ÁP SU ẤT H Ơ I BÃO HOÀ - Full 10 điểm

NXB Đạ i h ọ c qu ố c gia Hà N ộ i 2007, 101 Tr Tài li ệ u trong Th ư vi ệ n đ i ệ n t ử Đ H Khoa h ọ c T ự nhiên có th ể đượ c s ử d ụ ng cho m ụ c đ ích h ọ c t ậ p và nghiên c ứ u cá nhân Nghiêm c ấ m m ọ i hình th ứ c sao chép, in ấ n ph ụ c v ụ các m ụ c đ ích khác n ế u không đượ c s ự ch ấ p thu ậ n c ủ a nhà xu ấ t b ả n và tác gi ả M ụ c l ụ c Bài s ố 1 4 NHI Ệ T HOÀ TAN 4 Bài s ố 2 10 ÁP SU Ấ T H Ơ I BÃO HOÀ 10 Bài s ố 3 14 H Ằ NG S Ố CÂN B Ằ NG 14 Bài s ố 4 17 CÂN B Ằ NG L Ỏ NG H Ơ I C Ủ A H Ệ HAI C Ấ U T Ử 17 Bài s ố 5 22 TÍNH TAN H Ạ N CH Ế C Ủ A CH Ấ T L Ỏ NG 22 Bài s ố 6 30 PH ƯƠ NG PHÁP HÀN NGHI Ệ M 30 Bài s ố 7 35 PH ƯƠ NG PHÁP PHÂN TÍCH NHI Ệ T 35 Bài s ố 8 39 XÁC ĐỊ NH H Ằ NG S Ố T Ố C ĐỘ C Ủ A PH Ả N Ứ NG B Ậ C M Ộ T PH Ả N Ứ NG GH Ị CH ĐẢ O ĐƯỜ NG 39 Bài s ố 9 43 PH Ả N Ứ NG THU Ỷ PHÂN ESTE 43 Bài s ố 10 46 ĐƯỜ NG H Ấ P PH Ụ ĐẲ NG NHI Ệ T 46 Bài s ố 11 52 ĐỘ D Ẫ N Đ I Ệ N C Ủ A DUNG D Ị CH CH Ấ T Đ I Ệ N LI 52 Bài s ố 12 59 S Ứ C Đ I Ệ N ĐỘ NG C Ủ A PIN GANVANI 59 Bài s ố 13 68 Giáo trình th ự c t ậ p hóa lý PGS TS V ũ Ng ọ c Ban S Ố V Ậ N T Ả I 68 Bài s ố 14 74 Đ I Ề U CH Ế CÁC H Ệ KEO VÀ KH Ả O SÁT M Ộ T S Ố TÍNH CH Ấ T C Ủ A CHÚNG 74 Bài s ố 15 81 PHÂN TÍCH SA L Ắ NG 81 Bài s ố 16 88 XÁC ĐỊ NH PHÂN T Ử KH Ố I CH Ấ T POLIME 88 Ph ụ l ụ c 93 SAI S Ố C Ủ A PHÉP Đ O PH ƯƠ NG PHÁP L Ậ P B Ả NG VÀ D Ự NG ĐỒ TH Ị TRONG TH Ự C T Ậ P HOÁ LÝ 93 3 L ờ i m ở đầ u Tài li ệ u này bao g ồ m nh ữ ng bài th ự c t ậ p c ơ b ả n nh ấ t thu ộ c ch ươ ng trình Th ự c t ậ p Hoá lý, Khoa Hoá h ọ c, Tr ườ ng Đạ i h ọ c Khoa h ọ c T ự nhiên, Đạ i h ọ c Qu ố c gia Hà N ộ i N ộ i dung g ồ m 4 ph ầ n chính: Nhi ệ t độ ng h ọ c: 7 bài (t ừ bài 1 ÷ 7) Độ ng h ọ c: 3 bài (t ừ bài 8 ÷ 10) Đ i ệ n hoá h ọ c: 3 bài (t ừ bài 11 ÷ 13) Hoá keo, Cao phân t ử : 3 bài (t ừ bài 14 ÷ 16) Ở m ỗ i bài đề u nêu rõ m ụ c đ ích, c ơ s ở lý thuy ế t, ph ươ ng pháp ti ế n hành thí nghi ệ m và các yêu c ầ u c ủ a bài thí nghi ệ m Trong ph ầ n ph ụ l ụ c trình bày lý thuy ế t sai s ố , ph ươ ng pháp l ậ p b ả ng và d ự ng đồ th ị trong th ự c t ậ p Hóa lý Tài li ệ u đượ c vi ế t v ớ i s ự đ óng góp c ủ a t ậ p th ể cán b ộ B ộ môn Hoá lý, tuy đ ã có nhi ề u c ố g ắ ng nh ư ng không tránh kh ỏ i các thi ế u sót Chúng tôi r ấ t mong nh ậ n đượ c nh ữ ng ý ki ế n đ óng góp quí báu c ủ a các b ạ n đọ c TÁC GI Ả 4 Bài s ố 1 NHI Ệ T HOÀ TAN M ụ c đ ích 1 Xác đị nh nhi ệ t hoà tan c ủ a mu ố i KCl trong n ướ c 2 Xác đị nh nhi ệ t hoà tan c ủ a CuSO4, CuSO4 5H2O trong n ướ c và tính nhi ệ t hi đ rat hoá c ủ a CuSO4 5H2O Lí thuy ế t 1 Nhi ệ t hoà tan và nhi ệ t hi đ rat hoá c ủ a mu ố i Quá trình hoà tan luôn luôn kèm theo s ự gi ả i phóng hay h ấ p th ụ nhi ệ t tu ỳ theo b ả n ch ấ t c ủ a ch ấ t tan và dung môi Hi ệ u ứ ng nhi ệ t kèm theo quá trình hoà tan 1 mol ch ấ t tan trong m ộ t l ượ ng dung môi nào đ ó để thu đượ c dung d ị ch có n ồ ng độ xác đị nh đượ c g ọ i là nhi ệ t hoà tan tích phân Hi ệ u ứ ng nhi ệ t kèm theo quá trình hoà tan 1 mol ch ấ t tan trong m ộ t l ượ ng vô cùng l ớ n dung d ị ch có n ồ ng độ xác đị nh đượ c g ọ i là nhi ệ t hoà tan vi phân B ằ ng th ự c nghi ệ m ch ỉ đ o đượ c nhi ệ t hoà tan tích phân còn nhi ệ t hoà tan vi phân đượ c xác đị nh theo s ự ph ụ thu ộ c c ủ a nhi ệ t hoà tan tích phân vào n ồ ng độ dung d ị ch Nhi ệ t hoà tan có th ể xem là t ổ ng c ủ a hai s ố h ạ ng: nhi ệ t chuy