báo cáo dự án

LỜI CẢM ƠN I GIỚI THIỆU DỰ ÁN Dự án “Thu hồi chuyển hóa kết tủa bạc clorua (AgCl) thành bạc nitrat (AgNO3) để tái sử dụng thực hành thí nghiệm trường THCS THPT” dự án chúng em nghiên cứu thời gian quan Dự án nghiên cứu nhằm đưa quy trình chuyển hóa kết tủa bạc clorua (AgCl), sản phẩm phổ biến thực hành thí nghiệm mơn hóa học THCS THPT, thành dung dịch bạc nitrat (AgNO3) tái sử dụng để giải vấn đề thiếu hụt hóa chất tiết kiệm cho nhà trường Trong dự án nghiên cứu này, chúng em đề xuất quy trình thu hồi bạc clorua hóa chất có sẵn, dễ tìm, dụng cụ đơn giản phịng thí nghiệm phổ thơng sở để nhân rộng mơ hình chúng em nghiên cứu II LÝ DO CHỌN DỰ ÁN Phản ứng tạo kết tủa bạc clorua (AgCl) từ dung dịch bạc nitrat (AgNO3) với muối clorua phản ứng phổ biến chương trình hóa học THCS hóa học THPT Bên cạnh đó, bạc nitrat hóa chất đắt tiền số hóa chất trang bị cho phịng thí nghiệm trường THCS THPT Tuy nhiên, sau làm xong thí nghiệm, kết tủa bạc clorua đổ bỏ, điều lãng phí lớn, gây thiếu hụt hóa chất, ảnh hưởng đến hoạt động học tập, trải nghiệm học sinh, đặc biệt trường địa phương cịn khó khăn, chưa có đủ điều kiện để mua sắm hóa chất cách thuận tiện Vậy, thu hồi kết tủa bạc clorua chuyển hóa chúng thành bạc nitrat để tái sử dụng góp phần tiết kiệm tiền quan trọng tiết kiệm hóa chất, đám bảo nguồn hóa chất đầy đủ phục vụ cho việc học tập học sinh Tuy nhiên, cần phải tìm quy trình thu hồi chuyển hóa bạc clorua cho đáp ứng điều kiện sau: + Cách tiến hành đơn giản, dễ thực hiện, dụng cụ phải đảm bảo phù hợp với điều kiện phịng thí nghiệm trường THCS, THPT + Sử dụng hóa chất có sẵn phịng thí nghiệm dễ dàng tìm đời sống Từ lí trên, chúng em lựa chọn đề tài “Thu hồi chuyển hóa kết tủa bạc clorua (AgCl) thành bạc nitrat (AgNO3) để tái sử dụng thực hành thí nghiệm trường THCS THPT” III PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: - Nghiên cứu sách giáo khoa, tài liệu chuyên ngành có liên quan - Thực thí nghiệm kiểm chứng, đánh giá hiệu thí nghiệm - Tổng hợp kết quả, xây dựng hồn chỉnh quy trình thực IV TIẾN HÀNH NGHIÊN CỨU Quy trình thu hồi kết tủa bạc clorua Bằng nhiều thí nghiệm khác nhau, chúng em đưa quy trình thu hồi chuyển hóa kết tủa bạc clorua thành bạc nitrat sau: + Bạc clorua không tan nước axit tan dung dịch amoniac (NH3) Vì thế, ta sử dụng dung dịch NH3 để hòa tan kết tủa bạc clorua +Từ dung dịch phức chất bạc, vận dụng tính chất kim loại mạnh đẩy kim loại yếu khỏi dung dịch muối nó, ta dùng lượng dư kim loại mạnh cho phản ứng với dung dịch phức chất bạc để thu bạc kim loại kết tủa + Sau thu hỗn hợp gồm bạc kim loại phần kim loại dư, ta tách riêng bạc cách ngâm hỗn hợp lượng dư dung dịch axit clohidric (HCl) axit sunfuric (H2SO4) lỗng Lúc có phần kim loại cịn dư bị hịa tan, bạc khơng tham gia phản ứng Đợi phản ứng xong, lọc lấy phần kim loại bạc không tan + Cuối cùng, ta dùng dung dịch axit nitric để hòa tan lượng bạc Sản phẩm thu dung dịch bạc nitrat Tính chất bạc clorua Bạc clorua có cơng thức hóa học AgCl, chất rắn màu trắng, tan nước, khơng tác