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, tháng 09/2018 LƯU Ý I YÊU CẦU: 1) Sinh viên phải làm thí nghiệm theo tổ thí nghiệm lịch thí nghiệm đăng kí với phịng 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 không đạt) giải vào cuối kỳ thí nghiệm II ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 1) Trọng số điểm kiểm tra thí nghiệm: chiếm 25% số điểm mơn Hóa Đại cương 2) Hình thức kiểm tra: Vấn đáp 3) Thời gian kiểm tra vấn đáp buổi cuối đợt thí nghiệm Hóa đại cương (theo lịch đăng kí trang web http://sis.hut.edu.vn) 4) Thang điểm: 10/10 (mỗi báo cáo q trình làm thí nghiệm không đạt trừ điểm kết kiểm tra) 2,5 Điểm Thí nghiệm 10 điểm Hóa Đại Cương 2,5 điểm QT 5,0 điểm CK Trước đến phịng thí nghiệm: - Chuẩn bị giấy - Ghi nhớ kiến thức chuẩn bị - Tại phịng thí nghiệm: Hỏi đáp trước thao tác Thực thao tác xác, hiệu Viết báo cáo kết thí nghiệm Khi kết thúc đợt thí nghiệm: - Bài báo cáo đánh giá Đạt/ Không đạt - Kiểm tra vấn đáp BÀI LÀM QUEN VỚI PHỊNG THÍ NGHIỆM VÀ CHUẨN ĐỘ THEO PHƯƠNG PHÁP SO MÀU I VAI TRÒ QUAN TRỌNG CỦA THỰC NGHIỆM TRONG HĨA Đối với mơn hố học, thực nghiệm đóng vai trị 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 Hoá 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 II 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 địi 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 không 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 đặt giá, không 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 III GIỚI THIỆU MỘT SỐ DỤNG CỤ TRONG THÍ NGHIỆM HĨA Đo khối lượng – cân Cân dụng cụ quan trọng phịng thí nghiệm Hố học Tuỳ mức độ xác cơng việc mà cân chia làm nhiều loại với độ xác khác nhau; thơng thường phịng thí nghiệm Hố học dùng loại cân chính: a Cân kỹ thuật: độ xác 0,01g b Cân phân tích: độ xác 0,0001g Trong loại cân nêu sử dụng phịng 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 phịng khơng có gió (tốt phịng điều hồ nhiệt độ 20oC) Độ thăng cân kiểm tra bọt nước cân (nếu có) - Cắm điện vào nguồn 220V Bật công 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 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 hoá chất với nồng độ hoá chất dùng làm thuốc thử, hố chất phịng 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 phịng 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 Cách đọc Cách đọc sai Thao tác với pipet buret Thao tác với pipet Thao tác với buret IV 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 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 6) Hình Cách đun nóng dùng đèn cồn Các dụng cụ thuỷ tinh phịng 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 phịng chất lỏng sơi gây bỏng V PHẦN THỰC HÀNH * Mục đích chuẩn độ xác định thể tích tương đương Ve Trong khoảng V1 , V2 tương ứng với đổi màu chất thị Điều cần thiết cho việc khai thác đường cong việc lựa chọn thị màu phép so màu Chuẩn độ axit mạnh bazơ mạnh:  Chuẩn độ lần đầu – phép so màu nhanh: Dùng pipet loại 10ml lấy 10ml axit clohydric giọt thị bromothymol xanh vào bình tam giác loại 100ml Dung dịch chuyển sang màu vàng Dùng buret nhỏ dần ml xút khơng cần xác thể tích, lắc bình tam giác Ghi lại khoảng màu dung dịch chuyển từ vàng sang xanh lơ Dung dịch có màu vàng