Báo cáo thí nghiệm hóa đại cương bài 2 nhiệt phản ứng

NHÓM – LỚP L18 Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH  BÁO CÁO THÍ NGHIỆM HĨA ĐẠI CƯƠNG Giảng viên hướng dẫn: Cơ Võ Nguyễn Lam Un Học kì: 221 Lớp: L15 Nhóm: 08 Sinh viên thực STT HỌ VÀ TÊN MSSV Lê Hoàng Sơn 2212939 Đặng Phước Sang 2212903 NHÓM – LỚP L15 Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM Bài 2: Nhiệt Phản Ứng I Tiến trình thí nghiệm Thí nghiệm 1: Xác định nhiệt dung nhiệt lượng kế Đặt ống đong mặt phẳng cố định cho nước cất vào (đặt mắt phải ngang với vạch 50ml mặt cong phải chạm vạch 50) → cho vào cốc cắm nhiệt kế đo nhiệt độ t1 → lấy ống đơng lấy tiếp 50ml nước nóng (đúng thể tích) cho vào bình nhiệt lượng kế cắm nhiệt kế đo nhiệt độ t2 → rửa lau khô nhiệt kế để trả nhiệt độ phịng (khơng thiếu bước này) → mở nút lắp phễu rót phần nước nguội cốc vào bình nhiệt lượng kế lấy phễu lắp nhiệt kế lên → lắc cho nước nóng nước thường trao đổi nhiệt xác định nhiệt độ t3 (thí nghiệm làm lần) Thí nghiệm 2: Xác định hiệu ứng nhiệt trung hòa HCl NaOH Đầu tiên rửa buret, buret chứa hóa chất tráng hóa chất → đóng khóa buret tay trái đổ hóa chất lên đầy buret chỉnh buret (phải làm hết bọt khí chỉnh buret 0) → mở khóa buret chứa dung dịch NaOH (lấy 25ml, ý không xả hết buret) → cắm nhiệt kế vào cốc chứa NaOH xác định nhiệt độ t1 → lấy bình nhiệt lượng kế cho HCl, lấy 25ml dung dịch HCl cho vào bình nhiệt lượng kế → rửa lau khơ, trả nhiệt kế nhiệt độ phòng cắm vào bình nhiệt lượng kế đo nhiệt độ t2 → lắp phễu lên rót phần NaOH từ cốc vào bình nhiệt lượng kế, lấy phễu đóng nút lại, lắc lên đo nhiệt độ t3 (thí nghiệm làm hai lần) Thí nghiệm 3: Nhiệt hịa tan CuSO4 khan (lưu ý CuSO4 dễ hút ẩm) Dùng ống đong lấy 50ml nước cất cho vào bình nhiệt lượng kế, cắm nhiệt kế vào đo nhiệt độ t1 → cân nhanh gần 4g CuSO4 khan, ghi lại khối lượng → mở hẳn nắp bình nhiệt lượng kế, trút phần chất rắn vào → đậy nắp lại, lắp nhiệt kế lắc (nhiệt tỏa nhiệt hòa tan CuSO4 vào nước), xem nhiệt độ lên cao (cực đại) sau giảm lấy nhiệt độ cao (cực đại) t2 (thí nghiệm làm hai lần) Thí nghiệm 4: Xác định nhiệt hịa tan NH4Cl Dùng ống đong lấy 50ml nước cất cho vào bình nhiệt lượng kế cắm nhiệt kế vào đo nhiệt độ t1 → cân nhanh gần 4g NH4Cl ghi lại khối lượng → mở hẳn nắp bình nhiệt lượng kế trút phần chất rắn vào → đậy nắp lại, lắp nhiệt kế lên lắc (nhiệt tỏa nhiệt hòa tan NH4Cl vào nước), xem nhiệt độ lên cao (cực đại) sau giảm lấy nhiệt t2 (thí nghiệm làm hai lần) NHĨM – LỚP L15 Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM II Kết thí nghiệm: Thí nghiệm 1: Nhiệt dung nhiệt lượng kế Nhiệt độ °C Lần t1 t2 t3 m0c0 (cal/độ) 29°C 70°C 50°C 2,5 (cal/độ) Lần Lần Ta có: m = 50 (g); c = (cal/g.