báo cáo thực tập hóa lý CNHH

báo cáo thực tập hóa lý CNHH

Bài 1 : XÁC ĐỊNH BIẾN THIÊN NĂNG LƯỢNG TỰ DO,

HÒA TAN BORAX TRONG NƯỚC

I. MỤC ĐÍCH :

Trong bài thực tập này sẽ xác định độ tan S của muối ít tan là borax ở các nhiệt độ khác nhau, từ đó xác định tích số hòa tan Ksp phụ thuộc theo nhiệt độ Sau đó, bằng phương pháp đồ thị, sẽ xác định ∆H0, ∆G0, ∆S0 của sự hòa tan này

II.TÓM TẮT CƠ SỞ LÝ THUYẾT :

Ở một nhiệt độ xác định, muối Borax hòa tan vào nước có cân bằng hòa tan sau :

Từ phương trình này, chúng ta vẽ đồ thị hàm số lnK sp theo biến số 1

T ,

được đường thẳng hệ số góc là :

0

H tg

III. TIẾN TRÌNH THÍ NGHIỆM :

Cân 36 gam Na2B4O7.10H2O vào cốc 250ml (bercher 250 mL), dùng ống đong 100 mL (eprouvet 100 mL) lấy 70ml nước cất cho vào cốc 250 mL trên Đun hỗn hợp này trên bếp điện, thỉnh thoảng khuấy nhẹ Theo dõi nhiệt độ của dung dịch bằng nhiệt kế cầm tay Khi đạt 60oC trong cốc vẫn còn lượng muối chưa tan hết, tắt bếp để nguội dung dịch Nếu tất cả borax đã tan hết khi đạt tới

600C, cần thêm một ít borax vào dung dịch còn đang đun nóng để đảm bảo vẫn còn lượng muối chưa tan trong cốc

Khi dung dịch borax bão hòa để nguội, một ít borax sẽ kết tinh từ dung dịch Theo dõi nhiệt độ, khi dung dịch đạt tới 55oC (chú ý đo nhiệt độ của dung dịch chứ không phải nhiệt độ borax dưới đáy cốc), thì dùng pipet đã tráng nước cất nóng, hút cẩn thận 4mL dung dịch vào bình nón (Erlen meyer) (tránh cho borax rắn vào pipet), tiếp tục hút 5ml nước cất nóng cho vào bình nón Điều này giúp ngăn cản sự kết tinh của borax trong pipet mà sự kết tinh này dẫn đến sai số nhiều Sau đó thêm 10ml nước cất nóng, 4 giọt chỉ thị bromocresol green Dung

dịch có màu xanh lơ Tiến hành chuẩn độ bằng HCl 0,25 N cho đến khi dung dịch chuyển sang màu vàng thật nhạt thì dừng nhỏ dung dịch HCl Đọc thể

tích dung dịch HCl đã dùng trên buret

Làm tương tự như trên ở 50 o C, 45 o C, 40 o C, 35 o C, 30 o C.

IV. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM :

Theo định luật đương lượng :

H tg

[Na + ] = 2S (mol/l) K sp lnK sp

BÀI 2 : XÁC ĐỊNH PHÂN TỬ LƯỢNG BẰNG PHƯƠNG

PHÁP NGHIỆM LẠNH

I. MỤC ĐÍCH :

Xác định khối lượng phân tử của chất hữu cơ dựa vào định luật Raoult, bằng phương pháp nghiệm lạnh

II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT :

Để xác định khối lượng phân tử ta dựa vào biểu thức sau :

.1000

ct ct

dm

m M

t K C K

m

.1000

đ ct ct

đ dm

K m M

t m

=

∆

M ct : là khối lượng phân tử chất tan (không điện ly, không bay hơi)

m ct : khối lượng chất tan, tính bằng gam

đ đ dm đ dd

∆ = − =nhiệt độ đông đặc của dung môi trừ nhiệt độ đông đặc của

dung dịch, còn gọi là độ hạ nhiệt độ đông đặc của dung dịch so với dung môi.