tới V1 = ……ml Dung dịch có màu xanh thể tích V2 = ……ml  Chuẩn độ lần – phép đo xác: Dùng pipet loại 10ml lấy 10ml axit clohydric giọt thị bromothymol xanh vào bình tam giác loại 100ml Dùng buret nhỏ dần ml xút tới (V1 – 0,5)ml Sau nhỏ dần giọt (V2 + 0,5) ml Ghi lại Ve màu chuyển từ vàng sang xanh lơ  Kết thực nghiệm: Phản ứng hóa học: H+ + OH-  H2O K = 1014  phản ứng hoàn toàn Hệ thức điểm tương đương: CAVA = CB.Ve Chuẩn độ axit yếu bazơ mạnh: Tiến hành tương tự phần V.1 có điều khác sử dụng axit acetic với thị màu phenolphtalein, dung dịch chuyển từ không màu sang màu hồng Phản ứng hóa học: CH3COOH + OH-  CH3COO- + H2O K = Ka/Kc = 109,2  phản ứng hoàn toàn Hệ thức điểm tương đương: CAVA = CB.Ve Chuẩn độ FeSO4 (muối Mohr) KMnO4  Chuẩn độ phép so màu nhanh để xác định Ve: Dùng pipet lấy vào bình nón 10ml dung dịch sắt II có nồng độ chưa biết CA Dùng ống đong thêm vào 20ml dung dịch H2SO4 nồng độ 6N Dùng buret nhỏ ml dung dịch KMnO4 nồng độ (CB M) Không cần ý đến thể tích sử dụng V Khuấy dung dịch Ghi lại khoảng dung dịch có thay đổi màu (từ khơng màu sang màu tím) Dung dịch khơng màu tới v = V1 = ……ml Dung dịch xuất màu tím từ v = V2 = ……ml  Chuẩn độ xác: Dùng pipet lấy vào bình nón 10ml dung dịch sắt II có nồng độ chưa biết CA Thêm vào 20mldung dịch H2SO4 nồng độ 6N Thêm ml dung dịch KMnO4 (V1 – 0,5ml) Sau thêm giọt tới (V2 + 0,5ml) Ghi lại Ve màu chuyển từ khơng màu sang màu tím BÀI CÂN BẰNG HĨA HỌC VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG I TÓM TẮT LÝ THUYẾT Cân hoá 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) Kc = [ Fe(CNS)2 ] [ 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) Không 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 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+ + Cl5 Thì 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 không tan bỏ vào nước luôn hoà 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 khơng 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 hoà 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+ - 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 hoà 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 thơng 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 Bazơ Q tím Mêtyl da cam Phênolphtalêin Lưu ý: Các chất thị cần dùng giọt 2.2 Cân dung dịch axit yếu bazơ yếu a) Axit yếu : Lấy vào ống nghiệm khoảng 2ml (hoặc 20 giọt) dung dịch axit axêtic loãng (CH3COOH 2N) Thêm vào giọt mêtyl da cam Chia dung dịch thu vào ống nghiệm: Ống 1: giữ nguyên để so sánh Ống 2: Thêm vài tinh thể CH3COONa, lắc cho tan Quan sát, so sánh màu ống nghiệm Giải thích b) Bazơ yếu: Tương tự trên, lấy vào ống nghiệm khoảng 2ml (hoặc 20 giọt) dung dịch NH3 2N Thêm giọt phênolphtalêin Quan sát màu Chia dung dịch thu vào ống nghiệm: Ống 1: giữ nguyên để so sánh Ống 2: thêm vài tinh thể NH4Cl, lắc đến tan Quan sát đổi màu dung dịch Giải thích 2.3 Chất điện ly tan a) Điều kiện tạo thành kết tủa Lấy vào ống nghiệm dung dịch sau: Ống : giọt dung dịch CaCl2 0,1M giọt dung dịch BaSO4 bão hoà Ống : giọt dung dịch BaCl2 0,1M giọt dung dịch CaSO4 bão hoà Trong ống nghiệm xuất kết tủa? Đó kết tủa gì? Tính tốn cụ thể trường hợp để giải thích Cho TBaSO4 = 1,1 10-10 , TCaSO4 = 6,1.10-5 b) Điều kiện hoà tan kết tủa Điều chế kết tủa CaCO3 cách lấy vào ống nghiệm 10 giọt dung dịch Na2CO3 0,1M nhỏ thêm vào 10 giọt dung dịch CaCl2 0,1M Thêm từ từ giọt dung dịch HCl 2N vào kết tủa thu Quan sát tượng giải thích Viết phương trình phản ứng xảy 2.4 Sự thủy phân muối Lấy ống nghiệm, bỏ vào ống nghiệm vài tinh thể muối : NH4Cl, CH3COONa Thêm vào ống ml (hoặc 20 giọt) nước cất, lắc cho tinh thể muối tan Dùng giấy pH xác định pH dung dịch trên, xác định môi trường dung dịch Giải thích viết phương trình phản ứng thủy phân dạng ion CÂU HỎI Thế cân hoá học ? Thế chuyển dịch cân ? Phát biểu nguyên lý Le Châtelier ? Khi cho phản ứng : FeCl3 + 3NH4CNS Fe(CNS)3 + 3NH4Cl đỏ máu đạt tới cân tăng nồng độ FeCl3 , NH4CNS mầu dung dịch biến đổi ? Tại ? Một ống nghiệm tồn cân : 2NO2 N O4 nâu không màu Nhúng ống nghiệm vào cốc nước nóng thấy màu đậm lên Phản ứng thu hay phát nhiệt ? Tại sao? Khi nhỏ metyl da cam vào dung dịch axit axêtic có màu ? Khi thêm tinh thể CH3COONa vào màu metyl da cam biến đổi ? Tại ? Khi thêm phenolphtalêin vào dung dịch NH3 có màu ? Khi thêm tinh thể NH4Cl vào mầu phenolphtalêin biến đổi ? Tại ? Cho tích số tan CaCO3, BaSO4, CaSO4 thí nghiệm 2.3 Hãy tính nồng độ ion dung dịch bão hồ chất Tính xem có kết tủa hay khơng trộn lẫn thể tích dung dịch sau : a Dung dịch BaCl2 0,1M dung dịch CaSO4 bão hoà b Dung dịch Na2CO3 0,1M dung dịch CaCl2 0,1M cho biết TCaSO4 = 6,1.10-5 ; TCaCO3 = 4,8.10-9 TBaSO4 = 1,1.10-10 Khi nhỏ dung dịch HCl vào BaSO4 CaCO3 kết tủa tan? Tại ? 10 Dung dịch nước muối NH4Cl, CH3COONa có mơi trường axit hay bazơ? Giải thích phương trình ion BÀI PHẢN ỨNG OXY HĨA – KHỬ VÀ ĐIỆN HÓA I TÓM TẮT LÝ THUYẾT I.1 Chiều phản ứng oxy hoá - khử I.1.1 Cặp oxy hóa - khử cặp gồm dạng oxy hóa dạng khử nguyên tố Ví dụ: Dạng oxy hóa Dạng khử Cu2+ Cu Cl2 2ClAsO43AsO33I.1.2 Thế khử khử chuẩn Với mục đích so sánh người ta quy ước phản ứng điện cực viết dạng trình khử sau: Oxh + ne Kh điện cực gọi khử, ký hiệu  [V] Thế khử chuẩn ký hiệu o [V] khi: - Nồng độ (đúng hoạt độ) ion phân tử tham gia phản ứng điện cực 1M, chất khí áp suất (đúng hoạt áp) riêng phần chất khí 1atm - Ở nhiệt độ xác định (thường 25oC ) Ví dụ 25oẹ: Cu2+ + 2e  Cu o = 0,34 V với điều kiện [Cu2+] = M Cl2(k) + 2e  2Clo = 1,36 V với điều kiện PCl = atm, [Cl-] = M AsO4 3- + 2e + H3O +  AsO3 3- o + H2 O  = 0,57 V với điều kiện [asO33-] = [asO43-] = [H3O+] = 1M I.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới khử Trường hợp tổng quát cho cặp oxy hóa - khử i: a Oxh + ne b Kh ta có biểu thức Nernst biểu thị ảnh hưởng nhiệt độ, nồng độ đến khử cặp oxy hóa - khử:  i   io  RT [Oxh]a  ln nF [ Kh]b 25oC, biểu thức Nernst có dạng: 0,059 [Oxh]a i     lg n [ Kh]b o i đó: - n số e trao đổi dạng oxy hóa dạng khử cặp oxy hóa - khử - [Oxh], [Kh] nồng độ dạng Oxh - Kh tính theo [mol.l-1] - Chất rắn nước (làm dung môi) mặt biểu thức Nernst Ví dụ 1: Cu2+ + 2e Ví dụ 2: Cl2(k) + 2e Cu 0,059 lg[Cu 2 ] P 0,059   o  lg Cl2 2 [Cl ]   o  2Cl- Ví dụ 3: AsO43- + 2e + 2H3O+ AsO33- + 3H2O    o  0,059 [ AsO43 ][ H 3O  ]2 lg [ AsO33 ] trường hợp này: [Oxh]a  [ AsO43 ][ H 3O  ]2 I.1.4 Chiều phản ứng oxy hóa - khử - Một phản ứng oxy hóa - khử xảy hai cặp oxy hóa - khử - Khi cặp oxy hóa - khử gặp dạng oxy hóa cặp khử lớn oxy hóa dạng khử có cặp khử nhỏ Ví dụ: Tổng qt ta có:  Oxh / Kh   Oxh / Kh có phản ứng: 1 2 Oxh1 + Kh2  Oxh2 + Kh1 - Nếu phản ứng xảy điều kiện chuẩn 250C ta cần so sánh khử chuẩn cặp Ví dụ: Fe3+ + 1e  Fe2+ o = 0,77V MnO4- + 5e + 8H3O+  Mn2+ + 12H2O o = 1,51V Màu tím Khơng màu ta nhận biết màu MnO4- Trị số khử phụ thuộc vào nồng độ dạng oxy hóa, dạng khử dạng oxy hóa dạng khử có mặt nồng độ H+ OH- giá trị  cịn phụ thuộc vào mơi trường Do mặt nguyên tắc thay đổi nồng độ dạng oxy hố, dạng khử pH ta thay đổi chiều phản ứng oxy hóa - khử Trong thực tế đổi chiều phản ứng oxy hóa - khử xảy phản ứng cặp oxy hóa - khử tham gia khử khác không nhiều I.2 Sự điện phân Là q trình oxy hố q trình khử xảy bề mặt điện cực cho dòng điện chiều qua chất điện ly nóng chảy qua dung dịch chất điện ly Khi điện phân chất điện ly nóng chảy, cation chất điện ly phía catơt, anion chất điện ly phía anơt xảy khử oxy hoá chúng Khi điện phân dung dịch nước, cation anion chất điện ly cịn H3O+ OH- nước nên q trình điện phân xảy phức tạp Qui luật catôt: Khi điện phân catôt xảy khử cation chất điện ly: Mn+ + ne  M (1) + ion H3O nước: 2H2O + 2e  H2 + OH (2) tùy thuộc vào khả oxy hố ion Nói chung ion kim loại đứng sau Al dãy khử bị khử catot theo (1), ion khác kể Al không bị khử mà xảy trình (2) khu vực catốt tập trung nhiều ion OH- nên trở thành môi trường kiềm Qui luật anôt: Khi điện phân với anốt trơ (graphit) xảy oxy hoá anion chất điện ly ion OH- tuỳ thuộc vào khả khử chúng Nói chung thứ tự oxy hố anốt sau: - Anion không chứa oxy ( I- , Br- , Cl- , F- ) - OH- anion chứa oxy: NO3-, SO42Nếu anơt làm kim loại (anốt tan) khả khử kim loại mạnh nên anôt bị tan đầu tiên: M - ne = Mn+ anion dung dịch không bị biến đổi 10 Để biểu diễn trình điện phân người ta dùng sơ đồ điện phân II PHẦN THỰC NGHIỆM II.1 Phản ứng oxy hóa - khử II.1.1 Chiều phản ứng oxy hóa - khử Cho khử chuẩn cặp oxy hoá - khử sau: MnO-4 + 5e + 8H3O+  Mn2+ NO3- + 2e + 2H3O+  NO2Fe3+ + e  Fe2+ Cl2 + 2e  2ClI2 + 2e  2IXét xem phản ứng sau có xảy không: MnO-4 + NO2 + H3O+  Mn2+ + NO3màu tím khơng màu MnO4+ Fe2+ + H3O+  Mn2+ + Fe3+ Fe3+ + I Fe2+ + I2 3+ 2+ Fe + Cl  Fe + Cl2 Hãy làm thí nghiệm sau để chứng minh: + 12H2O + 3H2O o o o o o = = = = = 1,51V 0,94V 0,77V 1,36V 0,54V + H2 O + H2 O Thí nghiệm 1: Lấy vào ống nghiệm 5-6 giọt dung dịch KMnO4 0,05M 2-3 giọt dung dịch H2SO4 2N Sau thêm giọt dung dịch NaNO2 0,1M dung dịch màu tím Thí nghiêm 2: Chuẩn bị dung dịch KMnO4 H2SO4 vào ống nghiệm thí nghiệm Sau thêm giọt dung dịch muối Morh (dung dịch chứa ion Fe2+ ) Quan sát màu dung dịch Thí nghiêm 3: Lấy vào ống nghiệm 5-6 giọt dung dịch FeCl3 0,1 M 2-3 giọt dung dịch H2SO4 2N Sau thêm giọt dung dịch KI 0,05 M Quan sát xuất màu vàng nâu iot dung dịch Thí nghiêm 4: Lấy vào ống nghiệm 5-6 giọt dung dịch FeCl3 0,1 M Sau thêm vài giọt dung dịch NaCl 0,1 M Quan sát tượng Giải thích Chú ý: H2SO4 thí nghiệm dùng để tạo môi trường axit cho phản ứng nên không cho vào nhiều II.1.2 ảnh hưởng môi trường đến chiều phản ứng oxy hoá - khử Cho: asO43- + 2e + H3O+ asO33- + 3H2O o = 0,57 V - Lấy vào ống nghiệm giọt nước iôt (coi pH = 7), nhận xét mầu Thêm giọt dung dịch Na3AsO3 