Bài giảng Thí nghiệm Hóa lý 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI BỘ MƠN KỸ THUẬT HĨA HỌC GS.TS Nguyễn Trọng Uyển (chủ biên) PGS.TS Đặng Thị Thanh Lê, TS Nguyễn Trung Hiếu, ThS Nguyễn Thị Thu Hà http://www.tlu.edu.vn SÁCH HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM HĨA LÝ Hà Nội – 2017 LỜI NÓI ĐẦU Sách hướng dẫn Thí nghiệm Hố lý dùng làm tài liệu giảng dạy thức cho mơn học Thí nghiệm Hóa lý 1, ngành Kỹ thuật Hoá học - Trường Đại học Thuỷ lợi Mơn học Thí nghiệm Hố lý với mục đích củng cố lại kiến thức mà sinh viên học mơn học Hóa đại cương Hóa lý 1, đồng thời minh họa trực quan qua thí nghiệm Sách hướng dẫn Thí nghiệm Hoá lý hướng dẫn cụ thể bước tiến hành thí nghiệm, giới thiệu phương pháp đo, dụng cụ, thiết bị cách sử dụng thiết bị; hướng dẫn cách ghi chép số liệu, tổng hợp, lập bảng, tính tốn kết trình bày báo cáo thí nghiệm; hướng dẫn phương pháp luận, đánh giá kết tính sai số kết thí nghiệm thu Nội dung Sách hướng dẫn Thí nghiệm Hoá lý gồm hai phần: Nội dung thí nghiệm Hướng dẫn chuẩn bị viết báo cáo thí nghiệm; có thời lượng 15 tiết (1 tín chỉ), với 05 thí nghiệm: Bài 1: Xây dựng giản đồ độ tan hai chất lỏng hoà tan hạn chế phenol - nước Bài 2: Xác định áp suất bão hoà axeton xác định khối lượng phân tử urê phương pháp nghiệm lạnh Bài 3: Xác định số cân phản ứng Bài 4: Nghiên cứu hấp phụ dung dịch phương pháp đo sức căng bề mặt Bài 5: Khảo sát động học phản ứng bậc bậc hai Các thí nghiệm tham khảo kỹ từ giáo trình hướng dẫn thí nghiệm Hóa lý sử dụng phổ biến trường đại học, làm thí nghiệm kiểm tra cẩn thận Trong trình biên soạn Sách hướng dẫn Thí nghiệm Hố lý 1, chúng tơi tham khảo ý kiến cán chuyên môn thuộc Viện kỹ thuật Hóa học - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Khoa Hóa học - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội, nhiều thầy Bộ mơn Kỹ thuật Hóa học, Bộ mơn Hóa sở - Trường Đại học Thủy lợi Chúng xin chân thành cảm ơn góp ý tận tình thầy, bạn đồng nghiệp Tuy Sách hướng dẫn thí nghiệm Hố lý khơng tránh khỏi thiếu sót nội dung hình thức Vì chúng tơi rất mong góp ý chân thành thầy, cô giáo bạn sinh viên để Sách hướng dẫn thí nghiệm Hố lý ngày hoàn thiện Hà Nội, ngày 28 tháng 12 năm 2017 Các tác giả MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU PHẦN I: NỘI DUNG CÁC BÀI THÍ NGHIỆM MỞ ĐẦU SAI SỐ CỦA PHÉP ĐO PHƯƠNG PHÁP LẬP BẢNG VÀ DỰNG ĐỒ THỊ TRONG XỬ LÝ SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM HỐ LÝ BÀI 1: XÂY DỰNG GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN CỦA HAI CHẤT LỎNG HÒA TAN HẠN CHẾ PHENOL - NƯỚC 14 BÀI 2: XÁC ĐỊNH ÁP SUẤT HƠI BÃO HÒA CỦA AXETON VÀ XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG PHÂN TỬ URÊ BẰNG PHƯƠNG PHÁP NGHIỆM LẠNH 19 BÀI 3: XÁC ĐỊNH HẰNG SỐ CÂN BẰNG CỦA PHẢN ỨNG 28 BÀI 4: NGHIÊN CỨU SỰ HẤP PHỤ TRONG DUNG DỊCH BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO SỨC CĂNG BỀ MẶT 34 BÀI 5: KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC PHẢN ỨNG BẬC MỘT VÀ BẬC HAI 38 PHẦN II: HƯỚNG DẪN CHUẨN BỊ VÀ VIẾT BÁO CÁO THÍ NGHIỆM 46 BÀI 1: XÂY DỰNG GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN CỦA HAI CHẤT LỎNG HÒA TAN HẠN CHẾ PHENOL - NƯỚC 47 BÀI 2: XÁC ĐỊNH ÁP SUẤT HƠI BÃO HÒA CỦA AXETON VÀ XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG PHÂN TỬ CỦA URÊ BẰNG PHƯƠNG PHÁP NGHIỆM LẠNH 50 BÀI 3: XÁC ĐỊNH HẰNG SỐ CÂN BẰNG CỦA PHẢN ỨNG 54 BÀI 4: NGHIÊN CỨU SỰ HẤP PHỤ TRONG DUNG DỊCH BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO SỨC CĂNG BỀ MẶT 59 BÀI 5: KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG BẬC VÀ BẬC 61 PHẦN I: NỘI DUNG CÁC BÀI THÍ NGHIỆM MỞ ĐẦU SAI SỐ CỦA PHÉP ĐO PHƯƠNG PHÁP LẬP BẢNG VÀ DỰNG ĐỒ THỊ TRONG XỬ LÝ SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM HỐ LÝ A Sai số phép đo Các kết thực nghiệm có sai số, nghĩa ln có độ sai lệch giá trị thực đại lượng cần đo giá trị đo Đại lượng đo có ý nghĩa xác định sai số Mặt khác, tìm ngun nhân gây sai số hạn chế chúng để nâng cao độ xác phép đo rất cần thiết Vì vậy, vấn đề sai số thí nghiệm có ý nghĩa quan trọng I Nguyên nhân gây sai số Sai số gây hạn chế dụng cụ, người đo, điều kiện thí nghiệm Sai sớ dụng cụ Ngun nhân: độ xác dụng cụ bị hạn chế gây Ví dụ 1: Dùng nhiệt kế có độ chia 0,1o mắt thường phân biệt đến 1/5 độ chia, nghĩa khoảng 0,02o; phải đo tăng nhiệt độ khoảng 5o chẳng hạn, độ xác trường hợp vượt 0,02 × 100% = 0,4% Ví dụ 2: Nếu phải cân vật có khối lượng 50 g cân kĩ thuật có độ xác 0,01 g ta phạm phải sai số 0,02% cân cân phân tích có độ xác đến 0,0001 g phạm sai số 0,0002% Sai số dụng cụ cịn sai sót cấu tạo dụng cụ gây nên, thí dụ máy có chỡ hỏng, khoảng chia nhiệt kế, pipet không đều, Trước làm thí nghiệm cần phải kiểm tra dụng cụ kịp thời sửa đổi sai sót Sai sớ chủ quan người đo Ngun nhân: xảy người làm thí nghiệm có giác quan nhạy kinh nghiệm hạn chế Ví dụ: chuẩn độ mắt nhìn thiếu tinh tường để phân biệt chuyển màu, việc đo độ dẫn điện tai khơng thính để phát xác trạng thái cân cầu đo ống nghe, Sai sớ điều kiện thí nghiệm thay đởi Ngun nhân: tính khó trì điều kiện bên lặp lại nhiều lần thí nghiệm đó, trị số phép đo khơng có tính lặp lại Sai số dụng cụ máy móc khơng xác, phương pháp đo không chuẩn xác thuộc loại sai số tất nhiên Kết phép đo thường thay đổi theo hướng nhất định, tăng giảm Muốn hạn chế sai số phải tiến hành kiểm tra chuẩn hoá lại dụng cụ thiết bị hiệu chỉnh pipet, buret, cân, nhiệt kế, Sai số chủ quan người đo sai số điều kiện thí nghiệm khơng ổn định, thuộc loại sai số ngẫu nhiên Sai số ngẫu nhiên không nguyên nhân nhất định gây ra, kết phép đo thay đổi lộn xộn theo hai chiều, lúc tăng lúc giảm, tăng số lần đo làm giảm giá trị sai số II Các phép tính sai sớ Sai sớ tuyệt đới Khi xác định đại lượng A hiệu số giá trị đo a trị số thực A sai số tuyệt đối phép đo: εa = a – A (1) Trong phương trình (1) a đại lượng biết từ phép đo, A giá trị thực đại lượng lại chưa biết Muốn xác định A ta phải tiến hành nhiều lần đo đại lượng cần tìm chấp nhận A giá trị trung bình lần đo Thí dụ, ta tiến hành n lần đo thu giá trị A a1, a2, a3, an Ta có: A= a1 + a + + a n n (2) A xem trị số thực A Khi sai số tuyệt đối phép đo tính phương trình: εa = a − A (3) Mỡi lần đo sẽ có sai số tương ứng: εa1 = a1 − A εa2 = a2 − A εa3 = a3 − A … … εan = an − A Ta thấy rằng: εa1 + εa2 + εa3 + + εan = Vì vậy, để đánh giá độ phân tán kiện thực nghiệm ta phải lấy trung bình giá trị tuyệt đối sai số để có giá trị sai số trung bình phép đo: n ea = å a│εai│ ; i = 1,2, n i n (4) Ví dụ: Khi đo số chiết suất (n) nước, ta