Như vậy để xác định hằng số tốc độ k, cần phải xác định được các giá trị (a- x) và (b – x) ở các thời điểm. Bài TN này áp dụng phương pháp sau để theo dõi tiến trình phản ứng:
Tiến hành phản ứng bằng cách trộn hai dung dịch ester và NaOH vào nhau, lượng NaOH dư so với lượng ester. Dung dịch NaOH ban đầu có nồng độ là CddNaOH. Ta theo dõi tốc độ phản ứng bằng cách xác định lượng dung dịch NaOH ban đầu còn dư trong hỗn hợp phản ứng:
Gọi Vo, Vt, là thể tích dung dịch NaOH ban đầu còn trong hỗn hợp phản ứng ở các thời điểm t = 0, t, (là thời điểm phản ứng đã kết thúc).
Ta nhận thấy nồng độ NaOH trong hỗn hợp phản ứng sẽ tỷ lệ với thể tích dung dịch NaOH ban đầu còn lại ở các thời điểm khác nhau, nghĩa là:
Co NaOH = b = C1Vo Ct NaOH = b – x = C1Vt
Còn nồng độ ester trong hỗn hợp phản ứng tỷ lệ với thể tích NaOH tham gia phản ứng trong giai đoạn từ thời điểm t đến :
Co Ester = a = C1(Vo - ) Ct Ester = a – x = C1(Vt - ) Trong các liên hệ trên C1 là hằng số tỷ lệ.
Thay các giá trị trên vào phương trình (9):
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) hay ( ) (10) Xác định hằng số C1: Ở thời điểm t = 0, trong Vhh mL hỗn hợp (nồng độ NaOH trong hỗn hợp là CoNaOH (mol/L)) có Vo mL dung dịch NaOH ban đầu (có nồng độ là CddNaOH (mol/L)). Như vậy nồng độ NaOH trong hỗn hợp phản ứng là:
47 Mà C0 NaOH = C1V0 Suy ra III. THỰC NGHIỆM HOÁ CHẤT VÀ DỤNG CỤ III.1. Hoá chất Dụng cụ Số lượng
- Dung dịch Etyl acetat 0,005M - Erlen cổ mài 500 mL 03
- Dung dịch NaOH 0,01M - Erlen 250 mL 06
- Dung dịch HCl 0,01M - Ống đong 250 mL 02 - Phenolphtalein - Buret 25 mL 02 - Pipet 25 mL 02 - Becher 100 mL 02 - Nhiệt kế 100oC 01 - Ống sinh hàn 01 - Bể điều nhiệt 02 - Quả bóp cao su 01 TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM III.2. THÍ NGHIỆM 1- Phản ứng ở nhiệt độ phòng III.2.1
1. Dùng ống đong lấy 150mL dung dịch NaOH 0,01M và 150mL dung dịch acetatetyl 0,005M cho vào hai erlen 500mL khác nhau. Đậy nút kín.
2. Chuẩn bị 6 erlen 250mL. Dùng buret để rót vào mỗi erlen 12,5mL dung dịch HCl 0,01M.
3. Đổ nhanh dung dịch NaOH vào dung dịch ester, đậy nút lại và lắc mạnh. Thời điểm này là thời điểm bắt đầu phản ứng t = 0.
4. Sau 5, 10, 20, 30, 40, 50 phút dùng pipet hút 25 mL hỗn hợp phản ứng cho vào 1 erlen chứa acid HCl.
5. Chuẩn độ HCl dư trong erlen trên bằng dung dịch NaOH 0,01M, chất chỉ thị là phenolphtalein. Ghi lại thể tích dung dịch NaOH đã dùng để chuẩn độ VNaOH cđ.