1M Quan sát mầu Viết phương trình phản ứng dươí dạng ion - Sau thêm giọt dung dịch H2SO4 4M vào ống nghiệm Quan sát xuất trở lại mầu - Giải thích tượng + Chú ý: nhận biết I2 vài giọt hồ tinh bột II.2 Điện phân II.2.1 Điện phân dung dịch KI Cho dung dịch KI lỗng có thêm vài giọt hồ tinh bột vài giọt phênolphtalêin vào ống chữ U Cắm vào hai điện cực graphit nối với nguồn điện chiều có hiệu điện 5-10 V Quan sát tượng điện phân xảy ống chữ U Giải thích ? Viết phương trình phản ứng xảy điện cực 11 II.2.2 Điện phân dung dịch Na2SO4 Rót vào gần đầy ống chữ U dung dịch Na2SO4 1M Thêm vào nhánh ống chữ U giọt mêtyl da cam Cắm vào ống chữ U hai điện cực graphit cho dòng điện chiều qua khoảng phút Quan sát biến đổi màu dung dịch giải thích sơ đồ điện phân II.2.3 Điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực trơ Rót vào gần đầy ống chữ U dung dịch CuSO4 1M Tiến hành điện phân tương tự thí nghiệm với điện cực graphit Quan sát tượng xảy giải thích ? Lập sơ đồ điện phân (Chú ý: Không cho chất thị vào ống chữ U) II.2.4 Điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực đồng Sử dụng ống chữ U thí nghiệm (II.2.3) thay cực có đồng bám vào làm anơt, điện cực than làm catot Quan sát tượng xảy giải thích ? Lập sơ đồ điện phân Hiện tượng ứng dụng làm ? 10 11 CÂU HỎI Thế cặp oxy hoá - khử ? Thế khử (thế oxy hố - khử) ? Hãy so sánh tính oxy hố chất oxy hố tính khử chất khử cặp oxi hoá - khử cho phần II.1.1 Viết phương trình phản ứng xảy dạng ion dạng phân tử trộn lẫn dung dịch chất sau : - Các dung dịch KMnO4, NaNO2, H2SO4 - Các dung dịch KMnO4, FeSO4, H2SO4 - Các dung dịch FeCl3, KI - Các dung dịch KI, Cl2 Cho phản ứng oxy hoá - khử: AsO43- + 2I- + 2H3O+ AsO33- + 3H2O + I2 Hãy cho biết pH môi trường ảnh hưởng đến chiều phản ứng trên? Khi phản ứng xảy môi trường pH =7 pH = 0, tính tốn cụ thể xét chiều Thế điện phân ? Khi điện phân dung dịch nước, thứ tự khử catôt ? Khi điện phân dung dịch nước với anơt graphit thường thứ tự oxy hố anốt ? Khi anôt tan ? Trong trường hợp anôt bị tan điện phân? Viết sơ đồ điện phân dung dịch: KI, Na2SO4, CuSO4 dùng graphit làm anôt ? Cách nhận biết sản phẩm sinh anôt catot ? Viết sơ đồ điện phân dung dịch CuSO4 dùng đồng làm anôt ? BÀI CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG I TÓM TẮT LÝ THUYẾT Vận tốc phản ứng v: đại lượng đặc trưng cho độ nhanh chậm phản ứng 12 Vận tốc phản ứng đo độ biến thiên nồng độ chất tham gia tạo thành đơn vị thời gian Vận tốc trung bình phản ứng : v =± C C2  C1 =± t t2  t1 C : biến thiên nồng độ mol/l chất khảo sát từ C1 đến C2 khoảng thời gian từ t1 đến t2 dC C Vận tốc tức thời phản ứng : v =  lim =± dt t Các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng 2.1.ảnh hưởng nồng độ : Vận tốc phản ứng tỷ lệ thuận với tích số nồng độ chất tham gia phản ứng với số mũ thích hợp (định luật tác dụng khối lượng) Ví dụ: aa + bB  cC + dd v = k [A]m [B]n Trong đó: [A], [B] : nồng độ mol/l chất A B m,n : số xác định thực nghiệm, gọi bậc phản ứng chất A chất B m+n : bậc chung phản ứng k : hệ số tỷ lệ , phụ thuộc vào chất chất tham gia nhiệt độ Đối với phản ứng xác định nhiệt độ khơng đổi, k = const cịn gọi số vận tốc 2.2 Ảnh hưởng nhiệt độ: * Quy tắc Van’t Hoff v  v1 