Báo cáo thí nghiệm hóa lý: Động học phản ứng nghịch đảo đường

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_NTP_HKX_2020/2021 Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật TP.HCM BÁO CÁO THÍ NGHIỆM HĨA LÝ BÀI 5: ĐỘNG HỌC PHẢN ỨNG NGHỊCH ĐẢO ĐƯỜNG I MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM - Hiểu phản ứng thủy phân đường saccharose (sucrose) nước phản ứng bậc - Nắm mối liên hệ nồng độ đường góc quay phân cực - Biết phản ứng thủy phân đường saccharose gọi phản ứng nghịch đảo đường - Thành thạo cách sử dụng phân cực kế II GIỚI THIỆU Phản ứng thủy phân đường saccharose (sacrose) Xét phản ứng thủy phân đường saccharose (sucrose) thành glucose fructose: C22H22O11 + H2O  C6H12O6 + C6H12O6 Saccharose Glucose Fructose Phản ứng môi trường nước nên xem nồng độ H2O không đổi dẫn đến phản ứng có bậc Để phản ứng xảy nhanh người ta thường dùng H+ làm xúc tác cho q trình Phương trình động học có dạng: −�� = ����� �� Khoa Cơng nghệ Hóa học- Thực phẩm Nhóm 8_NTP_HKX_2020/2021 Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật TP.HCM Mối liên hệ đường góc quay phân cực Đường saccharose sản phẩm thủy phân chứa cacbon bất đối xứng nên chúng chất quang hoạt, làm quay mặt phẳng phân cực chiếu tia sáng vào Góc quay mặt phẳng phân cực � tỉ lệ với nồng độ dung dịch, bề dày lớp dung dịch, chất chất quang hoạt, nhiệt độ bước sóng ánh sáng: α = α I C Trong đó: I – bề dày lớp dung dịch (cm) C – nồng độ dung dịch (g/mL) α – góc quay riêng dung dịch (góc quay ứng với C = 1g/mL To = 20oC � = 5890 nm (đèn Natri) curvet có l = 10cm Bảng Góc quay riêng dung dịch đường Chất quang hoạt α Saccharose Glucose Fructose 66.55o 52.56o -91.90o Phản ứng nghịch đảo đường Dựa vào α ta thấy saccharose, glucose làm quay mặt phẳng phân cực sang phải, fructose làm quay mặt phẳng phân cực sang trái với giá trị α lớn hơ nhiều Do góc quay hỗn hợp giảm dần trở thành âm (phản ứng nghịch đảo đường) Gọi �� , �� , �∞ góc quay hỗn hợp thời điểm ban đầu t = 0, thời điểm t, thời điểm kết thúc trình t = ∞ Vì từ thời điểm đầu đến cuối, góc quay biến thiên lượng �� − �∞ nên giá trị tỉ lệ với nồng độ đầu đường saccharose (C0), nồng độ đường thời điểm t (C = Co – x) tỉ lệ với góc quay kể từ thời điểm đến kết thúc nghịch đảo đường, nghĩa tỉ lệ với �� − �∞ Khoa Cơng nghệ Hóa học- Thực phẩm Nhóm 8_NTP_HKX_2020/2021 Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật TP.HCM Ta có: �= �� − �∞ ln � �� − �∞ Góc quay � xác định phân cực kế Sử dụng phân cực kế – nguồn sáng; – kính dọc; 3, 4, – lăng kính Nicol phân cực; – curvet chứa mẫu; – kính quan sát Hình Sơ đồ phân cực kế Trong phân cực kế, lăng kính 3, cố định cịn lăng kính quay chung quanh trục quang Khi quay lăng kính độ chiếu sáng vào mặt kính quan sát thay đổi từ đến cực đại Có vị trí, độ chiếu sáng lăng kính nhau, vị trí máy Sau đạt điểm khơng máy, đặt