nhận giá trị sau: 1,3325; 1,3322; 1,3330; 1,3327; 1,3331 Giá trị chiết suất trung bình: n= 1,3325 + 1,3322 + 1,3330 + 1,3327 + 1,3331 = 1,3327 Sai số tuyệt đối lần đo: εn1 = 1,3325 − 1,3327 = − 0,0002 εn2 = 1,3322 − 1,3327 = − 0,0005 εn3 = 1,3330 − 1,3327 = + 0,0003 εn4 = 1,3327 − 1,3327 = 0,0000 εn5 = 1,3331 − 1,3327 = + 0,0004 Sai số trung bình: en = å en i = 0,00028 Thơng thường sai số trung bình lớn nhiều so với sai số dụng cụ Với thí nghiệm đo lần kết lần đo trùng ta lấy sai số dụng cụ làm sai số phép đo Người ta thường quy ước sai số dụng cụ nửa giá trị khoảng chia nhỏ nhất thang đo sử dụng Sai số tương đối Sai số tương đối tỉ lệ sai số tuyệt đối giá trị thực đại lượng A phải tìm, ea Nhưng ta biết A hay giá trị a đo nên sai số tương đối tính A ea ea hay Sai số tương đối đại lượng đặc trưng cho độ xác thực a A nghĩa phép đo Ví dụ 1: Dùng vơn kế có độ xác 0,005 V, lần thứ nhất đo V, lần thứ hai đo 0,1 V Trong hai lần sai số tuyệt đối sai số tương đối khác nhau: - Lần 1: ea 0,005 = = 0,005 hay 0,005 × 100% = 0,5% a - Lần 2: ea 0,005 = = 0,05 hay 0,05 × 100% = 5% a 0,1 Rõ ràng phép đo thứ nhất có độ xác cao Trong nhiều trường hợp đại lượng phải tìm xác định phương trình chứa nhiều đại lượng phải đo Ví dụ 2: Khối lượng phân tử chất tan xác định phương pháp nghiệm lạnh theo công thức: M= Eđ m 1000 m1.DTđ (5) Trong Eđ số (hằng số nghiệm lạnh) cịn khối lượng dung mơi m1, khối lượng chất tan m2, độ hạ nhiệt độ đông đặc ΔTđ (ΔTđ = Tđo – Tđ, Tđo Tđ nhiệt độ đông đặc dung môi dung dịch) đại lượng phải đo trực tiếp Trong ví dụ sai số đại lượng phải tìm sẽ tính biết sai số đại lượng đo trực tiếp? Giả sử y đại lượng phải tìm, f dạng hàm liên hệ y với đại lượng đo trực tiếp α1, α2, αn: y = f (α1, α2, αn) Do sai số εy nhỏ so với đại lượng phải tìm y, nên thay Δy = dy sai số dy ey dy tương đối = d ln f (a1 ,a , a n ) , để tính sai số tương đối ta lấy log = mà y y y tự nhiên (ln) biểu thức đại lượng phải tìm lấy vi phân kết thu Ví dụ, để tính sai số tương đối việc xác định khối lượng phân tử chất tan theo công thức (5) ta qua bước sau: - Lấy ln hai vế phương trình: o lnM = lnEđ + lnm2 +ln1000−lnm1 −ln( Tđ –Tđ) - Lấy vi phân biểu thức trên: o dM dm dm1 d(Tđ – Tđ ) = - o M m2 m1 Tđ – Tđ Với quy ước sai số tính sai số cực đại (hay giới hạn sai số), chuyển từ vi phân sang sai số dấu trừ cần thay dấu cộng ta thu được: eM em em1 2eT = + + o M m m1 Tđ – Tđ Giả sử lượng cân chất tan m2 = 0,3 g cân cân phân tích sai số 0,0002 g Khối lượng dung môi m1 = 20 g cân cân kĩ thuật sai số 0,05 g Độ hạ nhiệt độ đông đặc ΔTđ = 0,3o nhiệt độ đo nhiệt kế Beckman có độ xác 0,002 oC Vì xác định đại lượng m1, m2 ta tiến hành lần đo (cân khối lượng cốc không cốc có dung mơi chất tan) nên sai số phép cân phải nhân hai lần, ta có: eM ´ 0,0002 ´ 0,05 ´ 0,002 = + + M 0,3 20 0,3 = 0,0013 + 0,005 + 0,013 = 0,019 » 2% Kết cho thấy sai số tương đối eM sẽ phụ thuộc vào độ xác phép đo M nhiệt độ Đó lí để đo nhiệt độ phải dùng nhiệt kế Beckman hay nhiệt kế khoảng Sai số phép cân dung môi 0,005 nhỏ so với sai số phép đo nhiệt độ, cần cân dung môi cân kĩ thuật đủ xác Mặt khác, cân chất tan cân kĩ thuật thì: em 2 ´ 0,05 = = 0,33 m2 0,3 Sai số vượt sai số nhiệt độ Vì vậy, thí nghiệm ta phải dùng cân phân tích để cân