Đang tải... (xem toàn văn)
báo cáo thực tập hóa lý CNHH
GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH Bài 1 : XÁC ĐỊNH BIẾN THIÊN NĂNG LƯỢNG TỰ DO, 0 0 0 ENTALPI, ENTROPI ( ∆G , ∆H , ∆S ) CỦA QUÁ TRÌNH 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 : Na2 B4O7 (r ) ƒ S( mol/l) 2 Na + + B4O72− 2S S Muối Natri Borat hòa tan vào nước là một bazơ trung bình : B4O72− + 7 H 2O ƒ Độ tan : 4 H 3 BO3 + 2OH − S 2S Bằng phương pháp chuẩn độ một thể tích đã biết của dung dịch Borax với dung dịch HCl chuẩn, chúng ta tính được nồng độ của anion B4O72− . B4O72− + 5 H 2O + 2 H + → 4 H 3 BO3 Nếu S là độ tan của Borax thì nồng độ của ion B4O72− tìm được trong quá + trình chuẩn độ với HCl cũng chính là S và Na = 2S 2 Khi đó ta có: K SP = Na + . B4 O72− = 4S 3 Mặt khác ta có : − RT ln K sp = ∆H 0 − ∆S 0 ∆H 0 1 ∆S 0 Suy ra : ln K sp = − . + R T R -1- GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH Từ phương trình này, chúng ta vẽ đồ thị hàm số ln K sp theo biến số 1 , T ∆H 0 được đường thẳng hệ số góc là : tgα = − R ∆S 0 Và tung độ góc là : R Thế ∆H 0 , ∆S 0 , T vào phương trình : ∆G 0 = ∆H 0 − T ∆S 0 ta sẽ tìm được ∆G 0 . Vậy, qua việc khảo sát quá trình hòa tan của Borax, ta đã xác định được các đại lượng nhiệt động của quá trình. 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 60 oC 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 55 oC (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 50oC, 45oC, 40oC, 35oC, 30oC. -2- GVHD : Th.s Lê Thị Bạch IV. Thực tập Hóa Lý - CNHH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM : Theo định luật đương lượng : C A .VA = CB .VB C .V 0.25.VA ⇒ CđB = l A A = VB 4 2− Khi đó : B4O7 = S = ( lg/ ) CB 0.25.VA = ( mol / l ) 2 8 VA : thể tích dung dịch HCl đọc từ buret (tính bằng ml). 0 tC TK 55 50 45 40 35 30 0 328 323 318 313 308 303 1/T 3,049.10-3 3,096.10-3 3,145.10-3 3,195.10-3 3,247.10-3 3,300.10-3 VHCl [B4O72-] = S [Na+] = 2S (ml) 32 29,5 26,4 22,5 14,4 10,5 (mol/l) 1 0,92 0,83 0,70 0,45 0,33 (mol/l) 2 1,84 1,76 1,40 0,90 0,66 Ksp lnKsp 4 3,115 2,287 1,372 0,365 0,144 1.386 1.136 0.827 0.316 -1.007 -1.937 Từ đồ thị suy ra phương trình đường thẳng : 1 LnK SP = −0,673 ÷+ 2, 4757 T Suy ra: tgα = − ∆H 0 = −0, 673 R -3- GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH ∆H 0 = R.0,673 = 8,314.0,673 = 5,6 ( J / mol ) Và : ∆S 0 = 2, 4757 ⇒ ∆S 0 = 2, 4757.8,314 = 20,58 ( J / mol. 0 K ) R ⇒ ∆G = ∆H − T .∆S = 5,6 − 298.20,58 = −6127, 24 ( J / mol ) Vậy : Ở 250C phản ứng hòa tan muối borac thu nhiệt (∆ H >0). -4- GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH 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 : mct .1000 M ct ∆tđ = K đ .Cm = K đ ⇒ mdm M ct = K đ .mct .1000 ∆tđ .mdm Mct : là khối lượng phân tử chất tan (không điện ly, không bay hơi). mct : khối lượng chất tan, tính bằng gam. ∆tđ = tđ0 , dm − tđ0 , 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. mdm : khối lượng dung môi, được tính bằng gam. Kđ : 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. RTđ2, dm M dm . Kđ : của dung môi được tính bằng công thức : K đ = ∆H đ , dm 1000 Tđ, dm : nhiệt độ đông đặc của dung môi ( 0K) (cũng là nhiệt độ nóng chảy của dung môi). ∆H đ , dm : nhiệt nóng chảy mol của dung môi, là lượng nhiệt cần cung cấp để 1 mol dung môi chuyển từ dạng rắn sang dạng lỏng ở nhiệt độ nóng chảy của nó, đây cũng là nhiệt lượng phóng thích khi 1 mol dung môi chuyển từ dạng lỏng sang dạng rắn ở nhiệt độ đông đặc của nó. Nếu chất tan là chất điện ly thì ta thê hệ số điều chỉnh Van’t Hoff i vào công thức ∆tđ = i.K đ .Cm III. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM : -5- GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH 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 : -6- GVHD : Th.s Lê Thị Bạch t(s) 0 t0C 0.5 30 -0.8 60 -0.5 Thực tập Hóa Lý - CNHH 90 -1.1 120 -2.1 150 -3.1 180 -4.1 210 -4.8 240 -5.4 270 -5.9 300 -0.1 330 -0.1 360 -0.1 Từ bảng số liệu, ta vẽ được giản đồ sau : Vậy nhiệt độ đông đặc của nước là: -0.1 0C 2. Đường saccarozơ (C12H22O11): Ta có bảng số liệu : t(s) 0 30 60 0 T 0.5 -0.9 -2.1 330 360 390 420 -7.7 -8.8 -0.3 -0.3 Ta vẽ được giản đồ : 90 -3.1 450 -0.3 120 -3.9 150 -4.7 180 -5.3 210 -5.8 240 -6.3 270 -6.8 300 -7.2 Vậy nhiệt độ đông đặc của đường (C12H22O11 )là: -0.30C -7- GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH 3. Chất X : Ta có số liệu sau : t(s) T0 330 -0.4 0 0.5 360 -0.4 30 0.6 60 -0.9 90 -2.8 120 -1.3 150 -1 180 -2.9 210 -3.8 240 -4.6 270 -5.1 300 -5.6 Ta có giản đồ : Vậy nhiệt độ đông đặc của chất X là: - 0.40C. • Khối lượng của đường saccarose và chất X • Khối lượng đường saccarose : M saccarose = K đ .mct .1000 1,86.2.1000 = = 372 g ∆t đ .mdm 50.[(−0,1) − (−0,3)] • Khối lượng phân tử chất X: MX = K đ .mct .1000 1,86.2.1000 = = 248 g ∆t đ .mdm 50[(−0,1) − (−0,4)] BÀI 3: NGHIÊN CỨU CÂN BẰNG HÓA HỌC CỦA PHẢN ỨNG -8- GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH 2Fe3+ + 2I- 2Fe2+ + I2 I. MỤC ĐÍCH : − Xác định hằng số cân bằng Kc của phản ứng hóa học : 2Fe3+ + 2I- 2 [ I 2 ] pu ⇐ 2 [ I 2 ] pu 2Fe2+ + I2 ⇐ 2 [ I 2 ] tao ⇐ [ I 2 ] 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: Fe 2+ .[ I 2 ] Kc = 2 2 Fe3+ . I − 2 (1) − Cho dung dịch FeCl3 tác dụng với dung dịch KI .Tại thời điểm cân bằng, nồng độ I2 được xác định bắng cách chuẩn độ với dung dịch Na2S2O3 : 2 Na2 S2O3 + I 2 → Na2 S4O6 + 2 NaI − Nồng độ của Fe2+ tãi thời điểm cân bằng thì bằng 2 lần nồng độ I 2, vì theo phương trình phản ứng ta thấy 2 mol Fe 3+ tác dụng với 2 mol I- sẽ tạo thành 1 mol I2 và 2 mol Fe2+. Fe 2+ = 2 [ I 2 ] (2) − Cũng theo phương trình phản ứng, độ tăng nồng độ Fe 2+ bằng độ giảm nồng độ Fe3+. Do đó, nồng độ Fe3+ tại thời điểm cân bằng thì bằng nồng độ ( C ) ban đầu ( C ) Fe3+ Fe3+ trừ đi nồng độ [Fe2+] tại thời điểm cân bằng. Fe3+ = CFe3+ − Fe 2+ Hay : Fe3+ = CFe3+ − 2 [ I 2 ] (3) -9- GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH − Nồng độ Fe3+ ban đầu ( CFe3+ ) được tính từ nồng độ gốc của FeCl 3 ( C ) với mức độ pha loãng khi trộn chung các dung dịch phản ứng. 0 FeCl3 0 0 CFe3+ .VFe3+ = C FeCl .VFeCl 3 3 VFe3+ : Thể tích dd Fe3+ lúc đầu, vừa pha trộn hai dung dịch : FeCl 3, KI coi như chưa phản ứng = thể tích dd FeCl3 + thể tích dd KI = a + b (a + b = 100mL). 0 VFeCl : Thể tích dung dịch FeCl3 đem trộn = a (a = 50mL; 55mL; 45mL) 3 a 0 CFe3+ = CFeCl . ÷ 3 a+b (4) 0 Với CFeCl3 = 0,03M ; a là thể tích dd FeCl 3 ; b là thể tích dung dịch KI (a, b được tính cùng 1 đơn vị thể tích, coi sự trộn hai dung dịch trên không làm thay đổi thể tích). − Nồng độ I- tại thời điểm cân bằng được tính như sau : I − = CI − − 2 [ I 2 ] (5) − Tương tự như cách tính trên, 0 b CI − = C KI . ÷ a+b Với (6) 0 0 CKI : là nồng độ gốc của KI, CKI = 0,03M b : thể tích dd KI đem trộn (b = 50mL ; 45mL ; 55mL) a : thể tích dd FeCl3 đem trộn (a = 50mL ; 55mL ; 45mL) − Khi định phân biết nồng độ của I2 lúc phản ứng đạt trạng thái cân bằng ([I2]). 0 Từ (6), biết CKI , b, a, ta tính được CI − . Từ (5), biết CI − , [I2] ta tính được [I-]. 0 Từ (4), biết CFeCl3 , a, b ta tính được CFe3+ . Từ (3), biết CFe3+ , [I2], ta tính được [Fe3+]. - 10 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH Từ (2), biết được [I2], ta tính được [Fe2+]. − Thay các nồng độ tương ứng vào (1) sẽ tính được hằng số cân bằng K c của phản ứng. − Làm thí nghiệm tại hai nhiệt độ T1 và T2, ta có hai giá trị hằng số cân bằng K C , T1 và K C , T2 . ∆H ∂ ln K C ÷ = 2 P RT − Sử dụng phương trình đẳng áp Van’t Hoff : ∂T ∆H ⇒ d ln K C = dT RT 2 ⇒ ⇒ ln K C ,T2 − ln K C ,T1 = − ln KC ,T2 T2 C , T1 1 ∆H ∫ d ln K C = ∫ RT 2 dT nK T ∆H 1 1 − ÷ (Coi R T2 T1 ∆H như không đổi trong khoảng nhiệt độ khảo sát). ⇒ ln K C ,T2 K C ,T1 =− ∆H 1 1 . − ÷ R T2 T1 (7) − Từ (7), biết hằng số KC ở hai nhiệt độ T1, T2, ta xác định nhiệt phản ứng ( ) trung bình ∆Η của phản ứng trong vùng nhiệt độ khảo sát. III. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 1. Thực hiện phản ứng ở 300C (hay 860F). 