giáo trình thực hành hóa học đại cương

TS ĐỖ THỊ THANH HÀ (chủ biên), ThS TRẦN THỊ MINH NGUYỆT, ThS VŨ THỊ MINH THANH, ThS NGUYỄN TUẤN MINH, ThS ĐẶNG VĂN ĐAM Giáo trình THỰC HÀNH HĨA HỌC ĐẠI CƯƠNG NHÀ XUẤT BẢN GIAO THÔNG VẬN TẢI HÀ NỘI - 2016 Bài BÀI MỞ ĐẦU A Mục đích Giới thiệu cho sinh viên nắm vững quy định làm việc phịng thí nghiệm hố học, quy tắc an toàn sơ cứu có tai nạn Nắm vững thao tác thí nghiệm hố học biết cách trình bày báo cáo thí nghiệm B Nội quy phịng thí nghiệm Rèn luyện thói quen làm việc thận trọng tỉ mỉ, xác thao tác có tổ chức khoa học Tuân thủ hướng dẫn giáo viên thí nghiệm Tránh sai sót, đổ vỡ, nguy hiểm Khơng tự ý sờ mó thiết bị, hố chất Khơng vi phạm nội quy thí nghiệm Phải chuẩn bị lý thuyết trước đến làm thí nghiệm Giữ gìn chỗ làm thí nghiệm gọn, sạch, ngăn nắp Nhận đủ rửa dụng cụ trước thí nghiệm Rửa xếp lại dụng cụ sau hồn thành thí nghiệm Khơng làm bẩn, lẫn hố chất Chỉ mở lọ hố chất lấy hố chất đậy lại nút Hố chất nên lấy đủ khơng thừa Khơng đổ hố chất lấy dư thừa vào lọ Khơng tự ý chuyển lọ hố chất từ bàn sang bàn khác Các hoá chất quý phải tiết kiệm Những hoá chất dễ cháy, nổ cồn 900, P, KClO3, KMnO4… không để gần nơi đun nấu axit đặc Ghi chép đầy đủ tượng hố học vào nhật ký thí nghiệm Mỗi sinh viên phải viết báo cáo nộp đầy đủ báo cáo thí nghiệm Sắp xếp gọn nơi làm việc sau làm thí nghiệm xong báo cáo với giáo viên hướng dẫn để xin chữ ký xác nhận Mọi sinh viên dù lý phải làm đầy đủ thí nghiệm Nếu thiếu phải làm bù dự thi (phải có lý đáng làm bù) Thao tác thí nghiệm theo hướng dẫn đề phịng tai nạn xảy Khi có cố phải báo cho giáo viên cán phòng thí nghiệm để xử lý kịp thời 10 Mọi cán sinh viên phải chấp hành đầy đủ quy định theo nội quy C Kỹ thuật an tồn phịng thí nghiệm Không đùa nghịch, không lại lộn xộn, không ăn, khơng uống, khơng hút thuốc phịng thí nghiệm Cẩn thận làm việc với axít, kiềm đặc, brơm, photpho… tránh bị bỏng hoả hoạn Chỉ đốt đèn cồn để nguyên chỗ, không nghiêng đèn, không thổi tắt, tắt đèn cồn nắp đậy Tất chất độc, có mùi khí clo, oxít nitơ, thuỷ ngân, brơm, amoniac,… phải làm việc ngồi hành lang tủ hút Cần thật ý điểm sau đây: - Khơng đun chất khí bình đậy kín - Khi đun chất lỏng cần hướng miệng ống phía khơng có người - Các vật đun nóng cần kẹp riêng - Khơng đổ hố chất từ ống nghiệm ngoài, tránh bắn vào người khác - Các hoá chất độc hại phải đổ vào nơi riêng theo dẫn Thí nghiệm xong cần rửa tay xà phòng Trong trường hợp bị bỏng hố chất nước sơi phải rửa tay lượng nước lạnh lớn sau cấp cứu D Kỹ thuật phịng thí nghiệm hóa Đây kỹ thuật mà sinh viên cần nắm vững trước vào làm thí nghiệm I Dụng cụ thủy tinh cách đo thể tích Giới thiệu dụng cụ thủy tinh thông thường - Các loại ống nghiệm, ứng dụng - Các loại lọ đựng hóa chất, cách lấy hóa chất dụng cụ nhỏ giọt - Các loại ống đong, cốc đong, pipet, buret, bình định mức, bình tam giác (bình nón) ứng dụng loại - Các loại nhiệt kế, tỷ trọng kế, khí áp kế ứng dụng chúng Cách rửa dụng cụ thủy tinh trước làm thí nghiệm - Dụng cụ thủy tinh trước làm thí nghiệm cần phải rửa thật đảm bảo độ xác thí nghiệm Dụng cụ xem mà sau đổ khỏi dụng cụ khơng cịn giọt nước bám thành dụng cụ mà có màng nước mỏng - Để rửa dụng cụ thủy tinh thơng thường thực hai bước: • Bước 1: Dùng chổi lơng cọ rửa sạch, dùng xà phịng cần • Bước 2: Dùng nước cất tráng lại 2, lần Trong trường hợp đặc biệt, dụng cụ bẩn cần rửa hỗn hợp sunfobicromic (K2Cr2O7 + H2SO4 đặc) để tẩy chất bẩn khó rửa trước rửa tráng lại nước cất Cách thực sau: • Tráng dụng cụ cần rửa nước thường (thấm ướt) • Đổ hỗn hợp rửa vào (cỡ ¼ thể tích dụng cụ cần rửa), nghiêng dụng cụ tráng hỗn hợp rửa lên tồn mặt dụng cụ • Sau vài phút, rửa lại nước thường tráng lại nước cất → Thực hành: Sinh viên rửa dụng cụ cần cho thí nghiệm hai cách (bằng nước thường hỗn hợp rửa) Cách đo thể tích chất lỏng a Ống đong: dùng để lấy lượng chất lỏng xác định với độ xác khơng lớn lắm, thông thường để pha dung dịch với độ xác vừa phải b Pipet: dùng để lấy lượng chất lỏng xác Giới thiệu cách lấy chất lỏng pipet → Thực hành: Sinh viên dùng bóp cao su pipet lấy 1ml, 3ml, 5ml, 10ml H2O cho vào ống