chất tan Ví dụ cho thấy việc xác định sai số phép đo cho phép ta phân tích ảnh hưởng độ xác phép đo mỡi đại lượng riêng đến kết chung, từ hạn chế nguyên nhân gây sai số Điều có ý nghĩa lớn cơng trình khoa học thực nghiệm Quy tắc làm trịn sớ cách viết kết quả Khi xác định giá trị trung bình A đại lượng A sai số εa kết sẽ viết nào? Chúng ta chấp nhận quy ước sau: - Đối với sai sớ: sai số làm trịn đến số cuối (tính từ phải qua trái) khác khơng, theo quy ước tăng chữ số cuối lên bậc số bỏ bắt đầu số lớn (hoặc số số sau khác không), giữ nguyên số cuối không đổi chữ số bỏ bắt đầu số nhỏ Ví dụ: 0,0872 0,0851 làm trịn thành 0,09 212,5 làm trịn thành 200 - Đới với giá trị đo được: làm tròn đến bậc với sai số tuyệt đối Ví dụ 1: Nếu sai số tuyệt đối 0,09 kết 1,7325 sẽ làm trịn thành 1,73; Nếu sai số tuyệt đối 200 kết 8765,3 làm tròn thành 8800; Ghi kết cuối với trường hợp là: 1,73 ± 0,09 8800 ± 200 Ví dụ 2: kết thu 2,37425 ± 0,02376; Sai số tuyệt đối làm tròn thành 0,02 giá trị đo làm trịn thành 2,37; Ghi kết 2,37 ± 0,02 (Sai số giá trị đo được đều làm tròn đến hàng phần trăm của đơn vị) Ví dụ 3: Nếu kết thu 2327,63 ± 53,7325; Sai số tuyệt đối làm trịn thành 50 giá trị đo làm tròn thành 2330; Ghi kết 2330 ± 50 10 B Phương pháp lập bảng dựng đồ thị I Phương pháp lập bảng Mỗi thực nghiệm cần phải bắt đầu từ việc thiết lập trình tự thí nghiệm lập bảng để ghi số liệu thực nghiệm Thường phép đo phải chứa nhất hai biến số: lựa chọn làm biến số độc lập (hoặc nhiều) biến số phụ thuộc Người ta thường chọn biến số độc lập thời gian, nhiệt độ, áp suất, nồng độ giá trị biến số sắp xếp cột theo thứ tự tăng dần giảm dần Phía đầu cột phải ghi rõ tên biến số đơn vị đo Các số phải ghi đầy đủ cẩn thận, dấu phẩy số phải nằm đường thẳng đứng sau dấu phẩy viết số lẻ phạm vi sai số phép đo (ví dụ sai số dụng cụ) Nếu cần phải đưa vào bảng giá trị x = a.10 n hàng ghi trị số a, cịn phía cột ghi x.10−n Ví dụ, nồng độ dung dịch C = 2,5.10−3 M hàng viết 2,5 phía cột viết C.103 M Điều có nghĩa C.103 = 2,5 M hay C = 2,5.10−3 M Các số liệu ghi bảng phải quy trịn thích hợp cột số liệu phải có độ xác (cùng số số lẻ) II Phương pháp dựng đồ thị Việc biểu diễn số liệu thực nghiệm hay tính tốn đồ thị cho phép ta - cách trực giác - biểu thị mối tương quan đại lượng nghiên cứu, giúp ta so sánh đại lượng, thấy diễn biến kiện (như có cực đại, cực tiểu, điểm uốn không), biết tốc độ biến thiên đại lượng, tính tuần hồn đại lượng nhiều tính chất quan trọng khác Hơn nữa, đồ thị người ta thực loạt tính tốn khác nội suy, ngoại suy, vi phân, tích phân so với phương pháp lập bảng, phương pháp biểu diễn đồ thị có nhiều ưu điểm Đồ thị vẽ giấy kẻ ô vuông, tốt nhất giấy milimet in sẵn Người ta thường biểu thị hệ toạ độ Đề-các thơng số (x) trục hồnh hàm số (y) trục tung Đường biểu diễn phải chiếm hầu hết toàn tờ giấy vẽ Muốn thang x y phải bắt đầu từ trị số gần với trị số bé nhất làm tròn kết thúc trị số gần với trị số lớn nhất làm tròn đại lượng cho Ví dụ, x thay đổi từ 0,53 ÷ 0,96 cịn y từ 4,2 ÷ 15,6 trục hồnh bắt đầu từ 0,50 kết thúc 1,00; trục tung bắt đầu 4,0 kết thúc 16 Như vậy, giao điểm trục hoành trục tung khơng nhất thiết phải có hồnh độ x = tung độ y = Trên khoảng cách trục, nên lấy số chẵn, việc sẽ giúp ta xác định toạ độ điểm đồ thị dễ dàng nhanh chóng Tỉ lệ hai trục toạ độ khác đường biểu diễn thẳng nên chọn tỉ lệ cho độ nghiêng đường biểu diễn xấp xỉ 45o so với trục hoành đường cong phải chọn tỉ lệ cho cực đại, cực tiểu, điểm uốn, điểm gãy biểu thị rõ ràng 11 Kết quả tính tốn kết quả Nhận xét - đánh giá trả lời câu hỏi Nhiệt độ phòng T = …………… (°C) Áp suất khí quyển H = …………… Độ chêch lệch áp suất h = …………… Bảng kết đo áp suất hơi bão hòa theo nhiệt độ Nhiệt độ sôi TT Áp suất đọc phong vũ biểu Pkq (mmHg) Chiều cao cột thuỷ ngân áp kế h (mmHg) Áp suất hơi bão hoà P = Pkq – h lgP T T T (oC) (K) (K-1) Vẽ đồ thị lgP = f(1/T) Từ đồ thị, xác định A = tgα =……………, B = ……………… Nhiệt hoá hơi của axeton: ΔHhh = − 2,303.R.tgα =………………… Đánh giá sai sớ nhiệt hố hơi của axeton Tính nhiệt hóa hơi của axeton theo lí thút biết nhiệt độ hóa hơi của axeton khoảng 56 - 57 °C So sánh nhiệt hóa hơi của axeton xác định bằng thực nghiệm so với lý thút Trong q trình thí nghiệm, phải đuổi hết khơng khí khỏi bình Khi tiến hành thí nghiệm, sau rút hết khơng khí khỏi bình lại phải cho khơng khí vào qua khóa K để làm cho hai mức B1, B2 ngang Hai mức chênh có được không? 51 TN2: Xác định khối lượng phân tử urê bằng phương pháp nghiệm lạnh Mục đích thí nghiệm Cơ sở lý thuyết Giải thích hiện tượng tăng nhiệt độ sôi giảm nhiệt độ đông của dung mơi thêm vào dung mơi chất tan không bay hơi Giản đồ sự phụ thuộc áp suất hơi của dung môi tinh khiết dung môi dung dịch vào nhiệt độ giải thích Thiết lập hệ thức xác định khối lượng phân tử của chất tan dựa vào độ hạ nhiệt độ đông đặc của dung dịch Hóa chất dụng cụ Hóa chất: Dụng cụ: Cách tiến hành thí nghiệm a) Xác định nhiệt độ đông đặc của nước tinh khiết Cách tiến hành thí nghiệm Cách ghi chép kết quả cách tính tốn kết quả thí nghiệm b) Xác định nhiệt độ đông đặc của dung dịch urê Cách tiến hành thí nghiệm Cách ghi chép kết quả Cách tính tốn kết quả thí nghiệm Kết quả tính toán kết quả Nhận xét - đánh giá trả lời câu hỏi Bảng theo dõi biến đổi nhiệt độ q trình chậm đơng nước tinh khiết STT T (độ) STT T (độ) T (độ) STT STT T (độ) STT 15 22 29 16 23 30 10 17 24 31 11 18 25 32 12 19 26 33 13 20 27 34 14 21 28 35 52 T (độ) Vẽ đường cong kết tinh của nước Nhận xét sự biến đổi nhiệt độ q trình chậm đơng của nước tinh khiết Xác định xác nhiệt độ đơng đặc của nước tinh khiết Giải thích Bảng theo dõi biến đổi nhiệt độ q trình chậm đơng dung dịch urê STT T (độ) STT T (độ) STT T (độ) STT T (độ) STT 15 22 29 16 23 30 10 17 24 31 11 18 25 32 12 19 26 33 13 20 27 34 14 21 28 35 T (độ) Vẽ đường cong kết tinh của dung dịch urê Nhận xét sự biến đổi nhiệt độ trình chậm đơng của dung dịch urê Xác định xác nhiệt độ đơng đặc của dung dịch urê Giải thích Khới lượng phân tử của urê; Murê = ………………… Tính sai sớ của phương pháp nghiệm lạnh Giải thích sự giảm áp suất hơi bão hồ, tăng nhiệt độ sơi, giảm nhiệt độ đông đặc của dung dịch urê so với dung môi Tại phải phá hiện tượng chậm đông chậm đông lâu Nếu hiện tượng chậm đơng hồn tồn khơng xảy có lợi gì, hại Tại phải sử dụng nhiệt kế có độ xác cao thí nghiệm 53 BÀI 3: XÁC ĐỊNH HẰNG SỐ CÂN BẰNG CỦA PHẢN ỨNG Họ tên: ……………………………… Lớp TN:………………………………… Mã sinh viên: …………………………… Nhóm:…………………………………… Lớp: …………………………………… Giảng viên hướng dẫn Thời gian thực thí