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) : Bình FeCl3 0,03 M (ml) KI 0,03 M (ml) (1) 50 0 (2) 0 50 (3) 55 0 (4) 0 45 (5) 45 0 (6) 0 55 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 - 11 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH đích tạo môi trường nhiệt độ thấp, làm chậm phản ứng giữa Fe 3+ 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 I 2 sinh ra không tăng (lúc bấy giờ, lượng I2 tạo ra bởi phản ứng thuận bằng với lượng I 2 mất do phản ứng nghịch, phản ứng đạt trạng thái cân bằng) áp dụng công thức : CI 2 .VI 2 = CNa2S2O3 .VNa2S2O3 ⇒ CI 2 .VI 2 ở đây được tính bằng nồng độ N (đlg/L) ta phải đổi sang nồng độ M (mol/L) CM = C N ν với ν = 2 , vì 1 mol I2 có chứa 2 đượng lượng gam I2, 1 phân tử I2 nhận 2 điện tử để tạo 2 ion I - của các bình (2), (4), (6) ở thời điểm cân bằng, từ đó tính được nồng độ của Fe 2+, Fe3+, Ilúc cân bằng và tính được hằng số cân bằng K C của phản ứng của mỗi bình ở - 12 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH nhiệt độ 300C, ta lấy trung bình cộng (chia tổng 3 trị số K C của ba bình cho 3), thu được K C ,30 . 2. Thực hiện phản ứng ở 400C : 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 K C của phản ứng của ( ) mỗi bình ở 400C và 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 300C VNa 2S2O3 0, 01N (ml ) Thời gian phản ứng (phút) 25 55 95 Bình 2 5,9 6,2 6,4 Bình 4 5,1 6,0 6,2 Bình 6 4,9 5.8 5,9 2. Bảng số liệu tính toán ở 300C Từ bảng số liệu thực nghiệm ta tính toán được : Đối với bình 2 : Theo ptpứ : ta có nồng độ đầu của I 2 và Fe2+ bằng 0 (lúc chưa có phản ứng xảy ra). Áp dụng công thức : CI 2 .VI 2 = C Na2S2O3 .VNa2S2O3 Nồng độ I2 lúc cân bằng là : CI 2 = C Na2S2O3 .VNa2S2O3 VI 2 = 0,01.6, 4 = 0,0064 ( N ) 10 Nồng độ I2 lúc cân bằng, tính theo mol/L CI 2 = C N 0,0064 = = 0,0032 ( M ) 2 υ Nồng độ Fe2+ lúc cân bằng : - 13 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH Fe2+ = 2 [ I 2 ] = 2.0,0032 = 0,0064 ( M ) Nồng độ Fe3+ ban đầu : a 50 0 CFe3+ = CFeCl . = 0,03. ÷ ÷ = 0,015 ( M ) 3 a + b 50 + 50 Nồng độ Fe3+ lúc cân bằng : Fe3+ = CFe3+ − Fe 2+ = 0,015 − 0,0064 = 0,0086 ( M ) Tương tự ta tính được nồng độ I- lúc đầu : 50 0 b CI − = CKI . ÷ = 0,03. ÷ = 0,015 ( M ) a + b 50 + 50 Nồng độ I- lúc cân bằng : I − = CI − − 2 [ I 2 ] = 0,015 − 0, 0064 = 0,0086 ( M ) Hằng số cân bằng của bình 2: 2 Fe 2+ .[ I 2 ] 0,0064 ) . ( 0,0032 ) ( Kc = = = 23,96 2 2 3+ 2 − 2 0,0086 . 0,0086 ( ) ( ) Fe . I 2 Làm tương tự cho bình 4 và bình 6 ta có bảng số liệu sau : Bình 2 Nồng độ Nồng độ I2 Fe2+ Fe3+ IKC đầu 0 0 0,015 0,015 cân bằng 0,0032 0,0064 0,0086 0,0086 23,96 Bình 4 Nồng độ Nồng độ đầu 0 0 0,0165 0,0135 KC , 30 cân bằng 0,0031 0,0062 0,0103 0,0073 21,07 Bình 6 Nồng độ Nồng độ đầu cân bằng 0 0,00295 0 0,0059 0,0135 0,0076 0,0165 0,0106 15,83 20,28 3. Bảng số liệu thực nghiệm ở 400C VNa 2S2O3 0, 01N ( ml ) Thời gian phản ứng (ph) Bình 2 Bình 4 Bình 6 - 14 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH 25 55 95 6,2 6.5 6,6 6,1 6,4 6,6 5,3 5.6 5,8 4. Bảng số liệu tính toán ở 400C Bình 2 Nồng độ Nồng độ đầu 0 0 0,015 0,015 I2 Fe2+ Fe3+ IKC K C , 40 cân bằng 0,0033 0,0066 0,0084 0,0084 28,87 Bình 4 Nồng độ Nồng độ đầu cân bằng 0 0,0033 0 0,0066 0,0165 0,0099 0,0135 0,0069 30,81 Bình 6 Nồng độ Nồng độ đầu 0 0 0,0135 0,0165 cân bằng 0,0029 0,0058 0,0077 0,0107 14,37 22,02 Khi biết được KC ở 2 nhiệt độ T1 và T2 , ta tính được nhiệt phản ứng trung bình ( ∆Η ) của phản ứng trong vùng nhiệt độ khảo sát. ln K C ,T2 K C ,T1 =− K C ,T2 T .T ∆H 1 1 . − ÷ ⇒ ∆Η = − ln .R. 1 2 R T2 T1 K C , T1 T1 − T2 t1 = 300C ⇒ T1 = 273+30=3030K t2 = 400C ⇒ T2 = 273+40=3130K R = 0,082 Vậy hiệu ứng nhiệt trung bình của phản ứng : ⇒ ∆Η = − ln 22,02 303.313 .8,314. = 7272 J / mol. 0 K 20, 28 303 − 313 ( ) Bài 4: ĐỊNH LUẬT PHÂN BỐ VÀ CÂN BẰNG HÓA HỌC (The Nernst distribution law and chemical equiplibrium) I. NGUYÊN TẮC : - 15 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH Một chất tan A hòa tan được cả trong hai dung môi D 1 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. [ A] dd [ A] dd 1 = K pb 2 [ A] dd : nồng độ của chất tan A trong dung dịch (1), nồng độ mol/L hay đlg/L 1 [ A] dd 2 : 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. K pb : 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 độ. Trong bài thí nghiệm này, chúng ta khảo sát sự hòa tan I 2 vào dung môi nước, vào dung môi KI và vào dung môi CCl 4. Xác định hằng số phân bố K pb của I2 trong nước và trong CCl4. Xác định hằng số cân bằng Kcb (KC) của phản ứng cân bằng : I2 + I − ƒ I 3− I 3− K cb = [ I 2 ] . I − I 3− , [ I 2 ] , I − : nồng độ mol/L của I 3− , I 2 , I − lúc đạt trạng thái cân bằng. - 16 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH K cb : 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 I 2 trong CCl4 . I 2 (iod) hòa tan trong nước và trong CCl4 (carbon tetraclorur). Nước và CCl4 không tan vào nhau. CCl4 nặng hơn nước, lớp dung dịch I 2 / CCl4 sẽ nằm ở lớp dưới. Lắc mạnh hỗn hợp này để I 2 phân bố vào nước và vào CCl4 . Để yên để có sự cân bằng I 2 trong dung môi. Đem định phân I 2 trong mỗi lớp dung dịch bằng dung dịch Na2 S 2O3 . Ta xác định được nồng độ I 2 trong nước và nồng độ I 2 trong CCl4 . I 2 + 2 Na2 S2O3 → 2 NaI + Na2 S 4O6 Ta xác định điểm dừng của sự định phân (phản ứng vừa đủ) khi 1 giọt dung dịch Na2 S2O3 đầu tiên làm cho dung dịch I 2 trong 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 2O và [ I 2 ] CCl4 sẽ xác định được hằng số phân bố K pb . Hỗn hợp (1) : ( I 2 ) CCl4 ƒ ( C1 ) ( I 2 ) H 2O ( C2 ) K cb = C2 C1 C2 : nồng độ I 2 trong nước. Xác định C2 bằng cách định phân I 2 trong lớp dung dịch nước bằng dung dịch Na2 S 2O3 đã biết nồng độ. C1 : nồng độ I 2 trong CCl4 , được xác định bằng cách định phân I 2 bằng dung dịch Na2 S 2O3 . - 17 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH Cho dung dịch KI (cung cấp I − và H 2O ) vào dung dịch I 2 trong CCl4 . I 2 sẽ từ CCl4 phân bố vào nước và phản ứng với KI ( I − ) tạo KI3 ( I 3− ) . Hỗn hợp (2) : ( I 2 ) CCl4 ƒ ( I 2 ) trong dd KI ( I 2 + KI ƒ C1 KI 3 ) C2 (C2 = [ I 2 ] còn lại + [ I 2 ] đã phản ứng KI = [ I 2 ] còn lại + [ KI 3 ] ) Sau khi chiết tách hai dung dịch trên riêng. Ta xác định nồng độ của I 2 trong dung dịch KI (C2), cũng như nồng độ I 2 trong lớp dung dịch CCl4 (C1) bằng cách định phân bằng dung dịch Na 2 S 2O3 đã biết nồng độ giống như xác định C1, C2 của thí nghiệm trên. I2 1 lít dd : x mol pứ I− + I 3− ƒ x mol pứ x mol tạo I 3− K cb = [ I 2 ] . I − 3− − Ta xác định được hằng số cân bằng K cb trên nếu biết được I , [ I 2 ] , I lúc cân bằng. [ I 2 ] = K pb .C1' = C2 ' .C1 C1 C I 3− = x = C2' − [ I 2 ] = C2' − 2 .C1' C 1 C I − = I − − x = [ KI ] 0 − [ KI 3 ] = [ KI ] 0 − C2' − 2 C1' ÷ 0 C1 Biết nồng độ lúc đầu của KI ( [ KI ] ) , C , C , C , C 0 1 2 ' 1 ' 2 (do định phân) ta tính 3− − được I , [ I 2 ] , I , thế vào biểu thức của Kcb trên, như vậy xác định được hằng số cân bằng của phản ứng khảo sát. II. THỰC HÀNH : - 18 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH − Lấy 2 bình lóng (phễu chiết) (1) và (2). Dùng ống đong 10 mL lấy 10 mL dung dịch I 2 / 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 I 2 / CCl4 (bình (1)) cho vào erlen, thêm vài giọt hồ tinh bột rồi đem chuẩn độ bằng dung dịch Na2 S 2O3 0,1N. Không được hút bằng miệng, vì CCl4 và I 2 đều độc. Phản ứng khi giọt dung dịch Na2 S 2O3 cuối cùng làm cho dung dịch trong Erlenmeyer từ màu xanh thành không màu (lúc bấy giờ trong dung dịch không còn I 2 nữa). Chuẩn độ 3 lần, lấy thể tích trung bình của 3 lần chuẩn độ này. Từ đây ta xác định được C1. Tương tự chuẩn độ I 2 / CCl4 (bình (2)), ta tính được C1' . − 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 I 2 / H 2O (bình (1)), đem chuẩn độ bằng dung dịch Na2 S 2O3 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 I 2 / ddKI (bình (2)), đem chuẩn độ dung dịch I 2 bằng dung dịch Na2 S 2O3 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) - 19 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH − Tám bình erlen 100 mL và ống đong 10 mL, làm xong, rửa sạch, tráng bằng cồn, treo lên giá. III. KẾT QUẢ : Bình (1) Lớp trên Lớp dưới