Báo cáo thực hành hóa lý 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH Khoa Hóa Học  BÁO CÁO THỰC HÀNH HÓA LÝ Họ tên SV: Đặng Thị Nhung, Nguyễn Thu Ánh, Dương Kiến Huy MSSV: 4501106052, 4501106003, 4501106022 Mã lớp học phần: CHEM141906 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thanh Bình TP Hồ Chí Minh, Chủ nhật, ngày 19, tháng 09, năm 2021 BÀI 1: NHIỆT TRUNG HÒA BÀI 2: HỆ PHENOL – NƯỚC 12 BÀI 3: ĐỊNH LUẬT PHÂN BỐ 20 BÀI 6: NGHIÊN CỨU CÂN BẰNG HÓA HỌC TRONG DUNG DỊCH BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG .26 Bài 7: KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG KHỬ H2O2 BỞI IODIDE TRONG MÔI TRƯỜNG ACID 33 BÀI 8: PHẢN ỨNG THẾ GIỮA IODINE VÀ ACETONE TRONG MÔI TRƯỜNG ACID 41 BÀI 9: XÁC ĐỊNH TỐC ĐỘ PHÂN HỦY CỦA MỘT HỖN HỢP SỬ DỤNG PHÉP ĐO KÍCH HOẠT 51 BÀI 10: XÁC ĐỊNH NĂNG LƯỢNG HOẠT HÓA CỦA PHẢN ỨNG ION .65 PHIẾU ĐIỂM DANH: 70 BÀI 1: NHIỆT TRUNG HỊA (DỰ ĐỐN KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM) I MỤC ĐÍCH Xác định nhiệt trung hịa acid mạnh base mạnh: trung hòa dung Dịch acid chlohydric (HCl) dung dịch sodium hydroxide (NaOH) II TÓM TẮT CƠ SỞ LÝ THUYẾT Nhiệt trung hòa ∆nH nhiệt lượng tỏa phản ứng kết hợp hydroxyl ion OH- hydronium ion H3O+ Đối với acid mạnh base mạnh, phân tử chất tan phân li hoàn toàn thành ion dung dịch, nên phản ứng trung hòa viết dạng: H3O+ + OH- → 2H2O Với ∆nH không phụ thuộc vào chất acid mạnh base mạnh Nhiệt lượng tổng cộng ∆totH = ∆nH + ∆dilH  ∆nH = ∆totH - ∆dilH Hiệu ứng nhiệt q trình xác định từ q trình xảy nhiệt lượng kế không kèm theo trao đổi nhiệt với môi trường bên ngồi Nhiệt tỏa từ q trình làm nhiệt độ hệ tăng lên đại lượng ∆T Gọi K nhiệt dung nhiệt lượng kế, ta có: ∆H + K ∆T = → ∆H= -K ∆T Xác định K ∆T, tính ∆H III HÓA CHẤT, DỤNG CỤ - ampoule, bình định mức 500 mL, cốc 1000 mL, pipette 10 mL, 50 mL - Nhiệt lượng kế, đũa thủy tinh, đũa khuấy, kính lúp, ống bóp cao su, nhiệt kế Beckmann - Dung dịch HCl 0,6 N (10n1); dung dịch NaOH N; phenolphthalein, KCl khan IV CÁCH TIẾN HÀNH Đo nhiệt lượng tổng cộng trình trung hòa acid mạnh base mạnh (∆totH)  Rửa nhiệt lượng kế để đảm bảo phép đo xác Pha lỗng 50 mL HCl 10n1 thành 500 mL HCl nồng độ n cho 500 mL HCl n1 vào phích  Lấy 10 mL NaOH đặc cho vào ampoule Ampoule chứa NaOH phải ngập  acid HCl Khuấy tay, theo dõi mực thủy ngân nhiệt kế Beckman, mực  thủy ngân đứng yên tăng giảm chậm bắt đầu thực phản ứng Dùng đũa thủy tinh chọc thủng ampoule để ln đũa phích, khuấy  mạnh theo dõi mực thủy ngân nhiệt kế Theo dõi mực thủy ngân