curvet chứa mẫu có chất quang hoạt vào máy vị trí thay đổi Ta phải quay lăng kính góc � Khoa Cơng nghệ Hóa học- Thực phẩm Nhóm 8_NTP_HKX_2020/2021 Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật TP.HCM để lại đạt điểm khơng máy Góc � góc quay mặt phẳng phân cực cần đo Phần “độ” góc quay đọc theo thang lớn (chia từ 0o – 180o), phần lẻ độ đọc theo thang nhỏ (chia từ – 10) lấy theo vạch trùng với vạch thang chia lớn Khoa Cơng nghệ Hóa học- Thực phẩm Nhóm 8_NTP_HKX_2020/2021 III a Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật TP.HCM THỰC NGHIỆM Hóa chất dụng cụ: Bảng Hóa chất dụng cụ Dụng cụ Số lượng Hóa chất Số lượng Phân cực kế 01 Đường saccharose 10.00 g Curvet chứa mẫu 01 HCl 2.0M Dĩa cân nhựa 01 Muỗng nhựa 01 Ống đong 100mL 01 Becher 250mL 03 Pipette 25mL 02 Quả bóp cao su 01 Bình xịt nước cất 01 b Qui trình thí nghiệm: cân 10g đường cân kỹ thuật cho vào cốc chứa 50mL lọc (nếu cần) - Xác định �� cho vào cốc: 15mL dd sacchrose + 15mL nước cất, khuấy tráng curvet 1mL dd đường (2 lần) cho vào curvet chứa mẫu dd cịn lại lau khơ curvet giấy lọc Khoa Cơng nghệ Hóa học- Thực phẩm khơng tạo bọt khí đo �0 Nhóm 8_NTP_HKX_2020/2021 - Xác định �� 30mL dd saccharose Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật TP.HCM 30 mL dd HCl 2.0M Đổ HCL vào đường, ghi t = khuấy đều, cho hh vào curvet chứa mẫu đo �0 t = 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 75, 90 phút đun hh thừa tới 70oC (30p), làm nguội đến nhiệt độ phịng, đo �∞ Khoa Cơng nghệ Hóa học- Thực phẩm  Ở nhiệt độ phịng thơng thường phản ứng nghịch đảo đường kết thúc sau vài ngày Nhóm 8_NTP_HKX_2020/2021 IV Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật TP.HCM KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN a) Kết tính: Bảng Giá trị số tốc độ k thời điểm t Thời điểm t (phút) Góc quay phân cực � 102,2 101,9 Hằng số tốc độ k (phút-1) 10 15 20 30 40 101,5 101,2 100,75 100,4 100,3 0, 0, 0039 ,0044 00465 0,0 0494 0, 0041 0, 0032 50 99 ,3 9,05 0, 0034 0, 00278 0, 0025 � �� − �∞ �� � �� − �∞ Trong đó: �0 : góc quay phân cực thời điểm ban đầu t = �� : góc quay phân cực thời điểm t �∞ : góc quay phân cực thời điểm kết thúc trình t = ∞ Từ giá trị k bảng 3, ta tính giá trị k trung bình: ktb = 0,00380 (phút -1) Sai số: 0,00084 Vậy số tốc độ là: 0,00380 ± 0,00084 (phút -1) Tính k phương pháp bình phương pháp bình phương cực tiểu: �� �� − �∞ �� − �∞ Khoa Cơng nghệ Hóa học- Thực phẩm = f(t) = kt 90 9,75 Cơng thức tính số tốc độ phản ứng bậc 1: �= 75 ∞ 86,8 Nhóm 8_NTP_HKX_2020/2021 Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật TP.HCM � −� t (phút) f(t) 0,01967 10 Bảng Giá trị ln ��− � ∞ thời điểm t 15 20 0,04652 0,06714 � ∞ 30 0,09889 0,12430 40 50 75 90 0,13168 0,17327 0,20864 0,22884 Hình1 Đồ thị biểu diễn kt theo t Nhận xét: - Nhìn vào đồ thị ta thấy, điểm thực nghiệm lệch so với đường