nghiệm c Bình định mức: dùng để lấy lượng chất lỏng xác theo cỡ ghi bình, dùng để pha chế dung dịch địi hỏi có nồng độ xác cao → Thực hành: Sinh viên pha dung dịch HCl 1N: dùng pipet hút 8,54ml HCl đặc (36,5%; d=1,17g/ml) cho vào bình định mức 100ml, cho nước cất vừa đủ đến vạch, trộn d Buret: dùng để định phân (chuẩn độ) phép phân tích thể tích Hướng dẫn sinh viên cách đọc mức chất lỏng buret loại thấm ướt không thấm ướt → Thực hành: Hướng dẫn sinh viên dùng buret để chuẩn độ 10 ml dung dịch HCl vừa pha V ml dung dịch NaOH 1N với giọt dung dịch chất thị phenolphtalein Sau tính nồng độ HCl theo công thức: VHCl CHCl = VNaOH CNaOH Trong đó: → CHCl = VNaOH CNaOH VHCl VHCl, VNaOH - thể tích dung dịch HCl, NaOH CHCl , CNaOH - nồng độ dung dịch HCl, NaOH II Kết tủa từ dung dịch đun nóng Lọc phễu (phễu thường, phễu lọc chân không) - Giới thiệu cách gập giấy lọc - Đặt giấy lọc gấp vào phễu lọc - Cách rót chất lỏng vào giấy lọc → Thực hành: Cho 5ml dung dịch H2SO4 0,1M tác dụng với 5ml dung dịch BaCl2 0,1M vào cốc 50ml lắc đem lọc Đun nóng dung dịch ống nghiệm, cốc đèn cồn bếp cách thủy E Nội dung báo cáo thí nghiệm Nêu mục đích nguyên tắc thí nghiệm Mơ tả tóm tắt cách thực thí nghiệm Nêu tượng quan sát giải thích phương trình phản ứng có Nhận xét kết luận thí nghiệm làm so với lý thuyết, rút nguyên nhân sai số Chú ý: cần viết ngắn gọn xúc tích, tránh mơ tả dài dòng Bài XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG PHÂN TỬ CHẤT KHÍ A Mục đích : Xác định khối lượng phân tử khí cacbonic (khí CO2) Để xác định khối lượng phân tử chất khí nói chung khí CO2 nói riêng người ta dựa nguyên tắc sau: M DA/ B = A Tỷ khối phân tử khí: MB Trong đó: DA/B: tỷ lệ khối lượng mol khí A so với khí B có thể tích đo áp suất nhiệt độ m PA VA = A R.T Dựa vào phương trình trạng thái khí lý tưởng: MA → Trong đó: Các đại lượng PA ,VA , mA, T, MA áp suất, thể tích, khối lượng, nhiệt độ, phân tử lượng khí cần đo điều kiện thí nghiệm Để xác định M CO2 cần phải biết: khối lượng m, thể tích V, áp suất PCO2 điều kiện thí nghiệm B Mơ tả dụng cụ thí nghiệm Trong thí nghiệm người ta điều chế CO2 sở phản ứng sau: CaCO3 + HCl = CaCl2 + CO2 ­ + H2O Sơ đồ hệ dụng cụ điều chế khí CO2 (hình 1) Để loại trừ khí HCl H2O bị kéo theo khí CO2, người ta cho hỗn hợp khí lội qua bình rửa khí (1) chứa H2O để giữ lại HCl, bình rửa khí (2) chứa H2SO4 đặc để giữ H2O, khí CO2 nặng khơng khí nên thu vào bình cầu hình vẽ C Trình tự tiến hành thí nghiệm Bình cầu 250 ml có nút lie, sấy khơ để nguội Dùng bút đánh dấu mức nút đậy Dùng cân điện tử cân xác khối lượng bình, nút khơng khí nhiệt độ phịng Tkq, khối lượng m1 gam Lắp hệ thống bình kíp bình rửa khí hình Nạp từ từ khí CO2 vào bình cầu vừa cân trên, thời gian nạp lần 10 phút Từ từ rút ống dẫn khí ra, đậy nút đến vạch mức ban đầu, cân khối lượng (bình + nút + khí CO2) Tiếp tục nạp CO2 thêm phút cân lại để xem khối lượng cố định chưa Sau lần cân ta khối lượng (bình + nút + CO2 ) m2 gam (nếu khối lượng m2 chưa ổn định phải quay lại nạp thêm CO2 khối lượng cân ổn định chuyển sang bước tiếp theo) Để xác định thể tích khí chiếm chỗ bình cầu, ta đổ đầy nước vào bình cầu nói đến vạch nút, sau chuyển nước vào ống đong, ta xác định thể tích khí Vkk D Thống kê số liệu kết I Bảng số liệu Các số liệu thí nghiệm ghi vào bảng sau: Khối lượng (bình + nút + khơng khí) Khối lượng (bình + nút + CO2) Thể tích khí chiếm chỗ (= Vbình ) Nhiệt độ thí nghiệm Áp suất khí m1 (gam) m2 (gam) Vkk (ml) T (K) Pkq (mmHg) Áp suất nước bão hòa PH O (mmHg) Biết R = 62400 mmHg.ml/mol.K II Tính tốn đánh giá kết Tính khối lượng khơng khí bình: Dựa vào phương trình trạng thái khí lí tưởng: Pkk Vkk = Trong đó: mkk R.T M kk → Pkk = Pkq - PH O ; → m (bình + nút) = m1 - mkk Tính phân tử khối khí CO2 bình: Từ phương trình trạng thái khí lí tưởng mkk = Pkk Vkk M kk R.T Mkk = 29 ; → Vkk = Vbình ; M CO = m CO R.T PCO VCO Trong : PCO = Pkq - PH O ; VCO2 = Vbình ; m CO2 = m2 - (m1-mkk) 2 (khí CO2 khơng khí có thể tích) Đánh giá kết thí nghiệm: - Từ kết tính tốn so sánh với giá trị lý thuyết M CO = 44 - Tính sai số tuyệt đối: Δ= M - Tính sai số