BÁO CÁO THỰC TẬP HOÁ VÔ CƠ BÀI 1: KIM LOẠI KIỀM (PHÂN NHÓM IA) I. ĐIỀU CHẾ Na2SO3 BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOLVAY 1. Tiến hành và hiện tượng 2. Giải thích CO2 phản ứng với nước tạo thành carbonic acid H2CO3 (phản ứng thuận nghịch) CO2 + H2O H2CO3 H2CO3 (acid yếu) sẽ tác dụng với NH3 (base yếu) cho ra muối, muối không bền phân ly ra ion NH4+ và HCO3- NH3 + H2CO3 NH4+ + HCO3- Anion HCO3- tạo muối với cation Na+ HCO3- + Na+ NaHCO3 4 muối NaCl, NH4HCO3, NaHCO3 và NH4Cl đều tan trong nước nhưng NaHCO3 ít tan hơn nên tách ra dưới dạng tinh thể khi ngâm lạnh. Đây là sự cân bằng giữa khả năng phản ứng và tốc độ phản ứng. Nhiệt độ vừa phải để vận tốc không chậm và độ tan của NaHCO3 không lớn hơn độ tan của NaCl. Dung dịch phenolphtalein hoá hồng Tinh thể NaHCO3 là muối tan trong H2O có tính base yếu H2O + HCO3- OH- + H2CO3 H2CO3 CO2 + H2O Carbonic acid là acid yếu và không bền dễ bị thuỷ phân tạo CO2 (qua 2 bước) làm cân bằng của phản ứng dịch chuyển về phía tạo ra OH- (bước 1) làm phenolphtalein hóa hồng. Vẩn đục nước vôi trong Khi đun nóng, muối natri bicarbonate NaHCO3 bị phân huỷ sinh ra khí CO2, khí này được dẫn qua nước vôi trong sẽ tạo muối calci carbonate (tủa trắng) nên làm vẩn đục nước vôi trong. Sau một thời gian, Ca(OH)2 sẽ phản ứng hết với CO2, CO2 dư phản ứng với nước và tủa muối nên xảy ra hiện tượng hoà tan tủa, nước vôi trong lại. 2NaHCO3 Na2CO3 + CO2 + H2O CO2 + Ca(OH)2 CaCO3¬ + H2O CO2 + H2O + CaCO3 Ca(HCO3)2 tan 3. Kết luận Có thể điều chế muối NaHCO3 dựa vào sự khác nhau về độ tan đủ lớn khi thay đổi nhiệt độ. Trong công nghiệp ta có thể thu lại CO2 bị giải phóng khi nhiệt phân NaHCO3 cũng như khi nung đá vôi để sử dụng cho giai đoạn đầu của quy trình điều chế II. QUAN SÁT MÀU NGỌN LỬA CỦA KIM LOẠI KIỀM 1. Tiến hành và hiện tượng 1.1. Thí nghiệm với kim loại Li 1.2. Thí nghiệm với kim loại Na 1.3. Thí nghiệm với kim loại Kali 2. Giải thích Ở trong ngọn lửa, những electron của nguyên tử và ion kim loại kiềm được kích thích nhảy lên các mức năng lượng cao hơn. Các mức năng lượng này không bền và khi trở về những mức năng lượng ban đầu, các electron này phát ra năng lượng dưới dạng các bức xạ trong vùng khả kiến và đặc trưng cho từng kim loại. Khi nhúng đầu giấy lọc vào dung dịch Li2SO4 bão hoà thì ngọn lửa đèn cồn không đổi màu vì anion giữ electron chặt hơn Cl- nên năng lượng từ ngọn lửa đèn cồn không đủ lớn để kích thích electron lên trạng thái kích thích nên Li+ trong Li2SO4 không thể hiện được tính chất như LiCl. 3. Kết luận Khi đốt cháy cation kim loại kiềm (trong hợp chất với anion thích hợp) sẽ cho ngọn lửa có màu đặc trưng. Trong phân nhóm chính nhóm IA trong bảng tuần hoàn khi đi từ trên xuống dưới màu đặc trưng của ngọn lửa sẽ chuyển từ đỏ đến tím, nghĩa là năng lượng tăng dần do bán kính nguyên tử tăng, electron dễ chuyển sang mức năng lượng cao hơn. III. PHẢN