CƠ SỞ LÝ THUYẾT HÓA HỌC PHẦN THÍ NGHIỆM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Bộ mơn Hố đại cương &vơ CƠ SỞ LÝ THUYẾT HĨA HỌC PHẦN THÍ NGHIỆM Hà nội, 2019 LƯU Ý I YÊU CẦU: 1) Sinh viên phải làm thí nghiệm theo tổ thí nghiệm lịch thí nghiệm đăng kí với phòng đào tạo 2) Sinh viên phải chuẩn bị (trả lời câu hỏi cuối thí nghiệm giấy để nộp cho giáo viên hướng dẫn thí nghiệm trước vào làm thí nghiệm), nắm mục đích thí nghiệm, lý thuyết thí nghiệm, quy trình làm thí nghiệm 3) Giáo viên kiểm tra chuẩn bị sinh viên (kiểm tra chuẩn bị hỏi vấn đáp) không đạt sinh viên khơng làm thí nghiệm 4) Tất trường hợp nghỉ thí nghiệm khơng làm thí nghiệm (do chuẩn bị khơng đạt) giải vào cuối kỳ thí nghiệm II ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM: Thang điểm: 10/10 Trước đến phòng thí nghiệm: - Chuẩn bị giấy - Ghi nhớ kiến thức chuẩn bị Tại phòng thí nghiệm: - Hỏi đáp trước thao tác - Thực thao tác xác, hiệu - Viết báo cáo kết thí nghiệm -1- MỞ ĐẦU VAI TRỊ QUAN TRỌNG CỦA THỰC NGHIỆM TRONG HĨA Đối với mơn hố học, thực nghiệm đóng vai trò quan trọng Phương pháp nghiên cứu hoá học là: “Thực nghiệm – Lý thuyết – Thực nghiệm” Như Hoá học khoa học vừa lý thuyết vừa thực nghiệm Nó có sở lý luận khoa học, sở lý luận đúc kết lại phát triển qua cơng trình nghiên cứu, thực nghiệm tích luỹ lại Trong q trình học tập mơn Hố học, thực nghiệm giúp cho sinh viên làm quen thực tế, kết hợp lý thuyết thực hành, bồi dưỡng cho sinh viên cách nhận xét nhanh xác tượng, rèn luyện cho sinh viên tác phong cẩn thận, tỉ mỉ, xác Mặt khác thực nghiệm Hố học giúp sinh viên ơn tập kiểm tra lại vấn đề lý thuyết học, sở hiểu sâu sắc nhớ lâu nội dung giáo trình lý thuyết CÁCH TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM Mỗi buổi thí nghiệm phải qua giai đoạn: Chuẩn bị trước thí nghiệm nhà: Trước đến làm thí nghiệm sinh viên phải chuẩn bị trước thí nghiệm nhà (viết giấy) phần: - Lý thuyết vận dụng cho thí nghiệm - Dự kiến tượng xảy ra, tính tốn số liệu, viết cân phương trình phản ứng - Giải thích kết luận vấn đề làm thí nghiệm Sinh viên chưa chuẩn bị thí nghiệm kỹ nhà cán hướng dẫn thí nghiệm khơng cho phép sinh viên làm thí nghiệm hơm Tiến hành thí nghiệm Làm thí nghiệm Hố học đòi hỏi sinh viên phải có ý thức tự rèn luyện cách nghiêm khắc để nâng cao trình độ thao tác, xây dựng cho kỹ thí nghiệm Hố học Tuyệt đối khơng làm ẩu, làm qua loa, đại khái Mỗi sinh viên phải ý số điểm sau đây: - Tất dụng cụ thuỷ tinh trước đem dùng cần phải rửa lại (nếu cần, phải tráng nước cất, sấy khơ) - Các lọ hóa chất phải ln đặt giá, khơng xáo trộn vị trí, khơng mang lại lung tung Mỗi lọ hố chất có ống nhỏ giọt riêng, khơng cắm nhầm sang lọ khác - Khi sử dụng thiết bị, máy móc phải có hướng dẫn cán phụ trách Không tự động điều chỉnh chưa nắm qui trình hoạt động thiết bị, máy móc - Mỗi nhóm làm thí nghiệm chỗ qui định, không lại lộn xộn, không gây ồn trật tự Viết báo cáo thí nghiệm Khi thí nghiệm xong, sinh viên phải tự rửa ống nghiệm, dụng cụ Thu dọn chỗ làm việc GIỚI THIỆU MỘT SỐ DỤNG CỤ TRONG THÍ NGHIỆM HĨA Đo khối lượng – cân Cân dụng cụ quan trọng phòng thí nghiệm Hố học Tuỳ mức độ xác cơng việc mà cân chia làm nhiều loại với độ xác khác nhau; thơng thường phòng thí nghiệm Hố học dùng loại cân chính: a Cân kỹ thuật: độ xác 0,01g -2- b Cân phân tích: độ xác 0,0001g Trong loại cân nêu sử dụng phòng thí nghiệm Hố học bao gồm nhiều chủng loại, nhiều hệ như: - Cân học: (quang treo) - Cân học dùng điện: (quang treo) - Cân điện tử: (hiện số) Hiện hệ cân điện tử số sử dụng rộng rãi với ưu điểm trội là: dễ sử dụng, kết cân có độ ổn định cao Sau số qui tắc sử dụng cân điện tử số: - Đặt cân ngắn bàn phòng khơng có gió (tốt phòng điều hồ nhiệt độ 20oC) Độ thăng