ể n ch ấ t tan vào dung d ị ch Δ H ch và nhi ệ t sonvat hoá (hay nhi ệ t hi đ rat hoá n ế u dung môi là n ướ c) Δ H s phát sinh do t ươ ng tác gi ữ a các ti ể u phân ch ấ t hoà tan v ớ i nh ữ ng ti ể u phân c ủ a dung môi Δ H ht = Δ H ch + Δ H s (1) Nhi ệ t Δ H s luôn luôn âm vì quá trình sonvat hoá luôn to ả nhi ệ t còn nhi ệ t Δ H ch có th ể d ươ ng ho ặ c âm Đố i v ớ i ch ấ t khí, Δ H ch (nhi ệ t ng ư ng t ụ khí vào th ể tích dung d ị ch) luôn âm nên Δ H ht < 0 Đố i v ớ i ch ấ t r ắ n, Δ H ch (nhi ệ t h ấ p th ụ để phá v ỡ m ạ ng l ướ i tinh th ể và đẩ y xa các ti ể u phân trên kho ả ng cách ứ ng v ớ i th ể tích dung d ị ch) luôn d ươ ng nên d ấ u c ủ a Δ H ht s ẽ là d ấ u c ủ a s ố h ạ ng nào trong (1) chi ế m ư u th ế : Nói chung nh ữ ng ch ấ t r ắ n có c ấ u t ạ o m ạ ng l ướ i tinh th ể kém b ề n và có nhi ề u khuynh h ướ ng sonvat hoá hay hình thành nh ữ ng mu ố i ng ậ m n ướ c thì Δ H ht < 0 (s ự hòa tan to ả nhi ệ t) còn nh ữ ng ch ấ t có m ạ ng tinh th ể b ề n và ít sonvat hoá thì Δ H ht > 0 (s ự hoà tan thu nhi ệ t) Nhi ệ t hoà tan c ủ a mu ố i t ă ng khi t ă ng l ượ ng dung môi, nh ư ng n ế u 1 mol mu ố i hoà tan vào 100 − 300 mol dung môi thì khi pha loãng thêm hi ệ u ứ ng nhi ệ t h ầ u nh ư không thay đổ i, l ượ ng nhi ệ t đ ó là nhi ệ t hoà tan c ủ a mu ố i Áp d ụ ng đị nh lu ậ t Hess đố i v ớ i quá trình hoà tan có th ể xác đị nh gián ti ế p hi ệ u ứ ng nhi ệ t c ủ a nh ữ ng quá trình khó đ o tr ự c ti ế p, ví d ụ nh ư nhi ệ t hi đ rat hoá các tinh th ể ng ậ m n ướ c 5 Nhi ệ t hi đ rat hoá là l ượ ng nhi ệ t kèm theo quá trình t ạ o thành 1 mol mu ố i ng ậ m n ướ c t ừ mu ố i khan và l ượ ng n ướ c t ươ ng ứ ng Ví d ụ , s ự t ạ o thành dung d ị ch CuSO 4 trong n mol H 2 O có th ể th ự c hi ệ n b ằ ng hai kh ả n ă ng: 1 CuSO 4 (r) + 5H 2 O ⎯→ CuSO 4 5H 2 O (r) + Δ H hyd CuSO 4 5H 2 O + (n − 5)H 2 O ⎯→ CuSO 4 (dd) + Δ H 1 2 CuSO 4 (r) + nH 2 O ⎯→ CuSO 4 (dd) + Δ H 2 Theo đị nh lu ậ t Hess ta có: Δ H hyd + Δ H 1 = Δ H 2 hay Δ H hyd = Δ H 2 − Δ H 1 = 4 CuSO ht, H Δ − 4 2 ht,CuSO 5H O H Δ (2) Xác đị nh b ằ ng th ự c nghi ệ m nhi ệ t hoà tan c ủ a mu ố i khan và mu ố i ng ậ m n ướ c s ẽ tính đượ c nhi ệ t hi đ rat hoá 2 Ph ươ ng pháp nhi ệ t l ượ ng k ế Hi ệ u ứ ng nhi ệ t c ủ a ph ả n ứ ng hoá h ọ c, nhi ệ t hoà tan, nhi ệ t chuy ể n pha, nhi ệ t dung đượ c xác đị nh b ằ ng m ộ t d ụ ng c ụ g ọ i là nhi ệ t l ượ ng k ế Có nhi ề u lo ạ i nhi ệ t l ượ ng k ế , c ấ u trúc c ủ a chúng r ấ t phong phú ph ụ thu ộ c vào đặ c tr ư ng c ủ a quá trình nghiên c ứ u S ơ đồ m ộ t nhi ệ t l ượ ng k ế đơ n gi ả n nh ấ t ch ỉ ra trên hình 1 Hình 1 Nhi ệ t l ượ ng k ế 1 Bình nhi ệ t l ượ ng k ế ; 2 Nhi ệ t k ế ; 3 Que khu ấ y;4 Ă mpun;5 Nút lie;6 Ch ấ t l ỏ ng Ph ầ n ch ủ y ế u c ủ a nhi ệ t l ượ ng k ế là bình nhi ệ t l ượ ng k ế (1) và l ớ p v ỏ ng ă n c ả n s ự trao đổ i nhi ệ t c ủ a nhi ệ t l ượ ng k ế v ớ i môi tr ườ ng xung quanh Bình nhi ệ t l ượ ng k ế th ườ ng là m ộ t bình Đ êoa đượ c đậ y kín b ằ ng nút lie (5) Nút có khoan l ỗ để c ắ m nhi ệ t k ế (2), que khu ấ y (3) và ă mpun đự ng ch ấ t nghiên c ứ u (4) Nhi ệ t k ế th ườ ng dùng là nhi ệ t k ế kho ả ng hay nhi ệ t k ế Beckman có độ chính xác cao để theo dõi bi ế n thiên nhi ệ t độ trong h ệ Ă mpun là m ộ t ố ng nghi ệ m thu ỷ tinh có đ áy m ỏ ng d ễ b ị ch ọ c th ủ ng để các ch ấ t nghiên c ứ u r ơ i vào ch ấ t l ỏ ng (6) ch ứ a trong bình nhi ệ t k ế 6 Hi ệ u ứ ng nhi ệ t c ủ a quá trình ti ế n hành trong nhi ệ t l ượ ng k ế đượ c xác đị nh theo ph ươ ng trình: q = C k Δ t (3) Ở đ ây: Δ t - bi ế n thiên nhi ệ t độ c ủ a h ệ nhi ệ t l ượ ng k ế ; C k - nhi ệ t dung c ủ a h ệ nhi ệ t l ượ ng k ế (l ượ ng nhi ệ t c ầ n thi ế t để nâng nhi ệ t l ượ ng k ế lên 1 o ) th ườ ng đượ c g ọ i là h ằ ng s ố nhi ệ t l ượ ng k ế − C k có th ể xác đị nh đượ c b ằ ng cách c ộ ng nhi ệ t dung c ủ a t ấ t c ả các b ộ ph ậ n c ủ a nhi ệ t l ượ ng k ế tham gia vào s ự trao đổ i nhi ệ t (bình nhi ệ t l ượ ng k ế , nhi ệ t k ế , que khu ấ y, ă mpun, ch ấ t l ỏ ng trong nhi ệ t l ượ ng k ế v v ): C k = Σ m i C i (4) ở đ ây m i và C i là kh ố i l ượ ng và nhi ệ t dung riêng c ủ a các b ộ ph ậ n c ủ a nhi ệ t l ượ ng k ế Nh ư ng do độ chính xác c ủ a vi ệ c xác đị nh C i không l ớ n nên công th ứ c (4) th ườ ng không đượ c dùng để tính C k Ph ươ ng pháp chính xác h ơ n để tính C k là cho ti ế n hành trong nhi ệ t l ượ ng k ế m ộ t quá trình mà ta đ ã bi ế t tr ướ c hi ệ u ứ ng nhi ệ t q / c ủ a nó Đ o bi ế n thiên nhi ệ t độ Δ t / t ươ ng ứ ng c ủ a h ệ nhi ệ t l ượ ng k ế , s ẽ tính đượ c C k theo ph ươ ng trình: C k = t'''' q'''' Δ (5) − Bi ế n thiên nhi ệ t độ Δ t gây ra do quá trình ti ế n hành trong nhi ệ t l ượ ng k ế có th ể xác đị nh theo hi ệ u nhi ệ t độ tr ướ c và sau khi quá trình x ả y ra ch ỉ trong tr ườ ng h ợ p h ệ hoàn toàn không trao đổ i nhi ệ t v ớ i môi tr ườ ng bên ngoài Trong th ự c t ế , vi ệ c trao đổ i nhi ệ t đ ó không th ể tránh kh ỏ i nên để xác đị nh bi ế n thiên nhi ệ t độ th ự c c ầ n ph ả i hi ệ u ch ỉ nh ph ầ n bi ế n thiên nhi ệ t độ do h ệ trao đổ i nhi ệ t v ớ i môi tr ườ ng ngoài Vi ệ c hi ệ u ch ỉ nh nh ư v ậ y th ườ ng đượ c ti ế n hành b ằ ng ph ươ ng pháp đồ th ị (xem ph ầ n th ự c nghi ệ m) Khi bi ế t Δ t và C k s ẽ tính đượ c hi ệ u ứ ng nhi ệ t c ủ a quá trình theo (3) Ti ế n hành thí nghi ệ m 1 Xác đị nh nhi ệ t hoà tan c ủ a KCl trong n ướ c a) Xác đị nh nhi ệ t dung c ủ a h ệ nhi ệ t l ượ ng k ế C k Hoà tan trong nhi ệ t l ượ ng k ế m ộ t l ượ ng nh ấ t đị nh mu ố i KNO 3 đ ã bi ế t nhi ệ t hoà tan Δ 3 KNO H = 8,52 kcal/mol) Xác đị nh Δ t’ và tính C k theo công th ứ c (5) C k = t'''' q'''' Δ = M g t'''' H 3 KNO Δ Δ − = 8,52 g M t'''' − Δ (kcal/ độ ) (6) Ở đ ây g, M là kh ố i l ượ ng và kh ố i l ượ ng mol c ủ a mu ố i KNO 3 Cách ti ế n hành: Dùng cân phân tích cân ă mpun đ ã s ấ y khô, ghi kh ố i l ượ ng (g 1 ) Cho mu ố i KNO 3 đ ã nghi ề n th ậ t nh ỏ (kho ả ng 6 ÷ 8 g) vào ă mpun (chú ý không để mu ố i dính vào thành ă mpun) và cân l ạ i (g 2 ) L ượ ng mu ố i s ử d ụ ng là g = g 2 − g 1 Dùng bình đị nh m ứ c l ấ y chính xác 500 ml n ướ c c ấ t đổ vào bình nhi ệ t l ượ ng k ế Đậ y n ắ p bình đ ã c ắ m ố ng đự ng ch ấ t, nhi ệ t k ế kho ả ng và 7 que khu ấ y Đế n đ ây b ắ t đầ u ti ế n hành th ự c nghi ệ m xác đị nh Δ t’ Nh ư đ ã nói ở ph ầ n trên, do quá trình hoà tan không th ể tránh kh ỏ i s ự trao đổ i nhi ệ t gi ữ a h ệ nhi ệ t l ượ ng k ế v ớ i môi tr ườ ng xung quanh nên để thu đượ c giá tr ị Δ t th ự c c ầ n ph ả i tính đế n s ự trao đổ i nhi ệ t này V ớ i m ụ c đ ích đ ó thí nghi ệ m đượ c ti ế n hành qua ba giai đ o ạ n liên t ụ c: Giai đ o ạ n đầ u, ch ư a ch ọ c th ủ ng ă mpun, khu ấ y đề u và nh ẹ ch ừ ng 3 phút, sau đ ó v ừ a khu ấ y v ừ a ghi nhi ệ t độ , 30 giây m ộ t l ầ n Khi nào s ự thay đổ i nhi ệ t độ theo th ờ i gian đề u đặ n (kho ả ng 10 ÷ 15 đ i ể m th ự c nghi ệ m) thì ch ọ c th ủ ng ă mpun đự ng ch ấ t nghiên c ứ u và giai đ o ạ n chính b ắ t đầ u Do có hi ệ u ứ ng nhi ệ t c ủ a quá trình hoà tan nên nhi ệ t độ thay đổ i nhanh Ti ế p t ụ c khu ấ y và ghi nhi ệ t độ nh ư trên Khi nhi ệ t độ h ầ u nh ư không thay đổ i n ữ a (mu ố i đ ã tan h ế t) thì giai đ o ạ n chính k ế t thúc và c ũ ng là lúc b ắ t đầ u giai đ o ạ n cu ố i, ti ế p t ụ c khu ấ y và ghi nhi ệ t độ trong vòng 5 phút n ữ a (Chú ý: 3 giai đ o ạ n trên ph ả i làm liên t ụ c, gi ữ a các giai đ o ạ n không d ừ ng thí nghi ệ m l ạ i) D ự a vào các d ữ ki ệ n thu đượ c, v ẽ đồ th ị nhi ệ t độ − th ờ i gian (hình 2) N ế u thí nghi ệ m ti ế n hành t ố t thì giai đ o ạ n đầ u (ab) và giai đ o ạ n cu ố i (de) đượ c bi ể u di ễ n b ằ ng các đ o ạ n th ẳ ng Độ d ố c c ủ a các đ o ạ n th ẳ ng đ ó ph ụ thu ộ c vào t ươ ng quan gi ữ a nhi ệ t độ h ệ nghiên c ứ u và môi tr ườ ng xung quanh Giai đ o ạ n chính đượ c xác đị nh trên đồ th ị tính t ừ các đ i ể m mà đườ ng cong ti ế p xúc v ớ i các đ o ạ n th ẳ ng c ủ a giai đ o ạ n đầ u và giai đ o ạ n cu ố i ( đ o ạ n bd) N ế u cho r ằ ng trong n ử a đầ u c ủ a giai đ o ạ n chính s ự trao đổ i nhi ệ t c ủ a h ệ nghiên c ứ u v ớ i môi tr ườ ng xung quanh gi ố ng nh ư ở giai đ o ạ n đầ u, còn trong n ử a sau gi ố ng nh ư ở giai đ o ạ n cu ố i thì có th ể kéo dài đ o ạ n ab và ed, sau đ ó t ừ C là đ i ể m gi ữ a c ủ a BD k ẻ đườ ng song song v ớ i tr ụ c tung, đườ ng này c ắ t các đườ ng kéo dài ở c và c’; độ dài c ủ a cc’ chính là giá tr ị Δ t th ự c c ầ n tìm Thay Δ t th ự c tìm đượ c vào công th ứ c (6) ở trên tính đượ c C k Hình 2 Xác đị nh Δ t th ự c b ằ ng đồ th ị b) Xác đị nh nhi ệ t hoà tan c ủ a KCl trong n ướ c L ấ y chính xác 500 ml n ướ c c ấ t đổ vào bình nhi ệ t l ượ ng k ế Cân ă mpun đ ã s ấ y khô Cho vào ă mpun kho ả ng 4 ÷ 6 g KCl r ồ i cân l ạ i, tính đượ c l ượ ng cân c ủ a KCl trong ă mpun L ắ p ă mpun vào bình nhi ệ t l ượ ng k ế r ồ i ti ế n hành xác đị nh Δ t c ủ a quá trình hoà tan KCl gi ố ng nh ư đ ã làm v ớ i KNO 3 ở ph ầ n trên Bi ế t Δ t và C k tính đượ c nhi ệ t hoà tan c ủ a KCl trong n ướ c; 8 KCl KCl k KCl g t M C = H Δ − Δ 2 Xác đị nh nhi ệ t hoà tan c ủ a CuSO4 5H2O và CuSO4 Xác đị nh nhi ệ t hoà tan c ủ a CuSO 4 5H 2 O và CuSO 4 khan nh ư đ ã làm v ớ i KCl L ượ ng CuSO 4 5H 2 O l ấ y kho ả ng 8 g, l ượ ng CuSO 4 kho ả ng 5 g Tr ướ c khi cân các mu ố i ph ả i đượ c nghi ề n nh ỏ trong c ố i s ứ Trong tr ườ ng h ợ p không có mu ố i CuSO 4 khan thì l ấ y kho ả ng 10 g mu ố i CuSO 4 5H 2 O nghi ề n trong c ố i s ứ r ồ i đ em rang trên b ế p đ i ệ n (150 ÷ 180 o C) cho đế n khi t ạ o thành mu ố i khan màu tr ắ ng Để ngu ộ i mu ố i đế n nhi ệ t độ phòng r ồ i đ em cân Quá trình hoà tan mu ố i trong nhi ệ t l ượ ng k ế c ầ n khu ấ y m ạ nh h ơ n vì các mu ố i sunfat đồ ng khó tan Sau khi xác đị nh đượ c nhi ệ t hoà tan c ủ a hai mu ố i, tính nhi ệ t hi đ rat c ủ a CuSO 4 5H 2 O theo bi ể u th ứ c (2): H hyd Δ = 4 CuSO ht, H Δ − 4 2 ht, CuSO 5H O H Δ Tính sai s ố c ủ a các k ế t qu ả thí nghi ệ m (C k , Δ H ht ) Ghi các s ố li ệ u và tính toán theo b ả ng 1 B ả ng 1 KNO 3 KCl CuSO 4 5H 2 O CuSO 4 Kh ố i l ượ ng ă mpun r ỗ ng g 1 Kh ố i l ượ ng ă mpun có mu ố i g 2 Kh ố i l ượ ng mu ố i g = g 2 − g 1 Δ t (xác đị nh t ừ đồ th ị ) Nhi ệ t hoà tan Δ H ht (ghi có sai s ố ) Ghi chú: Công th ứ c tính sai s ố các k ế t qu ả th ự c nghi ệ m b) Sai