MỘT SỐ DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM
Trong phòng thí nghiệm, dụng cụ thuỷ tinh được phân loại theo công dụng thành ba loại chính Thứ nhất, dụng cụ thuỷ tinh không chia độ bao gồm ống nghiệm, cốc, bình cầu, bình hình nón, chậu thuỷ tinh, phễu và mặt kính đồng hồ Thứ hai, dụng cụ thuỷ tinh có chia độ như ống đo, cốc, buret, pipet và bình định mức Cuối cùng, dụng cụ thuỷ tinh có tác dụng đặc biệt gồm bình kíp, bình tinh chế, ống sinh hàn, bình chứa khí và bình hút ẩm.
Dụng cụ thuỷ tinh không chia độ, bao gồm các loại ống nghiệm với kích thước và kiểu dáng đa dạng như ống nghiệm thường và ống nghiệm có nhánh, chủ yếu được sử dụng trong các thí nghiệm với lượng mẫu nhỏ.
Cốc thuỷ tinh: Có dạng cao, thấp với dung tích khác nhau từ 50ml đến 1 hoặc 2 lít
Có hai loại: cốc có mỏ và cốc không mỏ
Bình hình nón: thành mỏng đều, đáy bằng, miệng hẹp, cũng có thể đun được như cốc thuỷ tinh Bình hình nón chủ yếu dùng để chuẩn độ
Bình cầu có hai loại chính: bình cầu đáy bằng và bình cầu đáy tròn Cổ bình có thể có nhiều kiểu dáng khác nhau, từ dài, ngắn đến rộng, hẹp Ngoài ra, còn có bình cầu không nhánh và bình cầu có nhánh (hay còn gọi là bình Wurtz) Bình cầu đáy bằng thường được sử dụng để pha hóa chất và đun nóng các chất lỏng, trong khi bình cầu đáy tròn thích hợp cho việc cất, đun sôi hoặc thực hiện các thí nghiệm cần nhiệt độ cao Bình cầu có nhánh chủ yếu được sử dụng trong việc điều chế các chất khí.
Phễu: Dùng để lọc và rót chất lỏng Phễu thuỷ tinh có nhiều kích thước khác nhau
Phễu thường dùng ở phòng thí nghiệm có đường kính từ 6 đến 10cm
Phễu giọt là một dụng cụ thí nghiệm đặc biệt, có nút đậy và khoá nhám, với cuống dài giúp thêm từng lượng nhỏ hoặc từng giọt vào hỗn hợp phản ứng Để đảm bảo kín và dễ mở, nên bôi vaselin vào chỗ nhám của nút Khi không sử dụng, cần lót giấy vào nút và khoá để tránh tình trạng thuỷ tinh nhám bị gắn chặt với nhau sau thời gian dài.
Chậu thuỷ tinh là dụng cụ hình trụ đứng, có đáy bằng, với nhiều dung tích và đường kính khác nhau, thường được sử dụng để đựng nước trong thí nghiệm và hoá chất sau phản ứng Nó cũng được gọi là chậu kết tinh vì khả năng bay hơi của các dung dịch Lưu ý rằng không nên rót nước sôi vào chậu thuỷ tinh và không đun lửa trực tiếp lên chậu; việc đun nóng chỉ nên thực hiện qua phương pháp cách thuỷ.
Dụng cụ thủy tinh không chia độ bao gồm nhiều loại thiết bị quan trọng trong phòng thí nghiệm, như chậu thủy tinh, ống nghiệm, bình hình nón, cốc, phễu, phễu giọt, bình cầu đáy bằng, bình cầu đáy tròn và bình cầu có nhánh Những dụng cụ này hỗ trợ trong việc thực hiện các thí nghiệm và nghiên cứu khoa học một cách hiệu quả.
1.1.1.2 Dụng cụ thuỷ tinh có chia độ ( hình 1.2) Ống đo (hay còn gọi là ống đong) : thường là hình trụ, được chia độ thành ml hoặc
Ống đo 1/10ml có hai kiểu chia độ khác nhau: nếu chia độ để đo lượng chất lỏng đổ vào ống, thì độ 0 sẽ nằm ở phía dưới; ngược lại, nếu chia độ để đo lượng chất lỏng rót ra, độ 0 sẽ nằm ở phía trên.
Các ống đo hình trụ có dung tích từ 5ml đến 1 lít, và độ chính xác của phép đo thể tích phụ thuộc vào đường kính ống đo; ống đo càng rộng thì độ chính xác càng kém Ngoài ra, cốc đo cũng thường được sử dụng để đo thể tích chất lỏng Cần lưu ý không được đun nóng ống đo và cốc đo, cũng như không đo chất lỏng đang nóng.
Bình định mức là dụng cụ dùng để pha chế các dung dịch có nồng độ xác định hoặc để đo lường thể tích chất lỏng một cách chính xác Thiết kế của bình bao gồm một phần đáy bằng, cổ dài, có ngấn và nút nhám Ngấn ở cổ bình giúp xác định dung tích chất lỏng bên trong bình tại nhiệt độ 20°C.
Buret: dùng để đo một lượng nhỏ dung dịch, thường chính xác tới 0,1ml, vạch số 0 ở trên Buret dùng cho chuẩn độ có dung tích 25ml và 50ml
Pipet là dụng cụ dùng để lấy chính xác một lượng chất lỏng, bao gồm hai loại: pipet có dung tích cố định và pipet chia độ Thông thường, pipet có dung tích 10ml, 20ml, 25ml, và 50ml, cùng với các micro pipet có dung tích 1ml, 2ml và 5ml.
Hình 1.2 Dụng cụ thủy tinh có chia độ: 1 cốc đo; 2: ống đo; 3 bình định mức; 4 buret;
1.1.1.3 Dụng cụ thuỷ tinh có tác dụng đặc biệt
Bình hút ẩm là một loại bình bằng thủy tinh dày, có hình dạng nón cụt ở đáy và hình trụ ở phần trên, với nắp đậy thủy tinh có gờ mài nhám để đảm bảo kín Bình này được sử dụng để làm khô từ từ các chất và bảo vệ các chất hút ẩm khỏi không khí Có hai loại bình hút ẩm: bình hút ẩm thường và bình hút ẩm chân không Ở đáy bình, các chất hút ẩm như CaCl2 khan, H2SO4 đặc, P2O5 được đặt, trong khi các chất cần làm khô được đựng trong cốc, chén sứ hoặc mặt kính đồng hồ và đặt lên khay sứ bên trong bình Miệng bình và nắp thủy tinh mài nhám nên được bôi một lớp vaselin mỏng để tăng cường độ kín Khi mở bình, cần đẩy nắp trượt sang một bên theo chiều ngang, không được nhấc nắp theo chiều thẳng đứng.
Hình 1.3 Bình hút ẩm Hình 1.4 Cách mở bình hút ẩm
Khi đậy nắp, cần đẩy nắp trượt từ bên cạnh vào khít với miệng bình Nếu đặt chén nung nóng vào bình sau khi đã đậy nắp, hãy đẩy nắp qua lại vài lần để không khí nóng thoát ra, sau đó mới đậy nắp cố định Điều này giúp áp suất trong bình giảm khi nguội, giữ nắp được chặt Bảng dưới đây trình bày khả năng hấp thụ hơi nước của một số chất thường dùng để làm khô.
Chất làm khô Nhiệt độ t 0 C Lượng H 2 O còn lại trong 1lít không khí (mg)
Natri hiđroxit rắn NaOH Canxi oxit CaO
Bình kíp là dụng cụ quan trọng trong việc điều chế khí từ hóa chất rắn và lỏng ở nhiệt độ thường, cho phép sản xuất các loại khí như H2, CO2, H2S Thông thường, bình kíp có dung tích từ 1/4 lít đến 1/2 lít, phù hợp cho các thí nghiệm và ứng dụng trong hóa học.
Bình kíp bao gồm hai bộ phận chính: một phễu lớn lồng vào bình thắt cổ bồng Phía trên phễu là bình bảo hiểm, trong khi bình thắt cổ bồng có hai lỗ: một lỗ để lắp khoá lấy khí ra và một lỗ để tháo chất lỏng khi cần thiết.
Để sử dụng bình kíp, đầu tiên, đặt vòng đệm bằng chất dẻo chịu axit vào giữa bình thắt cổ bồng Đậy phễu lại và cho hoá chất rắn qua lỗ, kích thước hoá chất rắn nên từ 10 - 15 mm và chỉ nên cho vào khoảng 1/4 đến 1/3 quả cầu giữa Đối với kẽm, lượng cho vào cần ít hơn Mở khoá và rót chất lỏng vào phễu lớn cho đến khi gần tiếp xúc với chất rắn, sau đó đóng lại Khi rót, cần chú ý để chất lỏng dâng lên vừa đủ ngập hoá chất rắn, tránh tình trạng trào ra ngoài Khi rửa bình kíp, tháo nút phía dưới để chất lỏng chảy ra, rửa quả cầu giữa trước, lấy hoá chất rắn thừa ra rồi mới rửa phần còn lại.
Hình 1.5 Bình kíp: 1 phễu lớn; 2 bình thắt cổ bồng; 3 nắp bảo hiểm; 4 lỗ cho chất rắn;
CÁC KĨ THUẬT CƠ BẢN TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM
1.2.1 Rửa dụng cụ hoá học
Để rửa dụng cụ hóa học hiệu quả, cần nắm rõ tính chất của các chất gây bẩn Điều này giúp xác định phương pháp rửa và lựa chọn dung môi phù hợp.
Có hai phương pháp rửa: phương pháp cơ học và phương pháp hoá học a) Phương pháp cơ học:
Để rửa sạch dụng cụ, sử dụng chổi lông cho hiệu quả tốt nhất Nếu chất bẩn không phải là chất béo hoặc không tan trong nước, có thể dùng nước nóng hoặc nước lạnh để làm sạch Sau khi rửa bằng nước máy, hãy tráng lại bằng nước cất để đảm bảo sạch sẽ Đối với các chất bẩn không tan trong nước, nên sử dụng dung môi hữu cơ như ete, axeton, xăng hoặc rượu etylic để đạt được kết quả tối ưu.
Thường dùng hỗn hợp sunfocromic, hỗn hợp dung dịch H2SO4 với KMnO4, kiềm đặc để rửa
1.2.2 Làm khô các dụng cụ
Dụng cụ có thể được làm khô bằng hai phương pháp: khô nguội và sấy khô nóng Đối với khô nguội, sau khi rửa sạch, dụng cụ nên được úp trên các giá gỗ hoặc nhựa Trong khi đó, sấy khô dụng cụ có thể thực hiện bằng đèn cồn, bếp điện, đèn khí, hoặc trong tủ sấy ở nhiệt độ từ 80°C đến 100°C Đặc biệt, với các dụng cụ chia độ, không nên sấy khô nóng; nếu cần làm khô, hãy tráng dụng cụ bằng rượu và sau đó bằng ete.
1.2.3 Cách sử dụng hoá chất
Để lấy hoá chất rắn, cần sử dụng thìa sứ hoặc thìa thuỷ tinh sạch và khô Nếu hoá chất bị rơi vãi hoặc còn thừa, không nên đổ lại vào lọ, trừ khi đó là chất quý hoặc đắt tiền.
Khi lấy hoá chất lỏng, cần sử dụng ống nhỏ giọt và chú ý không để đầu ống hút chạm vào thành dụng cụ Đồng thời, tránh việc lẫn ống hút của lọ hoá chất này sang lọ hoá chất khác để đảm bảo an toàn và độ chính xác trong quá trình thao tác.