tương đối = - Rút nguyên nhân sai số lt CO -M tt CO D 100% M ltCO2 Bài XÁC ĐỊNH HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA Q TRÌNH A Mục đích Xác định nhiệt dung nhiệt lượng kế Xác định nhiệt hòa tan đồng sunfat khan, từ tính nhiệt hydrat hóa CuSO4 Xác định hiệu ứng nhiệt phản ứng trung hòa B Cơ sở lý thuyết I Hiệu ứng nhiệt q trình hịa tan (∆Hhịa tan) Q trình hịa tan chất ln kèm theo việc giải phóng hấp thụ lượng nhiệt tùy thuộc vào chất chất tan dung môi Hiệu ứng nhiệt kèm theo hòa tan mol chất tan vào lượng dung môi đủ lớn gọi nhiệt hịa tan chất đó, kí hiệu ∆Hht Trong thí nghiệm này, ta xác định hiệu ứng nhiệt q trình hịa tan CuSO4 khan vào nước tạo dung dịch Có thể coi q trình hịa tan xảy theo hai giai đoạn: giai đoạn tinh thể CuSO4 khan ngậm nước tạo thành tinh thể CuSO4.5H2O giai đoạn tinh thể CuSO4.5H2O hòa tan vào nước tạo dung dịch Theo định luật Hess ta có sơ đồ sau: ∆H1 CuSO4(khan) ∆Hhd dd CuSO4 ∆H2 CuSO4.5H2O Trong đó: ∆H1 hiệu ứng nhiệt q trình hòa tan CuSO4 khan ∆H2 hiệu ứng nhiệt q trình hịa tan CuSO4 5H2O ∆Hhd nhiệt hydrat hóa CuSO4 khan Theo định luật Hess ta có: ΔH1 = ΔH hd + ΔH → ΔH hd = ΔH1 - ΔH II Nhiệt trung hòa (∆Htrung hịa) Hiệu ứng nhiệt q trình trung hịa đương lượng gam axit mạnh đương lượng gam bazơ mạnh ln số gọi nhiệt trung hịa Thực chất hiệu ứng nhiệt nhiệt tạo thành mol H2O lỏng từ đương lượng gam H+ (hay H3O+) với đương lượng gam OHH+ + OH- = H2O ∆Ht.h Trong thí nghiệm ta xác định nhiệt trung hòa phản ứng: HCl + NaOH = NaCl + H2O Nhiệt hòa tan chất nhiệt trung hòa phản ứng hóa học xác định phương pháp nhiệt lượng kế III Phương pháp nhiệt lượng kế Mơ tả cấu tạo nhiệt lượng kế (hình vẽ 3): Nhiệt kế Que khuấy Phễu ( nạp chất lỏng) Nắp xốp cách nhiệt Bình nhiệt lượng kế Vỏ Xốp cách nhiệt Tính theo phương pháp nhiệt lượng kế - Nhiệt trình xảy nhiệt lượng kế tính theo cơng thức sau: Q = CK ∆T (1) Q = ΔH n (2) Trong đó: CK - nhiệt dung nhiệt lượng kế hay gọi số máy, nhiệt lượng cần thiết để nâng hệ nhiệt lượng kế hỗn hợp phản ứng lên 1o ∆T - biến thiên nhiệt độ hệ thí nghiệm, ∆T = T1 - T2 H - hiệu ứng nhiệt q trình hịa tan (kJ/mol) n - số mol chất tan Từ (1) (2) → CK = n.DH DT (kJ/độ) - Trong thí nghiệm CK xác định thơng qua q trình hịa tan KNO3 tinh thể tạo thành dung dịch CK = Trong đó: nKNO3 DH KNO3 DT = mKNO3 DH KNO3 M KNO3 DT (*) m - khối lượng KNO3 hòa tan M - khối lượng phân tử KNO3 ΔH KNO3 - nhiệt hòa tan KNO3 ; ΔH KNO3 = 35,66 kJ/mol ∆T - biến thiên nhiệt độ trình hịa tan m gam KNO3 nhiệt lượng kế C Hóa chất dụng cụ I Hóa chất - KNO3 tinh thể CuSO4 khan CuSO4.5H2O Dung dịch HCl 1M; NaOH 1M Nước cất - Nhiệt lượng kế Ống đong 250 ml Bình nước cất Thiết bị D Trình tự tiến hành thí nghiệm I Xác định nhiệt dung CK nhiệt lượng kế - Cân xác 10,1g tinh thể KNO3 - Dùng ống đong, đong xác 250 ml nước đổ vào bình (5) nhiệt lượng kế Đậy nắp, cắm nhiệt kế đũa khuấy - Ghi nhiệt độ ban đầu nước T1 (đó nhiệt độ đầu hệ nhiệt lượng kế) - Mở nắp nhiệt lượng kế (4), đổ nhanh lượng KNO3 vừa cân vào bình, đậy nắp lại, dùng que khuấy khuấy theo dõi biến thiên nhiệt độ hệ (sự hòa tan KNO3 thu nhiệt) - Khi nhiệt độ xuống đến thấp nhất, nhiệt độ T2 hệ nghiên cứu Các kết thí nghiệm ghi vào bảng sau: Khối lượng KNO3 hịa tan m= (g) Thể tích nước dùng hịa tan V= (ml) Nhiệt độ đầu T1 = (0C) Nhiệt độ cuối T2 = (0C) Nhiệt hòa tan KNO3 ΔH KNO3 = 35,66 kJ/mol Hằng số CK tính theo công thức (*): CK = nKNO3 DH KNO3 DT Giá trị CK dùng cho thí nghiệm sau 10 = mKNO3 DH KNO3 M KNO3 DT khoảng 2÷3 phút Đổ dung dịch ống (2) vào (2') dùng đồng hồ bấm giây theo dõi khoảng thời gian phản ứng thí nghiệm Ta thu thời gian phản ứng t2 v Thí nghiệm 3: Thay cặp ống nghiệm (2) (2') cặp ống nghiệm (3) (3') tiếp tục làm thí nghiệm tương tự thí nghiệm nhiệt độ T3 = T2 + 100C thu thời gian phản ứng t3 Lặp lại thí nghiệm lần Các kết thí nghiệm ghi vào bảng sau: T1 = T2 = Thời gian phản ứng (giây) t1 = t2 = T3 = t3 = Thí nghiệm Nhiệt độ thí nghiệm (oC) Hệ số g Vận tốc v1 = v2 = g = v2/v1 = v3 = g = v3/v2 = - Nhận xét kết hệ số nhiệt độ vận tốc: g ; g - Kết luận ảnh hưởng nhiệt độ đến vận tốc phản ứng III Khảo