s ố c ủ a vi ệ c xác đị nh C k C k = t H M g 3 KNO Δ Δ ⋅ ( ở đ ây Δ t = t 1 – t 2 ) − L ấ y loga hai v ế : lnC k = lng − lnM + 3 KNO H ln Δ − ln Δ t − L ấ y vi phân: k 1 2 k 1 2 dC dt dt dg d( t) dg = = C g t g t t − Δ − − Δ − − Chuy ể n sang sai s ố : k k 1 2 C g 2 t = + C g t t ε ε ε − ε g là sai s ố c ủ a phép cân (cân phân tích) ε t là sai s ố đọ c nhi ệ t độ (nhi ệ t k ế kho ả ng) c) Sai s ố c ủ a vi ệ c xác đị nh Δ H 9 Δ H = g tM C k Δ ( ở đ ây Δ t = t 1 – t 2 ) Qua bi ế n đổ i nh ư trên thu đượ c: k k 1 2 C H g 2 t = + + H C g t t ε εΔ ε ε Δ − ⎛ ⎞ ε ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ k k võa tÝnh ® − îc ë trªn C C 10 Bài s ố 2 ÁP SU Ấ T H Ơ I BÃO HOÀ M ụ c đ ích Nghiên c ứ u s ự ph ụ thu ộ c c ủ a áp su ấ t h ơ i bão hoà vào nhi ệ t độ và xác đị nh nhi ệ t hoá h ơ i c ủ a ch ấ t l ỏ ng Lí thuy ế t Áp su ấ t h ơ i bão hoà là áp su ấ t c ủ a h ơ i n ằ m cân b ằ ng v ớ i ch ấ t l ỏ ng (ho ặ c v ậ t r ắ n) S ự liên quan gi ữ a áp su ấ t h ơ i bão hoà và nhi ệ t độ sôi c ủ a ch ấ t l ỏ ng đượ c bi ể u th ị b ằ ng ph ươ ng trình Clapeyron - Clausius: hh h 1 H dP = dT T(V V ) Δ − (1) ở đ ây: Δ H hh là nhi ệ t hoá h ơ i mol; V h , V 1 là th ể tích mol c ủ a h ơ i và l ỏ ng Ở áp su ấ t không l ớ n và nhi ệ t độ xa nhi ệ t độ t ớ i h ạ n có th ể b ỏ qua V 1 so v ớ i V h , đồ ng th ờ i xem h ơ i tuân theo đị nh lu ậ t c ủ a khí lí t ưở ng (V h = P RT ), khi đ ó ph ươ ng trình (1) có d ạ ng: 2 hh RT H = dT dlnP Δ (2) Trong kho ả ng nhi ệ t độ t ươ ng đố i h ẹ p có th ể ch ấ p nh ậ n Δ H hh là không đổ i, khi đ ó tích phân ph ươ ng trình (2) thu đượ c: lgP = – T 1 2,303R H hh ⋅ Δ + const = − A B + T 1 ⋅ (3) Ph ươ ng trình (3) ch ứ ng t ỏ s ự ph ụ thu ộ c b ậ c nh ấ t c ủ a lgP vào 1 T N ế u đ o áp su ấ t h ơ i bão hoà c ủ a ch ấ t l ỏ ng ứ ng v ớ i các nhi ệ t độ sôi khác nhau r ồ i l ậ p đồ th ị lgP = f ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ T 1 s ẽ thu đượ c m ộ t đườ ng th ẳ ng (hình 1), d ự a vào h ệ s ố góc c ủ a đườ ng th ẳ ng đ ó tính đượ c nhi ệ t hoá h ơ i c ủ a ch ấ t l ỏ ng: Δ H hh = − 2,303 R tg α (4) Ở đ ây tg α đượ c xác đị nh t ừ to ạ độ c ủ a hai đ i ể m M và N n ằ m chính xác nh ấ t và xa nhau trên đườ ng bi ể u di ễ n N ế u l ấ y hai đ i ể m n ằ m g ầ n nhau ngh ĩ a là khi kho ả ng nhi ệ t độ h ẹ p thì nhi ệ t hoá h ơ i trung bình xác đị nh đượ c s ẽ càng g ầ n nhi ệ t hoá h ơ i th ự c nh ư ng sai s ố c ủ a k ế t qu ả s ẽ càng l ớ n (xem ph ầ n tính sai s ố c ủ a nhi ệ t hoá h ơ i)

Giáo trình thực tập hóa lý PGS TS Vũ Ngọc Ban NXB Đại học quốc gia Hà Nội 2007, 101 Tr Tài liệu Thư viện điện tử ĐH Khoa học Tự nhiên sử dụng cho mục đích học tập nghiên cứu cá nhân Nghiêm cấm hình thức chép, in ấn phục vụ mục đích khác khơng chấp thuận nhà xuất tác giả Mục lục Bài số NHIỆT HOÀ TAN Bài số 10 ÁP SUẤT HƠI BÃO HOÀ 10 Bài số 14 HẰNG SỐ CÂN BẰNG 14 Bài số 17 CÂN BẰNG LỎNG HƠI CỦA HỆ HAI CẤU TỬ 17 Bài số 22 TÍNH TAN HẠN CHẾ CỦA CHẤT LỎNG 22 Bài số 30 PHƯƠNG PHÁP HÀN NGHIỆM 30 Bài số 35 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH NHIỆT 35 Bài số 39 XÁC ĐỊNH HẰNG SỐ TỐC ĐỘ CỦA PHẢN ỨNG BẬC MỘT PHẢN ỨNG GHỊCH ĐẢO ĐƯỜNG 39 Bài số 43 PHẢN ỨNG THUỶ PHÂN ESTE 43 Bài số 10 46 ĐƯỜNG HẤP PHỤ ĐẲNG NHIỆT 46 Bài số 11 52 ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LI 52 Bài số 12 59 SỨC ĐIỆN ĐỘNG CỦA PIN GANVANI 59 Bài số 13 68 SỐ VẬN TẢI 68 Bài số 14 74 ĐIỀU CHẾ CÁC HỆ KEO VÀ KHẢO