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

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BÁO CÁO THÍ NGHIỆM HĨA ĐẠI CƯƠNG Giảng viên hướng dẫn: ThS Trần Thị Thanh Thúy Lớp: L02 Nhóm: 06 STT Sinh viên thực Mã số sinh viên Phạm Bá Hồng 2113414 Nguyễn Cơng Huy 2113499 Phạm Viết Huy 2211269 Thành phố Hồ Chí Minh – 2023   MỤC LỤC BÀI NHIỆT PHẢN ỨNG .1 I Mục đích thí nghiệm .1 II Tiến hành thí nghiệm 1 Xác định nhiệt dung nhiệt lượng kế  Xác định hiệu ứng nhiệt phản ứng trung hòa HCl NaOH  Xác định nhiệt hòa tan CuSO 4 khan – kiểm tra định luật Hess Xác định nhiệt hòa tan NH4Cl  III Trả lời câu hỏi BÀI XÁC ĐỊNH BẬC PHẢN ỨNG .3 I Mục đích thí nghiệm .3 II Tiến hành thí nghiệm Bậc phản ứng theo Na2S2O3 .3 Bậc phản ứng theo H2SO4 III Trả lời câu hỏi BÀI PHÂN TÍCH THỂ TÍCH I Mục đích thí nghiệm .7 II Tiến hành thí nghiệm Xây dựng đường cong chuẩn độ HCl NaOH: Chuẩn độ HCl với thuốc thử Phenolphtalein Chuẩn độ HCl với metyl da cam Chuẩn độ CH3COOH với Phenolphtalein Metyl da cam .10 III Trả lời câu hỏi 13 BÀI NHIỆT PHẢN ỨNG I Mục đích thí nghiệm - Đo hiệu ứng nhiệt phản ứng khác - Kiểm tra lại định luật Hess II Tiến hành thí nghiệm Xác định nhiệt dung nhiệt lượng kế  1.1 Mơ tả thí nghiệm - Lấy 50ml nước nhiệt độ phòng cho vào becher đo nhiệt độ t - Lấy 50ml nước khoảng 60 ℃ cho vào nhiệt lượng kế, để yên phút đo nhiệt độ t - Dùng phễu đổ nhanh 50ml nhiệt độ phòng vào nhiệt lượng kế chứa 50ml nước nước đọc giá trị nhiệt độ t 3 đến nhiệt độ không đổi 1.2 Công thức tính m c =mc  ( t 3− t 1 )−( t 2−t  3) t 2 −t 3 1.3 Kết thu Lần Lần t1 33 33 t2 62 64 t3 47 49 m0c0 (cal/độ) -3,33 3,33 Xác định hiệu ứng nhiệt phản ứng trung hòa HCl NaOH  2.1 Mơ tả thí nghiệm - Dùng buret lấy 25ml dung dịch NaOH 1M cho vào becher 100ml để bên ngồi nhiệt độ phịng ta đo nhiệt độ t - Dùng buret lấy 25ml dung dịch HCl 1M cho vào nhiệt lượng kế Đo nhiệt độ t - Dùng phễu đổ nhanh becher chứa dung dịch NaOH HCl chứa nhiệt lượng kế Khuấy dung dịch nhiệt lượng kế Đo nhiệt độ t 2.2 Cơng thức tính mNaClcNaCl=( VNaOH + VHCl ) , 02 =( 25 + 25 ) , 02=51 ( cal / độ ) ( Q= ( m c + mNaClcNaCl ) t 3 − ∆H =  ) t 1 + t 2 −Q n 2.3 Kết thu Lần Lần t1 32 33 t2 32 32 t3 38 39 Q (cal) 306 331,5 ∆H (cal/mol) -12750 Xác định nhiệt hòa tan CuSO 4 khan – kiểm tra định luật Hess 3.1 Mơ tả thí nghiệm - Cho 50ml nước vào nhiệt lượng kế Đo nhiệt độ t - Cân xác 4g CuSO khan - Cho nhanh 4g CuSO4 vào nhiệt lượng kế, khuấy cho CuSO 4 tan hết đo nhiệt độ t 3.2 Cơng thức tính Q = (m0c0 + mH2OcH2O + m NH4ClcCuSO4)( t2 – t1) ∆H = −Q n 3.3 Kết thu Lần Lần t1 33 33 t2 38 39 m (H2O + CuSO4) 54,02 54,01 Q (cal) 270,1 324,06 ∆H (cal/mol) -10750,25 -12930,07 Xác định nhiệt hịa tan NH4Cl  4.1 Mơ tả thí nghiệm - Làm tương tự thí nghiệm ta thay CuSO 4 khan thành NH4Cl 4.2 Cơng thức tính Q = (m0c0 + mH2OcH2O + m NH4Clc NH4Cl)( t2 – t1) ∆H = −Q n 4.3 Kết thu Lần Lần t1 33 33 t2 29 29 m (H2O + CuSO4) 54,01 54,03 Q (cal) -216,04 -216,12 ∆H (cal/mol) 2882,33 2869,09 III Trả lời câu hỏi ∆Hth phản ứng HCl + NaOH → NaCl + H 2O tính theo số mol HCl hay  NaOH cho 25ml dung dịch HCl 2M tác dụng với 25ml dung dịch NaOH 1M? Tại ? Ta có số mol NaOH : nNaOH = 0,025 mol Ta có số mol NaOH : nNaOH = 0,025 mol Số mol HCl: nHCl = 0,05mol HCl + NaOH → NaCl + H2 O Ban đầu: 0,05 0,025 Phản ứng: 0,025 0,025 0,025 Sau phản ứng: 0,025 0,025 0,025 - Ta thấy NaOH phản ứng hết HCl dư, nên ∆Hth phản ứng tính theo NaOH Vì lượng dư HCl dư không tham gia phản ứng nên không sinh nhiệt Nếu thay HCl 1M HNO3 1M kết thí nghiệm có thay đổi hay khơng?  Nếu thay HCl 1M HNO3 1M kết thí nghiệm khơng thay đổi HNO3 axit mạnh phân li hoàn toàn HCl → H+ + Cl – HNO3 → H+ + NO3 –  - Đồng thời thí nghiệm phản ứng trung hòa H+ + OH- → H 2O - Sau thay cơng thức Q = mc∆t có m,c có thay đổi, đại lượng m, c, ∆t biến đổi cho Q không đổi suy ∆H khơng đổi Tính ∆H3 lý thuyết theo định luật Hess So sánh với kết thí nghiệm Hãy xem nguyên nhân gây sai số thí nghiệm này: - Mất nhiệt độ nhiệt lượng kế - Do nhiệt kế - Do dụng cụ đong thể tích hóa chất - Do cân - Do sunphat đồng bị hút ẩm - Do lấy nhiệt dung riêng sunphat đồng cal/mol.độ Theo em sai số quan trọng nhất, giải thích? Cịn ngun nhân khác khơng? - Theo định luật Hess: ∆H3 = ∆H1 + ∆H2 = -18,7 + 2,8 = -15,9 (kcal/mol) - Theo thực nghiệm thực tế: ∆H3 = -10,479 (kcal/mol) Trong nguyên nhân trên, nguyên nhân quan trọng Đồng Sunphat (CuSO 4)  bị hút ẩm Vì điều kiện thường có lẫn nước nên có độ ẩm, CuSO 4 khan nên sau tiếp xúc với khơng khí, CuSO 4 khan hút ẩm tỏa nhiệt lượng đáng kể, khiến ta sai lệch giá trị t 2 chúng ta đo lần thí nghiệm Theo em nguyên nhân khác làm cho kết sai số: - Cân điện tử cân hóa chất xác, nhiên lượng chất lấy khác gây biến đổi nhiệt đáng kể - Lượng CuSO4 trong phản ứng khơng tan hết làm lượng đáng kể  phải sinh q trình hịa tan BÀI XÁC ĐỊNH BẬC PHẢN ỨNG I Mục đích thí nghiệm - Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ đến vận tốc phản ứng - Xác định bậc phản ứng phân hủy Na 2S2O3  môi trường axit