Nội Dung Chương Trình Thi Thực Nghiệm Olympic Hóa Học Sinh Viên Các Trường Đại Học Và Cao Đẳng Toàn Quốc Lần Thứ Ix (42016)

HỘI HĨA HỌC VIỆT NAM NỘI DUNG CHƢƠNG TRÌNH THI THỰC NGHIỆM OLYMPIC HÓA HỌC SINH VIÊN CÁC TRƢỜNG ĐẠI HỌC VÀ CAO ĐẲNG TOÀN QUỐC LẦN THỨ IX (4/2016) TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI BẢNG A A THỰC HÀNH HĨA VƠ CƠ Phần 1: PHẦN KIẾN THỨC THỰC HÀNH Thời gian: 30 phút Kiểm tra kiến thức ngun tắc làm việc phịng thí nghiệm, kỹ thuật thực hành vô (dạng câu hỏi trắc nghiệm câu hỏi tự luận ngắn) Các nguyên tắc chung làm việc phịng thí nghiệm - Quy tắc làm việc với chất độc, chất dễ cháy nổ - Kỹ thuật tráng rửa dụng cụ thủy tinh cần thiết q trình thí nghiệm - Cách xử lý số tai nạn làm thí nghiệm Các kỹ thuật thực hành - Các điểm lƣu ý sử dụng bếp điện, tủ sấy,… - Kỹ thuật lọc thƣờng, lọc chân không - Các điểm ý để đạt hiệu suất cao trình tổng hợp muối mohr - Các điểm ý sử dụng cân cân sản phẩm - Cách tính lƣợng hóa chất cần thiết cho q trình thí nghiệm Các toán liên quan đến độ tan, khối lƣợng sản phẩm kết tinh, độ tinh khiết sản phẩm Phần 2: NỘI DUNG BÀI THÍ NGHIỆM Thời gian: 150 phút ĐIỀU CHẾ MUỐI MOHR Lý thuyết Muối Mohr – muối kép sắt (II) amoni sunfat, có công thức FeSO4.(NH4)2SO4.6H2O (NH4)2Fe(SO4)2.6H2O tinh thể đơn tà, suốt, màu xanh lục, tan nhiều nƣớc, sắt (II) dung dịch nhạy cảm với tác dụng oxi khơng khí Hóa chất dụng cụ * Hóa chất: Bột Fe, (NH4)2SO4 tinh thể, dung dịch H2SO4 20%, dung dịch NaOH, dung dịch KMnO4, dung dịch K2Cr2O7, dung dịch H3PO4 đặc, thị điphenylamin * Dụng cụ: Bình tam giác 250ml, 100ml, pipet (5ml, 10ml), giá, buret 25ml, ống đong 25ml, cốc thủy tinh, đũa thủy tinh, mặt kính đồng hồ, giấy lọc, kẹp gỗ, bình định mức, phễu lọc thƣờng, phễu lọc Busne, bếp điện, ống nghiệm Cách tiến hành Cho khoảng gam bột sắt vào cốc đựng lƣợng dung dịch H2SO4 20% (d = 1,143 g/ml) tính trƣớc với lƣợng axit dƣ khoảng 10% Đậy cốc mặt kính đồng hồ đun nhẹ sắt tan hết Lọc lấy dung dịch cô nồi cách thủy đến xuất váng tinh thể Chuẩn bị dung dịch (NH4)2SO4 bão hòa nhiệt độ 700C ứng với lƣợng (NH4)2SO4 phản ứng vừa đủ với lƣợng FeSO4 vừa điều chế đƣợc Khi dung dịch FeSO4 có váng tinh thể, trộn hai dung dịch nóng với nhau, khuấy mạnh để nguội (có thể làm lạnh nƣớc đá), muối kép kết tinh Lọc hút tinh thể qua phễu lọc Busne, thu lấy tinh thể thấm khơ tinh thể giấy lọc Cân, tính hiệu suất trình điều chế đƣợc theo lƣợng bột sắt dùng Xác định hàm lƣợng Fe2+ sản phẩm điều chế đƣợc phép chuẩn độ với dung dịch K2Cr2O7 Viết phƣơng trình phản ứng giải thích giai đoạn thí nghiệm Thử tính chất sản phẩm Lấy tinh thể vừa điều chế đem hòa tan với nƣớc Chia dung dịch vừa hoà tan vào ống nghiệm Thêm vài giọt dung dịch NaOH vào ống thứ nhất; đổ ống thứ hai vào ống nghiệm có chứa sẵn dung dịch KMnO4 môi trƣờng axit H2SO4 Quan sát tƣợng xảy ra, giải thích viết phƣơng trình phản ứng B THỰC HÀNH HÓA HỮU CƠ Phần KIẾN THỨC THỰC HÀNH Thời gian: 30 phút Kiểm tra kiến thức nguyên tắc làm việc phòng thí nghiệm, kỹ thuật thực hành hóa hữu (dạng câu hỏi trắc nghiệm câu hỏi tự luận ngắn) Các nguyên tắc chung làm việc phịng thí nghiệm - Quy tắc làm việc với chất độc, chất dễ cháy, dễ nổ - Cách làm khô số chất thông thƣờng - Cách xử lý số tai nạn - Cách lấy hóa chất - Cách lắp hệ thống phản ứng cất Các kỹ thuật thực hành hóa hữu - Cơ sở lý thuyết phƣơng pháp kết tinh lại - Cơ sở lý thuyết phƣơng pháp cất (cất thƣờng, cất phân đoạn, cất lôi nƣớc,…) - Cơ sở lý thuyết phƣơng pháp chiết làm khô Ý nghĩa phƣơng pháp xác định số số vật lí thơng thƣờng chất hữu (nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sơi, số khúc xạ,…) Cơ chế phản