Báo cáo thí nghiệm hóa lý: Động học phản ứng thủy phân

Thí nghiệm Hóa Lý, môn thí nghiệm tập hợp các quá trình hóa học, vật lý tiền đề cho các môn Quá trình thiết bị truyền nhiệt, truyền khối. Đây là báo cáo kết quả thí nghiệm nên số liệu chỉ mang tính chất tham khảo, người đọc nên có chọn lọc. Xin chân thành cảm ơn.

Nhóm 8_2020-2021_NTP-HKX TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM BÁO CÁO THÍ NGHIỆM HĨA LÝ BÀI 4: ĐỘNG HỌC PHẢN ỨNG THỦY PHÂN I MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM - Xác định phản ứng thủy phân ester môi trường kiềm phản ứng bậc - Nắm vững ý nghĩa lượng hoạt hóa ảnh hưởng nhiệt độ lên số tốc độ phản ứng qua hệ thức Arrhénius - Sử dụng phương pháp chuẩn độ ngược giúp xác định nồng độ NaOH - Hiểu lý phải đun hoàn lưu hỗn hợp phản ứng II GIỚI THIỆU Phản ứng ester acetate ethyl NaOH xảy sau: CH3COOC2H5 + NaOH  CH3COONa + C2H5OH t=0 a b 0 t a–x b–x x x Với: a, b nồng độ đầu ester NaOH (a – x), (b – x) nồng độ ester NaOH thời điểm t Đây phản ứng bậc 2, biểu thức số tốc độ phản ứng có dạng: �(�−�) kt = �−� ln �(�−�) (*) Gọi no, nt, �∞ thể tích NaOH dung dịch phản ứng thời điểm t = 0, t t = ∞ (phản ứng hoàn toàn �∞ ) Nhóm 8_2020-2021_NTP-HKX Nồng độ NaOH thời điểm tỉ lệ với thể tích Cịn nồng độ ester thời điểm đầu (t=0) thời điểm t tỷ lệ tương ứng với (n0 - �∞ ) (nt - �∞ ) Do đó: C0 = b = A.n0 C0 ester = a = A.(n0 -�∞ ) Ct = b – x = A.nt Ct ester = a – x = A [(n0 - �∞ ) – (n0 – nt)] = A(nt - �∞ ) Với: A – số tỉ lệ Thay giá trị vào phương trình (*), ta có: kt = � � � −�∞ −�.�� ln � � −� �.�� �(�� −�∞ ) �.�� �(��−�∞ ) � � ∞ kt = −�� ln ��(� −� ) ∞ � kt = �� ln ∞ ∞ �� (�� −�∞ ) �� (�� −�∞ ) (**) Tìm số A biểu thức (**): Dung dịch NaOH có nồng độ đương lượng 1/100 (N), Vậy số đương lượng NaOH có n0 (mL) dung dịch NaOH 1/100 (N) hay 25 mL dung dịch hỗn hợp phản ứng là: no × × số đương lượng 100 1000 Nồng độ đương lượng NaOH 25 mL hỗn hợp phản ứng (mẫu thử) là: C0 NaOH = 100 × no 1000 Mà C0 NaOH = A.n0 × 1000 25 = no 2500 Suy ra: A = 2500 Nhóm 8_2020-2021_NTP-HKX Ảnh hưởng nhiệt độ đến số tốc độ phản ứng  Phương trình Arrhénius mơ tả phụ thuộc tốc độ phản ứng vào nhiệt độ: � k = k0�−�� Với: k0 – thừa số tần số hay thừa số Arrhénius, không phụ thuộc vào nhiệt độ E – lượng hoạt hóa phản ứng Lấy logarit hai vế: lnk = lnk0 – � �� Như vậy, đường biểu diễn lnk = f(1/T) đường thẳng có độ dốc -E/R Gọi k1, k2 số tốc độ nhiệt độ T1, T2, đó: � ln �2 = − � � �2 − �1 (***) Dựa vào (***) ta tìm lượng hoạt hóa phản ứng biết số tốc độ phản ứng hai nhiệt độ khác  Ý nghĩa lượng hoạt hóa Theo Arrhénius, có phân tử có lượng dư tối thiểu so với lượng trung bình phân tử có khả phản ứng hiệu Năng lượng gọi lượng hoạt hóa Nói