nghiệm Ngày …… tháng ……….năm ………… Tiết ………… đến tiết ………………… TN1: Sử dụng phương pháp phân bố để xác định hằng số cân bằng phản ứng Mục đích thí nghiệm Cơ sở lý thuyết Khái niệm hằng số cân bằng Hằng số cân bằng phụ thuộc những yếu tố Khái niệm hằng số phân bố Hằng số phân bố phụ thuộc vào những yếu tố Phương pháp xác định nồng độ I2 phân tích Khi nghiên cứu cân bằng KI + I2 ⇌ KI3, không thể dùng phương pháp thông thường để xác định nồng độ I2 Phương pháp xác định hằng số phân bố của I2 giữa lớp CCl4 lớp nước Phương pháp tính hằng số cân bằng của phản ứng dựa vào hằng sớ phân bớ Hóa chất dụng cụ Hóa chất: Dụng cụ: Cách tiến hành thí nghiệm a) Xác định hằng số phân bố của I2 giữa lớp CCl4 lớp H2O Cách tiến hành thí nghiệm Cách ghi chép kết quả Cách tính tốn kết quả b) Xác định nồng độ chất tham gia phản ứng hằng sớ cân bằng Cách tiến hành thí nghiệm 54 Cách ghi chép kết quả Cách tính tốn kết quả Kết quả tính tốn kết quả Nhận xét - đánh giá trả lời câu hỏi a) Xác định hằng số phân bố của I2 giữa lớp CCl4 lớp H2O: Thể tích dung dịch định chuẩn (mL): Vo (1a) = ………… Vo (1b) = ………… Vo (2a) = ………… Vo (2b) = ………… Thể tích Na2S2O3 0,01N dùng để chuẩn độ (mL) nồng độ I2 tính được Bình Thể tích Bình Na2S2O3 0,01N Bình 1a Bình 1b Bình 2a Bình 2b (mL) (lớp CCl4) (lớp H2O) (lớp CCl4) (lớp H2O) Lần Lần Trung bình Nồng độ I2 (mol/L) Hằng sớ phân bớ: Kpb (bình 1) = ……………… Kpb (bình 2) = ……………… Hằng sớ phân bớ trung bình Kpb (trung bình) = ………… b) Xác định nờng độ chất tham gia phản ứng hằng số cân bằng: Thể tích dung dịch Na2S2O3 0,01N dùng để chuẩn độ (mL) Thể tích Bình Bình Bình Na2S2O3 0,01N Bình 3a Bình 3b Bình 4a Bình 4b Bình 5a Bình 5b (mL) (lớp CCl4) (lớp H2O) (lớp CCl4) (lớp H2O) (lớp CCl4) (lớp H2O) Lần Lần Trung bình 55 [I ]CCl (bình 3) = ………… [I2] + [KI3] = C’ (bình 3) = …………… [I ]CCl (bình 4) = ………… [I2] + [KI3] = C’ (bình 4) = …………… [I ]CCl (bình 5) = ………… [I2] + [KI3] = C’ (bình 5) = …………… 4 Hằng sớ cân bằng: K1 (bình 3) = …………… K2 (bình 4) = …………… K3 (bình 5) = …………… Hằng sớ cân bằng trung bình: K= K1 + K + K 3 Nhận xét giá trị K1, K2, K3 tính tốn được Tính sai sớ của thí nghiệm xác định hằng sớ cân bằng Nhận xét đánh giá kết quả thí nghiệm Các lưu ý về dụng cụ thuỷ tinh làm thí nghiệm Giải thích Các lưu ý chuẩn độ iot Giải thích TN2: Xác định hằng sớ cân bằng phản ứng đồng thể bằng phương pháp đo trực tiếp nờng độ Mục đích thí nghiệm Cơ sở lý thuyết Lý thuyết về cân bằng của phản ứng đồng thể: 2Fe3+ + 3I- ⇌ 2Fe2+ + I3Cách xác định hằng số cân bằng của phản ứng Hóa chất dụng cụ Hóa chất: Dụng cụ: Cách tiến hành thí nghiệm a) Xác định lại xác nờng độ dung dịch FeCl3 0,03M Cách tiến hành thí nghiệm Cách ghi chép kết quả Cách tính tốn kết quả b) Xác định nờng độ I3- sau phản ứng Cách tiến hành thí nghiệm 56 Cách ghi chép kết quả Cách tính tốn kết quả Kết quả tính tốn kết quả Nhận xét - đánh giá trả lời câu hỏi a) Xác định lại xác nờng độ dung dịch FeCl3 0,03M: Thể tích dung dịch Na2S2O3 0,01M dùng: V = ………………(mL) Nờng độ xác của dung dịch FeCl3: [Fe3+] = …………… b) Xác định nồng độ I3- sau phản ứng: Thể tích dung dịch Na2S2O3 0,01N dùng để ch̉n độ (mL) Hỡn hợp bình + Hỡn hợp bình + STT VNa2S2O3 0,01M (mL) Sai lệch (mL) VNa2S2O3 0,01M (mL) Sai lệch (mL) Nhiệt độ phòng T = ……………… (°C) Nồng độ: [𝐼3− ]𝑐𝑏 = ……………… [𝐼 − ]𝑐𝑏 = ………………… [𝐹𝑒 2+ ]𝑐𝑏 = ……………… [𝐹𝑒 3+ ]𝑐𝑏 = ………………… Hằng sớ cân bằng tính theo nờng độ: 𝐾= [𝐹𝑒 2+]2𝑐𝑏 [𝐼3−]𝑐𝑏 [𝐹𝑒 3+]2𝑐𝑏 [𝐼 −]3𝑐𝑏 = …………………… Nêu sai số mắc phải tiến hành thí nghiệm Có pha được dung dịch FeCl3 xác từ lượng cân ban đầu hay khơng Tại phải xác định lại nồng độ Fe3+ Nêu tác dụng của việc dùng nước lạnh trình chuẩn độ xác định [I3-] c) Tính hằng sớ cân bằng của phản ứng đồng thể: 2Fe3+ + 3I- ⇌ 2Fe2+ + I3- theo thế điện cực chuẩn: n = …………… 𝐸𝑝𝑖𝑛 = ………………… 57 Hằng số cân bằng K của phản ứng 298K: 𝑛 𝐸𝑝𝑖𝑛 𝐾= 0,059 = …………………… So sánh kết quả tính hằng sớ cân bằng theo thế điện cực chuẩn với kết quả hằng sớ cân bằng theo thí nghiệm Nhận xét đánh giá kết quả thí nghiệm 58 BÀI 4: NGHIÊN CỨU SỰ HẤP PHỤ TRONG DUNG DỊCH BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO SỨC CĂNG BỀ MẶT Mục đích thí nghiệm Cơ sở lý thuyết a) Quan hệ giữa sức căng bề mặt nồng độ dung dịch Khái niệm sức căng bề mặt Cơng thức tính sức căng bề mặt Các yếu tố ảnh hưởng đến sức căng bề mặt Phương trình thực nghiệm Shishkovski Cách xây dựng đồ thị đường chuẩn σ = f(C) từ thực nghiệm Cách xác định nồng độ dung dịch từ đồ thị đường chuẩn σ = f(C) b) Độ hấp phụ phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Khái niệm độ hấp phụ  Cơng thức tính độ hấp phụ  Phương trình liên hệ giữa độ hấp phụ  nồng độ dung dịch theo Langmuir Cách đánh giá khả hấp phụ của chất rắn đối với dung dịch Vẽ dạng đồ thị đường chuẩn C/ = f(C) Cách xác định góc α đoạn OM đờ thị Cách tính độ hấp phụ  hằng sớ cân bằng hấp phụ K Hóa chất dụng cụ Hóa chất Dụng cụ Cách tiến hành thí nghiệm a) Máy đo sức căng bề mặt DST-30 Máy đo sức căng bề mặt DST-30 cách sử dụng Các bước đo sức căng bề mặt bằng máy DST-30 b) Quy trình tiến hành thí nghiệm đo sức căng bề mặt bằng máy DST-30 Cách tiến hành thí nghiệm Cách ghi chép kết quả Cách tính tốn kết quả Kết quả thí nghiệm tính tốn kết quả Nhận xét đánh giá trả lời câu hỏi 59 Nhiệt độ thí nghiệm ToC = Trước hấp phụ: C (M) Nước cất Bình Bình Bình Bình 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 σ (dyn/cm) Lập đồ thị quan hệ  = f(C) cơ sở giá trị thực nghiệm đo được Sau hấp phụ: Bình 1’ Bình 2’ Bình 3’ Bình 4’ σ’ (dym/cm) C’ (M)  C’/ Lập đồ thị quan hệ C’/ = f(C’) Xác định  Khấp thụ  = ………………………………………………………………………………… Khấp thụ = …………………………………………………………………………… Nhận xét đánh giá kết quả thí nghiệm Những sai sớ mắc phải thí nghiệm Tại q trình thực nghiệm phải giữ nhiệt độ ổn định phải đảm bảo nhiệt độ bình hấp phụ nhiệt độ dung dịch như Khi cho than vào dung dịch, trình chuyển dịch chất tan C4H9OH dẫn đến thay đổi sức căng bề mặt như thế 60 BÀI 5: KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG BẬC MỘT VÀ BẬC HAI Họ tên: ……………………………… Lớp TN:………………………………… Mã sinh viên: …………………………… Nhóm:…………………………………… Lớp: …………………………………… Giảng viên hướng dẫn Thời gian thực thí nghiệm Ngày …… tháng ……….năm ………… Tiết ………… đến tiết ………………… TN1: Khảo sát động học phản ứng bậc (phản ứng thủy phân etyl axetat môi trường xúc tác axit) Mục đích thí nghiệm Cơ sở lý thút Thiết lập biểu thức tính lượng hoạt hóa E của phản ứng thủy phân axetatetyl CH3COOC2H5 nước có dung dịch HCl làm xúc tác Cách xác định hằng số tốc độ k bằng thực nghiệm Xác định k