ứng biện pháp làm tăng hiệu suất số phản ứng tổng hợp hữu cơ (este hóa, amit hóa, nitro hóa…) Phần NHẬN BIẾT CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ Thời gian: 30 phút Nhận biết số 10 hợp chất cho biết tên chúng thuộc nhóm chất: dẫn xuất halogen, ancol, phenol, anđehit, xeton, axit cacboxylic, amin, monosaccarit, disaccarit Phần TỔNG HỢP HỮU CƠ Thời gian: 120 phút ĐIỀU CHẾ AXIT BENZOIC Sơ đồ phản ứng: C6H5CH3 + 2KMnO4  C6H5COOK + 2MnO2 + KOH + H2O C6H5COOK + HCl  C6H5COOH + KCl Hóa chất Dụng cụ - Toluen (d=0,86): 2ml - Bình cầu đáy trịn (nhám 29, cổ) 100ml - KMnO4: gam - Sinh hàn soắn hồi lƣu nhám 29 - Nƣớc cất - Cốc thủy tinh 100ml - Etanol 990 - Bát sứ - Dung dịch HCl - Phễu lọc thƣờng - Giấy thử pH - Phễu Busne + Giấy lọc - Glixerol - Bếp điện đơn - Máy lọc áp suất thấp - Đèn cồn, lƣới amiăng - Nhiệt kế 2000, mao quản, vòng cao su - Ống Thiele Cách tiến hành: Cho vào bình cầu 100ml khơ 2ml toluen, 30ml nƣớc cất, gam KMnO4 vài viên đá bọt 1/4 hạt đậu, lắc hỗn hợp Lắp sinh hàn hồi lƣu đun sôi nhẹ bếp điện cách animang Khi kết thúc phản ứng, hỗn hợp phản ứng cịn màu sẫm thêm vài giọt etanol để khử màu Lọc hút để loại bỏ MnO2 Rửa kết tủa phễu nƣớc sôi hai lần, lần 10ml Đổ dịch lọc bát sứ bốc đến khoảng 20ml Nếu thấy dịch lọc bị đục lọc nóng qua phễu lọc thƣờng để loại hết MnO2 Để nguội dịch lọc axit hóa giọt axit HCl 1:1 môi trƣờng axit Axit benzoic tạo thành dƣới dạng kết tủa Lọc lấy axit benzoic phễu Busne, dùng giấy lọc ép tinh thể cho kiệt nƣớc, để khô ngồi khơng khí Cân sản phẩm thu đƣợc Tính hiệu suất Xác định nhiệt độ nóng chảy sản phẩm ống Thiele HỘI HÓA HỌC VIỆT NAM NỘI DUNG CHƢƠNG TRÌNH THI THỰC NGHIỆM OLYMPIC HĨA HỌC SINH VIÊN CÁC TRƢỜNG ĐẠI HỌC VÀ CAO ĐẲNG TOÀN QUỐC LẦN THỨ IX (4/2016) TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI BẢNG B Phần 1: PHẦN KIẾN THỨC THỰC HÀNH Thời gian: 30 phút Kiểm tra kiến thức ngun tắc làm việc phịng thí nghiệm, kỹ thuật thực hành vô - đại cƣơng (dạng câu hỏi trắc nghiệm câu hỏi tự luận ngắn) Các nguyên tắc chung làm việc phịng thí nghiệm - Quy tắc làm việc với chất độc, chất dễ cháy, dễ nổ - Nguyên tắc sử dụng số dụng cụ thủy tinh đo thể tích: dụng cụ đo thể tích khơng xác xác - Cách rửa dụng cụ thủy tinh - Cách xử lý số tai nạn làm thí nghiệm - Cách lấy hóa chất Các kỹ thuật thực hành - Cơ sở lý thuyết phƣơng pháp chuẩn độ, thao tác tiến hành chuẩn độ, cách sử dụng lựa chọn thị cho phép chuẩn độ - Cơ sở lý thuyết phƣơng pháp xử lý số liệu thực nghiệm, phƣơng pháp đánh giá độ xác phép đo - Kỹ thuật pha hóa chất: Tính tốn lƣợng hóa chất để pha loại dung dịch có nồng độ gần nồng độ xác Cách pha chế dung dịch Một số vấn đề lý thuyết có liên quan đến nội dung thí nghiệm - Giải thích tính chất đơn chất, hợp chất dựa vào cấu tạo nguyên tử, phân tử liên kết hóa học số nguyên tố hợp chất - Diễn biến, chiều phản ứng thông qua nguyên lý nhiệt động học Ý nghĩa thông số nhiệt động học: ΔG, ΔH, ΔS… Cân hóa học chuyển dịch cân hóa học - Các yếu tố ảnh hƣởng đến tốc độ phản ứng Phản ứng bậc 1, bậc - Tính chất chất điện ly dung mơi nƣớc Thuyết axit, bazơ, pH dung dịch Độ tan, ảnh hƣởng yếu tố đến độ tan chất tan Phần 2: NỘI DUNG BÀI THÍ NGHIỆM Thời gian: 150 phút BÀI 1: XÁC ĐỊNH ĐƢƠNG LƢỢNG CỦA Mg Lý thuyết Đương lượng nguyên tố Đƣơng lƣợng chất số phần khối lƣợng chất thay (hay kết hợp) vừa đủ với 1,008 phần khối lƣợng hidro, với phần khối lƣợng oxi, với đƣơng lƣợng biết chất Đƣơng lƣợng chất đƣợc ký hiệu E Đƣơng lƣợng gam chất lƣợng chất tính gam có giá trị đƣơng lƣợng Cũng dùng đơn vị khối lƣợng ƣớc số bội số gam để đƣơng lƣợng chất Ví dụ: đƣơng lƣợng miligam, đƣơng lƣợng kilogam… Đƣơng lƣợng chất thay đổi theo điều kiện sản phẩm tạo thành phản ứng mà tham gia Trong nhiều trƣờng hợp, ngƣời ta tính đƣơng lƣợng chất theo công thức: E= M n M: khối lƣợng nguyên tử, phân tử ion n: hóa trị mức oxi hóa nguyên tố; số H+ mà phân tử axit (hoặc bazơ) cho (hay nhận) phản ứng trung hòa; số electron phân tử ion trao đổi phản ứng oxy hóa-khử; giá trị tuyệt đối điện tích ion (dƣơng âm) Định luật đƣơng lƣợng đƣợc phát biểu: Trong phản ứng hóa học, chất tác dụng với theo lượng tỉ lệ đương lượng chúng Biểu thức định luật: mA E A m m A = B = mB E B EA EB mA, mB: khối lƣợng tác dụng vừa đủ chất A chất B phản ứng; EA, EB: đƣơng lƣợng chất A B Nói cách khác, số đương lượng chất phản ứng phải *Để xác định đƣơng lƣợng nguyên tố Mg, ta cân lƣợng xác ( gam) kim loại Mg cho phản ứng hết với dung dịch axit mạnh (HCl, H 2SO4 lỗng) Phƣơng trình phản ứng là: Mg + 2H+ → Mg2+ + H2↑ Đo thể tích khí hidro nhiệt độ áp suất định xảy phản ứng; áp dụng phƣơng trình khí lý tƣởng PV= nRT, ta tính đƣợc khối lƣợng m2 lƣợng khí hidro bị Mg đẩy Từ suy luận: Cứ m2 gam khí hidro bị đẩy cần m1 gam Mg Vậy 1,008g khí hidro cần đƣơng lƣợng EMg Mg Hóa chất dụng cụ: Hóa chất: - Phoi Mg - Dung dịch HCl 10% - Dung dịch H2C2O4 chuẩn - Dung dịch NaOH 0,1N Dụng cụ: - Bình nón 250ml - Pipet 10ml, ml - Hệ thống ống nghiệm có nhánh - Giá + buret 25 ml - Bình định mức - Ống đong 3.Tiến hành 3.1 Pha dung dịch xác định nồng độ dung dịch HCl Từ dung dịch chuẩn H2C2O4 0,1N, xác định nồng độ xác dung dịch NaOH Dùng dung dịch NaOH vừa biết nồng độ, xác định nồng độ dung dịch HCl 3.2 Xác định đương lượng Mg Từ nồng độ dung dịch HCl vừa xác định đƣợc, tính thể tích dung dịch HCl cần để phản ứng với 20÷25mg Mg kim loại, biết lƣợng HCl dùng gấp lần so với lƣợng cần thiết Lắp dụng cụ nhƣ hình vẽ dƣới: Hình 1: Bộ dụng cụ xác định đƣơng lƣợng Mg Ống nghiệm hai nhánh Ống chia độ Ống chứa nƣớc đầy Cân xác lƣợng Mg khoảng 20-25 mg cân phân tích số cho vào nhánh ống nghiệm hai nhánh Cho vào nhánh lại ống nghiệm thể tích dung dịch HCl vừa tính đƣợc Chú ý: khơng để axit dính vào nhánh chứa Mg Hạ ống xuống nâng ống lên để mức nƣớc ống dâng lên gần đầy Lắp ống nghiệm nhánh vào ống Kiểm tra độ kín tồn hệ thống cách hạ ống xuống từ 15-20 cm Nếu mực nƣớc ống hạ xuống chút giữ nguyên không thay đổi chứng tỏ hệ thống kín Nếu mực nƣớc ống hạ xuống liên tục không dừng lại, chứng tỏ hệ thống bị hở, cần kiểm tra lại mối nối cho thật kín Chỉ chắn hệ thống kín hồn tồn bắt đầu tiến hành thí nghiệm Làm thăng mực nƣớc ống Ghi mực nƣớc ống thăng V1 Nghiêng ống nghiệm hai nhánh để axit chảy hết sang nhánh chứa Mg Khí H2 sinh đẩy mực nƣớc ống xuống thấp dần Trong lúc đó, cần hạ dần ống xuống cho mực nƣớc hai ống xấp xỉ Khi Mg phản ứng hết (thấy khơng cịn bọt khí mực nƣớc ống khơng hạ xuống nữa), để thêm khoảng vài phút cho ống nghiệm hai nhánh trở lại nhiệt độ phòng Làm thăng mực nƣớc ống 3, ghi mực nƣớc ống lúc V2 Lặp lại thí nghiệm lần để lấy kết trung bình Ghi số liệu thí nghiệm vào bảng sau: Đại lƣợng Kết Đơn vị Lần Lần Lần Khối lƣợng Mg m1 = g Thể tích khí hidro V = V – V1 = ml Áp suất khí lúc thí PKK = mmHg nghiệm Nhiệt độ phịng lúc thí K T = t0C + 273 nghiệm (Kelvin) Áp suất riêng phần PH O nƣớc bão hịa nhiệt mmHg độ lúc thí nghiệm Áp suất khí hidro mmHg PH =PKK - PH O 2 Dựa vào kết bảng, tính đƣơng lƣợng Mg BÀI 2: XÁC ĐỊNH ÁP SUẤT HƠI NƢỚC BÃO HÒA VÀ NHIỆT BAY HƠI CỦA NƢỚC Lý thuyết Khi nhiệt độ khơng khí thấp 50 C áp dụng phƣơng trình trạng thái khí lý tƣởng để tính đƣợc số mol khơng khí: Pkk.Vkk = nkk.R.T Áp suất nƣớc bão hịa theo nhiệt độ đƣợc tính: Phnbh = Pkq - Pkk Sự tƣơng quan tuyến tính áp suất nhiệt độ đƣợc biểu thị qua phƣơng trình Clausius-Clapeyron: lnP = -ΔH hh R 1  + C T Trong đó: P áp suất bão hòa (mmHg) T nhiệt độ tuyệt đối (K) ΔH hh Entanpi hóa hơi, nhiệt hóa hơi, lƣợng cần thiết để chuyển mol phân tử chất lỏng thành R số khí (= 8,314 J/mol.K) C số chất lỏng Phƣơng trình biểu diễn đƣờng thẳng ( y = ax+ b), biểu diễn mối quan hệ lnP 1/T (Với y = lnP; x = 1/T; a = -Hhh/R b = C) y Nước ln P Diethyl ether x 1/T Nhƣ vậy, dựa vào phƣơng trình Clausius-Clapeyron đồ thị, thấy, xác định đƣợc Hhh chất: Hhh = -R.tg Trong tg hệ số góc đƣờng thẳng Hóa chất dụng cụ Hóa chất: - Nƣớc cất - Hỗn hợp sinh hàn (nƣớc đá+ muối hạt) Dụng cụ: - Ống đong 10 ml - Cốc thủy tinh lít - Bếp điện - Giá sắt kẹp - Nhiệt kế - Chậu thủy tinh - Áp kế 3.Tiến hành Lắp dụng cụ nhƣ hình vẽ: Hình ụng cụ ác đ nh áp suất bão h a v nhiệt hóa nước Giá sắt Cặp sắt Nhiệt kế Ống đong 10ml Cốc lít Bếp điện Lấy khoảng 600ml nƣớc cất vào cốc thủy tinh lít khoảng 6-7 ml nƣớc cất vào ống đong 10 ml Dùng ngón tay bịt chặt miệng ống đong chuyển vào cốc thủy tinh, có khoảng 4-5 ml khơng khí đƣợc giữ lại ống đong Thêm nƣớc cất vào cốc để ống đong ngập chìm hồn tồn nƣớc Đun nƣớc cốc nóng lên khoảng 750 Lƣợng khơng khí ống đong giãn nở, đẩy cột nƣớc ống đong xuống thấp (chú ý: không đƣợc để đẩy xuống hết) Khi nhiệt độ lên gần 750C ngừng đun, nhiệt độ tiếp tục tăng Chờ nhiệt độ hạ xuống 750C, ghi thể tích cột khí ống đong nhiệt độ nƣớc Cứ cách 30C ghi thể tích cột khí nhiệt độ nƣớc lần nhiệt độ hạ xuống 510C Sau thêm nƣớc làm nguội tiếp tục cho hỗn hợp sinh hàn để làm nhiệt độ hạ xuống 50C( ý: trƣớc thêm nƣớc hỗn hợp sinh hàn vào cốc, cần lấy bếp điện cho chậu thủy tinh vào để đựng nƣớc tràn) Ghi thể tích cột khí nhiệt độ ghi áp suất khí áp kế Dựa vào kết thu đƣợc, tính áp suất nƣớc bão hịa nhiệt bay nƣớc Có thể áp dụng phƣơng pháp bình phƣơng tối thiểu đồ thị lnP 1/T dựa vào cặp nhiệt độ tính trung bình 10 HỘI HĨA HỌC VIỆT NAM NỘI DUNG CHƢƠNG TRÌNH THI THỰC NGHIỆM OLYMPIC HÓA HỌC SINH VIÊN CÁC TRƢỜNG ĐẠI HỌC VÀ CAO ĐẲNG TOÀN QUỐC LẦN THỨ IX (4/2016) TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI BẢNG C Phần 1: PHẦN KIẾN THỨC THỰC HÀNH Thời gian: 30 phút Kiểm tra kiến thức nguyên tắc làm việc phòng thí nghiệm; kỹ thuật thực hành hóa đại cƣơng; số định luật hóa học; số kiến thức tốc độ phản ứng, cân hóa học dung dịch (dạng câu hỏi trắc nghiệm câu hỏi tự luận ngắn) Các nguyên tắc chung làm việc phòng thí nghiệm - Quy tắc làm việc với chất độc, chất đậm đặc, chất dễ bay hơi, chất dễ cháy nổ - Cách xử lý số tai nạn phịng thí nghiệm Các kỹ thuật thực hành hóa đại cƣơng - Kỹ thuật tráng rửa dụng cụ thủy tinh - Nguyên tắc, kỹ thuật sử dụng số thiết bị nhƣ tủ sấy, bể điều nhiệt,… số dụng cụ thí nghiệm nhƣ ống đong, pipet, buret, … - Kỹ thuật lấy lƣợng xác định hóa chất lỏng, hóa chất rắn - Tính tốn pha chế hóa chất - Kỹ thuật chuẩn độ Một số định luật hóa học: định luật bảo toàn khối lƣợng, định luật Avogađro, định luật đƣơng lƣợng, phƣơng trình trạng thái khí lý tƣởng Cơ sở lý thuyết tốc độ phản ứng hóa học; giải thích ảnh hƣởng yếu tố: nồng độ, nhiệt độ, chất xúc tác, diện tích tiếp xúc đến tốc độ phản ứng Cơ sở lý thuyết cân hóa học; giải thích ảnh hƣởng yếu tố: nồng độ, nhiệt độ, áp suất đến chuyển dịch cân hóa học; nguyên lý chuyển dịch cân Le Chaterlie Một số kiến thức phần dung dịch - Các loại nồng độ: nồng độ mol/lít, nồng độ phần trăm, nồng độ đƣơng lƣợng - Cơ sở lý thuyết pH dung dịch; giải thích tính axit, bazơ theo Bronsted - Điều kiện kết tủa hịa tan chất tan 11 Phần 2: NỘI DUNG BÀI THÍ NGHIỆM Thời gian: 150 phút Bài 1: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG I LÍ THUYẾT