V. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ XỬ LÍ 1 Kết quả thí nghiệm
Bài 29: ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG GIỮA IODIDE VÀ HYDROGEN PEROXIDE
VÀ HYDROGEN PEROXIDE
I. MỤC ĐÍCH
– Xác định hằng số tốc độ của phản ứng oxi hoá iodide bằng hydrogen peroxide trong môi trường acid ở các nhiệt độ khác nhau.
– Xác định năng lượng hoạt hoá của phản ứng.
II. CƠ SỞ LÍ THUYẾT
Phản ứng oxi hoá iodide bằng hydrogen peroxide trong môi trường acid xảy ra chậm theo phương trình hoá học sau:
2I– + 2H+ + H2O2 I2 + H2O (1)
Để thực hiện phản ứng, có thể sử dụng hỗn hợp dung dịch sodium iodide, dung dịch sulfuric acid và dung dịch hydrogen peroxide làm chất phản ứng. Khi đó, lượng hydrogen peroxide tham gia phản ứng bằng lượng iodine sinh ra sau phản ứng (1) và được chuẩn độ bằng dung dịch sodium thiosulfate với chỉ thị là hồ tinh bột theo phương trình:
2 2
2 2 3 4 6
I 2S O 2I S O (2)
Phản ứng (2) xảy ra tức thời nên tốc độ của cả quá trình chính là tốc độ của phản ứng chậm nhất (1).
Theo phương trình (1), tốc độ phản ứng oxi hoá iodide bằng hydrogen peroxide trong môi trường acid sẽ phụ thuộc vào nồng độ I–, H+ và H2O2. Nếu trong dung dịch có lượng dư sodium thiosulfate thì nồng độ của I– có thể được coi là không đổi trong suốt quá trình thực hiện phản ứng. Nếu giữ nồng độ H+ không đổi, tốc độ của phản ứng (1) chỉ phụ thuộc vào nồng độ H2O2. Khi đó, phản ứng oxi hoá iodide bằng hydrogen peroxide trong môi trường acid tuân theo động học phản ứng bậc 1 và hằng số tốc độ phản ứng có thể được xác định theo công thức:
1 a
k ln t a x
Trong đó, a là nồng độ ban đầu của H2O2 và x là nồng độ H2O2 đã phản ứng sau thời gian t phút.
III. HOÁ CHẤT, DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ 1. Hoá chất 1. Hoá chất
– Dung dịch NaI 0,40 % – Dung dịch H2SO4 1,000 M – Dung dịch H2O2 0,025 M
– Dung dịch Na2S2O3 chuẩn 0,025 M – Dung dịch (NH4)2MoO4 1,000 M – Dung dịch hồ tinh bột 0,50 %.
2. Dụng cụ, thiết bị
– Các dụng cụ thuỷ tinh thông dụng: cốc, ống nghiệm, bình nón, đũa thuỷ tinh, pipet, buret.
– Bình điều nhiệt – Đồng hồ bấm giây.
IV. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
– Cho 100,00 mL dung dịch NaI 0,40 % và 5,00 mL dung dịch H2SO4 1,0 M vào bình nón thứ nhất (1) có dung tích 250 mL. Cho 15,00 mL dung dịch H2O2 0,025 M vào bình nón thứ hai (2) có dung tích 50 mL. Đưa cả hai bình nón vào trong bể điều nhiệt, ổn định ở nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ phòng khoảng 10oC.
– Chuẩn bị buret chứa dung dịch Na2S2O3 0,025 M.
– Sau khoảng 10 phút, dung dịch trong bể điều nhiệt đã đạt nhiệt độ ổn định, rót dung dịch ở bình nón (2) vào bình (1) thêm 1,00 mL dung dịch Na2S2O3 0,025 M từ buret và thêm 3 giọt dung dịch hồ tinh bột. Khuấy nhẹ hỗn hợp phản ứng.