T2 T1  10 lnv  - hệ số nhiệt độ, có giá trị từ đến Đây quy tắc kinh nghiệm, gần khoảng nhiệt độ khơng cao * Phương trình Arrhenius lnk = - Ea  ln C RT T tg = - Ea R C: số đặc trưng cho phản ứng Ea: lượng hoạt hố, xác định thực nghiệm theo đồ thị lnk - 1 (hoặc lnv - ) T T Khi tăng nhiệt độ vận tốc phản ứng tăng lên vì: - Do vận tốc chuyển động nhiệt phân tử tăng lên làm tăng tần số va chạm phân tử - Do nhiệt độ cao phân tử trở nên bền nên dễ xảy phản ứng 2.3 Ảnh hưởng chất xúc tác - Chất xúc tác chất làm biến đổi vận tốc phản ứng thân khơng thay đổi lượng chất sau phản ứng - Khi chất xúc tác chất phản ứng pha xúc tác gọi xúc tác đồng thể, khác pha xúc tác gọi xúc tác dị thể 13 II PHẦN THỰC NGHIỆM Ảnh hưởng nồng độ Để nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ đến v, người ta sử dụng phản ứng sau: H2SO4 + Na2S2O3 = H2SO3 + Na2SO4 + S Phản ứng tạo thành lưu huỳnh không tan nước kết tủa màu trắng Vận tốc trung bình phản ứng xác định biến thiên nồng độ chất tạo thành đơn vị thời gian, tính theo công thức: v C t Ở với lần thí nghiệm biến thiên nồng độ chất sản phẩm phản ứng từ thời điểm bắt đầu phản ứng (lúc nồng độ chất khơng) nhìn rõ kết tủa lưu huỳnh có giá trị không đổi qui ước đơn vị (C = 1) Khi vận tốc phản ứng tính đơn vị qui ước sau: v t Dùng đồng hồ bấm giây xác định t (là khoảng thời gian bắt đầu phản ứng đến nhìn thấy xuất kết tủa) Cách tiến hành:  Dùng pipet lấy vào ống nghiệm ống 2,5 ml dung dịch H2SO4 1M (2N)  Dùng pipet lấy vào ống nghiệm khác hỗn hợp H2O dung dịch Na2S2O3 0,1M theo tỉ lệ ghi bảng  Lần lượt tiến hành thí nghiệm cách rót nhanh ống đựng dung dịch H2SO4 vào ống đựng dung dịch Na2S2O3 chuẩn bị, lắc  Dùng đồng hồ bấm giây ghi thời gian thí nghiệm từ lúc rót dung dịch vào với bắt đầu xuất kết tủa lưu huỳnh TT V(ml) Na2S2O3 V(ml) H2O 2,5 2 0,5 1,5 1,5 0,5 Vẽ đồ thị biểu diễn phụ thuộc tốc độ phản ứng vào nồng độ dung dịch Na2S2O3 từ suy bậc phản ứng Na2S2O3 Rút kết luận ảnh hưởng nồng độ chất tham gia đến tốc độ phản ứng? Ảnh hưởng nhiệt độ Xét phản ứng KMnO4 với axit oxalic H2C2O4 môi trường axit sunfuric H2SO4: 5H2C2O4 + KMnO4 + 3H2SO4 = 10 CO2 + MnSO4+ K2SO4+ H2O Dung dịch KMnO4 ban đầu có màu tím Khi phản ứng kết thúc dung dịch trở nên suốt khơng màu Vì thí nghiệm với phản ứng này, t khoảng thời gian bắt đầu phản ứng tới dung dịch bắt đầu màu hoàn toàn Vận tốc quy ước phản ứng tính theo cơng thức: v = t Cách tiến hành:  Lấy vào ống nghiệm ống ml dung dịch KMnO4 0,05N lấy vào ống nghiệm khác ống ml dung dịch H2C2O4 0,1M (đã axit hoá H2SO4) Tiến hành đo vận tốc phản ứng nhiệt độ khác (cách 100C) 14  Với thí nghiệm, ngâm ống nghiệm : ống chứa dung dịch KMnO4 ống chứa dung dịch H2C2O4 vào bình điều nhiệt đến nhiệt độ cần thiết giữ khoảng phút Ghi nhiệt độ Trộn lẫn dung dịch vào lắc Đo thời gian từ lúc bắt đầu trộn màu dung dịch Chú ý: Sau trộn hỗn hợp phản ứng phải ngâm bình điều nhiệt  Ghi kết thí nghiệm thu Xác định lượng hoạt hoá Ea rút kết luận ảnh hưởng nhiệt độ đến vận tốc phản ứng Ảnh hưởng chất xúc tác Xét phản ứng phân huỷ H2O2 2H2O2 = 2H2O + O2 nhiệt độ thường H2O2 bị phân hủy với tốc độ chậm  Khi có mặt chất xúc tác ví dụ K2CrO4 H2O2 phân hủy nhanh Cơ chế xúc tác tạo thành hợp chất trung