thực nghiệm II Tiến hành thí nghiệm Bậc phản ứng theo Na2 S 2O3 Chuẩn bị ống nghiệm chứa 2SO4 bình tam giác chứa Na 2S2O3 và theo bảng: Thí nghiệm Ống nghiệm V(ml) H2SO4 0,4M erlen V (ml) Na2S2O3 0,1M V(ml) 20 28 8 24 16 16 1.1 Mơ tả thí nghiệm Dùng pipet vạch lấy axit cho vào ống nghiệm Dùng buret cho nước vào erlen Sau tráng buret Na 2S2O3  0,1M tiếp tục dùng buret cho Na 2S2O3 vào erlen Lần lượt cho phản ứng cặp ống nghiệm erlen sau: - Đổ nhanh axit ống nghiệm vào erlen - Bấm đồng hồ ( dung dịch tiếp xúc nhau) - Lắc nhẹ sau để yên quan sát, thấy dung dịch chuyển sang đục dừng bấm đồng hồ ta thu kết đọc ∆  Lặp lại thí nghiệm lần để tính giá trị trung bình 1.2 Kết thu được: Thí nghiệm Nồng độ ban đầu (M) Δ t 1 (s) Δt2(s) ΔtTB(s)  Na2S2O3 H2 SO4 0,1 0,4 105 110 107,5 0,1 0,4 44 55 49,5 0,1 0,4 22 27 24,5 Từ ∆T thí nghiệm thí nghiệm xác định: m1= log  ∆ t 1 ∆ t 2 log  =  107 , 49 ,   =1 , 11 log2 log Từ ∆T thí nghiệm thí nghiệm xác định: m2= log  ∆ t 2 ∆ t 3 log2  =  49 , 24 ,   =1 , 01 log2 log Bậc phản ứng theo Na 2S2O3 = m +m 2   = , 11+ , 01   =1 , 06 2 Bậc phản ứng theo H2SO4 Chuẩn bị ống nghiệm chứa 2SO4 bình tam giác chứa Na 2S2O3 H2O theo  bảng sau: Thí nghiệm Ống nghiệm V(ml) H2SO4 0,4M erlen V (ml) Na2S2O3 0,1M V(ml) 20 28 8 24 16 16 2.1 Mơ tả thí nghiệm: 10 - Tiến hành thí nghiệm thí nghiệm số 2.2 Kết thu được: Thí nghiệm Nồng độ ban đầu (M) Δt 1(s) Δt2(s) ΔtTB(s)  Na2S2O3 H2 SO4 0,1 0,4 52 70 61 0,1 0,4 44 55 49,5 0,1 0,4 43 48 45,5 Từ ∆T thí nghiệm thí nghiệm xác định: m1= log  ∆ t 1 ∆ t 2 log2  =   61 49.5   log log =0 , Từ ∆T thí nghiệm thí nghiệm xác định: m2= log  ∆ t 2 ∆ t 3 log2  =  49 , 45 ,   =0 , 12 log log Bậc phản ứng theo Na 2S2O3 = m +m 2   = , + , 12   =0 , 21 III Trả lời câu hỏi Trong thí nghiệm trên, nồng độ 2S2O3 H2SO4 ảnh lên vận  tốc phản ứng? Viết lại biểu thức tính vận tốc phản ứng Xác định bậc phản ứng  Nồng độ Na 2S2O3 tỉ lệ thuận với tốc độ phản ứng Nồng độ H2SO4 không ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng Biểu thức tính vận tốc: V = K.[ Na2S2O2 ] n  [H2SO4 ] n ; m,n số dương xác định thực nghiệm Bậc phản ứng: m+n 11 Cơ chế phản ứng viết sau: + 223 → 24 + 223 (1)   2 → 23 + ↓ (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 2SO3  (1) phản ứng trao đổi ion nên tốc độ phản ứng xảy nhanh (2) phản ứng tự oxi hóa khử nên tốc độ phản ứng xảy chậm Phản ứng (2) định tốc độ phản ứng, phản ứng xảy chậm bậc  phản ứng (2) bậc phản ứng Dựa sở phương pháp TN vận tốc xác định TN xem vận