cân kiểm tra bọt nước cân (nếu có) - Cắm điện vào nguồn 220V Bật cơng tắc (ON/OFF) cho cân làm việc, đợi khoảng 12 phút cho cân ổn định cân - Hố chất đem cân phải có bao bì mà khơng để trực tiếp lên đĩa cân (thí dụ: cân hố chất rắn cần phải gói vào giấy khơng hút ẩm) - Vật đem cân khơng nóng q lạnh Nếu chờ vật đạt đến nhiệt độ phòng đặt lên đĩa cân - Khơng cân vật có khối lượng lớn trọng tải cho phép cân - Không dùng tay cân thử (đè lên đĩa cân) Không đặt vật nặng lên đĩa cân (kể cân không cắm điện) Đo thể tích a Ống đong: Dùng để pha chế hố chất với nồng độ hoá chất dùng làm thuốc thử, hố chất phòng thí nghiệm (hình 1) ống đong có nhiều dung tích khác nhau: 5ml, 10ml, , 1000ml, 2000ml b Cốc loa chia độ (hình 2): Dùng để pha chế dung dịch huyền phù, nhũ tương Cốc loa chia độ có nhiều dung tích: 50ml, 100ml, , 1000ml, 2000ml c Bình định mức (hình 3): Dùng pha hố chất chuẩn, độ xác cao Bình định mức có nhiều kích cỡ: 5ml, 10ml, , 1000ml, 2000ml d Pipet (hình 4): Dùng để lấy thể tích chất lỏng xác thơng thường phòng thí nghiệm hố học Có loại pipet thẳng loại piept bầu Dung tích pipet từ 1ml, 2ml, , 100ml, 200ml e Buret (hình 5): Dùng để đo thể tích chất lỏng xác Buret có nhiều dung tích khác 1ml, 2ml, , 50ml, 100ml Hình 1: ống đong Hình 2: Cốc loa Hình 3: Bình định mức Hình 4: Pipet Hình 5: Buret Cách đọc thể tích: Trên pipet, buret bình định mức, thể tích đánh dấu vạch Phải để mắt mặt phẳng nằm ngang tiếp tuyến với đáy cong trùng với vạch xác định thể tích -3- Cách đọc Cách đọc sai Thao tác với pipet buret Thao tác với pipet Thao tác với buret MỘT SỐ THAO TÁC CƠ BẢN TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM Cách làm loại dụng cụ thuỷ tinh, sành sứ a Rửa học: Dùng giẻ, chổi lông cọ rửa chất bẩn bám thành dụng cụ, rửa ống nghiệm ý không va chạm mạnh đầu đuôi chổi (bằng sắt) vào miệng đáy ống nghiệm b Rửa hoá học: - Ngâm (hoặc rửa) hỗn hợp sunfôcrômic Cách điều chế hỗn hợp sunfôcrômic: nghiền nhỏ 5g K2Cr2O7 cho vào 100ml H2SO4 đặc, đun nhẹ 6070o đến tan hết - Nếu dụng cụ dính dầu mỡ hay hợp chất hữu rửa dụng cụ dung dịch KMnO4 Đợi 10 phút chỗ bám chất hữu có kết tủa MnO2, sau rửa kết tủa dung dịch HCl đặc hay dung dịch H2C2O4 Cách lọc rửa kết tủa - Là phương pháp để tách chất rắn khỏi chất lỏng cách cho hỗn hợp qua màng lọc Có nhiều loại màng lọc: giấy lọc, bơng, bơng thủy tinh, phễu đáy thủy tinh xốp … - Việc lựa chọn màng lọc tùy thuộc vào chất dung dịch chất rắn cần tách Nếu chất rắn hay dung dịch lọc phá hủy màng lọc loại khơng dùng loại Tùy thuộc vào kích thước kết tủa định lọc mà chọn loại màng lọc có kích thước lỗ rỗng cho phù hợp Các loại giấy lọc, phễu thủy tinh xốp có số hiệu khác để kích thước lỗ rỗng Ví dụ: giấy lọc phân biệt qua màu sắc băng giấy dán ngồi hộp: Băng đỏ (hay đen): loại có kích thước lỗ rỗng lớn ( = 10m) Băng trắng: loại có kích thước lỗ rỗng trung bình ( = 3m) Băng xanh: loại có kích thước lỗ rỗng nhỏ ( = 1-2m) - Tùy theo mục đích lọc gấp giấy lọc theo cách sau:  Gấp giấy lọc phẳng: để lấy phần kết tủa, dùng cho phễu thủy tinh thường  Gấp giấy lọc có nhiều nếp gấp: để lấy phần dung dịch, dùng cho phễu thủy tinh thường  Cắt giấy lọc tròn phẳng để lấy phần kết tủa dịch lọc, dùng cho phễu đáy phằng có lỗ -4- Hình 1.1 Cách gấp giấy lọc phẳng Hình 1.2 Cách gấp giấy lọc có nhiều nếp - Có cách lọc: lọc áp suất thường phễ thủy tinh hình nón lọc áp suất thấp Trước hết đặt giấy lọc gấp thành hình nón vào phễu điều chỉnh cách gấp cho góc nón phễu giấy vừa góc nón phễu thủy tinh để giấy lọc sát khít với phễu Cần gấp giấy lọc cho mép giấy lọc thấp cách miệng phễu khoảng – 10mm Đổ nước cất vào tẩm ướt giấy lọc dùng ngón tay (đã rửa sạch) đẩy cho giấy ép sát vào phễu để đuổi hết bong bóng khí