bằng cách theo dõi nồng độ axit sinh sau phản ứng Hóa chất dụng cụ Hóa chất: Dụng cụ: Cách tiến hành thí nghiệm a) Thí nghiệm xác định V∞ Cách tiến hành thí nghiệm Cách ghi chép kết quả Cách tính tốn kết quả b) Thí nghiệm xác định k T1 k T2 Cách tiến hành thí nghiệm Cách ghi chép kết quả Cách tính tốn kết quả Kết quả tính toán kết quả Nhận xét - đánh giá trả lời câu hỏi a) Xác định V∞ 61 Nhiệt độ tiến hành phản ứng T = 70 – 80 °C Thể tích dung dịch hỡn hợp đem chuẩn độ V = 5mL Nồng độ dung dịch NaOH dùng để chuẩn độ CN =……… Thể tích dung dịch NaOH nờng độ CN dùng chuẩn độ TT VNaOH Độ lệch TT Độ lệch VNaOH TT 10 11 12 VNaOH Độ lệch Thể tích V∞ = ……………… b) Xác định k T1 k T2 T1 = ………… °C ; T2 = ………… °C ; * Xác định k T2 Thể tích NaOH chuẩn độ (Vt): V0=………………… V20=……………… V40=……………… V60=……………… k T2 = ………………… * Xác định k T1 k T1 = ………………… c) Năng lượng hoạt hóa E: E R.(ln k T2  ln k T1 ) 1  T1 T2 = ……………………… Nhận xét - đánh giá về kết quả thí nghiệm Những sai sớ mắc phải thí nghiệm Tại thí nghiệm xác định V∞, bình phản ứng phải để 70-80 °C Tại phải lắp ống sinh hàn hời lưu vào bình phản ứng Giá trị V∞ xác định lần sau có bằng lần trước khơng Tại 62 Giải thích tác dụng làm chậm phản ứng bằng 20 mL nước lạnh Tại phải “làm chậm” phản ứng TN2: Khảo sát động học phản ứng bậc (phản ứng thủy phân etyl axetat môi trường kiềm) Mục đích thí nghiệm Cơ sở lý thút Biểu thức tính hằng sớ tớc độ của phản ứng bậc hai Cách xác định hằng số tốc độ của phản ứng bậc hai Thiết lập biểu thức tính lượng hoạt hóa E của phản ứng thủy phân axetatetyl CH3COOC2H5 môi trường kiềm Cách xác định lượng hoạt hóa E của phản ứng Hóa chất dụng cụ Hóa chất: Dụng cụ: Cách tiến hành thí nghiệm a) Thí nghiệm nhiệt độ phịng T1 Cách tiến hành thí nghiệm Cách ghi chép kết quả Cách tính tốn kết quả b) Thí nghiệm nhiệt độ bình điều nhiệt T2 Cách tiến hành thí nghiệm Cách ghi chép kết quả cách tính tốn kết quả Kết quả tính tốn kết quả Nhận xét - đánh giá trả lời câu hỏi a) Thí nghiệm nhiệt độ phịng T1 T1 = 30 oC Thể tích hỡn hợp phản ứng đem chuẩn độ: V = 25 mL Chuẩn độ HCl dư bằng NaOH 0,01N với thị phenolphtalein 1% t VNaOH VHCl dư VNaOHpư (phút) t VNaOH VHCl dư VNaOHpư (mL) (mL) (mL) (phút) (mL) (mL) (mL) 30 40 63 10 50 20  b) Thí nghiệm nhiệt độ bình điều nhiệt T2 T2 = 40 oC Thể tích hỡn hợp phản ứng đem chuẩn độ: V = 25 mL Chuẩn độ HCl dư bằng NaOH 0,01N với thị phenolphtalein 1% t VNaOH VHCl dư VNaOHpư (phút) t VNaOH VHCl dư VNaOHpư (mL) (mL) (mL) (phút) (mL) (mL) (mL) 30 40 10 50 20  Tìm giá trị α biểu thức cần tính k Tính hằng sớ tớc độ k T1 = ………………… k T2 = ………………… Tính lượng hoạt hóa E = ……………………… Nêu những sai sớ có thể mắc phải thí nghiệm Các lưu ý tiến hành thí nghiệm So sánh giá trị của V0 hai thí nghiệm xác định kT1 kT2 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu thí nghiệm Hóa lý 1, Bộ mơn Hóa lý Đại học Bách khoa Hà Nội, 2011 Nhiệt động hoá học, Đào Văn Lượng NXB KH&KT Hà Nội, 2002 Động hố học, Lê Cộng Hồ, Trần Văn Niêm NXB Bách Khoa Hà Nội, 2008 Giáo trình Hố lí Tập 1, 2, 3, Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế NXB Giáo dục Hà Nội, 2006 Cơ sở lý thuyết Hóa học, Tập 1, 2, Nguyễn Đình Chi NXB Giáo dục Hà Nội, 2005 Physical Chemistry, K.W.ATKINS Oxford University Press, 2002 65