Bài giảng thực hành hóa đại cương KS trần thị tường vân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ CƠNG NGHỆ SINH HỌC BÀI GIẢNG THỰC HÀNH HĨA ĐẠI CƯƠNG KS TRẦN THỊ TƯỜNG VÂN Dùng cho sinh viên ngành Môi trường ngành Công nghệ sinh học Năm xuất 2009 MỤC LỤC Trang Bài Mở đầu Bài Kỹ thuật phịng thí nghiệm Bài Pha chế dung dịch - Chuẩn độ 21 Bài Dung dịch điện li - Chất thị màu 30 Bài Tốc độ phản ứng - Cân hóa học 36 Bài Phản ứng ơxi hóa-khử - Bậc phản ứng 42 BÀI MỞ ĐẦU Hóa học mơn khoa học thực nghiệm Thực hành hóa học giúp sinh viên củng cố phát triển kiến thức học lý thuyết Để biết phương pháp nghiên cứu ứng dụng lý thuyết thực hành hóa học, sinh viên phải có số kỹ cần thiết Những kỹ rèn luyện dần chủ yếu phịng thí nghiệm Để đảm bảo an tồn đạt kết thực nghiệm tốt, sinh viên phải tn thủ nghiêm túc nội quy phịng thí nghiệm NỘI QUY PHỊNG THÍ NGHIỆM Tn thủ giấc làm việc, sáng từ 6g45 đến 11g, chiều từ 12g30 đến 16g45 Đến trễ sau phút sinh viên khơng phép vào phịng thí nghiệm Chỉ sinh viên có lịch học vào phịng thí nghiệm Khi vào phịng thí nghiệm phải đeo bảng tên mặc áo blouse Trong thực hành phải giữ yên lặng, trật tự Không hút thuốc ăn uống phịng thí nghiệm Khơng tự ý khỏi phịng thí nghiệm mà khơng có cho phép giáo viên Không tự ý lấy dụng cụ, hóa chất khơng phải mình, có ý thức bảo vệ giữ gìn tài sản phịng thí nghiệm Giữ phịng thí nghiệm, xếp dụng cụ, hóa chất ngăn nắp, lau dọn vệ sinh phịng thí nghiệm trước Cần tiết kiệm hóa chất thí nghiệm, tránh gây đổ vỡ dụng cụ, hóa chất Khi làm hư hỏng tài sản phịng thí nghiệm sinh viên phải bồi thường đầy đủ chịu hình thức kỷ luật Dụng cụ thí nghiệm làm xong phải rửa trước trả cho cán phịng thí nghiệm Không đổ rác thải, giấy lọc vào bồn rửa tránh gây tắc cống Khi có cháy, nổ, chập điện phải nhanh chóng cắt hết cầu dao điện tham gia chữa cháy 10 Trước phải ngắt hết cầu dao máy lạnh, đèn, quạt, rút phích cắm tủ sấy, tủ hút, bếp điện…khóa van nước khóa cửa cẩn thận QUY TẮC AN TỒN PHỊNG THÍ NGHIỆM Cẩn thận tiến hành thí nghiệm Khơng sử dụng máy móc, dụng cụ mà chưa biết cách sử dụng Phải hiểu rõ tính chất hóa chất để tránh tai nạn đáng tiếc Khơng dùng dụng cụ thủy tinh chưa rửa Các dụng cụ thủy tinh bẩn phải để riêng rửa sau dùng Tất chai lọ đựng hóa chất phải có ghi nhãn Khi dùng hóa chất phải đọc kỹ nhãn hiệu, dùng xong phải để lại chỗ cũ Nhãn ghi hóa chất tiếng nước ngịai phải xem xét cẩn thận chỗ chưa rõ phải tra cứu tài liệu, khơng đóan Hóa chất chưa dùng phải ghi lại để tránh nhầm lẫn Trên thực tế phần lớn hóa chất chất độc nên phải cẩn thận Khi hút hóa chất ống hút (pipet) phải sử dụng bóp cao su Khi theo dõi dung dịch sôi tinh thể chảy không để mặt gần Khi đổ chất lỏng vào cốc phải để xa mặt Nên dùng kính bảo hộ lao động Làm nguy hiểm phải ý người đứng bên cạnh Đun chất lỏng ống nghiệm phải để miệng ống quay phía khơng có người Lúc đun không giữ ống nghiệm đứng yên mà phải lắc đều, đun toàn bề mặt ống nghiệm phần chứa chất lỏng Khi làm việc với chất dễ cháy tuyệt đối: - Khơng dùng lửa - Không làm việc bên cạnh lửa - Không để chất dễ cháy bên cạnh nguồn sinh nhiệt Khi làm việc với chất dễ nổ nitrat, clorat, pemanganat, bicromat, peoxyt… phải cẩn thận qui cách Khi làm việc với acid bazơ mạnh: - Khơng để đổ ngồi - Đổ acid hay bazơ vào nước pha lỗng chúng (khơng đổ nước vào acid hay bazơ) - Sang chai phải dùng phễu (khi rót phải quay nhãn lên phía trên, chai phải để bàn, tuyệt đối không cầm tay) - Không hút acid hay baz chai cịn q - Khi đun sơi phải cho đá bọt bi thủy tinh… để điều hòa, tránh để bắn hay trào 10 Khi làm việc với dụng cụ thủy tinh: - Tránh đỗ vỡ - Dụng cụ loại dùng cho việc đó, đun với dụng cụ thủy tinh chịu nhiệt dùng