dụng với dung dịch axit Trong thực tế, bạc clorua dễ dàng bị phân hủy tác dụng ánh sáng mặt trời tạo thành kim loại bạc dạng vơ định hình khí clo Hiện tượng làm cho kết tủa bạc clorua có màu nâu để ngồi khơng khí UV AgCl( r )   Ag( r )  Cl2( k ) Bạc clorua có khả tan dung dịch amoniac (NH3) tạo thành phức chất tan nước theo phương trình phản ứng: AgCl( r )  NH3( dd )   Ag ( NH )2 Cl( dd ) Lợi dụng tính chất này, ta dùng dung dịch amoniac để hịa tan kết tủa bạc, chuyển muối bạc khơng tan thành dạng dung dịch, từ thực phản ứng dung dịch muối 3 Tổng quan thí nghiệm tạo thành kết tủa bạc clorua chương trình hóa học phổ thơng Kết tủa bạc clorua chủ yếu tạo thành từ phản ứng dung dịch bạc nitrat dung dịch axit clohiric natri clorua Sau phản ứng, kết tủa bạc clorua thu dạng rắn, dung dịch thường chứa số chất tan khác liệt kê sau: + Các muối nitrat sản phẩm phản ứng trao đổi, thường natri nitrat (NaNO3) + Chất tham gia dư: dư bạc nitrat dư muối clorua Chúng em nhận thấy rằng, việc tồn chất NaNO3 NaCl (hoặc muối kim loại kiềm kiểm thổ khác) khơng ảnh hưởng đến q trình thu hồi chúng em đề xuất, thế, khơng cần phải lọc lấy kết tủa bạc clorua trước thực quy trình thu hồi kết tủa tạo thành từ phản ứng bạc nitrat natri clorua Mặt khác sử dụng đến muối clorua kim loại kim loại kiềm kiểm thổ đồng (II) clorua (CuCl2), diện ion kim loại dung dịch sản phẩm ảnh hưởng đến trình thu hồi tương tác kim loại với dung dịch amoniac với hóa chất sử dụng bước quy trình thu hồi Vì vậy, thí nghiệm này, ta cần kết tủa hồn toàn bạc clorua tiến hành lọc lấy kết tủa đem thu hồi Thu hồi chuyển hóa kết tủa bạc clorua thành bạc nitrat 4.1 Kết tủa hồn tồn bạc clorua 4.1.1 Chuẩn bị Hóa chất: Dung dịch NaCl 4.1.2 Cách tiến hành: Thêm lượng dư dung dịch NaCl vào hỗn hợp sau phản ứng, để kết tủa hoàn toàn ion kim loại bạc dạng bạc clorua Điều nhằm đảm bảo hiệu suất thu hồi tối đa Phương trình phản ứng: AgNO3  NaCl   AgCl Sau kết tủa hoàn tồn bạc clorua, tùy vào chất tan cịn lại dung dịch trình bày mục mà tiến hành lọc hay không lọc lấy kết tủa bạc clorua 4.2 Hòa tan kết tủa bạc clorua dung dịch amoniac 4.2.1 Chuẩn bị Dụng cụ: Bình cầu bình tam giác có nút đậy Hóa chất: Kết tủa AgCl cần thu hồi, dung dịch NH3 4.2.2 Cách tiến hành Thêm lượng dư dung dịch amoniac vào bình chưa kết tủa bạc clorua, đậy nút bình, thường xuyên lắc hỗn hợp đến kết tủa tan hết Phương trình phản ứng: AgCl( r )  NH3( dd )   Ag ( NH )2 Cl( dd ) Nên tiến hành bước bình có nút đậy, tránh khí amoniac ngồi Phản ứng xảy tương đối nhanh, với lượng kết tủa bạc clorua khoảng gam, – 10 phút kết tủa tan hoàn toàn 4.3 Dùng kim loại để kết tủa bạc kim loại từ dung dịch phức bạc amoni clorua 4.3.1 Chuẩn bị Hóa chất: Bột sắt bột nhôm 4.3.2 Cách tiến hành Ở bước này, lượng dư kim loại cho vào dung dịch nhằm tạo phản ứng kim loại muối, từ thu kim loại bạc kết tủa Tuy nhiên, câu hỏi đặt “Chọn kim loại cho hợp lí?” Chỉ có kim loại mạnh đẩy kim loại yếu khỏi dung dịch muối Xét theo dãy hoạt động hóa học, bạc kim loại yếu Vì có nhiều kim loại thõa mãn