KỸ THUẬT PHÒNG THÍ NGHIỆM
Giới thiệu dụng cụ
1 Các dụng cụ thủy tinh a) Dụng cụ để chứa hóa chất
- Cốc thủy tinh (becher): có nhiều loại với thể tích khác khau: 5 ml, 10ml, 50 ml, 100ml, 250 ml,…
- Bình tam giác (erlen): có nhiều loại với thể tích khác nhau: 50 ml, 250ml, 500ml,…
Khoa Kỹ Thuật Hóa Học b) Dụng cụ để lấy hóa chất
Ống hút (pipet bầu) và bình định mức (fiol) là những dụng cụ quan trọng trong việc đo lường thể tích chính xác, với các kích thước phổ biến như 1ml, 5ml, 10ml, 25ml cho ống hút và 100ml, 250ml, 500ml cho bình định mức Những loại dụng cụ này có sai số rất nhỏ, đảm bảo việc lấy các thể tích chính xác trong các thí nghiệm và ứng dụng khoa học.
Các dụng cụ thủy tinh có chia độ bao gồm ống nhỏ giọt (buret), ống hút (pipet khắc vạch), ống đong, cốc thủy tinh và bình tam giác Trong số này, buret là dụng cụ duy nhất có độ chính xác cao, trong khi hầu hết các dụng cụ còn lại thường có độ chính xác không cao.
2 Một số loại máy thông dụng
Cân dùng để xác định khối lượng Trong phòng thí nghiệm thường có 2 loại cân:
+ Cân kỹ thuật: dùng để cân các vật tương đối lớn, khối lượng nhỏ nhất mà cân có thể cân được là khoảng 0,1 g.
+ Cân phân tích: dùng để cân các vật có khối lượng nhỏ từ 100 g trở xuống đến 0,1 mg.
Cách sử dụng: đối với cân Satorius + Ấn nút I/O để mở cân, chuyển về chế độ cân bằng gam bằng nút F (Function) đến khi màn hình hiện lên số 0,0000 g.
+ Để bì lên đĩa cân Khi trị số ổn định, trả cân về 0,0000 g hay trừ bì bằng nút TARE ở hai bên trong bảng điều khiển.
+ Cho từ từ vật lên cân và tiến hành cân.
Khoa Kỹ Thuật Hóa Học + Sau khi cân xong, phải trả cân về 0,0000 g.
Chú ý khi sử dụng cân:
- Tuyệt đối không cân 1 lần khối lượng quá 100 g.
- Không ấn nút quá mạnh.
- Không ấn các nút khác như: CF, O,… trên bàn cân.
- Phải vệ sinh cân sạch sẽ sau khi cân.
- Không dùng tay hay vật nặng đè lên trên bàn cân.
3 Một số thao tác cơ bản a) Dụng cụ thí nghiệm
Trước khi bắt đầu thí nghiệm, cần rửa sạch các dụng cụ thí nghiệm bằng nước sạch và sau đó tráng các dụng cụ đo thể tích bằng nước cất để đảm bảo độ chính xác trong kết quả thí nghiệm.
Các dụng cụ đo hóa chất cần được tráng bằng loại hóa chất tương ứng, ngoại trừ bình tam giác (erlen) và bình định mức (fiol) không cần tráng Để đảm bảo độ chính xác, việc đọc chỉ số trên các dụng cụ đo thể tích cũng rất quan trọng.
Khi đo dung tích của dung dịch trong dụng cụ, cần chú ý rằng mặt phẳng trên cùng của dung dịch thường có hình dạng lõm xuống Đối với các dung dịch trong suốt, việc đọc chỉ số nên được thực hiện theo vạch phẳng tương ứng với điểm thấp nhất của vệt lõm.
+ Đối với dung dịch không trong suốt ta đọc theo vạch mức ở trên.
Khi đo dung tích của một dung dịch, bề mặt của dung dịch trong dụng cụ đo thường có hình dạng lồi Đối với các dung dịch trong suốt, cần đọc mức dung dịch theo vạch phẳng tương ứng với mặt khum trên của vệt lồi.
+ Đối với dung dịch không trong suốt ta đọc theo vạch mức ở dưới.
Hình 1.1: Minh họa cách đọc thể tích chính xác
Khoa Kỹ Thuật Hóa Học
Thực hành
1 Thí nghiệm 1: Sử dụng pipet
+ Pipet bầu 10 ml + Bình tam giác (erlen) 100ml + Cốc thủy tinh (becher) 100ml + Quả bóp cao su
Dùng pipet bầu 10 ml lấy 10 ml nước từ becher cho vào erlen (hút nước bằng quả bóp cao su).
Lặp lại vài lần để cho quen với thao tác sử dụng pipet.
2 Thí nghiệm 2: Sử dụng buret
+ Ống nhỏ giọt (Buret) 25 ml - giá buret + Cốc thủy tinh (becher) 100ml
Dùng becher 100 ml cho nước vào buret bằng phễu nhựa.
Chờ cho đến khi không còn bọt khí trong buret thì dùng tay mở nhanh khóa buret sao cho phần dung dịch lấp đầy phần cuối cùng của buret.
