ iNa+ iNa+ TCH COO“ ÀQQ ÀQQ + ÀQQ + ÀQQ + ÀQQ ÀQQ ÀQQ + ÀQQ + ÀQQ _ JHC1 _ iNaCl 7CH3COONa AQQ ÀQQ + ÀQQ a Cl H 3C 0 N a Như biết À00 \ À00 , À0 C II.3 ta suy À0 H 3C 0 N a XÁC ĐỊNH ĐỘ PHÂN LY a VÀ HẰNG SỐ PHÂN LY Ka CỦA ACID YẾU Ả 00 độ dẫn điện đương lượng a = Dung dịch loãng, độ phân ly a tiến gần đến Vậy < a < 1, độ dẫn điện đương lượng a phần Ả 00: Ằ= aẢ (50 _Ạ _ ^•0 Xét cân acid CH3COOH: CH3COOH # CH3COO- + H+ + C (1[C H3 CaC 00 - ].[HaC ] 0_ C ọCC2 0_ a) a Hằng số phân ly: [C H C 00H] - (C (7) (8) Trong đó: C0 nồng độ ban đầu dung dịch CH3COOH Phương trình (8) áp dụng cho dung dịch lỗng, bỏ qua tương tác ion III THỰC NGHIỆM III.1 HĨA CHẤT VÀ DỤNG CỤ Hố chất Số lượng - Dung dịch CH3COOH 0,02N 01 02 - Dung dịch NaCl 0,02N - Dung dịch HCl 0,02N Dụng cụ - Máy đo độ dẫn - Bình định mức 100 mL - Buret 25 mL - Dung dịch CH3COONa 0,02N - Becher 100 mL 04 - Bình xịt nước cất 01 III.2 TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM Thực bước sau dung CH3COONa, CH3COOH: dịch NaCl, HCl, Từ dung dịch ban đầu pha loãng thành dung dịch Sử dụng bình định mức 100mL để pha lỗng, thể tích dung dịch ban đầu lấy bảng: Các ddpha lỗng Thể tích dd ban đầu để pha loãng (mL) 2,5 10 25 50 100 Đo độ dẫn dung dịch pha xong Lưu ý: - Trước thực TN cần đo độ dẫn điện nước cất Nếu nước cất có độ dẫn điện nhỏ LiS/cm sử dụng để pha dung dịch TN - Khi đo độ dẫn dung dịch phải đo từ nồng độ thấp đến nồng độ cao IV KẾT QUẢ BÁO CÁO Lập bảng ghi giá trị độ dẫn loại dung dịch Tính nồng độ dung dịch Vẽ thẳng À = f(VC), suy T 00 chất điện ly mạnh Tính Too CH3COOH Tính a Ka dung dịch CH3COOH V CÂU HỎI CHUẨN BỊ Độ dẫn đương lượng giới hạn T gì? Phương pháp xác định T o cho dung dịch chất điện ly mạnh chất điện ly yếu o Tại chất điện ly yếu suy T o phương trình định luật Kohlrausch I? Tại hệ thống đo độ dẫn cầu Wheatstone phải dùng nguồn điện xoay chiều mà không dùng dòng chiều? PHỤ LỤC NGUYÊN TẮC XÁC ĐỊNH ĐỘ DẪN DUNG DỊCH Cơ sở phép đo độ dẫn xác định điện trở dung dịch cầu Wheatstone Sơ đồ cầu Wheatstone : Thay đổi biến trở R3 đến cầu đạt cân (iG = 0), ta có: • • i = , i = 12 Điện C D nên: VA - VC = VA - VD , V B - VC = VB - VD => iR = i1R1 , Ĩ3R3 = Ĩ2R2 Chia hai phương trình cho nhau, ta có điều kiện cân bằng: R _ Ri R3 ^2 Từ xác định R, thay vào (3) tính độ dẫn dung dịch, với số bình xác định trước Bài 8: SỐ TẢI I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM - Làm quen với phương pháp xác định số tải phương pháp Hittorí Áp dụng xác định số tải ion H+ SO42- dung dịch H2SO4 II CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ NGUYÊN TẮC II.1 SỐ TẢI CỦA CÁC ION TRONG DUNG DỊCH Trong dung dịch, chất điện ly phân ly thành cation anion Khi áp điện vào, tác dụng điện trường, ion chuyển động điện cực trái dấu Mỗi loại ion di chuyển điện cực tải phần điện lượng xác định Tỷ số điện lượng mang loại ion qua tiết diện chất điện ly tổng điện lượng qua tiết diện chất điện ly gọi số tải ion l| ỂT (1) L qi