tốc trung bình hay vận tốc tức thời? Vận tốc xác định thương biến thiên nồng độ với biến thiên thời gian (Δ /Δ) Do Δ≈0 (lưu huỳnh có biến thiên nồng độ không đáng kể khoảng thời gian Δ ) nên vận tốc TN xem vận tốc tức thời Thay đổi thứ tự cho H2SO4 Na 2S2O3 thì bậc phản ứng có thay đổi hay không, sao? Bậc phản ứng không đổi thay đổi thức tự cho H2SO4 Na 2S2O3 vì nhiệt độ xác định, bậc phản ứng phụ thuộc vào chất hệ (nồng độ, nhiệt độ, diện tích bề mặt tiếp xúc, áp suất) mà khơng phụ thuộc vào thứ tự phản ứng 12 BÀI PHÂN TÍCH THỂ TÍCH I Mục đích thí nghiệm - Dựa việc thiết lập đường cong chuẩn độ axit mạnh (HCl) bazơ mạnh (NaOH) lựa chọn chất thị màu thích hợp cho phản ứng chuẩn độ axit HCl dung dịch NaOH chuẩn - Áp dụng chuẩn độ để xác định nồng độ axit mạnh (HCl) axit yếu (CH3COOH) II Tiến hành thí nghiệm Xây dựng đường cong chuẩn độ HCl NaOH: Xây dựng đường cong chuẩn độ axit mạnh bazo mạnh dựa theo bảng Đường cong chuẩn độ HCl 14 12 10.56 10  B  ư   ớ   c  n h   ả   y  p H pH_td = [Y VALUE]        H       p 3.36 0 VNaOH (ml) Từ ta xác định được: 13 10 12 14  pH điểm tương đương: 7,26 Bước nhảy pH: Từ pH 3,36 đến pH 10,56 Chất thị thích hợp: Phenolphtalein, metyl da cam Chuẩn độ HCl với thuốc thử Phenolphtalein 2.1 Mơ tả thí nghiệm: - Tráng buret dd NaOH 0,1N, sau cho từ từ dd NaOH 0,1N vào buret Chỉnh khí mức dung dịch ngang vạch - Dùng pipet 10ml lấy 10ml dd HCl (chưa biết nồng độ) cho vào erlen 150ml, thêm 10ml nước cất giọt phenolphtalein - Mở khóa buret nhỏ từ từ dd NaOH xuống erlen, vừa nhỏ vừa lắc nhẹ đến dd erlen chuyển sang màu hồng nhạt bề (dư giọt NaOH) khóa buret - Đọc thể tích NaOH dùng lặp lại thí nghiệm để tính giá trị trung bình - Màu dung dịch chuyển từ Trắng sang Hồng Nhạt (dư giọt NaOH) sang Hồng đậm, Tím (nếu tăng dần lương NaOH 2.2 Kết thu được: Lần VHCl (ml) v NaOH (ml) C NaOH (N) CHCl (N) Sai số ∆C 10 9,95 0,1 0,0995 0,003 10 9,9 0,1 0,09 0,0065 10 10 0,1 0,1 0,0035 Tính nồng độ dung dịch HCl: Ta có : C  HCl ×V  HCl =C  NaOh × V  NaOh → C  HCl (1) = → C  HCl (2) = C  NaOH  ×V  NaOH (1) V  HCl C  NaOH  ×V  NaOH  (2) V  HCl = , × , 95   =0,0995 ( N ) 10 = , 1×   =0.09 ( N ) 10 14 → C  HCl (3 )= → C tb = C  NaOH ×V  NaOH (3 ) V  HCl = , × 10 10 =0.1 ( N ) 0,0995 + , 09 + ,   =0,0965 ( N ) Sai số lần 1: |C  HCl ( 1)−C tb|=|0,0995 −0,0965|=0,003 Sai số lần 2: |C  HCl ( 2)−C tb|=|0 , 09 −0,0965|=0,0065 Sai số lần 3: |C  HCl ( 3)−C tb|=|0 , −0,0965|=0,0035 → ∆ C tb = 0,003 + 0,0065 + 0,0035 ≈ 0,0043 → C  HCl=C