Bài 4 thực hành hóa đại cương

Trình bày được cơ sơ lý thuyết về sự ảnh hưởng của các yếu tố: nồng độ, nhiệt độ, xúc tác và diện tích xúc tác đến tốc độ phản ứng.. Xác định được sự ảnh hưởng của các yếu tố đến tốc độ

BỘ MÔN HÓA HỌC

PTN HÓA ĐẠI CƯƠNG-VÔ CƠ

BÀI BÁO CÁO THỰC HÀNH BÀI 4 VẬN TỐC PHẢN ỨNG VÀ CÂN BẰNG HÓA HỌC

4.1 MỤC TIÊU BÀI THỰC HÀNH

Sau khi thực hành xong bài này, sinh viên có khả năng:

1. Trình bày được cơ sơ lý thuyết về sự ảnh hưởng của các yếu tố: nồng độ, nhiệt độ, xúc tác và diện tích xúc tác đến tốc độ phản ứng

2. Trình bày được ” nguyên lý chuyển dịch cân bằng” và thí nghiệm về sự chuyển dịch cân bằng hóa học

3. Xác định được sự ảnh hưởng của các yếu tố đến tốc độ phản ướng bằng các

dữ liệu thực nghiệm

4. Xác định được sự ảnh hưởng của pH môi trường đối với cân bằng hóa học

4.2 NGUYÊN TẮC CHUNG VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT

4.2.1 NGUYÊN TẮC CHUNG

Các thí nghiệm làm rõ sự ảnh hưởng của các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phàn ứng hóa học như là:

- Ảnh hưởng của nồng độ

- Ảnh hưởng của nhiệt độ

- Ảnh hưởng của các chất xúc tác

- Ảnh hưởng của diện tích tiếp xúc

Cân bằng hóa học chịu sự ảnh hưởng mạnh mẽ bởi môi trường MT acid (pH thấp) hay base (pH cao) có tác động rõ rệt đối với một cân bằng hóa học Cường độ màu và phổ màu thay đổi cho biết dấu hiệu của sự chuyển dịch cân bằng

4.2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

a Tốc độ phản ứng

Tốc độ phản ứng là đại lượng biểu thị mức độ phản ứng hóa học xảy ra nhanh hay chậm, được xác định bằng tỉ số của sự biến thiên nồng độ chất tham gia hoặc sản phẩm trong một đơn vị thời gian

Phản ứng hóa học xảy ra ở trạng thái đồng thề và cả dị thể Phản ứng hóa học diễn ra trong hệ một pha là phản ứng đồng thể, ngược lại Diễn ra trong môi trường không đồng nhất (2 hoặc 3 pha) gọi là phản ứng dị thể

Đối với phản ứng hóa học tổng quát:

a A + b B → c C + d D (4-1) Tốc độ phản ứng trung bình (4-1) là:

V = (4-2)

Khi tốc độ phản ứng xảy ra trong khoảng thời gian vô cùng nhỏ thì ∆t → dt

và ∆C → dC, lúc đó chính là tốc độ tức thời:

V = (4-3)

Hay nói cách khác, dt → 0 thì tốc độ phản ứng tức thời chính là đạo hàm của nồng

độ phụ thuộc thời gian: v = C’

Theo định luật tác dụng khối lượng: “ Ở nhiệt độ không đổi, tốc độ của một phản ứng hóa học tỉ lệ với nồng độ của chất phản ứng và phụ thuộc vào bậc lũy thừa tương ứng với số mũ là các hệ số tỉ lượng trong phản ứng cơ sở”

Nếu phản ứng (4-1) là phản ưng đơn giản thì:

V = K.[A]a.[B]b (4-4)

Hằng số K chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ phản ứng hóa học Nó được gọi là “ tốc độ riêng” của (4-1)vì tốc độ phản ứng không phụ thuộc nồng độ:

V =k

Tốc độ của phản ứng ảnh hưởng rất nhiều vào bản chất của phản ứng và các điều kiện tiến hành:

- Ảnh hưởng của nồng độ

Theo định luật tác dụng khối lượng ,ta nhìn thấy rõ tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nồng độ tham gia phản ứng khi nhiệt độ tham gia phản ứng khi nhiệt độ không đổi