m dm : khối lượng dung môi, được tính bằng gam

K đ : gọi là hằng số nghiệm lạnh của dung môi, chỉ phụ thuộc vào bản chất của

dung môi Với dung môi là nước (H2O) thì Kđ = 1,86

K đ : của dung môi được tính bằng công thức :

2 , ,

.1000

đ dm dm đ

Nếu chất tan là chất điện ly thì ta thê hệ số điều chỉnh Van’t Hoff i vào

công thức ∆ =t đ i K C đ m

III. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM :

Hỗn hợp sinh hàn được tạo ra bằng cách đập vụn nước đá trộn với muối hột và nước lấy 4 phần nước đá với 1 phần muối hột theo thể tích, cho vào khoảng ¾ bình nhiệt kế.

Trước hết xác định điểm đông đặc của dung môi nguyên chất Dung môi dùng trong thí nghiệm này là nước cất với thể tích 50ml

Nhiệt kế đặt vào ống nghiệm qua nút cao su, không được chạm đáy và thành ống nghiệm

Khi nhiệt độ tới gần 0,5oC, bắt đầu ghi nhiệt độ sau 30 giây mỗi lần Nếu thấy nhiệt độ xuống thấp dưới nhiệt độ kết tinh của nước, mà chưa thấy nước đông đặc, nghĩa là gặp hiện tượng chậm đông, phải thêm vào ống nghiệm 1 ít tinh thể nước đá nhỏ Trong suốt quá trình này và sau khi nước bắt đầu kết tinh vẫn tiếp tục ghi nhiệt độ 30 giây mỗi lần, kéo dài 5 phút kể từ khi nước bắt đầu kết tinh Xác định nhiệt độ đông đặc của nước

Sau đó mang ống nghiệm ra ngoài và làm ấm dung môi bằng cách khuấy.Cân 2 gam chất phải xác định khối lượng phân tử, trường hợp này ta lấy đường saccarose (C12H22O11) và trút cẩn thận vào ống nghiệm để không dính vào thành ống, khuấy đều cho hòa tan

Đặt ống nghiệm trở lại trong hệ thống sinh hàn Tiếp tục khuấy đều, khi nhiệt độ tới gần 0,50C, ghi nhiệt độ sau 30 giây mỗi lần

Nếu nhiệt độ thấp dưới 00C mà dung dịch chưa đóng băng, thêm vào dung dịch 1 tinh thể nước đá nhỏ Nhiệt độ sẽ lên cao trở lại, tiếp tục ghi nhiệt độ theo thời gian 30 giây mỗi lần Vẽ đường biểu diễn nhiệt độ theo thời gian, từ đó xác định nhiệt độ bắt đầu đông đặc của dung dịch saccarose

Rửa ống nghiệm, tráng nước cất rồi cho vào đó 50 mL nước cất, và 2 gam chất X Tiến hành thí nghiệm như trên Từ đó xác định nhiệt độ bắt đầu đông đặc của dung dịch và thế vào công thức ở phần lý thuyết để xác định khối lượng phân tử của chất X

IV.TÍNH TOÁN KẾT QUẢ:

1. Nước tinh khiết :

Ta có bảng sau số liệu sau :

t(s) 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

t 0 C 0.5 -0.8 -0.5 -1.1 -2.1 -3.1 -4.1 -4.8 -5.4 -5.9 -0.1 -0.1 -0.1

Từ bảng số liệu, ta vẽ được giản đồ sau :

Vậy nhiệt độ đông đặc của nước là: -0.1 0 C

Vậy nhiệt độ đông đặc của chất X là: - 0.4 0 C.