sát ảnh hưởng xúc tác đến vận tốc phản ứng Cơ sở lý thuyết - Xúc tác chất đưa vào hệ phản ứng có tác dụng làm tăng vận tốc phản ứng sau phản ứng bảo tồn lượng chất - Về chất, xúc tác làm giảm lượng hoạt hóa phản ứng làm phản ứng xảy với tốc độ nhanh - Ảnh hưởng xúc tác đồng thể thường giải thích theo chế hợp chất trung gian hoạt động chất xúc tác chất phản ứng; chế xúc tác dị thể thường giải thích theo lý thuyết hấp phụ - Thực hành nghiên cứu ảnh hưởng xúc tác đến phản ứng phân huỷ H2O2: H2O2 → H2O + 1/2 O2­ + Khi chất xúc tác + Khi có mặt chất xúc tác đồng thể K2CrO4 + Khi có mặt chất xúc tác dị thể MnO2 Thực hành: Chuẩn bị ống nghiệm đánh số 1,2,3 - Ống nghiệm (1): lấy vào 1ml dung dịch H2O2 10% ® Quan sát tốc độ bọt khí ống từ cho nhận xét phân huỷ giải phóng O2 H2O2 điều kiện thường 19 - Ống nghiệm (2): lấy vào 1ml dung dịch H2O2 10% Nhỏ vào 1÷2 giọt dung dịch K2CrO4 bão hồ màu vàng ® Quan sát biến đổi màu dung dịch tốc độ bọt khí sau có mặt xúc tác đồng thể K2CrO4 Giải thích chế tác dụng xúc tác đồng thể K2CrO4 qua việc tạo thành hợp chất trung gian theo phản ứng: ! H 2O2 $& " # K2CrO4 + H2O + H2O2 = K CrO4! → K2CrO4 + 2H2O + 1/2O2 # & H O " % màu vàng màu nâu Hợp chất trung gian màu nâu bền, bị phân huỷ K2CrO4; H2O; O2 - Ống nghiệm (3): lấy vào 1ml dung dịch H2O2 10% Dùng thìa nhỏ thận trọng đổ bột MnO2 vào ống nghiệm ® Quan sát tốc độ bọt khí O2 trường hợp ® Từ kết thí nghiệm rút nhận xét ảnh hưởng xúc tác đồng thể K2CrO4 xúc tác dị thể MnO2 đến vận tốc phản ứng phân huỷ H2O2 IV Ảnh hưởng bề mặt đến vận tốc phản ứng hệ dị thể Cơ sở lý thuyết - Dựa sở phản ứng CaCO3 (r) + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2 - Sử dụng khối lượng CaCO3 trạng thái chia nhỏ khác tác dụng với lượng dung dịch HCl Thực hành - Chuẩn bị hai ống nghiệm đánh số 1; Cho vào ống 3ml dung dịch axit HCl 1N để lên giá ống nghiệm + Cân mẩu đá vôi rắn nhỏ cỡ hạt đậu m1 (g) + Cân lượng bột đá vơi có khối lượng m1 (g) - Thí nghiệm 1: Chuẩn bị đồng hồ bấm giây Cho m1 (g) bột đá vôi vào ống (1), ghi thời gian từ bắt đầu phản ứng lượng đá vơi tan hết thời gian t1 - Thí nghiệm 2: Cho mẩu đá vôi rắn m1(g) vào ống nghiệm (2) để thực phản ứng Bấm giây để theo dõi thời gian phản ứng Trả ống nghiệm trở lại giá để theo dõi thời gian tan hết lượng đá vôi t2 - Từ kết đo t1 t2 cho nhận xét trạng thái chia nhỏ ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng hịa tan đá vơi axit 20 Bài CÂN BẰNG HOÁ HỌC A CƠ SỞ LÝ THUYẾT Các phản ứng hoá học xảy theo hai chiều trái ngược điều kiện gọi phản ứng thuận nghịch Theo quan điểm động học vận tốc phản ứng thuận vận tốc phản ứng nghịch trình thuận nghịch đạt đến trạng thái cân Tại trạng thái cân hoá học, nồng độ cấu tử hệ không thay đổi theo thời gian Xét phản ứng thuận nghịch trạng thái cân bằng: aA+bB Û eC+fD T = const e f !C # ! D# " $" $ KCB = gọi số cân a b ! A# ! B# " $ " $ !A#, !B#, !C#, !D# : nồng độ mol/l chất trạng thái cân " $ " $ " $ " $ a, b, e, f : hệ số tỷ lượng phương trình phản ứng thuận nghịch Theo nhiệt động học, hệ đạt đến trạng thái cân khi: ΔG = ΔH −TΔS = O Trạng thái cân bị phá vỡ ta thay đổi thông số hệ như: nồng độ chất hệ, nhiệt độ,… hệ chuyển sang trạng thái cân Quá trình dịch chuyển gọi chuyển dịch cân Chiều hướng chuyển dịch cân tổng kết theo nguyên lý chuyển dịch cân Lơ Satơ Lie "Một hệ trạng thái cân bằng, ta thay đổi thông số: nồng độ, nhiệt độ áp suất cân bị phá vỡ chuyển dịch theo chiều chống lại thay đổi đó" B KHẢO SÁT CÂN BẰNG ION TRONG DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LY Nguyên tắc Nghiên cứu cân ion dung dịch dựa sở phản ứng 2CrO−2 + 2H 3O + ! Cr2O−2 + 3H 2O (1) vàng da cam + Khi thay đổi nồng độ ion H3O hay thay đổi pH môi trường, cân (1) bị chuyển dịch theo nguyên lý chuyển dịch cân quan sát nhờ thay đổi màu sắc dung dịch Thực hành - Chuẩn bị ống nghiệm sạch: Cho vào ống 1ml dung dịch K2Cr2O710%, ghi màu dung dịch ống - Ống 2: nhỏ vào từ từ giọt dung dịch KOH đặc Theo dõi đổi màu dung dịch Sau dung dịch bị đổi màu, nhỏ tiếp vào từ từ giọt dung dịch H2SO4 đặc dung dịch đổi màu hoàn toàn Ghi màu dung dịch điều kiện - Dựa vào màu sắc ion cân kết màu thu được, giải thích chuyển dịch cân ion hai môi trường nghiên cứu 21 C KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ ĐẾN CÂN BẰNG HOÁ HỌC Nguyên tắc Dựa sở phản ứng: FeCl3 + 3KCNS Û Fe (CNS)3 + 3KC1 (2) vàng nhạt không màu đỏ sẫm không màu Sự thay đổi nồng độ chất hệ kéo theo biến đổi cường độ màu sắc toàn dung dịch từ cho biết chiều hướng chuyển dịch cân hệ nghiên cứu Thực hành: - Cho ml dung dịch FeCl3 0,0025M vào cốc sạch; thêm vào ml dung dịch KCNS 0,0025M; lắc Chia 8ml dung dịch hỗn hợp ống nghiệm đánh số 1, 2, 3, (chia dung dịch ống ống lại chia đôi) + Ống 1: Đặt lên giá để làm mẫu chuẩn so sánh + Ống 2: Thêm giọt dung dịch FeCl3 bão hoà, lắc ghi lại màu dung dịch + Ống 3: Thêm giọt dung dịch KCNS bão hoà, lắc đều, ghi lại màu dung dịch + Ống 4: Thêm tinh thể KCl, lắc đều, ghi lại màu dung dịch - Giải thích ảnh hưởng thay đổi nồng độ chất hệ phản ứng đến chiều chuyển dịch cân hoá học khảo sát thông qua biến đổi màu sắc dung dịch D KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN SỰ CÂN BẰNG HOÁ HỌC Nguyên tắc Dựa sở phản ứng: 2NO2(k) màu nâu Û N2O4(k) ( ΔH 0298 = -62,75 KJ/mol ) (3) không màu Phản ứng thuận toả nhiệt nên thay đổi nhiệt độ cân (3) chuyển dịch kéo theo thay đổi cường độ màu hỗn hợp khí hệ nghiên cứu Thực hành: Khí NO2 điều chế ống nghiệm kín đánh số 1, 2, theo phản ứng: Cu + 4HNO3 → Cu (NO3)2 + 2NO2(k) + 2H2O màu nâu Lưu ý:khí NO2 điều chế sẵn ống nghiệm; không mở nút ống nghiệm trình làm thực hành - Ống (1): giữ nguyên để so sánh - Ống (2): nhúng vào cốc nước đá tan - Ống (3): nhúng vào cốc nước nóng ® Quan sát thay đổi màu khí ống nghiệm, từ giải thích ảnh hưởng nhiệt độ đến chuyển dịch cân hoá học (3) 22 Bài DUNG DỊCH ĐIỆN LY A CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Dung dịch nước axit, bazơ muối có tính dẫn điện Lý thuyết điện ly giải thích dung dịch nước, chất bị phân ly thành hạt nhỏ mang điện dương mang điện âm, điện ly Các hạt nhỏ mang điện gọi ion - Các chất điện ly khác phân ly nước khác Có chất điện ly hồn tồn - gọi chất điện ly mạnh (ví dụ: axit, bazơ mạnh muối tan) Có chất điện ly phần - gọi chất điện ly yếu (ví dụ: axit, bazơ hữu yếu) - Phản ứng ngun tố khơng thay đổi số oxi hoá gọi phản ứng trao đổi, điều kiện để phản ứng trao đổi diễn phản ứng phải tạo chất điện ly yếu chất bay chất kết tủa Phản ứng ion có biến đổi số oxi hoá nguyên tố gọi phản ứng oxi hố khử - Các gốc axit bazơ yếu cịn phản ứng với nước, làm biến đổi cân điện ly nước làm thay đổi pH mơi trường, gọi phản ứng thuỷ phân - Chất thị màu chất có màu biến đổi theo pH môi trường Lợi dụng tính chất người ta dùng chất thị để sơ lược đánh giá tính chất mơi trường hệ nghiên cứu xác định điểm tương đương phép phân tích thể tích - Trong dung dịch chất điện ly yếu có điện ly thuận nghịch, ví dụ: CH3COOH + H2O Û CH3COO- + H3O+ NH3 + H2O Û NH4+ + OHDùng thị metyl da cam để phát môi trường axit dung dịch CH3COOH thị phenolphttalein để phát môi trường bazơ dung dịch NH3 Bằng cách thay đổi nồng độ ion CH3COO- NH4+ dung dịch ta biết chuyển dịch cân phân ly chất điện ly yếu - Các chất điện ly tan AB(r) thường bị hồ tan lượng nhanh chóng đạt đến trạng thái cân AB(r) ion dung dịch bão hồ Tích số nồng độ ion dung dịch bão hồ chất điện ly tan ln số gọi tích số tan chất đó, kí hiệu TAB Xét cân chất rắn tan AmBn nước: AmBn Û m.An+ + n.Bm(1) chất rắn ion tan dung dịch TAm Bn = ([An+]m [Bm-]n)CB → Tích số tan AB là: + Khi ([An+]m [Bm-]n)dd > TAm Bn : CB(1) dịch chuyển sang trái, xuất kết tủa + Khi ([An+]m [Bm-]n)dd < TAm Bn : CB(1) dịch chuyển sang phải, kết tủa bị hồ tan 23 B TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM I Khảo sát tính dẫn điện dung dịch chất điện ly Mục đích So sánh định tính khả dẫn điện chất điện ly mạnh, yếu khác Thực hành a Hóa chất dụng cụ - Hoá chất: NaCl 0,01M; HCl 0,01M; NaOH 0,01M; CH3COOH 0,01M; NH4OH 0,01M - Máy đo độ dẫn, cốc chứa dung dịch b Các bước tiến hành Chuẩn bị dụng cụ thí nghiệm hình bên: - Máy đo độ dẫn - Cốc chứa dung dịch điện ly - Điện cực - Thí nghiệm + Chuẩn bị cốc sạch, cho vào ½ thể tích cốc dung