1.2.4 Cắt và uốn ống thuỷ tinh
Để cắt ống thủy tinh, trước tiên bạn cần sử dụng giũa sắt để tạo một vết gọn tại vị trí cắt Sau đó, hãy dùng khăn lót tay và giữ ống bằng hai tay, đảm bảo hai ngón tay cái tiếp xúc với nhau và tì vào phía sau chỗ đã giũa Tiếp theo, kéo ngang ra hai phía và bẻ nhẹ, vết cắt sẽ trở nên phẳng Đối với việc uốn ống thủy tinh, bạn có thể tham khảo hình ảnh minh họa để thực hiện đúng kỹ thuật.
Để uốn ống thuỷ tinh theo hình dạng và kích thước mong muốn, bạn cần đốt nóng khoảng 5-6cm của đoạn ống định uốn Sử dụng hai tay để cầm hai đầu ống, vừa hơ vừa xoay ống cho đến khi thuỷ tinh mềm Khi ống đã đủ mềm, nhanh chóng đưa ống ra khỏi ngọn lửa và nhẹ nhàng đỡ ống để nó tự uốn đến độ cong cần thiết Lưu ý không uốn quá nhanh để tránh làm ống bị bẹp hoặc gãy.
Khi chọn nút cho bình, lọ, cần lưu ý đến loại nút phù hợp với hóa chất bên trong Có nhiều loại nút như nút cao su, nút thủy tinh, nút lie và nút bấc Nút cao su không nên sử dụng cho các dung môi hữu cơ hoặc axit có khả năng ăn mòn cao su, trong khi nút lie không thích hợp cho bình chứa axit mà nên dùng nút thủy tinh Ngoài ra, nút đậy cần phải thò ra ngoài 1/3 chiều cao, trong khi 2/3 còn lại nằm trong cổ bình.
Khi lắp ống dẫn thủy tinh vào nút, cần thận trọng và nhẹ nhàng để tránh gãy hoặc vỡ ống, vì thủy tinh có thể gây thương tích Để lắp ống dẫn hoặc nhiệt kế vào nút cao su, nên sử dụng khoan để khoan lỗ.
Hình 1.10 1 bộ khoan nút; 2 cách khoan nút; 3 lắp ống thủy tinh vào nút cao su
Bộ khoan nút có 10 - 12 chiếc khoan và một que thông
Cách khoan: trước hết phải chọn khoan có đường kính nhỏ hơn ống dẫn cần dùng
Cầm nút bằng tay trái và khoan bằng tay phải, bắt đầu khoan từ phía mặt nhỏ của nút Lưu ý chỉ xoay khoan theo một chiều và giữ cho trục khoan song song với trục nút Nên đặt nút trên mảnh gỗ để tránh làm sứt mẻ khi mũi khoan chạm vào Để việc khoan dễ dàng hơn, có thể bôi mỡ hoặc xà phòng vào thân khoan.
1.2.6 Đun nóng, chưng, nung a.Đun nóng
Trong phòng thí nghiệm thường đun nóng bằng đèn cồn, bếp điện, đèn khí
Đèn cồn hoạt động với nhiệt độ khoảng 500 độ C Khi sử dụng, không nên đổ đầy cồn vào đèn và cần sử dụng đóm để châm lửa, tránh nghiêng đèn Để tắt đèn, hãy đậy nắp thay vì thổi.
Đèn khí sử dụng nhiên liệu là khí đốt hoặc hóa khí từ nhiên liệu lỏng dễ bay hơi, với ống dẫn khí và bộ phận điều chỉnh lượng không khí Nhiệt độ của đèn khí có thể đạt tới 1600 độ C Khi đun chất lỏng trong bình cầu, cốc hoặc bình hình nón, cần đặt lưới amiăng trên giá sắt và cặp vào giá bằng cặp sắt có lót Sau khi đun xong, không nên để bình cầu hoặc cốc vào nơi lạnh, ẩm mà nên đặt trên bề mặt gỗ hoặc giấy khô để tránh vỡ Đối với việc đun chất lỏng trong ống nghiệm, sử dụng cặp gỗ và giữ ống nghiêng một chút, miệng ống không hướng về phía người.
Chưng là phương pháp đun nóng ở nhiệt độ không đổi, thường được áp dụng trong các thí nghiệm với các phương pháp như chưng cách thủy, chưng cách cát, và chưng cách dầu Chưng cách thủy diễn ra ở nhiệt độ khoảng 100°C, sử dụng dụng cụ chuyên dụng có khả năng đốt nóng bằng điện và nắp có các vòng kim loại để phù hợp với các bình phản ứng có kích thước khác nhau Ngoài ra, dụng cụ còn có ống thủy tinh nhỏ để theo dõi mực nước (hình 1.22) Nếu không có bình cách thủy chuyên dụng, có thể sử dụng đèn cồn hoặc đèn khí, đặt bình phản ứng hoặc ống nghiệm vào cốc nước trên giá tròn bằng nhựa.
Nung là đun nóng ở nhiệt độ cao, thường dùng lò nung (hình 1.23) đạt từ 1000 -
12000 0 C Dụng cụ nung nóng thường bằng sứ, thạch anh hay thuỷ tinh chịu nhiệt
Để pha chế thuốc thử trong phòng thí nghiệm, cần hoà tan chất tan trong dung môi, bao gồm chất rắn trong chất lỏng, chất lỏng trong chất lỏng, và chất khí trong chất lỏng Đối với chất rắn, cần nghiền nhỏ và khuấy đều, có thể đun nóng nếu cần Khi hoà tan hai chất lỏng, cần lắc bình để đảm bảo dung dịch đồng nhất Việc chọn dụng cụ hoà tan phù hợp, như ống nghiệm, bình hình nón, bình định mức, hay cốc, phụ thuộc vào lượng chất cần hoà tan.
Có nhiều phương pháp tách chất rắn không hòa tan ra khỏi chất lỏng, bao gồm làm bay hơi, kết tinh, gạn và li tâm Phương pháp làm bay hơi dung môi giúp tách chất tan khỏi dung môi; với dung môi ít, có thể tự bay hơi hoặc đun nhẹ, trong khi dung môi dễ cháy cần phương pháp cất để thu hồi Kết tinh xảy ra khi chất tan kết tủa thành tinh thể lớn khi hạ nhiệt độ chậm, và tinh thể nhỏ khi hạ nhiệt độ nhanh Hiện tượng bão hòa có thể tránh bằng cách cho một tinh thể mầm vào hoặc cọ nhẹ bình bằng đũa thủy tinh Sau khi kết tinh, tinh thể được lọc ra và rửa bằng dung môi để làm sạch, rồi làm khô Phương pháp li tâm cũng là một cách hiệu quả để tách chất rắn khỏi chất lỏng.
THỰC HÀNH
1.3.1 Hoá chất và dụng cụ
Hoá chất: dung dịch bão hoà BaCl2, Na2SO4, dung dịch loãng amoniac, natri hiđrophotphat, dung dịch AgNO3, tinh thể NaCl (thô), dung dịch NaHCO3 loãng
Dụng cụ các dụng cụ đã giới thiệu phần 1.1, dũa, khoan nút
Thí nghiệm 1: Rửa 10 ống nghiệm bằng chổi lông, tráng bằng dung dịch NaHCO3; sau đó tráng lại nước cất Kiểm tra ống nghiệm đã sạch chưa
Thí nghiệm 2 Cắt một đoạn ống thuỷ tinh Uốn một ống thuỷ tinh thành hình chữ V
Khoan một nút cao su để lắp ống dẫn khí
Thí nghiệm 3 Điều chế bari sunfat
Để tiến hành thí nghiệm, lấy 3ml dung dịch bão hòa BaCl2 cho vào ống nghiệm lớn, sau đó nhỏ 4ml dung dịch bão hòa Na2SO4 và lắc mạnh để quan sát hiện tượng xảy ra Tiến hành lọc kết tủa thu được qua phễu lọc thường và rửa kết tủa nhiều lần bằng nước cất cho đến khi nước rửa không còn ion Cl- Để nhận biết sự có mặt của ion Cl- trong nước rửa, nhỏ vài giọt dung dịch AgNO3 vào mẫu thử Cuối cùng, viết phương trình phản ứng để thể hiện quá trình hóa học đã diễn ra.
Muối ăn được tinh chế bằng phương pháp kết tinh từ nước biển, thường chứa các hợp chất khác Thành phần chính của muối ăn bao gồm 80 - 90% NaCl, 1 - 2% CaSO4, 1,35 - 1,4% MgSO4, cùng với MgCl2, KCl và các tạp chất khác.
Để tạo ra muối tinh khiết, bạn hãy cho khoảng 2 thìa nhựa muối ăn vào cốc, sau đó từ từ thêm nước và khuấy mạnh cho đến khi chỉ còn một ít muối không tan Tiếp theo, lọc dung dịch và cô nước lọc cho đến khi váng tinh thể bắt đầu xuất hiện trên bề mặt Để dung dịch cô nguội dần nhằm giúp muối kết tinh, sau đó lọc thu được muối kết tinh và làm khô kết tủa bằng giấy lọc.
Để kiểm tra độ tinh khiết của muối tinh chế, bạn cần chuẩn bị hai ống nghiệm: ống thứ nhất chứa muối ban đầu và ống thứ hai chứa muối đã tinh chế Thêm vào mỗi ống khoảng 2 ml nước cất để hòa tan muối, sau đó cho vào mỗi ống 1 ml dung dịch amôniac và vài giọt natri hiđro photphat Quan sát hiện tượng xảy ra trong hai ống nghiệm Nếu dung dịch vẫn đục, điều này cho thấy còn tồn tại ion Mg2+, do đã xảy ra phản ứng tạo kết tủa Mg(NH4)PO4.
Mg 2+ + NH4OH + HPO4 2- Mg(NH4)PO4 + H2O.
CÂU HỎI
1 Kể tên 10 loại dụng cụ hoá học bằng thuỷ tinh Cho biết cách sử dụng của 2 loại dụng cụ thuỷ tinh có chia độ
2 Những điều cần chú ý khi đun chất lỏng trong ống nghiệm và cốc thuỷ tinh
3 Nêu cách hoà tan chất rắn trong nước bằng ống nghiệm, cốc thuỷ tinh, bình cầu
Các phương pháp tách chất rắn ra khỏi chất lỏng bao gồm việc sử dụng phễu lọc và giấy lọc Để chuẩn bị phễu lọc, cần đảm bảo rằng phễu được đặt vững chắc và giấy lọc được cắt vừa vặn để tránh rò rỉ Trong quá trình lọc, cần chú ý đến độ ẩm của giấy lọc và tốc độ lọc để đảm bảo hiệu quả tối ưu Lọc nóng thường được thực hiện khi chất lỏng có nhiệt độ cao để tăng cường khả năng hòa tan, trong khi lọc dưới áp suất thấp thường được áp dụng khi cần tách chất rắn mà không làm hỏng cấu trúc của chúng.
5 Tại sao phải dùng nước cất để rửa kết tủa BaSO4 Có thể rửa kết tủa này bằng phương pháp rửa gạn được không?
6 Giải thích vì sao dùng phương pháp kết tinh lại để tinh chế NaCl thô?
VẤN ĐỀ AN TOÀN
Khi sử dụng đèn khí để cắt và uốn thủy tinh, cần chú ý điều chỉnh lượng khí đốt vào ngọn đèn ở mức thấp và sau đó châm lửa Nếu lượng khí đốt quá nhiều, ngọn lửa có thể bùng cháy bên trong đèn, gây nguy hiểm như nổ hoặc cháy Trong trường hợp xảy ra cháy bên trong đèn, hãy tắt lửa ngay lập tức, chờ đèn nguội, sau đó điều chỉnh lại và mới châm lửa tiếp.
- Thuỷ tinh nóng có thể gây bỏng
- Ag + là chất độc, dung dịch NH4OH là bazơ yếu, tránh để các dung dịch đó tiếp xúc với da.