Bình (1) I 2 / H 2O I 2 / CCl4 Nồng độ C1 : là nồng độ I 2 trong CCl4 được tính như sau : CI 2 /CCl4 .VI 2 /CCl4 = C Na2S2O3 .V Na S O 2 2 3 ⇒ C1 = CI 2 /CCl4 = CNa2S2O3 .V Na S O 2 2 3 VI 2 /CCl4 = 0,1.4,88 = 0, 488 N 1 Nồng độ C2 : là nồng độ I 2 trong H 2O được tính như sau : CI 2 / H 2O .VI 2 / H 2O = C Na2S2O3 .V Na S O 2 2 3 ⇒ C2 = CI 2 / H 2O = C Na2S2O3 .V Na S O 2 2 3 VI 2 / H 2O = Bình (1) Lớp dưới (1ml) 0,1.0,55 = 5,5.10−3 N 10 Thể tích dung dịch Na2S2O3 0,1 N (ml) Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình 4,85 4,9 4,9 4,88 Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình Lớp trên (10ml) 0,6 0,5 0,55 0,55 • Hằng số phân bố của I2 trong nước và trong CCl4 : K pb Nồng độ C1 = 0,488N C2 =5,5.10-3N C2 5,5.10−3 = = = 0,011 C1 488.10−3 Bình (2) Bình (2) Lớp trên Lớp dưới I 2 / ddKI I 2 / CCl 4 - 20 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH Nồng độ C1' : là nồng độ I 2 trong CCl 4 được tính như sau : CI 2 /CCl4 .VI 2 /CCl4 = C Na2S2O3 .V Na S O 2 2 3 ⇒ C1' = CI 2 /CCl4 = CNa2S2O3 .V Na S O = 2 2 3 VI 2 /CCl4 0,1.1,8 = 0,18 N 1 Nồng độ C2' : là nồng độ I 2 trong ddKI được tính như sau : CI 2 / ddKI .VI 2 / ddKI = C Na2S2O3 .V Na S O 2 2 3 ⇒ C2' = CI 2 / ddKI = Bình (2) Lớp dưới (1ml) C Na2S2O3 .V Na S O 2 2 3 VI 2 / ddKI = 0,1.6,57 = 0,066 N 10 Thể tích dung dịch Na2S2O3 0,01 N (ml) Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình 1,8 1,8 1,8 1,8 Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình 6.6 6,55 6,55 6,57 Lớp trên (10 ml) Nồng độ C1’=0,18N C2’ =0,066N • Tính hằng số cân bằng của phản ứng : + I2 I− ƒ I 3− ⇒ [ I2 ] 5,5.10−3 = .0,18 = 2,028.10−3 0,048 I 3− K cb = [ I 2 ] . I − Với : [ I2 ] C = K pb .C = 2 .C1' C1 ' 1 C I 3− = C2' − [ I 2 ] = C2' − 2 .C1' ⇒ I 3− = 0,066 − 2,028.10−3 = 0,064 C 1 C I − = [ KI ] 0 − [ KI 3 ] = [ KI ] 0 − C2' − 2 C1' ÷ C1 ⇒ I − = 0,1 − ( 0,064 ) = 0,036 Vậy hằng số cân bằng của phản ứng là : I 3− 0,064 K cb = = = 853,88 − −3 [ I 2 ] . I 2, 028.10 .( 0,036 ) ( ) - 21 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH Bài 5: XÁC ĐỊNH BẬC PHẢN ỨNG I. MỤC ĐÍCH : Xác định bậc riêng phần và bậc toàn phần (bậc tổng quát, bậc chung) của phản ứng : 2 Fe3+ + 2I − ƒ 2 Fe 2+ + I2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT : II. − 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 dC − ÷ = k ( C0 ) Fe3+ . ( C0 ) I − dt t =0 (1) Trong đó: ( C0 ) nFe 1 ( C0 ) nI 2 − 3+ : là nồng độ đầu của Fe3+ : là nồng độ đầu của I- n1, n2 là bậc riêng phần của phản ứng theo Fe3+ và ILấy logarit phương trình (1) ta được : n1 n2 dC log − ÷ = log k + log ( C0 ) Fe3+ + log ( C0 ) I − dt t =0 (2) − 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) : dC log − ÷ = n1 log ( C0 ) Fe3+ + A dt t =0 dC ÷ theo log ( C0 ) Fe3+ ta có đường thẳng với hệ số góc dt Vẽ đồ thị của log − tgα = n1 . Từ đó xác định được n1. - 22 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH − Tương tự, tiến hành một chuỗi các thí nghiệm với những nồng độ ban đầu I- khác nhau, trong khi nồng độ của Fe 3+ được giữ không đổi, chúng ta sẽ xác định được n2. Từ (2) ta có : dC ' log − ÷ = n2 log ( C0 ) I − + A dt t =0 dC ÷ theo log ( C0 ) I − ta có đường thẳng có độ dt Vẽ đường biểu diễn của log − dốc hay hệ số góc bằng n2. Từ đó xác định được bậc riêng phần n2 theo I-. − Bậc toàn phần hay bậc tổng quát của phản ứng n = n1 + n2. dC − Để xác định vận tốc ở thời điểm đầu − ÷ thường sử dụng phương dt t =0 trình kinh nghiệm sau: 1 1 = α + β. Cx t Cx = hay 1 1 t+ β α Trong đó: Cx : là nồng độ mol của Fe2+ sinh ra ở mỗi thời điểm t. t : là thời gian phản ứng. α , β là những hằng số thực nghiệm. Lấy đạo hàm của biểu thức trên tại t = 0, ta có: 1 dC = ÷ dt t =0 β − Như vậy, xây dựng đồ thị (3) 1 1 = f ÷ta được đường thẳng có hệ số góc Cx t 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 - 23 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH 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: N Na2S2O3 .VNa2S2O3 = C x .Vhhpu N Na2S2O3 : nồng độ dương lượng của Na2S2O3 VNa2S2O3 : toàn bộ thể tích dung dịch Na 2S2O3 được cho vào hỗn hợp phản ứng cho đến thời điểm t. C x : 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. Vhhpu : thể tích của hỗn hợp phản ứng (qui về thể tích đầu không đổi =100mL). III. THỰC NGHIỆM : 1. Xác định bậc riêng theo Fe3+ Dùng pipet cho vào 4 bình tam giác (Erlenmeyer) các hóa chất với lượng chính xác theo thành phần ở bảng sau : Dung dịch Fe(NO3)3 M/60, mL HNO3 0,1M, mL KNO3 1M, mL H2O, mL Bình (1) 10 10 40 20 Bình (2) 20 10 30 20 Bình (3) 30 10 20 20 Bình (4) 40 10 10 20 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 ) 3 trong môi trường acid là bắt đầu có phản ứng giữa Fe 3+ 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 V 1 (mL) dd Na2S2O3 0,01N (thường V1 = 1mL hoặc 2 mL, . . .). - 24 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH Khi dung dịch có màu xanh trở lại, ghi nhận thời điểm t 1 - 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 t 2 xuất hiện màu xanh trở lại (V 2 - là tổng lượng Na2S2O3 hiện diện trên hỗn hợp phản ứng cho đến thời điểm t 2 , V2 đọc trực tiếp trên buret. Tiếp tục tiến hành tương tự với V 3 , V4 . . . ta ghi nhận t 3 , t4 …) Cứ tiếp tục theo dõi tiến trình như vậy đến cho đến khi khoảng 8 điểm V i - ti . Lượng Na2S2O3 nhỏ vào vừa đủ sao cho khoảng cách giữa hai t i 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. 2. Xác định bậc riêng theo I- Dùng pipet cho vào 4 bình tam giác (Erlenmeyer) các hóa chất với lượng chính xác theo thành phần ở bảng sau : Dung dịch KI M/40, mL HNO3 0,1M, mL H2O, mL KNO3 1M, mL Bình 1 10 10 27,5 32,5 Bình 2 20 10 20 30 Bình 3 30 10 12,5 27,5 Bình 4 40 10 5 25 Cho vào bình vài giọt tinh bột và đúng 20 mL dung dịch Fe(NO 3)3 M/60, lắc mạnh, ghi thời điểm bắt đầu phản ứng. Các bước tiếp theo tiến hành tương tự như phần xác định bậc riêng phần theo Fe3+. (Nếu thay Fe(NO3)3 M/60 bởi FeCl3 thì thành phần hỗn hợp thay đổi). IV. TÍNH TOÁN KẾT QUẢ : 1. CHUỖI THÍ NGHIỆM 1 (XÁC ĐỊNH BẬC RIÊNG THEO Fe3+) : o Bình 1 : Nồng độ đầu của Fe3+ ( C 0 ) Fe3+ Với : = 10.M 60 = M 100 600 N Na2S2O3 .VNa2S2O3 = C x .Vhhpu ⇒ Cx = N Na2S2O3 .VNa2 S2O3 Vhhpu = 0,01.VNa2S2O3 100 - 25 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH t (s) VNa 2S2O3 60 122 185 255 365 435 540 704 0.8 1.6 2.4 3.2 4 4,8 5.6 6.4 Đồ thị (ml) Cx (M) 1 -1 (s ) t 1 (M-1) Cx 0.00008 0.00016 0.00024 0.00032 0.0004 0.00048 0.00056 0.00064 0.0167 0.0082 0.0054 0.0039 0.0027 0.0023 0.0019 0.0014 12500 6250 4166.67 3125 2500 2083.33 1785.71 1562.5 1 1 theo : Cx t Dựa vào đồ thị : 1 1 = 719857 + 422.3 Cx t ⇒ β = 719857 1 1 dC = = = 1,38.10−6 ÷ dt t =0 β 719857 Tốc độ đầu : o Bình 2 : Nồng độ đầu của Fe3+ : t (s) VNa 2S2O3 39 90 1,5 3 (ml) ( C 0 ) Fe3+ = 20.M 60 = M 100 300 Cx (M) 1 -1 (s ) t 1 (M-1) Cx 0.00015 0.0003 0.0256 0.0111 6666.67 3333.33 - 26 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch 158 237 317 427 530 660 Đồ thị Thực tập Hóa Lý - CNHH 4,5 6 7,5 9 10,5 12 0.00045 0.0006 0.00075 0.0009 0.00105 0.0012 0.0063 0.0042 0.0032 0.0023 0.0019 0.0015 2222.22 1666.67 1333.33 1111.11 952.38 833.33 1 1 theo : Cx t Dựa vào đồ thị : 1 1 = 239980 + 579.05 Cx t ⇒ β = 239980 1 1 dC = 4,16.10 −6 ÷ = = dt t =0 β 239980 Tốc độ đầu : o Bình 3 : Nồng độ đầu của Fe3+ : t (s) VNa 2S2O3 38 85 137 207 290 2,5 5 7,5 10 12,5 (ml) ( C 0 ) Fe3+ = 30.M 60 = M 100 200 Cx (M) 1 -1 (s ) t 1 (M-1) Cx 0.00025 0.0005 0.00075 0.001 0.00125 0.0263 0.0118 0.0073 0.0048 0.0034 4000 2000 1333.33 1000 800 - 27 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH 380 490 627 15 17,5 20 1 1 Đồ thị theo : Cx t Dựa vào đồ thị : 0.0015 0.00175 0.002 1 1 = 141256 + 300.75 Cx t 0.0026 0.0020 0.0016 666.67 571.43 500 ⇒ β = 141256 1 1 dC = 7,08.10−6 ÷ = = dt t =0 β 141256 Tốc độ đầu : o Bình 4 : Nồng độ đầu của Fe3+ : t (s) VNa 2S2O3 32 75 124 185 265 360 480 611 3 6 9 12 15 18 21 24 (ml) ( C 0 ) Fe3+ = 40.M 60 = 2 M 100 300 Cx (M) 1 -1 (s ) t 1 (M-1) Cx 0.0003 0.0006 0.0009 0.0012 0.0015 0.0018 0.0021 0.0024 0.0313 0.0133 0.0081 0.0054 0.0038 