Sử dụng tay thuận để điều chỉnh khóa buret, cho 10 ml nước từ buret vào becher 100 ml Lặp lại thí nghiệm nhiều lần để làm quen với thao tác sử dụng buret.
3 Thí nghiệm 3: Chuẩn độ oxi hóa - khử
+ Bình định mức (fiol) 100ml
Khoa Kỹ Thuật Hóa Học
+ Bình tam giác (erlen) 100ml + Cân kỹ thuật
+ Pipet bầu 10 ml + Đũa khuấy thủy tinh + Phễu nhựa
+ Ống nhỏ giọt (Buret) 25 ml - giá buret
Cân 0,6 gam axit oxalic cho vào fiol 100ml, cho thêm nước cất dùng đũa thủy tinh khuấy đều thành 100 ml dung dịch axit oxalic.
Dùng pipet bầu 10 ml lấy 10 ml dung dịch axit oxalic cho vòa erlen 100 ml Thêm 2 ml dung dịch H 2 SO 4 0,1N.
Dùng buret chứa dung dịch KMnO 4 0,1N.
Nhỏ từ từ dung dịch KMnO4 vào erlen, lắc đều cho đến khi dung dịch trong erlen chuyển sang màu tím nhạt, sau đó dừng lại Ghi lại thể tích KMnO4 đã sử dụng.
Phương trình hóa học tổng quát:
4 Thí nghiệm 4: Pha loãng dung dịch
+ Bình định mức (fiol) 100ml + Ống đong
Dùng pipet bầu 10 ml lấy 10 ml dung dịch HCl 1M cho vào bình định mức 100 ml.
Khoa Kỹ Thuật Hóa Học hướng dẫn cách chuẩn bị dung dịch HCl 0,1M bằng cách sử dụng ống đong để thêm nước đến gần vạch trên cổ bình Sau đó, sử dụng bình tia để thêm từng giọt nước cho đến khi đạt vạch trên cổ bình Cuối cùng, đậy nút bình và lắc đều để thu được 100 ml dung dịch HCl 0,1M.
5 Thí nhiệm 5: Kiểm tra nồng độ axit đã pha loãng
+ Ống nhỏ giọt (Buret) 25 ml - giá buret + Pipet bầu 10 ml
+ Bình tam giác (erlen) 100ml + Cốc thủy tinh (becher) 100ml 2 cái + Phễu nhựa
Lấy buret tráng sạch bằng nước máy, tráng lại bằng nước cất sau đó tráng bằng dung d ị ch NaOH 0,1M.
Cho dung d ị ch NaOH 1M v à o buret, sau đó chu ẩ n đế n v ạ ch 0.
Dùng pipet bầu 10 ml cho 10 ml dung dịch HCl 0,1M vừa thu được ở thí nghiệm 4 v à o erlen đã tr á ng b ằ ng n ướ c c ấ t, th ê m 2 gi ọ t ch ỉ th ị phenolphtalein.
Từ từ cho dung dịch NaOH từ buret vào erlen, đồng thời lắc đều cho đến khi dung dịch chuyển sang màu hồng nhạt Khi đạt được màu sắc này, dừng lại và ghi lại thể tích NaOH đã sử dụng.
Tính lại nồng độ dung dịch HCl vừa pha ở thí nghiệm 4.
NHIỆT PHẢN ỨNG
Mục đích thí nghiệm
Định luật Hess khẳng định rằng hiệu ứng nhiệt của một quá trình hóa học diễn ra ở áp suất không đổi hoặc thể tích không đổi chỉ phụ thuộc vào bản chất và trạng thái của các chất phản ứng và sản phẩm, mà không bị ảnh hưởng bởi cách thức mà quá trình đó diễn ra.
Trong thí nghiệm này tại Khoa Kỹ Thuật Hóa Học, chúng ta sẽ tiến hành đo lường hiệu ứng nhiệt của các phản ứng hóa học khác nhau và kiểm tra lại định luật Hess.
Tiến hành thí nghiệm
1 Thí nghiệm 1: Xác định nhiệt dung của nhiệt lượng kế a) Mô tả thí nghiệm
+ Cốc thủy tinh (Becher) 100ml (2 cái) + Nhiệt lượng kế
Lấy 50 ml nước ở nhiệt độ phòng cho vào becher đo nhiệt độ t 1 Lấy 50 ml nước 60℃ cho vào nhiệt lượng kế Sau 2 phút đo nhiệt độ t 2.
Dùng phễu đổ nhanh 50 ml nước ở nhiệt độ thường vào nhiệt lượng kế Sau khoảng
2 phút đo nhiệt độ t 3 b) Công thức tính m 0 c 0
Công thức tính nhiệt lượng được biểu thị bằng Q = mcΔt, trong đó m là khối lượng của tất cả các chất được nung nóng hoặc làm lạnh, bao gồm cả hóa chất và nhiệt lượng kế chứa chúng Do đó, công thức tính nhiệt của phản ứng trong thí nghiệm này là rất quan trọng để xác định sự thay đổi nhiệt lượng.