hồi quy - R2 = 0,944875568 , kết đo gặp sai số lớn, trình quan sát, đọc kết thí nghiệm - k tính theo phương pháp nhỏ so với k trung bình tính theo bảng số y = 0,0023619x + 0,034190142 R2 = 0,944875568 Theo phương trình trên, ta có: k = 0,0023619 (phút -1) Khoa Cơng nghệ Hóa học- Thực phẩm Nhóm 8_NTP_HKX_2020/2021 b) Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật TP.HCM Các khó khăn gặp phải trình thực nghiệm biện pháp khắc phục: - Khó khăn việc quan sát, đọc kết dẫn đến sai lệch nhiều - Lần đầu sử dụng thiết bị nên không tránh khỏi sai sót - Phải tiềm hiểu kỹ lưỡng thiết bị đo, để không gặp lỗi sai lúc làm thí nghiệm Khoa Cơng nghệ Hóa học- Thực phẩm Nhóm 8_NTP_HKX_2020/2021 IV Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật TP.HCM TRẢ LỜI CÂU HỎI Thế nguyên tử cacbon bất đối xứng chất quang hoạt? Giải thích tượng quay mặt phẳng phân cực chất quang hoạt Nguyên tử cacbon bất đối xứng nguyên tử trung tâm liên kết với nguyên tử nhóm nguyên tử khác Chất quang hoạt là chất (dạng tinh thể hay dung dịch) đặt đường truyền ánh sáng phân cực thẳng làm quay mặt phẳng phân cực góc � Giải thích tượng quay mặt phẳng phân cực chất quang hoạt: - Ánh sáng sóng điện từ mà phương dao động ln thẳng góc với phương truyền sóng Các dao động ánh sáng thường thẳng góc với phương truyền sóng hướng xung quanh theo mặt phẳng không gian - Ánh sáng phân cực phẳng ánh sáng mà vectơ điện trường tất sóng ánh sáng hướng theo phương, nghĩa nằm mặt phẳng, gọi mặt phẳng phân cực - Nguyên nhân gây tính hoạt động quang học phân tử khơng có yếu tố đối xứng phân tử: C* bất đối xứng Trong phân tử, electron có tự dao động tất hướng, tính phân cực phân tử bất đẳng hướng Khi electron phân tử dao động mặt phẳng phân cực, chúng có khuynh hướng dao động ngồi mặt phẳng phân cực Vì tương tác chúng với electron dao động, trường điện từ ánh sáng thay đổi Khi ánh sáng phân cực tương tác với phân tử, mặt phẳng phân cực quay Nêu yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng thủy phân đường thí nghiệm theo lý thuyết - Nhiệt độ - Áp suất Khoa Công nghệ Hóa học- Thực phẩm Nhóm 8_NTP_HKX_2020/2021 Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật TP.HCM - Nồng độ - Chất xúc tác So sánh hai giá trị k hai cách nêu yếu tố gây sai số đo - Kết hai phương pháp sai lệch không đáng kể - Các yếu tố gây sai số đo: + Bọt khí q trình cho mẫu vào curvet + Xác định điểm máy khơng xác + Đọc kết khơng xác + Canh thời gian bị lệch Tại phải đun nóng hỗn hợp phản ứng tới 70oC, nhiệt độ khác khơng? Giải thích Ở nhiệt độ phịng thơng thường phản ứng nghịch đảo đường kết thúc sau vài ngày Vì để đo �∞ phải đun hỗn hợp thừa đến nhiệt độ 70oC Khơng thể đun nóng hỗn hợp phản ứng 70oC đun nhiệt độ nước bay làm đường bị cháy biến đổi thành chất khác, đun nhiệt độ thấp phản ứng khơng hồn tồn xảy chậm Khoa Cơng nghệ Hóa học- Thực phẩm