SÁT MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA CHÚNG 74 Bài số 15 81 PHÂN TÍCH SA LẮNG 81 Bài số 16 88 XÁC ĐỊNH PHÂN TỬ KHỐI CHẤT POLIME 88 Phụ lục 93 SAI SỐ CỦA PHÉP ĐO PHƯƠNG PHÁP LẬP BẢNG VÀ DỰNG ĐỒ THỊ TRONG THỰC TẬP HOÁ LÝ 93 Lời mở đầu Tài liệu bao gồm thực tập thuộc chương trình Thực tập Hố lý, Khoa Hoá học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Nội dung gồm phần chính: Nhiệt động học: (từ ÷ 7) Động học: (từ ÷ 10) Điện hố học: (từ 11 ÷ 13) Hoá keo, Cao phân tử: (từ 14 ÷ 16) Ở nêu rõ mục đích, sở lý thuyết, phương pháp tiến hành thí nghiệm yêu cầu thí nghiệm Trong phần phụ lục trình bày lý thuyết sai số, phương pháp lập bảng dựng đồ thị thực tập Hóa lý Tài liệu viết với đóng góp tập thể cán Bộ mơn Hố lý, có nhiều cố gắng khơng tránh khỏi thiếu sót Chúng tơi mong nhận ý kiến đóng góp q báu bạn đọc TÁC GIẢ Bài số NHIỆT HỒ TAN Mục đích Xác định nhiệt hoà tan muối KCl nước Xác định nhiệt hoà tan CuSO4, CuSO4.5H2O nước tính nhiệt hiđrat hố CuSO4.5H2O Lí thuyết Nhiệt hồ tan nhiệt hiđrat hố muối Q trình hồ tan ln ln kèm theo giải phóng hay hấp thụ nhiệt tuỳ theo chất chất tan dung môi Hiệu ứng nhiệt kèm theo q trình hồ tan mol chất tan lượng dung mơi để thu dung dịch có nồng độ xác định gọi nhiệt hồ tan tích phân Hiệu ứng nhiệt kèm theo q trình hồ tan mol chất tan lượng vơ lớn dung dịch có nồng độ xác định gọi nhiệt hoà tan vi phân Bằng thực nghiệm đo nhiệt hồ tan tích phân cịn nhiệt hoà tan vi phân xác định theo phụ thuộc nhiệt hồ tan tích phân vào nồng độ dung dịch Nhiệt hồ tan xem tổng hai số hạng: nhiệt chuyển chất tan vào dung dịch ΔHch nhiệt sonvat hoá (hay nhiệt hiđrat hố dung mơi nước) ΔHs phát sinh tương tác tiểu phân chất hoà tan với tiểu phân dung môi ΔHht = ΔHch + ΔHs (1) Nhiệt ΔHs ln ln âm q trình sonvat hố ln toả nhiệt cịn nhiệt ΔHch dương âm Đối với chất khí, ΔHch (nhiệt ngưng tụ khí vào thể tích dung dịch) ln âm nên ΔHht < Đối với chất rắn, ΔHch (nhiệt hấp thụ để phá vỡ mạng lưới tinh thể đẩy xa tiểu phân khoảng cách ứng với thể tích dung dịch) ln dương nên dấu ΔHht dấu số hạng (1) chiếm ưu thế: Nói chung chất rắn có cấu tạo mạng lưới tinh thể bền có nhiều khuynh hướng sonvat hố hay hình thành muối ngậm nước ΔHht < (sự hịa tan toả nhiệt) cịn chất có mạng tinh thể bền sonvat hố ΔHht > (sự hồ tan thu nhiệt) Nhiệt hoà tan muối tăng tăng lượng dung mơi, mol muối hồ tan vào 100 − 300 mol dung mơi pha lỗng thêm hiệu ứng nhiệt không thay đổi, lượng nhiệt nhiệt hồ tan muối Áp dụng định luật Hess q trình hồ tan xác định gián tiếp hiệu ứng nhiệt trình khó đo trực tiếp, ví dụ nhiệt hiđrat hoá tinh thể ngậm nước 5 Nhiệt hiđrat hoá lượng nhiệt kèm theo trình tạo thành mol muối ngậm nước từ muối khan lượng nước tương ứng Ví dụ, tạo thành dung dịch CuSO4 n mol H2O thực hai khả năng: CuSO4 (r) + 5H2O ⎯→ CuSO4.5H2O (r) + ΔHhyd CuSO4.5H2O + (n − 5)H2O ⎯→ CuSO4 (dd) + ΔH1 CuSO4 (r) + nH2O ⎯→ CuSO4 (dd) + ΔH2 Theo định luật Hess ta có: ΔHhyd + ΔH1 = ΔH2 hay ΔHhyd = ΔH2 − ΔH1 = Δ H ht, CuSO − Δ H ht,CuSO 5H O (2) Xác định thực nghiệm nhiệt hoà tan muối khan muối ngậm nước tính nhiệt hiđrat hố Phương pháp nhiệt lượng kế Hiệu ứng nhiệt phản ứng hoá học, nhiệt hoà tan, nhiệt chuyển pha, nhiệt dung xác định dụng cụ gọi nhiệt lượng kế Có nhiều loại nhiệt lượng kế, cấu trúc chúng phong phú phụ thuộc vào đặc trưng trình nghiên cứu Sơ đồ nhiệt lượng kế đơn giản hình Hình Nhiệt lượng kế Bình nhiệt lượng kế; Nhiệt