Báo-cáo-thí-nghiệm-Hóa-Lí-bài-4

Lớp: 20128A GV phụ trách: TS Trần Thị Nhung Nhóm: Tên thành viên: Phạm Thị Tố Quyên - 20128146 Nguyễn Thiện Thanh - 20128150 Nguyễn Thành Phát - 20128141 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM HĨA LÝ BÀI 4: ĐỘNG HỌC THỦY PHÂN ESTER BẰNG KIỀM I MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM: - Xác định phản ứng thủy phân ester môi trường kiềm phản ứng bậc - Nắm vững ý nghĩa lượng hoạt hóa ảnh hưởng nhiệt độ lên số tốc độ phản ứng qua hệ thức Arrhénius - Sử dụng phƣơng pháp chuẩn độ ngược giúp xác định nồng độ NaOH - Hiểu lý phải đun hoàn lưu hỗn hợp phản ứng II GIỚI THIỆU: 1.Khái niệm este RCOOH + R’OH RCOOR’ + H2O  Khi thay nhóm OH nhóm cacboxyl acid cacboxylic nhóm OR ’ este 2.Công thức chung este no đơn chức CnH2n+1COOCmH2m+1 CxH2xO2 (x>=2) 3.Tính chất vật lý este - Các este chất lỏng chất rắn điều kiện thường - Các este không tan nước - Có nhiệt độ sơi thấp so với axit ancol có khối lượng mol phân tử có số nguyên tử cacbon Do phân tử este không tạo liên kết hidro với liên kết hidro phân tử este với nước Ví dụ: CH3COOC2H5 tos =77oC -Khơng tan nước 4.Tính chất hóa học este a Thủy phân môi trường axit b Phản ứng khử este c Thủy phân este môi trường kiềm RCOOR’ + NaOH  RCOOH + R’OH Phản ứng ester acetate ethyl NaOH xảy sau: CH3COOC2H5 + NaOH  CH3COONa + C2H5OH t=0 a b 0 t a-x b-x x x Với : a, b nồng độ đầu ester NaOH (a-x), (b-x) nồng độ ester NaOH thời điểm t Đây phản ứng bậc 2, biểu thức số tốc độ phản ứng có dạng: 𝒌𝒕 = 𝟏 𝒃(𝒂 − 𝒙) 𝐥𝐧⁡ (∗) 𝒂 − 𝒃 𝒂(𝒃 − 𝒙) Gọi n0, nt, n∞ thể tích NaOH dung dịch phản ứng thời điểm t=0,t t=∞ (Phản ứng hoàn toàn t∞) Nồng độ NaOH thời điểm tỉ lệ với thể tích Cịn nồng độ ester thời điểm đầu (t = 0) thời điểm t tỷ lệ tương ứng với (n0 - n∞) (nt - n∞) Do đó: C0 NaoH = b = A n0 C0 ester = a = A.(n0 -𝑛∞ ) Ct = b – x = A.nt Ct ester = a – x = A [(n0 - 𝑛∞ ) – (n0 – nt)] = A(nt - 𝑛∞ ) Với: A – số tỉ lệ Thay giá trị vào phương trình (*), ta có: kt = 𝟏 𝑨(𝒏𝒐 −𝒏∞ )−𝑨.𝒏𝒐 ⁡ kt = kt = 𝟏 −𝑨𝒏∞ ⁡ 𝟏 𝑨𝒏∞ ⁡ 𝐥𝐧 𝐥𝐧 𝐥𝐧 𝑨.