Ảnh hưởng của nồng độ đến chuyển dịch cân bằng trong hóa học

Báo cáo thí nghiệm hóa học: Ảnh hưởng của nồng độ đến chuyển dịch cân bằng trong hóa học

Trờng đại học giao thông vận tảI

Báo cáo thí nghiệm

Hóa học đại cơng

Nhúm II Lớp: Dự ỏn và quản lý dự ỏn Khoỏ: 48

Hà nội 4-2009

Danh sách nhóm thực hành số 2, lớp Dự án & QLDA K48:

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Bài 1: NGUYÊN LÝ CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG PHẢN ỨNG

Nguyên lý Le Chatelier: “Một hệ đang ở trạng thái cân bằng, nếu chịu một tác

dụng bên ngoài như sự thay đổi nồng độ, nhiệt độ hay áp suất thì cân bằng chuyển dịch về phía làm giảm tác dụng bên ngoài đó”

I/ Thí nghiệm 1: Ảnh hưởng cúa nồng độ đến chuyển dịch cân bằng trong

phản ứng hoá học:

1 Mục đích: Nghiêm cứu về ảnh hưởng của nồng độ đến cân bằng hoá học

2 Hoá chất và dụng cụ:

- 04 ống nghiệm sạch

- 01 giá để ống nghiệm

- 01 cốc thuỷ tinh đựng tinh thể KCl

- Nước cất

- 01 lọ đựng đ FeCl3 bão hoà

- 01 lọ đựng đ KSCNbão hoà

3 Tiến hành thí nghiêm:

trên và lắc đều

- Lấy ống nghiệm 1 làm mẫu so sánh

nghiệm 01

- Ống nghiệm số3 : Cho thêm một giọt dd KSCN bão hoà, rồi so sánh với ống nghiệm 01

- Ống nghiệm số 4 : Cho thêm ít tinh thế KCl, lắc kỹ, rồi so sánh với ống 01

4 Hiện tượng và giải thích:

Xét phản ứng đang ở trạng thái cân bằng

đỏ máu

Lấy ống nghiệm 1 làm mẫu so sánh, ta thấy :

- Ống nghiệm số 2 và 3 màu đỏ đậm hơn

- Ống nghiệm số 4 màu đỏ nhạt đi

Giải thích: Khi tăng nồng độ FeCl3 hoặc KSCN, cân bằng bị chuyển dịch

dịch cân bằng - nguyên lý Le Chatelier: “Một hệ đang ở trạng thái cân bằng, nếu

chịu một tác dụng bên ngoài như sự thay đổi nồng độ, nhiệt độ hay áp suất thì cân bằng chuyển dịch về phía làm giảm tác dụng bên ngoài đó” Chính điều này

đã làm màu đỏ của dung dịch phản ứng đậm lên một cách rõ rệt

Tương tự khi cho thêm một ít tinh thể KCl vào dung dịch cân bằng ban đầu, màu đỏ của dung dịch nhạt đi chứng tỏ cân bằng đã chuyển dịch theo chiều nghịch, chiều giảm nồng độ KCl, theo nguyên lý Le Chatelier

Như vậy sự thay đổi nồng độ các chất tham gia phản ứng hóa học trong điều kiện nhiệt độ và áp suất không đổi, đã làm chuyển dịch cân bằng phản ứng, chính là thay đổi chênh lệch giữa vận tốc phản ứng thuận và phản ứng nghịch, dẫn đến tạo ra sản phẩm phản ứng nhiều hay ít

II/ Thí nghiệm 2 : Ảnh hưởng của Nhiệt độ tới chuyển dịch cân bằng.

1 Mục đích:Nghiên cứu về ảnh hưởng của nhiệt độ đến cân bằng hoá học

2 Hoá chất và dụng cụ:

- 02 ống nghiệm sạch.

- 01 giá để ống nghiệm

- 01 đèn cồn

- Nước cất

- 01 lọ đựng Phenolphtalein

3 Tiến hành thí nghiêm:

- Lấy chừng 20 ml nước cất vào cốc ( Loại 100ml), sau đó cho một ít tinh thể

- Chắt lượng dd thu được vào 2 ống nghiệm sau đó đánh số thứ tự (01 và 02)

- Cho vào ống nghiệm 01 một vài giọt Phenol phtalein

- Ống 2 đun nóng trên bếp điện sao đó cho vào vài giọt phenol phtalein

- Nhận xét màu giữa 2 ống nghiệm.