0.0028 0.0021 0.0016 3333.33 1666.67 1111.11 833.33 666.67 555.56 476.19 416.67 - 28 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Đồ thị Thực tập Hóa Lý - CNHH 1 1 theo : Cx t Dựa vào đồ thị : 1 1 = 98285 − 293.03 Cx t ⇒ β = 98285 1 1 dC = 10, 2.10−6 ÷ = = dt t =0 β 98285 Tốc độ đầu : Tính bậc riêng theo Fe3+ : Ta có bảng giá trị sau : dC dt t =0 dC log − dt t =0 log( C0 ) Fe3+ 1,38.10 −6 -5.86 -2,77 300 4,16.10 −6 -5.38 -2,47 200 7,08.10 −6 -5.15 -2,30 300 10,2.10 −6 -4.99 -2,17 ( C0 ) Fe3+ 1 1 600 1 2 dC ÷ theo log ( C0 ) Fe3+ : dt t =0 Vẽ đường biểu diễn của log − - 29 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Chuỗi thí Thực tập Hóa Lý - CNHH nghiện thứ nhất cho ta dạng phương trình y = 1, 4585 x − 1,8044 dC ÷ = n1 log ( C0 ) Fe3+ + A dt t =0 So sánh với phương trình : log − Vậy bậc riêng phần n1 theo Fe3+ là : n1 = 1, 46 ≈ 3 2 2. CHUỖI THÍ NGHIỆM 2 (XÁC ĐỊNH BẬC RIÊNG THEO I-) : o Bình 1 : Nồng độ đầu của I- : (C0 ) I− t (s) 68 162 283 362 460 579 700 820 = 10.M 40 = M 100 400 VNa 2S2O3 0.8 1.6 2.4 3.2 4 4,8 5.6 6.4 1 1 Đồ thị theo : Cx t (ml) Cx (M) 1 -1 (s ) t 1 (M-1) Cx 0.00008 0.00016 0.00024 0.00032 0.0004 0.00048 0.00056 0.00064 0.0147 0.0062 0.0035 0.0028 0.0022 0.0017 0.0014 0.0012 12500 6250 4166.67 3125 2500 2083.33 1785.71 1562.5 - 30 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Dựa vào đồ thị : Thực tập Hóa Lý - CNHH 1 1 = 808280 + 839,37 Cx t ⇒ β = 808280 1 1 dC = = = 1, 23.10−6 ÷ dt t =0 β 808280 Tốc độ đầu : o Bình 2 : (C0 ) I− = 20.M 40 = M 100 200 t (s) VNa 2S2O3 47 125 215 331 457 538 642 761 1,5 3 4,5 6 7,5 9 10,5 12 Đồ thị (ml) Cx (M) 1 -1 (s ) t 1 (M-1) Cx 0.00015 0.0003 0.00045 0.0006 0.00075 0.0009 0.00105 0.0012 0.0213 0.0080 0.0047 0.0030 0.0022 0.0019 0.0016 0.0013 6666.67 3333.33 2222.22 1666.67 1333.33 1111.11 952.38 833.33 1 1 theo : Cx t - 31 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Dựa vào đồ thị : Thực tập Hóa Lý - CNHH 1 1 = 288402 + 683, 44 Cx t ⇒ β = 288402 1 1 dC = 3, 46.10−6 ÷ = = dt t =0 β 288402 Tốc độ đầu : o Bình 3 : (C0 ) I− = t (s) 45 104 165 266 375 510 618 710 30.M 40 = 3M 100 400 VNa 2S2O3 2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 1 1 Đồ thị theo : Cx t (ml) Cx (M) 1 -1 (s ) t 1 (M-1) Cx 0.00025 0.0005 0.00075 0.001 0.00125 0.0015 0.00175 0.002 0.0222 0.0096 0.0061 0.0038 0.0027 0.0020 0.0016 0.0014 4000 2000 1333.33 1000 800 666.67 571.43 500 - 32 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Dựa vào đồ thị : Thực tập Hóa Lý - CNHH 1 1 = 166361 + 333, 49 Cx t ⇒ β = 166361 1 1 dC = 6,01.10−6 ÷ = = dt t =0 β 166361 Tốc độ đầu : o Bình 4 : (C0 ) I− = t (s) 31 77 126 187 267 362 482 612 40.M 40 = M 100 100 VNa 2S2O3 3 6 9 12 15 18 21 24 1 1 Đồ thị theo : Cx t (ml) Cx (M) 1 -1 (s ) t 1 (M-1) Cx 0.0003 0.0006 0.0009 0.0012 0.0015 0.0018 0.0021 0.0024 0.0323 0.0130 0.0079 0.0053 0.0037 0.0028 0.0021 0.0016 3333 1667 1111.11 833 667 555.56 476.19 417 - 33 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Dựa vào đồ thị : Thực tập Hóa Lý - CNHH 1 1 = 95160 − 314,71 Cx t ⇒ β = 95160 1 1 dC = = = 10,5.10−6 ÷ dt t =0 β 95160 Tốc độ đầu : Tính bậc riêng theo I- : Ta có bảng giá trị sau : dC dt t =0 dC log − dt t =0 log( C0 ) I − 400 1,23.10 −6 -5,91 -2,60 200 3,46.10 −6 -5,46 -2,30 6,01.10 −6 -5,22 -2,12 10,5.10 −6 -4,97 -2,00 ( C0 ) I 1 1 3 − 400 1 100 dC ÷ theo log ( C0 ) I − : dt t =0 Vẽ đường biểu diễn của log − - 34 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Chuỗi thí Thực tập Hóa Lý - CNHH nghiện thứ nhất cho ta dạng phương trình y = 1,5301x − 1,9396 dC ÷ = n1 log ( C0 ) Fe3+ + A dt t =0 So sánh với phương trình : log − Vậy bậc riêng phần n1 theo Fe3+ là : n2 = 1,53 ≈ Bậc toàn phần của phản ứng là : n = n1 + n2 = 3 2 3 3 + =3 2 2 Kết luận : Phản ứng có bậc riêng theo Fe3+ là 3 3 và bậc riêng theo I- là 2 2 Bậc chung của phản ứng là : 3 Biểu thức vận tốc đầu của phản ứng: 3 3 dC 2 2 = k C . C ( ) ( ) 3 + ÷ 0 Fe 0 I− dt t =0 - - 35 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH BÀI 6 : KHẢO SÁT VẬN TỐC PHẢN ỨNG THỦY PHÂN ESTE – XÁC ĐỊNH NĂNG LƯỢNG HOẠT HÓA CỦA PHẢN ỨNG I. MỤC ĐÍCH : Trong bài thực tập này, chúng ta khảo sát vận tốc phản ứng thủy phân ester acetate etyl, có acid vô cơ làm xúc tác ở hai nhiệt độ khác nhau, từ đó xác định năng lượng hoạt hóa Ea của phản ứng. II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Việc xác định năng lượng hoạt hóa dựa vào phương trình Arrhenius : E E E E d ln k = a 2 ⇒ d ln k = a 2 dT ⇒ ∫ d ln k = ∫ a 2 dT ⇒ ln k = − a + k * dT RT RT RT RT ⇒ log k = − Ea + lg k * 2,303RT (1) - 36 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH Hệ thức trên giúp xác định năng lượng hoạt hóa E a và trị số k * . Đo k ở nhiều nhiệt độ T khác nhau, vẽ đường biểu diễn của log k theo thẳng mà hệ số góc là: − 1 , ta có đường T Ea và tung độ góc là log k * . 2,303RT Thông thường những phản ứng có cơ chế giống nhau, thực hiện trong điều kiện thí nghiệm như nhau, có trị số Ea gần như nhau : Khi biết được Ea , chúng ta có thể phỏng tính k2 ở nhiệt độ T2 nếu biết được k1 ở nhiệt độ T1. Từ hệ thức (1) suy ra : log Ea 1 1 k2 =− − ÷ k1 2,303.R T2 T1 (2) Trong bài thí nghiệm này, ester được chọn là acetat etyl CH 3COOC2 H 5 hay RCOOR′ . R − COO − R′ + H 2O ↔ R − COOH Ester Nước + R ′OH Acid hữu cơ Rượu Đối với dung dịch loãng, do lượng nước dư, nên phản ứng thủy phân này xảy ra có thể coi như ester phản ứng hết nhưng rất chậm. Nếu có xúc tác ion H + thì phản ứng xảy ra nhanh hơn, vì vậy để rút ngắn thời gian phản ứng người ta thực hiện sự thủy phân trong môi trường acid. + H R − COO − R′ + H 2O ‡ˆ ˆˆ ˆ† ˆˆ Ester Nước R − COOH Acid hữu cơ + R ′OH Rượu Vì acid cũng được tạo thành trong quá trình phản ứng nên đây là phản ứng tự xúc và điều này làm cho quá trình phức tạp thêm. Tuy nhiên, nếu nồng độ acid vô cơ ban đầu cao thì sự tăng nồng độ ion H + do acid hữu cơ tạo ra coi như không đáng kể. Trong giai đoạn đầu của phản ứng, nồng độ của acid CH 3COOH và rượu C2H5OH hiện diện rất ít nên phản ứng thuận nghịch coi như không đáng kể. - 37 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH Phương trình động học có dạng như sau (phản ứng bậc 1 đối với ester, bậc không đối với nước, bậc 1 toàn phần) : d [ RCOOR ′] = k1 [ RCOOR ′] dt Đây là phản ứng bậc một nên : log( a − x) = − k1t + log a 2,303 (3) a : nồng độ đầu của acetat etyl. a-x : nồng độ của acetat etyl ở thời điểm t. Theo dõi tốc độ phản ứng bằng cách định phân lượng acid CH 3COOH sinh ra tại từng thời điểm. Gọi V∞ là thể tích dung dịch NaOH cần dùng để chuẩn độ 10ml mẫu lúc phản ứng đã xảy ra hoàn toàn. Gọi V0 là thể tích dung dịch NaOH cần dùng để chuẩn độ 10ml mẫu lúc bắt đầu phản ứng. Gọi Vt là thể tích dung dịch NaOH cần dùng để chuẩn độ 10ml mẫu ở thời điểm t. Vì thể tích tỉ lệ với nồng độ nên phương trình (3) có dạng : log(V∞ − Vt ) = − k1t + log(V∞ − V0 ) 2,303 Vẽ đường biểu diễn log(V∞ − Vt ) theo biến số t, có đường thẳng, có độ dốc hay hệ số góc bằng k1 , tung độ gốc là log(V∞ − V0 ) từ đó ta tính ra được hằng 2,303 số vận tốc phản ứng k1 từ nhiệt độ T1. III. TIẾN TRÌNH THÍ NGHIỆM : 1. Thực hiện phản ứng ở 300C : Bật máy điều nhiệt và chọn nhiệt độ 30oC. Lấy pipet 5 mL hút 5 mL ester acetat etyl vào bình định mức 100 mL; dùng ống đong 100 mL lấy 100 Ml dung dịch HCl 0,2N vào bercher 150 mL rồi để cả 2 vào bể điều nhiệt. Khoảng 10 phút, lấy bercher HCl cho vào bình định - 38 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH mức tới đúng vạch. Ghi nhận thời điểm to (khi vửa cho HCl vào ester, coi như bắt đầu có sự thủy phân xảy ra). Lắc đều hỗn hợp vài lần rồi để vào máy điều nhiệt ở 300C. Sau đó khoảng 5 phút (tính từ t 0), dùng pipet 10 mL hút nhanh 10 mL dung dịch cho vào erlen 250 mL có chứa sẵn 50 mL nước cất đã được ngâm đá lạnh trước để ngưng phản ứng. Ghi nhận thời điểm t1 (t1 = 5 phút). Định phân acid HCl bằng dung dịch NaOH 0,1N với chất chỉ thị phenolphtalein đến khi xuất hiện màu hồng nhạt. Ghi nhận thể tích t 1 ở thời điểm t1. Sau 10 phút lặp lại sự định phân như trên 6 lần nữa, t 2 là thời gian tính từ to, tương tự đối với các điểm còn lại. Lập bảng số liệu : t (phút) t1 = 05 t2 = 15 t3 = 25 t4 = 35 t5 = 45 t6 = 55 Vt (ml) V1 V2 V3 V4 V5 V6 V∞ V∞ - Vt lg(V∞ - Vt) 2. Thực hiện phản ứng ở 40oC. Làm tương tự như trên nhưng ở 40oC. IV. TÍNH TOÁN KẾT QUẢ : Cách tính toán: Giá trị V∞ có thể xác định trực tiếp từ phép chuẩn độ. Tuy nhiên, ở thời điểm cuối của phản ứng còn có sự hiện diện của 1 lượng đáng kể acetate etyl không bị thủy phân. Mặt khác, trong sự định phân, thể tích dung dịch NaOH thêm vào để trung hòa cả hai acid HCl và CH3COOH sinh ra, nên : V∞ = Vt ' + Vt ' 1 2 Trong đó : Vt ' : là thể tích dung dịch NaOH (0,1N) cần định phân HCl trong 10mL 1 mẫu hỗn hợp ở thời điểm t, không đổi. (Chú ý là trong 100 mL dung dịch trong bình cầu định mức coi như gồm 5 mL ester và 95 mL dung dịch HCl 0,2N) - 39 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch ⇒ Vt ' .0,1 1 1000 = Thực tập Hóa Lý - CNHH 0, 2.95.10 1000.100 Vt ' : là thể tích dung dịch NaOH (0,1N) cần định phân CH3COOH trong 2 10mL mẫu hỗn hợp ở thời điểm phản ứng hoàn toàn. Cách tính Vt2' : Gọi d, M : là khối lượng riêng và phân tử khối của acetate etyl. Ta có số mol của acetate etyl ở thời điểm t0 trong bình phản ứng là : n0 = 5 ( ml ) .d ( g / ml ) . M ( g / mol ) Ở thời điểm t0 , số mol acetate etyl có trong 10ml hỗn hợp được hút ra là : n= 5.d 10 M 100 Khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, số mol acid CH3COOH bằng số mol acetate etyl ban đầu. Do chuẩn độ bằng dung dịch NaOH 0,1N nên ta được : 5.d 10 Vt2' . .0,1 5000.d = ⇒ Vt ' . = 2 M 100 1000 M (Mester = 88, d = 0,897 g/ml) Từ số liệu tính toán vẽ đường biễu diễn log(V∞ − Vt ) theo biến số t và xác định hằng số vận tốc phản ứng k1 ở 300C. Tương tự k2 ở 400C. Sau khi biết k1 ở T1 (30 + 273)0K, biết k 2 ở T2 (40 + 273)0K. Ta tính năng lượng hoạt hóa E a của phản ứng thủy phân ester acetate etyl. log Ea 1 1 k2 =− − ÷ k1 2,303.R T2 T1 1. Phản ứng ở 300C : Bảng số liệu : t (phút) t1 = 05 t2 = 15 t3 = 25 t4 = 35 Vt (ml) V1 = 16,57 V2 = 17,66 V3 = 18,55 V4 = 19,25 V∞ 69.97 V∞ - Vt 53.40 52.31 51.42 50.72 lg(V∞ - Vt) 1.728 1.719 1.711 1.705 - 40 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH t5 = 45 V5 = 20,10 t6 = 55 V6 = 20,80 Trong đó : 49.87 49.17 1.698 1.692 V∞ = Vt ' + Vt ' 1 2 Vt ' : là thể tích dung dịch NaOH (0,1N) cần định phân HCl trong 10mL 1 mẫu hỗn hợp ở thời điểm t, không đổi. Vt ' : là thể tích dung dịch NaOH (0,1N) cần định phân CH 3COOH trong 2 10mL mẫu hỗn hợp ở thời điểm phản ứng hoàn toàn. Tìm Vt1' : Hỗn hợp trong bình cầu gồm : 5 mL ester và 95 mL dung dịch HCl 0,2N Trong 100ml 95ml HCl Lấy ra 10ml ? ml HCl Thể tích HCl trong mẫu là : VHCl = 10.95 = 9,5ml 100 Thể tích NaOH cần định phân HCl là : C NaOH .VNaOH = CHCl .VHCl ⇒ VNaOH = Vt ' = 1 CHCl .VHCl 9,5.0, 2 = = 19ml C NaOH 0,1 Tìm Vt2' : Vt ' . = 2 5000.d 5000.0,897 = = 50,97 ml M 88 ⇒ V∞ = 50,97 + 19 = 69,97 ml Đường biễu diễn log(V∞ − Vt ) theo biến số t : - 41 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH Ta có : log(V∞ − Vt ) = − ⇒ − k1t + log(V∞ − V0 ) 2,303 k1 = −0,0007 ⇒ k1 = 0,0016 2.303 2. Phản ứng ở 400C : Bảng số liệu : t (phút) t1 = 05 t2 = 15 t3 = 25 t4 = 35 t5 = 45 t6 = 55 Vt (ml) 16.7 18.5 19.7 21 23.1 25.5 V∞ 69.97 V∞ - Vt 53.40 52.31 51.42 50.72 49.87 49.17 lg(V∞ - Vt) 1.728 1.719 1.711 1.705 1.698 1.692 Đường biễu diễn log(V∞ − Vt ) theo biến số t : Ta có : log(V∞ − Vt ) = − k 2t + log(V∞ − V0 ) 2,303 - 42 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch ⇒ − Thực tập Hóa Lý - CNHH k2 = −0,0015 ⇒ k2 = 0,0035 2.303 Năng lượng hoạt hóa Ea lg Ea 1 1 k2 =− − ÷ k1 2.303R T1 T2 k2 0.0035 8.314 × log k1 0.00161 = −26591, 26 ( J / mol ) =− ð Ea = − 1 1 1 1 − − ÷ T T ÷ 303 313 1 2 R log BÀI 7: XÚC TÁC ĐỒNG THỂ - PHẢN ỨNG PHÂN HỦY H2O2 I. MỤC ĐÍCH : Xác định hằng số phản ứng k, bán sinh phản ứng (chu kỳ bán hủy) τ và năng lượng kích động (năng lượng hoạt hóa) Ea của phản ứng phân hủy H2O2, có ion Cu2+ làm xúc tác. II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT : H2O2 tự phân hủy theo phương trình : H 2O2 → H 2O + 1 O2 ↑ 2 Phản ứng phân hủy trên xảy ra nhanh hơn khi có hiện diện chất xúc tác Pt hay muối của các kim loại chuyển tiếp như Cu2+, Fe3+, Cr3+, Ni2+ … Phản ứng phân hủy H2O2 xảy ra qua hai giai đoạn : Giai đoạn 1 : HOOH O2 + 2H (chậm) - 43 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Giai đoạn 2 : HOOH 2H2O2 Thực tập Hóa Lý - CNHH + 2H 2H2O + 2H2O (nhanh) O2 Vận tốc phản ứng được xác định căn cứ vào giai đoạn chậm, do đó phản ứng phân hủy H2O2 có bậc 1 theo H2O2 và bậc 1 tồng quát (toàn phần). III. THỰC HÀNH : 1. Thực hiện phản ứng ở 300C : Dùng pipet 1 mL hút 1 mL dung dịch H 2O2 30% cho vào erlen. Dùng ống đong 20 mL lấy 19 mL nước cất cho tiếp lượng nước cất này vào erlen đã có sẵn 1 mL dung dịch H2O2. Dùng ống đong 10 mL lấy 10 mL dd CuSO4 10% cho vào một erlen khác. Đặt hai erlen này trong bình điều nhiệt (chỉnh ở 30 °C) khoảng 10 phút. Mục đích là để nhiệt độ mỗi dung dịch đều bằng nhiệt độ của môi trường của bình điều nhiệt (300C). Trộn lẫn hai erlen lại với nhau, lắc vài lần để trộn đều hỗn hợp, sau đó để tiếp erlen có chứa dung dịch sau khi trộn trong bình điều nhiệt, chú ý mực nước trong bình điều nhiệt phải cao hơn mực nước trong erlen. Sau đó dùng pipet 2 mL lấy 2 mL dung dịch trong erlen cho vào một erlen khác có chứa sẵn 3 mL dung dịch H2SO4 10%. Đem chuẩn độ dung dịch H2O2 này bằng dung dịch KMnO4 0,1 N. Ghi thời gian t = 0 khi nhỏ giọt dung dịch KMnO 4 nhỏ vào erlen. Đáng lẽ ghi thời gian t = 0 khi trộn chất xúc CuSO 4 vào dung dịch H2O2. Tuy nhiên ta khảo sát sự phân hủy H 2O2 với sự hiện diện của Cu 2+ làm xúc tác, nên ta quy ước thời điểm nào bằng không cũng được và theo dõi sự còn lại của H 2O2 từ thời điểm t = 0 này. Sự định phân dừng khi giọt cuối dung dịch KMnO 4 từ buret cho vào dung dịch làm cho dung dịch từ không màu biến thành màu tím nhạt. Lúc này trong erlen không còn H 2O2. Giọt dư KMnO4 làm cho dung dịch từ không màu biến thành màu tím nhạt. 5 H 2O2 + 2 KMnO4 + 3H 2 SO4 → 5O2 + 2MnSO4 + K 2 SO4 + 8H 2O Sau 5, 10, 15, 20, 25 và 30 phút kể từ thời điểm t = 0, ta lại lấy 2 mL dung dịch H2O2 trong bể điều nhiệt để cho vào erlen có chứa sẵn 3 mL dung dịch - 44 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH H2SO4 10%, đem chuẩn độ bằng dung dịch KMnO4 0,1N. Ghi nhận thể tích KMnO4 đã phản ứng vừa đủ ở các thời điểm trên. 2. Thực hiện phản ứng ở 400C : Tiến hành thí nghiệm tương tự như trên, nhưng thực hiện ở 40 0C (chỉnh nhiệt độ bình điều nhiệt ở 400C hay 1040F). IV. KẾT QUẢ : 1. Tính hằng số vận tốc phản ứng k ở mỗi thời điểm 300C và 400C : Vì phản ứng phân hủy H2O2 là phản ứng bậc 1 có phương trình động học là: log ( a − x ) = − k t + log a hay ln C = −kt + ln C0 : 2,303 Với : a là nồng độ đầu của H2O2 (a – x) là nồng độ của H2O2 ở thời điểm t Vì nồng độ H2O2 bị phân hủy tỉ lệ với thể tích KMnO4 đã dùng nên ta có thể căn cứ vào thể tích để xác định k. 0 ln VKMnO4 = − kt + log VKMnO 4 • Ở 300C : Thể tích KMnO4 đã phản ứng : Thời gian (t, phút) VKMnO4 ( ml ) LnVKMnO4 5 22 3,09 10 21 3,04 15 20,5 3,02 20 20,4 3,02 25 19 2,94 30 18,5 2,92 Dựa vào bảng số liệu ta vẽ đồ thị thể hiện sự phụ thuộc của LnVKMnO4 theo thời gian t. Ta sẽ được đường thẳng có hệ góc là –k , từ đây xác định được k ở mỗi nhiệt độ : - 45 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Hằng số vận tốc phản ứng : − k1 = −0,0067 ⇒ Thực tập Hóa Lý - CNHH k1 = 0,0067 • Ở 400C : Thể tích KMnO4 đã phản ứng : Thời gian (t, phút) VKMnO4 ( ml ) 5 19 10 15,5 15 13,6 20 12,2 25 10,6 30 9,6 LnVKMnO4 3,09 3,04 3,02 3,02 2,94 2,92 Dựa vào bảng số liệu ta vẽ đồ thị thể hiện sự phụ thuộc của LnVKMnO4 theo thời gian t. Ta sẽ được đường thẳng có hệ góc là –k , từ đây xác định được k ở mỗi nhiệt độ : - 46 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH − k2 = −0,0266 ⇒ k2 = 0,0266 Hằng số vận tốc phản ứng : 2. Tính năng lượng hoạt hóa Ea của phản ứng : Công thức Arrhenius : ln E 1 1 k2 =− a − ÷ k1 R T2 T1 k2 T1.T2 .R. ÷ (1) k1 T1 − T2 ⇒ Ea = − ln Với k1 = 0,0067 (phút) là vận tốc