tb ± ∆ C tb =0,0965 ± 0,0043 ( N ) Kết luận: Chuẩn độ axit mạnh với chất thị Phenolphtalein cho kết chuẩn xác Chuẩn độ HCl với metyl da cam 3.1 Mô tả thí nghiệm: - Tiến hành tương tự TN2, thay phenolphtalein metyl da cam - Cho buret nhỏ đến dư giọt NaOH dd erlen chuyển sang màu vàng khóa buret - Màu dung dịch chuyển từ Đỏ sang Cam sang Vàng tăng dần lượng NaOH 3.2 Kết thu Lần VHCl (ml) v NaOH (ml) C NaOH (N) CHCl (N) Sai số ∆C 10 9,9 0,1 0,099 0,0007 10 9,75 0,1 0,0975 0,0008 10 9,85 0,1 0,0985 0,0002 15 Tính nồng độ dung dịch HCl: Ta có: C  HCl ×V  HCl =C  NaOh × V  NaOh → C  HCl (1) = → C  HCl (2) = → C  HCl (3 )= → C tb = C  NaOH  ×V  NaOH (1) V  HCl C  NaOH  ×V  NaOH  (2) V  HCl C  NaOH ×V  NaOH (3 ) V  HCl = , 1× , = , × , 75   =0,0975 ( N ) 10 = , × , 85   =0,0985 ( N ) 10 10 0,099 + 0,0975 + 0,0985 =0,099 ( N ) ≈ 0,09833 ( N ) Sai số lần 1: |C  HCl ( 1)−C tb|=|0,099−0,0983|=0,0007 Sai số lần 2: |C  HCl ( 2)−C tb|=|0,0975 −0,0983|=0,0008 Sai số lần 3: |C  HCl ( 3)−C tb|=|0,0985 −0,0983|=0,0002 → ∆ C tb = 0,0007 + 0,0008 + 0,0002 ≈ 0,00057 → C  HCl=C tb ± ∆ C tb =0,09833 ± 0,00057 ( N ) Kết luận: Chuẩn độ axit mạnh với chất thị Metyl da cam cho kết chuẩn xác Chuẩn độ CH3COOH với Phenolphtalein Metyl da cam 4.1 Mơ tả thí nghiệm - Làm tương tự TN2 TN3 thay HCl CH3COOH - Màu dung dịch chuyển từ Trắng sang Hồng Nhạt (dư giọt NaOH) sang Hồng đậm, Tím (nếu tăng dần lương NaOH) Phenolphtalein - Màu dung dịch chuyển từ Đỏ sang Cam sang Vàng tăng dần 16 lượng NaOH metyl da cam 4.2 Chuẩn độ CH3COOH với Phenolphtalein 4.2.1 Kết thu Lần VCH3COOH (ml) v NaOH (ml) C NaOh (N) CCH3COOH (N) Sai số ∆C 10 10,1 0,1 0,101 0,00017 10 10,15 0,1 0,1015 0,00033 10 10,1 0,1 0,101 0,00017 Tính nồng độ dung dịch CH3COOH: Ta có: C CH 3 COOH × V CH 3 COOH =C  NaOh ×V  NaOh → C CH 3 COOH ( 1)= → C CH 3 COOH ( 2)= → C CH 3 COOH ( 3)= → C tb = C  NaOH × V  NaOH (1 ) V CH 3 COOH  C  NaOH × V  NaOH (2 ) V  HCl C  NaOH  × V  NaOH ( 3) V  HCl 0,101 + 0,1015 + 0,101 = , × 10 ,   = , 101 ( N ) 10 = , × 10 , 15   =0,1015 ( N ) 10 = , × 10 ,   =0,101 ( N ) 10 ≈ 0,10117 ( N ) Sai số lần 1: |C CH 3 COOH (1) −C tb|=|0,101−0,10117|=0,00017 Sai số lần 2: |C CH 3 COOH (2) −C tb|=|0,1015 − 0,10117|=0,00033 Sai số lần 3: |C CH 3 COOH (3) −C tb|=|0,101− 0,10117|=0,00017 → ∆ C tb = 0,00017 + 0,00033 + 0,00017   ≈ 0,00022 → C CH 3 COOH  =C tb ± ∆ C tb=0,10117 ± 0,00022 ( N ) 17 Kết luận: Chuẩn độ axit yếu CH3COOH với chất thị Phenolphtalein cho kết chuẩn xác 4.3 Chuẩn độ CH3COOH