Q = m 0 c 0 + mc Δt (2.1) Khi đó: nhiệt do nước nóng và becher tỏa ra bằng nhiệt nước lạnh hấp thụ. m 0 c 0 + mc (t 2 − t 3 ) = mc (t 3 − t 1 ) m 0 c 0 = mc (t 3 − t 1 ) − (t 2 − t 3 )
Nhiệt dung của nhiệt lượng kế được ký hiệu là m₀ c₀ (cal/độ), trong khi nhiệt dung của dung dịch trong nhiệt lượng kế được ký hiệu là mc (cal/độ) Khối lượng của 50 ml nước được tính bằng đơn vị gram (g), và nhiệt dung riêng của nước là 1 cal/g.độ.
Q - Nhiệt phản ứng (J hoặc cal).
Khoa Kỹ Thuật Hóa Học Chú ý: m - Xác định bằng cách cân hoặc đo thể tích c - Tra sổ tay m 0 c 0 - Phải xác định bằng thực nghiệm. c) Kết quả thu được
Ta có: m = 50 (g) ; c = 1 (cal/g.độ) => m.c = 50 (cal/độ)
2 Thí nghiệm 2: Xác định hiệu ứng nhiệt của phản ứng trung hòa HCl và NaOH a) Mô tả thí nghiệm
+ Ống nhỏ giọt (Buret) 25 ml - giá buret + Cốc thủy tinh (becher) 100ml
+ Nhiệt lượng kế + Phễu nhựa + Nhiệt kế + Đũa khuấy thủy tinh
Khoa Kỹ Thuật Hóa Học tiến hành thí nghiệm với 25 ml dung dịch NaOH được lấy từ buret cho vào becher 100 ml và đo nhiệt độ t1 Sau đó, 25 ml dung dịch HCl 1M được thêm vào nhiệt lượng kế và đo nhiệt độ t2 Tiếp theo, dung dịch NaOH trong becher được đổ nhanh vào HCl trong nhiệt lượng kế và khuấy đều, sau đó đo nhiệt độ t3 Thí nghiệm được lặp lại ba lần; nếu hai lần đầu cho kết quả giống nhau, chỉ cần thực hiện thêm một lần nữa để tính giá trị trung bình Công thức tính Q và H được áp dụng để phân tích kết quả thí nghiệm.
Theo công thức (2.1) ta có công thức tính nhiệt phản ứng của thí nghiệm này là:
Sự thay đổ enthalpy ( ∆H) được tính bằng cách chia Q cho số mol chất đã phản ứng (lưu ý dấu của ∆H) Nếu ∆H > 0 phản ứng thu nhiệt và ∆H < 0 phản ứng tỏa nhiệt.
Độ thay đổi enthalpy (∆H) được tính bằng công thức ∆H = −Q/n, trong đó Q là nhiệt lượng đã hấp thụ hoặc giải phóng, n là số mol chất tham gia phản ứng Nhiệt dung của nhiệt lượng kế được ký hiệu là m₀c₀ (cal/độ), trong khi nhiệt dung riêng của nước là cₕ₂ₒ (1 cal/g.độ).
Q - Nhiệt phản ứng (J hoặc cal). c) Kết quả thu được
Ta có: c NaCl 0.5M = 1 (cal/g.độ) ; ρ NaCl = 1.02 (g/ml); m 0 c 0 = (cal/độ)
� ���� �� = 50 (��) ⟹ n NaCl = 0.05 × 0.5 = 0.025 (mol); V NaOH = 25 (ml); V HCl = 25 (ml)
Khoa Kỹ Thuật Hóa Học
Tính các giá trị: m = V ρ = (V NaOH + V HCl ).1,02 = ( 25 + 25 ).1,02 = 51 (g)
- Phản ứng trên có ∆H < 0 ⟹ Phản ứng toả nhiệt.
- Phản ứng trung hòa giữa axit mạnh và bazơ mạnh là phản ứng tỏa nhiệt.
3 Thí nghiệm 3: Xác định nhiệt hòa tan CuSO 4 khan - kiểm tra định luật Hess a) Mô tả thí nghiệm
+ Nhiệt lượng kế + Cân kỹ thuật + Đũa khuấy thủy tinh + Nhiệt kế
+ Cốc thủy tinh (Becher) 100ml + Phễu nhựa
Khoa Kỹ Thuật Hóa Học
Trong thí nghiệm này chúng ta sẽ xác định hiệu ứng nhiệt hòa tan của CuSO 4 khan
- Cho vào nhiệt lượng kế 50 ml nước Đo nhiệt độ t 1
- Cân gần đúng 4 g CuSO 4 khan, cho vào nhiệt lượng kế, khuấy đều cho tan hết Đo nhiệt độ t 2
Để đảm bảo tính chính xác của kết quả, các thí nghiệm cần được lặp lại 3 lần Nếu 2 trong 3 lần thí nghiệm đầu cho ra các giá trị đo được giống nhau, chỉ cần thực hiện thêm 1 lần thí nghiệm nữa để tính giá trị trung bình Bên cạnh đó, cần áp dụng công thức tính Q và H để có được các kết quả chính xác và đáng tin cậy.