cách khác, lượng hoạt hóa phần lượng dư phân tử cần có để lúc phản ứng dần đến biến hóa hóa học Nhóm 8_2020-2021_NTP-HKX III THỰC NGHIỆM a Hóa chất dụng cụ: Bảng Hóa chất dụng cụ Dụng cụ Số lượng Hóa chất Erlen nút nhám 500 mL 03 CH3COOH 1/200 (M) Erlen 250mL 06 NaOH 1/100 (M) Becher 100mL 02 HCl 1/100 (M) Nhiệt kế 100oC 01 Phenolphtalein 1% (w/v) Eprouvette 250mL 02 ethanol 95% Pipette 25mL 02 Burette 25mL 02 Ống ngưng bầu 01 Quả bóp cao su 01 Bình xịt nước cất 01 Bể điều nhiệt 02 Nhóm 8_2020-2021_NTP-HKX b Qui trình thí nghiệm: Nhiệt độ phịng T1 Dùng ống đong cho vào erlen 500mL Đậy nút kín 150mL dd 150mL ester NaOH 1/100 1/200 M Cho vào erlen khác 12.5 mL dd HCl 1/100 M M Đổ nhanh dd NaOH vào ester, đậy nắp lắc mạnh Đọc nhiệt độ T1 - Ghi thời điểm t = Sau 5, 10, 20, 30, 40, 50 phút dùng pipette hút 25mL hỗn hợp vào erlen - Nhúng nhiệt kế vào dung dịch Chuẩn độ dd NaOH 1/100 M hỗn hợp erlen + giọt phenolphtalein Sau phút 50, đun hồn lưu cách thủy hỗn hợp cịn lại 70oC (30 phút), để nguội, chuẩn độ - Tránh chuẩn độ thừa, điểm tương đương đạt màu hồng nhạt bền khoảng 30s - 70oC phản ứng xảy nhanh  phản ứng hoàn tất (chuẩn độ NaOH t = ∞ Nhóm 8_2020-2021_NTP-HKX  Nhiệt độ bể điều nhiệt T2 Lượng dd trên, ngâm bình đựng NaOH ester bể điều nhiệt nhiệt độ khoảng 38 – 45oC (ghi nhiệt độ xác T2) 20 phút Tiến hành thí nghiệm IV KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN a Kết thơ: Bảng Thể tích NaOH dùng để chuẩn độ HCl thừa Thời điểm (phút) Nhiệt độ 10 20 30 40 50 T1 2,45 2,9 3,5 4,00 4,15 4,35 5,40 T2 2,65 3,15 3,75 4,55 5,00 5,45 7,15 ∞ Nhóm 8_2020-2021_NTP-HKX b Kết sau xử lí: Bảng Xử lý số liệu kết Nhiệt độ Thời điểm VNaOH chuẩn VNaOH có K độ dư HCl 25mL mẫu thử (s.mol/l)-1 (mL) T1 = 32oC 0,00 2,45 10,05 0,4536 10 2,90 9,60 0,2970 20 3,50 9,00 0,2101 30 4,00 8,50 0,1886 40 4,15 8,35 0,1555 50 4,35 8,15 0,1420 ∞ 5,40 7,10 0,2411 T2 = 45oC 0,00 12,50 12,50 2,65 9,85 0,3965 10 3,15 9,35 0,2587 20 3,75 8,75 0,1748 30 4,55 7,95 0,1739 40 5,00 7,50 0,1659 50 5,35 7,15 0,1630 ∞ 6,30 6,0 0,2221 Nhóm 8_2020-2021_NTP-HKX  Tính k trung bình nhiệt độ: ktb1 = (0,4536 + 0,2970 + 0,2101 + 0,1886 + 0,1555 + 0,1420)/6 = 0,2411 ktb2 = (0,3965 + 0,2587 + 0,1748 + 0,1739 + 0,1659 + 0,1630)/6 = 0,2221  Tính kT1 kT2 phương pháp bình phương cực tiểu: kt = ��∞ �� �� (�0 −�∞ ) �0 (�� −�∞ ) � (**)  ��∞ �� = ln(� −�� ) + ln( � � ∞ �0 −�∞  ln(� −�� ) = ��∞ �� + ln(� � ∞ y = ax + b �0 �0 ) −�∞ ) Nhóm 8_2020-2021_NTP-HKX Tại T= 305 K : t (s) � � y=ln(� −� ) � ∞ 300 600 1200 1800 2400 3000 0,8393 1,226 1,345 1,555 1,803 1,899 2,049 Hình Đồ thị biểu diễn phụ thuộc k theo thời gian (s) 305K ��∞ � = 0,000365453 => k = 0,000365453/( ��∞ ) = 0,000365453*2500/7,10 = 0,1287 Nhóm 8_2020-2021_NTP-HKX Tại T= 318 K : t (s) � 300 � y=ln(� −� ) 0,6539 0.9394 � ∞ 600 1200 1800 2400 3000 1,026 1,157 1,405 1,609 1,827 Hình Đồ thị biểu diễn phụ thuộc k theo thời gian (s) 318K ��∞ � = 0,000359519 => k = 0,000359519/( ��∞ ) = 0,000359519*2500/6,00 = 0,1498  Tính lượng hoạt hóa E phản ứng Gọi k1, k2 số tốc độ nhiệt độ T1, T2, đó: �1 = 305 K �2 = 318 K �� � �� � � − = − �� � �� �� Nhóm 8_2020-2021_NTP-HKX Năng lượng hoạt hóa theo số tốc độ phản ứng phương pháp trung bình : ln � 1 0,2221 = − − 0,2411 8,314 318 305 => E = -5091,58 (J) Năng lượng hoạt hóa theo số tốc độ phản ứng phương pháp bình phương cực tiểu : ln � 1 0,1498 = − − 8,314 318 0,1287 305 => E = 1,69.10-4 (J) c Nhận xét kết quả: - Dùng phương pháp đồ thị kết K E xác dựa vào R2 - Kết k phương pháp đồ thị cho R2 > 0.9 => Phản ứng este hóa dung dịch kiềm phản ứng bậc - Khi tăng nhiệt độ, k tăng nên vận tốc phản ứng tăng - K phụ thuộc vào nhiệt độ chất phản ứng IV TRẢ LỜI CÂU HỎI Giải thích chế chuẩn độ ngược dùng thí nghiệm Lấy xác dư dung dịch chuẩn HCl, vào dung dịch chất định phân (dung dịch hỗn hợp gồm NaOH + ester) Sau chuẩn độ lượng dung dịch HCl dư thuốc thử NaOH Dựa vào thể tích nồng độ dung dịch HCl NaOH tìm hàm lượng ester hay nồng độ NaOH: Vester Nester = VHCl NHCl – VNaOH NNaOH Nhóm 8_2020-2021_NTP-HKX Hằng số tốc độ phản ứng lượng hoạt hóa phản ứng phụ thuộc vào yếu tố mặt lý thuyết Hằng số tốc độ phản ứng lượng hoạt hóa phụ thuộc vào nhiệt độ So sánh giá trị số tốc độ phản ứng k nhiệt độ khác giải thích nguyên nhân khác biệt Hằng số tốc độ phản ứng k nhiệt độ khác khác Vì số tốc độ phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt độ cao số tốc độ phản ứng lớn ngược lại Nêu sai số ảnh hưởng đến kết đo thí nghiệm - Do sai số trình tiến hành thực thí nghiệm như: cân, đo đạc, pha chế hóa chất, thao tác thực thí nghiệm sai sót q trình chuẩn độ, dẫn đến sai số ảnh hưởng kết đo - Do hóa chất không tinh khiết, thuốc thử NaOH không chuẩn xác khơng chuẩn lại với dung dịch gốc - Sai số dụng cụ đo - Do yếu tố tự nhiên môi trường như: nhiệt độ, độ ẩm, áp suất  ... lượng hoạt hóa Nói cách khác, lượng hoạt hóa phần lượng dư phân tử cần có để lúc phản ứng dần đến biến hóa hóa học Nhóm 8_2020-2021_NTP-HKX III THỰC NGHIỆM a Hóa chất dụng cụ: Bảng Hóa chất dụng... độ phản ứng lượng hoạt hóa phản ứng phụ thuộc vào yếu tố mặt lý thuyết Hằng số tốc độ phản ứng lượng hoạt hóa phụ thuộc vào nhiệt độ So sánh giá trị số tốc độ phản ứng k nhiệt độ khác giải thích... cho R2 > 0.9 => Phản ứng este hóa dung dịch kiềm phản ứng bậc - Khi tăng nhiệt độ, k tăng nên vận tốc phản ứng tăng - K phụ thuộc vào nhiệt độ chất phản ứng IV TRẢ LỜI CÂU HỎI Giải thích chế chuẩn