phản ứng ở 300C k2 = 0,0266 (phút) là vận tốc phản ứng ở 400C T1 = 30 + 273 = 3030K ; T2 = 40 + 273 = 3130K Thay vào (1) ta sẽ tính được năng lượng hoạt hóa Ea : ⇒ Ea = − ln 0,0266 303.313 .8,314. ÷ = 108717,5 ( J ) = 108,7175 ( KJ ) 0,0067 303 − 313 3. Tính bán sinh (chu kì bán hủy) • Ở 300C : τ 300 C = • Ở 40 C : τ 400 C = 0 τ của phản ứng phân hủy H2O2 : 0,693 0,693 = = 103, 4 phút −1 k1 0,0067 ( 0,693 0,693 = = 26,1 phút −1 k2 0,0266 ( ) ) BÀI 8: XÁC ĐỊNH ∆G , ∆H VÀ ∆S CỦA MỘT PHẢN ỨNG ĐIỆN HÓA - 47 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch I. Thực tập Hóa Lý - CNHH MỤC ĐÍCH : Xác định những đặc tính nhiệt động học bằng kỹ thuật điện hóa. II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT : Nhiệt động học có liên quan đến sự thay đổi năng lượng diễn ra trong quá trình hóa học và vật lý. Những nguyên lý cơ bản cho sự thay đổi năng lương này gồm : - Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động học (trạng thái bảo toàn năng lượng): Năng lượng không tự nhiên sinh ra cũng không tự mất đi mà chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác, nhưng năng lượng toàn phần của hệ không đổi. Trong các phản ứng hóa học, diễn ra sự sắp xếp lại các nguyên tử và electron dẫn đến sự hình thành chất mới. đồng thời các chất cũng tương tác với môi trường xung quanh và chính điều này đã làm thay đổi điện thế hóa học của hệ. Lượng nhiệt tỏa ra hoặc cần cung cấp bằng biến thiên Entalpi của hệ : ∆H = Hcuối –Hđầu - Nguyên lý thứ hai nhiệt động học : liên quan đến quá trình tự diễn ra của một hệ hóa học. Nguyên lý này được thành lập trên cơ sở quan sát những quá trình diễn ra một chiều và không diễn ra theo chiều ngược lại. Ví dụ bạn làm rơi một quyển sách xuống sàn nhà, quyển sách này không tự trở lại tay bạn. Điều này dược áp dụng vào trong hóa học hoặc trong vật lý. Một quá trình tự diễn ra liên quan đến độ xáo trộn hay mất trật tự của một hệ. Nhiệt động học đã minh họa nó một cách định lượng bằng Entropi S. Sự thay đổi Entropi tuân theo phương trình : ∆S = Scuối – Sđầu - Năng lượng tự do : một quá trình tự diễn ra ở nhiệt độ và áp suất không đổi thì sự biến đổi năng lượng tự do được minh họa bằng phương trình : ∆G = ∆Η − T .∆S (1) Dấu hiệu của ∆ G liên quan đến một phản ứng tự diễn biến: o ∆GT , p < 0 : phản ứng diễn ra theo chiều thuận, chiều tự diễn biến là chiều giảm năng lượng tự do ở điều kiện đẳng áp. o ∆GT , p = 0 : phản ứng đạt trạng thái cân bằng. - 48 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH o ∆GT , p > 0 : phản ứng không xảy ra, trên nguyên tắc, nó xảy ra theo chiều ngược lại. Giá trị ∆G, ∆Η, ∆S chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối của hệ, chứ không phụ thuộc vào cách biến đổi của quá trình. Do đó G, H, S là các hàm số trạng thái. Việc nghiện cứu những phản ứng điện hóa cho ta cho ta những phương pháp đơn giản và trực tiếp cho việc xác định các giá trị nhiệt động học bởi vì năng lượng điện hóa có thể sinh ra hoặc tiêu thụ cho một phản ứng điện hóa có thể đo được rất chính xác. Sự thay đổi năng lượng tự do của một phản ứng điện hóa liên quan đến điện thế E của hệ điện hóa : ∆G = − nFE (2) n : là số electron trao đổi cho 1 mol chất phản ứng. F : là hằng số Faraday = 96500 coulombs (điện tích của 1 mol điện tử). Nếu điện thế được đo ở những nhiệt độ khác nhau, sự thay đổi Entropi ở áp suất không đổi được biểu diễn bằng phương trình : Thế (2) vào (3) : Từ (4) ta thấy −∆S = d ( ∆G ) dT −∆S = d ( − nFE ) ⇒ dT ( 3) ∆S = nF dE dT (4) dE là hệ số góc của đồ thị sự phụ thuộc điện thế E vào nhiệt độ. dT Trong thí nghiệm này, chúng ta khảo sát một hệ điện hóa gồm hai điện cực Zn 2+ / Zn và Cu 2+ / Cu tiếp xúc nhau qua một cầu muối KCl bão hòa. - 2e- ƒ Zn2+ (quá trình oxi hóa xảy ra ở anod, cực âm của pin) Cu2+ + 2e- ƒ Cu (quá trình khử xảy ra ở catod,cực dương của pin) Cu2+ + Zn ƒ Cu + Zn Zn2+ Sự phụ thuộc của E vào nồng độ và nhiệt độ, … được xác định bằng phương trình Nernst : - 49 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch 0 E pu = E pu − Thực tập Hóa Lý - CNHH RT asp ln nF atc ( 5) Trong hầu hết các trường hợp, hoạt độ được thay thế bởi nồng độ. Phương trình (5) được viết : 0 E pu = E pu − [ sp ] 0,0591 log n [ tc ] ( 6) Khi nồng độ [Zn2+] và [Cu2+] trong dung dịch như nhau thì log [ sp ] = 0 . Trong [ tc ] điều kiện này, thế E của pin bằng với E0. Từ E dựa vào (2) ta tính được ∆G . Ngoài ra ở thí nghiệm này, giá trị thế cũng được đo ở nhưng nhiệt độ khác nhau. III. TIẾN TRÌNH THÍ NGHIỆM : 1. Chuẩn bị cầu muối : Hòa tan 100 mg agar – agar và 500 mg KNO 3 vào 5 mL H2O, đun nhẹ cho hỗn hợp chảy lỏng ra. Dùng ống hút Pasteur cho dung dịch còn nóng vào một ống thủy tinh hình chữ U. Dung dịch sẽ tạo gel trong khoảng 10 đến 15 phút (khi nguội). 2. Chuẩn bị dung dịch và điện cực : - Chuẩn bị 7 mL mỗi dung dịch CuSO4 0,5 M và ZnSO4 0,5 M. - Cắt 2 miếng kim loại Zn và Cu có dạng hình chữ nhật 5 x 40 mm. 3. Tạo hệ điện cực phản ứng : 4. Khảo sát ảnh hưởng của điện thế vào nhiệt độ - Ở nhiệt độ nước lạnh, ngâm hệ trong chậu nước (lấy nước ở vòi) cho đến khi hệ đã cân bằng nhiệt (khoảng 10 phút), ghi nhiệt độ dung dịch muối của pin và giá trị sức điện động đọc trên vôn kế. - Làm lạnh hệ trong chậu nước đá, khi hệ đã cân bằng nhiệt (khoảng 10 phút), ghi nhiệt độ dung dịch muối của pin và giá trị sức điện động đọc trên vôn kế. - Làm nóng hệ đến 50oC, (bằng bình điều nhiệt hoặc bằng cách ngâm hệ pin trong môi trường nước nóng pha ở 52 0C, lúc này đọc trị số sức điện động - 50 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH trên volt kế) khi hệ đã cân bằng nhiệt (khoảng 10 phút), ghi nhiệt độ dung dịch muối của pin và giá trị sức điện động đọc trên vôn kế. - Có thể đọc thêm ở nhiệt độ khác, lưu ý chỉ đọc khi hệ đã cân bằng nhiệt. IV. TÍNH TOÁN KẾT QUẢ : Bảng số liệu thực nghiệm : Nhiệt độ (0C) 4 9 26,5 50 Điện thế E (V) 1,167 1,192 1,206 1,215 Đồ thị sự phụ thuộc của E vào nhiệt độ : Từ đồ thị ta có : ∆S = nF dE = 0,0009 dT dE = 2.96500.0,0009 = 173,7 ( J / mol ) dT Tính ∆G , ∆H : Ví dụ tính ∆G , ∆H ở nhiệt độ 26,50C : ∆G = − nFE = −2.96500.1,026 = −198018 ( J ) ∆H = ∆G + T .∆S = −198018 + (26,5 + 273).173,7 = −145995,85 ( J ) Ở các nhiệt độ còn lại làm tương tự, ta có bảng kết quả sau : - 51 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Nhiệt độ (0C) 4 9 26,5 50 Thực tập Hóa Lý - CNHH Điện thế E (V) 1,167 1,192 1,206 1,215 ∆G ( J ) 225231 230056 232758 234495 Thông số nhiệt động ∆H ( J ) ∆S ( J / mol ) 177116,10 181072,60 180734,85 178389,90 173,7 Trả lời câu hỏi : 1. Trong nguyên tố Galvani : ( +) Sơ đồ pin: ( − ) M / M n+ ( C1 ) / / N m+ / N ( C2 ) - Tại cực âm - anod xảy ra quá trình oxi hóa : M − ne ƒ M n+ - Tại cực dương - catod xảy ra quá trình khử : N − me ƒ N m+ - Dòng electron sinh ra chạy từ cực âm sang cực dương và dòng điện chạy từ cực dương sang cực âm. 2. Một pin Cu – Pb cho kết quả thí nghiệm sau : t (0C) 26,5 2,5 80 E (Volt) 0,465 0,454 0,493 Tính ∆G , ∆H và ∆S ở 26,50C : Từ bảng số liệu ta vẽ đồ thị thể hiện sự phụ thuộc của E vào nhiệt độ t : Từ đồ thị ta có : dE = 0.0005 dT Tính giá trị Entropi : ∆S = nF dE = 2.96500.0,0005 = 96,5 ( J / mol ) dT - 52 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH Tính ∆G, ∆Η ở nhiệt độ 26,50C : ∆G = − nFE = −2.96500.0, 465 = −89745 ( J ) ∆Η = ∆G + T .