cho chân dụng cụ đặc biệt dùng chân không 11 Khi làm việc với dụng cụ điện: - Tay phải thật khô, chỗ làm việc phải khơ - Cẩn thận dùng điện có điện 220 Vol 12 Khi tham gia chữa cháy, cần lưu ý: - Nếu cháy chất hữu cơ: axetat ethyl, benzen, toluen… phải dùng cát - Nếu cháy điện: trước tiên phải cắt cầu dao điện dùng cát bình phun CO2 13 Khi bị vỡ đường ống dẫn nước phịng thí nghiệm, phải nhanh chóng khóa van đường ống dẫn nước QUY TẮC BẢO HIỂM KHI LÀM THÍ NGHIỆM Thí nghiệm với chất độc Trong phịng thí nghiệm có nhiều chất dễ gây ngộ độc như: asen, thủy ngân, chì… hợp chất chúng Nhiều chất ảnh hưởng tới đường hơ hấp như: halogen, khí cacbon oxit, khí hydro sunfua, nitơ peoxit…Vì phải thận trọng sử dụng chất Thí nghiệm với khí độc phải tiến hành tủ hút nơi thống gió, mở rộng cửa phịng Chỉ nên lấy lượng hóa chất vừa đủ để làm nhanh, giảm bớt khí độc bay Khi ngửi hóa chất, khơng để mũi gần miệng lọ, mà dùng tay phẩy nhẹ Khi làm việc với khí độc cần có trang Thí nghiệm với chất dễ ăn da gây bỏng Các axit đặc, kiềm đặc, phốt trắng, brom lỏng…dễ ăn da, gây bỏng nặng Khi dùng chúng phải cẩn thận, không để rơi vào người, đặc biệt mắt, khơng dính vào quần áo, sách vở, tài liệu, quan sát cần có kính che mắt Pha lỗng axit H2SO4 phải đổ axit vào nước, rót chậm lượng nhỏ khuấy đều, tuyện đối không đổ nước vào axit Khi đun dung dịch chất dễ ăn da, gây bỏng phải thực theo cách đun hóa chất Thí nghiệm với chất dễ cháy, dễ nổ Nhiều chất dễ cháy như: dầu hỏa, xăng, benzen, cồn, ete… dễ gây hỏa hoạn lớn phải để xa lửa dùng lượng vừa phải Khi cần đun nóng chúng, khơng đun trực tiếp mà phải đun cách thủy Làm thí nghiệm với chất dễ cháy nổ phải thận trọng theo hướng dẫn tài liệu, cần có phương tiện bảo hiểm đầy đủ CÁCH SƠ CỨU KHI GẶP TAI NẠN Khi bị thương Khi bị đứt tay, chảy máu nhẹ dùng thấm máu vết thương bôi thuốc sát trùng (cồn 900, thuốc tím lỗng, cồn iot…) Vết thương động mạch, dùng dây cao su hay khăn tay buộc chặt phía vết thương, giữ vết thương khỏi nhiễm trùng, dùng phủ lên vết thương băng lại, máu nhiều phải đưa đến trạm y tế Khi bị bỏng Bị bỏng vật nóng (thủy tinh, kim loại, nước sôi…) không rửa nước, không làm vỡ nốt phồng vết bỏng Sau bơi vadơlin băng vết bỏng lại Có thể dụng axit picric tananh 2% bôi lên vết bỏng Bị bỏng axit đặc (H2SO4 đặc…), kiềm đặc phải rửa vòi nước máy cho chảy mạnh từ – phút Sau rửa lại vết thương axit dung dịch NaHCO3 2%, vết thương kiềm dung dịch CH3COOH 2% Khi bị axit bắn vào mắt, dùng bình cầu tia, rửa mắt nhiều lần nước, sau rửa dung dịch borac 2% Nếu kiềm, rửa dung dịch axit acetic axit boric 2% Bị bỏng phôt phải ngâm lâu dung dịch thuốc tím dung dịch CuSO4 5%, sau nhúng băng trước buộc vết thương dung dịch CuSO4 5% đưa đến trạm y tế để lấy hết phơt cịn lại vết bỏng Khơng bơi vadơlin lên vêt bỏng phơt hịa tan chất Brom lỏng rơi lên da phải rửa lại nhiều lần benzen dung dịch natri thiosunfat 5%, thấm khô, bôi vadơlin, băng lại đưa đến trạm y tế Khi bị ngộ độc Hít phải khí độc H2S, Cl2, Br2, CO, NO2…đưa nạn nhân chỗ thống khí Nếu cần dùng bình oxy để thở Ăn uống phải chất độc asen, thủy ngân, chì hợp chất chúng, nhanh chóng cho nạn nhân nôn ra, đưa đến trạm y tế cấp cứu Khi bị cháy Quần áo mặc người bị cháy với diện tích lớn, tuyệt đơi khơng chạy chỗ có gió, phải nằm xuống đất mà lăn, cháy diện tích bé, dùng khăn ướt, nước để dập tắt Nếu xảy cháy lớn phịng thí nghiệm, phải dùng bình chữa cháy Khi cháy hóa chất, tùy loại mà dùng phương pháp chữa cháy thích hợp BÀI KỸ THUẬT PHỊNG THÍ NGHIỆM Một số dụng cụ thí nghiệm 1.1 Dụng cụ thủy tinh Trong phịng thí nghiệm có nhiều loại dụng cụ thủy tinh, theo cơng dụng chúng, chia thành loại: - Dụng cụ thủy tinh khơng chia độ: ống nghiệm, bình cầu, bình hình nón, phễu… - Dụng cụ thủy tinh có chia độ: ống đo, cốc, ống chuẩn độ, ống hút, bình định mức… - Dụng cụ thủy tinh có tác dụng đặc biệt: bình hút ẩm, ống sinh hàn, nhiệt kế… 1.1.1 Dụng cụ thủy tinh không chia độ Ống nghiệm Ống nghiệm có nhiều loại với kích thước khác Để giữ ống nghiệm làm việc, thường để chúng giá đựng Ống nghiệm chủ yếu dùng làm thí nghiệm với lượng nhỏ Chất phản ứng đựng ống nghiệm phải lượng ít, vào khoảng 1/4, có 1/8, dung tích ống nghiệm Muốn lắc ống nghiệm tay trái cầm ống nghiệm ngón ngón trỏ, cầm gần miệng ống nghiệm đỡ ống nghiệm ngón giữa, dùng ngón trỏ tay phải búng nhẹ vào phía ống nghiệm Nếu chất lỏng ½ ống nghiệm phải khuấy đũa thủy tinh, đưa lên đưa xuống nhẹ nhàng tránh làm thủng đáy Không lấy ngón tay bịt ống nghiệm để lắc, làm khơng đưa thêm chất lạ từ ngón tay vào ống nghiệm làm sai lệch kết thí nghiệm mà đơi cịn gây tai nạn đến ngón tay Cốc thủy tinh Cốc thủy tinh có dạng cao, thấp, rộng, hẹp với dung tích khác từ 50ml đến lít Có loại cốc: cốc có mỏ cốc khơng mỏ Thơng dụng cốc có mỏ, dễ dàng cho việc rót chất lỏng Cốc thường làm thủy tinh chịu nhiệt, dùng đựng hóa chất để thực phản ứng dùng ống nghiệm với lượng hóa chất nhiều Bình hình nón Bình hình nón có thành mỏng đều, đáy bằng, miệng hẹp, đun cốc thủy tinh Do hình dạng bình nên lắc quay trịn dễ, cho phép trộn nhanh hóa chất đựng bình, bình hình nón thường sử dụng để chuẩn độ Cũng nhờ hình dạng bình mà ta dùng đũa thủy tinh chạm vào điểm bình, dễ dàng làm bình lấy hết cặn dính thành bình Bình cầu Bình cầu có nhiều cỡ khác nhiều loại khác bình cầu đáy bằng, bình cầu đáy trịn; bình cầu cổ ngắn hay cổ dài, cổ rộng hay cổ hẹp, cổ nhám hay không nhám; loại chịu nhiệt khơng chịu nhiệt; loại có nhánh khơng có nhánh… - Bình cầu đáy dùng để đựng pha hóa chất, để đun nóng chất lỏng… - Bình cầu đáy trịn dùng để cất, đun sơi làm thí nghiệm cần đun nóng Khi đun nên dùng kẹp mắc cặp cổ bình cầu phải lót lưới amiăng Bình cầu đáy trịn phải có giá để Phễu Phễu dùng để lọc rót chất lỏng Phễu thủy tinh có kích thước khác nhau, thường có đường kính 6cm – 10cm Hình dạng chung phễu cuống dài, gốc phễu 600, nhờ giúp cho tốc độ chảy nhanh Khi dùng, người ta thường đặt phễu lên giá đỡ Giá đỡ gồm giá sắt vòng phễu sắt, tùy lọai phễu dùng lớn hay nhỏ mà chọn vòng phễu thích hợp để mắc Cũng có người ta đặt phễu trực tiếp lên dụng cụ hứng: chai, lọ, bình cầu, bình hình nón… Khi rót chất lỏng, mức chất lỏng phễu phải thấp miệng phễu 15mm Khơng nên rót chất lỏng thắng vào phễu mà nên dùng đũa thủy tinh dẫn chất lỏng vào thành phễu 1.1.2 Dụng cụ thủy tinh có chia độ Ống đo hình trụ Ống đo hình trụ chia độ thành ml 1/10 ml Các ống đo hình trụ có dung tích từ 3ml, 5ml đến lít Khi dùng ống đo cần ý độ xác phép đo thể tích phụ thuộc vào đường kính ống đo, ống đo rộng mức xác Không dùng ống đo lớn để đo thể tích nhỏ Khi đong chất lỏng suốt, rót chất lỏng vào ống đo cho đáy vòm khum bề mặt chất lỏng ngang với vạch chia độ ống đo, vạch thể tích chất lỏng Đối với chất lỏng đục có màu, xác định thể tích theo mặt vịm khum Khơng đun nóng ống đo khơng đo chất lỏng nóng Bình định mức Bình định mức loại dụng cụ tích xác chuyên dùng để pha chế dung dịch có nồng độ xác định Bình định mức hình cầu đáy bằng, cổ dài, có ngấn nút nhám Ngấn cổ bình xác định dung tích chất lỏng chứa bình 200C Bình định mức thường dùng có dung tích 100, 250, 500 ml… Khi pha dung dịch có nồng độ xác định từ chất rắn, cần thực sau: Trước tiên cân xác chất định pha, đổ vào cốc ngịai cho vào dung mơi để hịa tan, sau đổ vào bình định mức, tiếp tục đổ thêm dung mơi vạch - Trước đổ dung môi vạch phải lắc dung dịch bình thật đều, dùng hai