kế; Que khuấy;4 Ămpun;5 Nút lie;6 Chất lỏng Phần chủ yếu nhiệt lượng kế bình nhiệt lượng kế (1) lớp vỏ ngăn cản trao đổi nhiệt nhiệt lượng kế với mơi trường xung quanh Bình nhiệt lượng kế thường bình Đêoa đậy kín nút lie (5) Nút có khoan lỗ để cắm nhiệt kế (2), que khuấy (3) ămpun đựng chất nghiên cứu (4) Nhiệt kế thường dùng nhiệt kế khoảng hay nhiệt kế Beckman có độ xác cao để theo dõi biến thiên nhiệt độ hệ Ămpun ống nghiệm thuỷ tinh có đáy mỏng dễ bị chọc thủng để chất nghiên cứu rơi vào chất lỏng (6) chứa bình nhiệt kế 6 Hiệu ứng nhiệt trình tiến hành nhiệt lượng kế xác định theo phương trình: q = Ck.Δt Ở đây: (3) Δt - biến thiên nhiệt độ hệ nhiệt lượng kế; Ck - nhiệt dung hệ nhiệt lượng kế (lượng nhiệt cần thiết để nâng nhiệt lượng kế lên ) thường gọi số nhiệt lượng kế o − Ck xác định cách cộng nhiệt dung tất phận nhiệt lượng kế tham gia vào trao đổi nhiệt (bình nhiệt lượng kế, nhiệt kế, que khuấy, ămpun, chất lỏng nhiệt lượng kế v.v ): Ck = Σ miCi (4) mi Ci khối lượng nhiệt dung riêng phận nhiệt lượng kế Nhưng độ xác việc xác định Ci khơng lớn nên cơng thức (4) thường khơng dùng để tính Ck Phương pháp xác để tính Ck cho tiến hành nhiệt lượng kế trình mà ta biết trước hiệu ứng nhiệt q/ Đo biến thiên nhiệt độ Δt/ tương ứng hệ nhiệt lượng kế, tính Ck theo phương trình: Ck = − q' Δt' (5) Biến thiên nhiệt độ Δt gây trình tiến hành nhiệt lượng kế xác định theo hiệu nhiệt độ trước sau trình xảy trường hợp hệ hồn tồn khơng trao đổi nhiệt với mơi trường bên ngồi Trong thực tế, việc trao đổi nhiệt khơng thể tránh khỏi nên để xác định biến thiên nhiệt độ thực cần phải hiệu chỉnh phần biến thiên nhiệt độ hệ trao đổi nhiệt với mơi trường ngồi Việc hiệu chỉnh thường tiến hành phương pháp đồ thị (xem phần thực nghiệm) Khi biết Δt Ck tính hiệu ứng nhiệt q trình theo (3) Tiến hành thí nghiệm Xác định nhiệt hoà tan KCl nước a) Xác định nhiệt dung hệ nhiệt lượng kế Ck Hoà tan nhiệt lượng kế lượng định muối KNO3 biết nhiệt hoà tan ΔH KNO3 = 8,52 kcal/mol) Xác định Δt’ tính Ck theo công thức (5) Ck = 8,52.g g − Δ H KNO q' = = − (kcal/độ) Δ t' M Δ t' M Δ t' (6) Ở g, M khối lượng khối lượng mol muối KNO3 Cách tiến hành: Dùng cân phân tích cân ămpun sấy khô, ghi khối lượng (g1) Cho muối KNO3 nghiền thật nhỏ (khoảng ÷ g) vào ămpun (chú ý khơng để muối dính vào thành ămpun) cân lại (g2) Lượng muối sử dụng g = g2 − g1 Dùng bình định mức lấy xác 500 ml nước cất đổ vào bình nhiệt lượng kế Đậy nắp bình cắm ống đựng chất, nhiệt kế khoảng que khuấy Đến bắt đầu tiến hành thực nghiệm xác định Δt’ Như nói phần trên, q trình hồ tan tránh khỏi trao đổi nhiệt hệ nhiệt lượng kế với môi trường xung quanh nên để thu giá trị Δt thực cần phải tính đến trao đổi nhiệt Với mục đích thí nghiệm tiến hành qua ba giai đoạn liên tục: Giai đoạn đầu, chưa chọc thủng ămpun, khuấy nhẹ chừng phút, sau vừa khuấy vừa ghi nhiệt độ, 30 giây lần Khi thay đổi nhiệt độ theo thời gian đặn (khoảng 10 ÷ 15 điểm thực nghiệm) chọc thủng ămpun đựng chất nghiên cứu giai đoạn bắt đầu Do có hiệu ứng nhiệt q trình hồ tan nên nhiệt độ thay đổi nhanh Tiếp tục khuấy ghi nhiệt độ Khi nhiệt độ không thay đổi (muối tan hết) giai đoạn kết thúc lúc bắt đầu giai đoạn cuối, tiếp tục khuấy ghi nhiệt độ vòng phút (Chú ý: giai đoạn phải làm liên tục, giai đoạn không dừng thí nghiệm lại) Dựa vào kiện thu được, vẽ đồ thị nhiệt độ − thời gian (hình 2) Nếu thí nghiệm tiến hành tốt giai đoạn đầu (ab) giai đoạn