định luậ pb I. Mục đích Xác định hệ số phân bố Kpb của iot (I2) giữa tetraclorua cacbon (CCl4) hoặc Cyclohexan (C6H12) và nước. Áp dụng “phương pháp phân bố” để xác định hằng số cân bằng KC của phản ứng: KI + I2 ⇌ KI3 trong dung dịch nước. II. Cơ sở lý thuyết II.1. Định luật phân bố Nernst Nếu hoà tan một chất vào hai dung môi không tan lẫn A và B thì khi cân bằng, nồng độ chất tan trong hai dung môi này sẽ tuân theo định luật phân bố Nernst. ở mỗi áp suất và nhiệt độ nhất định, nếu chất tan không phân ly hoặc liên hợp trong hai dung môi thì tỷ số nồng độ chất tan trong hai dung môi là một hằng số được gọi là hằng số phân bố hay hệ số phân bố: CA CB = Kpb (1a) CCl4 và H2O có thể coi là hai dung môi không tan lẫn, I2 tan được cả trong hai dung môi này nên (Hình 1): Nồng độ của I2 trong CCl4 Nồng độ của I2 trong H2O = CA CB =Kpb (1b)
Đại học Bách Khoa Hà Nội BM Hóa lý ĐỊNH LUẬT PHÂN BỐ I Mục đích Xác định hệ số phân bố Kpb iot (I2) tetraclorua cacbon (CCl4) Cyclohexan (C6H12) nước Áp dụng “phương pháp phân bố” để xác định số cân KC phản ứng: KI + I2 ⇌ KI3 dung dịch nước II Cơ sở lý thuyết II.1 Định luật phân bố Nernst Nếu hoà tan chất vào hai dung mơi khơng tan lẫn A B cân bằng, nồng độ chất tan hai dung môi tuân theo định luật phân bố Nernst áp suất nhiệt độ định, chất tan không phân ly liên hợp hai dung môi tỷ số nồng độ chất tan hai dung môi số gọi số phân bố hay hệ số phân bố: CA = K pb CB (1a) CCl4 H2O coi hai dung môi không tan lẫn, I2 tan hai dung mơi nên (Hình 1): Nồng độ I2 CCl4 Nồng độ I2 H2 O = CA =Kpb CB (1b) Hình Sự phân bố iot lớp I2 tan CCl4 nhiều H2O nên hệ số phân bố Kpb có giá trị lớn Chuẩn độ nồng độ I2 hai lớp dung dịch cân với suy Kpb II.2 Hằng số cân KC phản ứng Xét phản ứng có cân sau: KI + I ⇌ KI3 Hằng số cân phản ứng xác định theo công thức: Đại học Bách Khoa Hà Nội BM Hóa lý KC = [KI ]cb [I ]cb [KI]cb (2) Trong đó, nồng độ đo trạng thái cân KC có giá trị lớn Có thể xác định KC nhiều phương pháp, ta sử dụng phương pháp xác định trực tiếp nồng độ cân dựa định luật phân bố, nguyên tắc sau: Khi cho I2 tan hệ " CCl4 - dd KI" thì: - Trong lớp nước, phần iot trạng thái tự I2, phần kết hợp với KI thành KI3, Hình Hình Sự phân bố iot lớp thêm KI - Trong lớp CCl4 có I2 KI KI3 không tan CCl4 Như I2 tham gia hai cân bằng: cân hoá học ‘’lớp nước’’ cân phân bố hai lớp Tỉ số nồng độ I2 hai lớp phải có giá trị Kpb Khi chuẩn độ I2 dung dịch KI Na2S2O3, thị hồ tinh bột (ở điểm tương đương dung dịch mầu xanh), ta khơng xác định I2 tự riêng biệt, I2 tự tác dụng với Na2S2O3 theo phương trình 2Na2S2O3 + I2 = Na2S4O6 + 2NaI cân KI + I2 ⇌ KI3 chuyển dịch phía trái, tạo thành I2 Kết chuẩn độ dung dịch KI xác định nồng độ I2 "tổng cộng": [I2]tổng = [I2]cb + [KI3]cb (3) - Chuẩn độ iot lớp CCl4 xác định [ I ] CCl4 Biết hệ số phân bố Kpb xác định theo (1), suy : [I ]cb = [I ]CCl4 (4) K pb Biết [I2] tổng [I2]cb xác định [KI3]cb theo (3), từ xác định [KI]cb vì: [KI ]cb = [KI ]đầu - [KI3 ]cb (5) Đại học Bách Khoa Hà Nội BM Hóa lý III Thực hành Chuẩn bị: a) Dụng cụ: + bình tam giác có nút nhám, dung tích 250 mL đánh số + phễu chiết để khô (nếu bị ướt tráng axeton), đánh số + lọ có nút nhám khơ, dung tích 50 mL đánh số + lọ có nút nhám khơ, dung tích 150 mL đánh số + buret 25 mL bình chuẩn độ (bình nón) + pipet, ống đong, cốc có nhãn hóa chất tương ứng b) Hóa chất: Nước cất; dung dịch KI 0,01N; dung dịch I2/CCl4; dung dịch