cuống phễu giấy Đặt phễu lọc lên giá sắt (hình 1.3) Dùng cốc hứng phễu cho cuống phễu chạm vào thành cốc Khi rót chất lỏng vào phễu lọc, nên rót xuống theo đũa thủy tinh Hình 1.3 Khơng đổ đầy chất lỏng dến tận mép giấy lọc Muốn lọc nhanh, trước lọc nên để lắng, đừng làm vẩn kết tủa lọc phần nước nước Muốn tách kết tủa khỏi dung dịch ta phải lọc rửa kết tủa: dùng phễu lọc Các bước tiến hành sau: - Rửa phễu lọc - Gấp giấy lọc đặt vào phễu Dùng nước cất tẩm ướt giấy lọc áp sát vào thành phễu - Đổ dung dịch chảy theo đũa thuỷ tinh vào giấy lọc Chất lỏng chui qua giấy lọc, kết tủa giữ lại - Muốn rửa kết tủa giấy lọc: để dung dịch rửa chẩy theo đũa thuỷ tinh rưới bề mặt kết tủa (hình 3) Rửa kết tủa 3.1 Rửa gạn - Rót dung dịch rửa vào kết tủa cốc, dùng đũa thủy tinh khuấy để lắng Nếu kết tủa ống nghiệm đem ly tâm Gạn bỏ phần dung dịch trong, lại thêm lượng nước rửa lặp lại động tác nhiều lần 3.2 Rửa phễu lọc - Chuyển toàn kết tủa lên phễu lọc, rót dung dịch rửa vừa ngập kết tủa Chờ cho dung dịch rửa chảy hết qua phễu lọc rót tiếp lần khác Lặp lại động tác nhiều lần kết tủa 3.3 Cất - Là phương pháp dùng để tinh chế chất lỏng khỏi tạp chất hòa tan (cất đơn giản) đẻ tách riêng chất lỏng có nhiệt độ sơi khác (cất phân đoạn) Có thể cất áp suất thường áp suất thấp -5- - Khi cất đơn giản, chất lỏng đun nóng chuyển sang trạng thái hơi, sau ngưng tụ phận làm lạnh (sinh hàn) Cất đơn giản thường dùng để làm dung môi khỏi tạp chất tan không bay Cách đun nóng dùng đèn cồn Các dụng cụ thuỷ tinh phòng thí nghiệm hố học dùng để đun nóng gồm: cốc có mỏ, bình cầu, bình tam giác, ống nghiệm, loại bình chưng cất tóm lại dụng cụ thuỷ tinh chịu nhiệt phần đáy (tiếp xúc với nhiệt) phải mỏng có chiều dày đồng Đun nóng đun cách thuỷ, cách cát, đun trực tiếp ttrên bếp điện đèn cồn Những điều cần lưu ý đun nóng: - Khi châm lửa đèn cồn tuyệt đối không ghé bấc đèn mà phải dùng mồi để lấy lửa - Khi tắt đèn cồn phải dùng nắp đậy mà không thổi tắt - Muốn đun nóng dung dịch ống nghiệm phải dùng kẹp gỗ giữ ống nghiệm Chú ý: Không hướng miệng ống nghiệm đun nóng hướng có người, đề phòng chất lỏng sôi gây bỏng -6- BÀI CÂN BẰNG HÓA HỌC TRONG DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LY CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI CÂN BẰNG I TĨM TẮT LÝ THUYẾT Cân hố học Cân hoá học trạng thái hệ phản ứng thuận nghịch vận tốc phản ứng thuận vận tốc phản ứng nghịch nồng độ chất không biến đổi Về mặt nhiệt động học trạng thái cân ứng với trạng thái bền hệ, hàm Gibbs (hay hàm đẳng áp) G hệ đạt tới giá trị cực tiểu Hắng số cân đại lượng đặc trưng cho trạng thái cân hệ Đối với phản ứng thuận nghịch dung dịch người ta thường dùng số cân theo nồng độ (Kc) Ví dụ: Hằng số cân phản ứng sau: Fe3+ + CNS Fe(CNS)2+ (1) (màu đỏ máu) [ Fe(CNS)2 ] Kc = [ Fe3 ][ CNS ] Kc phụ thuộc vào chất chất phản ứng nhiệt độ, không phụ thuộc vào nồng độ Các yếu tố ảnh hưởng đến cân hoá học Nguyên lý chuyển dịch cân Le Chatelier: Trong hệ cân ta thay đổi điều kiện (nhiệt độ, nồng độ, áp suất) cân chuyển dịch theo chiều chống lại thay đổi áp dụng cụ thể: a) Ảnh hưởng nồng độ: Nếu ta tăng nồng độ chất cân chuyển dịch theo chiều làm giảm nồng độ chất Nếu ta giảm nồng độ chất cân chuyển dịch theo chiều làm tăng nồng độ chất Ví dụ cân (1) viết trên: - Nếu tăng nồng độ FeCl3 nồng độ NH4CNS cân (1) chuyển dịch theo chiều thuận (màu đỏ đậm hơn) b) Ảnh hưởng nhiệt độ: Nếu ta tăng nhiệt độ cân chuyển dịch theo chiều thu nhiệt Nếu ta hạ nhiệt độ cân chuyển dịch theo chiều phát nhiệt Ví dụ: Xét cân hố học sau thể khí: N O4 NO2 (2) Khơng màu Nâu Phản ứng thuận thu nhiệt, phản ứng nghịch toả nhiệt Nên: ta tăng nhiệt độ cân chuyển dịch theo chiều thuận làm cho màu nâu đậm lên Nếu ta