Các phản ứng hóa học đồng thể hay dị thể Các phản ứng đƣợc gọi đồng thể chúng diễn hệ pha Ngƣợc lại, phản ứng dị thể xảy môi trƣờng không đồng chất pha khác (rắn - lỏng, khí - lỏng) Tốc độ phản ứng thƣờng 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: C vtb    t Tốc độ tức thời phản ứng: C vt  lim vtb   lim t   t → dC vt    dt Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào chất phản ứng điều kiện tiến hành nhƣ: nồng độ, nhiệt độ, chất xúc tác… a- Ảnh hưởng nồng độ chất phản ứng Định luật tác dụng khối lƣợng: “Ở nhiệt độ không đổi, tốc độ phản ứng tỷ lệ với tích nồng độ chất phản ứng đƣợc lũy thừa lên với số mũ thích hợp” Với phản ứng (1), tốc độ đƣợc biểu diễn biểu thức: v  k.CA CB Trong đó: CA, CB nồng độ mol.lít-1 chất A, B thời điểm khảo sát k số tốc độ phản ứng hóa học, đƣợc gọi “tốc độ riêng” nồng độ chất ban đầu đơn vị k = v Hằng số tốc độ phản ứng phụ thuộc vào chất chất phản ứng nhiệt độ ,  bậc riêng phần phản ứng xét theo chất A, chất B Thông thƣờng  ≠ a,  ≠ b, số trƣờng hợp  = a,  = b; ,  số đƣợc xác định thực nghiệm Trong hệ dị thể, tốc độ phản ứng phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc pha b- Ảnh hưởng nhiệt độ Nhiệt độ ảnh hƣởng 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 10oC gọi hệ số nhiệt độ tốc độ phản ứng, kí hiệu γ: 12  kT 10 kT kT, kT+10 số tốc độ nhiệt độ T (T+10) Từ suy ra: kT + 10n = n.kT Nghĩa nhiệt độ tăng theo cấp số cộng số tốc độ tăng theo cấp số nhân Với phản ứng đồng thể, đa số trƣờng hợp, hệ số nhiệt độ tốc độ phản ứng có giá trị giới hạn từ - 4, quy tắc Van Hốp (Van’t Hoff) Quy tắc gần khoảng nhiệt độ không cao Sau này, Areniut (Arrhenius) dựa kết thực nghiệm mơ tả xác ảnh hƣởng nhiệt độ đến tốc độ phản ứng phƣơng trình: k  A.e  Ea (*) Trong đó: A số, đƣợc gọi thừa số trƣớc lũy thừa, có trị số riêng cho loại phản ứng không phụ thuộc vào nhiệt độ Ea: lƣợng hoạt hóa T, R: nhiệt độ tuyệt đối số khí lí tƣởng Từ phƣơng trình (*) ta thấy, T nằm số mũ nên tăng T k tăng nhanh c- Ảnh hưởng chất xúc tác Chất xúc tác chất làm tăng tốc độ phản ứng hóa học nhƣng sau phản ứng, chất hóa học nhƣ lƣợng khơng thay đổi Chất xúc tác có khả làm tăng tốc độ phản ứng phản ứng xảy đƣợc, nghĩa phản ứng có ΔG < nhƣng có lƣợng hoạt hóa lớn entropi hoạt hóa nhỏ mà xảy với tốc độ chậm II THỰC HÀNH Hóa chất dụng cụ Hóa chất: - Dung dịch Na2S2O3 0,2M; H2SO4 0,2M 1M; H2C2O4 0,05M; KMnO4 0,01M; MnSO4 0,05M; H2O2 10%; - Bột MnO2; Zn viên; Zn bột; Diêm Dụng cụ: - Ống nghiệm sạch, ống đong 20ml; buret 25ml; pipet 1ml, 2ml - Cốc mỏ 50ml; bình cầu đáy 100ml; chậu thủy tinh; ống dẫn khí - Bể điều nhiệt; đồng hồ bấm giây Cách tiến hành Thí nghiệm 1: Ảnh hƣởng nồng độ chất phản ứng đến tốc độ phản ứng hệ đồng thể Nghiên cứu phản ứng dung dịch natri thiosunfat với axit sunfuric: Na2S2O3 + H2SO4 → Na2SO4 + H2O + SO2↑ + S↓ Dùng pipet cho vào ống nghiệm, ống 3ml axit sunfuric 0,2M 13 RT Lấy ống nghiệm khác đánh số thứ tự 1, 2, Dùng pipet cho vào ống thứ ml natri thiosunfat 0,2M ml nƣớc cất; ống thứ hai ml natri thiosunfat 0,2M ml nƣớc 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 vào bắt đầu xuất kết tủa đục sữa Tiến hành thí nghiệm với ống nghiệm tƣơng tự nhƣ ống Tốc độ phản ứng tính theo công thức v = 1/Δt (Δt thời gian thực phản ứng) Ghi kết vào bảng dƣới, nhận xét giải thích kết Thể tích (ml) Tỉ lệ nồng độ Tỉ lệ tốc độ Số Na2S2O3 Δt (s) v=1/Δt phản ứng TT H2SO4 Na2S2O3 H2O Tổng C1:C2:C3 v1:v2:v3 Thí nghiệm 2: Ảnh hƣởng nhiệt độ đến tốc độ phản ứng Nghiên cứu phản ứng dung dịch kali pemanganat axit oxalic môi trƣờng axit nhiệt độ khác 5H2C2O4 + 2KMnO4 + 3H2SO4 → 10CO2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O