cuối (de) biểu diễn đoạn thẳng Độ dốc đoạn thẳng phụ thuộc vào tương quan nhiệt độ hệ nghiên cứu mơi trường xung quanh Giai đoạn xác định đồ thị tính từ điểm mà đường cong tiếp xúc với đoạn thẳng giai đoạn đầu giai đoạn cuối (đoạn bd) Nếu cho nửa đầu giai đoạn trao đổi nhiệt hệ nghiên cứu với môi trường xung quanh giống giai đoạn đầu, nửa sau giống giai đoạn cuối kéo dài đoạn ab ed, sau từ C điểm BD kẻ đường song song với trục tung, đường cắt đường kéo dài c c’; độ dài cc’ giá trị Δt thực cần tìm Thay Δt thực tìm vào cơng thức (6) tính Ck Hình Xác định Δt thực đồ thị b) Xác định nhiệt hồ tan KCl nước Lấy xác 500 ml nước cất đổ vào bình nhiệt lượng kế Cân ămpun sấy khô Cho vào ămpun khoảng ÷ g KCl cân lại, tính lượng cân KCl ămpun Lắp ămpun vào bình nhiệt lượng kế tiến hành xác định Δt q trình hồ tan KCl giống làm với KNO3 phần Biết Δt Ck tính nhiệt hoà tan KCl nước; Δ H KCl = − C k Δ t.M KCl g KCl Xác định nhiệt hoà tan CuSO4.5H2O CuSO4 Xác định nhiệt hoà tan CuSO4.5H2O CuSO4 khan làm với KCl Lượng CuSO4.5H2O lấy khoảng g, lượng CuSO4 khoảng g Trước cân muối phải nghiền nhỏ cối sứ Trong trường hợp khơng có muối CuSO4 khan lấy khoảng 10 g muối CuSO4.5H2O nghiền cối sứ đem rang bếp điện (150 ÷ 180oC) tạo thành muối khan màu trắng Để nguội muối đến nhiệt độ phịng đem cân Q trình hồ tan muối nhiệt lượng kế cần khuấy mạnh muối sunfat đồng khó tan Sau xác định nhiệt hồ tan hai muối, tính nhiệt hiđrat CuSO4.5H2O theo biểu thức (2): ΔH hyd = ΔH ht, CuSO − ΔH ht, CuSO 5H O Tính sai số kết thí nghiệm (Ck, ΔHht) Ghi số liệu tính tốn theo bảng Bảng KNO3 KCl CuSO4.5H2O Khối lượng ămpun rỗng g1 Khối lượng ămpun có muối g2 Khối lượng muối g = g2 − g1 Δt (xác định từ đồ thị) Nhiệt hồ tan ΔHht (ghi có sai số) Ghi chú: Cơng thức tính sai số kết thực nghiệm b) Sai số việc xác định Ck Ck = g ΔH KNO ⋅ (ở Δt = t1 – t2) M Δt − Lấy loga hai vế: lnCk = lng − lnM + ln ΔH KNO3 − lnΔt − Lấy vi phân: − Chuyển sang sai số: dC k dt1 − dt dg d(Δt) dg = − = − Ck g Δt g t1 − t εC k εt εg = + Ck g t1 − t εg sai số phép cân (cân phân tích) εt sai số đọc nhiệt độ (nhiệt kế khoảng) c) Sai số việc xác định ΔH CuSO4 ΔH = C k ΔtM (ở Δt = t1 – t2) g Qua biến đổi thu được: εC k εΔH εg εt = + + ΔH Ck g t1 − t C k vừa tính đợc ⎜ ⎝ Ck ⎠ 10 Bài số ÁP SUẤT HƠI BÃO HỒ Mục đích Nghiên cứu phụ thuộc áp suất bão hoà vào nhiệt độ xác định nhiệt hố chất lỏng Lí thuyết Áp suất bão hoà áp suất nằm cân với chất lỏng (hoặc vật rắn) Sự liên quan áp suất bão hoà nhiệt độ sôi chất lỏng biểu thị phương trình Clapeyron - Clausius: Δ H hh dP = dT T(Vh − V1 ) (1) đây: ΔHhh nhiệt hố mol; Vh, V1 thể tích mol lỏng Ở áp suất không lớn nhiệt độ xa nhiệt độ tới hạn bỏ qua V1 so với Vh, đồng thời RT xem tuân theo định luật khí lí tưởng (Vh = ), phương trình (1) có dạng: P dlnP Δ H hh = dT RT (2) Trong khoảng nhiệt độ tương đối hẹp chấp nhận ΔHhh khơng đổi, tích phân phương trình (2) thu được: lgP = – Δ H hh 1 ⋅ + const = −A ⋅ + B T 2,303R T Phương trình (3) chứng tỏ phụ thuộc bậc lgP vào (3) Nếu đo áp suất bão T ⎛1⎞ ⎝T⎠ hoà chất lỏng ứng với nhiệt độ sôi khác lập đồ thị lgP = f ⎜ ⎟ thu đường thẳng (hình 1), dựa vào hệ số góc đường thẳng tính nhiệt hố chất lỏng: ΔHhh = − 2,303.R.tgα (4) Ở tgα xác định từ toạ độ hai điểm M N nằm xác xa đường biểu diễn Nếu lấy hai điểm nằm gần nghĩa khoảng nhiệt độ hẹp nhiệt hố trung bình xác định gần nhiệt hố thực sai số kết lớn (xem phần tính sai số nhiệt hố hơi)