• Khối lượng của đường saccarose và chất X

• Khối lượng đường saccarose :

g m

t

m K M

dm đ

ct đ

)]

3,0()1,0.[(

50

1000.2.86,1

1000

t

m K M

dm đ

ct đ

)]

4,0()1,0[(

50

1000.2.86,1

1000

2 I pu ⇐ 2 I pu ⇐ 2 I tao ⇐ I tao (trong 1 lít dd lúc đạt trạng thái cb)

ở hai nhiệt độ khác nhau và từ đó tính được phản ứng nhiệt trung bình ( )∆H

của phản ứng này

II.CƠ SỞ LÝ THUYẾT :

− Biểu thức của hằng số cân bằng theo nồng độ cho phản ứng trên có dạng:

c

Fe I K

Fe I

+ + −

− Nồng độ Fe3+ ban đầu (C Fe3 +) được tính từ nồng độ gốc của FeCl3

− Nồng độ I- tại thời điểm cân bằng được tính như sau :

Từ (4), biết C FeCl0 3, a, b ta tính được C Fe3+.

Từ (3), biết C , [I ], ta tính được [Fe3+]

Từ (2), biết được [I2], ta tính được [Fe2+].

− Thay các nồng độ tương ứng vào (1) sẽ tính được hằng số cân bằng Kc của phản ứng

− Làm thí nghiệm tại hai nhiệt độ T1 và T2, ta có hai giá trị hằng số cân bằng K C T, 1và

  (Coi ∆H như không đổi trong

khoảng nhiệt độ khảo sát)

Bật máy điều nhiệt và chọn nhiệt độ 300F (hay 860F)

Cho vào 6 bình nón khô : bình (1), (3), (5) loại 100 mL; bình (2), (4), (6) loại 250mL, có nút đậy các chất như sau (thể tích và nồng độ phải chính xác) :

Để các bình này vào máy điều nhiệt ở 300C trong 30 phút

Trong khi đó chuẩn bị 2 bình nón khác, loại 100mL cho chuẩn độ: cho vào mỗi bình này khoảng 30mL nước cất và ngâm vào hỗn hợp sinh hàn (nước

đá + muối : để trong chậu thủy tinh) Các bình chứa nước ngâm lạnh này có mục

đích tạo môi trường nhiệt độ thấp, làm chậm phản ứng giữa Fe3+ với I- trong quá trình định phân, xác định nồng độ I2 bằng dung dịch Na2S2O3.

Sau đúng 30 phút, đổ bình (1) vào bình (2) Tiếp sau 10 phút, đổ bình (3) vào bình (4) Tiếp 10 phút nữa, đổ bình (5) vào (6) Ghi nhận thời điểm đổ chung dung dịch : đó là thời điểm bắt đầu phản ứng Sau khi đổ chung, các bình (2), (4), (6) vẫn đậy nút và để trong bể điều nhiệt

Với mỗi bình, sau 25 phút kể từ thời điểm bắt đầu phản ứng (là thời điểm

đổ chung dung dịch FeCl3 và dung dịch KI), dùng pipet 10mL hút lấy 10mL dung dịch cho vào bình chuẩn độ đã được làm sạch sẵn và ngay lập tức chuẩn độ

I2 sinh ra bằng dung dịch Na2S2O3 0,01N cho đến khi có màu vàng nhạt thì cho vài giọt hồ tinh bột rồi chuẩn độ tiếp cho đến khi mất màu xanh Ghi nhận thể tích dung dịch Na2S2O3 0,01N trên buret Nếu sau khi chuẩn độ xong, sau đó trên 1 đến 2 phút, dung dịch trong bình chuẩn độ có xuất hiện màu xanh nhạt cũng không có ảnh hưởng gì

Chú ý : Trước mỗi lần hút dung dịch phản ứng ra chuẩn độ, cần tráng

pipet bằng dung dịch sắp chuẩn độ đó

Cách 30 phút sau lần chuẩn độ mẫu thứ nhất thì lấy mẫu thứ 2 chuẩn độ Sau đó cách 40 phút (từ mẫu thứ 2 đến mẫu thứ 3) và cứ thế tiếp tục cách 40 phút Khi hai mẫu kế tiếp nhau cho kết quả chuẩn độ bằng nhau (chênh lệch không quá 0,2mL) thì có thể xem như phản ứng đạt cân bằng

Khi định phân xong, tại thời điểm cân bằng, lượng I2 sinh ra không tăng (lúc bấy giờ, lượng I2 tạo ra bởi phản ứng thuận bằng với lượng I2 mất do phản ứng nghịch, phản ứng đạt trạng thái cân bằng) áp dụng công thức :

nhiệt độ 300C, ta lấy trung bình cộng (chia tổng 3 trị số KC của ba bình cho 3), thu được K C,30.