ỨNG CỦA KIM LOẠI KIỀM VỚI NƯỚC 1. Tiến hành 1.1. Thí nghiệm Na với nước 1.2. Thí nghiệm Na trong dung dịch CuSO4 2. Giải thích Đối với mẫu Na trong nước Na + H2O NaOH + H2h (1) H2 + O2 g H2O (2) -Khói trắng là hỗn hợp của H2 và hơi nước. Do phản ứng (1) tỏa nhiệt rất lớn tạo điều kiện cho phản ứng (2) xảy ra. -Do phản ứng sinh ra NaOH là một base mạnh nên làm dung dịch có chứa phenolphtalein hóa hồng. Một phần NaOH sinh ra bao quanh mẫu làm giảm bề mặt tiếp xúc của Na với H2O nên ban đầu phản ứng xảy ra mãnh liệt sau chậm dần. H2 sinh ra phân bố không đồng đều tạo nên lực nâng và lực đẩy, đẩy Na chạy trên mặt nước. Đối với mẫu Na trong CuSO4 0.5M Na + H2O NaOH + H2h (1) 2NaOH + CuSO4 g Cu(OH)2i + Na2SO4 (2) -Na phản ứng mãnh liệt hơn vì: •Trong TN 1.1 NaOH vừa tạo thành bao quanh mẫu Na làm giảm bề mặt tiếp xúc giữa Na với H2O. •Trong TN 1.2 NaOH vừa tạo thành đã phản ứng ngay với CuSO4 nên không làm giảm bề mặt tiếp xúc giữa Na với H2O. -Dung dịch chứa phenolphtalein ban đầu chuyển sang màu hồng nhưng sau đó mất màu hồng do phản ứng tạo ra NaOH nhưng NaOH mới sinh ra phản ứng tức thời với lượng dư CuSO4. -Kết tủa màu xanh lam và tại chỗ bốc cháy có tủa đen là do NaOH sinh ra phản ứng với CuSO4 dư tạo tủa Cu(OH)2 có màu xanh lam và nhiệt tỏa ra phân huỷ Cu(OH)2 thành CuO có màu đen Cu(OH)2 CuO + H2O 3. Kết luận Kim loại kiềm mềm, dễ cắt, rất hoạt động về mặt hóa học. Trong các phản ứng chúng thể hiện tính khử mạnh. Ở điều kiện thường, trong không khí khô kim loại thường được phủ 1 lớp oxide. Trong không khí ẩm thì lớp oxide sẽ kết hợp với hơi nước tạo thành các hydroxide, sau đó phản ứng với CO2 trong không khí tạo muối carbonate. Vì vậy kim loại kiềm thường được bảo quản trong bình kín hoặc ngâm trong dầu hỏa. IV. ĐỘ TAN CỦA CÁC MUỐI KIM LOẠI KIỀM 1. Tiến hành và hiện tượng 2. Giải thích Ống nghiệm 1 NaF + LiCl g NaCl + LiFi Vì NH4OH làm dung môi phân cực hơn mà LiF có một phần liên kết cộng hóa trị nên tủa nhiều hơn. Ống nghiệm 2 OH- + H2PO4- g H2O + HPO42- OH- + HPO42- g H2O + PO43- 3Li+ + PO43- g LiPO4i 3. Kết luận -Đa số các muối kim loại kiềm là dễ tan trừ một số muối của Li. -Các muối của K+ dễ tan hơn của Li+ vì khi thay LiCl bằng KCl thì trong các ống đều không có hiện tượng. V. 1. Tiến hành và hiện tượng 1.1. Thí nghiệm 1 1.2. Thí nghiệm 2 Làm tương tự với mẫu rắn thu được do cô cạn thì thấy trong •Ống 1: có kết tủa màu trắng •Ống 2 : không có hiện tượng 2. Giải thích -Khi hòa tan hỗn hợp muối LiCl và KCl bằng cồn, do Li+ có bán kính nguyên tử nhỏ hơn nên lực hút hạt nhân với electron ngoài cùng lớn làm cho độ phân cực trong muối LiCl giảm, mà cồn là dung môi phân cực yếu nên LiCl được hòa tan tốt trong cồn. Còn KCl thì không tan trong cồn do bán kính nguyên tử lớn hơn, tính phân cực mạnh. Vì vậy, phần qua lọc có chứa LiCl còn mẫu rắn trên giấy lọc là KCl. Chất rắn trên giấy lọc chỉ chứa ion