chuẩn độ Na2S2O3 0,001N 0,01N; dung dịch KI 5%; chất thị hồ tinh bột Tiến hành - Dùng ống đong cho vào bình số thể tích gần sau: Bình Nước cất (mL) Dung dịch KI 0,01N (mL) Dung dịch I2 CCl4 (mL) 120 - - 50 10 10 - Đậy chặt nút nhám Lắc mạnh bình khoảng 20 phút (để hỗn hợp đạt cân bằng) rót hỗn hợp vào phễu chiết tương ứng Sau hỗn hợp phân lớp, mở khóa phễu để tách lớp dung dịch I2 CCl4 vào lọ nút nhám khô (50mL) tương ứng, nút kín lọ Tiếp tục lấy dung dịch cịn lại phễu chiết vào lọ nút nhám khô (150mL) tương ứng, nút kín lọ - Chuẩn độ dung dịch sau: + Với dung dịch I2 CCl4 (trong lọ 50mL): Lấy bình nón khơ, thêm khoảng 10mL dung dịch KI 5%; sau dùng pipet khô hút 2mL dung dịch I2 CCl4 vào bình nón, đem chuẩn độ dung dịch Na2S2O3 0,01N; Thể tích (mL) dung dịch Na2 S2O3 0,01N dùng để chuẩn độ 2mL dung dịch I2 CCl4 V1 (chiết từ phễu 1) V1’ (chiết từ phễu 2) + Với dung dịch I2 nước (trong lọ 150mL chiết từ phễu 1): Lấy bình nón khơ, dùng pipet hút 25mL dung dịch I2 nước vào bình nón, đem chuẩn độ dung dịch Na2S2O3 0,001N; Thể tích (mL) dung dịch Na2S2O3 0,001N dùng để chuẩn độ 25mL dung dịch I2 H2O V2 + Với dung dịch hỗn hợp I2 KI (trong lọ 150mL chiết từ phễu 2): Lấy bình nón khơ, dùng pipet hút 5mL dung dịch hỗn hợp vào bình nón, đem chuẩn độ dung dịch Na2S2O3 0,001N; Đại học Bách Khoa Hà Nội BM Hóa lý Thể tích (mL) dung dịch Na2S2 O3 0,001N dùng để chuẩn độ 5mL dung dịch I2 KI V2’ Mỗi dung dịch chuẩn độ lần để lấy giá trị trung bình Chú ý: Pipét 2mL dùng để hút dung dịch I2 CCl4 phải hoàn toàn khô (nếu ướt, làm khô axêtôn chất dễ tan nước dễ bay hơi) Đuôi phễu chiết phải làm khô axeton trước tách lớp CCl4 CCl4 chất dễ bay hơi, hoà tan nhiều I2 không tan dung dịch Na2S2O3 nên sau tách riêng lớp CCl4 nên hút (2mL) vào bình nón chứa sẵn khoảng 10mL dung dịch KI 5% Dùng KI để ‘’kéo’’ I2 từ CCl4 lên lớp dung dịch giúp cho chuẩn độ nhanh, xác; dung dịch KI cịn hạn chế bốc dung dịch CCl4 Khi hút dung dịch I2 nước dung dịch hỗn hợp I2 KI phải tránh "váng" iot CCl4 thường lại Khi chuẩn độ, thêm thị hồ tinh bột nồng độ iot nhỏ (mầu iot nhạt) Chuẩn iot CCl4 phải chậm lắc mạnh IV Hướng dẫn tính tốn Phản ứng chuẩn độ iot thiosunfatnatri phản ứng oxy hoá- khử Trong phản ứng, 1mol I2 nhận điện tử nên đương lượng gam iot 1/2 mol iot nghĩa nồng độ đương lượng iot N I nồng độ mol iot CI = [I ] quan hệ với theo công thức 2 CI = [I ] = N I 2 IV.1 Xác định hệ số phân bố Kpb Từ giá trị V1 V2 thu trên, theo định luật đương lượng ta có: 0,01´V1 = ´ (N I )CCl = ´[I ]CCl 4 0,01´V2 = 25´ (N I ) H O = 50 ´ [I ]H O K pb = Suy ra: [I ]CCl [I ]H O = 125 2 V1 V2 IV.2 Xác định số cân KC Tương tự, từ giá trị V’1 V’2 ta có: 0,01V'1 = ( N I ) CCl4 = [ I ] CCl4 → [ I ] CCl4 = 0,01V'1 4 Đại học Bách Khoa Hà Nội BM Hóa lý 0,001V'2 = (N I [I2]tổng = Từ (4) suy ra: [I2]cb = )tông = 10 [I2]tổng 0,001.V ' 10 0,01V '1 4.K pb Biết [I2]tổng [I2]cb suy [KI3]cb [KI]cb theo (3) (5) từ tính KC theo (2) V Câu hỏi Khi xác định KC dùng CCl4 để làm gì? Có thể thay CCl4 chất khác khơng, chất phải có tính chất gì? Nếu tách hút pipét lớp I2 CCl4 mà khơng thao tác nhanh bình nón khơng nút kín sai nào? So sánh màu lớp iot nước, KI CCl4 Giải thích Giải thích rõ tác dụng làm khơ pipet bị ướt axêtơn Có thể thay axêtôn chất khác không? Nếu pipét hút dung dịch iot CCl4 bị ướt có tượng sai số sao? Vì pipét hút dung dịch iot nước KI không cần làm khơ (chỉ cần tráng dung dịch đó)?