nhiệt kế ghi lại nhiệt độ, cách 10 giây đọc giá trị lần nhiệt độ không tăng thay đổi chậm dừng thí nghiệm  Đến nhiệt độ khơng tăng thay đổi chậm dừng thí nghiệm  LƯU Ý: Sau thực phép đo trên, cho vài giọt phenolphtalein vào phích để xem tồn lượng acid HCl trung hòa hết chưa cách sau cho dung dịch phải xuất màu hồng tím, chưa làm lại Đo nhiệt pha loãng ∆Hpl Đo nhiệt pha loãng NaOH cách tiến hành tương tự thí nghiệm thay 500 mL HCl 500 mL nước cất Gọi số liệu đo ∆T2 Đo số nhiệt lượng kế K  Tiến hành thí nghiệm (2), thay 10,00 mL NaOH đậm đặc khoảng 3g KCl thể tích nước cất 510 mL Xác định ∆T q trình hịa tan Vì trình thu nhiệt nên ∆T3 Dự đốn nhiệt độ q trình trung hịa tăng dần theo thời gian Pha loãng NaOH Thời gian t 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 (s) Lần Lần => Dự đốn nhiệt độ q trình pha loãng dao động thấp quanh nhiệt độ xác định theo thời gian (tức gần khơng đổi) Hị a 20 30 40 50 70 80 90 10 tan KC lXT hời 11 12 13 14 15 16 0 0 0 gian t (s) Lần Lần => Dự đốn nhiệt độ q trình hịa tan KCl giảm dần theo thời gian Xử lí số liệu: Trung hòa tđ Lần ts Lần ts Δt1’ Δt1 tđ tđ ts Δt2 tđ ts Δt2’ tđ ts Δt3 tđ ts Δt3’ Giá trị trung bình t1tb  (t1  t1 ') t 2tb  ( t  t ') t tb  (t  t ') acid Pha loãng NaOH Hòa tan KCl m KCl (g) m KCl (g) * Vì q trình hịa tan KCl q trình thu nhiệt nên ∆t3 Δt3’ < Xác định K: Nhiệt hịa tan q trình bằng: H ht  H 298,ht mà a M KCl (với a khối lượng KCl) H 0298,ht (KCl)  4197,5 cal / mol (ở 298 K) => Vậy: Xác định ΔnH: Gọ n2 số đương lượng gam HCl dùng phản ứng trung hòa: n2 = n1 V 10-3 (dlg) V TRẢ LỜI CÂU HỎI Nguyên tắc sử dụng phép đo nhiệt lượng kế Vì trình xảy nhiệt lượng kế khơng kèm theo trao đổi nhiệt với mơi trường bên ngồi (q trình đoạn nhiệt) Do đó, dựa thay đổi nhiệt độ đo nhiệt kế Beckmann, xác định hiệu ứng nhiệt trình định Nhiệt tỏa từ trình làm nhiệt độ hệ tăng đại lượng Δ T Gọi K nhiệt dung nhiệt lượng kế (hằng số nhiệt lượng kế), ta có: ΔΗ + Κ.ΔΤ = => ΔΗ = -Κ.ΔΤ Xác định K ΔT, tính ΔH Ở này, để xác định K, ta dựa vào độ biến thiên nhiệt độ ΔT hoà tan lượng muối potassium chloride (KCI) Ta dùng KCl KCl dễ tan giá trị tuyệt đối nhiệt hòa tan chất đủ lớn để phản ứng Cấu tạo nguyên tắc sử dụng nhiệt kế Beckmann Cấu tạo: Nhiệt kế Beckmann thiết bị sử dụng để đo chênh lệch nhỏ nhiệt độ, giá trị nhiệt độ tuyệt đối Chiều dài nhiệt kế Beckmann thường 40 - 50 cm Thang nhiệt độ thường bao gồm khoảng ° C chia thành phần trăm độ Dùng kính lúp, ước tính thay đổi nhiệt độ đến 0,003 ° C Điểm đặc biệt thiết kế nhiệt kế