Theo công thức (2.1) ta có công thức tính nhiệt phản ứng của thí nghiệm này là:
Sự thay đổ enthalpy ( ∆H) được tính bằng cách chia Q cho số mol chất đã phản ứng (lưu ý dấu của ∆H) Nếu ∆H > 0 phản ứng thu nhiệt và ∆H < 0 phản ứng tỏa nhiệt.
∆H =− Q n Trong đó: c H 2 O - Nhiệt dung riêng của nước (1 cal/g.độ).
Q - Nhiệt phản ứng (J hoặc cal). c CuSO 4 - Nhiệt dung riêng của CuSO 4 khan (1 cal/g.độ).
∆H - Sự thay đổ enthalpy (cal/mol hoặc J/mol). n - Số mol chất đã phản ứng (mol). m 0 c 0 - Nhiệt dung của nhiệt lượng kế (cal/độ). c) Kết quả thu được
Ta có: c CuSO 4 ≈ 1(cal/g độ); m CuSO 4 ≈ 4(g) → n CuSO 4 = 160 4 = 0,025(mol) c H 2 O = 1(cal/g độ); m H 2 O = 50(g); m 0 c 0 = (cal/độ)
Khoa Kỹ Thuật Hóa Học
- Phản ứng hòa tan CuSO 4 khan có ∆H < 0 ⟹ Phản ứng toả nhiệt.
- ∆� 3 ≠ ∆� 1 + ∆� 2 ⟹ Trong qu á tr ì nh ti ế n h à nh th í nghi ệ m c ó sai s ố
4 Thí nghiệm 4: Xác định nhiệt hòa tan của NH 4 Cl a) Mô tả thí nghiệm
+ Nhiệt lượng kế + Cân kỹ thuật + Đũa khuấy thủy tinh + Nhiệt kế
+ Cốc thủy tinh (Becher) 100ml
Khoa Kỹ Thuật Hóa Học
Trong thí nghiệm này chúng ta sẽ xác định hiệu ứng nhiệt hòa tan của NH 4 Cl bằng thực nghiệm.
- Cho vào nhiệt lượng kế 50 ml nước Đo nhiệt độ t 1
- Cân chính xác 4 g NH 4 Cl, cho vào nhiệt lượng kế, khuấy đều cho tan hết Đo nhiệt độ t 2
Lặp lại thí nghiệm 3 lần; nếu 2 lần đầu cho kết quả giống nhau, chỉ cần thực hiện thêm 1 lần thí nghiệm để tính giá trị trung bình.
Trong thí nghiệm này, cần chờ khoảng 2 phút để nhiệt độ ổn định trước khi ghi nhận giá trị, hoặc đợi cho đến khi nhiệt độ không còn thay đổi Công thức tính Q và H sẽ được áp dụng để phân tích dữ liệu thu được.
Theo công thức (2.1) ta có công thức tính nhiệt phản ứng của thí nghiệm này là:
Sự thay đổ enthalpy (∆H) được tính bằng cách chia Q cho số mol chất đã phản ứng (lưu ý dấu của ∆H ) N ế u ∆H > 0 ph ả n ứ ng thu nhi ệ t v à ∆H < 0 ph ả n ứ ng t ỏ a nhi ệ t.
∆H =− Q n Trong đó : c H 2 O - Nhiệt dung riêng của nước (1 cal/g.độ).
Q - Nhiệt phản ứng (J hoặc cal). c N H 4 C l - Nhiệt dung riêng của N H 4 Cl (1 cal/g.độ).
∆H - Sự thay đổ enthalpy (cal/mol hoặc J/mol). n - Số mol chất đã phản ứng (mol). m 0 c 0 - Nhiệt dung của nhiệt lượng kế (cal/độ). c) Kết quả thu được
Ta có: c NH 4 Cl ≈ 1(cal/g độ); m NH 4 Cl = 4(g) → n NH 4 Cl = 53,5 4 = 107 8 ≈ 0,075(mol) c H 2 O = 1(cal/g độ); m H 2 O = 50(g); m 0 c 0 = (cal/độ)
Khoa Kỹ Thuật Hóa Học
- Phản ứng hòa tan NH 4 Cl có ∆H > 0 ⟹ Phản ứng thu nhiệt.
Trả lời câu hỏi
Phản ứng giữa HCl và NaOH tạo ra NaCl và nước, và để tính toán sản phẩm của phản ứng này, cần xác định số mol của HCl hoặc NaOH Khi cho 25 ml dung dịch HCl 2M phản ứng với 25 ml dung dịch NaOH 1M, số mol HCl là 0.05 mol (tính từ 2M x 0.025L) và số mol NaOH là 0.025 mol (tính từ 1M x 0.025L) Do HCl có số mol nhiều hơn, nên phản ứng sẽ được tính theo số mol NaOH, dẫn đến việc HCl dư và NaOH hết.
- ∆� �� của phản ứng HCl + NaOH → NaCl + H 2 O sẽ được tính theo số mol NaOH.
Khoa Kỹ Thuật Hóa Học
1000 = 0,025(���) Theo ph ươ ng tr ì nh → n HCl dư = 0,025(mol) và � ���� hết → ∆H TB của phản ứng được tính theo số mol của NaOH.