hạ nhiệt độ cân chuyển dịch theo chiều nghịch làm cho màu nhạt Cân dung dịch axit yếu bazơ yếu a) Cân dung dịch axit yếu Ví dụ dung dịch CH3COOH tồn cân bằng: CH3COOH + H2O CH3COO- + H3O+ (3) + -7 Dung dịch có nồng độ ion H3O lớn 10 M nên có tính axit làm cho chất thị mêtyl da cam có màu đỏ cam Nếu ta thêm vào dung dịch lượng muối CH3COONa: CH3COONa  CH3COO- + Na+ Thì cân (3) chuyển dịch theo chiều nghịch làm giảm nồng độ [H3O+] màu đỏ da cam chuyển sang màu vàng -7- b) Cân dung dịch bazơ yếu Ví dụ xét cân bằng: NH3 + H2O NH4+ + OH(4) Dung dịch có tính kiềm nên làm hồng phênolphtalêin Nếu ta thêm vào dung dịch lượng muối NH4Cl: NH4Cl  NH4+ + ClThì cân (4) chuyển dịch theo chiều nghịch làm nhạt màu hồng Cân chất điện ly tan a) Tích số tan Một chất điện ly dù gọi tan hay khơng tan bỏ vào nước ln ln hồ tan phần nhỏ đồng thời điện ly đạt tới trạng thái cân kết tủa với ion có dung dịch Ví dụ: CaCO3 Ca2+ + CO32(5) 2+ 2BaSO4 Ba + SO4 (6) 2+ 2CaSO4 Ca + SO4 (7) Khi đạt tới trạng thái cân (tức dung dịch bão hồ) tích số nồng độ ion chất điện ly tan dung dịch số gọi tích số tan ký hiệu Tt: [Ca2+][SO42-] = TCaSO4 = 6,1.10-5 [Ba2+][SO42-] = TBaSO4 = 1,1.10-10 [Ca2+][CO32-] = TCaCO3 = 4,8.10-9 Chất điện ly tan Tt có giá trị nhỏ Tt phụ thuộc chất chất điện ly tan nhiệt độ mà không phụ thuộc nồng độ b) Điều kiện để tạo thành chất kết tủa tích số nồng độ ion chất điện ly tan dung dịch phải lớn tích số tan Ví dụ: [Ca2+][SO42-] > 6,1.10-5 [Ba2+][SO42-] > 1,1.10-10 [Ca2+][CO32-] > 4,8.10-9 c) Điều kiện để hồ tan chất điện ly tan phải làm cho tích số nồng độ ion dung dịch nhỏ tích số tan Ví dụ: [Ca2+][CO32-] < 4,8.10-9 Sự thủy phân muối a) Định nghĩa: Thủy phân muối phản ứng anion gốc axit yếu muối với nước cation gốc bazơ yếu muối với nước làm thay đổi pH dung dịch b) Đặc điểm phản ứng thủy phân muối: - Phản ứng thủy phân phản ứng thuận nghịch thu nhiệt Phản ứng thủy phân tuân theo quy luật cân hoá học c) Các trường hợp thủy phân: Chỉ có anion gốc axit yếu cation gốc bazơ yếu muối bị thủy phân, gốc axit mạnh gốc bazơ mạnh muối không bị thủy phân - Muối tạo thành từ anion gốc axit yếu cation gốc bazơ mạnh gốc axit yếu bị thủy phân tạo OH- Ví dụ: CH3COONa CH3COO- + Na+ CH3COO + H2O CH3COOH + OHNa2CO3 2Na+ + CO32CO32- + H2O HCO3- + OH- Muối tạo thành từ cation gốc bazơ yếu anion gốc axit mạnh cation gốc bazơ yếu bị thủy phân tạo H3O+ Ví dụ: NH4Cl NH4+ + ClNH4+ + H2O NH3 + H3O+ -8- - Muối tạo thành từ anion gốc axit yếu cation gốc bazơ yếu hai gốc bị thủy phân.: NH4CH3COO I Phần thực nghiệm Các yếu tố ảnh hưởng đến cân hoá học 1.1 Ảnh hưởng nồng độ Xét chuyển dịch cân phản ứng sau: Fe3+ + CNS - Fe(CNS)2+ (màu đỏ máu) Rót vào cốc nhỏ khoảng 20 ml nước cất, thêm vào giọt dung dịch FeCl3 bão hồ giọt dung dịch NH4CNS bão hồ Sau lấy dung dịch ống nghiệm, ống nghiệm khoảng 1ml (hay 10 giọt khoảng 1cm chiều cao dung dịch ống nghiệm) Ống giữ nguyên để so sánh Ống thêm 12 giọt dung dịch FeCl3 bão hoà Ống thêm 12 giọt dung dịch NH4CNS bão hoà Quan sát so sánh màu sắc dung dịch ống nghiệm Giải thích 1.2 Ảnh hưởng nhiệt độ Xét ảnh hưởng nhiệt độ đến cân phản ứng sau: NO2 N2O4 (nâu) (không màu) Lấy hai ống nghiệm thơng (xem hình vẽ bên) có chứa sẵn khí NO2 màu nâu đỏ, mở khoá K để màu hai ống sau đóng khố K lại Nhúng ống vào hỗn hợp làm lạnh gồm nước đá muối ăn ống lại để so sánh Quan sát biến đổi màu ống nhúng vào nước lạnh Sau nhúng ống vào nước nóng quan sát biến đổi màu Vận dụng nguyên lý chuyển dịch cân để xét xem phản ứng thu hay toả nhiệt? Hình 7: Ống thông Cân dung dịch điện ly 2.1 Màu chất thị màu môi trường khác Lấy vào ống nghiệm: Ống : 10 giọt dung dịch H2SO4 2N Ống : 10 giọt nước cất Ống : 10 giọt dung dịch NaOH 2N Cho vào ống nghiệm mẩu