XÁC ĐỊNH ĐƯƠNG LƯỢNG CỦA MAGIE VÀ KHỐI LƯỢNG MOL PHÂN TỬ KHÍ CACBONIC
LÝ THUYẾT
Đương lượng của một nguyên tố được định nghĩa là khối lượng của nguyên tố đó cần thiết để kết hợp hoặc thay thế 1,008 phần khối lượng của hiđro hoặc 8 phần khối lượng của oxi trong các phản ứng hóa học.
Đương lượng của hợp chất được định nghĩa là khối lượng của hợp chất đó cần thiết để phản ứng hoàn toàn với một đương lượng của hợp chất khác.
Một mol đương lượng của một nguyên tố được định nghĩa là khối lượng của nguyên tố đó tính bằng gam, với giá trị số tương ứng bằng đương lượng của nó.
Trong các phản ứng hóa học, các nguyên tố tương tác với nhau theo tỷ lệ đương lượng Chẳng hạn, khi nguyên tố A phản ứng với nguyên tố B, đương lượng của chúng được ký hiệu lần lượt là ĐA và ĐB Nếu khối lượng mA gam chất A phản ứng hoàn toàn với mB gam chất B, thì các đại lượng này sẽ tuân theo mối quan hệ nhất định.
Hệ thức (1) biểu diễn định luật đương lượng: “Khối lượng của các chất tham gia phản ứng tỉ lệ với đương lượng của chúng”
Có nhiều phương pháp xác định đương lượng của một chất:
Để xác định phân tử khối của khí cacbonic, ta có thể sử dụng phương trình trạng thái khí lý tưởng, áp dụng cho các chất ở thể khí trong điều kiện nhiệt độ và áp suất bình thường.
Phương trình trạng thái khí lý tưởng mô tả mối quan hệ giữa áp suất, thể tích và nhiệt độ của khối lượng m khí lý tưởng Các khí lý tưởng tuân theo các định luật Boyle, Mariotte, Charles và Gay-Lussac Sự kết hợp của các định luật này cùng với định luật Avogadro dẫn đến phương trình trạng thái khí lý tưởng.
Để xác định khối lượng M của chất khí, cần thực hiện các thí nghiệm để đo các yếu tố như khối lượng m, áp suất P, thể tích V và nhiệt độ của chất khí Lưu ý rằng nếu chất khí được thu qua nước, áp suất trong bình thu khí sẽ bao gồm cả áp suất của chất khí khảo sát và áp suất hơi nước bão hòa Khi áp suất trong bình thu khí bằng áp suất khí quyển PKq, áp suất của chất khí khảo sát được tính theo công thức: P = PKq - PH2O.
P H 2 là áp suất hơi nước bão hoà ở nhiệt độ tiến hành thí nghiệm Biết nhiệt độ thí nghiệm, tra phần phụ lục bảng 4.1 để tìm giá trị P H 2 O
THỰC HÀNH
2.2.1 Thí nghiệm xác định đương lượng magie 2.2.1.1Nguyên tắc
Dựa vào phương trình phản ứng
Để tính đương lượng của magie, cần biết khối lượng magie tác dụng với axit dư, đồng thời đo thể tích khí hiđro được giải phóng ở nhiệt độ T(K) và áp suất P Việc áp dụng định luật đương lượng (1) sẽ giúp xác định giá trị này một cách chính xác.
2.2.1.2 Hoá chất và dụng cụ
- Hoá chất: magie kim loại (dây hoặc vỏ bào); dung dịch H2SO4 20%
- Dụng cụ: ống nghiệm khô, chịu nóng; dụng cụ để đo và thu khí (hình 2.1); giá sắt, cặp sắt, cân phân tích, áp kế
Lắp dụng cụ theo hình 2.1 và cân chính xác khoảng 0,02g Mg đã làm sạch lớp oxit Đổ nước từ từ vào ống (2) và (3) đến vạch số 0, tránh bọt khí Dùng pipet cho khoảng 4ml H2SO4 20% vào ống nghiệm, lắp ống nghiệm nghiêng để Mg không tiếp xúc với axit Đậy nút ống nghiệm và kiểm tra tính kín bằng cách nâng ống (3) khoảng 15 - 20cm; nếu mực nước trong ống (2) không thay đổi, dụng cụ đã kín Thăng bằng mực nước trong ống (2) và (3) và ghi thể tích nước ở ống (2): V1 Lắc nhẹ ống nghiệm để Mg tiếp xúc với axit và quan sát hiện tượng Khi Mg phản ứng hết, khí hiđro ngừng thoát ra, mực nước trong ống (2) không hạ xuống nữa Đợi ống nghiệm trở lại nhiệt độ phòng, thăng bằng mực nước và ghi thể tích nước ở ống (2): V2.
Hình 2.1 Dụng cụ xác định đương lượng của magie: 1 ống nghiệm; 2 ống đo khí (25 ml); 3 ống thăng bằng 2.2.1.4 Tính kết quả
Các số liệu thực nghiệm thu được bao gồm khối lượng kim loại Mg, thể tích nước trong ống (2) lúc đầu và sau thí nghiệm, nhiệt độ thí nghiệm, áp suất khí quyển, và áp suất hơi nước bão hòa Từ những dữ liệu này, chúng ta sẽ tính đương lượng Mg theo hai phương pháp khác nhau.
Để tính khối lượng khí hiđro thu được, cần dựa vào phương trình trạng thái khí lý tưởng Lưu ý rằng PH2 = PKq - PH2O Tiếp theo, tính đương lượng của Mg theo hệ thức (1).
Đương lượng của magie (Mg) được xác định bằng khối lượng Mg (tính bằng gam) cần thiết để phản ứng với axit, giải phóng 11,2 lít khí hiđro (H₂) ở điều kiện tiêu chuẩn Để tính toán chính xác, cần chuyển đổi thể tích khí hiđro trong thí nghiệm về điều kiện tiêu chuẩn Từ đó, có thể suy ra đương lượng của Mg cần thiết để sản xuất 11,2 lít khí hiđro trong điều kiện tiêu chuẩn.
- Tính phần trăm sai số
2.2.2 Thí nghiệm xác định khối lượng phân tử khí cacbonic 2.2.2.1 Nguyên tắc
- Điều chế lượng khí CO2 sạch và khô theo phản ứng:
- Dựa vào phương trình trạng thái khí lý tưởng xác định khối lượng mol phân tử khí CO2
2.2.2.2 Hoá chất và dụng cụ
Hoá chất: đá vôi (CaCO3), dung dịch HCl 1:1
Dụng cụ: bình kíp, ống đo 100ml; 2 bình tinh chế (chứa dung dịch NaHCO3 và
H2SO4 đặc); bình tam giác 100ml có nút kín; cân, áp kế
- Lấy một bình tam giác khô, sạch, đậy nút Cân bình cùng với nút Ghi khối lượng m1
Để điều chế khí CO2 từ đá vôi và axit HCl (tỷ lệ 1:1), cần chuẩn bị một bình kíp Khi phản ứng xảy ra, CO2 thoát ra kèm theo hơi HCl và nước Để loại bỏ hai chất này, khí CO2 được dẫn qua bình tinh chế chứa dung dịch NaHCO3 nhằm loại bỏ hơi HCl, sau đó tiếp tục qua bình tinh chế chứa H2SO4 đặc để loại bỏ nước Qua hệ thống rửa này, khí CO2 sẽ trở nên khô và tinh khiết, sẵn sàng cho các thí nghiệm tiếp theo.
Để chuẩn bị bình chứa khí CO2, hãy từ từ nạp khí CO2 vào bình trong khoảng 5 - 10 phút, đồng thời theo dõi số bọt khí xuất hiện Sau khi bình đã đầy, đậy nắp và cân để ghi lại khối lượng Để đảm bảo không khí trong bình đã được đẩy ra hoàn toàn, tiếp tục nạp CO2 trong 5 phút nữa và cân lại bình Nếu sự chênh lệch giữa hai lần cân không vượt quá 0,02g, có nghĩa là khí CO2 đã thay thế hoàn toàn không khí trong bình.
Để xác định thể tích bình chứa CO2, mở nút và đổ nước ở nhiệt độ phòng vào đến vạch đánh dấu Sau đó, chuyển nước sang ống đo để xác định thể tích bình Cuối cùng, ghi lại áp suất khí quyển và nhiệt độ trong quá trình thí nghiệm.
- Các số liệu thực nghiệm thu được:Khối lượng m1 = vỏ + không khí; Khối lượng m2
= vỏ + khí CO2; Thể tích của khí: V; Áp suất khí quyển: P; Nhiệt độ thí nghiệm: T; Tính khối lượng phân tử CO2:
Sau khi biến đổi có phương trình toán học: (MCO2 - MKK)
MKK là khối lượng mol phân tử trung bình của không khí (lấy bằng 29g); MCO2 là khối lượng mol phân tử của khí CO2 cần xác định
- Tính sai số phần trăm so với lí thuyết.
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
- Trước khi đến phòng thí nghiệm
1 Định nghĩa đương lượng? Một nguyên tố có mấy giá trị đương lượng? Phân biệt giá trị đương lượng và số đương lượng của nguyên tố
2 Một kim loại tạo với oxi hai oxit Khi đun nóng 3g mỗi oxit trong luồng khí hiđro, thu được 0,679g H2O và 0,377g H2O Tính đương lượng của kim loại và giải thích kết quả thu được Tên kim loại là gì?
3 Khối lượng của 70ml một khí A ở 42 0 C; 102924,86 Pa bằng 0,0772g
- Tính khối lượng phân tử khí A
- Tính tỉ khối của khí đó so với hiđro và so với không khí
- Tính thành phần về thể tích của hỗn hợp khí A và khí oxi, biết rằng: thể tích khí
A, oxi và hỗn hợp được đo ở cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất và tỉ khối của hỗn hợp hai khí đối với hiđro bằng 14,3
4 Cấu tạo của bình kíp, tác dụng của từng bộ phận Tại sao nói bình kíp là dụng cụ điều chế khí có tính chất tự động
- Sau khi làm thí nghiệm
5 Hai bình tinh chế đựng NaHCO3 và H2SO4 đặc có thể thay đổi vị trí được không?
Có thể thay dung dịch NaHCO3 bằng NaOH hay nước được không? Thay H2SO4 đặc bằng hoá chất gì khác?
6 Khi tính áp suất khí H2, tại sao không phải tính đến áp suất do cột nước gây ra?
VẤN ĐỀ AN TOÀN
- Lắp ống dẫn khí vào nút cao su theo đúng động tác đã nêu ở bài 3 để tránh gẫy, vỡ ống, thuỷ tinh đâm vào tay
H2SO4 loãng không gây hại cho sức khỏe, nhưng cần tránh tiếp xúc trực tiếp với da và mắt Khi thao tác với axit, nên sử dụng cặp gỗ để cầm ống nghiệm và bóp cao su để lấy axit một cách an toàn.
- Khí H2 dễ cháy, để xa lửa khi làm thí nghiệm
HCl đặc bốc khói mạnh trong không khí ẩm và hít phải khí hiđro clorua có thể gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến đường hô hấp Cả H2SO4 đặc và HCl đặc đều có khả năng gây bỏng da, rách quần áo, và đặc biệt nguy hiểm khi tiếp xúc với mắt Do đó, việc đeo găng tay và khẩu trang là cần thiết khi chuyển HCl đặc vào bình kíp hoặc H2SO4 đặc vào bình tinh chế Cần chú ý đậy nắp bảo hiểm của bình kíp cẩn thận để tránh phản ứng mạnh, vì axit có thể bắn vào mắt, da và quần áo.