Trong đó: ti số tải ion i qi: điện lượng tải ion i Trong dung dịch có nhiều loại ion: E11 = (2) Nếu dung dịch chứa loại cation loại anion, số tải ion tính biểu thức: t += = -^Q_|_+Q_ AQO+AQO t - = Z~+~ = ” q++q_ + Trong đó: (3) (4) : số tải cation anion : điện lượng cation anion tải ẤÌ,Ả“ : độ dẫn điện đương lượng giới hạn cation anion Từ hai biểu thức trên: t+ + t - = (5) Số tải ion phụ thuộc vào linh độ ion, chất dung môi, nồng độ, nhiệt độ loại ion khác tồn dung dịch II.2 XÁC ĐỊNH SỐ TẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HITTORF Có nhiều phương pháp xác định số tải phương pháp Hittorf, phương pháp màng chuyển động, phương pháp đo sức điện động pin Trong phương pháp Hittorf phương pháp đơn giản thông dụng Phương pháp dựa thay đổi nồng độ dung dịch chất điện ly ngăn anod ngăn catod bình điện phân cho dòng chiều qua dung dịch Nguyên nhân dẫn đến biến thiên nồng độ ngăn anod ngăn catod do: tốc độ ion không nhau; khác số vận tải phản ứng hóa học xảy điện cực Tùy thuộc vào phản ứng xảy điện cực mà ta xây dựng phương trình tính số tải khác Trong TN này, ta xây dựng phương trình tính số tải ion H + SO42trong dung dịch H2SO4 phương pháp Hittorf Sử dụng bình điện phân chứa dung dịch H2SO4, với điện cực platin xác định điện lượng chuyển qua dung dịch coulomb kế đồng II.2.1 Xây dựng phương trình tính số tải - Điện tải qua dung dịch nhờ ion H + SO42- Giả sử bình điện phân phân chia thành ba khu vực: ngăn anod , ngăn ngăn catod Ta xét biến đổi số đương lượng ion H+ SO42- ngăn anod ngăn catod: Xét trường hợp cho điện lượng q = Faraday qua dung dịch H2SO4 Điện lượng ion tải q+ = t+ q- = t- Trong đó: t+: số tải ion H+ t-: số tải ion SO42a) Tại ngăn anod: • Ion H+: Mất t+ đượng lượng H+ tải điện lượng q+ sang ngăn Nhận đương lượng H+ phản ứng điện lượng q = điện cực: 2H2O - 4e -^ O2 + 4H+ =} Nhận thêm (1 - t+) = t _ đương lượng H+ • Ion SO42-: Nhận thêm t_ đương lượng SO42- tải điện lượng q_ từ ngăn sang Như vậy, ngăn anod nhận thêm t_ đương lượng H2SO4 Vậy có điện lượng q = Faraday qua dung dịch, đương lượng H 2SO4 thay đổi ngăn anod ngăn catod là: Lna = A nc = t_ (6) Với Ana, Anc đương lượng H2SO4 thay đổi khu anod catod Khi có điện lượng q Faraday qua dung dịch đương lượng H 2SO4 thay đổi ngăn là: An a = An c = t _.q (7) Tóm lại: • Phương trình tính số tải là: t _ Ana _ Anc -qq - t + = l-t _ (9) • Để tính số tải ion dung dịch, ta cần phải: - Xác định Ana, Anc cách chuẩn độ dung dịch H 2SO4 ban đầu dung dịch H2SO4 ngăn bình Hittorf sau kết thúc điện phân Xác định điện lượng q qua dung dịch coulumb kế II.2.2 Xác định điện lượng qua dung dịch: Điện lượng q qua dung dịch xác định coulomb kế theo định luật Faraday: m.n _ ([ ] (10) q=A q = Faraday) Với: m khối lượng chất phóng thích điện cực n số điện tử phóng thích A ngun tử gam chất phóng thích Bài TN sử dụng coulomb kế đồng, gồm đồng nhúng dung dịch CuSO4, mắc nối tiếp với bình điện phân Hittorf Điện lượng qua coulumb kế điện