∆S = −89745 + (26,5 + 273).96,5 = −60843, 25 ( J ) 3. Từ các kết quả trên cho thấy các phản ứng đều tự diễn tiến theo chiều thuận vì ∆ G < 0, trong đó ở nhiệt độ 80oC phản ứng diễn ra nhanh nhất. BÀI 9: NGHIÊN CỨU CÂN BẰNG HẤP PHỤ TRÊN RANH GIỚI PHA RẮN – LỎNG TỪ DUNG DỊCH I. MỤC ĐÍCH : - 53 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH Khảo sát sự hấp thụ acid acetic trong dung dịch trên than hoạt tính và thiết lập đường đẳng nhiệt hấp phụ tương ứng. II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT : Danh từ hấp phụ là dùng để mô tả hiện tượng trong đó một chất nào đó (dưới dạng phân tử, nguyên tử hay ion) có khuynh hướng tập trung trên bề mặt phân chia pha nào đó. Trong truờng hợp chất hấp phụ rắn thường thì chất có bề mặt riêng (tổng diện tích trên 1 g chất rắn) rất lớn, có giá trị khoảng 10 – 1000 m 2/g. Các chất hấp phụ rắn thường dùng là: than hoạt tính, silicagel (SiO 2), alumin (Al2O3), zeolit, … Trong sự hấp thụ trên bề mặt hất phụ rắn, nguyên nhân chủ yếu của sự hấp phụ là do năng lượng dư trên ranh giới bề mặt phân chia pha rắn – khí hay rắn - lỏng. Các lực tương tác trong hấp phụ này có thể là lực Van der Waals (hấp phụ hóa học) hay cả hai loại tương tác trên cùng tác dụng. Lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố như : − Bản chất của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. − Nồng độ của chất tan. − Nhiệt độ, … Thực hiện thí nghiệm ở nhiệt độ không đổi, ta có thể đo được số mmol chất bị hấp phụ trên 1 gam chấp phụ rắn (a) ở các nồng độ khác nhau (C). Đường biểu diễn a theo C gọi là đường đẳng nhiệt hấp phụ. Một số phương trình thực nghiệm và lý thuyết đã sử dụng để biểu thị các đường đẳng nhiệt hấp phụ : Freundlich, Langmurir, BET, … Sự hấp phụ trên bề mặt phân chia dung dịch lỏng – rắn tuỳ theo đặc điểm cùa chất bị hấp phụ có thể chia thành hai loại : hấp phụ phân tử trung hoà và hấp phụ chất điện ly. Trong bài này, chúng ta nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ chất tan CH3COOH lên độ hấp phụ của nó trên than hoạt tính ở nhiệt độ không đổi trong dung môi nước. - 54 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH Hấp phụ của acid cacboxylic từ dung dịch nước thuộc loại hấp phụ phân tử và the nhiều nghiên cứu nó tỏ ra là hấp phụ lớp đơn. Ngoài ra, cả nước và axit đều không hoà tan trong thanh hoạt tính, do đó có thể bỏ qua sự hấp phụ vào trong lòng chất rắn. Độ hấp phụ a (mmol/g) lên bề mặt than có thể tính từ công thức : a= C0 − C .V .1000 m C0, C : là nồng độ đầu và nồng độ tại cân bằng hấp phụ của dung dịch acid acetic (mol/L). Định phân dung dịch CH 3COOH trước và sau khi bị hấp phụ bằng dung dịch NaOH 0,1N, ta xác định được C 0 và C. C ở đây được tính bằng đLg/L (cũng là nồng độ mol/L, vì ν = 1 , vì 1 mol CH3COOH chứa 1 đương lượng gam CH3COOH). V : thể tích dung dịch trong đó xảy ra sự hấp phụ : V = 100 mL = 0,1L). m : khối lượng chất hấp phụ (m = 3 gam than hoạt tính). Để xác định độ hấp phụ, ta cho vào bình một thể tích dung dịch V như nhau nhưng với nồng độ khác nhau của CH3COOH và những khối lượng m (g) chính xác chất hấp phụ. Xác dịng nồng độ chất tan trước khi chó chất hấp phụ (C0) và nồng độ sau khi đạt cân bằng hấp phụ (C). (Bằng cách định phân bằng dung dịch NaOH 0,1N, dùng chất chỉ thị màu phenolptalein). Trong dung dịch loãng bỏ qua sự hấp phụ của dung môi. Từ những kết quả thực nghiệm, dựng đồ thị a = f(C) – đường đẳng nhiệt hấp phụ. Với những trường hợp hấp phụ đơn lớp trên chất ít xốp, dạng đường cong hấp phụ đẳng nhiệt có thể có tương ứng khá tốt với phương trình Langmuir. θ= a amax = a kC thay θ = ta sẽ thu được : amax 1 + kC kC 1 + kC ⇒ ⇒ amax kC = a ( 1 + kC ) ⇒ C 1 + kC = a amax k C C 1 = + a amax kamax - 55 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH Từ đó ta có thể xác định a max và kL theo đồ thị (Vẽ đường biễu diễn của hàm số C/a theo C, được đường thẳng có độ dốc hay hệ số góc bằng 1/a max , tung độ gốc bằng 1/kamax. Từ đó xác định được amax và kL) Đường đẳng nhiệt hấp phụ trên những chất có độ xốp cao và ở khoảng nồng độ loãng trung bình được mô tả khá tốt bởi phương trỉnh kinh nghiệm Freundlich : a = k .C 1 n hay 1 log a = log C + log k n Vẽ log a theo logC, dược dường thẳng có hệ số góc là 1/n, tung độ gốc logk. Do đó có thể xác định hằng số kinh nghiệm k F và n từ số liệu thực nghiệm. III. TIẾN TRÌNH THÍ NGHIỆM : Từ dung dịch CH3COOH 2M pha loãng trong bình nón thành những dung dịch có nồng độ như sau : Bình V dung dịch (mL) Nồng độ (mol/L) 1 200 0.03 2 200 0.06 3 200 0.09 4 200 0.12 5 200 0.15 6 200 0.2 Áp dụng công thức pha loãng Ct .Vt = Cs .Vs để tính thể tích dung dịch CH3COOH 2M cần lấy để pha thành 200 mL dung dịch muốn pha. Thí dụ muốn có 200 mL dung dịch CH3COOH 0,03M từ dung dịch CH3COOH 2M thì : 2.V = 0,03.200 ⇒ VCH3COOH = 0,03.200 = 3 ( mL ) , 2 Nghĩa là dùng pipet hút hay ống đong để lấy 3 mL dung dịch CH 3COOH 2M sau đó cho nước cất cho dến 200 mL, ta sẽ thu được 200 mL dung dịch CH3COOH 0,03M. Để có được nồng độ chính xác của acid phải chuẩn độ lại ding dịch axit đã pha bằng dung dịch NaOH với thuốc thử phenolphtalein. Dùng ống hút lấy 20ml ở bình 1, 2, 3 và 10ml ở bình 4,5,6 để chuẩn độ. Mỗi bình chuẩn độ 3 lần. - 56 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH Cân chính xác 3 gam than hoạt tính đã nghiền nhỏ cho vào mỗi erlen có chứa 100ml dung dịch acid đã chuẩn bị ở trên. Lắc kỹ trong 40 phút (dùng máy lắc). Để lắng 20 phút rồi lọc qua giấy lọc. Lấy nước lọc với lượng dư lần chuẩn độ trước ở mỗi bình để chuẩn bằng NaOH 0,1N. Từ hiệu thể tích trung bình của NaOH 0.1N giữa hai lần chuẩn độ trước và sau khi hấp phụ có thể tích được lượng acid đả bị hấp phụ bởi m gam than hoạt tính của 100ml dung dịch của từng bình. IV. TÍNH TOÁN KẾT QUẢ : Thể tích dung dịch CH3COOH 2M cần lấy để pha thành 200 mL dung dịch muốn pha: Bình V dung dịch (mL) Nồng độ (mol/L) Thể tích CH3COOH 2M cần lấy (mL) 1 200 0.03 3 2 200 0.06 6 3 200 0.09 9 4 200 0.12 12 5 200 0.15 15 6 200 0.2 20 Bảng số liệu thực nghiệm : Nồng độ đầu của acid acetic được tính theo công thức : 0 CCH = 3COOH Vtb NaOH .C NaOH VCH3COOH Nồng độ tại cân bằng hấp phụ của acid acetic : CCH 3COOH = Vtb NaOH .C NaOH VCH3COOH • Trước khi thêm than hoạt tính : Bình VCH3COOH (mL) VNaOH Lần 1 Lần 2 (mL) Lần 3 Vtb 0 C CH3COOH (đlg/L) 1 20 6.1 6.2 6.3 6.20 0.031 2 20 12.8 13 13 12.93 0.065 3 20 18.3 18.4 18.4 18.37 0.092 4 10 12.7 12.6 12.8 12.70 0.127 5 10 16.4 16.6 16.7 16.57 0.166 6 10 22.75 23 23 22.92 0.229 • Sau khi thêm than hoạt tính : - 57 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Bình VCH3COOH (mL) VNaOH Lần 1 Lần 2 (mL) Lần 3 Vtb CCH3COOH (đlg/L) Thực tập Hóa Lý - CNHH 1 20 3 3 3 3.00 0.015 2 20 8.5 8.6 8.6 8.57 0.0428 3 20 13.5 13.6 13.5 13.53 0.0677 4 10 9.7 9.85 9.8 9.78 0.0978 5 10 13.4 13.5 13.6 13.50 0.135 6 10 19.4 19.4 19.5 19.43 0.1943 Độ hấp thụ a (mmol/g) lên bề mặt than : a= C0 − C .V .1000 m V : thể tích dung dịch trong đó xảy ra sự hấp phụ (lít) V = 100 mL = 0,1 L m : khối lượng chất hấp phụ (gam) m = 3 gam than hoạt tính Bình a C C/a logC loga 1 0.5333 0.015 0.0281 -1.824 -0.273 2 0.7278 0.043 0.0589 -1.368 -0.138 3 0.8056 0.068 0.0840 -1.170 -0.094 4 0.9722 0.098 0.1006 -1.010 -0.012 5 1.0222 0.135 0.1321 -0.870 0.010 6 1.1611 0.194 0.1674 -0.711 0.065 Đồ thị đường đẳng nhiệt hấp phụ a = f(C) : Xử lý theo phương trình Langmuir C/a = f(C) : Đường biễu diễn của C/a theo C : - 58 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH Dựa vào đồ thị ta xác định được amax và kL : Từ phương trình Langmuir : ⇒ 1 amax C 1 1 = C+ a amax kamax = 0.762 ⇒ amax = ⇔ C = 0.762C + 0.025 a 1 = 1.312 ( mmol / g ) 0.762 1 1 1 = 0.025 ⇒ k L = = = 30.48 kamax amax .0.025 1.312 x0.025 Xử lý theo phương trình kinh nghiệm Freundlich loga = f(logC) : Đường biễu diễn của loga theo logC : - 59 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH Dựa vào đồ thị ta xác định được n và kF : Từ phương trình kinh nghiệm Freundlich : 1 log a = log C + log k n ⇒ ⇔ log a = 0.3048log C + 0.2793 1 1 = 0.3048 ⇒ n = = 3.28 n 0.3048 log k = 0.2793 ⇒ k F = 100.2793 = 1.9 Nhận xét : Vậy độ hấp phụ axit axetic của than hoạt tính tỉ lệ thuận với nồng độ axit axetic. Khi nồng độ axit axetic tăng dần thì độ hấp phụ cũng tăng dần. BÀI 10 : KHẢO SÁT MỘT SỐ HỆ KEO I. MỤC ĐÍCH : Khảo sát sự keo tụ của Fe(OH)3 bằng chất điện ly và quan sát sự thẩm tích của keo qua màng bán thấm (bong bóng heo). II. THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ : 1. Điều chế keo Fe(OH)3 : Dùng ống đong lấy 200 mL nước cất cho vào Erlenmeyer (bình nón) 250 mL. đun sôi nước trên bếp điện cách lưới amian. Tắt bếp, them từng giọt dung dịch FeCl3 1N vào Erlenmeyer cho đến khi hết 5 mL. Ta được keo dương Fe(OH)3 màu nâu sẫm (trước đó dung dịch FeCl3 có màu vàng). FeCl3 + 3H2O ƒ Fe(OH)3 + 3HCl Bề mặt keo bị phản ứng