giấy quỳ tím Quan sát màu ống nghiệm Cũng làm tương tự thay q tím chất thị phênolphtalêin mêtyl da cam Ghi kết thu vào bảng sau: Chất thị màu Axít Màu mơi trường Trung tính Q tím Mêtyl da cam Phênolphtalêin Lưu ý: Các chất thị cần dùng giọt 2.2 Cân dung dịch axit yếu bazơ yếu -9- Bazơ dA   .l  S lớn () lớn (l = const) Vì  phụ dC thuộc vào  nên trước tiến hành đo cần phải tiến hành xây dựng đường cong phổ hấp thụ  = f(), từ xác định giá trị  mà  đạt cực đại (max) Các phép đo mật độ quang sau tiến hành giá trị  Khi độ nhậy phép đo lớn nhất, sai số cho phép nhỏ II PHẦN THỰC NGHIỆM Độ nhạy phép đo S = Các bước tiến hành Bước 1: Chuẩn bị - Hoá chất dụng cụ: - KMnO4 0,03M - HCOOH 0,1M - K2HPO4 0,04M - Đồng hồ bấm giây - Bật máy 15 phút trước tiến hành đo - Máy khuấy từ ống đong 50ml Cốc 100ml Pipét 5ml, 1ml Bước 2: Xây dựng phổ hấp thụ KMnO4 (mục đích tìm  ứng với A max) - Chuẩn máy (đặt 0,0A) với dung dịch so sánh nước cất - Lấy 50ml nước cất vào cốc 100ml sau dùng pipét lấy 0,5ml KMnO4 cho thêm vào cốc ta dung dịch làm việc - Đo mật độ quang dung dịch (trong chế độ hấp thụ A) giá trị  = 510; 515; 520; 525; 530; 535nm Xây dựng đường cong phổ hấp thụ từ xác định  ứng với Amax Các phép đo mật độ quang thí nghiệm tiến hành giá trị max (xem phần điều kiện đo) Chú ý:  thay đổi tức thay đổi chế độ đo, cần phải chuẩn lại máy Bước 3: Tiến hành đo biến thiên mật độ quang dung dịch phản ứng Dùng pipét 5ml lấy 5ml HCOOH 0,1M cho vào cốc 100ml - Dùng ống đong cho 50ml K2HPO4 cho tiếp vào cốc - Nghiêng cốc, nhẹ nhàng đặt viên khuấy từ vào cốc Đặt cốc lên máy khuấy từ bật máy - Dùng pipét 1ml thêm nhanh 0,5ml KMnO4 vào cốc chuẩn bị - Dùng đồng hồ bấm giây tính thời gian phản ứng từ lúc thêm 0,5ml KMnO4 vào cốc - Sau khoảng thời gian từ 510giây lấy nhanh hỗn hợp khuấy cho vào cuvet đặt vào máy Spectrophotometer - Theo dõi ghi lại biến thiên giá trị mật độ quang A theo thời gian A giảm dần tới giá trị A  = const khoảng 10phút Khi phản ứng kết thúc Khai thác kết thực nghiệm Như trình bày, để xác định bậc phản ứng theo KMnO4 ta phải giữ cho [HCOOH] [H3O+] không đổi lớn nhiều so với [MnO4-] - Thật sử dụng dung dịch đệm K2HPO4, pH dung dịch gần khơng đổi tính theo biểu thức: 2 pH = pKa + lg [HPO ]  [H PO ]  pK a  (11) - Nồng độ [HCOOH] = 5.10-4 mol.l-1 >> [MnO4-] = 0,15.10-4 mol.l-1 - 20 - Và coi không đổi trình xảy phản ứng Để xác định bậc theo KMnO4 (n1) cần khảo sát phụ thuộc [MnO4-] – t Giả sử bậc phản ứng 1, ta phải khảo sát tuyến tính đồ thị ln([MnO4-]) – t (xem phần nguyên tắc chung) Nếu đồ thị tuyến tính n1 = (Nếu đồ thị khơng tuyến tính tiếp tục giả thiết n = 2, … khảo sát kết thực nghiệm phù hợp với phương trình động học lý thuyết) Từ kiện thực nghiệm đo biến thiên giá trị mật độ quang A theo thời gian t, áp dụng định luật Beer-Lambert cho hỗn hợp dung dịch ta có: - Tại thời điểm ban đầu (t = 0), chưa xảy phản ứng, dung dịch có KMnO4: giá trị mật độ quang tương ứng A0 phụ thuộc vào nồng độ [MnO4-]0 ban đầu A0 = 1[MnO4-]o.l (12) với 1: hệ số hấp thụ mol MnO4- - Tại thời điểm t, xảy phản ứng phần KMnO4 bị khử thành MnO2: dung dịch lúc gồm MnO4- MnO2, giá trị mật độ quang đo là: A =(1 [MnO4-] + (2 [MnO2 aq]).l (13) A = 2[MnO2.aq].l = 2[MnO4 ]o.l (14) Trong đó: [MnO4-], [MnO2.aq]: nồng độ MnO4-, MnO2.aq thời điểm t: 2 : hệ số hấp thụ mol MnO2.aq Dựa vào định luật bảo toàn khối lượng: [MnO4-]o = [MnO4-] + [MnO2].aq (15) Từ (12),(13), (14) (15) rút ra:  MnO A  A    ln ln (16)  A  A   MnO     Đối với dung dịch cho trước đo bước sóng  xác định A0, A số Như vậy, thay cho việc kiểm tra tuyến tính đồ thị ln[MnO4-] - t ta cần kiểm tra tuyến tính đồ thị ln(A-A) – t Nếu đồ thị ln(A-A) - t đường thẳng bậc riêng phản ứng theo MnO4- CÂU HỎI Nêu