lượng qua bình điện phân Các phản ứng xảy điện cực coulomb kế đồng: - Tại catod: Cu2+ + 2e —— Cu Tại anod: Cu - 2e —— Cu2+ Xác định lượng Cu sinh catod, ta xác định điện lượng qua dung dịch III THỰC NGHIỆM 111.1 HÓA CHẤT VÀ DỤNG CỤ Hoá chất Dụng cụ - Dung dịch H2SO4 0,2N ■ - Dung dịch NaOH 0,1N - Số lượng Bình Hittorf 01 - Bộ nguồn 01 Dung dịch CuSO4 0,1M - Điện cực Pt 02 - Etanol - Coulomb kế 01 - Phenolphtalein - Điện cực Cu 02 - Erlen 125 mL 03 - Buret 25 mL 01 - Pipet 10 mL 01 - Pipet 25 mL 01 - Becher 100 mL 04 - Đũa khuấy 01 - Nhiệt kế 01 - Bình xịt nước cất 01 - Quả bóp cao su 01 - Giấy nhám 111.2 TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM III.2.1 CHUẨN BỊ: Đánh bóng hai cực Cu coulumb kế giấy nhám rửa nước cất Tráng catod etanol, làm khô khơng khí đem cân xác định khối lượng Lắp sơ đồ thí nghiệm hình vẽ: Lắp hai điện cực Cu vào coulumb kế Dùng ống đong cho thể tích xác định H2SO4 vào hai nhánh Hittorf, thể tích nhánh khoảng 70 -75mL cho cột chất lỏng hai nhánh cao Gắn hai điện cực Pt vào hai nhánh bình Hittorf III 2.2 TIẾN HÀNH ĐIỆN PHÂN Sau Giảng viên hướng dẫn kiểm tra mạch điện an tồn bật điện cho hệ thống hoạt động Thực điện phân với cường độ dịng 200 mA Trong q trình điện phân, chuẩn độ dung dịch H2SO4 ban đầu lần NaOH (mỗi lần 10mL) Kết thúc điện phân, nhấc catod đồng ngắt mạch điện Rửa catod nước cất, tráng etanol, làm khô, cân lại khối lượng để xác định độ tăng trọng lượng trình điện phân Đổ dung dịch H2SO4 hai ngăn anod catod bình Hittorf becher khuấy Chuẩn độ dung dịch lần NaOH, lần 10mL IV KẾT QUẢ BÁO CÁO Tính lượng Cu sinh catod coulumb kế Tính điện lượng q qua dung dịch Tính đương lượng H2SO4 thay đổi hai ngăn anod catod A n a = |A c a|.va A n c = |A c c|.vc Trong đó: Va, Vc thể tích dung dịch H2SO4 ngăn anod catod(L) ACa, ACc biến thiên nồng độ đương lượng H 2SO4 hai ngăn anod catod (đlg/L) (Vo Na 0H ~ V V Na H)C Na 0H H2SO4 CNaOH: nồng độ đương lượng dung dịch NaOH (đlg/L) V s 4: thể tích dung dịch H2SO4 lấy để chuẩn độ V , V : thể tích dung dịch NaOH dùng để chuẩn độ thể tích dung dịch H2SO4 ban đầu dung dịch H2SO4 sau điện phân Tính số tải H+ SO42- theo số liệu anod catod Hz o N a H VHzS N a H V CÂU HỎI CHUẨN BỊ Định nghĩa số tải ion Nguyên tắc Hittorf để xác định số tải ion Dẫn cơng thức tính số tải ion cho dung dịch H2SO4 sử dụng điện cực trơ Cơng dụng coulumb kế Có loại coulumb kế Dẫn biểu thức xác định điện lượng cho loại Bài 9: HẤP THỤ TRONG DUNG DỊCH TRÊN BỀ MẶT CHẤT HẤP PHỤ RẮN I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM - II - Khảo sát hấp phụ acid axetic dung dịch than hoạt tính thiết lập đường đẳng nhiệt hấp phụ tương ứng CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ NGUYÊN TẮC Hấp phụ tượng chất (dưới dạng phân tử, nguyên tử hay ion) có khuynh hướng bị thu hút, tập trung, chất chứa bề mặt phân chia pha Các chất hấp phụ rắn thường có bề mặt riêng (tổng diện tích gam chất rắn) lớn, có giá trị vào khoảng 10 - 