K+, trong dung dịch thu được có chứa ion Li+. Khối rắn trên giấy lọc chứa ion K+ •Ống nghiệm 1: do ion K+ hoạt động hoá học yếu hơn ion Na+ nên không thể đẩy ion Na+ ra khỏi muối. •Ống nghiệm 2: ion K+ phản ứng với picric acid tạo kali picrate, đây là tinh thể hình kim. Khối rắn do cô cạn dung dịch chứa ion Li+ •Ống nghiệm 1: ion Li+ hoạt động hoá học mạnh hơn cation Na+, nên đẩy Na+ ra khỏi muối NaF và tạo tủa muối LiF. Vì NH4OH làm dung môi phân cực hơn mà LiF có một phần liên kết cộng hóa trị nên tủa nhiều hơn. NaF + LiCl g NaCl + LiFi •Ống nghiệm 2: cation Li+ tạo muối tan lithium picrate với picric acid 3. Kết luận -Trong phân nhóm IA khi đi từ trên xuống thì độ phân cực của muối kim loại tăng dần do bán kính nguyên tử tăng dần. -Các chất sẽ tan dễ dàng trong dung môi có cùng bản chất với nó: chất phân cực tan trong dung môi phân cực, chất không cực dễ tan trong dung kém/ không phân cực
BÁO CÁO THỰC HÀNH HỐ VƠ CƠ BÀI 1: KIM LOẠI KIỀM (PHÂN NHÓM IA) I ĐIỀU CHẾ Na2SO3 BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOLVAY Tiến hành tượng Sục CO2 vào erlen chứa 50ml dung dịch NaCl bão hòa NH3 Ngâm lạnh Lọc chân khơng Tinh thể trắng Cho tinh thể vào ống nghiệm, đậy nút cao su có gắn ống thủy tinh Một tinh thể cho vào cốc nước + giọt phenolphtalein Đun nóng Dẫn khí vào nước vơi Nước vôi bị đục dần Nước vôi bị đục trở lại sau thời gian Màu hồng Giải thích CO2 phản ứng với nước tạo thành carbonic acid H 2CO3 (phản ứng thuận nghịch) CO2 + H2O H2CO3 H2CO3 (acid yếu) tác dụng với NH3 (base yếu) cho muối, muối không bền phân ly ion NH4+ HCO3NH3 + H2CO3 NH4+ + HCO3 Anion HCO3- tạo muối với cation Na+ NaHCO3 HCO3- + Na+ muối NaCl, NH4HCO3, NaHCO3 NH4Cl tan nước NaHCO3 tan nên tách dạng tinh thể ngâm lạnh Đây cân khả phản ứng tốc độ phản ứng Nhiệt độ vừa phải để vận tốc không chậm độ tan NaHCO không lớn độ tan NaCl Dung dịch phenolphtalein hoá hồng Tinh thể NaHCO3 muối tan H2O có tính base yếu H2O + HCO3- OH- + H2CO3 H2CO3 CO2 + H2O Carbonic acid acid yếu không bền dễ bị thuỷ phân tạo CO2 (qua bước) làm cân phản ứng dịch chuyển phía tạo OH- (bước 1) làm phenolphtalein hóa hồng Vẩn đục nước vơi Khi đun nóng, muối natri bicarbonate NaHCO3 bị phân huỷ sinh khí CO2, khí dẫn qua nước vơi tạo muối calci carbonate (tủa trắng) nên làm vẩn đục nước vôi Sau thời gian, Ca(OH)2 phản ứng hết với CO2, CO2 dư phản ứng với nước tủa muối nên xảy tượng hoà tan tủa, nước vôi lại o t 2NaHCO3 ��� Na2CO3 + CO2 + H2O CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O CO2 + H2O + CaCO3 Ca(HCO3)2 tan Kết luận Có thể điều chế muối NaHCO3 dựa vào khác độ tan đủ lớn thay đổi nhiệt độ Trong cơng nghiệp ta thu lại CO bị giải phóng nhiệt phân NaHCO3 nung đá vôi để sử dụng cho giai đoạn đầu quy trình điều chế II QUAN SÁT MÀU NGỌN LỬA CỦA KIM LOẠI KIỀM Tiến hành tượng 1.1 Thí nghiệm với kim loại Li Nhúng đầu giấy lọc vào dung dịch LiCl bão