một phần : Fe(OH)3 FeOCl + HCl ƒ ƒ FeO+ FeOCl + 2H2O + Cl- 60 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch mFe ( OH ) 3 Thực tập Hóa Lý - CNHH + nFeO + + nCl − x+ mFe ( OH ) .nFeO + ( n − x ) Cl − .xCl 3 ƒ micel keo dương Khi đã thêm hết 5 mL thì lấy keo ra khỏi bếp, để nguội trong không khí. 2. Keo tụ keo Fe(OH)3 bằng chất điện ly : Đặt 10 ống nghiệm vào giá đựng ống nghiệm. Cho vào các ống nghiệm thể tích các dung dịch hóa chất (mL) theo bảng sau : Ống nghiệm Keo Fe(OH)3 (mL) Nước cất (mL) Chất điện ly (mL) Nhận xét Chất điện ly K2SO4 Nhận xét 1 5 4.5 0.5 2 5 5 1 3 5 3.5 1.5 4 5 3 2 5 5 2.5 2.5 6 5 2 3 7 5 1.5 3.5 8 5 1 4 9 5 0.5 4.5 10 5 0 5 - - - - - - - - - - + + Chất điện ly KCl Chất điện ly là KCl 3 N. Lặp lại thí nghiệm với dung dịch chất điện ly K2SO4 0,01 N. Sau khi thêm chất điện ly, mỗi ống đều được lắc mạnh rồi để yên 15 phút. Sau đó quan sát rồi đánh dấu cộng “+” những ống bị keo tụ (ống bị đục), dấu trừ “-“ những ống không bị keo tụ (ống trong). Tính ngưỡng keo tụ cho mỗi chất điện ly, tức nồng độ của mỗi chất điện ly tối thiểu trong ống đủ gây nên keo tụ : ν .N .103 γ= V ν , N lần lượt là thể tích (mL) và nồng độ ban đầu (đlg/L) của chất điện ly ở ống đầu tiên bị keo tụ. V là tổng thể tích hoá chất trong ống nghiệm (10 mL). γ là ngưỡng keo tụ (mmol/l). • Kết quả : Đối với chất điện ly KCl bắt đầu xảy ra keo tụ ở ống nghiệm thứ 2 : Tính nguỡng keo tụ của chất điện ly là KCl 3 N : ν .N .103 1.3.103 γ= = = 300 ( mmol / L ) = 0,3 ( mol / L ) V 10 - 61 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH 3. Keo ưa lỏng : a. Điều chế : − Keo tinh bột : cân 0,5 gam tinh bột cho vào cốc (bercher) 250 mL đã chứa sẵn 100 mL nước cất. Đun nhẹ trên bếp điện, vừa đun vừa khuấy đều đến khi tinh bột tan hết. Nhắc xuống để nguội. − Keo albumin : lấy một lòng trắng trứng gà vào cốc 250 mL rồi thêm 100 mL nước cất, khuấy đều là được keo anbumin. b. Thẩm tích keo : Lấy 50 mL keo tinh bột cho vào túi thẩm tích (bằng màng bong bong heo). Thêm 10 mL dung dịch K2SO4 0,1N rồi nhúng túi vào cốc lớn chứa sẵn 500 mL nước cất, khuấy đều liên tục cốc nước bên ngoài túi khoảng 10 phút. Lấy vào 2 ống nghiệm, mỗi ống khoảng 10ml nước trong bình thẩm tích ở trên (nước bên ngoài bong bong). 2− − Ống 1 : dùng để nhận biết ion SO4 bằng dung dịch Ba2+ (dung dịch BaCl2). Kết quả thấy xuất hiện kết tủa màu trắng. Như vậy, ion SO 42- đã thẩm tích ra ngoài. Vì SO42- là một ion nên kích thước nhỏ do đó có thể khuếch tán qua màng bán thấm ra môi trường bên ngoài. − Ống 2 : Dùng để nhận biết tinh bột bằng dung dịch I 2 (nhằm biết ion SO22− , tinh bột có được thẩm tích ra khỏi màng bong bong heo hay không). Kết quả không thấy có hiện tượng. Như vậy, tinh bột không bị thẩm tích do tinh bột ở dạng dung dịch keo nên kích thước hạt to. Do đó không khuếch tán được qua màng bán thấm. c. Bọt : Lấy vào 3 ống đong 100 mL lần lượt 5, 10 và 15 mL keo anbumin. Thêm vào các ống lần lượt 15, 10 và 5 mL nước cất. Đậy nút, lắc kỹ mỗi ống 5 phút. Ghi thể tích hỗn hợp cả bọt khí trong mỗi ống. Thử độ bền của bọt trong mỗi ống bằng cách nhúng một vòng dây cao su vào mỗi ống. Nhắc từ từ vòng dây có màng keo ra ngoài. Ghi thời gian keo bị đứt. - 62 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH Kết quả và nhận xét : Ống nghiệm Ống 1 Ống 2 Ống 3 Thể tích (ml) 30 35 40 Thời gian (s) 10 12 15 Vậy : Dung dịch keo anbumin có khả năng tạo bọt tốt. Dung dịch albumin càng đậm đặc thì khả năng tạo bọt càng tốt và độ bền của bọt càng cao. - 63 - [...]... Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH BÀI 6 : KHẢO SÁT VẬN TỐC PHẢN ỨNG THỦY PHÂN ESTE – XÁC ĐỊNH NĂNG LƯỢNG HOẠT HÓA CỦA PHẢN ỨNG I MỤC ĐÍCH : Trong bài thực tập này, chúng ta khảo sát vận tốc phản ứng thủy phân ester acetate etyl, có acid vô cơ làm xúc tác ở hai nhiệt độ khác nhau, từ đó xác định năng lượng hoạt hóa Ea của phản ứng II CƠ SỞ LÝ THUYẾT Việc xác định năng lượng hoạt hóa dựa vào phương... 0,0062 0,0103 0,0073 21,07 Bình 6 Nồng độ Nồng độ đầu cân bằng 0 0,00295 0 0,0059 0,0135 0,0076 0,0165 0,0106 15,83 20,28 3 Bảng số liệu thực nghiệm ở 400C VNa 2S2O3 0, 01N ( ml ) Thời gian phản ứng (ph) Bình 2 Bình 4 Bình 6 - 14 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH 25 55 95 6,2 6.5 6,6 6,1 6,4 6,6 5,3 5.6 5,8 4 Bảng số liệu tính toán ở 400C Bình 2 Nồng độ Nồng độ đầu 0 0 0,015 0,015 I2 Fe2+... nhiệt trung bình của phản ứng : ⇒ ∆Η = − ln 22,02 303.313 8,314 = 7272 J / mol 0 K 20, 28 303 − 313 ( ) Bài 4: ĐỊNH LUẬT PHÂN BỐ VÀ CÂN BẰNG HÓA HỌC (The Nernst distribution law and chemical equiplibrium) I NGUYÊN TẮC : - 15 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH Một chất tan A hòa tan được cả trong hai dung môi D 1 và D2 Hai dung môi này không hòa tan vào nhau Khi cho chất tan A vào hỗn hợp hai... 1 2 ' 1 ' 2 (do định phân) ta tính 3− − được I , [ I 2 ] , I , thế vào biểu thức của Kcb trên, như vậy xác định được hằng số cân bằng của phản ứng khảo sát II THỰC HÀNH : - 18 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH − Lấy 2 bình lóng (phễu chiết) (1) và (2) Dùng ống đong 10 mL lấy 10 mL dung dịch I 2 / CCl4 cho vào bình lóng Cho tiếp vào bình (1) 100 mL nước cất − Cho vào bình (2)... 3− 0,064 K cb = = = 853,88 − −3 [ I 2 ] I 2, 028.10 ( 0,036 ) ( ) - 21 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH Bài 5: XÁC ĐỊNH BẬC PHẢN ỨNG I MỤC ĐÍCH : Xác định bậc riêng phần và bậc toàn phần (bậc tổng quát, bậc chung) của phản ứng : 2 Fe3+ + 2I − ƒ 2 Fe 2+ + I2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT : II − Để xác định bậc riêng của Fe3+ và I-, ta sử dụng phương pháp vi phân của Vant –Hoff − Vận tốc... tính được nồng độ của Fe 2+, Fe3+, Ilúc cân bằng và tính được hằng số cân bằng K C của phản ứng của mỗi bình ở - 12 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH nhiệt độ 300C, ta lấy trung bình cộng (chia tổng 3 trị số K C của ba bình cho 3), thu được K C ,30 2 Thực hiện phản ứng ở 400C : Tiến hành thí nghiệm tương tự như ở 300C, nhưng bật máy điều nhiệt ở 400C (hay 1040F) Từ đó ta tinh được hằng... cân bằng : I2 + I − ƒ I 3− I 3− K cb = [ I 2 ] I − I 3− , [ I 2 ] , I − : nồng độ mol/L của I 3− , I 2 , I − lúc đạt trạng thái cân bằng - 16 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH K cb : 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... trong lớp dung dịch nước bằng dung dịch Na2 S 2O3 đã biết nồng độ C1 : nồng độ I 2 trong CCl4 , được xác định bằng cách định phân I 2 bằng dung dịch Na2 S 2O3 - 17 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH Cho dung dịch KI (cung cấp I − và H 2O ) vào dung dịch I 2 trong CCl4 I 2 sẽ từ CCl4 phân bố vào nước và phản ứng với KI ( I − ) tạo KI3 ( I 3− ) Hỗn hợp (2) : ( I 2 ) CCl4 ƒ ( I 2 )... Na2S2O3 VNa2S2O3 VI 2 = 0,01.6, 4 = 0,0064 ( N ) 10 Nồng độ I2 lúc cân bằng, tính theo mol/L CI 2 = C N 0,0064 = = 0,0032 ( M ) 2 υ Nồng độ Fe2+ lúc cân bằng : - 13 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH Fe2+ = 2 [ I 2 ] = 2.0,0032 = 0,0064 ( M ) Nồng độ Fe3+ ban đầu : a 50 0 CFe3+ = CFeCl = 0,03 ÷ ÷ = 0,015 ( M ) 3 a + b 50 + 50 Nồng độ Fe3+ lúc cân bằng : Fe3+... dung dịch Na2 S 2O3 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) - 19 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH − Tám bình erlen 100 mL và ống đong 10 mL, làm xong, rửa sạch, tráng bằng cồn, treo lên giá III KẾT QUẢ : Bình (1) Lớp trên Lớp dưới Bình (1) I 2 / H 2O I 2 / CCl4 Nồng độ C1 : là nồng độ ... - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch Thực tập Hóa Lý - CNHH BÀI : KHẢO SÁT VẬN TỐC PHẢN ỨNG THỦY PHÂN ESTE – XÁC ĐỊNH NĂNG LƯỢNG HOẠT HÓA CỦA PHẢN ỨNG I MỤC ĐÍCH : Trong thực tập này, khảo sát vận tốc phản... ∆H VÀ ∆S CỦA MỘT PHẢN ỨNG ĐIỆN HÓA - 47 - GVHD : Th.s Lê Thị Bạch I Thực tập Hóa Lý - CNHH MỤC ĐÍCH : Xác định đặc tính nhiệt động học kỹ thuật điện hóa II CƠ SỞ LÝ THUYẾT : Nhiệt động học có... 2H2O2 Thực tập Hóa Lý - CNHH + 2H 2H2O + 2H2O (nhanh) O2 Vận tốc phản ứng xác định vào giai đoạn chậm, phản ứng phân hủy H2O2 có bậc theo H2O2 bậc tồng quát (toàn phần) III THỰC HÀNH : Thực