1000 m 2/g Các chất hấp phụ rắn thường dùng là: than hoạt tính, silicagel (SiO2), alumin (Al2O3), zeolite Nguyên nhân chủ yếu hấp phụ chất bề mặt chất hấp phụ, chất rắn lượng dư bề mặt ranh giới phân chia pha Các lực tương tác hấp phụ lực Van der Waals (hấp phụ vật lý) hay lực gây nên tương tác hóa học (hấp phụ hóa học) hay hai loại tương tác tác dụng Lượng chất bị hấp phụ bề mặt chất hấp phụ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như: Bản chất chất hấp phụ chất bị hấp phụ Nồng độ chất tan Nhiệt độ Thực nghiệm nhiệt độ khơng đổi, ta đo số mol chất bị hấp phụ 1g chất hấp phụ rắn (X) nồng độ chất tan khác (C) Đường biểu diễn (X - C) gọi đường đẳng nhiệt hấp phụ Một số phương trình thực nghiệm lý thuyết sử dụng để biểu thị đường đẳng nhiệt hấp phụ: Freundlich, Langmuir, BET II.1 PHƯƠNG TRÌNH FREUNDLICH Đây phương trình thực nghiệm áp dụng cho hấp phụ chất khí hay chất hòa tan dung dịch chất hấp phụ rắn: X = KC1/n (1) Trong đó: K 1/n số C nồng độ dung dịch hấp phụ đạt cân Viết dạng logarit: lgX = 1/n IgC + IgK (2) Như biểu diễn lgx theo IgC, ta đường thẳng có hệ số góc 1/n tung độ góc lgK Phương trình Freundlich thường thích hợp khoảng nồng độ (hay áp suất) trung bình, nồng độ thấp, X thường tỷ lệ thuận với C nồng độ cao, X thường đạt tới trị số giới hạn khơng phụ thuộc vào C II.2 PHƯƠNG TRÌNH LANGMUIR Đây phương trình lý thuyết, áp dụng cho hấp phụ đơn lớp: X _ kc Xoo 1+kC Trong đó: (3) 0: độ che phủ bề mặt X: số mol chất bị hấp phụ 1g chất hấp phụ rắn Xo số mol tối đa chất bị hấp phụ 1g chất rắn cho phân tử tạo thành đơn lớp k: số Có thể viết lại phương trình dạng: c_c1 (4) X - x; + ĩĩX^ Nếu biểu diễn — theo C, ta đường thẳng có hệ số góc -— tung độ góc X XOQ kX^ Từ phương trình Langmuir, xác định bề mặt riêng S chất hấp phụ theo công thức: s o-x oo.N A Trong đó: (5) N: số Avogadro A0: diện tích chiếm chỗ trung bình phân tử chất bị hấp phụ (khi hấp phụ đơn lớp) Với CH3COOH: A0 CH3CO0H = 21 A°2 (tham khảo giáo trình Hố keo) III THỰC NGHIỆM III.1 HĨA CHẤT VÀ DỤNG CỤ Hố chất Dụng cụ Số lượng - Than hoạt tính - Erlen 125 mL có nút nhám 06 - Dung dịch CH3COOH (khoảng 0,2N) - Erlen 125 mL 03 - Dung dịch NaOH 0,05N - Phễu lọc thường 06 - Vòng đỡ phễu lọc - Chỉ thị phenolphtalein 06 - Becher 250 mL 06 - Becher 100 mL 02 - Buret 25 mL 02 - Pipet 25 mL 01 - Pipet 10 mL 01 - Pipet mL 01 - Nhiệt kế 01 - Quả bóp cao su 01 - Giấy lọc - Đĩa cân III.2 TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM III.2.1 PHA CÁC DUNG DỊCH CH3COOH Từ dung dịch CH3COOH ban đầu nước cất, pha dung dịch CH3COOH khác chứa erlen có nút nhám Thành phần dung dịch sau: STT bình w H 3C 0 H b an đâ u (mL) 50 40 30 20 10 Vnước cất (mL) 10 20 30 40 45 III.2.2 XÁC ĐỊNH ĐỘ HẤP PHỤ CH3COOH TRÊN THAN HOẠT TÍNH Lắc dung dịch vừa pha Dùng cân phân tích cân mẫu than họat tính, mẫu 1g Cho vào erlen chứa dung dịch CH3COOH mẫu than, đậy nút Lắc 30 - 40 phút Để yên 20 phút cho than lắng xuống Ghi lại nhiệt độ thí