4 Hiện tượng và giải thích:

Quan sát hiện tượng thí nghiệm ta thấy:

- Ống nghiệm 1: (ở nhiệt độ phòng) Khi cho phenolphetalin vào dung dịch

muối CH3COONa phân li ra ion CH3COO− là một bazo yếu (theo thuyết brontes), nó thủy phân nước theo phương trình:

làm đổi màu dung dịch thử phenol từ không màu sang màu hồng

gần như vẫn trong suốt Để ống nghiệm nguội dần, màu hồng bắt đầu xuất hiện

độ tăng (do cấu trúc phân tử của nó), làm cân bằng phản ứng (1) xảy ra theo

để làm đổi màu phenol Khi nhiệt độ phản ứng giảm (để nguội), tính bazo của

Kết luận: Nhiệt độ phản ứng ảnh hưởng rõ rệt tới sự chuyển dịch cân bằng phản ứng, kiểm chứng đúng nguyên lý Le Chatelier

BÀI 2: TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG HOÁ HỌC

I/ Thí nghiệm 1: Ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng hoá học.

1 Thiết bị và hoá chất:

- 8 ống thí nghiệm sạch chia làm 2

dãy

1%

- Nước cất

2%

- 01 Giá để ống nghiệm

3%

- 01 đồng hồ bấm giây

4%

2 Tiến hành thí nghiệm:

- Lấy dãy ông nghiệm A, đánh số thứ tự từ 01 đến 04, sau đó nhỏ vào mỗi

- Với dãy ống nghiệm B, đánh số thứ tự từ 01 đến 04:

- Lấy ống nghiệm 01 của dãy ống nghiệm A cho phản ứng với ống nghiệm 01 của dãy ống nghiệm B, khí hai dung dịch tiếp xúc với nhau thì cho đồng hồ bấm giây chạy Tới khi phản ứng cho kết tủa đục thì kết thúc đồng hồ bấm giây và ghi rõ thời gian phản ứng xảy ra

- Làm tương tự với các cặp ống nghiệm 02A + 02B, 03A + 03B, 04A + 04B

3 Hiện tượng và giải thích:

a.Kết quả thí nghiệm:

b.Nhận xét:

c.Giải thích:

Một phản ứng hoá học muốn xảy ra, các chất tham gia phản ứng va chạm nhau, nhữngva chạm dẫn đến xảy ra phản ứng gọi là các va chạm có hiệu quả Khi nồng độ các chất tăng,số va chạm có hiệu quả cũng tăng dần nên phản ứng xảy ra nhanh hơn

Năm 1867 Gulberg và Waager đã đưa định luật tác dụng khối lượng nên ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ của phản ứng có nội dung sau:

"Ở nhiệt độ xác định, tốc độ phản ứng tỷ lệ thuận với tích số nồng độ của các chất tham gia phản ứng, mỗi nồng độ có số mũ là hệ số tỷ lượng của các chất đó trong phương trình phản ứng"

động học của phản ứng trên)

Trong đó k: hằng số tốc độ, nó phụ thuộc vào bản chất của chất phản ứng

và nhiệt độ

Thí nghiệm 2: Ảnh hưởng của nhiệt độ tới tốc độ phản ứng hoá học

1 Mục đích: Nghiên cứu sự ảnh hưởng của nhiệt độ tới tốc độ phản ứng hóa học trong thực tế và so sánh với lý thuyết

2 Hoá chất và dụng cụ:

- 08 ống nghiệm sạch chia làm 2 dãy A&B - Nước cất

3 Tiến hành thí nghiêm:

- Lấy dãy ống nghiệm A, đánh số thứ tự từ 01 đến 04, sau đó nhở vào mỗi ống

- Lấy dãy ống nghiệm B, đánh số thứ tự từ 01 đến 04, sau đó nhỏ vào mỗi ống

- Lấy ống nghiệm 01 của dãy ống nghiệm A cho phản ứng với ống nghiệm 01 của dãy ống nghiệm B, khi hai dung dịch tiếp xúc với nhau thì cho đồng hồ bấm giây chạy Tới khi phản ứng cho kết tủa trắng đục thì kết thúc đồng hồ

và ghi rõ thời gian phản ứng xảy ra

Chú ý: Cách làm tăng nhiệt độ của phản ứng:

+ Cho cả hai ống nghiệm cần nâng nhiệt độ vào cốc, cắm nhiệt kế vào cốc

+ Đặt cốc lên bếp điện có lưới Amiăn và đun hệ thống trên cho tới khi nhiệt kế trong cốc chỉ giá trị mong muốn

+ Nhấc cốc ra khỏi bếp điện Nhấc một ống nghiệm ra khỏi cốc và đổ dung dịch trong cốc đó vào ống nghiêm còn lại vẫn nằm trong cốc và xác định thời gian phản ứng xảy ra

4 Hiện tượng và giải thích:

a Kết quả thí nghiệm:

STT

ml

b Nhận xét:

Ta thấy tốc độ của các phản ứng hoá học thường tăng lên khi nhiệt độ tăng

Giải thích:

* Qui tắc Van't Hoff

"Khi nhiệt độ của phản ứng tăng lên 100 thì hằng số tốc độ của phản ứng (hay là tốc độ phản ứng) tăng lên từ 2 đến 4 lần

** Biểu thức Arrhénius:

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng được biểu thị chính xác hơn và áp dụng được trong một khoảng nhiệt độ rộng hơn qua biểu thức Arrhénius:

k = A.e RT

E a

−

R: hằng số khí lí tưởng

A: hằng số đặc trưng cho từng phản ứng

hoá của phản ứng, nó phụ thuộc vào bản chất của chất phản ứng

e: cơ số logarit tự nhiên (e = 2,71)

T: Nhiệt độ tuyệt đối

Từ biểu thức này ta thấy khi nhiệt độ tăng, tốc độ phản ứng tăng và phản ứng có năng lượng hoạt hoá càng bé thì phản ứng càng dễ dàng xảy ra

*** Thuyết hoạt hoá (thuyết va chạm hoạt động) và năng lượng hoạt hoá

Theo thuyết này thì không phải tất cả mọi va chạm đều xảy ra phản ứng mà chỉ

có những va chạm của các nguyên tử hay phân tử hoạt động mới dẫn đến phản ứng Các nguyên tử hay phân tử hoạt động là các nguyên tử hay phân tử có một năng lượng dư đủ lớn so với năng lượng trung bình của chúng Vậy "năng lượng hoạt hoá của một phản ứng là năng lượng tối thiểu mà một mol chất phản

ứng phải có để chuyển phân tử của chúng từ trạng thái bình thường sang trạng thái hoạt động" Như vậy, để có thể phản ứng được với nhau, phân tử các chất phản ứng phải vượt qua một hàng rào năng lượng ,đó chính là năng lượng hoạt hoá của phản ứng Nếu năng lượng hoạt hoá càng nhỏ thì tốc độ phản ứng sẽ càng lớn Vì vậy khi xét khả năng phản ứng người ta thường dùng đại lượng này

để so sánh Đơn vị năng lượng hoạt hoá là kcal/mol hoặc kJ/mol

BÀI 3: XÁC ĐỊNH ĐƯƠNG LƯỢNG CỦA KIM LOẠI

1.Mục đích: Xác định đương lượng của Magie kim loại.

2.Hóa chất, dụng cụ:

-Hóa chất: Dung dịch HCl (1:4), Mg kim loại

-Dụng cụ: Cân phân tích, thiết bị xác định đương lượng kim loại (hình vẽ)

Sơ đồ thí nghiệm xác định đương lượng kim loại.