dịch NaCl 0,01M; HCl 0,01M; NaOH 0,01M; CH3COOH 0,01M; NH4OH 0,01M + Đặt điện cực (đã rửa lau khơ) hình vẽ Đo độ dẫn Ghi lại số đo máy Sau lần đo phải tráng điện cực nước cất → So sánh khả dẫn điện dung dịch khảo sát, từ rút kết luận khả phân ly dung dịch có nồng độ II Khảo sát chất thị axit bazơ thơng dụng Mục đích - Nghiên cứu thay đổi màu chất thị thông thường như: metyl da cam, phenolphtalein - Kiểm tra lại giá trị xác máy đo pH - Ứng dụng chất thị màu 24 Thực hành a Hóa chất dụng cụ - Hoá chất: HCl 0,01M; NaOH 0,01M; nước cất; metyl da cam; phenolphtalein (thí nghiệm 1,2,3) HCl 0,1M; NaOH chưa biết nồng độ (thí nghiệm 4) CH3COOH 0,1M; NH4OH 10%; NH4Cl bão hồ, CH3COONa (thí nghiệm 5) - Máy đo pH, ống nghiệm, cốc 50ml, bình nón, buret b Các bước tiến hành - Thí nghiệm + Chuẩn bị ống nghiệm đánh số 1, 2, Ống 1: lấy vào 10 giọt dung dịch HCl 0,01M Ống 2: lấy vào 10 giọt dung dịch NaOH 0,01M Ống 3: lấy vào 10 giọt H2O cất + Lần lượt nhỏ từ từ vào ống nghiệm, ống 1-2 giọt metyl dacam Quan sát đổi màu chất thị ống nghiệm → Cho kết luận nên dùng metyl da cam để nhận biết môi trường tốt - Thí nghiệm + Chuẩn bị lại ống nghiệm chứa mơi trường thí nghiệm + Lần lượt nhỏ từ từ vào ống nghiệm, ống 1-2 giọt phenolphtalein Quan sát đổi màu chất thị ống nghiệm → Cho kết luận nên dùng phenolphtalein để nhận biết môi trường tốt TN1 TN2 để đánh giá sơ pH môi trường dung dịch ống nghiệm - Thí nghiệm + Chuẩn cốc 50ml chứa mơi trường hai thí nghiệm + Dùng máy đo pH đo xác giá trị pH dung dịch → Kết luận khả xác định nhanh môi trường loại thị màu - Thí nghiệm + Ứng dụng chất thị tìm điểm tương đương phép phân tích thể tích + Lấy 10ml dung dịch NaOH chưa biết nồng độ vào bình nón 100ml; nhỏ vào vài giọt dung dịch phenolphtalein ® dung dịch có màu gì? + Rót dung dịch chuẩn HCl 0,1N vào buret (loại 25 ml) đến vạch số + Tiến hành chuẩn độ: vừa nhỏ từ từ dung dịch axit HCl 0,1N từ buret vào bình nón chứa dung dịch NaOH, vừa lắc bình nón giọt axit cuối làm hoàn toàn màu thị (điểm tương đương) Ghi thể tích dung dịch HCl 0,1N tiêu tốn Tính nồng độ dung dịch NaOH +Làm lại thí nghiệm lần → Hãy cho biết thí nghiệm chất thị phenophtalein dùng để làm ? 25 - Thí nghiệm + Ứng dụng chất thị để khảo sát cân dung dịch chất điện ly yếu + Chuẩn bị ống nghiệm sạch: Ống 1: cho vào 10 giọt dung dịch axit CH3COOH 0,1M Ống 2: cho vào 10 giọt dung dịch NH4OH 10% + Nhỏ giọt metyl da cam vào ống ® Dung dịch có màu ? Thêm vào giọt dung dịch bão hồ CH3COONa Quan sát biến đổi màu chất thị dung dịch + Nhỏ giọt phenolphtalein vào dung dịch ống ® Dung dịch có màu ? Thêm từ từ giọt dung dịch bão hoà NH4Cl vào ống quan sát biến đổi màu chất thị dung dịch → Giải thích tượng thí nghiệm chuyển dịch cân điện ly chất điện ly yếu IV Điều kiện tạo thành hòa tan kết tủa chất điện ly tan Mục đích - Kiểm chứng điều kiện tạo thành hoà tan kết tủa CaCO3 sở phản ứng: CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3¯ + NaCl hay Ca2+ + CO32- Û CaCO3 Thực hành a Hóa chất dụng cụ - Hoá chất: Na2CO3 2.10-5M; CaCl2 2.10-5M; Na2CO3 2.10-2M; CaCl2 2.10-2M; HCl 0,1M - Ống nghiệm b Các bước tiến hành - Thí nghiệm 1: + Chuẩn bị ống nghiệm sạch: Ống 1: nhỏ vào 10 giọt dung dịch Na2CO3 2.10-5M Ống 2: nhỏ vào 10 giọt dung dịch CaCl2 2.10-5M + Đổ dung dịch ống vào ống ® Quan sát xem có tạo thành kết tủa CaCO3 khơng ? → Tính tích số nồng độ ion dung dịch hỗn hợp so với giá trị tích số tan CaCO3 ( biết TCaCO = 4,9 x 10-9 20÷25oC) Giải thích tượng? - Thí nghiệm + Chuẩn bị ống nghiệm sạch: Ống 1: nhỏ vào 10 giọt dung dịch Na2CO3 2.10-2M Ống 2: nhỏ vào 10 giọt dung dịch CaCl2 2.10-2M + Đổ dung dịch ống vào ống 26 ® Quan sát xem có tạo thành kết tủa CaCO3 không ? (Giữ lại kết tủa cho thí nghiệm tiếp theo) → Giải thích tượng cho biết điều kiện để tạo thành kết tủa chất điện ly tan - Thí nghiệm + Gạn phần chất lỏng phía để thu lấy kết tủa CaCO3 thí nghiệm + Nhỏ từ từ giọt dung dịch HCl 0,1M vào ống nghiệm chứa kết tủa ® Quan sát tượng hồ tan kết tủa ? → Giải thích tượng rút điều kiện để hoà tan kết tủa 27 Bài PHẢN ỨNG OXY HỐ KHỬ VÀ DỊNG ĐIỆN A MỤC ĐÍCH - Khảo sát ảnh hưởng pH