2. Thực hiện phản ứng ở 40 0 C :

Tiến hành thí nghiệm tương tự như ở 300C, nhưng bật máy điều nhiệt ở

400C (hay 1040F) Từ đó ta tinh được hằng số cân bằng KC của phản ứng của mỗi bình ở 400Cvà tính được hằng số cân bằng KC trung bình ở 400C ( K C,40)

Từ trị số KC ở hai nhiệt độ, ta tinh được nhiệt phản ứng trung bình ( )∆Η

của phản ứng theo (7).

IV KẾT QUẢ :

1. Bảng số liệu thực nghiệm ở 30 0 C

)(

Na S O Na S O I

c

Fe I K

Fe I

+ + −

Nồng độ đầu

Nồng độ cân bằng

Nồng độ đầu

Nồng độ cân bằng

Nồng độ đầu

Nồng độ cân bằng

Nồng độ đầu

Nồng độ cân bằng

Một chất tan A hòa tan được cả trong hai dung môi D1 và D2 Hai dung môi này không hòa tan vào nhau Khi cho chất tan A vào hỗn hợp hai dung môi trên, lắc mạnh để chất tan này hòa tan trong hai dung môi này tạo thành hai dung dịch Do hai dung môi này không hòa tan vào nhau nên hai dung dịch này phân lớp, dung môi nặng hơn (tỉ khối lớn hơn) thì dung dịch tạo bởi dung môi này sẽ nằm ở lớp dưới, còn dung dịch kia nằm ở lớp trên Lúc bấy giờ vận tốc A đi từ dung dịch (1) vào dung dịch (2) bằng vận tốc của A đi từ dung dịch (2) vào dung dịch (1) Khi sự cân bằng này đạt được, theo định luật phân bố thì tỉ số nồng độ của A trong dung dịch (1) với nồng độ A trong dung dịch (2) là một hằng số ở nhiệt độ xác định.

[ ] [ ]dd12 pb dd

A

K

A =

[ ]A dd1: nồng độ của chất tan A trong dung dịch (1), nồng độ mol/L hay đlg/L

[ ]A dd2: nồng độ của chất tan A trong dung dịch (2), nồng độ mol/L hay đlg/L

đều được, với điều kiện là phải cùng nồng độ, vì khi lập tỉ số sẽ có kết quả như nhau

pb

K : hằng số phân bố (distribution coefficient, partition coefficient), phụ thuộc

vào bản chất của chất tan, dung môi, nhiệt độ K pb không phụ thuộc vào nồng

I −

 

 , [ ]I2 ,   I− : nồng độ mol/L của I3−, I2, I− lúc đạt trạng thái cân bằng

K : hằng số cân bằng KC của phản ứng, hằng số cân bằng này phụ thuộc vào bản chất phản ứng và nhiệt độ Hằng số cân bằng không phụ thuộc vào nồng độ chất tan

 Hỗn hợp (1) : Cho nước vào dung dịch I2 trong CCl4 I2(iod) hòa tan trong nước và trong CCl4(carbon tetraclorur) Nước và CCl4không tan vào nhau CCl4 nặng hơn nước, lớp dung dịch I2/CCl4 sẽ nằm ở lớp dưới Lắc mạnh hỗn hợp này để I2 phân bố vào nước và vào CCl4 Để yên để có sự cân bằng I2trong dung môi Đem định phân I2trong mỗi lớp dung dịch bằng dung dịch Na S O2 2 3 Ta xác định được nồng độ I2 trong nước và nồng độ I2 trong

Na S O đầu tiên làm cho dung dịch I2trong erlenmeyer (bình tam giác, bình

nón) (có hồ tinh bột) từ màu xanh dương chuyển thành không có màu.