bàn tay đỡ đáy nút bình định mức lắc cẩn thận không để dung dịch bắn lên miệng bình - Việc hịa tan thường làm giảm tăng nhiệt độ dung dịch, nên phải chờ nhiệt độ dung dịch bình nhiệt độ phịng thí nghiệm cho thêm dung dịch vạch - Khi đổ dung mơi vạch giọt dung mơi sau phải đổ xác, cần dùng pipet để nhỏ giọt từ từ, sau nhỏ giọt ta phải chờ đến phút để dung mơi có thời gian trơi xuống dính thành bình - Khi xác định vịm khum cần để mắt nhìn ngang với ngấn - Chú ý cầm cổ bình phía ngấn, khơng cầm bầu trịn bình để tránh làm tăng nhiệt độ chất lỏng bình 10 Tiến hành Thí nghiệm 1: Độ dẫn điện dung dịch chất điện li Cho 40ml nước cất vào cốc đựng dung dịch chất điện li đến vạch ngang đánh dấu điện cực Đóng mạch điện Quan sát xem đèn có sáng khơng đọc cường độ dòng điện ampe kế Ngắt mạch Thay cốc nước cất dung dịch rượu etylic 1M, đường 1M, axit sunfuric 1M, natri hydroxyt 1M natri sunfat 1M Quan sát bóng đèn đọc cường độ dòng điện dung dịch Lưu ý: Mạch điện: Hai điện cực cốc đựng dung dịch chất điện li, Bóng đèn, Ampe kế, Nguồn điện chiều - Đối với phép đo, cốc chứa lượng dung dịch (40ml) cho mức dung dịch đến vạch dánh dấu hai điện cực - Trước lần thí nghiệm cần rửa điện cực nước cất lau khô Lưu ý: Giữ lại dung dịch axit sunfuric 1M sau đo độ dẫn điện để sử dụng tiếp tục thí nghiệm So sánh độ dẫn điện dung dịch điện li nói Giải thích Viết phương trình điện li dung dịch Thí nghiệm Ảnh hưởng pha lỗng đến độ dẫn điện Pha chế dung dịch pha loãng từ dung dịch axit sunfuric 1M với hệ số pha loãng 2, 4, 16 lần Đối với lần pha loãng, sử dụng pipet để lấy thể tích dung dịch axit sunfuric 1M tính tốn cho vào cốc, sau thêm vào cốc thể tích nước cất cịn lại, trộn dung dịch trước sử dụng Lưu ý: Tính tốn để pha thể tích dung dịch cách phù hợp (40ml), đảm bảo vừa đủ vạch ngang đánh dấu điện cực Tiến hành đo độ dẫn điện dung dịch axit sunfuric pha loãng Lưu ý: Đo dung dịch loãng đến dung dịch đặc để tránh sai số So sánh kết thu độ dẫn điện dung dịch axit sunfuric 1M (từ kết thí nghiệm 1) dung dịch axit sunfuric pha loãng Vẽ đồ thị phụ thuộc cường độ dòng điện vào nồng độ dung dịch điện li Giải thích 33 Thí nghiệm Xác định màu chất thị màu Lấy ống nghiệm Cho vào ống thứ giọt phenolphtalein ống thứ hai giọt metylcam Thêm vào ống giọt H2SO4 0,1M Quan sát màu ống ghi nhận lại màu vào bảng kết Lấy ống nghiệm khác Cũng tiến hành thêm vào ống giọt NaOH 0,1M Lấy ống nghiệm khác Cũng tiến hành thêm vào ống giọt nước cất Chất thị màu Phenolphtalein Axit Bazơ Trung tính Metylcam Thí nghiệm Cân dung dịch axit yếu Dùng pipet cho vào ống nghiệm ống 2ml dung dịch axit acetic 0.1M, nhỏ thêm vào ống 1-2 giọt metyl da cam Một ống để so sánh, ống thứ hai thêm vài tinh thể natri acetat, lắc So sánh màu ống nghiệm Giải thích Rút kết luận chuyển dịch cân thí nghiệm Thí nghiệm Cân dung dịch bazơ yếu Dùng pipet cho vào ống nghiệm ống 2ml dung dịch amoniac 0.1M, nhỏ thêm vào ống 1-2 giọt phenolphtalein Một ống để so sánh, ống thứ hai thêm vài tinh thể amoni clorua, lắc So sánh màu ống nghiệm Giải thích Rút kết luận chuyển dịch cân thí nghiệm Thí nghiệm Xác định pH dung dịch a Dùng giấy đo pH Dùng giấy đo pH để xác định pH nước cất, dung dịch H2SO4 0,1 M dung dịch NaOH 0,1M Lưu ý: Dùng đũa thủy tinh chấm giọt dung dịch cần xác định pH lên mẫu giấy đo pH Đọc pH cách so màu thang màu b Dùng máy đo pH Dùng máy đo pH để xác định pH nước cất, dung dịch H2SO4 0,1 M dung dịch NaOH 0,1M 34 Lưu ý: - Giáo viên hướng dẫn sinh viên sử dụng máy đo pH - Dùng bình tia rửa điện cực trước sau đo, dùng giấy thấm nhẹ vào đầu điện cực không lau Cẩn thận sử dụng, tránh va chạm vào đầu điện cực c Dùng cơng thức tính Dùng cơng thức tính lại pH nước