𝒏𝒐 𝑨(𝒏𝒕 −𝒏∞ ⁡) 𝑨.𝒏𝒕 𝑨(𝒏𝒐 −𝒏∞ ) 𝒏𝒐 (𝒏𝒕 −𝒏∞ ) 𝒏𝒕(𝒏𝒐 −𝒏∞ ) 𝒏𝒕 (𝒏𝒐 −𝒏∞ ) 𝒏𝒐 (𝒏𝒕 −𝒏∞ ) (**) Tìm số A biểu thức (**): Dung dịch NaOH có nồng độ đương lượng 1/100 (N), Vậy số đương lượng NaOH có n0 (mL) dung dịch NaOH 1/100 (N) hay 25 mL dung dịch hỗn hợp phản ứng là: 𝟏 𝐧𝐨 ⁡×⁡ ⁡ (𝐬ố⁡đươ𝐧𝐠⁡𝐥ượ𝐧𝐠) 𝟏𝟎𝟎 𝟏𝟎𝟎𝟎 Nồng độ đương lượng NaOH 25 mL hỗn hợp phản ứng (mẫu thử) là: C0 NaOH = 𝟏 𝟏𝟎𝟎 ⁡×⁡ 𝐧𝐨 𝟏𝟎𝟎𝟎 ⁡×⁡ 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝟐𝟓 = 𝐧𝐨 𝟐𝟓𝟎𝟎 Mà C0 NaOH = A.n0 Suy ra: A = 2500  Ảnh hưởng nhiệt độ đến số tốc độ phản ứng Phương trình Arrhénius mơ tả phụ thuộc tốc độ phản ứng vào nhiệt độ: 𝑬 k = k0𝒆−𝑹𝑻 Với: k0 – thừa số tần số hay thừa số Arrhénius, không phụ thuộc vào nhiệt độ E – lượng hoạt hóa phản ứng Lấy logarit hai vế: lnk = lnk0 – 𝑬 𝑹𝑻 Như vậy, đường biểu diễn lnk = f(1/T) đường thẳng có độ dốc -E/R Gọi k1, k2 số tốc độ nhiệt độ T1, T2, đó: 𝐥𝐧 𝒌𝟐 𝒌𝟏 𝑬 =⁡− ( 𝟏 𝑹 𝑻𝟐 𝟏 − ⁡ ) (***) 𝑻𝟏 Dựa vào (***) ta tìm lượng hoạt hóa phản ứng biết số tốc độ phản ứng hai nhiệt độ khác  Ý nghĩa lượng hoạt hóa Theo Arrhénius, có phân tử có lượng dư tối thiểu so với lượng trung bình phân tử có khả phản ứng hiệu Năng lượng gọi lượng hoạt hóa Nói cách khác, lượng hoạt hóa phần lượng dư phân tử cần có để lúc phản ứng dần đến biến hóa hóa học III THỰC NGHIỆM: Hóa chất dụng cụ: Dụng cụ Số lượng Erlen nút nhám 500 mL 03 CH3COOH 1/200 (M) Erlen 250mL 06 NaOH 1/100 (M) Becher 100mL 02 HCl 1/100 (M) Nhiệt kế 100oC 01 Phenolphtalein 1% (w/v) Eprouvette 250mL 02 ethanol 95% Pipette 25mL 02 Burette 25mL 02 Ống ngưng bầu 01 Quả bóp cao su 01 Bình xịt nước cất 01 Bể điều nhiệt 02 Qui trình thí nghiệm: Ở nhiệt độ phịng T1 Hóa chất Dùng ống đong cho vào erlen 500mL: Erlen 1: 150 mL NaOH 0.01M Erlen 2: 150 mL ester 0.005M Cho vào erlen khác 12.5 mL dd HCl 0.01 M Đậy nút kín erlen Đổ nhanh dd NaOH vào ester, đậy nắp lắc mạnh Đọc nhiệt độ T1 Ghi thời điểm t = Sau 5, 10, 20, 30, 40, 50 phút dùng pipette hút 25mL hỗn hợp vào erlen Nhúng nhiệt kế vào dung dịch Chuẩn độ dd NaOH 0.01 M hỗn