nguyên tắc chung xác định bậc phản ứng? Nguyên tắc phương pháp đo mật độ quang để xác định bậc phản ứng? Nêu mục đích thí nghiệm Tại lại phải dùng HCOOH có nồng độ lớn so với nồng độ KMnO4? Vai trò K2HPO4? A thí nghiệm đựơc xác định nào? Hãy chứng minh biểu thức (16) BÀI CÂN BẰNG TRONG DUNG DỊCH AXIT – BAZƠ Mục đích:  Mục đích thí nghiệm sử dụng máy đo pH (pH - met) để: - Xác định số cân axit yếu - Chuẩn độ axit - bazơ, từ tính nồng độ ban đầu axit I PHƯƠNG PHÁP ĐO: - 21 - Nguyên tắc phương pháp: Nguyên tắc phương pháp đo pH xác định nồng độ (chính xác hoạt độ, nhiên dung dịch lỗng coi hoạt độ nồng độ) ion H+ dung dịch dựa vào thay đổi điện điện cực thủy tinh (điện cực thị) loại điện cực mà điện phụ thuộc vào nồng độ ion H+ dung dịch Như phương pháp đo pH thực cách gián tiếp qua việc đo điện điện cực thủy tinh nhúng vào dung dịch khảo sát Để làm việc người ta thiết lập pin Galvanic gồm điện cực thủy tinh điện cực có điện cố định gọi điện cực so sánh, nhúng vào dung dịch cần đo độ pH Do vậy, suất điện động pin có quan hệ với [H+] dung dịch thông qua điện điện cực thủy tinh Thiết bị đọc suất điện động pin milivôn kế điện tử mà thang đo chuyển trực tiếp sang thang pH ta tạo pH – mét Ngày người ta thường lắp điện cực thủy tinh điện cực so sánh giá đỡ nối với vôn kế dây dẫn đồng trục ta loại điện cực kép Giới thiệu máy đo pH Cách sử dụng pH – mét, bước tiến hành đo … dẫn trực tiếp phòng thí nghiệm II XÁC ĐỊNH HẰNG SỐ CÂN BẰNG CỦA AXIT YẾU CH3COOH (KÍ HIỆU HA) Nguyên tắc phương pháp: Trong dung dịch HA, tồn cân bằng: HA + H2O H3O+ + A- (1) Hằng số cân phản ứng (1) gọi số điện ly axit HA (Ka): [ H 3O ].[ A  ] Ka = [ HA ] (2) pH nhiệt độ xác định Ka có giá trị xác định [ HA ] K a [A  ] [A  ] + -lg[H3O ] = lg - lgKa [ HA ] Từ (2) ta có [H3O+] =    pH = lg [A ] + pKa [ HA ] (3) lgX (4) lgX pKa Trong (4), giá trị pH dung dịch đo biết (hiện máy đo), để xác định pKa phải biết tỷ số Hình  [A  ]  X    [ HA ]   [A  ] [A  ] Để xác định tỷ số , dùng phương [ HA ] [ HA ] pháp gần sau: Vì HA axit yếu nên độ phân li nhỏ thêm ion đồng loại vào độ phân li nhỏ nữa, trộn muối NaA (tức ion A-) vào dung dịch HA cách gần coi [HA]  Ca [A-]  Cm (Ca, Cm: nồng độ ban đầu tương ứng axit muối sau trộn) Từ phương trình (4) viết: pH = lg Cm + pKa = lgX + pKa Ca (5)  C   X  m  Ca   Biểu diễn phương trình (5) đồ thị hình 1, xác định pKa - 22 - Thực nghiệm kết quả: - Pha mẫu theo tỷ lệ thể tích (như bảng mẫu báo cáo thí nghiệm) dung dịch CH3COOH CH3COONa - Đo pH mẫu ghi vào bảng - Tính X ghi vào bảng 1, vẽ đồ thị, xác định pKa III CHUẨN ĐỘ AXIT MẠNH (HCl) BẰNG BAZƠ MẠNH (NaOH): Phương trình phản ứng chuẩn độ: HCl + NaOH = NaCl + H2O Phương trình ion : H+ + OH- = H2O Nguyên tắc phương pháp: - Phương pháp chuẩn độ phương pháp để xác định nồng độ chưa biết dung dịch theo nồng độ biết dung dịch khác cách xác định thể tích dung dịch tương tác - Nguyên tắc chuẩn độ dựa vào định luật đương lượng biểu thị qua phương trình: CNA VA = CNB VB Trong đó: CNA; CNB: nồng độ đương lượng gam tương ứng axit bazơ VA; VB: thể tích dung dịch axit bazơ tác dụng vừa đủ với Từ phương trình ta rút ra: C N A  C N B VB VA Như thí nghiệm điều cần thiết phải xác định điểm mà chất tác dụng vừa đủ với nhau, điểm gọi điểm tương đương (điểm kết thúc phản ứng trung hồ) Để xác định điểm này, phương pháp hố học thông thường dựa vào biến đổi màu chất thị thích hợp đổi màu chất phản ứng Trong phép chuẩn độ dùng máy đo pH, để xác định điểm tương đương người ta dựa vào thay đổi pH đột ngột vùng gần điểm tương đương, cụ thể: thêm từ từ dung dịch NaOH vào dung dịch HCl [H+] giảm dần độ pH tăng dần; trước sau điểm tương đương, pH tăng chậm, vùng gần điểm tương đương pH thay đổi đột ngột tạo bước nhảy