Nếu thay HCl 1M bằng HNO 3 1M thì kết quả thí nghiệm 2 có thay đổi hay không? Trả lời:
Nếu thay HCl 1M bằng HNO3 1M, kết quả thí nghiệm 2 vẫn không thay đổi Điều này là do HNO3 cũng là một axit mạnh, phân li hoàn toàn và phản ứng với NaOH tạo ra phản ứng trung hòa.
Tính ∆H 3 bằng lý thuyết theo định luật Hess So sánh với kết quả thí nghiệm Hãy xem 6 nguyên nhân có thể gây ra sai số trong thí nghiệm này:
- Mất nhiệt độ do nhiệt lượng kế
- Do dụng cụ đong thể tích hóa chất
- Do sunphat đồng bị hút ẩm
- Do lấy nhiệt dung riêng sunphat đồng bằng 1 cal/mol.độ
Theo em sai số nào là quan trọng nhất, giải thích? Còn nguyên nhân nào khác không?
- Theo em trong 6 nguyên nhân có thể gây ra sai số cho thí nghiệm này thì có 2 nguyên nhân gây ra sai số là quan trọng nhất:
+ Mất nhiệt độ do nhiệt lượng kế do trong quá trình thí nghiệm thao tác không chính xác, nhanh chóng dẫn đến thoát nhiệt ra môi trường bên ngoài.
Khoa Kỹ Thuật Hóa Học + Sunphat đồng bị hút ẩm do trong lúc cân và đưa vào thí nghiệm thao tác không nhanh chóng.
- Ngoài những nguyên nhân gây ra sai số trên chúng ta còn có thêm một số nguyên nhân gây ra sai số khác, chẳng hạn như:
+ Sai sót của sinh viên trong quá trình tiến hành thí nghiệm, đo đạc.
+ Yếu tố bên ngoài như: gió, quạt quay,…
XÁC ĐỊNH BẬC PHẢN ỨNG
Thí nghiệm 1: Xác định bậc phản ứng theo Na 2 S 2 O 3
+ Ống nghiệm và giá đựng ống nghiệm + 3 Bình tam giác (erlen)
+ Pipet khắc vạch 10 ml + 3 cốc thủy tinh (becher) 100 ml + Phễu nhựa
+ Quả bóp cao su + Đồng hồ bấm giây
Chuẩn bị 3 ống nghiệm chứa H 2 SO 4 và ba bình tam giác (erlen) chứa Na 2 S 2 O 3 và
Khoa Kỹ Thuật Hóa Học
V (ml) H 2 SO 4 0,4 M V(ml) Na 2 S 2 O 3 0,1M V (ml) H 2 O
- Dùng pipet khắc vạch lấy axit cho vào ống nghiệm.
- Dùng buret lấy H 2 O cho vào 3 erlen trước sau đó tráng buret bằng Na 2 S 2 O 3 0,1M rồi tiếp tục dùng buret cho Na 2 S 2 O 3 vào các erlen.
- Chuẩn bị đồng hồ bấm giây.
- Lần lượt cho từng cặp ống nghiệm vào bình tam giác như sau:
+ Đổ nhanh axit trong ống nghiệm vào bình tam giác.
+ Lắc nhẹ bình tam giác cho đến khi thấy dung dịch vừa chuyển sang màu đục thì bấm đồng hồ lần nữa và đọc giá trị ∆t
- Lặp lại mỗi thí nghiệm một lần nữa để tính giá trị trung bình. b) Kết quả thu được
TN Nồng độ ban đầu (M) ∆t 1
Để xác định bậc phản ứng với Na2S2O3, cần cố định nồng độ H2SO4 và tăng dần nồng độ Na2S2O3 Khi nồng độ Na2S2O3 là x và H2SO4 là y, thời gian phản ứng là t1 Khi nồng độ Na2S2O3 tăng lên 2x, nồng độ H2SO4 vẫn là y, thời gian phản ứng trở thành t2.
Khoa Kỹ Thuật Hóa Học
Từ ∆t TB của TN 1 và TN 2 xác định m 1 : m 1 = lg ∆t 1 TB
Từ ∆t TB của TN 2 và TN 3 xác định m 2 : m 2 = lg ∆t 2 TB
∆t 3 TB lg2 = lg 66 lg 2 32 = 1,044394119 ≈ 1,04 c) Kết luận
- Bậc phản ứng theo Na 2 S 2 O 3 là:
Thí nghiệm 2: Xác định bậc phản ứng theo H 2 SO 4
+ Ống nghiệm và giá đựng ống nghiệm + 3 Bình tam giác (erlen)
+ Buret 25 ml - giá buret + Pipet khắc vạch 10 ml + 3 cốc thủy tinh (becher) 100 ml + Phễu nhựa
+ Quả bóp cao su + Đồng hồ bấm giây
Khoa Kỹ Thuật Hóa Học Chuẩn bị 3 ống nghiệm chứa H 2 SO 4 và ba bình tam giác (erlen) chứa Na 2 S 2 O 3 và
- Dùng pipet khắc vạch lấy axit cho vào ống nghiệm.
- Dùng buret lấy H 2 O cho vào 3 erlen trước sau đó tráng buret bằng Na 2 S 2 O 3 0,1M rồi tiếp tục dùng buret cho Na 2 S 2 O 3 vào các erlen.