gian có màu nâu sẫm bền H O2 K2CrO4 + H2O + H2O2  K2 CrO4 H2 O H2O2 K2 CrO4 H2O  K2CrO4 + 1/2 O2 + 2H2O Cách tiến hành Lấy vào ống nghiệm khoảng ml H2O2 10% Quan sát xem có bọt khí O2 khơng? Thêm vào ống nghiệm vài giọt dung dịch K2CrO4 bão hồ Quan sát biến đổi màu sắc qua giai đoạn tốc độ khí từ dung dịch  Thay dung dịch K2CrO4 bột MnO2 (màu đen) Cơ chế xúc tác dị thể thuyết hấp phụ Quan sát tượng tốc độ khí Kết luận ảnh hưởng chất xúc tác tới vận tốc phản ứng CÂU HỎI Nồng độ chất tham gia ảnh hưởng lên vận tốc phản ứng ? Tại sao? Biểu thức toán học định luật tác dụng khối lượng ý nghĩa đại lượng ? Nhiệt độ ảnh hưởng lên vận tốc phản ứng ? Tại ? Bản chất chất xúc tác? Chất xúc tác có làm chuyển dịch cân không? Tại sao? Thiosunfat natri bị phân huỷ dung dịch axit sunfuric theo phương trình phản ứng H2SO4 + Na2S2O3 = H2SO3 + Na2SO4 + S Xác định bậc phản ứng Na2S2O3 biết giữ nguyên nồng độ H2SO4 mà giảm nồng độ Na2S2O3 p lần thời gian phản ứng tăng lên p lần Tính nồng độ Na2S2O3 trộn lẫn a ml dung dịch Na2S2O3 0,1M với b ml nước cất c ml dung dịch H2SO4 1M theo bảng sau : V(ml) 0,1.a C  (mol/l) Na S O 2 Na2S2O3 H2O H2SO4 ( a  b  c) (a) (b) (c) 0,5 2,5 1,5 2,5 1,5 2,5 0,5 2,5 2,5 2,5 15 ý nghĩa Ea? Ea phụ thuộc vào yếu tố nào? BÀI ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐO MẬT ĐỘ QUANG ĐỂ XÁC ĐỊNH BẬC CỦA PHẢN ỨNG OXI HÓA HCOOH BẰNG KMnO4 I TÓM TẮT LÝ THUYẾT Nguyên tắc chung xác định bậc phản ứng a Tổng quát xét phản ứng: 1A1 + 2A2 + 3A3 + = ’1A’1 + ’2A’2 + ’3A’3 + (1) Phương trình động học phản ứng viết: n n n v = kA1  A  A  (2) Trong đó: n1, n2, n3 bậc theo A1, A2, A3 k: số tốc độ Tổng n = n1 + n2 + n3 gọi bậc phản ứng Muốn xác định bậc phản ứng, trước hết phải xác định bậc theo chất tham gia phản ứng Để xác định bậc theo chất (ví dụ n1 theo A1), ta tìm điều kiện cho có nồng độ [A1] thay đổi theo thời gian, nồng độ chất tham gia phản ứng khác [A2], [A3] … không đổi, nghĩa nồng độ chất phải lớn so với nồng độ [A1] Khi phương trình (2) viết sau: n n n n v = kA  A  A   k A  (3) (với k1 = kA  A   const ) dA1  Theo định nghĩa vận tốc v =  nên (3) viết thành: dt dA1  dA1  n   k A1     k 1dt (4) dt A1 n1 Như vậy, để xác định bậc n1 ta cần khảo sát quan hệ nồng độ – vận tốc (C – v; phương trình 3) hay nồng độ – thời gian (C – t; phương trình 4) Đối chiếu kết thực nghiệm thu với phương trình động học phản ứng có bậc biết (0, 1, - xem bảng) xác định bậc phản ứng cần nghiên cứu: n Bậc phản ứng C–v v=k V = kC V = kC2 n C–t C – C0 = -kt C  kt ln C0 1   kt C0 C Tiến hành thí nghiệm tương tự thu n2, n3… từ xác định bậc phản ứng n b Xác định bậc phản ứng ơxy hố HCOOH KMnO4 Phản ứng xảy theo phương trình sau: 2MnO4- + 3HCOOH + 2H3O+ = 2MnO2 + 3CO2 + 6H2O (5) Phương trình động học phản ứng là: v = k[MnO4-]n1[HCOOH]n2[H3O+]n3 (6) 16 thí nghiệm ta xác định bậc theo KMnO4 (n1).Theo nguyên tắc chung ta phải giữ cho [HCOOH] [H3O+] khơng đổi, có [MnO4-] thay đổi theo thời gian Khi phương trình động học phản ứng (5) là:  d MnO v=  dt    k MnO   n1 hay  d MnO  MnO    k dt  n1 (6’) Để xác định bậc n1 KMnO4 ta cần khảo sát quan hệ nồng độ [MnO4-] – thời gian t Phương pháp đo mật độ quang xác định bậc phản ứng Phương pháp đo mật độ quang phương