Dung dịch kali pemanganat 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 pemanganat 0,01M, vào ống nghiệm thứ hai 2ml dung dịch axit oxalic 0,05M 2ml dung dịch axit sunfuric 0,2M Đổ dung dịch từ ống nghiệm thứ hai vào ống nghiệm thứ nhất, lắc Dùng đồng hồ bấm giây ghi thời gian từ lúc trộn đến dung dịch màu hoàn toàn Ghi lại nhiệt độ phịng Tiến hành thí nghiệm tƣơng tự nhƣ nhƣng nhiệt độ khác nhau: - Nhiệt độ phòng + 10oC - Nhiệt độ phòng + 20 oC - Nhiệt độ phịng + 30 oC Các thí nghiệm tiến hành bình điều nhiệt Trƣớc trộn hai dung dịch phải ngâm ống nghiệm đựng hóa chất phản ứng bình điều nhiệt khoảng - 10 phút để cân nhiệt Ghi kết vào bảng dƣới, nhận xét giải thích Nhiệt độ phản ứng Tốc độ phản ứng STT Thời gian Δt (s) Hệ số nhiệt độ γ o (t C) v=1/ Δt 14 Thí nghiệm 3: Ảnh hƣởng chất xúc tác đồng thể đến tốc độ phản ứng Dùng pipet lấy vào ống nghiệm ống ml dung dịch axit oxalic 0,05M 2ml axit sunfuric 0,2M Thêm vào ống nghiệm thứ 1-2 giọt mangan sunfat 0,05M Sau dùng pipet cho vào ống nghiệm, ống 1ml dung dịch kali penmanganat 0,01M Theo dõi thời gian từ lúc trộn dung dịch đến dung dịch màu hoàn toàn Ghi kết vào bảng dƣới, nhận xét giải thích kết V-KMnO4 V-H2SO4 V-H2C2O4 Dung dịch Thời gian Tốc độ phản ứng STT (ml) (ml) (ml) MnSO4 Δt (s) v=1/Δt Thí nghiệm 4: Ảnh hƣởng chất xúc tác dị thể đến tốc độ phản ứng: Phản ứng phân hủy hiđro peoxit Lấy hai ống nghiệm đánh số Dùng pipet lấy vào ống nghiệm ml dung dịch hiđro peoxit 10% Cho thêm vào ống chút bột mangan đioxit Theo dõi tƣợng xảy hai ống nghiệm Nhận xét giải thích Có thể kiểm tra chất khí cách đƣa tới gần miệng ống nghiệm que diêm cháy cịn tàn đỏ Thí nghiệm 5: Ảnh hƣởng diện tích bề mặt đến tốc độ phản ứng hệ dị thể Lắp dụng cụ nhƣ hình bên Cho nƣớc vào đầy ống đong, dùng ngón tay bịt chặt miệng ống đong úp ngƣợc vào chậu thủy tinh chứa nƣớc cho bọt khí ống đong Lắp ống đong vào giá sắt Nhiệt độ nƣớc chậu cố định 25oC ± 1oC Dùng ống đong khác lấy 20 ml H2SO4 1M cho vào bình cầu đáy bằng, cho tiếp 1-2g kẽm hạt Đậy kín bình cầu nút có ống dẫn khí vào miệng ống đong Bắt đầu bấm thời gian từ lúc cho kẽm vào bình đến thể tích khí hiđro ống Ống đong đong đƣợc 10ml Bình cầu Lặp lại thí nghiệm trên, thay kẽm hạt kẽm Chậu thủy tinh bột Cho biết diện tích tiếp xúc ảnh hƣởng nhƣ Ống dẫn khí đến vận tốc phản ứng ? Kẹp giá sắt 15 Bài 2: DUNG DỊCH - CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN CÂN BẰNG HÓA HỌC I LÝ THUYẾT Dung dịch Dung dịch hệ đồng thể tạo hai hay nhiều chất mà thành phần chúng thay đổi giới hạn xác định Thành phần dung dịch gồm chất tan dung môi Dung môi môi trƣờng để chất tan phân tán, đồng thời chất định trạng thái tồn dung dịch Dung dịch tồn trạng thái khí, lỏng rắn 1.1 Một số nồng độ dung dịch - Nồng độ mol (CM): Nồng độ mol số mol chất tan lít dung dịch nct V CM  - Nồng độ đƣơng lƣợng (N): số đƣơng lƣợng gam chất tan lít dung dịch N Đ V 1.2 Xác định nồng độ dung dịch phƣơng pháp chuẩn độ Chuẩn độ phƣơng pháp xác định nồng độ chƣa biết dung dịch theo nồng độ biết dung dịch khác cách đo thể tích dung dịch tƣơng tác Ví dụ với phản ứng: aA + bB → Sản phẩm Theo định luật đƣơng lƣợng, số đƣơng lƣợng gam chất phản ứng nhau: N AV A  N BVB  N A VB  N B VA Trong đó: A: chất biết nồng độ; B: chất cần xác định nồng độ Nếu xác định đƣợc thể tích VA, VB q trình chuẩn độ, biết đƣợc NA tính đƣợc NB Phƣơng pháp chuẩn độ đƣợc áp dụng cho nhiều loại phản ứng nhƣ phản ứng trung hòa, phản ứng oxi hóa – khử, phản ứng tạo kết tủa, phản ứng tạo phức… 1.3 Sự thủy phân tích số tan muối Theo thuyết axit - bazơ Bronsted - Lowry, ion tạo muối bị thủy phân nƣớc thể tính