hợp erlen + giọt phenolphtalein Sau phút 50, đun hoàn lưu cách thủy hỗn hợp lại 70oC (30 phút), để nguội, chuẩn độ tránh chuẩn độ thừa, điểm tương đương đạt màu hồng nhạt bền khoảng 30s 70oC phản ứng xảy nhanh  phản ứng hoàn tất (chuẩn độ NaOH t = ∞) Nhiệt độ bể điều nhiệt T2 - Ngâm bình đựng NaOH ester bể điều nhiệt nhiệt độ khoảng 38 – 45oC (ghi nhiệt độ xác T2) 20 phút Tiến hành thí nghiệm IV Kết bàn luận Kết thí nghiệm: a Kết thơ Bảng 1: Thể tích NaOH dùng để chuẩn độ HCl thừa (mL) Nhiệt độ (oC) 10 Thời điểm (phút) 20 30 40 Thể tích NaOH (m) 3.35 3.80 4.40 3.65 4.00 4.65 T1 = 30 oC 1.40 2.20 o T2 = 45 C 1.55 2.45 b Kết tính Bảng 2: Thể tích NaOH (mL) phản ứng theo mẫu Nhiệt độ (oC) Thời gian (phút) T1 = 30 oC 10 20 30 40 50 ∞ ̅̅̅ 𝑘1 ( ) VNaOH chuẩn độ dư HCl (mL) 1,5 2,4 3,5 4,1 4,45 4,8 5,15 50 ∞ 4.85 5.05 5.15 5.55 VNaOH 25 (mL) mẫu thử 12,5 11 10,1 8,4 8,05 7,7 7,35 10 20 30 40 50 ∞ ̅̅̅ 𝑘2 ( ) 𝑝ℎú𝑡 ⁡) 14,72 14,09 13,77 13,52 13,23 15,00 14,05 ± 0,69 𝑝ℎú𝑡 T2 = 45 oC k (⁡ 1,7 2,7 3,8 4,3 4,75 5.55 12,5 10,8 9,8 8,7 8,2 7,75 7,5 6,95 𝑝ℎú𝑡 Để thiết lập bảng ta dùng công thức sau: 𝑛0 1000 𝑛0 𝐴 × 𝑛0 = 𝐶0⁡𝑁𝑎𝑂𝐻 = × × = => 𝐴 = 100 1000 25 2500 2500 17,31 16,99 16,61 15,65 17,66 20,58 17,47 ± 1.68 𝑘𝑡 = 𝑛𝑡 (𝑛0 − 𝑛∞ ) 𝑛𝑡 (𝑛0 − 𝑛∞ ) ln( ) => 𝑘 = ln( ) 𝐴𝑛∞ 𝑛0 (𝑛𝑡 − 𝑛∞ ) 𝐴𝑛∞ 𝑡 𝑛0 (𝑛𝑡 − 𝑛∞ ) Với: 𝑛0 : 𝑡ℎể⁡𝑡í𝑐ℎ⁡(𝑚𝐿)𝑁𝑎𝑂𝐻⁡đã⁡𝑝ℎả𝑛⁡ứ𝑛𝑔⁡𝑡ạ𝑖⁡𝑡ℎờ𝑖⁡đ𝑖ể𝑚⁡𝑏𝑎𝑛⁡đầ𝑢⁡(𝑝ℎú𝑡 ) 𝑛𝑡 : 𝑡ℎể⁡𝑡í𝑐ℎ⁡(𝑚𝐿)𝑁𝑎𝑂𝐻⁡đã⁡𝑝ℎả𝑛⁡ứ𝑛𝑔⁡𝑡ạ𝑖⁡𝑡ℎờ𝑖⁡đ𝑖ể𝑚⁡𝑡⁡(𝑝ℎú𝑡 ) 𝑛∞ : 𝑡ℎể⁡𝑡í𝑐ℎ⁡(𝑚𝐿)𝑁𝑎𝑂𝐻⁡đã⁡𝑝ℎả𝑛⁡ứ𝑛𝑔⁡𝑡ạ𝑖⁡𝑡ℎờ𝑖⁡đ𝑖ể𝑚⁡𝑐â𝑛⁡𝑏ằ𝑛𝑔⁡(𝑝ℎú𝑡) * Tính 𝒌𝑻𝟏 𝒌𝑻𝟐 phương pháp bình phương cực tiểu Sử dụng phương trình (**) n Tại T1= 30 oC – Đồ thị ln( t ) theo t (phút): nt −n∞ t (phút) 𝑛𝑡 𝑙𝑛( ) 𝑛𝑡 − 𝑛∞ 0,887 10 20 30 40 50 1,103 1,301 1,696 2,079 2,442 3,091 3.5 nt ln( ) nt − n∞ y = 0.0421x + 0.8681 R² = 0.992 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 10 20 30 t (phút) 𝑛 (𝑛 −𝑛 ) ln ( 𝑡 (𝑛0 ∞ )) 𝐴𝑛∞ 𝑛0 𝑡 −𝑛∞ 𝑛𝑡 𝑛0 − 𝑛∞ 𝐴𝑛∞ kt = ln ( ) ⁡ + ln ( ) 𝑛𝑡 − 𝑛∞ 𝑛0 Ta có 𝑘𝑡 = 40 50 60 𝑛𝑡 𝑛0 ) = 𝐴𝑛∞ 𝑘𝑡 + ln ( ) 𝑛𝑡 − 𝑛∞ 𝑛0 − 𝑛∞ ⁡ Ta có phương trình