Từ hai nồng độ này ta lập tỉ số [ ]I 2 H O2 và [ ]I 2 CCl4sẽ xác định được hằng số

phân bố K pb

2 1

cb

C K

C

=2

C : nồng độ I2 trong nước Xác định C2 bằng cách định phân I2 trong lớp dung dịch nước bằng dung dịch Na S O2 2 3 đã biết nồng độ

1

C : nồng độ I2 trong CCl4, được xác định bằng cách định phân I2bằng dung dịch Na S O2 2 3

Cho dung dịch KI (cung cấp I−và H O2 ) vào dung dịch I2 trong CCl4 I2sẽ từ

C1, C2 của thí nghiệm trên

II.THỰC HÀNH :

− Lấy 2 bình lóng (phễu chiết) (1) và (2) Dùng ống đong 10 mL lấy 10 mL dung dịch I2/CCl4 cho vào bình lóng Cho tiếp vào bình (1) 100 mL nước cất

− Cho vào bình (2) 50 mL dung dịch KI 0,1N Đậy chặt nút 2 bình, cầm nghiêng bình, tay phải giữ nút, tay trái cầm vòi bình, hướng vòi bình lên phía trên, lắc đều mỗi bình trong khoảng 30 phút Trong thời gian lắc này, cứ khoảng

5 phút thì mở vòi (vòi vẫn hướng lên trên) để khí trong bình thoát ra, rồi đóng vòi và tiếp tục lắc cho đến khi đủ giờ

− Sau đó đặt 2 bình lóng trên giá đỡ, để yên khoảng 15 - 20 phút

− Mở nắp bình, chiết lớp dưới của mỗi bình trong 2 bercher riêng

− Dùng quả bóp cao su và pipet 1 mL hút 1 mL dung dịch I2/CCl4 (bình

(1)) cho vào erlen, thêm vài giọt hồ tinh bột rồi đem chuẩn độ bằng dung dịch

1

C

− Sau khi chuẩn độ xong hai lớp dưới, đem rửa sạch các Erlenmeyer

− Tháo lớp trên trong hai bình lóng vào 2 bercher

− Dùng quả bóp cao su và pipet hút lấy 10 mL dung dịch I2 /H O2 (bình

(1)), đem chuẩn độ bằng dung dịch Na S O2 2 3 0,1N Chuẩn độ 3 lần, lấy kết quả trung bình Ta xác định được C2

− Dùng quả bóp cao su và pipet 10 mL hút lấy 10 mL dung dịch I2 /ddKI

(bình (2)), đem chuẩn độ dung dịch I2 bằng dung dịch Na S O2 2 3 0,1N Chuẩn

độ 3 lần, lấy kết quả trung bình Ta xác định được C2'

Chú ý :

− 2 pipet 1 mL sau khi làm xong, rửa sạch, tráng cồn (etanol, C2H5OH)

− Tám bình erlen 100 mL và ống đong 10 mL, làm xong, rửa sạch, tráng bằng cồn, treo lên giá.

3 1

5,5.10

0,011488.10

pb

C K

II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT :

− Để xác định bậc riêng của Fe3+ và I-, ta sử dụng phương pháp vi phân của Vant –Hoff

− Vận tốc đầu của phản ứng được xác định bằng phương trình :

-n1, n2 là bậc riêng phần của phản ứng theo Fe3+ và I

-Lấy logarit phương trình (1) ta được :

− Nếu tiến hành một chuỗi các thí nghiệm với những nồng độ ban đầu của

Fe3+ khác nhau trong khi nồng độ của I- được giữ không đổi, ta có thể xác định được n1

− Chuỗi thí nghiệm thứ nhất cho ta dạng như sau của phương trình (2) :

− Tương tự, tiến hành một chuỗi các thí nghiệm với những nồng độ ban đầu I- khác nhau, trong khi nồng độ của Fe3+ được giữ không đổi, chúng ta sẽ xác định được n2 Từ (2) ta có :

− Bậc toàn phần hay bậc tổng quát của phản ứng n = n1 + n2

− Để xác định vận tốc ở thời điểm đầu

β nên xác định được hằng số thực nghiệm β và từ đây có thể tính được vận tốc

đầu của phản ứng theo (3).