48
6. Sau 50 phút phản ứng, cho bình chứa hỗn hợp phản ứng vào bể điều nhiệt 1 rồi đun hoàn lưu cách thủy hỗn hợp phản ứng còn thừa đến 70o
C. Giữ ở nhiệt độ đó trong 45 phút.
7. Lấy bình chứa hỗn hợp phản ứng ra khỏi bể điều nhiệt, để nguội đến nhiệt độ phòng, sau đó lấy mẫu và chuẩn độ như trên. Ở 70oC phản ứng xảy ra rất nhanh nên sau 45 phút có thể coi phản ứng đã hoàn tất và dữ kiện thu được khi chuẩn độ NaOH lần này ứng với thời điểm t =.
THÍ NGHIỆM 2- Phản ứng ở nhiệt độ T = 40oC III.2.1
1. Điều chỉnh nhiệt độ của bể điều nhiệt 2 ở 40oC.
2. Chuẩn bị hai bình chứa dung dịch NaOH và ester với lượng dung dịch giống như thí nghiệm 1.
3. Ngâm 2 bình đựng NaOH và ester vào bể điều nhiệt 2 trong 20 phút để đạt nhiệt độ T = 40o
C rồi mới đổ NaOH vào ester cho phản ứng.
Lưu ý: trong quá trình phản ứng phải ngâm bình đựng hỗn hợp phản ứng trong bể điều nhiệt để giữ nhiệt độ phản ứng không đổi.
4. Tiến hành thí nghiệm tương tự như thí nghiệm 1.
IV. KẾT QUẢ BÁO CÁO
1. Tính thể tích NaOH còn trong 25mL hỗn hợp phản ứng ở các thời điểm Vt NaOH = VHCl – VNaOH cđ = 12,5 - VNaOH cđ (mL)
2. Tính hằng số C1:
Với Vhh = 25 mL , CddNaOH = 0,01M
Tính các hằng số tốc độ phản ứng ở các thời điểm. Tính hằng số tốc độ trung bình kT1 và kT2
Tính kT1 và kT2 bằng phương pháp bình phương cực tiểu
Tính năng lương hoạt hóa của phản ứng theo phương trình (6).
V. CÂU HỎI CHUẨN BỊ
Viết biểu thức tính hằng số tốc độ phản ứng tổng quát và của phản ứng thủy phân ester trong NaOH. Giải thích các đại lượng.
Nêu nguyên tắc tính năng lượng hoạt hóa của phản ứng khi biết hằng số tốc độ ở hai nhiệt độ khác nhau.
Trình tự tiến hành thí nghiệm như thế nào ? Tìm liên hệ giữa thể tích NaOH dùng để chuẩn độ HCl và thể tích dung dịch NaOH ban đầu có trong hỗn hợp phản ứng.
49
Bài 7: ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA DUNG DỊCH
I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
- Nắm nguyên tắc đo độ dẫn điện của dung dịch chất điện ly.
- Áp dụng đo độ dẫn điện của dung dịch các chất điện ly mạnh NaCl, HCl, CH3COONa và chất điện ly yếu CH3COOH.
- Xác định độ phân ly và hằng số phân ly Ka của CH3COOH.
II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ NGUYÊN TẮC
II.1 ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LY
II.1.1 CÁC ĐỊNH NGHĨA
Dung dịch điện ly là vật dẫn điện loại hai, dẫn điện theo cơ chế ion. Nếu dung dịch điện ly được đặt vào điện trường giữa hai điện cực, các ion sẽ chuyển động về các điện cực trái dấu, tạo thành dòng điện đi qua dung dịch. Cả cation và anion đều tham gia vào quá trình dẫn điện.
Điện trở của bất kỳ vật dẫn nào dù là loại một hay loại hai đều phụ thuộc vào bản chất vật dẫn, tiết diện và độ dài vật dẫn. Điện trở của lớp dung dịch điện ly nằm trong không gian giữa hai điện cực (như hình bên):
(1)
Với: là điện trở riêng, ứng với vật dẫn có S = 1 cm2 và L = 1 cm.
S và L là tiết diện và độ dài của lớp dung dịch nằm trong hình hộp
Độ dẫn điện là đại lượng nghịch đảo của điện trở:
(Ω-1)
Với χ độ dẫn điện riêng.