hòa Ngọn lửa đèn cồn Ngọn lửa đỏ tía Nhúng đầu giấy lọc vào dung dịch Li2SO4 bão hòa Ngọn lửa đèn cồn Ngọn lửa đèn cồn không đổi màu 1.2 Thí nghiệm với kim loại Na Nhúng đầu giấy lọc vào dung dịch NaCl bão hòa Ngọn lửa đèn cồn Ngọn lửa vàng 1.3 Thí nghiệm với kim loại Kali Nhúng đầu giấy lọc vào dung dịch KCl bão hòa Ngọn lửa đèn cồn Ngọn lửa tím Giải thích Ở lửa, electron nguyên tử ion kim loại kiềm kích thích nhảy lên mức lượng cao Các mức lượng không bền trở mức lượng ban đầu, electron phát lượng dạng xạ vùng khả kiến đặc trưng cho kim loại Khi nhúng đầu giấy lọc vào dung dịch Li 2SO4 bão hồ lửa đèn cồn 2 khơng đổi màu anion SO4 giữ electron chặt Cl- nên lượng từ lửa đèn cồn không đủ lớn để kích thích electron lên trạng thái kích thích nên Li+ Li2SO4 khơng thể tính chất LiCl Kết luận Khi đốt cháy cation kim loại kiềm (trong hợp chất với anion thích hợp) cho lửa có màu đặc trưng Trong phân nhóm nhóm IA bảng tuần hồn từ xuống màu đặc trưng lửa chuyển từ đỏ đến tím, nghĩa lượng tăng dần bán kính nguyên tử tăng, electron dễ chuyển sang mức lượng cao III PHẢN ỨNG CỦA KIM LOẠI KIỀM VỚI NƯỚC Tiến hành 1.1 Thí nghiệm Na với nước Cho nước vào chén sứ đến ½ thể tích + giọt phenolphtalein Cắt mẫu Na cho vào chén sứ Nước nóng lên, khói trắng bốc lên, mẫu Na chạy mặt nước, dung dịch chuyển sang màu hồng 1.2 Thí nghiệm Na dung dịch CuSO4 CuSO4 0.5M vào chén sứ đến ½ thể tích + giọt phenolphtalein Cắt mẫu Na cho vào chén sứ Na bốc cháy kèm theo tiếng nổ, khói trắng bốc lên, có kết tủa màu lam chỗ bốc cháy có tủa màu đen Dung dịch chuyển sang màu hồng sau màu hồng Giải thích Đối với mẫu Na nước Na + H2O NaOH + H2h H2 + O2 g H2O (1) (2) - Khói trắng hỗn hợp H2 nước Do phản ứng (1) tỏa nhiệt lớn tạo điều kiện cho phản ứng (2) xảy - Do phản ứng sinh NaOH base mạnh nên làm dung dịch có chứa phenolphtalein hóa hồng Một phần NaOH sinh bao quanh mẫu làm giảm bề mặt tiếp xúc Na với H 2O nên ban đầu phản ứng xảy mãnh liệt sau chậm dần H2 sinh phân bố không đồng tạo nên lực nâng lực đẩy, đẩy Na chạy mặt nước Đối với mẫu Na CuSO4 0.5M Na + H2O NaOH + H2h 2NaOH + CuSO4 g Cu(OH)2i + Na2SO4 (1) (2) - Na phản ứng mãnh liệt vì: Trong TN 1.1 NaOH vừa tạo thành bao quanh mẫu Na làm giảm bề mặt tiếp xúc Na với H2O Trong TN 1.2 NaOH vừa tạo thành phản ứng với CuSO4 nên không làm giảm bề mặt tiếp xúc Na với H2O - Dung dịch chứa phenolphtalein ban đầu chuyển sang màu hồng sau màu hồng phản ứng tạo NaOH NaOH sinh phản ứng tức thời với lượng dư CuSO4 - Kết tủa màu xanh lam chỗ bốc cháy có tủa đen NaOH sinh phản ứng với CuSO4 dư tạo tủa Cu(OH)2 có màu xanh lam nhiệt tỏa phân huỷ Cu(OH)2 thành CuO có màu đen o t Cu(OH)2 ��� CuO + H2O Kết luận Kim loại kiềm mềm, dễ cắt, hoạt động mặt hóa học Trong phản ứng chúng thể tính khử mạnh Ở điều kiện thường, khơng khí khơ kim loại thường phủ lớp oxide Trong khơng khí ẩm lớp oxide kết hợp với nước tạo thành