TÁCH CÁC CHẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP KẾT TINH TỪNG PHẦN
LÍ THUYẾT
Trong nghiên cứu hóa học, việc tách và tinh chế hóa chất là một công việc thiết yếu trong phòng thí nghiệm Có nhiều phương pháp khác nhau để thực hiện điều này, dựa trên các tính chất vật lý như độ hòa tan, thành phần pha, nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy và khả năng hấp phụ bề mặt Đối với các chất rắn, phương pháp phổ biến bao gồm kết tinh từng phần, kết tinh lại và thăng hoa Đối với chất lỏng, các phương pháp như lọc, chưng cất và chiết được sử dụng Trong khi đó, sắc ký là phương pháp hiệu quả cho việc tách các chất khí và chất lỏng.
Phương pháp kết tinh từng phần cho phép dung dịch bay hơi nóng chảy nguội dần, với các chất kết tinh theo nhiệt độ thích hợp Để tách riêng cấu tử, có thể dựa vào độ hòa tan của các chất trong các dung môi khác nhau Sau khi kết tinh, các tinh thể được tách ra bằng phương pháp lọc Phương pháp kết tinh nhiều lần giúp hòa tan tinh thể trong dung môi thích hợp và thực hiện kết tinh nhiều lần, từ đó loại trừ tạp chất nhờ vào sự khác biệt về độ tan trong dung môi.
Trong thí nghiệm này sẽ ứng dụng phương pháp kết tinh từng phần để tách hỗn hợp của CuSO4.5H2O và axit salixylic thành từng chất riêng biệt.
THỰC NGHIỆM
Khi nghiên cứu ảnh hưởng của dung môi đến độ hoà tan các chất người ta thấy rằng
Các chất tương tự có khả năng hòa tan tốt vào nhau, với các phân tử có cực hoặc hợp chất liên kết ion thường tan dễ hơn trong dung môi có cực như nước, rượu và amoniac lỏng Ngược lại, các chất không cực lại dễ hòa tan trong dung môi không cực như benzen và cacbonđisunfua.
Theo quy luật tổng quát, muối CuSO4.5H2O hòa tan tốt hơn trong dung môi có độ phân cực cao như nước (H2O) so với dung môi có độ phân cực thấp như etanol Ngược lại, axit salixylic hòa tan hiệu quả hơn trong etanol so với nước.
Đồ thị trong Hình 3.1 cho thấy độ hoà tan của CuSO4.5H2O và axit salixylic theo nhiệt độ, với CuSO4.5H2O (đường cong 1, thang bên trái) có độ hoà tan tốt hơn so với axit salixylic (đường cong 2, thang bên phải) Cả hai chất đều có độ hoà tan tăng khi nhiệt độ tăng.
Hình 3.1 Độ hoà tan trong H 2 O của CuSO 4 5H 2 Ovà axit salixylic
Khi hòa tan hỗn hợp hai chất trong 100ml nước ở nhiệt độ từ 75 đến 100 độ C, và sau đó để nguội dung dịch xuống 0 độ C, axit salixylic sẽ kết tủa thành tinh thể trắng hình kim, trong khi CuSO4.5H2O vẫn hòa tan và không kết tủa.
Bằng cách đó, trong bài thí nghiệm này sẽ tách được axit salixylic với hiệu suất cao và tinh khiết
Để thu được CuSO4.5H2O tinh khiết trong H2O, cần cô đặc dung dịch đến thể tích 25ml, sau đó thêm 25ml etanol Việc này làm giảm hằng số điện môi, giúp CuSO4.5H2O kết tủa dưới dạng tinh thể màu xanh khi dung dịch được làm nguội ở nhiệt độ phòng hoặc thấp hơn Trong quá trình này, axit salixylic có thể vẫn còn trong dung dịch nếu chưa kết tủa hoàn toàn.
Cả hai chất tách ra đều có độ tinh khiết cao, nhưng có thể vẫn còn dấu vết của CuSO4.5H2O trong axit salixylic và ngược lại Để thu được CuSO4.5H2O hoặc axit salixylic hoàn toàn tinh khiết, cần tiến hành hòa tan và kết tinh lại Tuy nhiên, trong thí nghiệm này, việc đó không cần thiết.
.Số gam CuSO4.5H2O trong 100 gam H2O
0 Số gam axit salixylic trong 100gam HO2
3.2.2 Hoá chất và dung môi
Hoá chất: hỗn hợp tinh thể CuSO4.5H2O và axit salixylic; dung dịch etanol 96%
Dụng cụ: cốc 250ml, ống đo 25ml, chậu kết tinh đựng đá; bếp điện, mặt kính đồng hồ; dụng cụ lọc dưới áp suất thấp
Để thực hiện thí nghiệm, trước tiên, bạn cần lấy một cốc 250ml khô và sạch Tiếp theo, cân cốc và ghi lại khối lượng Sau đó, cho vào cốc khoảng 5g hỗn hợp tinh thể CuSO4.5H2O và axit salixylic Tiếp tục cân lại cốc cùng với hóa chất và ghi lại khối lượng tổng cộng Cuối cùng, tính toán khối lượng chính xác của hỗn hợp.
Để thực hiện thí nghiệm, đầu tiên thêm vào cốc 100ml nước cất và 1ml H2SO4 3M, vì axit sunfuric sẽ ngăn cản phản ứng hóa học giữa CuSO4.5H2O và axit salixylic Đun nóng hỗn hợp trên bếp điện và khuấy đều cho đến khi chất rắn tan hoàn toàn, lưu ý không để dung dịch sôi Sau khi hoàn tất, chuyển cốc ra khỏi bếp, đậy kín bằng mặt kính đồng hồ và để nguội khoảng 30 phút Tiếp theo, đặt cốc vào chậu đá để làm lạnh trong khoảng 15 phút, sẽ thu được một lượng lớn tinh thể hình kim axit salixylic lắng xuống đáy cốc.
Chuẩn bị dụng cụ lọc dưới áp suất thấp và đặt giấy lọc vào phễu Bunsen Chuyển dung dịch và kết tủa vào phễu lọc, rửa cốc bằng nước cất để đưa toàn bộ kết tủa lên phễu Đổ dung dịch màu xanh CuSO4.5H2O vào cốc sạch và dùng bơm chân không để làm khô kết tủa Cẩn thận lấy giấy lọc và kết tủa ra, chuyển kết tủa sang giấy lọc khô đã cân trước Cân giấy lọc và kết tủa để tính khối lượng axit salixylic và phần trăm axit trong hỗn hợp ban đầu Đun dung dịch CuSO4.5H2O trên bếp điện đến khi thể tích còn khoảng 25ml, thêm 1-2 mảnh sứ vỡ để tránh sôi bùng và khuấy thường xuyên Sau đó, thêm 25ml etanol, làm nguội ở nhiệt độ phòng và để vào chậu kết tinh có đá, cho đến khi tinh thể lắng xuống Cân giấy lọc trước, đổ kết tủa lên phễu, rửa bằng etanol và dùng bơm chân không để làm khô Cuối cùng, cân sản phẩm khô và ghi lại khối lượng CuSO4.5H2O thu được, tính phần trăm trong mẫu ban đầu và nhận xét về độ tinh khiết của sản phẩm.
Khối lượng cốc + hỗn hợp (axit salixylic + CuSO4.5H2O)
- Kết tinh axit salixylic; Khối lượng giấy lọc và axit salixylic; Khối lượng giấy lọc; Khối lượng axit salixylic
Tính % khối lượng axit salixylic trong hỗn hợp
Trong quá trình kết tinh CuSO4.5H2O, cần xác định khối lượng giấy lọc và khối lượng CuSO4.5H2O Để tính toán phần trăm khối lượng CuSO4.5H2O trong hỗn hợp, ta sử dụng công thức phù hợp Đồng thời, cũng cần tính phần trăm khối lượng của hỗn hợp không thu được để có cái nhìn tổng quan về hiệu suất của quá trình.
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
- Trước khi đến phòng thí nghiệm
1 Có một số chất tan sau đây: muối ăn (NaCl); đường (C12H12O11), đá vôi (CaCO3); đicloro benzen (C6H4Cl2); metanol (CH3OH); axit axetic (CH3COOH); natri axetat (NaCH3COO) Cho biết: Chất nào tan nhiều trong nước? Chất nào tan nhiều trong rượu etylic? Chất nào tan trong cả hai dung môi: rượu etylic và nước? Chất nào không tan trong cả hai dung môi trên?
2 Giải thích vì sao độ tan của chất rắn trong dung môi tăng theo nhiệt độ, trong khi đó độ hoà tan của chất khí giảm theo nhiệt độ?
- Sau khi làm thí nghiệm
3 Viết phương trình phản ứng của Cu 2+ với axit salixylic Vì sao cho H2SO4 lại ngăn cản được phản ứng giữa Cu 2+ với axit salixylic?
VẤN ĐỀ AN TOÀN
Cần kiểm tra bình hút Bunsen để đảm bảo an toàn Để phòng ngừa rủi ro khi bình có thể nổ vỡ, hãy dán quanh bình một băng dính trong suốt bằng polivinylclorua theo hình xoắn ốc, với mỗi vòng sau đè lên gần 1/2 vòng trước Cách làm này giúp ngăn chặn mảnh thuỷ tinh bắn tung ra khi xảy ra sự cố.
- Tránh để hoá chất H2SO4, axit salixylic bắn vào da và mắt
Khi sử dụng dung dịch H2SO4, cần có đũa khuấy và cho vài mảnh sứ vào để ngăn ngừa hiện tượng chậm sôi Nếu không thực hiện điều này, dung dịch có thể sôi bùng lên và trào ra ngoài, gây nguy hiểm và bỏng cho người sử dụng.
XÁC ĐỊNH NHIỆT HIDRAT HÓA CỦA AMONI CLORUA
LÝ THUYẾT
Các quá trình hóa học luôn đi kèm với hiệu ứng nhiệt, có thể là tỏa nhiệt hoặc thu nhiệt Thông thường, những quá trình này diễn ra ở áp suất không đổi (P = const), do đó, hiệu ứng nhiệt chủ yếu thể hiện qua sự biến thiên entanpi.
Hiệu ứng nhiệt tính cho 1 mol chất được biểu diễn bằng kJ/mol hoặc kcal/mol, và được xác định trong tiêu chuẩn nhiệt động gọi là biến thiên entanpi tiêu chuẩn, ký hiệu là ∆H o 298.
Biến thiên entanpi của các quá trình hóa học có thể đo được bằng hai phương pháp: Phương pháp nhiệt lượng kế, Phương pháp tính toán.
PHƯƠNG PHÁP NHIỆT LƯỢNG KẾ
a Nguyên tắc của phép đo nhiệt lượng kế:
Phương pháp này chỉ thực hiện với phản ứng xảy ra hoàn toàn và tương đối nhanh
Phản ứng trung hòa, phản ứng đốt cháy các hợp chất hữu cơ, phản ứng hòa tan và phản ứng của các kim loại hoạt động mạnh với dung dịch axit là những quá trình hóa học quan trọng Những phản ứng này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về tính chất của các chất mà còn có ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp và nghiên cứu khoa học.
Nhiệt lượng kế là thiết bị đo lường sự thay đổi nhiệt lượng trong một hệ thống Mô hình đơn giản nhất bao gồm một bình chứa chất lỏng với nhiệt dung đã biết, được bọc cách nhiệt và có nhiệt kế chính xác để theo dõi sự biến đổi nhiệt độ Bên cạnh đó, que khuấy giúp cân bằng nhiệt trong hệ thống Lượng nhiệt thoát ra được tính bằng tích số của nhiệt dung của nhiệt lượng kế và các vật chứa bên trong với độ tăng nhiệt độ Phương pháp đồ thị cũng được sử dụng để xác định biến thiên nhiệt độ.