– Chuẩn bị đồng hồ bấm giây và bấm nút khởi động khi trong hỗn hợp phản ứng xuất hiện màu xanh tím để xác định thời điểm t0. Thêm nhanh 1,00 mL dung dịch Na2S2O3 tiếp theo từ buret vào hỗn hợp phản ứng, lắc đều và ghi lại thời điểm t1 là thời điểm hỗn hợp phản ứng xuất hiện lại màu xanh tím lần nữa.
– Tiếp tục thêm 1,00 mL dung dịch Na2S2O3 vào hỗn hợp phản ứng và xác định thời gian xuất hiện lại màu xanh tím cho đến khi quá trình được thực hiện 6 lần.
– Thêm vào hỗn hợp phản ứng 5 giọt dung dịch ammonium molybdate 1,0 M để phản ứng xảy ra đến cùng. Lượng iodine sinh ra tiếp tục được chuẩn độ bằng Na2S2O3 từ chính buret chứa Na2S2O3 đang sử dụng cho đến khi hỗn hợp phản ứng mất màu hoàn toàn. Tổng thể tích Na2S2O3 đã sử dụng tương đương với thể tích dung dịch H2O2 đã lấy.
– Thực hiện thí nghiệm tương tự ở nhiệt độ phòng.
V. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ XỬ LÍ 1. Kết quả thí nghiệm 1. Kết quả thí nghiệm
Ghi lại kết quả thí nghiệm trong bảng sau:
TT Thời gian (phút) Thể tích dung dịch Na2S2O3 đã sử dụng, X (mL) 2 2 2 2 3 2 2 2 2 3 H O Na S O H O Na S O V V V V X k (phút) 1 2 3 4 5 2. Xử lí kết quả
– Hằng số tốc độ phản ứng được tính theo công thức sau:
2 2 2 2 3 2 2 2 2 3 H O Na S O H O Na S O V V 1 k ln t V V X Trong đó: 2 2 2 2 3 H O Na S O
V V là thể tích H2O2 ở thời điểm t0 (mL); X là thể tích dung dịch H2O2 đã phản ứng. Ở thời điểm t1, X =
2 2 3 Na S O V , ở thời điểm t2, X = 2 2 3 Na S O 2V ,...
– Xác định hằng số tốc độ ở mỗi thời điểm t. Sự chênh lệch về giá trị hằng số tốc độ phản ứng không được vượt quá 10 %. Tính giá trị hằng số tốc độ phản ứng trung bình và năng lượng hoạt hoá của phản ứng.
– Bậc phản ứng và giá trị hằng số tốc độ phản ứng trung bình có thể được xác định bằng phương pháp đồ thị, dựa trên đường biểu diễn sự phụ thuộc của ln V H O VNa S O X theo thời gian.
Thời gian (phút) t0 t1 t2 t3 t4 t5 2 2 2 2 3 H O Na S O V V X 2 2 2 2 3 H O Na S O ln V V X
VI. CÂU HỎI BỔ SUNG
1. Hiện tượng nào trong quá trình thực hiện thí nghiệm chứng tỏ rằng phản ứng oxi hoá iodide thành iodine xảy ra với tốc độ tương đối chậm, trong khi đó phản ứng oxi hoá iodine tự do trong dung dịch bằng sodium thiosulfate lại xảy ra với tốc độ rất nhanh?
2. Điều kiện nào đảm bảo rằng tốc độ của phản ứng chỉ phụ thuộc vào nồng độ H2O2 trong quá trình thực hiện phản ứng?
3. Mục đích của việc sử dụng ammonium molybdate trong thí nghiệm là gì? Vai trò của (NH4)2MoO4 là gì? Việc cho thêm ammonium molybdate có ảnh hưởng như thế nào đến phản ứng oxi hoá iodide bằng hydrogen peroxide trong môi trường acid? Tại sao chỉ cho 5 giọt (NH4)2MoO4?