Beckmann có bình chứa đầu ống, cách lượng thủy ngân bầu tăng giảm giúp bố trí dụng cụ để đo chênh lệch nhiệt độ giá trị nhiệt độ cao thấp Ngược lại, phạm vi nhiệt kế thủy ngân thủy tinh điển hình cố định in thang đo Nguyên tắc sử dụng: Khi dùng nhiệt kế, phải để lượng thủy ngân đủ bầu thân kết đọc nhiệt độ cần thiết Hiệu chỉnh mực thủy ngân nhiệt kế nằm khoảng thang đo (từ đến độ) Có thể bỏ qua nhiệt pha lỗng dung dịch HCl vì: Nồng độ đầu HCl: CoHCl= 0,1 M => nHCl=0,05mol Pha lỗng dung dịch HCl có n=0,5 mol; V=510ml => CHCl pha loãng = 0,098 Vậy acid HCl bị pha loãng ko đáng kể nên nhiệt pha lỗng bỏ qua Trong thí nghiệm đo số nhiệt lượng kế, cần dùng đến 507ml thay 500ml nước Ở thí nghiệm số 3, 500ml nước dùng thay cho 500ml HCl so với thí nghiệm số 2, đổi 10ml NaOH 6g KCl, lượng dung mơi q trình thí nghiệm bị sai sót ko thể giữ ngun lượng nước thêm vào thí nghiệm mà phải tăng thêm lượng lượng 10ml NaOH thay 6g KCl (nghĩa ta cần pha 6g KCl nước cất đủ thể tích cần dùng) Nếu thay dung dịch acid HCl dung dịch acid acetic CH 3COOH với nồng độ kết giá trị nhiệt trung hòa đo bị thay đổi vì: - Ngồi q trình nhiệt trung hịa, q trình pha lỗng cịn sinh q trình nhiệt phân ly acid yếu nên thu kết mong muốn Nồng độ NaOH có cần pha xác khơng? Nồng độ NaOH trường hợp khơng cần phải pha xác hai lí sau: Khi đo nhiệt pha lỗng NaOH nhiệt tổng cộng q trình trung hịa HCI NaOH, ta dùng lượng NaOH với điều kiện tiến hành (chỉ thay HCl H2O) nên nhiệt pha loãng NaOH hai trường hợp khơng cần quan tâm đến nồng độ Ta dùng HCl loãng lại sử dụng NaOH đặc nên lượng H+ hết phản ứng trung hịa, nhiệt trung hịa tính dựa số mol H+ mà không cần quan tâm đến OH- Việc thay đổi trật tự thực phản ứng trung hòa cách cho acid HCl đậm đặc vào ampoule, dung dịch NaOH lỗng vào phích vì: Dựa theo định luật Hess: Hiệu ứng nhiệt phản ứng hóa học phụ thuộc vào chất, trạng thái chất đầu sản phẩm cuối không phụ thuộc vào đường trình nên cho NaOH vào HCl hay ngược lại 10 Biểu đồ thể phụ thuộc lnA theo t: Cốc - Lần 0.400 0.350 0.300 lnA 0.250 f(x) = 0x - 0.02 R² = 0.99 0.200 0.150 0.100 0.050 0.000 0.000 20.000 40.000 60.000 80.000 100.000 120.000 140.000 t(s) Nhận xét: Đây phương trình phản ứng bậc (R2 = 0.9947) Hằng số tốc độ phản ứng phương trình tính theo cơng thức: = 0.0029 53 Chu kì bán hủy: t1/2 = = 239.02 (s) Cốc – lần 2: Cốc - Lần t(s) A(Abs) ln(Ao/A) 0,000 0,757 0,000 10,020 0,739 0,024 19,980 0,721 0,049 30,000 0,704 0,073 40,020 0,685 0,100 49,980 0,666 0,128 60,000 0,649 0,154 70,020 0,630 0,184 79,980 