mơi trường đến chiều hướng phản ứng oxy hoá khử - Tìm hiểu pin điện hóa kẽm – đồng - Nghiên cứu ăn mòn kim loại mơi trường Tìm hiểu chất ăn mịn điện hố cách ngăn ngừa ăn mịn kim loại tác dụng môi trường - Thực điện phân số dung dịch chất điện ly tìm hiểu điện phân trường hợp dương cực tan B CƠ SỞ LÝ THUYẾT Phản ứng oxy hoá khử - Là phản ứng hoá học có thay đổi số oxy hố nguyên tố - Phản ứng oxy hoá khử phụ thuộc vào chất chất phản ứng, nồng độ, độ pH Pin điện hóa - Nhúng kim loại vào dung dịch muối tan ta điện cực kim loại Khi kim loại dung dịch tồn cân bằng: M Û M+n + ne Tại bề mặt phân chia pha kim loại - dung dịch xuất lớp điện tích kép Giá trị lớp điện tích kép gọi điện cực kim loại, kí hiệu φ M n+ /M Độ lớn tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố: chất kim loại làm điện cực, nhiệt độ, nồng độ muối, dung môi Theo Nerst, điện kim loại xác định theo công thức: 0,059.lg[M n+ ] nhiệt độ T = 298 K n [Mn+] nồng độ ion kim loại dung dịch, n số e trao đổi φM φoM n+ /M =φoM n+ /M + n+ /M điện cực chuẩn kim loại; φM n+ /M =φoM n+ /M [M n+ ] = 1M - Khi ghép hai điện cực có điện khác nhau, ta nhận pin điện hóa (mô tả phần thực nghiệm) Hiệu điện điện cực gọi sức điện động pin Chính sức điện động động lực thúc đẩy oxy hoá kim loại cực âm, khử ion kim loại cực dương sinh công chuyển dòng electron từ cực âm cực dương nối hai điện cực dây dẫn → Pin dụng cụ chuyển hoá thành điện Sự điện phân Ngược lại với hoạt động pin điện phân Khi nhúng điện cực nguồn điện chiều vào dung dịch chất điện ly bất kỳ: Nếu hiệu điện nguồn đủ lớn bề mặt điện cực xảy hai trình: khử cation catot (cực -) oxy hoá anion kim loại anot (cực +) → Sự điện phân trình chuyển điện thành hố 28 C TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM I Ảnh hưởng pH mơi trường đến phản ứng oxy hố khử Thí nghiệm - Ảnh hưởng pH môi trường đến chiều hướng phản ứng oxy hoá khử Na2SO3 KMnO4 - Chuẩn bị ống nghiệm đánh số 1, 2, 3: cho vào ống 1÷2 giọt dung dịch KMnO4 0,05M Thêm vào ống 10 giọt nước cất, tiếp tục : + Ống 1: thêm 10 giọt dung dịch H2SO4 1M (môi trường axit) + Ống 2: thêm 10 giọt dung dịch NaOH 1M (môi trường kiềm) + Ống 3: để ngun (mơi trường trung tính) - Nhỏ vào từ từ giọt dung dịch Na2SO3 2M vào ống nghiệm trên; vừa nhỏ giọt vừa lắc ống nghiệm ® Quan sát biến đổi màu dung dịch viết phương trình phản ứng Biết rằng: + Ống 1: môi trường axit Mn+7 chuyển thành Mn2+ không màu + Ống 2: môi trường kiềm Mn+7 chuyển thành MnO42- màu xanh + Ống 3: mơi trường trung tính Mn+7 chuyển MnO2 kết tủa màu nâu → Kết luận ảnh hưởng pH mơi trường đến phản ứng oxy - hố khử Thí nghiệm - Thí nghiệm phản ứng oxy hố khử KI H2O2 mơi trường axit - Chuẩn bị ống nghiệm sạch, lấy vào 10 giọt dung dịch H2O2 3% Nhỏ thêm vào 2÷3 giọt dung dịch axit H2SO4 0,5M Cuối nhỏ giọt dung dịch KI 0,5M → Quan sát xuất kết tủa iot (kiểm tra chất thị hồ tinh bột) Viết phương trình phản ứng giải thích tượng xảy II Lắp pin điện - Lắp pin Zn – Cu theo hình vẽ: Kí hiệu pin: Zn/ZnSO4 1M//CuSO4 1M/Cu 29 - Nối cực dương pin với cực dương đồng hồ đo điện, nối cực âm pin với cực âm đồng hồ đo điện Đọc sức điện động pin đo So sánh kết với giá trị lý thuyết φ = 1,1 V Rút nguyên nhân sai số III Sự ăn mịn điện hố kim loại Thí nghiệm 1: Thí nghiệm hồ tan kẽm nguyên chất kẽm lẫn đồng axit H2SO4 loãng - Chuẩn bị hai ống nghiệm sạch, đánh số 1,2 Cho vào ống nghiệm 3ml dung dịch H2SO4 1M đặt vào giá - Cho vào ống nghiệm hạt kẽm cỡ hạt ngơ ® Quan sát tượng tốc độ khí H2 ống nghiệm - Dùng sợi dây đồng đánh cắm vào ống nghiệm cho dây đồng tiếp xúc với hạt kẽm ® Quan sát tốc độ khí H2 giải thích tượng - Nhỏ giọt dung dịch CuSO4 vào ống nghiệm ® Quan sát xuất đồng kim loại bám lên hạt kẽm tốc độ khí H2 sau cho CuSO4 vào Giải thích tượng quan sát Thí nghiệm 2: Nghiên cứu tác dụng chất ức chế ăn mòn kim loại - Chuẩn bị ống nghiệm đánh số 1,2 Cho vào ống nghiệm 1ml dung dịch axit HCl 20% - Ống để nguyên - Cho giọt dung dịch focmandehyt 40% vào ống lắc - Cho vào ống hạt kẽm hạt ngô ® Quan sát tốc độ khí ống Giải thích tác dụng focmandehyt thí nghiệm Thí nghiệm 3: Khảo sát phá huỷ lớp bảo