Hình 4.1 Xác định biến thiên nhiệt độ ∆t trong thí nghiệm
Hình 4.2 Xác định nhiệt dung của nhiệt lượng kế t(min) t o C
Để xác định biến thiên nhiệt độ thực do các quá trình hóa học, cần vẽ đồ thị với trục tung là nhiệt độ và trục hoành là thời gian Sau khi đánh dấu các điểm thực nghiệm, ta có đường cong abde, trong đó đoạn ab thể hiện giai đoạn cân bằng nhiệt trước khi trộn các chất, đoạn bd là giai đoạn phản ứng, và đoạn de là giai đoạn cân bằng nhiệt của hệ sản phẩm Điểm C được xác định là điểm giữa khoảng cách BD, và đường song song với trục tung qua C cắt các đoạn ab và de kéo dài tại E và F Khoảng cách EF chính là ∆t.
PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN
Định luật Hess cho rằng hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học chỉ phụ thuộc vào bản chất và trạng thái của các chất phản ứng cùng sản phẩm, không bị ảnh hưởng bởi cách thức diễn ra quá trình hay số lượng và đặc điểm của các giai đoạn trung gian.
THỰC HÀNH
Bài viết trình bày phương pháp xác định nhiệt hòa tan của NH4Cl(r) ∆H2 và nhiệt của phản ứng trung hòa giữa dung dịch amoniac với axit clohidric ∆H3 bằng cách sử dụng nhiệt lượng kế ∆H1 được tính toán từ giá trị entanpi sinh tiêu chuẩn của amoniclorua rắn, khí hidroclorua và khí amoniac, từ đó cho phép tính toán ∆H4 và ∆H5 Để xác định ∆H2 và ∆H3, trước tiên cần xác định nhiệt dung của nhiệt lượng kế bằng cách trộn hai thể tích nước bằng nhau ở nhiệt độ phòng và nước lạnh, sau đó đo nhiệt độ cuối của hỗn hợp Nước ở nhiệt độ phòng sẽ tỏa ra nhiệt lượng mà nước lạnh và nhiệt lượng kế hấp thụ, và lượng nhiệt này được tính theo phương trình.
C : nhiệt dung của nước J/g.độ;
H O 2 m là khối lượng của nước lạnh và nước ở nhiệt độ phòng, với t1 là nhiệt độ phòng, t2 là nhiệt độ ban đầu của nước lạnh, và t3 là nhiệt độ cuối cùng của hỗn hợp Nhiệt dung của nhiệt lượng kế được ký hiệu là Cnlk và đo bằng J/g.độ Đồ thị thể hiện sự phụ thuộc của nhiệt độ theo thời gian được minh họa trong hình 4.2, từ đó có thể xác định các giá trị t1, t2, t3 Những giá trị này sẽ được thay vào phương trình để tính toán nhiệt dung của nhiệt lượng kế, từ đó giúp xác định nhiệt phản ứng trung hòa giữa dung dịch amoniac và axit clohidric.
∆H3 và nhiệt hòa tan của amoni clorua rắn ∆H2 theo phương trình:
Q TH C NH m NH t C HCl m HCl t C nlk t (2)
Q ht C NH Cl m NH Cl t C nlk t (3) Phương trình (2), (3) có thể đơn giản nếu thừa nhận rằng:
- nhiệt dung của các dung dịch là như nhau và bằng nhiệt dung của nước nguyên chất ở 298K là 4,18 J/g.độ và không phụ thuộc vào nhiệt độ
- nhiệt độ đầu và nhiệt độ cuối ( do đó cả ∆t) là như nhau cho tất cả các dung dịch trong các phăn ứng trên
Do đó, phương trình (2) và (3) có thể thay: dd 2
Q TH ( V C H O C nlk ) t với dd NH 3 HCl
Q ht ( V C H O C nlk ) t với dd NH Cl 4
Hóa chất: dung dịch amoniac 1M, axit clohdric chuẩn 1M; Tinh thể amoniclorua, metyl da cam, nước đá
Dụng cụ: Bộ nhiệt lượng kế (như hình); Cốc 100ml, buret 25ml, bình nón 100ml, pipet 10ml; đồng hồ bấm giây
4.4.3 Cách tiến hành Lắp dụng cụ như hình 4.3 a Xác định nồng độ chính xác của dung dịch NH 4 OH Đổ đầy buret 25ml dung dịch amoniac pha ở PTN Lấy 25 ml dung dịch chuẩn HCl 1M cho vào bình nón 100ml, thêm 20ml nước cất và 2 giọt metyl da cam Chuẩn độ dung dịch axit với dung dịch amoniac đến khi metyl da cam chuyển từ màu da cam sang màu vàng, Tiến hành chuẩn độ 3 lần Sai khác giữa mỗi lần không quá 0,1 ml Lấy giá trị trung bình Tính nồng độ chính xác dung dịch amoniac b Xác định nhiệt dung của nhiệt lượng kế
Để thực hiện thí nghiệm, đầu tiên, dùng cốc đo lấy 50ml nước cất và cho vào cốc 100ml, sau đó làm lạnh nước tới 4°C bằng cách đặt cốc vào chậu nước đá Tiếp theo, lấy một cốc khác chứa 50ml nước cất ở nhiệt độ phòng và ghi lại nhiệt độ của nước Đổ 50ml nước lạnh vào bình nhiệt lượng kế đã được rửa sạch, khuấy đều và theo dõi nhiệt độ, ghi lại mỗi 30 giây trong 5 phút Sau đó, nhanh chóng đổ 50ml nước ở nhiệt độ phòng vào nhiệt lượng kế, khuấy và theo dõi nhiệt độ, ghi lại mỗi 15 giây trong 5 phút Cuối cùng, lặp lại thí nghiệm để tính giá trị trung bình nhiệt dung của nhiệt lượng kế.
Hình 4.3 Dụng cụ để xác định nhiệt phản ứng
1 Bình chứa; 2 Vỏ bọc cách nhiệt; 3 Nắp bằng polistyren; 4 Que khuấy; 5 Mô tơ khuấy; 6 Phễu; 7 Nhiệt kế c Xác định nhiệt trung hòa của phản ứng giữa dung dịch amoniac với axit clohidric
Chuẩn bị hai cốc sạch và sử dụng ống đong để đo 50ml dung dịch amoniac 1M vào cốc 1 và 50ml dung dịch HCl 1M vào cốc 2 Đảm bảo nhiệt độ của hai dung dịch chỉ sai khác ± 0,1 °C Trước khi đo, cần rửa sạch và lau khô nhiệt kế Đổ dung dịch amoniac vào bình nhiệt lượng kế qua phễu, theo dõi và ghi nhiệt độ mỗi 30 giây trong 3-5 phút Sau đó, nhanh chóng đổ dung dịch HCl vào bình trong khi khuấy và ghi nhiệt độ mỗi 15 giây trong 5 phút Lặp lại thí nghiệm để tính giá trị trung bình của biến thiên entanpi phản ứng trung hòa và xác định nhiệt hòa tan của NH4Cl.
Cân 2,77g NH4Cl và cho vào 100ml nước cất trong nhiệt lượng kế Ghi nhiệt độ mỗi 15 giây trong 5 phút Sau đó, thêm 2,77g amoni clorua vào nhiệt lượng kế, khuấy đều và tiếp tục ghi nhiệt độ mỗi 15 giây trong 5 phút Lặp lại thí nghiệm để tính giá trị trung bình của biến thiên entanpi hòa tan.
Từ các số liệu thực nghiệm thu được: a Xác định nồng độ của dung dịch amoniac b Xác định nhiệt dung của nhiệt lượng kế
Nhiệt độ nước lạnh Thời gian Nhiệt độ
Nhiệt độ của hỗn hợp Thời gian Nhiệt độ
Để xác định nhiệt độ của nước lạnh, nước ở nhiệt độ phòng và hỗn hợp theo thời gian, chúng ta cần vẽ đồ thị sự phụ thuộc của nhiệt độ Qua đó, xác định các giá trị t1, t2, t3 và thay vào phương trình (1) để tính toán giá trị Cnlk Cuối cùng, tiến hành xác định nhiệt trung hòa.
Nhiệt độ của dung dịch HCl có thể được xác định bằng cách vẽ đồ thị sự phụ thuộc của nhiệt độ theo thời gian của dung dịch amoniac và hỗn hợp Qua đó, ta có thể xác định ∆t và thay vào phương trình (4) để tính toán QTH.
Nhiệt độ dung dịch NH4OH Thời gian Nhiệt độ
Nhiệt độ của hỗn hợp Thời gian Nhiệt độ d Xác định nhiệt hòa tan NH4Cl Khối lượng của NH4Cl
Nhiệt độ của nước Thời gian Nhiệt độ
Nhiệt độ của hỗn hợp Thời gian Nhiệt độ
Vẽ đồ thị thể hiện sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian của nước cất và dung dịch NH4Cl, từ đó xác định ∆t Sau khi có ∆t, thay vào phương trình (5) để tính toán giá trị Qht.
Biến thiên entanpi của phản ứng trung hòa (∆H3) và phản ứng hòa tan (∆H2) là:
Cuối cùng, dựa vào định luật Hess suy ra ∆H4 + ∆H5.
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
1 Viết các phương trình tương ứng với entanpi sinh của khí hidroclorua, khí amoniac, tinh thể amoni clorua Những phương trình này có thể kết hợp như thế nào để có phương trình tổng hợp amoni clorua rắn từ khí hidroclorua và khí amoniac Sử dụng phương trình trên để tìm ∆H1
2 Hòa tan 2,675g NH4Cl vào 100ml nước cất trong bình nhiệt lượng, nhiệt độ giảm từ 24 o 80 xuống 23 o 15, biết nhiệt dung của nhiệt lượng kế là 17,8 J/g.độ Xác định entanpi hòa tan của NH4Cl (giả thiết nhiệt dung của dung dịch bằng nhiệt dung của nước nguyên chất ở 298K là 4,18 J/g.độ) Cho biết đó là nhiệt hòa tan tích phân hay vi phân?
-Sau khi làm thí nghiệm
3 Giải thích vì sao entanpi trung hòa giữa dung dịch NH4OH với dung dịch HCl nhỏ hơn entanpi trung hòa giữa dung dịch bazơ mạnh và axit mạnh?
4 Trong phép đo nhiệt lượng kế, dùng nhiệt kế có độ chính xác 0,01 o C, nếu thực nghiệm xác định ∆t=1 o C thì sai số tương đối do việc đo nhiệt độ mang vào kết quả là bao nhiêu? Nếu ∆t= 0,1 o C thì sai số tương đối là bao nhiêu?
VẤN ĐỀ AN TOÀN
Nhiệt lượng kế dạng bình Dewar hay tecmot có thể gây thương tích nếu bị vỡ do rơi hoặc va chạm mạnh, vì các mảnh thủy tinh vỡ rất nguy hiểm Đặc biệt, cần chú ý đến thủy ngân và hơi thủy ngân, vì chúng rất độc Trong trường hợp nhiệt kế bị vỡ, cần báo cho người hướng dẫn để thu hồi toàn bộ thủy ngân và làm thay đổi không khí trong phòng bằng cách mở quạt thông gió và cửa ra vào.
Dung dịch HCl và NH4Cl là những chất ăn da, vì vậy cần tránh để hóa chất này tiếp xúc với da và mắt Khi thao tác với chúng, hãy sử dụng ống đo và quả bóp cao su để lấy hóa chất một cách an toàn.
PHA DUNG DỊCH VÀ CHUẨN ĐỘ
LÝ THUYẾT
Dung dịch là một hệ thống đồng thể bao gồm hai hoặc nhiều hợp phần, trong đó các cấu tử được phân bố dưới dạng phân tử, nguyên tử hoặc ion trong toàn bộ khối của cấu tử khác.