0,610 0,216 90,000 0,592 0,246 100,020 0,574 0,277 109,980 0,556 0,309 120,000 0,538 0,342 Biểu đồ thể phụ thuộc lnA theo t: 54 Cốc - Lần 0.400 0.350 0.300 f(x) = 0x - 0.01 R² = lnA 0.250 0.200 0.150 0.100 0.050 0.000 0.000 20.000 40.000 60.000 80.000 100.000 120.000 140.000 t (s) Nhận xét: Đây phương trình phản ứng bậc (R2= 0.9974) Hằng số tốc độ phản ứng phương trình tính theo cơng thức: = 0.0029 Chu kì bán hủy: t1/2 = = 239.02 (s) Cốc – lần 1: Cốc - Lần t(s) A(Abs) ln(Ao/A) 0,000 1,301 55 0,000 10,020 1,259 0,033 19,980 1,216 0,068 30,000 1,173 0,104 40,020 1,129 0,142 49,980 1,087 0,180 60,000 1,047 0,217 70,020 1,008 0,255 79,980 0,969 0,295 90,000 0,932 0,334 100,020 0,896 0,373 109,980 0,862 0,412 120,000 0,829 0,451 Biểu đồ thể phụ thuộc lnA theo t: 56 Cốc - Lần 0.500 0.450 0.400 f(x) = 0x - 0.01 R² = 0.350 lnA 0.300 0.250 0.200 0.150 0.100 0.050 0.000 0.000 20.000 40.000 60.000 80.000 100.000 120.000 140.000 t (s) Nhận xét: Đây phương trình phản ứng bậc (R2= 0.9996) Hằng số tốc độ phản ứng phương trình tính theo cơng thức: = 0,0038 Chu kì bán hủy: t1/2 = = 182,40(s) Cốc 2-lần 2: 57 Cốc - Lần A(Abs t(s) ) ln(Ao/A) 0,000 1,420 0,000 10,020 1,377 0,031 19,980 1,335 0,062 30,000 1,291 0,095 40,020 1,247 0,130 49,980 1,204 0,165 60,000 1,162 0,201 70,020 1,122 0,236 79,980 1,082 0,272 90,000 1,043 0,309 100,020 1,005 0,346 109,980 0,969 0,382 120,000 0,933 0,420 58 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc lnA theo t: Cốc - Lần 0.450 0.400 0.350 f(x) = 0x - 0.01 R² = 0.300 lnA 0.250 0.200 0.150 0.100 0.050 0.000 0.000 20.000 40.000 60.000 80.000 100.000 120.000 140.000 t(s) Nhận xét: Đây phương trình phản ứng bậc (R2 = 0.9993) Hằng số tốc độ phản ứng phương trình tính theo cơng thức: = 0,0035 Chu kì bán hủy: t1/2 = = 198,04(s) V TRẢ LỜI CÂU HỎI Câu 1: Trình bày phương pháp trắc quang khảo sát động học phản ứng? 59 Cơ sở phương pháp hấp thu quang: Phân tích trắc quang tên gọi chung phương pháp phân tích quang học dựa tương tác chọn lọc chất cần xác định với lượng xạ thuộc vùng tử ngoại, khả kiến hồng ngoại Khi chiếu chùm sáng có bước sóng phù hợp qua dung dịch chất màu, phân tử hấp thụ hấp thụ phần lượng chùm sáng, phần ánh sáng truyền qua dung dịch Đo hấp thụ ánh sáng [Mn(C2O4)3]3- khoảng thời gian khác nhau, từ ta lập đồ thị A = f(t) với A độ hấp thụ ánh sáng theo hệ trục tọa độ tương ứng => Suy k hệ số góc Từ xác định số tốc độ phản ứng [Mn(C2O4)3]3Câu 2: Trình bày phương pháp xác định bậc phản ứng thí nghiệm trên? Nếu phản ứng bậc phương trình