- Chuẩn bị đồng hồ bấm giây.
- Lần lượt cho từng cặp ống nghiệm vào bình tam giác như sau:
+ Đổ nhanh axit trong ống nghiệm vào bình tam giác.
+ Lắc nhẹ bình tam giác cho đến khi thấy dung dịch vừa chuyển sang màu đục thì bấm đồng hồ lần nữa và đọc giá trị ∆t.
- Lặp lại mỗi thí nghiệm một lần nữa để tính giá trị trung bình. b) Kết quả thu được
TN Nồng độ ban đầu (M) ∆t 1
Để xác định bậc phản ứng của H₂SO₄, chúng ta cố định nồng độ của Na₂S₂O₃ và tăng dần nồng độ của H₂SO₄ Cụ thể, khi nồng độ Na₂S₂O₃ là x và nồng độ H₂SO₄ là y, thời gian phản ứng là t₁ Sau đó, khi nồng độ Na₂S₂O₃ vẫn là x nhưng nồng độ H₂SO₄ tăng lên 2y, thời gian phản ứng trở thành t₂.
Khoa Kỹ Thuật Hóa Học
Từ ∆t TB của TN 1 và TN 2 xác định n 1 : n 1 = lg ∆t 1 TB
Từ ∆t TB của TN 2 và TN 3 xác định n 2 : n 2 = lg ∆t 2 TB
∆t 3 TB lg2 = lg 66 lg 2 51 = 0,3719687774 ≈ 0,372 c) Kết luận
- Bậc phản ứng theo H 2 SO 4 l à :
III Trả lời câu hỏi
Trong thí nghiệm này, nồng độ của Na2S2O3 và H2SO4 đã có ảnh hưởng đáng kể đến vận tốc phản ứng Biểu thức vận tốc phản ứng có thể được viết lại như sau: v = k [Na2S2O3]^m [H2SO4]^n, trong đó k là hằng số tốc độ, m và n lần lượt là bậc phản ứng theo Na2S2O3 và H2SO4 Qua việc phân tích, chúng ta có thể xác định bậc phản ứng tổng cộng là m + n.
+ Nồng độ của Na 2 S 2 O 3 tỉ lệ thuận với tốc độ phản ứng.
+ Nồng độ của � 2 �� 4 hầu như không ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng.
- Với một phản ứng hóa học aA + bB → cC + dung dịch, vận tốc phản ứng trung bình được định nghĩa là:
Khoa Kỹ Thuật Hóa Học Dấu (+) nếu ∆C là biến thiên nồng độ sản phẩm Biểu thức để tính vận tốc phản ứng tức thời là:
Trong đó: k - Hằng số tốc độ phản ứng ở nhiệt độ nhất định. n - Bậc phản ứng của chất A. m - Bậc phản ứng của chất B. n + m - Bậc tổng quát của phản ứng.
⟹ Biểu thức tính vận tốc của phản ứng:
Cơ chế của phản ứng trên có thể được viết như sau:
Dựa vào kết quả thử nghiệm, có thể xác định phản ứng (1) hoặc (2) là phản ứng quyết định tốc độ, tức là phản ứng xảy ra chậm nhất Điều này là do các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng, trong đó phản ứng quyết định thường là bước hạn chế tốc độ trong quá trình phản ứng hóa học.
TN trên, lượng axit H 2 SO 4 luôn luôn dư so với Na 2 S 2 O 3 ? Trả lời:
Phản ứng (1) là phản ứng trao đổi ion nên xảy ra rất nhanh.
Phản ứng (2) là phản ứng tự oxi hóa khử nên xảy ra rất chậm.
=> Phản ứng (2) quyết định vận tốc phản ứng và là phản ứng xảy ra chậm nhất vì bậc của phản ứng là bậc của phản ứng (2).
Dựa trên phương pháp TN, vận tốc xác định trong các thí nghiệm được coi là vận tốc trung bình hay vận tốc tức thời?
Vận tốc phản ứng được xác định bằng: ∆C ∆t vì ∆C ≈ 0 nên vận tốc trong các thí nghiệm được xem là vận tốc tức thời.
Khoa Kỹ Thuật Hóa Học
Câu hỏi
Thay đổi thứ tự cho H 2 SO 4 và Na 2 S 2 O 3 thì bậc phản ứng có thay đổi hay không, tại sao?
Thay đổi thứ tự của H₂SO₄ và Na₂S₂O₃ không ảnh hưởng đến bậc phản ứng Bậc của phản ứng ở một nhiệt độ xác định chỉ phụ thuộc vào bản chất của hệ, bao gồm nồng độ, nhiệt độ, diện tích bề mặt tiếp xúc và áp suất, mà không phụ thuộc vào thứ tự của các chất phản ứng.
PHÂN TÍCH THỂ TÍCH
Thí nghiệm 1: Xây dựng đường cong chuẩn độ một axit mạnh bằng một bazơ mạnh22 a) Vẽ đường cong chuẩn độ bằng giấy ô ly
a) Vẽ đường cong chuẩn độ bằng giấy ô ly
Khoa Kỹ Thuật Hóa Học b) Xác định tiếp tuyến, bước nhảy pH, pH tương tương
- Bước nhảy pH từ 3,36 đến 10,56.