Dung dịch có ba trạng thái: khí, lỏng và rắn, trong đó dung dịch lỏng là loại phổ biến và quan trọng nhất Để thể hiện thành phần của dung dịch, khái niệm nồng độ được sử dụng.
Nồng độ dung dịch là lượng chất tan có trong đơn vị khối lượng hoặc thể tích dung dịch Có nhiều cách để biểu thị nồng độ dung dịch trong hoá học: a Nồng độ phần trăm khối lượng (%) đo số gam chất tan trong 100g dung dịch; b Nồng độ mol (CM hay M) là số mol chất tan trong 1 l dung dịch; c Nồng độ dương lượng (CN hay N) đo số đương lượng gam chất tan trong 1 l dung dịch; d Nồng độ molan (Cm hay m) là số mol chất tan trong 1000g dung môi; e Nồng độ phần mol (X i ) chỉ số mol chất i trong tổng số mol của các chất trong dung dịch.
5.1.2 Pha chế dung dịch a- Pha dung dịch chuẩn
Dung dịch chuẩn là dung dịch có nồng độ đã biết chính xác Có hai cách pha chế dung dịch chuẩn:
Để chuẩn bị dung dịch chính xác, trước tiên cần cân một lượng chất cụ thể và hòa tan trong bình định mức Sau đó, pha loãng dung dịch bằng nước cất cho đến vạch ngấn Ngoài ra, cũng có thể pha chế dung dịch từ những dung dịch có nồng độ khác nhau.
Để giảm nồng độ dung dịch, ta cần thêm nước cất vào Gọi C1 và C2 là nồng độ của dung dịch trước và sau khi pha loãng, và V1 và V2 là thể tích tương ứng Do lượng chất tan không thay đổi, mối quan hệ giữa các thông số này có thể được diễn đạt qua công thức pha loãng.
C1V1 = C2V2, gọi Vn là thể tích nước dùng pha loãng thì V2 = V1 + Vn và biểu thức trên có dạng: C1V1 = (V1 + Vn)C2 (1)
Khi trộn V1 ml dung dịch chất A với nồng độ C1 và V2 ml dung dịch chất A với nồng độ C2, ta thu được V ml dung dịch mới có nồng độ C Biểu thức mô tả mối quan hệ giữa các nồng độ và thể tích là: C1V1 + C2V2 = CV.
Ví dụ: Cần thêm bao nhiêu ml dung dịch HCl đặc 12 N vào 200 ml dung dịch HCl 0,8N để có dung dịch HCl 1N
5.1.3 Xác định nồng độ dung dịch a, Xác định nồng độ dung dịch bằng phù kế
Tỉ khối của dung dịch biến đổi theo nồng độ, cho phép chúng ta suy ra tỉ khối từ nồng độ và ngược lại Việc tham khảo bảng tỉ khối có sẵn giúp xác định mối quan hệ này một cách chính xác.
Tỉ khối được xác định bằng phù kế, một dụng cụ chuyên dụng để đo nhanh tỉ khối của chất lỏng Phù kế là một phao rỗng bằng thuỷ tinh, với phần trên có bảng chia độ tương ứng với các giá trị tỉ khối đã được hiệu chuẩn ở nhiệt độ nhất định Phần dưới của phù kế chứa đầy hạt bi bằng chì, giúp giữ cho thiết bị đứng thẳng khi được nhúng vào dung dịch.
Để xác định nồng độ bằng phù kế, đầu tiên, bạn cần đổ chất lỏng vào bình có dung tích khoảng 500ml và không có chia độ, đảm bảo rằng mức chất lỏng thấp hơn miệng bình Sau đó, thả phù kế đã được làm sạch và khô vào trong chất lỏng để tiến hành đo.
Phù kế cần được đặt ở giữa bình, không được chạm vào thành bình Để đọc giá trị tỉ khối, hãy đảm bảo mắt nhìn ở cùng một mặt phẳng với mực chất lỏng và xác định giá trị theo vạch thang chia độ tương ứng với bề mặt chất lỏng.
Để xác định nồng độ của dung dịch, bạn cần biết tỉ khối và tra bảng tương ứng Nếu giá trị tỉ khối thực nghiệm không có trong bảng, hãy sử dụng phương pháp nội suy để tính nồng độ Hiệu số giữa giá trị đo được và giá trị nhỏ hơn trong bảng tỉ khối sẽ giúp bạn có được thông tin cần thiết.
Nồng độ tương ứng với tỉ khối 1,124 là 17,53% (17,01 + 0,52) Trước khi tiến hành đo, cần đưa chất lỏng về nhiệt độ xác định bằng cách đặt vào bình điều nhiệt Sau khi đo xong, phải rửa sạch và lau khô phù kế, sau đó cất vào hộp và bảo quản đúng nơi quy định Phương pháp chuẩn độ cũng được sử dụng để xác định nồng độ của dung dịch.
Chuẩn độ là phương pháp xác định nồng độ của dung dịch chưa biết bằng cách so sánh với dung dịch có nồng độ đã biết, thông qua việc đo thể tích của chúng Các chất phản ứng theo đương lượng, do đó nồng độ trong phép chuẩn độ thường là nồng độ đương lượng Điều này có nghĩa là nồng độ của các dung dịch tương tác có mối quan hệ tỉ lệ nghịch với thể tích của chúng.
A: Chất đã biết nồng độ
B: Chất cần xác định nồng độ
Nếu xác định được thể tích VA, VB trong quá trình chuẩn độ, biết NA sẽ tính được
Điểm tương đương là thời điểm khi chất A được thêm vào đủ để phản ứng hoàn toàn với chất B Điểm kết thúc là thời điểm quan sát được sự thay đổi màu sắc của các chất chỉ thị hoặc sự xuất hiện của kết tủa Sự gần nhau giữa điểm tương đương và điểm kết thúc cho thấy độ chính xác cao của phép chuẩn độ Các chất chỉ thị là những chất gây ra hiện tượng thay đổi màu sắc và sự xuất hiện của kết tủa.
Phương pháp chuẩn độ được sử dụng rộng rãi cho nhiều loại phản ứng hóa học, bao gồm phản ứng trung hòa, phản ứng oxi hóa - khử, phản ứng tạo kết tủa và phản ứng tạo phức.
THỰC HÀNH
5.2.1 Hoá chất chất và dụng cụ
Hoá chất: dung dịch: HCl 0,1N (pha từ fixanan); H2C2O4 0,1N (pha từ fixanan); NaCl 5%; dung dịch KMnO4 0,1N; NaOH 8%; dung dịch H2SO4 2N; tinh thể NaCl; phenolphtalein
Dụng cụ: bình định mức 250ml, 100ml; pipet 10ml; buret 25ml, bình hình nón 100 ml; phễu; phù kế: ống hình trụ đo tỉ khối
Thí nghiệm 1: Pha dung dịch chất rắn trong nước (Làm theo nhóm nhỏ)
Pha 250ml dung dịch NaCl 10%
Để pha dung dịch, đầu tiên xác định tỉ khối của dung dịch cần pha và tính khối lượng muối cần lấy Cân chính xác 0,01g muối và cho vào cốc, sau đó thêm khoảng 50ml nước cất và khuấy mạnh Đặt phễu thuỷ tinh lên bình định mức 250ml và đổ toàn bộ dung dịch muối vào bình Rửa phễu và cốc bằng nước và cho vào bình định mức Thêm nước cho đến khoảng nửa bình, lắc đều cho đến khi muối NaCl hoàn toàn hòa tan Tiếp tục thêm nước gần đến vạch ngấn và dùng pipet nhỏ từng giọt cho đến khi mặt cong của dung dịch trùng với ngấn Cuối cùng, đậy kín bình, giữ chặt nắp và lật ngược bình vài lần để đảm bảo đồng nhất.
Dùng phù kế kiểm tra lại nồng độ của dung dịch
Thí nghiệm 2: Pha dung dịch có nồng độ nguyên chuẩn
Pha 100 ml dung dịch axit NaOH có nồng độ 0,05N từ dung dịch NaOH 8% của phòng thí nghiệm
Để xác định khối lượng dung dịch NaOH 8%, cần tra bảng tỉ khối và tính toán thể tích dung dịch NaOH 8% cần thiết để pha trong bình định mức 100ml, nhằm chuẩn bị cho thí nghiệm 6.
Thí nghiệm 3: Pha dung dịch từ hai dung dịch có nồng độ khác nhau (Làm theo nhóm nhỏ)
Pha 250ml dung dịch NaCl 7% từ dung dịch NaCl 10% (vừa pha ở thí nghiệm 1) và dung dịch NaCl 5% (phòng thí nghiệm pha sẵn)
- Dùng sơ đồ đường chéo:
Tỉ lệ 7/3 là tỉ lệ khối lượng giữa dung dịch NaCl 10% và nước cất Để pha chế 250 ml dung dịch 7%, cần tra bảng tỉ khối để xác định tỉ khối của hai dung dịch này, sau đó tính toán thể tích dung dịch NaCl 10% và nước cất cần thiết Sau khi đo thể tích các dung dịch, tiến hành đổ vào cốc, trộn lẫn và khuấy đều để hoàn thành quá trình pha chế.
- Pha thêm dung dịch 5% vào dung dịch 10% (cũng tính và tiến hành cách pha như trên)
Kiểm tra nồng độ dung dịch bằng phù kế So sánh với giá trị trong bảng tỉ khối
Thí nghiệm 4: Pha loãng dung dịch
Pha 100ml dung dịch KMnO4 0,05N từ dung dịch KMnO4 0,1 N (phòng thí nghiệm pha sẵn)
Dựa vào biểu thức (1) tính thể tích dung dịch KMnO4 0,1N cần lấy để pha trong bình định mức 100ml (Giữ lại để tiến hành thí nghiệm sau)
Thí nghiệm 5: Xác định nồng độ bằng phương pháp chuẩn độ trung hoà
Kiểm tra nồng độ dung dịch NaOH pha ở thí nghiệm 2 Để xác định nồng độ dung dịch NaOH, dùng dung dịch chuẩn HCl 0,1N (PTN pha từ fixanan)
Dựa vào phản ứng trung hoà:
H3O + + OH - 2H2O Dùng phenolphtalein làm chất chỉ thị
Để tiến hành thí nghiệm, sử dụng pipet để lấy 10 ml dung dịch NaOH từ thí nghiệm 2 và cho vào bình hình nón 100 ml Thêm 1-2 giọt phenolphtalein, dung dịch sẽ chuyển sang màu hồng Tiếp theo, đổ dung dịch HCl chuẩn 0,1N vào buret 25 ml, nâng cao hơn vạch số 0 khoảng 1 ml Mở khóa để dung dịch chảy từ từ cho đến khi vòm khum của dung dịch trùng với vạch số 0, sau đó khóa lại, lưu ý không để bọt khí còn lại trong cuống buret.
Thí nghiệm 6: Xác định nồng độ bằng phương pháp chuẩn độ oxihóa – khử
Trong thí nghiệm 4, nồng độ dung dịch KMnO4 được kiểm tra bằng cách sử dụng dung dịch chuẩn H2C2O4 0,1N Phương pháp xác định này dựa trên phản ứng oxi hóa - khử giữa KMnO4 và H2C2O4.