axit bazơ Hiện tƣợng đƣợc gọi thủy phân muối Khi hịa tan hợp chất tan AmBn vào nƣớc có cân bằng: AmBn mAa+(dd) + nBb-(dd) Khi q trình hịa tan đạt tới trạng thái cân (dung dịch bão hòa), số cân q trình gọi tích số tan TA B : m n m TAm Bn   Aa    Bb  16 n Tích số tan T phụ thuộc vào chất chất tan, dung môi nhiệt độ Tại nhiệt độ xác định, chất có tích số tan nhỏ muối tan Dựa vào tích số tan rút điều kiện kết tủa hòa tan kết tủa chất điện ly tan nhƣ sau: - Điều kiện hịa tan kết tủa tích số nồng độ ion chất với số mũ hệ số tỉ lệ tƣơng ứng nhỏ tích số tan: TA B  [ Aa ]m [ B b ]n m n - Điều kiện kết tủa tích số nồng độ ion chất với số mũ hệ số tỉ lệ tƣơng ứng lớn tích số tan: TA B  [ Aa ]m [ B b ]n m n Các yếu tố ảnh hƣởng đến cân hóa học Cân hóa học trạng thái phản ứng thuận nghịch tốc độ phản ứng thuận tốc độ phản ứng nghịch Cân hóa học có tính chất sau: + Là trạng thái cân động: Ở trạng thái cân bằng, phản ứng không dừng lại mà phản ứng thuận nghịch xảy nhƣng với tốc độ + Thành phần chất có mặt phản ứng khơng thay đổi theo thời gian điều kiện bên (nhiệt độ, áp suất, nồng độ) không thay đổi + Bị chuyển dịch có tác động từ bên ngồi: Khi yếu tố nhƣ nhiệt độ, áp suất, nồng độ thay đổi có chuyển dịch cân + Trạng thái cân ln có lƣợng cực tiểu Khi yếu tố bên nhƣ nồng độ, nhiệt độ áp suất thay đổi, trạng thái cân ban đầu chuyển sang trạng thái cân Sự dịch chuyển từ trạng thái cân sang trạng thái cân khác gọi dịch chuyển cân Quy luật dịch chuyển cân đƣợc Le Chatelier tóm tắt nhƣ sau: “Một hệ trạng thái cân bằng, thay đổi thông số trạng thái hệ (áp suất, nhiệt độ, nồng độ) cân chuyển d ch theo chiều chống lại thay đổi đó” II THỰC HÀNH Hóa chất dụng cụ - Hóa chất: Các dung dịch: HCl đặc; HCl 2M; H2 SO4 1M; CH3COOH 2M; NaOH 2M; NaOH 0,1M; NH3 0,5M; NH4Cl 0,5M; K2CO3 0,5M; K2 Cr2 O7 10%; CaCl2 0,5M; Na2CO3 0,5M; CaCl2 2.10 -5M; Na2 CO3 2.10 -5M; FeCl3 0,5M, KSCN 0,5M, CoCl 0,5M Các tinh thể: NH4Cl, CH3COONa, KSCN, KCl Giấy đo pH, thị phenolphtalein 0,1%, thị metyl da cam 0,1% - Dụng cụ: Ống nghiệm; giá ống nghiệm; pipet 1ml, 2ml, 5ml; bóp cao su; giá pipet; cốc thủy tinh 50ml; buret 25ml; bình nón 100ml; kẹp gỗ; đèn cồn; đũa thủy tinh Tiến hành Thí nghiệm 1: Thử pH số dung dịch giấy đo pH Lấy vào ống nghiệm: - Ống nghiệm 1: 1ml dung dịch HCl 2M - Ống nghiệm 2: 1ml dung dịch NaOH 2M 17 - Ống nghiệm 3: 1ml dung dịch NH4Cl 0,5M - Ống nghiệm 4: 1ml dung dịch K2 CO 0,5M Thử pH dung dịch ống nghiệm giấy đo pH, ghi kết vào bảng: Dung dịch HCl 2M NaOH 2M NH4Cl 0,5M K2CO3 0,5M Màu giấy đo pH Giá trị pH Mơi trƣờng Viết phƣơng trình phản ứng thủy phân (nếu có) Thí nghiệm 2: Cân dung dịch axit yếu, bazơ yếu a Axit yếu: Lấy ống nghiệm, cho vào ống 0,5ml dung dịch axit CH3COOH 2M giọt thị metyl da cam 0,1% Ống nghiệm 1: Để so sánh Ống nghiệm 2: Thêm vào tinh thể CH3COONa (bằng hạt ngơ), lắc để tinh thể tan hoàn toàn Nhận xét thay đổi màu ống nghiệm 2? Giải thích? b Bazơ yếu: Lấy ống nghiệm, cho vào ống 0,5ml dung dịch NH3 0,5M giọt thị phenolphtalein 0,1% Ống nghiệm 1: Để so sánh Ống nghiệm 2: Thêm vào tinh thể NH4Cl (bằng hạt ngơ), lắc để tinh thể tan hồn tồn Nhận xét thay đổi màu ống nghiệm so với ống nghiệm 1? Giải thích? Thí nghiệm 3: Phản ứng tạo thành chất điện ly yếu, chất tan, chất dễ bay a Phản ứng tạo thành chất điện ly yếu: Lấy vào ống nghiệm 0,5ml dung dịch NaOH 2M giọt thị phenolphtalein 0,1% Quan sát màu dung dịch Thêm 1ml dung dịch HCl 2M vào ống nghiệm trên, lắc Quan sát tƣợng xảy ra, giải thích viết phƣơng trình phản ứng b Phản ứng tạo thành chất tan: Lấy ống nghiệm: - Ống nghiệm 1: Cho vào 1ml dung dịch CaCl2 0,5M, sau thêm tiếp 1ml dung dịch Na2CO3 