cất, dung dịch H2SO4 0,1 M dung dịch NaOH 0,1M, dựa vào nồng độ ion H+ ion OH- Câu hỏi Thế chất điện li mạnh, chất điện li yếu? Thế tích số ion nước? Thế pH dung dịch? 35 BÀI TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG - CÂN BẰNG HÓA HỌC Mục đích Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng cân hóa học Nguyên tắc 2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng Các phản ứng hóa học đồng thể hay dị thể Các phản ứng gọi đồng thể chúng diễn hệ pha Ngược lại phản ứng dị thể xảy môi trường không đồng chất pha khác (rắn – lỏng, khí – lỏng) Tốc độ phản ứng thường đo biến thiên nồng độ chất tham gia hay tạo thành sau phản ứng đơn vị thời gian Đối với phản ứng tổng quát: aA + bB → cC + dD (1) Tốc độ trung bình phản ứng: v=± ΔC Δt Tốc độ tức thời phản ứng: v = lim ± Δt → dC ΔC =± Δt dt Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào chất phản ứng điều kiện tiến hành như: nồng độ, nhiệt độ, chất xúc tác… - Ảnh hưởng nồng độ chất phản ứng Định luật tác dụng khối lượng: “Ở nhiệt độ không đổi, tốc độ phản ứng tỷ lệ với tích nồng độ chất phản ứng lũy thừa lên với số mũ hệ số tỉ lượng tương ứng” Với phản ứng (1), tốc độ biểu diễn biểu thức: v = kC Aa C Bb Hệ số tỷ lệ k số tốc độ phản ứng hóa học, gọi “ tốc độ riêng” thực tế k = v nồng độ chất ban đầu đơn vị Hằng số tốc độ phụ thuộc vào chất chất phản ứng, nhiệt độ 36 Trong hệ dị thể, tốc độ phản ứng cịn phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc pha - Ảnh hưởng nhiệt độ Nhiệt độ ảnh hưởng mạnh đến tốc độ phản ứng Sự tăng nhiệt độ nhỏ làm tăng tốc độ phản ứng lớn Số lần biến đổi tốc độ phản ứng (hay số tốc độ) nhiệt độ thay đổi 100C gọi hệ số nhiệt độ tốc độ phản ứng, ký hiệu γ γ= k t +10 kt kt, kt+10 số tốc độ nhiệt độ t t+10, suy ra: k t + n.10 = γ n k t Nghĩa nhiệt độ tăng theo cấp số cộng số tốc độc tăng theo cấp số nhân Với phản ứng đồng thể, đa số trường hợp, hệ số nhiệt độ tốc độ phản ứng có giá trị giới hạn từ – 4, quy tắc Van Hốp (Wan’t Hoff) Quy tắc gần khoảng nhiệt độ khơng cao, có giá trị khoa học Sau này, Areniut (Arrehnius) dựa kết thực nghiệm mơ tả xác ảnh hưởng nhiệt độ đến tốc độ phản ứng phương trình: k = Ae − E * / RT (2) + A: số gọi thừa số trước lũy thừa, có trị số riêng cho loại phản ứng không phụ thuộc vào nhiệt độ + e: số logarit tự nhiên + T: nhiệt độ tuyệt đối + E*: lượng hoạt hóa + R: số khí lý tưởng Từ phương trình (2), T nằm số mũ nên tăng T k tăng nhanh - Ảnh hưởng chất xúc tác Chất xúc tác chất làm tăng hay giảm tốc độ phản ứng hóa học, sau phản ứng chất hóa học lượng không thay đổi Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng gọi xúc tác dương, làm giảm tốc độ phản ứng gọi chất xúc tác âm Có xúc tác đồng thể xúc tác dị thể 37 2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến cân hóa học Cân hóa học trạng thái phản ứng thuận nghịch tốc độ phản ứng thuận tốc độ phản ứng nghịch, trạng thái cân hóa học chất tác dụng ngừng biến đổi cân hóa học cân động Với phản ứng tổng quát: aA + bB ↔ cC + dD Trạng thái cân đặc trưng số cân bằng: K T [C ]c [D ]d KC = = K N [ A]a [B ]b [A], [B], [C], [D] nồng độ cân chất Tùy theo trường hợp cụ thể, số cân mang tên gọi tương ứng: số điện li, số thủy phân… Tất số cân có chung đặc điểm, nhiệt độ định, giá trị phụ thuộc vào chất chất Sự chuyển dịch phản ứng từ trạng thái cân sang trạng thái cân khác chuyển dịch cân Khi thay đổi yếu tố: nồng độ, nhiệt độ, áp suất…sẽ làm chuyển dịch cân Áp dụng nguyên lý Lơsatơlie (Le Chatelier): “Sự thay đổi yếu tố cân làm chuyển dịch cân theo chiều chống lại thay đổi đó”, dự đốn chiều chuyển dịch cân Hóa chất - Dụng cụ 3.1 Hóa chất Na2S2O3 0,2M H2SO40,2M KMnO4 0,05N H2C2O4 0,1N MnSO4 0,2M H2SO4 