Một cách gần coi: trước điểm tương đương pH = -lg[H+]dư, điểm tương đương pH = 7, sau điểm tương đương pH = 14+ lg[OH-]dư Ví dụ: chuẩn độ 10ml HCl NaOH 0,1M lập bảng sau VNaOH(mol) 9,9 10 10,1 11 12 pH (lấy xấp xỉ) 1,2 1,4 1,6 2,3 3,3 10,7 11,7 12 Vùng chuyển pH (xem hình 10) Như pH dung dịch thể tích NaOH thêm vào có mối quan hệ Vẽ đồ thị phụ thuộc pH = f(VNaOH) xác định 10 điểm tương đương Thực nghiệm kết quả: - Dùng pipet lấy xác 10ml dung dịch HCl (chưa biết nồng độ) cho vào cốc dung tích 100ml có sẵn viên khuấy từ - Bổ sung thêm nước cất vào cốc khoảng 4050ml (mục đích làm tăng thể tích cho ngập điện cực đo) - Đặt cốc lên máy khuấy từ, điều chỉnh tốc độ vừa phải để khuấy dung dịch thời gian đo (lắp dụng cụ hình vẽ 11) - Rót NaOH 0,1N vào buret 25 ml Viên - 23 - Dung dịch NaOH 0,1N Ve Hình 10 VNaOH(ml) Điện cực thuỷ tinh đo pH Dung dịch HCl chưa biết nồng độ Máy khuấy từ khuấy từ Hình 11 - Cho từ từ 5ml NaOH 0,1N từ buret xuống cốc đựng axit HCl đo giá trị pH dung dịch Tiếp tục làm với 7; 9; 9.5; 10.0; 10.5; 11; 11.5, 12, 13ml NaOH - Ghi giá trị pH đo lập bảng (trong mẫu báo cáo thí nghiệm) - Vẽ đồ thị pH = f(VNaOH), xác định VNaOH ứng với điểm tương đương (Ve): kẻ đường thẳng qua điểm có pH = song song với trục VNaOH, cắt đường cong chuẩn độ điểm tương đương, từ điểm tương đương chiếu xuống trục hoành điểm ứng với V = Ve (hình 10) - Tính nồng độ dung dịch HCl CÂU HỎI Nêu mục đích thí nghiệm? Trình bày nguyên tắc xác định số cân axit CH3COOH? Nguyên tắc phương pháp chuẩn độ axit mạnh bazơ mạnh? Cách xác định điểm tương đương phép chuẩn độ axit mạnh – bazơ mạnh phương pháp đo pH - 24 - BÀI CÂN BẰNG HÓA HỌC – CÂN BẰNG TRONG DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LY Chữ ký giáo viên Đánh giá kết (dành cho giáo viên) Họ tên sv: Lớp: Tổ: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÂN BẰNG PHẢN ỨNG: 1.1 Ảnh hưởng nồng độ: Nhỏ giọt dung dịch FeCl3 bão hoà giọt dung dịch NH4CNS bão hồ vào cốc nước Khuấy nhẹ dung dịch có mầu: Phương trình phản ứng Lấy vào ống nghiệm (2ml): Ống 1: để so sánh Ống 2: thêm FeCl3 Hiện tượng: Ống 3: thêm NH4CNS Hiện tượng: Giải thích: Ống 2: Ống 3: 1.2 Ảnh hưởng nhiệt độ lên chuyển dịch cân phản ứng: 2NO2 N2O4 (1 -2) Nâu Khơng mầu Ống nhúng vào nước nóng, mầu: Ống nhúng vào nước lạnh, mầu: Giải thích tượng rút kết luận nhiệt phản ứng(1-2): II CÂN BẰNG TRONG DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LY: 2.1 Mầu chất thị: Mầu môi trường Chất thị mầu Axít Trung tính Quỳ tím Mêtyl da cam Phênolphtalêin Bazơ 2.2.Cân dung dịch axít yếu bazơ yếu: - Khi nhỏ mêtyl da cam vào dung dịch CH3COOH có mầu: - Khi thêm CH3COONa vào dung dịch chuyển từ mầu sang mầu Giải thích: - 25 - - Phênolphtalêin dungdịchNH3 có mầu: - Khi thêm NH4Cl vào mầu dung dịch: Giải thích: Kết luận ảnh hưởng ion đồng loại lên độ điện ly chất điện ly yếu: 2.3 Cân kết tủa hoà tan kết tủa: a Điều kiện kết tủa chất điện ly tan: Cho giọt dung dịch CaCl2 0,1M giọt dung dịch BaSO4 bão hoà Hiện tượng: Vì (theo tính tốn cụ thể): Cho giọt dung dịch BaCl2 0,1M giọt dung dịch CaSO4 bão hoà Hiện tượng: Vì (theo tính tốn cụ thể): b Điều kiện hoà tan kết tủa - Tự điều chế lấy kết tủa CaCO3 Khi nhỏ dung dịch HCl vào CaCO3, kết tủa Giải thích dựa vào tích số tan 2.4 Sự thủy phân muối: Dung dịch CH3COONa pH đo Giải thích phương trình phản ứng: NH4Cl - 26 - BÀI PHẢN ỨNG OXY HÓA KHỬ VÀ ĐIỆN HÓA Chữ ký giáo viên Đánh giá kết (dành cho giáo viên) Họ tên sv: Lớp: Tổ: I PHẢN ỨNG OXY HÓA - KHỬ 1.1 Chiều phản ứng oxi hoá - khử: - Lấy vào ống nghiệm 5-6 giọt dung dịch KMnO4 giọt dung dịch H2SO4 2N Sau cho thêm vào giọt dung dịch NaNO2 0,1M vào dung dịch Vì Viết phương trình dạng ion dạng phân tử: - Cho 5-6 giọt dung dịch