0,5M, lắc - Ống nghiệm 2: Cho vào 1ml dung dịch CaCl2 2.10 -5 M, sau thêm tiếp 1ml dung dịch Na2CO3 2.10 -5M, lắc Quan sát tƣợng xảy ống nghiệm Cho tích số tan CaCO3 25 oC 4,8.10 -9, giải thích tƣợng xảy ống nghiệm? Giữ lại sản phẩm ống nghiệm để tiến hành thí nghiệm 3c c Phản ứng tạo thành chất dễ bay hơi: Lấy ống nghiệm chứa sản phẩm thí nghiệm 3b, thêm vào 2ml dung dịch HCl 2M, lắc Quan sát tƣợng, viết phƣơng trình phản ứng xảy giải thích 18 Thí nghiệm 4: Xác định nồng độ dung dịch HCl phƣơng pháp chuẩn độ Dùng pipet lấy 10ml dung dịch HCl chƣa biết nồng độ đƣợc chuẩn bị sẵn cho vào bình nón 100ml Nhỏ 1-2 giọt thị phenolphtalein 0,1% vào bình nón Đổ dung dịch chuẩn NaOH 0,1M vào buret cao vạch số khoảng 2ml, mở khóa cho dung dịch xuống từ từ đến vòm khum dung dịch trùng với vạch số khóa lại (chú ý khơng để bọt khí cịn lại buret) Tiến hành chuẩn độ dung dịch HCl bình nón dung dịch chuẩn NaOH 0,1M đến dung dịch bình nón chuyển từ khơng màu sang màu hồng bền 30s dừng chuẩn độ Ghi thể tích NaOH 0,1M buret Thực lần lấy kết trung bình Ghi kết thu đƣợc vào bảng dƣới đây: Lần chuẩn độ VNaOH 0,1M (ml) VNaOH 0,1M (ml) trung bình Viết phƣơng trình phản ứng chuẩn độ, giải thích tính nồng độ mol/l dung dịch HCl ban đầu Thí nghiệm 5: Khảo sát cân ion dung dịch chất điện ly Nghiên cứu cân phản ứng: Cr2O72- + H2O 2CrO42- + 2H+ Lấy 1ml dung dịch K2Cr2O7 10% cho vào ống nghiệm, ghi màu dung dịch Thêm tiếp 1ml dung dịch NaOH 2M, lắc đều, quan sát thay đổi màu sắc dung dịch Thêm tiếp 1ml dung dịch HCl 2M, lắc đều, quan sát thay đổi màu sắc dung dịch Dựa vào thay đổi màu sắc dung dịch trên, viết cân ion dung dịch giải thích chuyển màu thí nghiệm Thí nghiệm 6: Ảnh hƣởng nồng độ đến dịch chuyển cân Nghiên cứu phản ứng thuận nghịch dung dịch FeCl3 KSCN: FeCl3 + KSCN KCl + [Fe(SCN)]2+.2ClCho giọt dung dịch KSCN 0,5M, giọt dung dịch FeCl3 0,5M vào cốc 50ml, thêm nƣớc cất đến khoảng 30ml, lắc đƣợc dung dịch X Hút vào ống nghiệm ống 5ml dung dịch X: - Ống nghiệm 1: Dùng để so sánh màu - Ống nghiệm 2: Thêm vào tinh thể KSCN (bằng hạt ngô), lắc đến tinh thể tan hết - Ống nghiệm 3: Thêm vào tinh thể KCl (bằng hạt ngô), lắc đến tinh thể tan hết Quan sát thay đổi màu ống nghiệm so với ống nghiệm 1, từ rút kết luận ảnh hƣởng nồng độ đến dịch chuyển cân 19 Thí nghiệm 7: Ảnh hƣởng nhiệt độ đến dịch chuyển cân Nghiên cứu phản ứng thuận nghịch dung dịch CoCl2 (Co2+ dung dịch tồn dạng [Co(H2O) 6]2+) HCl đặc: [Co(H2O) 6]2+ + 4Cl [CoCl 4]2- + 6H2O [Co(H2O) 6]2+ có màu hồng, [CoCl 4]2- có màu xanh tím Hút 5ml dung dịch CoCl 0,5M cho vào cốc thủy tinh 50ml, thêm giọt dung dịch HCl đặc đến dung dịch có màu xanh tím (tiến hành tủ hút), lắc đƣợc dung dịch Y Hút vào ba ống nghiệm khô ống 1ml dung dịch Y: - Ống nghiệm 1: Để so sánh - Ống nghiệm 2: Ngâm vào cốc nƣớc đá khoảng phút - Ống nghiệm 3: Hơ nóng nhẹ lửa đèn cồn đến đổi màu Quan sát thay đổi màu ống nghiệm so với ống nghiệm 1, từ rút kết luận ảnh hƣởng nhiệt độ tới chuyển dịch cân Chú ý: Cẩn thận làm việc với HCl đặc - HẾT 20 ... ống Thiele HỘI HÓA HỌC VIỆT NAM NỘI DUNG CHƢƠNG TRÌNH THI THỰC NGHIỆM OLYMPIC HĨA HỌC SINH VIÊN CÁC TRƢỜNG ĐẠI HỌC VÀ CAO ĐẲNG TOÀN QUỐC LẦN THỨ IX (4/2016) TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI... tối thi? ??u đồ thị lnP 1/T dựa vào cặp nhiệt độ tính trung bình 10 HỘI HĨA HỌC VIỆT NAM NỘI DUNG CHƢƠNG TRÌNH THI THỰC NGHIỆM OLYMPIC HÓA HỌC SINH VIÊN CÁC TRƢỜNG ĐẠI HỌC VÀ CAO ĐẲNG TOÀN QUỐC LẦN... điều chế đem hòa tan với nƣớc Chia dung dịch vừa hoà tan vào ống nghiệm Thêm vài giọt dung dịch NaOH vào ống thứ nhất; đổ ống thứ hai vào ống nghiệm có chứa sẵn dung dịch KMnO4 môi trƣờng axit H2SO4