vệ bề mặt kim loại ion Cl- ăn mòn kim loại - Chuẩn bị sợi dây nhôm dài cỡ 5cm viên gạch men kính 100mm x 100mm rửa sạch, sấy khơ - Để dây nhôm nằm mặt phẳng gạch men kính mặt bàn thí nghiệm - Nhỏ đồng thời giọt dung dịch CuSO40,5M vào đầu sợi dây nhôm giọt dung dịch CuCl2 0,5ml vào đầu sợi dây nhơm ® Hãy quan sát thời gian xuất đồng bám hai đầu sợi dây nhơm, từ giải thích tượng IV Sự điện phân Thí nghiệm 1: Điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực trơ - Chuẩn bị bình điện phân gồm cốc 50 ml có nắp đậy cao su gắn điện cực graphit hình vẽ 30 - Lấy vào bình điện phân 2/3 thể tích dung dịch CuSO4 điện phân - Nối điện cực than ắc quy 6V với cực than bình điện phân Tiến hành điện phân khoảng phút ® Quan sát xuất đồng kim loại catot bọt khí anơt Viết phương trình phản ứng điện phân điện cực để giải thích tượng Thí nghiệm 2: Điện phân dung dịch CuSO4 với anot Cu - Để nguyên dụng cụ thí nghiệm 1, tiến hành đổi chiều điện cực bình điện phân - Tiến hành điện phân tiếp phút → Quan sát tượng đồng bám anơt tan vào dung dịch Giải thích tượng phản ứng Thí nghiệm 3: Điện phân dung dịch Na2SO4 - Chuẩn bị dụng cụ điện phân hình vẽ: gồm ống chữ U gắn lên giá sắt, hai nhánh ống nút cao su nút lie có điện cực than chì xun qua - Cho dung dịch Na2SO4 1M vào ống chữ U, cỡ 3/4 thể tích ống - Nối nhánh ống chữ U với cực dương nguồn điện nhỏ vào nhánh vài giọt metyl da cam Nhánh ta nhỏ vài giọt dung dịch phenolphtalein nối cực than với cực âm nguồn điện - Tiến hành điện phân chừng phút Quan sát đổi màu chất thị dung dịch nhánh bình điện phân → Giải thích tượng phương trình phản ứng Thí nghiệm 4: Điện phân dung dịch KI 0,01M - Chuẩn bị dụng cụ điện phân giống thí nghiệm - Cho dung dịch KI 0,01M vào ống chữ U, cỡ 3/4 thể tích ống - Nhánh cực dương cho vài giọt dung dịch hồ tinh bột, nhánh cực âm cho vài giọt phenolphtalein Tiến hành điện phân phút Quan sát đổi màu chất thị dung dịch nhánh → Giải thích tượng viết phương trình phản ứng 31 Phụ lục ÁP SUẤT HƠI NƯỚC BÃO HÒA Ở CÁC NHIỆT ĐỘ KHÁC NHAU Nhiệt độ, 0C 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Áp suất nước bão hòa, mmHg 8,0 8,5 9,1 9,7 10,4 11,1 11,9 12,7 13,5 14,4 15,3 Nhiệt độ, 0C 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 Áp suất nước bão hòa, mmHg 16,3 17,4 18,4 19,6 20,9 22,2 23,5 25,0 26,5 28,1 30,1 1atm = 760mmHg = 101325 Pa 32 Nhiệt độ, 0C 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 Áp suất nước bão hòa, mmHg 31,8 33,8 35,7 37,8 40,0 42,2 44,6 47,1 49,7 52,5 55,3 Phụ lục TỶ TRỌNG DUNG DỊCH NƯỚC MỘT SỐ CHẤT Ở 200C Nồng độ % khối lượng 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 NaOH 1,010 1,021 1,032 1,043 1,054 1,065 1,076 1,087 1,098 1,109 1,131 1,153 1,175 1,197 1,219 1,241 1,263 1,285 1,306 1,328 1,349 1,370 1,390 1,410 1,430 KOH 1,008 1,016 1,024 1,033 1,041 1,048 1,055 1,064 1,072 1,080 1,099 1,116 1,137 1,154 1,173 1,193 1,217 1,238 1,260 1,285 1,307 1,331 1,355 1,382 1,408 Tỷ trọng dung dịch (g/ml) NH3 HCl 0,994 1,003 0,990 1,008 0,984 1,012 0,981 1,018 0,977 1,023 0,973 1,028 0,969 1,033 0,965 1,038 0,961 1,043 0,958 1,047 0,950 1,057 0,943 1,067 0,936 1,078 0,930 1,088 0,923 1,098 0,916 1,108 0,910 1,119 0,904 1,129 0,898 1,139 0,892 1,149 1,159 1,169 1,179 1,189 1,198 NaCl 1,005 1,012 1,020 1,027 1,034 1,041 1,049 1,056 1,063 1,071 1,086 1,101 1,116 1,132 1,148 1,164 1,180 1,197 KCl 1,004 1,011 1,017 1,024 1,030 1,037 1,043 1,050 1,057 1,063 1,077 1,090 1,104 1,118 1,133 1,147 1,162 33 ... tích So sánh nhiệt độ sôi dung dịch dung mơi ngun chất B Cơ sở lí thuyết (tham khảo giáo trình Hóa học đại cương) - Khái niệm dung dịch, độ tan, loại nồng độ dung dịch - Tính chất dung dịch:... tạo thành hòa tan kết tủa chất điện ly tan Mục đích - Kiểm chứng điều kiện tạo thành hoà tan kết tủa CaCO3 sở phản ứng: CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3¯ + NaCl hay Ca2+ + CO32- Û CaCO3 Thực hành a Hóa. .. BẰNG HOÁ HỌC A CƠ SỞ LÝ THUYẾT Các phản ứng hoá học xảy theo hai chiều trái ngược điều kiện gọi phản ứng thuận nghịch Theo quan điểm động học vận tốc phản ứng thuận vận tốc phản ứng nghịch trình