nghiệm Lọc dung dịch erlen để tách riêng than họat tính Nước qua lọc dung dịch CH3COOH ban đầu chuẩn độ lượng acid CH3COOH dung dịch NaOH 0,05N với thị phenolphtalein: - Dung dịch CH3COOH ban đầu: chuẩn độ lần, lần dùng mL dung dịch - Bình 1, 2, 3: chuẩn độ lần, lần dùng mL nước qua lọc - Bình 4, 5: chuẩn độ lần, lần dùng 10 mL nước qua lọc - Bình 6: chuẩn độ lần, lần dùng 20 mL nước qua lọc - Ghi lại thể tích dung dịch NaOH 0,05N dùng để chuẩn độ Chú ý: Than hoạt tính dùng thu hồi để tái sinh, khơng bỏ IV KẾT QUẢ BÁO CÁO Tính nồng độ dung dịch CH3COOH ban đầu CCHĩCOOH Tính nồng độ dung dịch trước bị hấp phụ Co: _ CCH3COOH-VCH3COOH c °“ dd Với c c H;ỉC 0 H nồng độ dung dịch CH3COOH ban đầu vc H;ỉC 0 H thể tích dung dịch CH3COOH ban đầu dùng để pha loãng Vdd thể tích dung dịch bình Tính nồng độ dung dịch sau bị hấp phụ C: c _ ^NaOH-WlaOH Vnước lọc Với CNaOH nồng độ dung dịch NaOH dùng để chuẩn độ VNaOH thể tích dung dịch NaOH 0,05N dùng để chuẩn độ v Vnước lọc thể tích nước qua lọc lấy để chuẩn độ Tính lượng acid bị hấp phụ trến 1g than hoạt tính x = (C o-c ).vdd r^than Trong mthan lượng than hoạt tính cho vào mội dung dịch Tính giá trị: logX, log C Vẽ đồ thị biểu diễn log X theo logC: (logX - logC) (phương trình (2)) — số K 1/n Vẽ đồ thị biểu diễn £ theo C: (^ — c ) (phương trình (4)) — suy k XQO Chú ý: Dùng phương pháp bình phương cực tiểu để xác định phương trình đường biểu diễn Tính bề mặt riêng So than hoạt tính theo cơng thức (5) V CÂU HỎI CHUẨN BỊ Định nghĩa hấp phụ, chất hấp phụ chất bị hấp phụ Các loại chất hấp phụ rắn tính chất đặc trưng chúng Phạm vi ứng dụng phương trình đẳng nhiệt Freundlich, Langmuir, BET Định nghĩa bề mặt riêng chất hấp phụ Làm để xác định bề mặt riêng chất hấp phụ ? Trình bày phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm để xác định số phương trình Langmuir BÀI 10: ÔN TẬP VÀ KIỂM TRA I LÝ THUYẾT - Hệ thống lại kiến thức liên quan trình thực thí nghiệm: +Cân lỏng -lỏng + Cân lỏng rắn + Cân lỏng - + Phản ứng bậc + Phản ứng bậc + Điện hóa học + Hiện tượng hấp phụ bề mặt - Tính tốn số thơng số có thí nghiệm II THỰC HÀNH - Kiểm tra thao tác thí nghiệm: lấy mẫu, chuẩn độ, lắp đặt thí nghiệm, đọc kết đo, xử lý số liệu - Thao tác nhuần nhuyễn máy móc, trang thiết bị sử dụng suốt trình thực hành: 1- Máy khúc xạ kế 2- Brix kế 3- Phân cực kế 4- Máy đo độ dẫn điện 5- Coulumb kế, bình Hittorf ... tối đa sai số Kết thí nghiệm thể xác thao tác người làm Sinh viên cần chuẩn bị nội dung lý thuyết liên quan đến thí nghiệm để làm thí nghiệm cách tốt Giáo trình Bộ mơn Hóa kỹ thuật biên soạn nhằm...LỜI MỞ ĐẦU Giáo trình biên soạn nhằm phục vụ cho mơn học Thí nghiệm Hố lý kỹ thuật ngành Kỹ thuật hoá học, Khoa Khoa học Ứng dụng, trường Đại học Tôn... BÀI 1: NỘI QUY MƠN HỌC VÀ PHỊNG THÍ NGHIỆM PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM I MỘT SỐ YÊU CẦU CHUNG KHI LÀM THÍ NGHIỆM HỐ LÝ - Khi làm thí nghiệm (TN) Hố Lý, sinh viên (SV) có điều kiện làm