1M Nhôm K2CrO4 0,1M K2Cr2O7 0,2% NaOH 1M 38 3.2 Dụng cụ 03 Pipet 2ml 03 Pipet 5ml 10 ống nghiệm 01 Giá đỡ ống nghiệm 01 Bình điều nhiệt 01 Cân phân tích 04 Cốc 100ml 01 Cốc 250ml Tiến hành Thí nghiệm Ảnh hưởng nồng độ chất phản ứng đến tốc độ phản ứng hệ đồng thể Thực phản ứng natri thiosunfat với axit sunfuric, giữ nguyên nồng đô axit sunfuric, thay đổi nồng độ natri thiosunfat Na2S2O3 + H2SO4 → Na2SO4 + H2O + SO2↑ + S↓ Dùng pipet cho ống nghiệm, ống 3ml axit sunfuric 0,2M Lấy ống nghiệm khác đánh số thứ tự 1, 2, Dùng pipet cho vào ống thứ ml natri thiosunfat 0,2M ml nước cất; ống thứ hai ml natri thiosunfat 0,2M ml nước cất; ống thứ ba ml natri thiosunfat 0,2M Đổ nhanh dung dịch axit sunfuric từ ống nghiệm chuẩn bị vào ống nghiệm 1, lắc Dùng đồng hồ bấm giây theo dõi thời gian từ lúc đổ dung dịch xuất kết tủa đục sữa Tiến hành thí nghiệm với ống nghiệm tương tự ống Lưu ý: Quan sát kết tủa đục sữa lần thí nghiệm Ghi kết vào bảng, nhận xét giải thích kết Lưu ý: Tốc độ phản ứng tính theo cơng thức v = 1/Δt (Δt thời gian thực phản ứng) Thể tích STT H2SO4 Na2S2O3 H2O Tổng Tỷ lệ nồng độ Na2S2O3 C1:C2:C3 Δt 39 Tỷ lệ tốc độ phản V=1/Δt ứng V1:V2:V3 Thí nghiệm Ảnh hưởng nhiệt độ đến tốc độ phản ứng Thực phản ứng kali penmanganat axit oxalic môi trường axit nhiệt độ khác 5H2C2O4 + 2KMnO4 + 3H2SO4 → 10CO2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O Dung dịch kali penmanganat lúc đầu có màu tím, phản ứng kết thúc dung dịch suốt, không màu Dùng pipet lấy vào ống nghiệm thứ 2ml dung dịch kali penmanganat 0,05N, vào ống nghiệm thứ hai 2ml dung dịch axit oxalic 0,1N 2ml dung dịch axit sunfuric 0,2M Đổ dung dịch từ ống nghiệm thứ hai vào ống nghiệm thứ Dùng đồng hồ bấm giây ghi thời gian từ lúc trộn đến dung dịch màu hồn tồn Ghi lại nhiệt độ phịng Tiến hành thí nghiệm tương tự nhiệt độ khác nhau: 400C 500C, thực bình điều nhiệt Lưu ý: - Trước trộn hai dung dịch phải ngâm ống nghiệm đựng chất phản ứng bình điều nhiệt khoảng phút nhiệt độ chúng nhiệt độ bình - Sau trộn hai dung dịch không nhấc ống nghiệm khỏi bình điều nhiệt Ghi kết vào bảng, nhận xét giải thích kết Vẽ đồ thị phụ thuộc tốc độ phản ứng vào nhiệt độ, nhận xét đồ thị STT Nhiệt độ phản ứng Nhiệt độ phòng (300C) 400C 500C Thời gian Δt Tốc độ phản Hệ số nhiệt độ γ ứng v = 1/Δt Thí nghiệm Ảnh hưởng chất xúc tác đồng thể đến tốc độ phản ứng Dùng pipet lấy vào ống nghiệm ống ml dung dịch axit oxalic 0,1N 2ml axit sunfuric 0,2M Thêm vào ống nghiệm thứ 1-2 giọt mangan sunfat Sau dùng pipet cho vào ống nghiệm, ống 1ml dung dịch kali penmanganat 0,05N Theo dõi thời gian từ lúc trộn dung dịch đến dung dịch màu hoàn toàn Ghi kết vào bảng, nhận xét giải thích kết 40 STT VKMnO4 VH SO VH C O 2 Dung dịch MnSO4 Δt v = 1/Δt Thí nghiệm Ảnh hưởng diện tích bề mặt đến tốc độ phản ứng hệ dị thể Dùng pipet lấy vào ống nghiệm, ống 5ml dd H2SO4 1M Cân hai miếng nhôm với khối lượng (0,05g) Cho vào ống nghiệm thứ phần nhôm để nguyên miếng cho ống nghiệm thứ hai phần nhôm cắt thành mảnh nhỏ Quan sát tượng xảy So sánh tốc độ phản ứng nhôm với axit ống nghiệm Theo dõi thời gian phản ứng hết ống nghiệm Cho biết diện tích tiếp xúc ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng Thí nghiệm Ảnh hưởng nồng độ đến cân hóa học Trong dung dịch ion crom (VI) có cân bằng: 2CrO42- + 2H+ ↔ Cr2O72- + H2O (ion cromat) (ion dicromat) màu vàng màu da cam Lấy ống nghiệm: - Ống 2: dùng pipet cho vào ống 1ml dung dịch kali cromat - Ống 4: dùng pipet cho vào ống 1ml dung dịch kali dicromat Ống dùng để so sánh Ống cho thêm 2-3 giọt dung dịch axit sunfuric 1M, so sánh màu dung dịch với ống Ống cho thêm 2-3 giọt dung dịch natri hydroxit 1M, so sánh màu dung dịch với ống