− Cx là nồng độ Fe2+ tại thời điểm t, có thể được xác định thông qua nồng

độ I2 sinh ra Lượng I2 được kiểm soát bằng cách cho vào hỗn hợp phản ứng dung dịch Na2S2O3 với những lượng biết trước chính xác kèm theo hồ tinh bột Khi toàn bộ lượng Na2S2O3 tác dụng hết với I2 được sinh ra trong quá trình phản

ứng thì lượng I2 mới sinh ra trong hỗn hợp phản ứng cùng với hồ tinh bột sẽ cho màu xanh.

− Nồng độ Cx tại mỗi thời điểm t được xác định theo biểu thức:

V : toàn bộ thể tích dung dịch Na2S2O3 được cho vào hỗn hợp phản

ứng cho đến thời điểm t

x

C : nguyên là nồng độ đlg/L của I2 sinh ra ở thời điểm t Do 1 mol I2 có chứa 2 đương lượng gam (phân tử I2 nhận được 2 điện tử để tạo 2 ion I- ), nên với nồng độ Cx (đlg/L) bằng 1/2Cx (mol/L), mà cứ 1 mol I2 tạo ra thì có 2 mol

Fe2+ tạo ra tương ứng, nên nồng độ mol/L của ion Fe2+ tại thời điểm t là Cx

Cx : nồng độ mol của Fe2+ tại thời điểm t

Tiến hành thí nghiệm lần lượt với từng bình

Cho vào bình (1) vài giọt hồ tinh bột và đúng 20ml dung dịch KI M/40 Ghi nhận thời điểm bắt đầu phản ứng (khi cho KI vào dung dịch Fe(NO3)3trong môi

trường acid là bắt đầu có phản ứng giữa Fe3+ và I- nên thời điểm này được tính bằng 0) Không tắt đồng hồ trong suốt thí nghiệm của từng bình Từ buret cho vào Erlenmeyer, đựng hỗn hợp phản ứng trên, một lượng nhất định V1 (mL) dd

Na2S2O3 0,01N (thường V1 = 1mL hoặc 2 mL, )

Khi dung dịch có màu xanh trở lại, ghi nhận thời điểm t1 - đó là lúc I2 sinh ra tác dụng với Na2S2O3 đã cho vào và bắt đẩu phản ứng Tiếp tục cho thêm

Na2S2O3 - V2 và ghi lại thời điểm t2 xuất hiện màu xanh trở lại (V2 - là tổng lượng Na2S2O3 hiện diện trên hỗn hợp phản ứng cho đến thời điểm t2 , V2 đọc trực tiếp trên buret Tiếp tục tiến hành tương tự với V3 , V4 ta ghi nhận t3 , t4

… )

Cứ tiếp tục theo dõi tiến trình như vậy đến cho đến khi khoảng 8 điểm Vi - ti Lượng Na2S2O3 nhỏ vào vừa đủ sao cho khoảng cách giữa hai ti liên tiếp vào khoảng 1 phút, 1 phút rưỡi Toàn bộ thí nghiệm với bình (1) không quá 10 – 15 phút mà phải đủ ít nhất 8 điểm Làm lại như vậy với các bình còn lại

IV TÍNH TOÁN KẾT QUẢ :

1. CHUỖI THÍ NGHIỆM 1 (XÁC ĐỊNH BẬC RIÊNG THEO Fe 3+ ) :

o Bình 1 :

Nồng độ đầu của Fe3+

( )

600 100

60

60 20

3 0

60 30

3 0

3 0

Chuỗi thí nghiện thứ nhất cho ta dạng phương trình

40

40