điều kiện phản ứng Mg, Al, Zn, Fe, Sn, Pb,… Tuy nhiên ta cần lưu ý, không sử dụng kim loại đồng (Cu) bước này, sử dụng đồng làm kim loại đẩy bạc, khó để tách riêng hỗn hợp gồm đồng bạc kim loại không phản ứng với dung dịch axit lỗng thơng thường Vì thế, tùy điều kiện phịng thí nghiệm mà ta chọn kim loại lại Al, Fe, Zn,… Trong q trình làm thí nghiệm, nhóm nghiên cứu chúng em thực thí nghiệm với kim loại trên, ta không quan tâm thời gian phản ứng kết thu kết tủa bạc Phương trình phản ứng Ag ( NH3 )2 Cl( dd )  Fe( r )   Ag  FeCl2  NH3 Vì tốc độ phản ứng chậm nên để đảm bảo hiệu suất tối đa, ta nên thực phản ứng thời gian dài, nhóm nghiên cứu chúng em chọn hình thức để qua đêm với lượng dư kim loại nhằm thu hồi lượng bạc tối đa Đối với kim loại chọn, ta nên chọn dạng bột thay dạng miếng lớn Điều giúp phản ứng xảy nhanh hơn, phản ứng xảy bị cản trở lượng bạc tạo thành bám lên kim loại ban đầu hết lượng kim loại dư bị hòa tan nhanh chóng bước tiếp theo, qua rút ngắn thời gian thực quy trình thu hồi Bạc tạo thành thí nghiệm có màu xám, khơng có ánh kim Điều bạc thu dạng vơ định hình nên tính chất vật lí có khác biệt so với bạc tự nhiên (nằm dạng tính thể) 4.4 Tách riêng kim loại bạc từ hỗn hợp bạc kim loại dư 4.4.1 Chuẩn bị Hóa chất: Dung dịch H2SO4 lỗng, Dụng cụ: Bơm hút, phễu lọc, giấy lọc bình tam giác 250ml 4.4.2 Cách tiến hành Ta dễ dàng tách riêng bạc từ hỗn hợp bạc kim loại dư cách thêm vào hỗn hợp phản ứng lượng dư axit clohidric (HCl) axit sunfuric loãng (H2SO4) Chỉ có kim loại dùng để đẩy bạc tham gia phản ứng tan vào dung dịch Khi phản ứng kết thúc cịn lại chất rắn bạc Phương trình phản ứng: Fe  H SO4   FeSO4  H 2 Không thiết phải lọc lấy hỗn hợp kim loại trước cho axit vào để thực q trình tách lấy kim loại bạc, ta có thêm thẳng axit vào cốc chứa hỗn hợp kim loại dung dịch muối clorua kim loại nhằm giảm thiểu hao hụt xảy tiến hành lọc lấy kim loại Nếu thêm axit vào hỗn hợp mà khơng thấy khí ra, chứng tỏ lượng kim loại thêm vào chưa đủ Lúc ta cần thêm tiếp kim loại vào thực tiếp tục phản ứng đẩy bạc khỏi dung dịch Sau phản ứng xong, ta tiến hành lọc lấy phần rắn không tan, kim loại bạc 4.5 Hịa tan bạc dung dịch axit nitric 4.5.1 Chuẩn bị Hóa chất: dung dịch axit nitric Dụng cụ: bơng giấy lọc, bóp cao su 4.5.2 Cách tiến hành Thêm lượng nhỏ axit nitric vào bạc, đến bạc tan hết, lọc lấy phần dung dịch suốt, dung dịch bạc nitrat Ag  2HNO3   AgNO3  NO2  H 2O Triển khai thực thu hồi trường TH&THCS Nhơn Hải Sau xây dựng thành cơng quy trình thu hồi chuyển hóa kết tủa bạc clorua thành dung dịch bạc nitrat Chúng em tiến hành áp dụng vào thực tế trường TH&THCS Nhơn Hải Cụ thể sau: 5.1 Xác định thí nghiệm có tạo thành kết tủa bạc clorua Căn sách giáo khoa Hóa học 8,9 kết hợp với tư vấn giáo viên giảng dạy mơn Hóa học trường, chúng em xác định học có tạo thành kết tủa bạc clorua STT Mơn Chủ đề Thí nghiệm Thời gian Hóa Phản ứng hóa học Các dấu hiệu nhận Tháng 11 biết có chất tạo thành Hóa Axit Axit tác dụng với Tháng 10 muối Hóa Muối Muối tác dụng với Tháng 11 muối Như thí