5 H2C2O4 + 2 KMnO4 + 3 H2SO4 = 10 CO2 + 2 MnSO4 + K2SO4 + 8 H2O
Để tiến hành thí nghiệm, sử dụng pipet để lấy 10ml dung dịch H2C2O4 0,1N vào bình hình nón, sau đó thêm khoảng 5ml H2SO4 2N và đun nóng đến 70-80 độ C (không được đun sôi) Tiếp theo, cho dung dịch KMnO4 vừa pha vào buret và điều chỉnh điểm 0 Nhỏ từng giọt KMnO4 vào dung dịch H2C2O4 đã axit hoá, lắc đều cho đến khi xuất hiện màu hồng nhạt bền khoảng 1 phút Thực hiện chuẩn độ 3 lần và tính kết quả trung bình để xác định nồng độ chính xác của dung dịch KMnO4 đã pha.
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
- Trước khi đến phòng thí nghiệm
1 a) Phải dùng bao nhiêu gam tinh thể hexahiđrat của canxi clorua để điều chế 200 ml dung dịch canxi clorua 30% (d = 1,282) Nồng độ mol dung dịch canxi clorua, Ca 2+ , Cl - bằng bao nhiêu? b Trong phòng thí nghiệm sẵn có nước cất, các dung dịch canxi clorua 20% (d 1,177) và dung dịch 40% (d = 1,396) Tìm cách pha dung dịch nói trên bằng hai phương pháp đơn giản, khác nhau
2 Khi trung hoà 50ml dung dịch axit clohiđric 0,1M bằng 50ml dung dịch natri hiđroxit 0,1M Tính pH của dung dịch:
- Trước khi cho natri hiđroxit
- Khi trung hoà 1/2 lượng axit
Vì sao lại chọn phenolphtalein làm chất chỉ thị Có thể dùng metyl da cam được không?
- Sau khi làm thí nghiệm
3 Cơ sở khoa học của phương pháp xác định nồng độ dung dịch bằng phù kế?
4 Chất chỉ thị cônggô không thích hợp cho việc chuẩn độ axit clohiđric bằng natrihiđroxit Đỏ cônggô trong dung dịch axit có màu xanh, trong dung dịch bazơ có màu hồng Sự thay đổi màu sắc khi nồng độ [H + ] nằm trong khoảng 10 -3 M-10 -5 M Giả thiết chuẩn độ 50ml axit clohiđric 0,1M thì cần 50ml natrihiđroxit để đạt tới điểm tương đương (dùng chỉ thị phenolphtalein) Nếu dùng chỉ thị cônggô thì cần bao nhiêu ml natrihiđroxit 0,1M để đạt tới điểm tương đương (giả sử nồng độ [H + ] ở điểm này là 10 -4 M)
Tính sai số phần trăm trong chuẩn độ (giả định V natrihiđroxit trong chuẩn độ dùng phenolphtalein là chính xác).
VẤN ĐỀ AN TOÀN
Tránh tiếp xúc với các hóa chất như dung dịch loãng HCl, H2C2O4, NaOH, và KMnO4 để không bị dính vào tay hoặc bắn vào mắt Khi KMnO4 dính vào da, nó để lại vết bẩn màu nâu, có thể được loại bỏ bằng dung dịch NaHSO3, chất này có khả năng khử KMnO4 và MnO2 thành Mn2+.
- Dùng ống đo, bóp cao su để lấy hoá chất
- Phù kế và các dụng cụ thủy tinh (bình định mức, ống đo, bình hình nón, buret, pipet ) dễ vỡ, cần cẩn thận!
BÀI 6 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG VÀ CÂN BẰNG HOÁ HỌC
6.1.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng
Các phản ứng hóa học được chia thành hai loại chính: đồng thể và dị thể Phản ứng đồng thể xảy ra trong một hệ thống một pha, trong khi phản ứng dị thể diễn ra trong môi trường không đồng nhất, giữa các chất ở các pha khác nhau như rắn, lỏng hoặc khí Tốc độ phản ứng được xác định bằng sự thay đổi nồng độ của một trong các chất tham gia hoặc sản phẩm trong một đơn vị thời gian Đối với phản ứng tổng quát có dạng aA + bB → cC + dD, tốc độ trung bình của phản ứng được ký hiệu là vt.
Tốc độ tức thời của phản ứng: dt dC t v C t
Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào bản chất của chất phản ứng và các điều kiện tiến hành như: nồng độ, nhiệt độ, chất xúc tác
6.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hoá học
Cân bằng hoá học là trạng thái của phản ứng thuận nghịch, trong đó tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch Tại trạng thái này, các chất tham gia phản ứng liên tục biến đổi, vì vậy cân bằng hoá học được gọi là cân bằng động.
Với phản ứng tổng quát: aA + bB cC + dD
Trạng thái cân bằng đặc trưng bằng hằng số cân bằng: b a d C
trong đó [A], [B], [C], [D] là nồng độ cân bằng của các chất
Tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể, hằng số cân bằng có những tên gọi khác nhau như hằng số điện li, hằng số thủy phân và tích số tan Tất cả các hằng số này đều có điểm chung là ở một nhiệt độ nhất định, giá trị của chúng chỉ phụ thuộc vào bản chất của các chất.
Vị trí cân bằng trong một hệ phản ứng không phải là cố định, mà sẽ thay đổi khi các yếu tố bên ngoài như nồng độ, nhiệt độ và áp suất biến động Sự chuyển dịch cân bằng này được Le Châtelier mô tả: "Khi một hệ phản ứng ở trạng thái cân bằng bị tác động bởi nhiệt độ, áp suất hoặc nồng độ, cân bằng sẽ chuyển dịch theo hướng chống lại sự thay đổi đó."
6.2.1 Hoá chất và dụng cụ Hoá chất: Dung dịch Na2S2O3 0,2M; H2SO4 0,2M; H2C2O4 0,1N; H2O2 10%; HNO3 đặc, HCl đặc; Dung dịch KMnO4 0,05N; K2Cr2O7 0,1M; K2CrO4 0,1M; Dung dịch bão hoà FeCl3 và KSCN; Dung dịch MnSO4 loãng; NaOH loãng; hỗn hợp sinh hàn (nước đá + muối ăn); dung dịch CoCl2 0,4M; Tinh thể KCl; đồng lá; bột MnO2
Để thực hiện thí nghiệm, bạn cần chuẩn bị các dụng cụ sau: ống nghiệm sạch, ống đo 10ml, pipet 10ml, quả bóp, bình điều nhiệt, bình cầu có nhánh (bình Wutz), phễu giọt, chậu thuỷ tinh, đồng hồ bấm giây, giá sắt, cặp sắt, kiềng sắt và đèn cồn.
6.2.2 Cách tiến hành Thí nghiệm 1 Ảnh hưởng của nồng độ chất phản ứng đến tốc độ phản ứng trong hệ đồng thể
Nghiên cứu phản ứng giữa dung dịch natri thiosunfat với axit sunfuric:
Phản ứng giữa Na2S2O3 và H2SO4 tạo ra Na2SO4, nước, lưu huỳnh và khí SO2 Để thực hiện thí nghiệm, sử dụng pipet cho vào 3 ống nghiệm, mỗi ống chứa 3 ml H2SO4 0,2M Đánh số thứ tự cho 3 ống nghiệm khác: ống thứ nhất thêm 1 ml Na2S2O3 0,2M và 2 ml nước cất; ống thứ hai thêm 2 ml Na2S2O3 0,2M và 1 ml nước cất; ống thứ ba chứa 3 ml Na2S2O3.
Đổ nhanh dung dịch H2SO4 0,2M từ một trong ba ống nghiệm đã chuẩn bị vào ống nghiệm thứ nhất và lắc đều Sử dụng đồng hồ bấm giây để theo dõi thời gian từ khi đổ hai dung dịch cho đến khi xuất hiện kết tủa đục sữa.
Tiến hành thí nghiệm với ống nghiệm thứ hai và ba tương tự như ống thứ nhất Tốc độ phản ứng có thể tính theo công thức v t
1 (t là thời gian thực hiện phản ứng)
Chú ý: Quan sát kết tủa đục sữa như nhau trong các lần thí nghiệm Ghi kết quả vào bảng 6.1 Nhận xét, giải thích
Bảng 6.1 (Ghi nhiệt độ tiến hành thí nghiệm)
Thể tích (ml) Tỉ lệ nồng độ
Thí nghiệm 2: Ảnh hưởng nhiệt độ đến tốc độ phản ứng
Nghiên cứu phản ứng giữa dung dịch KMnO4 và axit H2C2O4 trong môi trường axit ở các nhiệt độ khác nhau
5 H2C2O4 + 2 KMnO4 + 3 H2SO4 → 10 CO2 + 2 MnSO4 + K2SO4 + 8 H2O Dung dịch KMnO4 lúc đầu có màu tím, phản ứng kết thúc dung dịch trong suốt, không màu
Sử dụng pipet, lấy 2ml dung dịch KMnO4 0,05 N vào ống nghiệm thứ nhất và 2ml dung dịch H2C2O4 0,1N cùng 2ml H2SO4 0,2M vào ống nghiệm thứ hai Sau đó, đổ hai dung dịch vào nhau và sử dụng đồng hồ bấm giây để ghi lại thời gian từ khi trộn hai dung dịch cho đến khi dung dịch mất màu hoàn toàn Đồng thời, ghi lại nhiệt độ phòng.
Tiến hành thí nghiệm tương tự như trên nhưng ở các nhiệt độ khác nhau:
Trong thí nghiệm, nhiệt độ phòng được duy trì ở mức 30°C Các ống nghiệm chứa chất phản ứng cần được ngâm trong bình điều nhiệt khoảng 10 phút trước khi tiến hành trộn hai dung dịch nhằm đảm bảo sự cân bằng nhiệt Sau khi trộn, không được nhấc ống nghiệm ra khỏi bình điều nhiệt Kết quả thí nghiệm sẽ được ghi vào bảng 6.2 và cần có nhận xét cùng giải thích rõ ràng.
Vẽ đồ thị sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nhiệt độ Nhận xét đồ thị thu được
Thí nghiệm 3: Ảnh hưởng của chất xúc tác đồng thể đến tốc độ phản ứng
Dùng pipet cho vào 2 ống nghiệm, mỗi ống 2ml dung dịch H2C2O4 0,1N, 2ml H2SO4
Thêm một vài giọt MnSO4 vào ống nghiệm, sau đó cho vào mỗi ống 1 ml dung dịch KMnO4 0,05N Theo dõi thời gian từ khi trộn hai dung dịch cho đến khi dung dịch mất màu hoàn toàn.
Ghi kết quả vào bảng 6.3 Nhận xét, giải thích
Thí nghiệm 4: Ảnh hưởng của chất xúc tác dị thể đến tốc độ phản ứng
Phản ứng phân hủy hiđro peoxit:
Lấy hai ống nghiệm đánh số 1 và 2, sau đó dùng pipet cho vào mỗi ống 1 ml dung dịch H2O2 10% Thêm một chút bột MnO2 vào ống nghiệm số 1 và theo dõi hiện tượng xảy ra trong cả hai ống nghiệm Để kiểm tra chất khí thoát ra, đưa một que diêm cháy còn tàn đỏ đến gần miệng ống nghiệm Nhận xét và giải thích hiện tượng quan sát được.
Thí nghiệm 5 nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ đến cân bằng hoá học, cụ thể là cân bằng giữa FeCl3 và KSCN Đầu tiên, cho khoảng 6 ml nước cất vào ống nghiệm, sau đó thêm 1 giọt dung dịch FeCl3 bão hòa và 1 giọt dung dịch KSCN bão hòa, lắc đều và quan sát màu sắc dung dịch Tiếp theo, chia dung dịch thành 4 ống nghiệm: ống 1 là ống đối chứng, ống 2 thêm 2 giọt dung dịch bão hòa FeCl3, ống 3 thêm 2 giọt dung dịch bão hòa KSCN, và ống 4 thêm vài tinh thể muối KCl và lắc cho tan.