độ) => m.c = 50 (cal/độ) m0c0 = mc ( t3 −t1 ) −(t 2−t 3) t 2−t = 2,5 (cal/độ) Thí nghiệm 2: : Xác định hiệu ứng nhiệt trung hòa HCl NaOH Nhiệt độ °C Lần Lần t1 t2 t3 Q (cal) 29°C 30°C 34°C 242,64 (cal) 29°C 29,5°C 34°C 257,05 (cal) ∆H (cal/mol) -9750,38 (cal/mof) -10281,85 (cal/mol) Ta có: cNaCl 0.5M = (cal/g.độ); ρNaCl 0.5M = 1.02 (g/ml) VNaOH 1M = 25 (ml); VHCl 1M = 25 (ml) => nNaCl = 0,025 (mol) m = ( VNaOH + VHCl )*1,02 = ( 25 + 25 )*1,02 = 51 (g) Lần 1: m0c0 = mc ( t3 −t1 ) −(t 2−t 3) t 2−t Q1 = (moco + mc)(t3 ∆H = = 2,9188 (cal/độ) t +t ) = 242,6346 (cal) −Q = -9750,384 (cal/độ) < → Phản ứng tỏa nhiệt n Lần 2 : m0c0 = mc ( t −t ) −(t 2−t 3) t 2−t Q1 = (moco + mc)(t3 ∆H = = 3,115(cal/độ) t +t ) = 257,04625 (cal) −Q = -10281,85 (cal/độ) < → Phản ứng tỏa nhiệt n NHÓM – LỚP L15 Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM Thí nghiệm 3 : Xác định nhiệt hòa tan CuSO4 khan - kiểm tra định luật Hess Nhiệt độ °C t1 t2 m cân (g) Q (cal) ∆H (cal/mol) Lần 29°C 34°C 4,05 (g) 248,59 (cal) -9943,75 (cal/mol) Lần 29°C 34,5°C 4,06 (g) 313,05 (cal) -12522,14 (cal/mol) Ta có: cCuSO4 = (cal/g.độ) ; mCuSO4 = (g); mH2O = 50 (g); nCuSO4 ≈ 0.025 (mol) Lần 1: Q = (m0c0 + mH2OcH2O + mCuSO4cCuSO4)(t2 – t1) = 248,594 (cal) ∆H = −Q = -9943,75 (cal/độ) < → Phản ứng tỏa nhiệt n Lần 2: Q = (m0c0 + mH2OcH2O + mCuSO4cCuSO4)(t2 – t1) = 313,0534 (cal) ∆H = −Q = -12522,136 (cal/độ) < → Phản ứng tỏa nhiệt n Thí nghiệm 4: Xác định nhiệt hịa tan NH4Cl Nhiệt độ °C Lần Lần t1 t2 m cân (g) Q (cal) ∆H (cal/mol) 29°C 25,5°C 4,06 (g) -199,22 (cal) 2656,21 (cal/mol) 29°C 25°C 4,04 (g) -227,68 (cal) 3035,67 (cal/mol) Ta có: cNH4Cl = (cal/g.độ); mNH4Cl = 4,05 (g); mH2O = 50(g); nNH4Cl ≈ 0,075 (mol) Lần 1: Q = (m0c0 + mH2OcH2O + mNH4ClcNH4Cl)(t2 – t1) = -199,2158 (cal) ∆H = −Q = 2656,2107 (cal/độ) > → Phản ứng thu nhiệt n Lần 2: Q = (m0c0 + mH2OcH2O + mNH4ClcNH4Cl)(t2 – t1) = -227,6752 (cal) ∆H = −Q = 3035,6693 (cal/độ) > → Phản ứng thu nhiệt n NHÓM – LỚP L15 III Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM Trả lời câu hỏi : ∆Htb phản ứng HCl + NaOH → NaCl + H 2O tính theo số mol HCl hay NaOH cho 25ml dd HCl 2M tác dụng với 25ml dd NaOH 1M Tại sao ? Ta có: nHCl = 0.025 mol, nNaOH = 0.025 mol Mà tỉ lệ phản ứng phương trình 1:1 suy NaOH phản ứng hết dư HCl nên ta lấy ∆Htb tính theo số mol NaOH Nếu thay HCl 1M HNO 1M kết thí nghiệm có thay đổi hay khơng? Khơng đổi HNO3 axit mạnh giống HCl tỉ lệ đương lượng thay đổi axit Tính ∆H3 lý thuyết theo định luật Hess So sánh với kết thí nghiệm Hãy xem ngun nhân gây sai số thí nghiệm này: - Mất nhiệt độ nhiệt lượng kế - Do dụng cụ đong thể tích hóa chất - Do nhiệt kế - Do sunfat đồng bị hút ẩm - Do cân - Do lấy nhiệt dung riêng sunfat đồng cal/mol.độ Theo định luật Hess: ∆H3 = ∆H1 + ∆H2 = -18.7 +2.8 = -15.9 (kcal/mol) Theo thực nghiệm: ∆H3 = - 12.64 (kcal/mol) Theo em nguyên nhân quan trọng gây sai số sunfat đồng hút ẩm tiếp tục CuSO4 (khan) + 5H2O → CuSO4.5H2O tạo ∆H1, dạng ngậm nước nên tạo lượng nhiệt so với lí thuyết Mặt khác, CuSO4 hút ẩm số mol khác so với tính tốn lí thuyết (CuSO4 khan) Ngun nhân gây sai số khác trình thí nghiệm, thao tác khơng xác, nhanh chóng dẫn đến thất nhiệt mơi trường ngồi NHÓM – LỚP L15 Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM Bài 4: Xác định bậc phản ứng I Tiến trình thí nghiệm: Xác định bậc phản ứng theo 𝐍𝐚𝟐𝐒𝟐𝐎𝟑 Chuẩn bị ống nghiệm chứa 𝐻2𝑆𝑂4 bình tam giác chứa Na2S2O3 𝐻2𝑂 theo bảng sau: TN Ống nghiệm V(ml) 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 0,4M 8 Erlen V(ml) 𝐍𝐚𝟐𝐒𝟐𝐎𝟑 0,1M 16 V(ml) 𝑯𝟐𝑶 28 24 16 -Dùng Pipet vạch lấy axit cho vào ống nghiệm -Dùng Buret cho nước vào erlen -Tráng Buret Na2S2O3 0,1M tiếp tục dùng Buret cho Na2S2O3 vào Erlen -Lần lượt cho phản ứng cặp ống nghiệm Erlen sau: +Đổ nhanh axit ống nghiệm vào erlen.Bấm đồng hồ (khi dung dịch tiếp xúc nhau) +Lắc nhẹ, sau để yên quan sát, thấy dung dịch chuyển sang đục bấm đồng hồ +Lặp lại thí nghiệm lấy giá trị trung bình Xác định bậc phản ứng theo 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 Thao tác tương tự phần với lượng axit Na2S2O3 theo bảng sau: TN Ống nghiệm V(ml) 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 0,4M 8 Erlen V(ml) 𝐍𝐚𝟐𝐒𝟐𝐎𝟑 0,1M 8 V(ml) 𝑯𝟐𝑶 28 24 16 NHÓM – LỚP L15 Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM II Kết thí nghiệm: Thí nghiệm 1: Xác định bậc phản ứng theo Na2S2O3 TN t1 98 56 26 2 Thời gian (s) t2 100 57 29 ttb 99 56,5 27,5 Ta có biểu thức tính vận tốc phản ứng tức thời: V=± → dC i = kC nA CmB dt V t tb t tb = = 2m → lg( ) = m.lg(2) V t tb t tb Từ ttb TN1 TN2 xác định m1: t tb1 ) t tb2 = 0,98 (g) m1 = lg ⁡(2) lg( Từ ttb TN2 TN3 xác định m2: t tb2 ) t tb3 = 1,03 (g) m2 = lg ⁡(2) lg( Bậc phản ứng theo Na2S2O3: m1+ m2 = 1,005 2 Thí nghiệm 2: Xác định bậc phản ứng theo H2SO4: TN t1 50 54 48 Thời gian (s) t2 47 55 49 ttb 48,5 54,5 48,5 Ta có biểu thức tính vận tốc phản ứng tức thời: V=± → dC i = kC nA CmB dt V t tb t tb = = 2n → lg( ) = n.lg(2) V t tb5 t tb Từ ttb TN4 TN5 xác định n1: NHÓM – LỚP L15 Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM t tb ) t tb = 0,101 (g) n1 = lg ⁡( 2) lg( Từ ttb TN5 TN6 xác định n2: t tb5 ) t tb6 = 0,301 (g) n2 = lg ⁡(2) n +n Bậc phản ứng theo Na2S2O3: = 0,201 lg( III Trả lời câu hỏi: Trong thí nghiệm trên, nồng độ Na2S2O3 H2SO4 ảnh hưởng lên vận tốc phản ứng? Viết lại biểu thức tính vận tốc phản ứng Xác định bậc phản ứng Nồng độ Na2S2O3 tỉ lệ thuận với vận tốc phản ứng Nồng độ H2SO4 tăng có xu hướng làm tăng vận tốc phản ứng, nhỏ không đáng kể Biểu thức tính vận tốc phản ứng: V = k [ Na2S2O3]1,04 [H2SO4]0,2 Bậc phản ứng: 1,0404 + 0,201 = 1,2414 Cơ chế phản ứng viết sau: H2SO4 + Na2S2O3 → Na2SO4 + H2S2O3 (1) H2S2O3 → H2SO3 + S ↓ (2) Dựa vào kết TN kết luận phản ứng (1) hay (2) phản ứng định vận tốc phản ứng tức phản ứng xảy chậm không? Tại sao? Lưu ý TN trên, lượng axit H2SO4 luôn dư so với Na2S2O3 Phản ứng định vận tốc phản ứng, tức phản ứng xảy chậm nhất, phản ứng (2) phản ứng tự oxy hoá khử nên xảy chậm Phản ứng (1) phản ứng trao đổi ion nên xảy nhanh so với phản ứng (2) Dựa sở phương pháp TN vận tốc xác định thí nghiệm xem vận tốc trung bình hay vận tốc tức thời? Biểu thức tính vận tốc phản ứng trung bình V = ± dC , mà thí nghiệm ta cố dt định ∆C cách ghi nhận thời gian ∆t từ lúc bắt đầu phản ứng đến lúc dung dịch bắt đầu chuyển sang đục nên vận tốc phản ứng thí nghiệm vận tốc tức thời Thay đổi thứ tự cho H2SO4 Na2S2O3 bậc phản ứng có thay đổi khơng, sao? Biểu thức tính vận tốc phản ứng V = ± dC i = kC nA CmB ,nên hệ phụ thuộc vào số tốc dt NHÓM – LỚP L15 Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM độ phản ứng k , nồng độ, áp suất diện tích tiếp xúc, k phụ thuộc vào nhiệt độ, chất xúc tác chất phản ứng Do đó, thay đổi thứ tự cho H 2SO4 Na2S2O3 không làm thay đổi hệ, không làm thay đổi bậc phản ứng IV Kết luận: Qua thí nghiệm này, ta chứng minh nồng độ chất tham gia có ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng (nồng độ Na2S2O3 tỉ lệ thuận với vận tốc phản ứng ứng), bậc phản ứng không thay đổi ta thay đổi thứ tự cho H2SO4 Na2S2O3 Bằng thực nghiệm, ta xác định bậc phản ứng phân huỷ Na2S2O3 môi trường axit 1,1 ≈ Bài 8: Phân tích thể tích I Tiến hành thí nghiệm: Thí nghiệm 1: Xây dựng đường cong chuẩn độ axit mạnh bazo mạnh dựa theo bảng: Dựa đường cong chuẩn độ, xác định bước nhảy pH, điểm tương đương chất thị thích hợp Thí nghiệm 2: - Tráng buret dung dịch NaOH 0,1M, sau cho từ từ dung dịch NaOH 0,1M vào buret Chỉnh mức dung dịch ngang vạch - Dùng pipet 10 ml lấy 10 ml dung dịch HCl chưa rõ nồng độ vào erlen 150 ml, thêm 10 ml nước cất giọt phenolphthalein - Mở khóa buret nhở từ từ dung dịch NaOH xuống erlen, vừa nhỏ vừa lắc nhẹ đến dung dịch erlen chuyển sang màu hồng nhật bền khóa buret Đọc thể tích dung dịch NaOH dung - Lặp lại thí nghiệm hai lần để tính giá trị trung bình Thí nghiệm 3: Tiến hành tương tự thí nghiệm thay chất thị phenolphthalein metyl da cam Màu dung dịch đổi từ đỏ sang cam Thí nghiệm 4: Tiến hành tương tự thí nghiệm thay chất dung dịch HCl Làm thí nghiệm lần với lần đầu dung chất thị phenolphtalein, lần sau dùng metyl da cam 10 NHÓM – LỚP L15 Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM II Kết thí nghiệm: Thí nghiệm 1: Xác định: pH điểm tương đương: Bước nhảy pH: từ 3,36 đến 10,56 Thí nghiệm 2: Ta có: CHCl VHCl = CNaOH VNaOH Lần VHCl (ml) 10 VNaOH (ml) 10,7 CNaOH (N) 0,1 CHCl (N) 0,107 Sai số 0,003 11 NHÓM – LỚP L15 Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM 10 10 10,3 10,3 0,1 0,1 0,103 0,103 0,001 0,001 CHCl (N) 0,11 0,104 0,103 Sai số 0,004 0,002 0,003 C HCl = 0,104 (N) Ta tính sai số tuyệt đối lần đo theo công thức: ∆ CHCl = | CHCl - C HCl | ∆ C HCl = 0,0017 Suy nồng độ HCl cần dùng là: CHCl = 0,104 ± 0,0017 (N) Thí nghiệm 3: Ta có: CHCl VHCl = CNaOH VNaOH Lần VHCl (ml) 10 10 10 VNaOH (ml) 11 10,4 10,3 CNaOH (N) 0,1 0,1 0,1 C HCl = 0,106 (N) Ta tính sai số tuyệt đối lần đo theo công thức: ∆ CHCl = | CHCl - C HCl | ∆ C HCl = 0,003 Suy nồng độ HCl cần dùng là: CHCl = 0,106 ± 0,003 (N) Thí nghiệm 4: Ta có: CCH3COOH VCH3COOH = CNaOH VNaOH Lần 3 Chất thị Phenolphtalein Metyl da cam VCH3COOH (ml) 10 10 10 10 10 10 VNaOH (ml) 10,3 9,9 9,9 3,5 3,2 CNaOH (ml) 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 CCH3COOH (ml) 0,103 0,099 0,099 0,035 0,032 0,03 Sai số 0,0027 0,0013 0,0013 C C H COOH = 0,1003 (N) Ta tính sai số tuyệt đối lần đo theo công thức: ∆ CHCl = | CHCl - C HCl | ∆ C HCl = 0,0018 Suy nồng độ HCl cần dùng là: CHCl = 0,1003 ± 0,0018 (N) 12 NHÓM – LỚP L15 III Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM Trả lời câu hỏi: Khi thay đổi nồng độ HCl NaOH, đường cong chuẩn độ c ó thay đổi hay khơng, sao? Khi thay đổi nồng độ HCl NaOH đường cong chuẩn độ khơng thay đổi đương lượng phản ứng chất khơng thay đổi, có bước nhảy thay đổi Nếu dùng nồng độ nhỏ bước nhảy nhỏ ngược lại Việc xác định nồng độ axit HCl thí nghiệm cho kết xác hơn, sao? Việc xác định nồng độ axit HCl thí nghiệm thí nghiệm cho ta kết xác Vì phenol phtalein có bước nhảy pH khoảng - 10 metyl organe 3,1 – 4,4 mà điểm tương đương hệ 7, phenol phtalein giúp ta xác định màu tốt hơn, rõ ràng Từ kết thí nghiệm 4, việc xác định nồng độ dung dịch axit acetic thị màu xác hơn, sao? Từ kết thí nghiệm 4, việc xác định nồng độ dung dịch axit acetic phenolphtalein xác hơn, Vì mơi trường axit phenol phtalein khơng có màu, chuyển sang màu hồng môi trường bazơ, nên ta phân biệt dễ dàng xác Còn metyl orange chuyển từ màu đỏ môi trường axit, sang màu vàng cam môi trường bazơ ta khó phân biệt xác Ngồi cịn phenol phtalein có bước nhảy pH khoảng - 10 metyl organe 3,1 – 4,4 mà điểm tương đương hệ >7 Trong phép phân tích thể tích, đổi vị trí NaOH axit kết có thay đổi khơng, sao? Trong phép phân tích thể tích thay đổi vị trí NaOH axit kết 13 NHÓM – LỚP L15 Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM không thay đổi chất phản ứng phản ứng trung hòa chất thị đổi màu điểm tương đương IV.Kết luận: Qua thí nghiệm trên, ta nhận thấy phenol phtalein giúp ta xác định nồng độ dễ dàng tốt metyl orange Do phenol phtalein độ pH khoảng - 10 mà điểm tương đương hệ 7, chất chuyển từ không màu môi axit sang màu hồng môi trường bazơ mắt thường dễ dàng nhận biết chuyển màu 14