Thông thường,nồng độ chất tham gia chênh lệch nhau bao nhiêu lần thì tốc độ phản ứng cũng kém hơn bấy nhiêu lần

- Ảnh hưởng của nhiệt độ hệ phản ứng

Khi nhiệt độ thay đổi,tốc độ phản ứng cũng thay đổi theo hệ số K chính

là đại lượng đặc trưng cho mức độ ảnh hưởng của nhiệt độ Khi nhiệt độ tăng lên, tốc độ phản ứng hóa học tăng lên rất đáng kể

Số lần thay đổi tốc độ phản ứng khi nhiệt độ thay đổi 10oC gọi là hệ số nhiệt độ kí hiệu là ,theo van’t Hoff:

= = (4-5)

Trong khoảng nhiệt độ khảo sát không cao,nhiệt độ tăng lên 10oC thì tốc độ phản ứng tăng từ 2 đến 4 lần

Sau này,Arrehnius dựa trên kết quả thực nghiệm đã mô tả chính xác hơn quy tắc ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc đọ phản ứng:

k = A (4-6)

Trong đó: A là hằng số xác định riêng cho mỗi phản ứng không phụ thuộc vào

nhiệt độ

E là cơ số logarit tự nhiên

T là nhiệt độ tuyệt đối

R là hằng số khí lý tưởng

E* là năng lượng hoạt hóa

- Ảnh hưởng của chất xúc tác

Chất xúc tác là chất cá khả năng thúc đẩy hoặc kiềm hảm tốc độ phản ứng và nó không bị biến đổi trong quá trình phản ứng hóa học

- Ảnh hưởng của diện tích tiếp xúc bề mặt

Đối với các phản ứng dị thể, tốc độ phản ứng xảy ra thông thường là chậm

Sự gia tăng diện tích tiếp xúc bề mặt phân chia pha xảy ra phản ứng sẽ thúc đẩy tốc độ diễn ra nhanh hơn

Sự gia tăng diện tích tiếp xúc sẽ làm tăng cơ hội va chạm của các tiểu phân, do đó xác suất va chạm hiệu quả tăng thêm nên tốc độ xảy ra phản ứng cao hơn

Ví dụ: khử H+ trong dung dịch kim loại (như Mg) diễn ra nhanh hơn cách cắt nhỏ và mảnh lá Magie

b Cân bằng hóa học

Cân bằng hóa học là trạnh thái của phản ứng thuận nghịch mà khi đó tốc độ phản ứng thuận diễn ra bằng với tốc độ phản ứng nghịch

Ví dụ, cân bằng hóa học tổng quát:

a A +b B c C+d D (*)

hằng số cân bằng (Kc) được xác định bởi định luật tác dụng khối lượng là:

KC = (4-7)

Nếu cân bằng hóa học (*)là quá trình đơn giản thì : a=m; b=n; z=c và d=t

KC = (4-7’)

Trong đó: [] gọi là nồng độ mol/L ở trạng thái cân bằng tương ứng của các chất Hằng số KC chỉ phụ thuộc vào bản chất của phản ứng hóa học và nhiệt độ thực hiện phản ứng

Theo Le Chatelier, nghuyên lý chuyển dich cân bằng được phát biểu: “ Sự thay đổi một yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học thì cân bằng hóa học tự chuyển dịchntheo hiều chóng lại sự thay đổi đó”

Ví dụ: 2K2CrO4 + H2SO4 k2Cr2O7 +H2O + K2SO4

Ở nhiệt độ ổn định, ta giảm pH của môi trường (tức là tăng [H+]) thì dung dich

K2CrO4 (màu vàng) chuyển dần thành màu cam sậm vì cân bằng hóa học trên sẽ tự dịch chuyển theo chiều giảm [H+], tức là chiều thuận , chiều hình thành K2CrO7

Ngược lại khi tăng pH (thêm NaOH vào) thì dẫn đến hiện tượng ngược lại.