KMnO4 giọt dung dịch H2SO4 2N Khi thêm giọt dung dịch muối FeSO4 0,1M vào mầu tím dung dịch Vì Viết phương trình dạng ion dạng phân tử: - Cho 5-6 giọt dung dịch FeCl3 0,1M giọt dung dịch H2SO4 2N Thêm 5-6 giọt dung dịch KI 0,05M 5-6 giọt hồ tinh bột, lắc nhẹ Hiện tượng: Vì Viết phương trình dạng ion dạng phân tử: - Cho 5-6 giọt dung dịch NaCl 0,1M 5-6 giọt dung dịch FeCl3 0,1M Hiện tượng: Vì Viết phương trình dạng ion dạng phân tử: 1.2 Ảnh hưởng môi trường lên chiều phản ứng: I2 + AsO33- + 3H2O AsO43- + 2I- + 2H3O+ Khi nhỏ dung dịch Iốt vào dung dịch Na3AsO3 (pH = 7) I2 Vì (bằng tính tốn cụ thể) - 27 - Viết phương trình dạng ion dạng phân tử: - Khi thêm H2SO4 4M vào, dung dịch từ chuyển thành Vì (bằng tính tốn cụ thể) II ĐIỆN PHÂN: 2.1 Điện phân dung dịch KI Hiện tượng: Sơ đồ điện phân : 2.2 Điện phân dung dịch Na2SO4 Hiện tượng: Sơ đồ điện phân : 2.3 Điện phân dung dịch CuSO4 với anốt trơ : Hiện tượng: Sơ đồ điện phân : 2.4 Điện phân dung dịch CuSO4 với anốt đồng: Hiện tượng: Sơ đồ điện phân : - 28 - BÀI CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG Chữ ký giáo viên Đánh giá kết (dành cho giáo viên) Họ tên sv: Lớp: Tổ: I ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ LÊN VẬN TỐC PHẢN ỨNG: - Nghiên cứu tốc độ phản ứng : Na2S2O3 + H2SO4 = H2SO3 + Na2SO4 + S - Phương trình vận tốc quy ước phản ứng: v = 1/t = k[Na2S2O3]n Với t thời gian từ bắt đầu trộn tới vẩn đục: Thời gian Na2S2O3 H2 O H2SO4 C Na2S 2O Thí nghiệm 0,1M a(ml) b(ml) c(ml) t(s) 0,5 2,0 2,5 1,0 1,5 2,5 1,5 1,0 2,5 2,0 0,5 2,5 2,5 0,0 2,5 v=1/t a Vẽ đồ thị V- C Na2S 2O ảnh hưởng nồng độ Na2S2O3 lên vận tốc phản ứng V- C Na2S 2O Xác định bậc Na2S2O3: - 29 - II ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ LÊN VẬN TÓC PHẢN ỨNG: 2KMnO4 + 5H2C2O4 + H2SO4 = MnSO4 + K2SO4 + 10CO2 + 8H2O Nhiệt độ lnv Thời gian t(s) v = 1/t T o C o K t1oC = t1 + 10 = t1 + 20 = t1 + 30 = t1 + 40 = Vẽ đồ thị (v-toC) Vẽ đồ thị (lnv-1/T) Nhận xét ảnh hưởng nhiệt độ lên vận tốc phản ứng: Tính lượng hoạt hoá Ea: ………………………………………………………… ………………………………………………………… ………………………………………………………… ………………………………………………………… ………………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… …………………………………………………… III ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TẤC: Phản ứng nghiên cứu: H2O2  H2O + 0,5O2 Quan sát: Hiện tượng xảy thêm vài giọt K2CrO4: Giải thích: Hiện tượng xảy thêm bột MnO2: - 30 - BÀI NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC PHẢN ỨNG (Xác định bậc phản ứng phương pháp đo mật độ quang) Chữ ký giáo viên Đánh giá kết (dành cho giáo viên) Họ tên sv: Lớp: Tổ: I Xây dựng phổ hấp thụ KMnO4 [A=f()] Đo chế độ hấp thụ A giá trị khác : 510, 515, 520, 525, 530, 535 nm Từ xác định  tương ứng với giá trị Amax Bước sóng  Độ hấp thụ A Giá trị max = II Đo biến thiên mật độ quang A phản ứng Tiến hành đo A giá trị  xác định Thời gian Mật độ quangA ln(A-A∞) - 31 - Thời gian Mật độ quangA ln(A-A∞) Xây dựng đồ thị ln(A-A∞)-t kiểm tra tuyến tính đồ thị Nhận xét: - 32 - BÀI CÂN BẰNG TRONG DUNG DỊCH AXIT – BAZƠ Họ tên sv: Lớp: Tổ: I Xác định số cân axít yếu CH3COOH (dùng CH3COOH 0,1M CH3COONa 0,1M – Bảng I) Chữ ký giáo viên Đánh giá kết (dành cho giáo viên) Mẫu VCH3COOH ml VCH3COONa ml 18 16 10 10 16 18 X= A  = C  HA [CH3COOH] [CH3COONa] X lgX pH A  (trục hoành) ; Lập giản đồ pH (trục tung) - lg  NaA CHA HA Vẽ đường thẳng qua điểm , kéo dài đường thẳng xác định pKa Từ pKa xác tính Ka So sánh giá trị Ka xác định với Ka cho tài liệu để đánh giá phương pháp - 33 - II Sự chuẩn độ axít mạnh bazơ mạnh Bảng VNaOH pH [H+] 5,0 NaOH (mol) thêm vào 7,0 9,0 9,5 10,0 10,5 11,0 11,5 12,0 13,0 Lập giản đồ pH (trục tung) - Vml dung dịch NaOH (trục hồnh) Tính nồng độ mol/lít dung dịch HCl? - 34 -