hồi quy: ln ( y = 0,0421x + 0,8681 => 𝐴𝑛∞ 𝑘 = 0.0421 => 𝑘 𝑇1 = Tại T2 = 45 oC – Đồ thị 𝑙𝑛( t (phút) 𝑛𝑡 𝑙𝑛( ) 𝑛𝑡 − 𝑛∞ 0,812 0.0421 = 15,32 (⁡ ⁡) 𝑝ℎú𝑡 × 7,35 2500 𝑛𝑡 𝑛𝑡 −𝑛∞ ) theo t (phút): 10 20 30 40 50 1,031 1,235 1,604 1,881 2,271 2,613 40 50 3.0 y = 0.0354x + 0.8521 R² = 0.9979 2.5 ln( nt ) 2.0 nt − n∞ 1.5 1.0 0.5 0.0 10 20 30 t (phút) Ta có 𝑘𝑡 = 𝐴𝑛∞ 𝑛𝑡 (𝑛0 −𝑛∞ ) ) 𝑛0 (𝑛𝑡 −𝑛∞ ) ln ( 𝑛𝑡 𝑛0 − 𝑛∞ ) ⁡ + ln (⁡ ) 𝑛𝑡 − 𝑛∞ 𝑛0 𝑛𝑡 𝑛0 ln ( ) = 𝐴𝑛∞ 𝑘𝑡 + ln (⁡ ) 𝑛𝑡 − 𝑛∞ 𝑛0 − 𝑛∞ ⁡ Ta có phương trình hồi quy: 𝐴𝑛∞ kt = ln ( 60 y = 0,0354x + 0,8521 0,0354 = 19,73 (⁡ ⁡) 𝑝ℎú𝑡 × 6,95 2500 * Năng lượng hoạt hóa E phản ứng so sánh với số liệu lý thuyết Năng lượng hoạt hóa E tính theo k1 k2 trung bình nhiệt độ là: 19,73 𝐸 1 ln ( )=− ( − ) => 𝐸1 = 6497,09(⁡𝐽) 17,47 8,314 45 + 273 30 + 273 Năng lượng hoạt hóa E tính theo phương pháp bình phương cực tiểu là: 15,32 𝐸 1 ln ( )=− ( − ) => 𝐸2 = 4621,57(⁡𝐽) 14,05 8,314 45 + 273 30 + 273 Năng lượng hoạt hóa chênh lệch là: ∆𝐸 = 𝐸1 − 𝐸2 = 6497,09 − 4621,57 = 1875,52(𝐽) 𝐴𝑛∞ 𝑘 = 0,0354 => 𝑘 𝑇2 = V TRẢ LỜI CÂU HỎI Câu 1: Giải thích chế chuẩn độ ngược dùng thí nghiệm trên? - Lấy xác dư lượng dung dịch chuẩn HCl vào chất định phân (dung dịch hỗn hợp gồm NaOH + Este) - Chuẩn độ lượng dung dịch HCl dư thuốc thử NaOH Dựa vào thể tích nồng độ dung dịch HCl NaOH tìm hàm lượng Este hay nồng độ NaOH: Veste Neste = VHCl NHCl – VNaOH NNaOH Câu 2: Hằng số tốc độ phản ứng lượng hoạt hoá phản ứng phụ thuộc vào yếu tố mặt lí thuyết? - Hằng số tốc độ phản ứng lượng hoạt hóa phản ứng phụ thuộc vào nhiệt độ Câu 3: So sánh giá trị số tốc độ phản ứng k nhiệt độ khác giải thích nguyên nhân khác biệt - k nhiệt độ khác có giá trị khác - Nguyên nhân khác biệt số tốc độ phản ứng đại lượng phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt độ cao số tốc độ phản ứng lớn ngược lại Câu 4: Nêu sai số ảnh hưởng kết đo thí nghiệm - Do sai số trình thực thí nghiệm như: cân hóa chất, pha chế hóa chất, thao tác thực sai sót q trình chuẩn độ,… từ dẫn đến sai số ảnh hưởng đến kết đo Hết