4.3 DANH MỤC DỤNG CỤ-HÓA CHẤT

4.3.1 DỤNG CỤ

Bảng 4-1 Bảng danh mục dụng cụ

1 Ống nghiệm (18x180; 20x200) 04;10

2 Giá chứa ống nghiệm Kim loại 01

4.3.2 HÓA CHẤT

Bảng 4-2 Bảng danh mục hóa chất

Tên hóa chất Qui cách Nồng độ

4.4 TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

4.4.1 THÍ NGHIỆM 1: Ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng đồng thể

- Chuẩn bị 06 ống nghiệm sạch và được ghi nhãn: (1), (2), (3) và (I), (II), (III)

- Chuẩn bị hóa chất vào ống nghiệm:

 Lấy vào mỗi ống nghiệm (1), (2) và (3) lần lượt 3 mL dung dich H2SO4 0,2M  Lấy vào ống (I), (II) và (III) các thể tích hóa chất theo bảng:

Thể tích Na2S2O3 0,2M (mL) Thể tích nước cất (mL)

- Tiến hành khảo sát:

 Rót nhanh và hoàn toàn dug dịch trong ống (1) và ống (I) đồng thời tính thời gian ngay tức thì Vừa lắc đều, vừa quan sát đến khi xuất hiện màu đục sữa (vừa hiện màu) thì dừng thời gian Ghi nhận thời gian

 Rót nhanh và hoàn toàn dung dịch trong ống (2) và ống (II) đồng thời tính thời gian ngay tức thì Vừa lắc đều, vừa quan sát đến khi xuất hiện màu đục sữa (vừa hiện màu) thì dừng thời gian Ghi nhận thời gian

- Hoàn thành các thông tin dữ liệu vào bảng:

Thể tích (V) – mL Tỉ lệ nồng

độ của

Na2S2O3

(CI, CII,

CIII)

V= Tỷ lệ tốc độ

phản ứng (VI,

VII, VIII)

Na2S2O3 H2SO4 H2O Tổng V

I

II

III

4.4.2 THÍ NGHIỆM 2: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng

a Thực hiện ở nhiệt độ phòng ( 25oC< t <35oC)

- chuẩn bị 02 ống nghiệm sạch, ghi nhãn: ống (A) và ống (B)

- Tiến hành lấy thể tích hóa chất vào ống nghiệm

 Lấy 2 mL dung dịch KMnO4 0,05N vào ống A

 Lấy 2 mL dung dịch H2C2O2 0,1N + 2 mL dung dich H2SO4 0,2 M vào ống B

- Tiến hành khảo sát:

 Rót nhanh và hoàn toàn ống nghiệm A vào ống B, ngay tức thời, ta tính thời

gian

 Quan sát cho đến khi hỗn hợp phản ứng trong ống nghiệm B mất màu hoàn

toàn thì dừng thời gian Ghi nhận thời gian

b Thực hiện ở nhiệt độ phòng 40 0 C

- Chuẩn bị bình điều nhiệt (đảm bảo nhiệt độ ổn định trong khoảng 43 – 47oC)

-Chuẩn bị 02 ống nghiệm sạch, ghi nhãn: ống (A) và ống (B).

-Tiến hành lấy hóa chất vào ống nghiệm:

 Lấy 2 mL dung dịch KMnO4 0,05N vào ống A

 Lấy 2 mL dung dịch H2C2O4 0,1N +2 mL dung dịch H2SO4 0.2M vào ống B

- Tiến hành khảo sát:

 Rót nhanh và hoàn toàn ống nghiệm A vào ống B, ngay tức tời, ta tính thời gian

 Quan sát cho tới khi hỗn hợp phản ứng trong nghiệm B mất màu hoàn toàn thì dừng thời gian

c Thực hiện ở nhiệt độ phòng 50 0 C

- Chuẩn bị bình điều nhiệt (đảm bảo nhiệt độ ổn định trong khoảng 53 – 57oC)

- Chuẩn bị 02 ống nghiệm sạch, ghi nhãn: ống (A) và ống (B)

- Tiến hành lấy hóa chất vào ống nghiệm:

 Lấy 2 mL dung dịch KMnO4 0,05N vào ống A

 Lấy 2 mL dung dịch H2C2O4 0,1N + 2 mL dug dich H2SO4 0.2M vào ống B  Đặt cả ống A và B vào bình điều nhiệt trong 5 phút, ống (B) luôn đặt trong bình điều nhiệt suốt thời gian phản ứng

 ghi kết quả chung vào bảng sau:

Nhiệt độ phản ứng

Thời gian phản ứng (∆t)

Tốc độ phản ứng v

Hệ số nhiệt độ

Ƴ

phòng

Nhận xét, giải thích và kết luận sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng

4.4.3 THÍ NGHIỆM 3: Ảnh hưởng của diện tích tiếp xúc đến tốc độ phản ứng

- Chuẩn bị mẫu phản ứng:

 tiến hành cân mẫu (1) Mg cùng khối lượng: m1 (<0.05 gam)

 Cắt thật nhỏ lá Mg, tiến hành cân mẫu (2) là các mảnh nhỏ Mg sao cho: m2 =

m1(sai số giữa 02 mẫu < 0.01%)

-Tiến hành khảo sát:

 Chuẩn bị 04 ống nghiệm sạch, ghi nhãn: (C), (D), (E) và (F)

 Lấy lần lượt 5 mL dung dịch H2SO4 1M cho vào mỗi ống (C) và (D)

 Lấy hết mỗi mẫu Mg (m1 và m2) cho vào lần lượt ống (E) và (F)

 Rót hoàn toàn dung dịch (E) và (C) ghi nhận ngay thời gian phản ứng bất đầu

và kết thúc: t1 (giây)

 Rót hoàn toàn ding dich trong (D) và (F), ghi nhận ngay thời gian phản ứng bất đầu và kết thúc: t2 (giây)

Ghi nhận kết quả và tính tốc độ vào bảng:

thành phản ứng

Tốc độ phản ứng

Diện tích (1) Mg nguyên vẹn

Diện tích (2) Mg đã cắt nhỏ

Nhận xét, giải thích và kết luận sự ảnh hưởng cùa diện tích tiếp xúc đến tốc độ phản ứng

4.4.4 THÍ NGHIỆM 4: Ảnh hưởng của chất xúc tác đến tốc độ phản ứng - Chuẩn bị 02 ống nghiệm sạch, ghi nhãn: ống (X) và ống (Y) - Lấy hóa chất vào các ống nghiệm:  Lấy vào các ống nghiệm (X) và (Y) như nhau thể tích hóa chất theo bảng: Thể tích H2C2O4 0,1N Thể tích dung dịch H2SO4 0,2M Ống (X) 2 mL 2 mL Ống (Y) 2 mL 2 mL  thêm tiếp vào ống (X) 5 giọt dung dịch KMnSO4 0.05N ngay lập tức, theo dõi thời gian bất đầu và kết thúc phản ứng ta được  thêm vào ống nghiêm (X) 1 mL, dung dịch KMnO4 0.05N ngay lập tức, theo dõi thời gian bắt đầu và kết thúc phản ứng Ta được Ghi kết quả vào bảng: V KMnO 4 (mL) V H 2 SO 4 (mL) V H 2 C 2 O 4 (mL) MnSO 4 (giọt) ∆t V= Ống (X) Ống (Y) Nhận xét, giải thích và kết luận sự ảnh hưởng của xúc tác đến tốc độ phản ứng

4.4.5 THÍ NGHIỆM 5: Ảnh hưởng của pH sự dịch chuyển của cân bằng hóa học - Chuẩn bị 0,4 ống nghiệm sạch, ghi nhãn: ống (Z), ống (T), ống (H), ống (K) - Lấy hóa chất và ống nghiệm theo bảng: Thể tích K 2 Cr 2 O 7 (mL) Thể tích K 2 Cr 2 O 4 (mL) Màu sắc Ống (Z) - 1 Ống (T) - 1 Ống (H) 1 -Ống (K) 1 Thêm các dd và ghi nhận sự thay đổi màu theo bảng Thể tích dd pH= 13 (mL) Thể tích dd pH= 1 (mL) Màu sắc Ống (T) - 1 Ống (K) 1 Ghi nhận và so sánh màu sắc của (T) với (Z) và (H); (K) với (Z) và (H) Giải thích và kết luận ảnh hưởng của pH đến sự dịch chuyển cân bằng hóa học