pháp dụng cụ nói chung khác với phương pháp hố học thơng thường, khơng khảo sát trực tiếp quan hệ nồng độ C – thời gian t Phương pháp nghiên cứu mối quan hệ gián tiếp đại lượng vật lý mật độ quang D với thời gian t Trên sở biết liên hệ D nồng độ C theo định luật Beer-Lambert D = ().l.C (7) a Nguyên lý Khi có chùm ánh sáng đơn sắc có bước sóng , có cường độ ban đầu I0 qua dung dịch chất hấp thụ quang đựng cuvét có chiều dày l phần ánh sáng Ia bị hấp thụ, phần khác truyền qua It, phần khác bị khúc xạ Ir Theo định luật bảo toàn: I0 = Ia + It + Ir (8) I l Tỉ số t  T (%) gọi độ truyền qua Đại lượng lg  A  D độ hấp thụ (A) hay mật độ T Io quang (D) Cơ sở phương pháp đo mật độ quang dựa định luật Beer-Lambert: A = ().l.C (9) Trong đó: A: độ hấp thụ; l: chiều dày cuvet; C: nồng độ dung dịch; (): hệ số hấp thụ mol Hệ số thay đổi theo  có giá trị đặc trưng cho chất Như đo A chất xác định bước sóng  xác định, với l = const A = k.C, nghĩa A phụ thuộc vào C Điều có nghĩa mối quan hệ gián tiếp A – t hoàn tồn thay cho việc khảo sát trực tiếp mối quan hệ C – t Định luật Beer-Lambert áp dụng cho dung dịch chứa nhiều chất hấp thụ: A =  A i  l  i C i (10) Trong đó: i; Ci: độ hấp thụ mol nồng độ chất i dung dịch b Điều kiện thực phép đo Mật độ quang D (A) đo máy Spectrophotometer 20D Vì máy Spectrophotometer làm việc vùng ánh sáng nhìn thấy tử ngoại gần (Visible – UV), áp dụng cho dung dịch chất hấp thụ vùng ánh sáng này, tức chất có màu KMnO4, K2Cr2O7 … thí nghiệm KMnO4 chất có mầu tím, MnO2 có mầu nâu Định luật Beer-Lambert khoảng nồng độ loãng dA Độ nhạy phép đo S =   .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 17 II PHẦN THỰC NGHIỆM 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 ] -4  pK a  (11) -1 - Nồng độ [HCOOH] = 5.10 mol.l >> [MnO4-] = 0,15.10-4 mol.l-1 Và coi khơng đổi q 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) 18 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 (16)  ln  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 trị 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: 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 19 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 phịng 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+] =   [A  ] pH = lg + 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 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 20 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 hoà) Để xác định điểm này, phương pháp hố học thơng 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 20-40 ml nước cất vào cốc (mục Ve đích làm tăng thể tích cho ngập điện cực đo) - Đặt cốc lên máy khuấy từ, điều chỉnh tốc độ VNaOH(ml) Hình 10 vừa phải để khuấy dung dịch thời gian đo (lắp dụng cụ hình vẽ 11) - Rót NaOH 0,1N vào buret 25 ml - Cho từ từ 10ml NaOH 0,1N từ buret xuống cốc đựng axit HCl đo giá trị pH dung dịch Tiếp tục làm với 5; 7; 9; 9,5; 10; 10,5; 11; 13; 15ml NaOH - Ghi giá trị pH đo lập bảng (trong mẫu báo cáo thí nghiệm) 21 Dung dịch NaOH 0,1N Điện cực thuỷ tinh đo pH Viên khuấy từ Dung dịch HCl chưa biết nồng độ Máy khuấy từ Hình 11 - 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 ngun 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 22