So sánh màu của dung dịch trong các ống nghiệm Viết phương trình phản ứng và giải thích b Nghiên cứu cân bằng cromat và đicromat
Trong dung dịch ion crom(VI) có cân bằng:
2 4 2 ⇌ CrO 7 2 + H2O ion cromat ion đicromat vàng da cam
Lấy 4 ống nghiệm ống 1 và 2: cho mỗi ống 3 ml dung dịch K2CrO4; ống 3 và 4: cho mỗi ống 3 ml dung dịch K2Cr2O7; ống 1 và 3 dùng để so sánh; ống 2 cho thêm vài giọt dung dịch H2SO4 So sánh màu của dung dịch với ống 1 và ống 3 ống 4 cho thêm vài giọt dung dịch NaOH So sánh màu của dung dịch với ống 1 và 3
Thí nghiệm 6: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến cân bằng hoá học a Nghiên cứu cân bằng (Làm theo nhóm)
2 NO2 ⇌ N2O4 H 0 298 = - 54,34 kJ.mol -1 màu nâu không màu Lấy 2 bình hình nón có nút nhám, thu đầy khí
CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG VÀ CÂN BẰNG HOÁ HỌC
LÍ THUYẾT
7.1.1 Pin ganvani, thế điện cực
Pin ganvani, hay còn gọi tắt là pin, là nguồn chuyển hóa năng lượng thành điện năng, bao gồm hai điện cực ghép lại với nhau Trong pin Zn-Cu, đồng là điện cực dương và kẽm là điện cực âm Khi hai điện cực được kết nối bằng dây dẫn, pin hoạt động và dòng điện chạy từ đồng sang kẽm trong mạch ngoài Dòng điện phát sinh do phản ứng oxi hóa – khử, với phản ứng oxy hóa xảy ra ở cực âm: Zn = Zn²⁺ + 2e, và phản ứng khử ở cực dương: Cu²⁺ + 2e = Cu Phản ứng tổng quát có thể được biểu diễn là: Zn + Cu²⁺ = Zn²⁺ + Cu.
Khi pin hoạt động, electron từ chất khử di chuyển qua mạch ngoài đến chất oxy hóa, tạo ra dòng điện Trong mạch trong (dung dịch), dòng điện được duy trì nhờ sự chuyển động của các ion.
Theo quy ước, pin Zn – Cu được ki hiệu : (-) Zn | ZnSO4 (C1) || (C2) CuSO4 | Cu (+)
Pin nồng độ Một kim loại nào đó nhúng vào hai dung dịch muối của nó có nồng độ khác nhau được pin nồng độ
Ví dụ: Có 2 điện cực của cùng kim loại nhúng vào 2 dung dịch muối của nó với nồng độ C1 và C2 Thế điện cực của chúng tương ứng bằng :
Vì C1 ≠ C2 nên 1 ≠ 2, khi ghép 2 điện cực được một pin với sức điện động:
Vậy trong pin nồng độ , các điện cực và chất điện li có cùng bản chất hóa học
7.1.2 Sự điện phân Điện phân là quá trình oxy hóa – khử xảy ra trên bề mặt điện cực khi cho dòng điện một chiều đi qua đung dịch chất điện li hoặc chất điện li nóng chảy Để sự điện phân có thể xảy ra, hiệu điện thế đặt vào hai đầu của bình điện phân (thế phân hủy) phải cao hơn hiệu điện thế cân bằng bởi vì không tránh được phân cực trong quá trình điện phân Gọi hiệu điện thế phân hủy và thế cân bằng tính theo phương trình Nernst (Nexto) là quá thế
Quá trình xảy ra ở bên catot Nếu thế phóng điện của cation dương lớn hơn thế phòng điện của cation H3O + thì cation kim loại phóng điện:
Ngược lại thì cation H3O + sẽ phóng điện:
H3O + + 1e H2 (k) + H2O (nếu trong dung dịch axit) hoặc sự khử điện hóa của H2O :
H2O + 2e H2 + OH - (nếu trong dung dịch trung tính hoặc kiềm)
Trong quá trình điện phân, tại anot xảy ra sự oxi hóa của các anion từ chất điện li, bao gồm ion OH- hoặc chất làm anot Khi điện phân dung dịch nước, thứ tự phóng điện của các anion diễn ra như sau: đầu tiên là các anion không chứa oxy như Cl-, Br-, I-, S2-, CN-; tiếp theo là ion OH-; và cuối cùng là các gốc axit chứa oxy như NO3- và SO4²-.
Lượng các chất bị chuyển hóa trên điện cực trong điện phân tính theo phương trình
THỰC HÀNH
7.2.1 Hóa chất và dụng cụ Hóa chất: dung dịch CuSO4 1N và 0,01N, ZnSO4 1N; PbCl2 1M; FeCl3 1M; CdCl2
1M; SnCl2 1M; AgNO3 1M; dung dịch bão hòa KI, dung dịch H2SO4 1M; phenolphthalein, hồ tinh bột; kim loại Zn, Fe, Sn, Pb, Cu, Cd
Dụng cụ cần thiết cho thí nghiệm bao gồm điện cực đồng, kèm, than chì và điện cực calomel Cần sử dụng máy điện phân Hofmann, máy đo điện thế, ống chữ U, acquy, dây dẫn, cầu muối, ống nghiệm, giá sắt và cặp sắt để đảm bảo thực hiện thí nghiệm một cách chính xác và hiệu quả.
7.2.2 Cách tiến hành Thí nghiệm 1: Pin Zn – Cu (hình 7.1)
Chuẩn bị điện cực + điện cực đồng (1) : Nhúng một tấm đồng đã đánh sạch bề mặt bằng giấy ráp vào cốc 100 ml chứa 50 ml CuSO4 1N
+ điện cực kẽm (2): Nhúng một tấm kẽm đã đánh sạch bề mặt vào cốc 100 ml chứa
Nối hai cốc bằng cầu muối là ống thủy tinh hình chữ U chứa thạch KCl bão hòa, chú ý tạo bọt khí giữa đầu cầu muối và dung dịch để đảm bảo tiếp xúc tốt Cắm máy đo điện thế vào ổ điện và bật công tắc, để máy chạy trong 5 phút.
Sau khi để pin mới chế tạo ổn định khoảng 5 phút, hãy nối các điện cực vào dây cắm của máy đo điện thế (cực đồng với cực dương, cực kẽm với cực âm) Mỗi pin cần được đo 3 lần để lấy giá trị sức điện động trung bình Lưu ý chỉ thực hiện đo khi đọc giá trị sức điện động; trong thời gian chờ pin ổn định hoặc giữa các lần đo, cần tháo dây ra để tránh hiện tượng phân cực.
Sau khi đó xong, rửa sạch điện cực, tráng cầu muối và để cầu muối vào cốc dựng dung dịch KCl bão hòa
So sánh kết quả thực nghiệm với lý thuyết Viết sơ đồ mạch và giải thích
Thí nghiệm 2: Pin nồng độ
Sơ đồ lắp pin tương tự như thí nghiệm 1, sử dụng hai điện cực đồng trong hai dung dịch CuSO4 0,01N và 1N Cần xác định điện cực nào là catot và điện cực nào là anot Để đo sức điện động của pin, chú ý phải tráng cầu muối khi chuyển giữa các dung dịch, sử dụng nước cất để rửa điện cực và lau khô trước khi tiến hành đo.
So sánh kết quả thực nghiệm với lý thuyết Viết sơ đồ mạch và giải thích sự hoạt động của pin
Thí nghiệm 3: Xác định thế điện cực
Để đo sức điện động của điện cực đồng Cu, sử dụng điện cực đồng từ thí nghiệm 1 kết hợp với điện cực calomel có sẵn trong phòng thí nghiệm Kết nối hai dung dịch CuSO4 1N và KCl bão hòa qua cầu muối Kết nối các điện cực vào máy đo điện thế, với cực đồng ở cực dương và cực calomel ở cực âm Thực hiện đo ba lần và tính giá trị sức điện động trung bình Cuối cùng, vẽ sơ đồ mạch để minh họa quá trình.
+ Thế điện cực kẽm Zn : tiến hành thí nghiệm xác định thế điện cực đồng (dùng điện cực kẽm vừa đo ở thí nghiệm 1) Tính Zn , viết sơ đồ mạch
Thí nghiệm 4: Dãy điện thế kim loại
Trong thí nghiệm này, một dãy ống nghiệm chứa các dung dịch muối Cu²⁺, Pb²⁺, Fe²⁺, Cd²⁺ và Ag⁺ được sử dụng Khi cho vào mỗi ống nghiệm một hạt kẽm, hiện tượng xảy ra là sự thay đổi màu sắc và kết tủa trong các dung dịch Cụ thể, kẽm sẽ tác dụng với các ion kim loại, dẫn đến phản ứng hóa học Phương trình phản ứng cho từng ion như sau: 1 Cu²⁺ + Zn → Cu + Zn²⁺2 Pb²⁺ + Zn → Pb + Zn²⁺3 2Fe²⁺ + Zn → 2Fe + Zn²⁺4 Cd²⁺ + Zn → Cd + Zn²⁺5 2Ag⁺ + Zn → 2Ag + Zn²⁺Phản ứng xảy ra do kẽm có tính khử mạnh hơn các ion kim loại khác, làm cho chúng bị khử thành kim loại tự do.
Lặp lại thí nghiệm như trên những lần lượt thay kẽm hạt bằng các kim loại như sắt, thiếc, chì, đồng, cadimi
Từ kết quả thực nghiệm, sắp xếp các kim loại trên theo thứ tự điện thế tăng dần
Thí nghiệm 5 khám phá vai trò của đồng trong phản ứng giữa kẽm và axit Đầu tiên, cho 2 ml dung dịch axit sunfuric 1M vào hai ống nghiệm, thêm vài giọt đồng sunfat vào một ống và cho vào mỗi ống một viên kẽm tinh khiết Quan sát tốc độ thoát khí H2 ở hai ống nghiệm để thấy vai trò của muối đồng Tiếp theo, thả từ từ viên kẽm tinh khiết vào ống nghiệm chứa 2 ml axit sunfuric 1M và quan sát hiện tượng thoát khí H2 Sử dụng dây đồng tiếp xúc với viên kẽm trong ống nghiệm để kiểm tra cường độ thoát khí H2, sau đó lấy dây đồng ra và quan sát lại tốc độ thoát khí.
Thí nghiệm 6: Điện phân dương cực tan
Tháo bình điện phân khỏi dụng cụ và rửa sạch bình cùng hai cực than Lắp lại bình và cho dung dịch đồng sunfat 0,5M vào, sau đó nhúng hai cực than và tiến hành điện phân trong 5-10 phút Sau khi ngắt điện, quan sát catot than sẽ thấy lớp đồng đỏ phủ lên Ghi lại các phản ứng xảy ra ở catot và anot, đồng thời xác định khí thoát ra ở anot Đảo cực trong quá trình điện phân: cực than phủ đồng nối với anot và cực than còn lại nối với catot Cho dòng điện qua dụng cụ và quan sát hiện tượng ở anot và catot, giải thích dựa trên các phản ứng ở điện cực.
Thí nghiệm 7: Điện phân nước theo phương pháp Hofmann (Hình 7.2)
Hình 7.1 Đo sức điện động pin Zn-Cu Hình 7.2 Dụng cụ điện phân nước
Nước nguyên chất không dẫn điện, nhưng có thể sử dụng H2SO4 loãng với nồng độ 1 mol/l Để thực hiện thí nghiệm, hãy đổ dung dịch này vào bình cầu đồng thời mở khóa nhám của hai ống thủy tinh chia độ.
(1) đến khi dung dịch đẩy tới vạch 0 thì đóng khóa Nối hai điện cực Pt với ampe kế, vôn