3 Cách tiến hành:

Cân chính xác m gam kim loại Mg cho vào thìa A Cho vào khoảng 20 ml dung dịch HCl vào bình B, mở khóa (1),(2) cho axit vào bình C Hạ từ từ thìa đựng kim loại xuống ngập vào dung dịch axit, đồng thời mở khóa (3) cho toàn

bộ khí thoát ra đẩy piston trong xilanh D Khi phản ứng kết thúc, đọc thể tích khí thoát ra trên xilanh

4 Tính kết quả:

m = M P R..V T

Với:

T là nhiệt độ phòng lúc làm thí nghiệm (K)

MH2 = 2 đv.C

Suy ra:

m = 2.0 , 082atm 302 , 5 0K l

0405 , 0 1

= 0,00327 (2) Áp dụng định luật đương lượng để tính đương lượng kim loại

kl

kl H

H

Đ

m Đ

m

=

2

2

⇒ Đkl=

2

2

H

kl H

m

m Đ

2

.

H

H kl

m

Đ m

=00,,048100327.2=29,42

BÀI 4: XÁC ĐỊNH NHIỆT HÒA TAN CỦA Na2 SO4 .10H2 O

I Thiết bị: (hình vẽ)

II Cách tiến hành thí nghiệm:

Đong chính xác 10ml nước cất (dung pipet) cho vào nhiệt lượng kế (1),

lượng muối dính trên thành), bật máy khuấy từ cho hòa tan hoàn toàn muối, sau

Từ các kết quả trên xác định được ∆T =T2 −T1

III Tính kết quả và nhận xét:

(1) Tính kết quả:

Q=(CH2O.mH2O + CK mK ) ∆T Nhiệt hoà tan mol:

∆Hht = Q. m M Chú ý:

và 0,8J/g.K

kế, khối lượng riêng của nước là d = 1g/ml

Sơ đồ thí nghiệm xác định nhiệt hoà tan.

(2) Kết quả và nhận xét :

Ta có: m = 1,9295 (g)

T0 = 29,5 ; T1 = 30,7 ⇒ ∆T = 1,2

=(4,185.1.10 + 0,8.164,5).1,2= 207,816 (J)

⇒ ∆Hht = Q. m M = 2071,,8169295.322 = 34681 (J/mol)

34,68 KJ, chính là hiệu ứng nhiệt của quá trình hòa tan

BÀI 5: XÁC ĐỊNH SỨC ĐIỆN ĐỘNG PHÂN HỦY VÀ QUÁ

THẾ KHI ĐIỆN PHÂN NƯỚC

1 Mục đích

Xác định thế phân hủy và quá thế của quá trình điện phân nước

2 Hoá chất dụng cụ

- Dụng cụ: thiết bị xác định thế phân hủy của quá trình điện phân nước (Hv)

Sơ đồ điện phân nước

3 Tiến hành thí nghiệm

Mở khoá (1) cho nước vào Buret (2) tới vạch xác định Bật công tắc máy chỉnh lưu (3), tăng dần thế (0,1V mỗi lần, bắt đầu từ 1,0V) đến khi ở các cực bắt đầu xuất hiện bọt khí (điện phân bắt đầu – chú ý quan sát kỹ) Đọc điện áp trên

4 Tính toán kết quả

(1) Tính sức điện động phân cực khi điện phân nước.

2

2

H

H+ và E0

−

OH

O

2

áp dụng phương trình Nernst ta tính được

2

2

H

H+

ϕ và

−

OH

O

2

2

phân cực:

Epc = OH−

O

2

2

ϕ -

2

2

H

H+

ϕ ;

2

2

H

H+

ϕ =

2

2

0

H

H+

−

OH

O

2

2

ϕ =

−

OH

O

2

0

2

ϕ - RT F ln[OH−];

⇒ E pc = OH−

O

2

2

ϕ -

2

2

H

H+

ϕ =

−

OH

O

2

0

2

2

2

0

H

H+

ϕ - RT F ln{[H+][OH−]} Với OH−

O

2

0

2

2

2

0

H

H+

ϕ =0,00V; [H+]=10− 3; [OH−]=10− 11;

T = 29,5 0C= 299,50 K

⇒ E pc = 0,402 -0- 8,31496500.299,5ln( 10− 14) = 1,174

(2) Tính quá thế khi điện phân nước

Thí nghiệm thu được thế phân hủy của nước là:Eph= 2,375 (V)

⇒ Quá thế : η = Eph - E pc= 2,375 – 1,174 = 1,201 (V)