nghiệm thu bạc clorua chương trình hóa học THCS chủ yếu tập trung vào tháng 10 tháng 11 Điều làm cho trình thu hồi bạc trở nên thuận lơi gộp lượng lớn kết tủa thu hồi lần, giảm thiểu thất thoát trình thực 7.2 Phương án tiến hành thu hồi thực tế Ở phịng thí nghiệm trường TH&THCS Nhơn Hải, chúng em sử dụng hai bình thủy tinh sẫm màu dung tích 500ml làm bình chứa bạc clorua để thu hồi Một bình chứa bạc clorua từ phản ứng bạc nitrat với muối clorua kim loại kiềm, kiềm thổ Bình cịn lại chứa kết tủa bạc clorua từ phản ứng bạc nitrat với muối clorua kim loại khác Lựa chọn bình thủy tinh sẫm màu giúp ngăn bớt ánh sáng chiếu trực tiếp vào làm biến đổi thành phần hóa học bạc clorua, giúp bảo quản tốt kết tủa Sau thí nghiệm, hỗn hợp chứa kết tủa bạc clorua phân loại theo phản ứng tạo thành vào cho vào bình thu hồi tương ứng Q trình kết tủa hồn tồn bạc clorua thực lần trước thu hồi để tiết kiệm hóa chất V KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Kết 1.1 Xác định hiệu suất trình thu hồi Để xác định hiệu suất quy trình thu hồi, chúng em tiến hành thử nghiệm với lượng nhỏ bạc nitrat theo bước sau: + Cân lấy khoảng 0,2 gam tinh thể bạc nitrat tinh khiết, ghi lại giá trị m1 + Hịa tan hồn tồn lượng bạc nitrat thành dung dịch, sau cho phản ứng với lượng dư dung dịch natri clorua + Tiến hành quy trình thu hồi cho lượng kết tủa + Sau thu hồi xong, cho dung dịch bạc nitrat tác dụng với dung dịch natri clorua dư + Cân khối lượng tờ giấy lọc, ghi lại giá trị m2 + Lọc lấy kết tủa, sấy khô, đem cân, lấy giá trị m3 Hiệu suất trình thu hồi tính theo cơng thức: n  H %  Ag ( thu hoài) 100% (1) nAg  (ban đầu) Tính tốn hiệu suất q trình thu hồi 2.1 Sai số phép cân Trong thí nghiệm xác định hiệu suất quy trình thu hồi chuyển hóa bạc clorua, chúng em sử dụng cân có độ chia nhỏ là… giá trị khối lượng thu bao gồm… chữ số có nghĩa 2.2 Các phép toán xác định hiệu suất phản ứng Giá trị m1 khối lượng bạc nitrat ban đầu Từ ta xác định số mol bạc có lượng bạc nitrat sau: m nAg  (ban đầu)  nAgNO3  (mol ) (2) 170 Giá trị m2 khối lượng giấy lọc, giá trị m3 khối lượng giấy lọc bạc clorua Vì ta xác định khối lượng bạc clorua ứng với lượng bạc thu hồi cách lấy m3 – m2: mAgCl  m3  m2 Ta xác định số mol bạc thu hồi ứng với lượng bạc clorua theo công thức: m  m2 nAg  (thu hoài)  nAgCl  (mol ) (3) 143,5 Thay (2) (3) vào cơng thức tính hiệu suất (1) ta biểu thức tính hiệu suất thu hồi sau: H%  170(m3  m2 ) 100% 143,5.m1 ... THIỆU DỰ ÁN Dự án “Thu hồi chuyển hóa kết tủa bạc clorua (AgCl) thành bạc nitrat (AgNO3) để tái sử dụng thực hành thí nghiệm trường THCS THPT” dự án chúng em nghiên cứu thời gian quan Dự án nghiên... gian Hóa Phản ứng hóa học Các dấu hiệu nhận Tháng 11 biết có chất tạo thành Hóa Axit Axit tác dụng với Tháng 10 muối Hóa Muối Muối tác dụng với Tháng 11 muối Như thí nghiệm thu bạc clorua chương... THCS chủ yếu tập trung vào tháng 10 tháng 11 Điều làm cho trình thu hồi bạc trở nên thuận lơi gộp lượng lớn kết tủa thu hồi lần, giảm thiểu thất q trình thực 7.2 Phương án tiến hành thu hồi thực