hydroxide, sau phản ứng với CO2 khơng khí tạo muối carbonate Vì kim loại kiềm thường bảo quản bình kín ngâm dầu hỏa IV ĐỘ TAN CỦA CÁC MUỐI KIM LOẠI KIỀM Tiến hành tượng Ống nghiệm 2: 1ml LiCl 0.5M + giọt NH4OH đậm đặc Ống nghiệm 1: 1ml LiCl 0.5M + giọt NH4OH đậm đặc 1ml NaF 0.5M 1ml NaH2PO4 Lắc đều, để yên vài phút Tủa trắng Tủa trắng Thêm NH4OH Tủa trắng nhiều Tủa trắng khơng tan Giải thích Ống nghiệm NaF + LiCl g NaCl + LiFi Vì NH4OH làm dung mơi phân cực mà LiF có phần liên kết cộng hóa trị nên tủa nhiều Ống nghiệm OH- + H2PO4- g H2O + HPO42OH- + HPO42- g H2O + PO433Li+ + PO43- g LiPO4i Kết luận - Đa số muối kim loại kiềm dễ tan trừ số muối Li - Các muối K+ dễ tan Li+ thay LiCl KCl ống khơng có tượng V Tiến hành tượng 1.1 Thí nghiệm 0.5g LiCl + 0.5g KCl + 3ml cồn Lắc phút Lọc rửa phần rắn với 1ml cồn x lần Gộp cồn lọc + cồn dùng Đun cách thuỷ Khối rắn giấy lọc Hoà tan với 2ml nước Ống 2: 1ml dịch thử + 10 giọt picric acid Ống 1: 1ml dịch thử + 1ml NaF + giọt NH4OH đậm đặc Khơng có tượng Tủa hình kim 10 1.2 Thí nghiệm Làm tương tự với mẫu rắn thu cạn thấy Ống 1: có kết tủa màu trắng Ống : khơng có tượng Giải thích - Khi hòa tan hỗn hợp muối LiCl KCl cồn, Li+ có bán kính ngun tử nhỏ nên lực hút hạt nhân với electron lớn làm cho độ phân cực muối LiCl giảm, mà cồn dung mơi phân cực yếu nên LiCl hòa tan tốt cồn Còn KCl khơng tan cồn bán kính nguyên tử lớn hơn, tính phân cực mạnh Vì vậy, phần qua lọc có chứa LiCl mẫu rắn giấy lọc KCl Chất rắn giấy lọc chứa ion K+, dung dịch thu có chứa ion Li+ Khối rắn giấy lọc chứa ion K+ Ống nghiệm 1: ion K+ hoạt động hoá học yếu ion Na+ nên đẩy ion Na+ khỏi muối Ống nghiệm 2: ion K+ phản ứng với picric acid tạo kali picrate, tinh thể hình kim 11 Khối rắn cô cạn dung dịch chứa ion Li+ Ống nghiệm 1: ion Li+ hoạt động hoá học mạnh cation Na+, nên đẩy Na+ khỏi muối NaF tạo tủa muối LiF Vì NH 4OH làm dung mơi phân cực mà LiF có phần liên kết cộng hóa trị nên tủa nhiều NaF + LiCl g NaCl + LiFi Ống nghiệm 2: cation Li+ tạo muối tan lithium picrate với picric acid Kết luận - Trong phân nhóm IA từ xuống độ phân cực muối kim loại tăng dần bán kính nguyên tử tăng dần - Các chất tan dễ dàng dung môi có chất với nó: chất phân cực tan dung môi phân cực, chất không cực dễ tan dung kém/ không phân cực 12 13 ... phóng nhiệt phân NaHCO3 nung đá vôi để sử dụng cho giai đoạn đầu quy trình điều chế II QUAN SÁT MÀU NGỌN LỬA CỦA KIM LOẠI KIỀM Tiến hành tượng 1.1 Thí nghiệm với kim loại Li Nhúng đầu giấy lọc vào... phản ứng với CO2 khơng khí tạo muối carbonate Vì kim loại kiềm thường bảo quản bình kín ngâm dầu hỏa IV ĐỘ TAN CỦA CÁC MUỐI KIM LOẠI KIỀM Tiến hành tượng Ống nghiệm 2: 1ml LiCl 0.5M + giọt... Cu(OH)2 ��� CuO + H2O Kết luận Kim loại kiềm mềm, dễ cắt, hoạt động mặt hóa học Trong phản ứng chúng thể tính khử mạnh Ở điều kiện thường, khơng khí khơ kim loại thường phủ lớp oxide Trong khơng