Độ dẫn điện riêng là nghịch đảo của điện trở riêng, nên chính là độ dẫn của khối dung dịch nằm giữa hai cạnh đối diện của hình lập phương có cạnh là 1 cm:
50 Với = k được gọi là hằng số bình.
Ngoài ra, người ta còn dùng đại lượng độ dẫn điện đương lượng. Độ dẫn điện đương lượng là độ dẫn điện của khối dung dịch chứa 1 đương lượng gam chất điện ly nằm giữa hai điện cực đối diện nhau và cách nhau 1 cm:
(Ω-1cm2dlg-1 = S.cm2dlg-1) (4) Với CN là nồng độ đương lượng của dung dịch (đlg/l).
Độ dẫn điện đương lượng phụ thuộc vào nồng độ dung dịch: tăng khi nồng độ giảm và đạt đến giá trị độ dẫnđiện đương lượng giớihạn khi nồng độ vô cùng loãng.
II.2 XÁC ĐỊNH ĐỘ DẪN ĐIỆN GIỚI HẠN λ
Chấtđiệnlymạnh: (= 1)
Đối với chất điện ly mạnh (NaCl, HCl...), có sự liên hệ giữa độ dẫn điện đương lượng và nồng độ của dung dịch loãng biểu diễn bởi phương trình thực nghiệm của định luật Kohlrausch I :
√ (5)
Với a là hằng số.
CN là nồng độ đương lượng của dung dịch.
Làm thực nghiệm thay đổi nồng độ dung dịch, đo độ dẫn, vẽ đường thẳng (√ ). Dựa vào đường thẳng này, ngoại suy đến √ = 0 ta sẽ xác định
được λ
Đối với dung dịch vô cùng loãng, Kohlrausch chứng minh được rằng: hiệu độ dẫn điện đương lượng của hai muối có chung một ion là đại lượng không đổi.
Ví dụ: . Điều này chúng tỏ mỗi ion đóng góp một phần vào λ và do đó ta suy ra công thưc tổng quát cho độ dẫn điện dương đương lượng giới hạn:
(6)
Với: được gọi là độ dẫn điện đương lượng giới hạn của ion dương và âm. Phương trình (6) chính là nội dung định luật II của Kohlrausch về sự chuyển động độc lập của các ion trong dung dịch.
51 Chấtđiệnlyyếu: (0 < < 1)
Với các chất điện ly yếu, do độ dẫn điện không tuân theo định luật I của Kohlrausch nên rất khó xác định . Trong trường hợp này, khi dung dịch vô cùng loãng, ta dùng công thức (6) để tính .
Ví dụ: áp dụng công thức (6) để tính
Như vậy khi đã biết ta có thể suy ra được
II.3 XÁC ĐỊNH ĐỘ PHÂN LY VÀ HẰNG SỐ PHÂN LY Ka CỦA ACID
YẾU
là độ dẫn điện đương lượng khi α = 1. Dung dịch càng loãng, độ phân ly α
càng tiến gần đến 1. Vậy khi 0 < α < 1, độ dẫn điện đương lượng thì bằng α phần của : λ= α
(7)
Xét cân bằng của acid CH3COOH:
CH3COOH CH3COO- + H+ C0(1-α) αC0 αC0 Hằng số phân ly:
[ ] [ ]
[ ] (8)
Trong đó: C0 là nồng độ ban đầu của dung dịch CH3COOH
Phương trình (8) chỉ được áp dụng cho dung dịch loãng, khi có thể bỏ qua tương tác giữa các ion.
III. THỰC NGHIỆM
III.1 HÓA CHẤT VÀ DỤNG CỤ
Hoá chất Dụng cụ Số lượng
- Dung dịch CH3COOH 0,02N - Máy đo độ dẫn 01
- Dung dịch NaCl 0,02N - Bình định mức 100 mL 02