- Điểm pH tương đương là 7.
Thí nghiệm 2: Chuẩn độ axit mạnh- bazơ mạnh với thuốc thử phenolphtalein
+ 2 cốc thủy tinh (becher) 100 ml + 3 bình tam giác (erlen) 150 ml + Buret 25 ml - giá buret.
Khoa Kỹ Thuật Hóa Học
+ Phễu nhựa + Quả bóp cao su
- Tráng buret bằng dug dịch NaOH 1N, sau đó cho từ từ dung dịch NaOH 0,1N vào buret Chỉnh buret về ngang vạch 0.
- Dùng pipet vạch 10 ml lấy 10 ml dung dịch HCl chưa biết nồng độ cho vào erlen, thêm vào khoảng 10 ml nước cất và 2 giọt phenolphtalein.
Mở khóa buret từ từ cho dung dịch NaOH vào erlen, đồng thời lắc đều cho đến khi dung dịch chuyển sang màu hồng nhạt bền Sau đó, khóa buret lại và ghi lại thể tích dung dịch HCl đã sử dụng.
- Lặp lại thí nghiệm 3 lần để tính giá trị trung bình. b) Sự thay đổi màu của chỉ thị phenolphtalein
Chất chỉ thị phenolphtalein có khả năng thay đổi màu sắc trong khoảng pH từ 8 đến 10, với màu không màu khi pH dưới 8 và chuyển sang hồng từ nhạt đến đậm khi pH vượt 8, thể hiện nồng độ bazơ tăng cao Tuy nhiên, khi pH vượt 10, phenolphtalein lại trở về trạng thái không màu Vì lý do này, phenolphtalein thường được sử dụng làm chất chỉ thị trong quá trình chuẩn độ axit - bazơ.
Lần V HCl (ml) V NaOH (ml) C NNaOH (N) C NHCl (N) Sai số
3 10 10,7 0,1 0,107 0,07 d) Tính nồng độ đương lượng dung dịch HCl
C 1NHCl = số đương lượng thể tích dung dịch(l) = V 1 NaOH C NNaOH
Khoa Kỹ Thuật Hóa Học
Chuẩn độ axit mạnh với bazơ mạnh sử dụng thuốc thử phenolphtalein cho kết quả đặc trưng: dung dịch không màu khi pH < 7 (môi trường axit), chuyển sang màu hồng từ nhạt đến đậm khi pH từ 8 - 10 (môi trường bazơ yếu), và trở lại không màu khi pH > 10 (môi trường bazơ mạnh).
Thí nghiệm 3: Chuẩn độ axit mạnh - bazơ mạnh với thuốc thử methyl da cam
+ 2 cốc thủy tinh (becher) 100 ml + 3 bình tam giác (erlen) 100 ml + Buret 25 ml - giá buret.
+ Pipet vạch 10 ml + Phễu nhựa + Quả bóp cao su
- Tráng buret bằng dug dịch NaOH 1N, sau đó cho từ từ dung dịch NaOH 0,1N vào buret Chỉnh buret về ngang vạch 0.
- Dùng pipet vạch 10 ml lấy 10 ml dung dịch HCl chưa biết nồng độ cho vào erlen, thêm vào khoảng 10 ml nước cất và 2 giọt methyl da cam.
Mở khóa buret từ từ cho dung dịch NaOH vào erlen, lắc đều cho đến khi dung dịch chuyển sang màu vàng, sau đó khóa buret lại Ghi lại thể tích dung dịch HCl đã sử dụng.
Khoa Kỹ Thuật Hóa Học
- Lặp lại thí nghiệm 3 lần để tính giá trị trung bình. b) Sự thay đổi màu của chỉ thị metyl da cam
Chất chỉ thị methyl da cam là một chất có khả năng thay đổi màu sắc trong khoảng pH từ 3,1 đến 4,4 Cụ thể, trong môi trường axit với pH từ 3,1 đến 4,4, methyl da cam sẽ có màu đỏ hồng, trong khi đó, trong môi trường bazơ, chất này chuyển sang màu vàng.
Lần V HCl (ml) V NaOH (ml) C NNaOH (N) C NHCl (N) Sai số
3 10 10,4 0,1 0,104 0,04 d) Tính nồng độ đương lượng dung dịch HCl
C 1NHCl = số đương lượng thể tích dung dịch(l) = V 1 NaOH C NNaOH
Chuẩn độ axit mạnh với bazơ mạnh sử dụng thuốc thử methyl da cam, cho ra dung dịch có màu đỏ hồng trong môi trường axit với pH từ 3,1 - 4,4, và chuyển sang màu vàng khi trong môi trường bazơ.
Thí nghiệm 4: chuẩn độ axit yếu - bazơ mạnh với thuốc thử phenolphtalein và
+ 2 cốc thủy tinh (becher) 100 ml
Khoa Kỹ Thuật Hóa Học
+ 4 bình tam giác (erlen) 100 ml + Buret 25 ml - giá buret.