Giải thích thay đổi màu sắc Câu hỏi Tại lần tiến hành phản ứng thí nghiệm 1, 2, 3, tổng thể tích dung dịch phản ứng phải cố định? Tại xem tốc độ phản ứng nghịch đảo khoảng thời gian phản ứng? Nếu hiểu xác v = 1/Δt có tốc độ phản ứng khảo sát không? Quan niệm có ảnh hưởng tới kết thí nghiệm khơng? Giải thích vai trị chất xúc tác phản ứng xúc tác đồng thể xúc tác dị thể? 41 BÀI PHẢN ỨNG ƠXI HĨA-KHỬ - BẬC PHẢN ỨNG Mục đích - Khảo sát phản ứng ôxi hóa - khử chiều phản ứng ôxi hóa - khử - Xác định bậc phản ứng thực nghiệm Ngun tắc 2.1 Phản ứng ơxi hóa – khử Phản ứng oxi hóa – khử phản ứng có thay đổi số oxi hóa ngun tố (số oxi hóa cịn gọi bậc oxi hóa, mức oxi hóa, trạng thái oxi hóa) Một phản ứng oxi hóa – khử gồm trình: cho nhận electron - Quá trình cho electron q trình oxi hóa (hay oxi hóa) - Q trình nhận electron q trình khử (hay khử) Chất cho eletron chất khử, chất nhận electron chất oxi hóa Khi chất khử cho electron chuyển thành dạng oxi hóa tương ứng Ngược lại chất oxi hóa nhận electron chuyển thành dạng khử tương ứng Chất oxi hóa chất khử nguyên tố hợp thành cặp oxi hóa – khử Mỗi phản ứng oxi hóa – khử có cặp oxi hóa – khử Ví dụ phản ứng: MnO4- + 5Fe2+ + 8H+ → Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O gồm hai cặp oxi hóa – khử MnO −4 /Mn2+ Fe3+/Fe2+ Để đánh giá định lượng khả oxi hóa – khử chất dùng đại lượng điện cực Trường hợp tổng quát với cặp oxi hóa – khử: Ox + ne → Kh (1) Thế điện cực xác định phương trình Nec (W.NERNST): E = E0 − 0,059 [Kh] lg (2) [Ox] n Trong đó: + E0: Thế điện cực chuẩn đo nhiệt độ T = 2980K; [Ox] = [Kh] + E: Thế điện cực điều kiện cho 42 + n: Số electron trao đổi + [Kh], [Ox]: hoạt độ (hay nồng độ) cân dạng khử dạng oxi hóa Từ bảng điện cực chuẩn, nhận thấy: Cặp oxi hóa – khử chuẩn lớn dạng oxi hóa chất oxi hóa mạnh Ngược lại cặp oxi hóa – khử chuẩn nhỏ dạng khử chất khử mạnh Đại lượng điện cực phụ thuộc vào nồng độ dạng oxi hóa dạng khử, phụ thuộc vào nhiệt độ, phụ thuộc vào pH…Ví dụ, ion MnO −4 bị khử đến Mn2+, MnO2, MnO 24− tùy thuộc vào pH dung dịch nên q trình oxi hóa – khử xảy khác nhau: MnO4- + 8H+ + 5e → Mn2+ + 4H2O MnO4- + 4H+ + 3e → MnO2 + 24H2O MnO4- + 2e → MnO42Vậy điện cực chuẩn cặp oxi hóa – khử khác Trong nhiệt động học, phản ứng hóa học xảy theo chiều làm giảm biến thiên đẳng áp có nghĩa ΔG < 0, với phản ứng oxi hóa – khử ta có ΔG = -nFE Vậy phản ứng oxi hóa – khử xảy E > hay E = ϕ2 - ϕ1 > Ở đây: ϕ2: cực dương, ϕ1 điện cực âm tức ϕ2 > ϕ1 Điều có nghĩa phản ứng oxi hóa – khử tự xảy theo chiều: Dạng oxi hóa (Ox2) cặp oxi hóa – khử (Ox2/Kh2) điện cực ϕ2 lớn oxi hóa dạng khử (Kh1) cặp oxi hóa – khử (Ox1/Kh1) điện cực ϕ1 nhỏ 2.2 Xác định bậc phản ứng Với phản ứng hóa học tổng quát: aA + bB → cC + dD Vận tốc phản ứng trung bình định nghĩa là: V =± ΔC Δt Dấu (+) ΔC biến thiên nồng độ sản phẩm Biểu thức để tính vận tốc tức thời là: V =± dC n m = kC A C B dt 43 Trong đó: + k: số nhiệt độ định + n: bậc phản ứng theo A + m: bậc phản ứng theo B + n + m: bậc tổng quát phản ứng Giá trị m n xác định thực nghiệm rút trực tiếp từ phương trình phản ứng Với phản ứng phân hủy Na2S2O3 mơi trường axit: H2SO4 + Na2S2O3 Ỉ Na2SO4 + H2O + SO2↑ + S↓ Để đo vận tốc phản ứng ta phải xác định tỉ số ΔC/Δt, ΔC biến thiên nồng độ sản phẩm (ta chọn lưu huỳnh) khoảng thời gian Δt Thường thực nghiệm người ta cố định ΔC đo Δt Giá trị ΔC phải nhỏ để coi nồng độ chất chưa thay đổi đáng kể vận tốc xác định coi vận tốc tức thời Tuy nhiên nhỏ Δt nhỏ, khó đo Trong thí nghiệm ta cố định ΔC cách ghi nhận thời gian từ lúc bắt đầu phản ứng đến dung dịch bắt đầu chuyển sang màu đục Như vậy, vận tốc phản ứng tăng có Δt giảm cịn nồng độ lưu huỳnh sinh khoảng thời gian Δt lúc (độ đục nhau) - Để xác định bậc phản ứng theo Na2S2O3 ta cố định nồng độ H2SO4, tăng dần nồng độ Na2S2O3 Ví dụ thí nghiệm thứ nhất, nồng độ Na2S2O3 x, nồng độ H2SO4 y, thời gian Δt t, thí nghiệm thứ hai, nồng độ Na2S2O3 2x, nồng độ H2SO4 y, thời gian t2, ta có: V1 = V2 = ΔC = kx m y n t1 ΔC = k (2 x) m y n t2 (1) (2) Từ (2)/(1), suy ra: t1 t1 t t2 = m → lg = m lg → m = t2 t2 lg lg - Để xác định bậc phản ứng theo H2SO4, ta cố định nồng độ Na2SO3 tăng dần nồng độ H2SO4 Kết tính n thực tương tự khí tính m 44 Hóa chất - Dụng cụ 3.1 Hóa chất H2SO4 1M CuSO4 1M Kẽm hạt Đinh sắt (sinh viên tự mang theo) KMnO4 0,02M KI 0,1M KNO2 bão hòa NaOH 1M Na2SO3 tinh thể H2SO4 0,4 M Na2S2O3 0,1 M 3.2 Dụng cụ 10 Ống nghiệm 01 Giá đỡ ống nghiệm 02 Pipet 2ml 02 Pipet 5ml 02 Pipet 10ml 01 Pipet 25ml 06 Bình hình nón 125ml 05 Cốc 100ml 01 Cốc 250ml Tiến hành Thí nghiệm Phản ứng ơxy hóa – khử Lấy ống nghiệm, ống cho 2ml dung dịch axit sunfuric 1M, ống cho 2ml dung dịch đồng sunfat 1M Cho vào ống nghiệm vài hạt kẽm, ống nghiệm đoạn dây sắt (hoặc đinh sắt) Quan sát tượng Viết phương trình Giải thích Thí nghiệm Một chất vừa có tính oxi hóa vừa có tính khử Lấy ống nghiệm: ống chứa 1ml dung dịch kali pemanganat 0,02M 2-3 giọt dung dịch axit sunfuric 1M, ống chứa 1ml dung dịch kali iođua 0,1M 2-3 giọt dung dịch axit sunfuric 1M Nhỏ 1ml dung dịch bão hòa kali nitrit vào ống Quan sát tượng Viết phương trình phản ứng Vai trị kali nitrit trường hợp có khác nhau? 45 Thí nghiệm Ảnh hưởng mơi trường đến phản ứng oxi hóa – khử Lấy ống nghiệm, ống đựng ml dung dịch kali pemanganat 0,02M Ống 1: thêm – giọt dung dịch axit sunfuric 1M Ống 2: thêm – giọt nước cất Ống 3: thêm – giọt dung dịch natri hydroxyt 1M Thêm tiếp vào ống vài hạt tinh thể natri sunfit Dựa vào thay đổi màu dung dịch, nhận biết sản phẩm tạo thành sau phản ứng ống nghiệm Viết phương trình phản ứng Giải thích tượng Lưu ý: Biết ion MnO42− dung dịch có màu xanh cây, ion MnO4− có màu tím, ion Mn2+ có màu hồng nhạt không màu dung dịch lỗng, cịn MnO2 tan có màu nâu Thí nghiệm Xác định bậc phản ứng theo Na2S2O3 Phản ứng phân hủy Na2S2O3 môi trường axit: H2SO4 + Na2S2O3 Æ Na2SO4 + H2O + SO2↑ + S↓ Chuẩn bị ống nghiệm đựng H2SO4 bình hình nón đựng Na2S2O3 H2O theo bảng sau: Bình hình nón STT Ống nghiệm V(ml) H2SO4 0,4 M V(ml) Na2S2O3 0,1 M V(ml) H2O 8 8 Lần lượt cho phản ứng cặp ống nghiệm bình hình nón: - Đổ nhanh axit ống nghiệm vào bình hình nón - Bấm đồng hồ (khi hai dung dịch tiếp xúc nhau) - Lắc nhẹ bình hình nón, sau để n bình hình nón, quan sát vừa thấy dung dịch chuyển sang đục bấm đồng hồ lần - Đọc Δt Lặp lại thí nghiệm lần để lấy giá trị trung bình Tính tốn để xác định bậc phản ứng theo Na2S2O3 46 Thí nghiệm Xác định bậc phản ứng theo H2SO4 Làm tương tự thí nghiệm với lượng H2SO4 Na2S2O3 theo bảng sau: Bình hình nón STT Ống nghiệm V(ml) H2SO4 0,4 M V(ml) Na2S2O3 0,1 M V(ml) H2O 8 8 Tính tốn để xác định bậc phản ứng theo H2SO4 Câu hỏi Định nghĩa phản ứng ơxy hóa – khử Thế chất ơxy hóa, chất khử, ơxy hóa, khử? Dựa vào phương pháp thí nghiệm, vận tốc xác định thí nghiệm thí nghiệm xem vận tốc trung bình hay vận tốc tức thời? 47 ... Bài Tốc độ phản ứng - Cân hóa học 36 Bài Phản ứng ơxi hóa- khử - Bậc phản ứng 42 BÀI MỞ ĐẦU Hóa học mơn khoa học thực nghiệm Thực hành hóa học giúp sinh viên củng cố phát triển kiến... Trang Bài Mở đầu Bài Kỹ thuật phịng thí nghiệm Bài Pha chế dung dịch - Chuẩn độ 21 Bài Dung dịch điện li - Chất thị màu 30 Bài Tốc độ phản ứng - Cân hóa. .. ứng ơxi hóa – khử Phản ứng oxi hóa – khử phản ứng có thay đổi số oxi hóa nguyên tố (số oxi hóa cịn gọi bậc oxi hóa, mức oxi hóa, trạng thái oxi hóa) Một phản ứng oxi hóa – khử gồm trình: cho nhận