động học có dạng: ln(a-x)=-kt+lna Trong đó: a: nồng độ đầu chất phản ứng x: nồng độ chất phản ứng sau thời gian t (a-x): nồng độ chưa phản ứng chất phản ứng thời điểm t K: số tốc độ phản ứng bậc Từ phương trình ta thấy ln(a-x) hàm bậc nghịch biến thời gian t Vẽ đồ thị ln(a-x) = f(t), đường thẳng phản ứng bậc 1, với hệ số góc đồ thị số tốc độ K phản ứng 60 Nếu đường biểu diễn khơng đường thẳng, phản ứng có bậc n≠1 Cho n giá trị khác lập đồ thị Giá trị cho đường biểu diễn đường thẳng bậc phản ứng Câu 3: Cho biết vai trò dung dịch KMnO4 thí nghiệm KMnO4 đóng vai trị chất oxi hóa Câu 4: Vì lựa chọn bước song đo mật độ quang 453 nm? Vì thí nghiệm ta cần chọn bước sóng phù hợp cao nhất, 453 nm nằm vùng ánh sáng chàm (xanh dương) màu vàng dung dịch hấp thụ cực đại ánh sáng màu chàm > tăng độ nhạy máy tiến hành đo tránh sai số 61 BÀI 10: XÁC ĐỊNH NĂNG LƯỢNG HOẠT HÓA CỦA PHẢN ỨNG ION (Kết thực nghiệm) I MỤC ĐÍCH  Sử dụng phương pháp chuẩn độ trực tiếp để xác định lượng hoạt hóa phản ứng ion  Vận dụng phương trình động học phản ứng phương trình Arrhenius việc xác định lượng hoạt hóa  Phân tích số liệu thực nghiệm, đề xuất cải tiến quy trình thực nghiệm  Rèn luyện kĩ quan sát, thực hành thí nghiệm an tồn, nghiêm túc II CỞ SỞ LÝ THUYẾT Năng lượng hoạt hóa phần lượng dư so với lượng trung bình mà tiểu phân cần phải có để phản ứng xảy Có thể xác định nặng lượng hoạt hóa dựa theo phương trình Arrhenius phụ thuộc số tốc độ phản ứng vào nhiệt độ: Trong đó: Ea lượng hoạt hóa phản ứng k số tốc độ phản ứng T nhiệt độ Kelvin R số khí Nếu coi Ea khơng phụ thuộc nhiệt độ khoảng nhiệt độ khảo sát, ta phương trình: 62 Muốn xác định Ea người ta dựng đồ thị phù thuộc lnk vào 1/T Hệ số góc đường biểu diễn giúp ta tìm giá trị Ea III  CÁCH TIẾN HÀNH Cho vào ống nghiệm thứ 2,50 mL dung dịch KI 0,05 N; 1,40 mL dung  dịch nước Na2S2O3 0,01 N Cho vào ống nghiệm thứ hai 2,50 mL dung dịch K2S2O8 0,2 N giọt hổ tinh  bột Nhúng hai ống nghiệm vào bể điều nhiệt, quan sát nhiệt kế thấy nhiệt độ ống nghiệm (khoảng phút) ghi nhiệt độ đổ nhanh ống nghiệm vào Khi đổ xong tính thời gian bắt đầu phản ứng (t = 0) Vẫn đặt ống nghiệm bể điều nhiệt, khuấy nhẹ dung dịch có màu xanh đọc ghi thời gian phản ứng (đọc nhiệt độ nhiệt kế thời  gian đồng hồ) Ở nhiệt độ làm thí nghiệm lần lấy kết trung bình Bắt đầu từ nhiệt độ 10°C, sau tăng dần lần 10 °C Thời gian phản ứng nhiệt độ khác 63 IV KẾT QUẢ VÀ TÍNH TỐN Thời gian (s) t1 t2 t3 ttrung bình Nhiệt độ(K) 293 303 313 888 515 265 997 540 262 930 511 263 938 522 263 