+ Pipet vạch 10 ml + Phễu nhựa + Quả bóp cao su
- Tráng buret bằng dug dịch NaOH 1N, sau đó cho từ từ dung dịch NaOH 0,1N vào buret Chỉnh buret về ngang vạch 0.
- Dùng pipet vạch 10 ml lấy 10 ml dung dịch �� 3 ���� chưa biết nồng độ cho vào erlen, thêm vào khoảng 10 ml nước cất và 2 giọt phenolphtalein.
Mở khóa buret từ từ để cho dung dịch NaOH vào erlen, lắc đều cho đến khi dung dịch chuyển sang màu hồng nhạt bền Sau đó, khóa buret lại và ghi lại thể tích dung dịch NaOH đã sử dụng.
- Lặp lại thí nghiệm 2 lần để tính giá trị trung bình.
Thực hiện thí nghiệm bằng cách sử dụng methyl da cam làm chất chỉ thị Khi dung dịch chuyển sang màu vàng, khóa buret lại Lặp lại thí nghiệm hai lần để tính giá trị trung bình Sự thay đổi màu sắc của chỉ thị là yếu tố quan trọng trong quá trình này.
Phenolphtalein là một chất chỉ thị có khả năng thay đổi màu sắc trong khoảng pH từ 8 đến 10 Khi pH dưới 8, phenolphtalein không có màu, trong khi pH trên 8, màu sắc của nó chuyển từ hồng nhạt đến hồng đậm, phản ánh nồng độ bazơ tăng cao Tuy nhiên, khi pH vượt quá 10, phenolphtalein lại trở về trạng thái không màu Do đó, phenolphtalein thường được sử dụng làm chất chỉ thị trong các thí nghiệm chuẩn độ axit - bazơ.
Chất chỉ thị methyl da cam là một hợp chất có khả năng thay đổi màu sắc trong khoảng pH từ 3,1 đến 4,4 Cụ thể, trong môi trường axit với pH từ 3,1 đến 4,4, methyl da cam hiển thị màu đỏ hồng, trong khi ở môi trường bazơ, nó chuyển sang màu vàng.
Lần Chất chỉ thị V CH 3 COOH (ml) V NaOH (ml) C NNaOH (N) C NCH 3 COOHl (N)
4 Methyl da cam 10 1,6 0,1 0,016 d) Tính nồng độ đương lượng dung dịch �� � ��� H
Với chất chỉ thị phenolphtalein
C 1NCH 3 COOH = số đương lượng thể tích dung dịch(l) = V 1 NaOH C NNaOH
⟹ C NCH 3 COOH = C 1NCH 3 COOH + C 2NCH 3 COOH
Với chất chỉ thị methyl da cam
C 1NCH 3 COOH = số đương lượng thể tích dung dịch(l) = V 1 NaOH C NNaOH
⟹ C NCH 3 COOH = C 1NCH 3 COOH + C 2NCH 3 COOH
- Với cùng một thể tích CH 3 COOH thì thể tích NaOH cần trung hòa lại khác nhau với hai chất chỉ thị phenolphtalein và methyl da cam.
Khoa Kỹ Thuật Hóa Học
- Việc xác định nồng độ dung dịch axit acetic bằng chất chỉ thị phenolphtalein cho ta kết quả chính xác hơn so với chất chỉ thị methyl da cam.
III Trả lời câu hỏi
Khi thay đổi nồng độ HCl và NaOH, dường cong chuẩn độ có thay đổi hay không, tại sao?
- Khi thay đổi nồng độ HCl và NaOH thì đường cong chuẩn độ vẫn không thay đổi.
Đương lượng phản ứng của các chất không thay đổi, chỉ có bước nhảy là yếu tố thay đổi Khi sử dụng nồng độ nhỏ, bước nhảy sẽ nhỏ hơn, và ngược lại, nồng độ lớn sẽ dẫn đến bước nhảy lớn hơn.
Việc xác định nồng độ axit HCl trong các thí nghiệm 2 và 3 cho kết quả nào chính xác hơn, tại sao?
- Việc xác định nồng độ axit HCl trong các thí nghiệm 2 và 3 thì thí nghiệm 2 cho ta kết quả chính xác hơn.
- Vì : + phenolphtalein có bước nhảy pH trong khoảng 8 - 10 còn methyl da cam là 3,1 - 4,4 mà điểm tương đương của hệ axit mạnh - bazơ mạnh là 7.
Phenolphthalein giúp xác định màu sắc chính xác và rõ ràng hơn, với sự chuyển đổi dễ nhận thấy từ không màu sang hồng nhạt, thay vì từ đỏ hồng sang cam.
Từ kết quả thí nghiệm 4, việc xác định nồng độ dung dịch axit acetic bằng chỉ thị màu nào chính xác hơn, tại sao?
- Từ kết quả thí nghiệm 4, việc xác định nồng độ dung dịch axit acetic bằng phenolphtalein cho ta kết quả chính xác hơn.
- Vì: phenolphtalein có bước nhảy pH trong khoảng 8 - 10 còn methyl da cam là 3,1 - 4,4 mà điểm tương đương của hệ axit yếu - bazơ mạnh là: > 7.