với Metyl da cam 4.3.1 Kết thu Lần VCH3COOH (ml) v NaOH (ml) C NaOh (N) CCH3COOH (N) Sai số ∆C 10 1,3 0,1 0,013 0,00083 10 1,2 0,1 0,012 0,00017 10 1,15 0,1 0,0115 0,00067 Tính nồng độ dung dịch CH3COOH: Ta có: C CH 3 COOH × V CH 3 COOH =C  NaOh ×V  NaOh → C CH 3 COOH ( 1)= → C CH 3 COOH ( 2)= → C CH 3 COOH  ( 3)= → C tb = C  NaOH × V  NaOH (1 ) V CH 3 COOH  C  NaOH × V  NaOH (2 ) V  HCl C  NaOH × V  NaOH ( 3) V  HCl = , 1× ,3   = 0,013 ( N ) 10 = , ×1 ,2   = 0,012 ( N ) 10 = , × , 15 10 =0,0115 ( N ) 0,013 + 0,012 + 0,0115   ≈ 0,01217 ( N ) Sai số lần 1: |C CH 3 COOH  (1) −C tb|=|0,013− 0,01217|= 0,00083 Sai số lần 2: |C CH 3 COOH  (2) −C tb|=|0,012−0,01217|= 0,00017 Sai số lần 3: |C CH 3 COOH  (3) −C tb|=|0,0115 −0,01217|=0,00067 → ∆ C tb = 0,00083 + 0,00017 + 0,00067 ≈ 0,00056 → C CH 3 COOH  =C tb ± ∆ C tb =0,01217 ± 0,00056 ( N ) 18 Kết luận: Chuẩn độ axit yếu (CH3COOH) với chất thị Phenolphtalein cho kết chuẩn xác metyl da cam III Trả lời câu hỏi Khi thay đổi nồng độ HCl NaOH, đường cong chuẩn độ thay đổi hay không, sao? Thay đổi nồng độ HCl NaOH đường cong chuẩn độ khơng thay đổi phương  pháp chuẩn độ HCl NaOH xác định dựa cơng thức: C  HCl ×V  HCl =C  NaOh × V  NaOh Với V  HCl và C  NaOh cố định nên C  HCl tăng hay giảm V  NaOh cũng tăng hay giảm theo Do đương lượng phản ứng chất không thay đổi, nên đường cong chuẩn độ khơng đổi có bước nhảy thay đổi Tương tự, dù tăng hay giảm  thì đường cong chuẩn độ không thay đổi Việc xác định nồng độ axit HCl thí nghiệm cho kết xác hơn, sao? Đầu tiên bước nhảy pH hệ từ 3,36 – 10,56 ( axit mạnh tác dụng với  bazơ mạnh) Trong bước nhảy pH phenolphtalein từ - 10 metyl da cam 3.1 - 4.4, chất thị nằm bước nhảy pH hệ Do chất thị cho kết với độ chuẩn xác tương đương Tuy nhiên  phenolphtalein cho màu trắng sang hồng nhạt tăng lượng NaOH đậm màu Vì giúp xác định màu tốt hơn, rõ ràng so với màu đỏ → cam → vàng metyl da cam, đặc biệt tăng lượng NaOH khơng thay đổi màu sắc (màu vàng) ⇒ TN2 cho kết xác Từ kết thí nghiệm 4, việc xác định nồng độ dung dịch axit axetic thị mà xác hơn, sao? Đối với axit axetic thị Phenolphtalein xác metyl da cam 19 axit yếu nên pH điểm tương đương lớn (bước nhảy ngắn hơn) Trong bước nhảy pH metyl da cam 3,0 – 4,4 lại không nằm khoảng bước nhảy hệ nên khơng cho kết xác Trong phép phân tích thể tích đổi vị trí NaOH axit kết có thay đổi khơng, sao? Trong phép phân tích thể tích đổi vị trí NaOH axit kết khơng thay đổi chất phản ứng khơng đổi, phản ứng trung hòa axit bazơ 20