Ta có phương trình ’ Với B’= lgt 1/T 2,97 0,00341 2,72 0,0033 64 2,42 0,0032 Biểu đồ phụ thuộc lgt theo 1/T 3.5 f(x) = 2613.29x - 5.93 R² = 0.99 2.5 logt 1.5 0.5 0 0 0 0 1/T Năng lượng hoạt hóa Ea = 2,303 8,314 2613,3 = 50037,226 J TRẢ LỜI CÂU HỎI Câu 1: Năng lượng hoạt hóa gì? Năng lượng hoạt hóa phụ thuộc vào yếu tố nào? Năng lượng hoạt hóa phần lượng dư so với lượng trung bình mà tiểu phân cần phải có để phản ứng xảy Năng lượng hoạt hóa phụ thuộc vào số tốc độ phản ứng Câu 2: Nêu phương pháp xác định lượng hoạt hóa Cách 1: Đo k nhiệt độ khác sau  vẽ đồ thị Cách 2: có k1  đo T1 (độ Kelvin) Có k2  đo T2 (độ Kelvin) Từ ta có 65 Ngồi Ea cịn tính cách đo vận tốc hai nhiệt độ khác Câu 3: Vì phải nhúng ống nghiệm vào bể điều nhiệt? Cần phải nhúng ống nghiệm vào bể điều nhiệt để ống nghiệm giãn nở theo nhiệt độ bể, không gây tượng bể ống nghiệm làm thí nghiệm Câu 4: Cho biết mục đích việc khuấy trộn phản ứng? Vì tốc độ khuấy thí nghiệm cần giữ không đổi? Cần phải khuấy trộn phản ứng để hai dung dịch phân tán tốt vào Nếu khơng khuấy trộn phản ứng xảy cục chỗ, sinh ion ta thấy có màu Nhưng thực tế lúc Peroxydisulfate chưa tan hết, việc không khuấy trộn dẫn tới ghi sai kết Việc khuấy tác động học, gây ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng, nên làm thí nghiệm cần giữ tốc độ phản ứng không đổi ổn định Câu 5: Thời gian phản ứng ghi lại thời điểm dung dịch phản ứng xuất màu xanh Như vậy, thời điểm đó, phản ứng kết thúc hay chưa? Vì sao? Lúc phản ứng S2O8 I- khơng có dừng lại, dung dịch vừa đổi màu, sau thời gian ta thấy dung dịch đậm màu lúc I2 sinh nhiều hơn, phản ứng xảy nhiệt độ cao Câu 6: Đơn vị thời gian phản ứng (giờ, phút, giây, …) có ảnh hưởng đến giá trị Ea tính hay khơng? Có Bởi Ea xác định đồ thị liên hệ logt 1/T Khi thay đổi đơn vị t => logt thay đổi => Ea thay đổi 66 PHIẾU ĐIỂM DANH: Dương Kiến Huy (Nghỉ học) 67 ... 0,985 1, 109 1, 000 10 ,833 9,582 9 ,17 2 8,4 61 11. 5 11 .34 11 10 .65 pH 10 .5 10 .28 9.98 10 9.87 9.66 9.5 8.5 0 .1 0.5 0.9 1. 0 1. 1 1. 0 A Đồ thị theo pH 11 .5 11 .34 11 10 .65 pH 10 .5 10 .28 9.98 10 9.87 9.66... 4 .16 10 3.25 2. 013 89 10 9.8 4.93 10 1.95 2.008387 11 10 .6 5.08 10 1 .15 2.004966 12 11 .4 5.57 10 0.35 2.0 015 17 13 12 .3 5.97 99.45 1. 997605 14 14 .2 6.38 97.55 1. 989227 15 15 .4 6.85 96.35 1. 983852 16 ... 20 50 70 95 V, mL 19 ,5 18 ,5 16 ,6 15 ,5 13 ,1 (t1=28oC) V, mL 15 ,6 13 ,1 11, 5 11 9,6 (t2= 45oC) 39 Xét nhiệt độ 28oC (301K): Thời gian t 20 50 70 95 18 ,5 16 ,6 15 ,5 13 ,1 (phút) 19 ,5 (mL) Gọi x số