4.5 KẾT QUẢ THU ĐƯỢC 4.5.1 THÍ NGHIỆM 1

4.5.2 THÍ NGHIỆM 2:

4.5.3 THÍ NGHIỆM 3:

4.5.4 THÍ NGHIỆM 4:

4.6 TRẢ LỜI CÂU HỎI LƯỢNG GIÁ

Câu 1: Hãy viết tất cả các phương trình phàn ứng hóa học đã xảy ra ở các thí

nghiệm 1, thí nghiệm 2, 3, 4? (1đ)

Câu 2: Giải thích rõ kết quả tỉ lệ nồng độ CI : CII : CIII và tỉ lệ tốc độ vI: vII: vIII? (0,5đ)

TRẢ LỜI

4.7 ĐÁNH GIÁ KĨ NĂNG THỰC HÀNH

4.7.1 KĨ NĂNG PHÂN LOẠI, CHUẨN BỊ DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT

Stt Tên công việc đã hoàn thành

Đánh giá

Không làm

Có (sai loại)

Có( sai định mức)

Tốt

1 Lấy đúng dụng cụ theo bảng 4-1

2 Chuẩn bị đúng hóa chất trong

bảng 4.2

3 Có lặp bảng danh mục theo mẫu

4 Có làm sạch về mặt hóa học cho

dụng cụ

Tổng cộng (Đ)

Điểm qui đổi (Đ:12)= điểm

4.7.2 KĨ NĂNG KHẢO SÁT THÍ NGHIỆM

a Thí nghiệm 1

Stt Tên công cụ đã hoàn thành

Đánh giá

Không làm

Có (độ lệch ~ ± 5%)

Có (độ lệch ~ ± 2%)

Tốt

1 Chuẩn bị ống nghiệm

2 Lấy thể tích hóa chất

3 Tiến hành khảo sát

4 Hoàn thành bảng thông tin dữ

liệu

5 Nhận xét, giải thích

6 Kết luận

Tổng cộng (Đ)

Điểm qui đổi: 0,5x(Đ:18)= điểm

b Thí nghiệm 2

Stt Tên công việc đã hoàn thành

Đánh giá

Không làm

Có (độ lệch ~ ± 5%)

Có ( độ lệch ~ ± 2%)

Tốt

1 Chuẩn bị bình điều nhiệt

2 Chuẩn bị dụng cụ thực hiện

3 Lấy thể tích hóa chất

4 Tiến hành khảo sát

5 Ghi nhận kết quả vào bảng

6 Nhận xét, giải thích

7 Kết luận

Tổng cộng (Đ)

Điểm qui đổi 0,5x(Đ:21)= điểm

c Thí nghiệm 3

Stt Tên công việc đã hoàn thành

Đánh giá

Không làm

Có ( độ lệch ~ ± 5%)

Có ( độ lệch ~ ± 2%)

Tốt

1 Chuẩn bị đúng loại mẫu

2 Tiến hành cân mẫu Mg

3 Tiến hành khảo sát

4 Hoàn thành bảng thông tin dữ

liệu

5 Nhận xét, giải thích

6 Kết luận

Tổng cộng (Đ)

Điểm qui đổi 0,5x(Đ:18)= điểm

d Thí nghiệm 4

Stt Tên công việc đã hoàn thảnh

Đánh giá

Không làm

Có(độ lệch ~ ± 5%)

Có (độ lệch ~ ± 2%)

Tốt

1 Chuẩn bị ống nghiệm

2 Lấy thể tích hóa chất

3 Tiến hành khảo sát

4 Hoàn thành bảng thông tin dữ

liệu

5 Nhận xét, giải thích

6 Kết luận

Tổng cộng (Đ)

Điểm qui đổi 0,5x(Đ:18)= điểm

e Thí nghiệm 5

Stt Tên công việc đã hoàn thành

Đánh giá

Không làm

Có (độ lệch ~ ± 5%)

Có (độ lệch ~ ± 2%)

Tốt

1 Chuẩn bị ống nghiệm

2 Lấy thể tich hóa chất

3 Tiến hành khảo sát

4 Nhận xét, giải thích

5 Kết luận

Tổng cộng (Đ)

Điểm qui đổi 0,5x(Đ:15)= điểm