XÁC ĐỊNH KHỐI LƢỢNG PHÂN TỬ OXI
Bài 9: XÁC ĐỊNH NHIỆT CỦA PHẢN ỨNG HểA HỌC
9.I. LÍ THUYẾT
- Tất cả các quá trình hóa học xảy ra kèm theo hiệu ứng nhiệt (nhiệt có thể tỏa ra hay thu vào) - Hiệu ứng nhiệt của một quá trình:
- Phụ thuộc vào trạng thái các chất, nhiệt độ, áp suất
- Hiệu ứng nhiệt xác định ở điều kiện chuẩn gọi là biến thiên entanpi chuẩn ΔH298
- Hiệu ứng nhiệt tính cho một mol chất tạo thành từ các đơn chất bền ở trạng thái chuẩn gọi là
sinh nhiệt chuẩn của một chất.
H2 (kh)+ ẵO2 (kh)→ H2O(kh) ΔH0298 = - 241,83kJ.mol-1 - Hiệu ứng nhiệt tỏa ra khi đốt cháy hòa toàn 1
mol chất bằng oxi ở điều kiện chuẩn để tạo thành các oxit bền vững gọi là thiêu nhiệt chuẩn.
- Nhiệt hòa tan là hiệu ứng nhiệt kèm theo khi
hòa tan một mol chất tan vào một lƣợng khá lớn dung môi để thu đƣợc một dung dịch loãng.
- Xác định biến thiên entanpi của quá trình hòa tan bằng 2 phương pháp:
a. Phương pháp nhiệt lượng kế.
- Đo lƣợng nhiệt thay đổi của hệ
Là một bình chứa chất lỏng đã biệt nhiệt dung có vỏ bọc cách nhiệt với môi trường xung quanh, có lắp nhiệt kế chính xác để đo sƣ thay đổi của nhiệt
độ, que khuấy để cân bằng nhiệt của cả hệ.
b. Phương pháp tính toán - Dựa vào định luật Hess:
Hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học chỉ phụ
thuộc vào bản chất, trạng thái của chất phản ứng và sản phẩm phản ứng mà không phụ thuộc vào cách tiến trình của quá trình nghĩa là số lƣợng và đặc trƣng của các giai đoạn trung gian
9.II. THỰC HÀNH
- Dùng nhiệt kế Mahan xác định nhiệt phản ứng Mg + HCl, nhiệt trung hòa HCl + NaOH, nhiệt hình thành Mg2+(H2O)n
9.II.1. Nguyên tắc
- Xác định sự tạo thành Mg2+(H O) bằng lƣợng
nhiệt thóat ra trong phản ứng
Mg(r) + 2H3O(+) → Mg2+(dd) + H2 + 2H2O ΔH1 (1) - Xác định biến thiên entanpi của phản ứng trung hòa: 2H3O(+) + OH(-) → 2H2O ΔH2 (2)
- Từ các giá trị ΔH1, ΔH2 dựa vào định luật Hess tính entanpi của quá trình
Mg(r)+ 2H3O(+)→ Mg2+(dd) + H2 + 2OH- ΔH3 (3)
- Nhân phương trình (2) với 2 lấy phương trình (1) trừ đi phương trình (2): ΔH3 = ΔH1 - 2ΔH2
- Xác định ΔH1, ΔH2 dùng nhiệt lƣợng kế Mahan - Lƣợng nhiệt thoát ra cần xác định đã làm tan nước đá, V chung của hỗn hợp H2O(l) + H2O(r) giảm
- Độ giảm ΔV quan sát được, nước đá tan mực
nước trong pipet giảm xuống
-Từ thể tích nước đá tan ra đo được trên pipet có thể tính đƣợc lƣợng nhiệt thoát ra trong phản
ứng.
- Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa ΔV và thời gian. Độ giảm ΔV0 đƣợc xác định:
9.II.2. Hóa chất và dụng cụ:
a. Hóa chất: HCl 2,0M,
NaOH 2,0M, Mg, (sợi hay phoi bào), nước đá.
b. Dụng cụ:
- Hỗn hợp nước + nước đá cho vào lọ thủy tinh
ΔV0
(4). Đậy chất lọ bằng nút cao su (6) có 3 lỗ để đặt ống đầu tròn (1), pipet (2), ống thủy tinh có khóa nhám (3).
- Tháo khóa nhám lắc lọ nhiều lần cho tan hết bọt khí bám bên ngoài ống (1).
- Đặt tất cả vào cốc 1l hay hộp nhựa chứa đầy nước + nước đá
- Chất đá lên nút cao su
- Lấy 5ml HCl 2,0M cho vào ống (1) để yên 20 phút, cho nhiệt độ của toàn nhiệt lƣợng kế đạt 0oC.
- Thổi vào ống (3) sao cho nước dâng lên pipet đến vạch 0, rồi lập tức đóng khóa nhám lại. Mức nước trong pipet vẫn xuống chậm do nhiệt xung
- Đo mực nước trong pipet 30 giây một lần đến khi thay đôi rất chậm (0,005ml/phút) thì mỗi phút đọc 1 lần trong 5 phút. Sau đó thêm vào ống (1) 2,5.10-3 mol Mg.
- 30 giây đọc mực nước trong pipet 1 lần đến khi thay đổi chậm (0,014ml/phút) thì mỗi phút đọc 1 lần trong 5 phút.
- Làm lại thí nghiệm lấy giá trị trung bình của biến thiên entanpi tạo thành của Mg2+
- Chuẩn bị nhiệt lƣợng kế, cho 10ml dung dịch HCl 2,0M vào ống (1).
- Đọc thể tích trong pipet, mỗi phút 1 lần trong 5 phút.
- Làm lạnh 20ml NaOH 2,0M, trong cốc khác
đựng nước đá 0oC
- Dùng pipet lấy 10ml dung dịch này cho vào ống (1). Đọc thể tích 30 giây 1 lần, sau đó 1 phút 1 lần - Làm lại thí nghiệm để lấy giá trị trung của ΔG
phản ứng trung hòa 8.II.4. Tính kết quả.
- Vẽ đồ thị sự phụ thuộc của ΔV vào t từ đồ thị đó xác định độ giảm thể tích ΔV0 của hỗn hợp nước + nước đá do nhiệt phản ứng thoát ra.
Thể tích nước đá = mnướcđátan/Dnướcđá (1) Thể tích nước lỏng tạo thành
= mnướcđátan/Dnướclỏng (2)
Lấy (1) – (2) ta có: ΔV0 = 1/dnướcđá – 1/dnước (3) - Thay ΔV và giải phương trình (3) tìm được m
nước đá tan.
Lượng nhiệt giải phóng ra = mnước đá tan x 332,73J/g (332,73J/g là lượng nhiệt làm tan 1 gam nước đá Biến thiên entanpi của cả hai phản ứng: - Kim loại với axit, phản ứng trung hòa giữa HCl + NaOH
ΔH = Lƣợng nhiệt giải phóng/Số mol chất phản ứng
- Ở 0oC Dnướcđá = 0,9164g.ml-1, Dnướclỏng = 0,9999g.ml-1
Bài 10
XÁC ĐỊNH NHIỆT TRUNG HềA VÀ NHIỆT HềA TAN BẰNG NHIỆT LƢỢNG KẾ ĐƠN GIẢN
10.I. ĐO NHIỆT CỦA PHẢN ỨNG TRUNG HềA
1 2 4 3
5
6
1. Cốc 400ml. 2. Cốc nhựa 3. Năp xốp. 4. Que khuấy 5. Nhiệt kế. 6. Nước
- Lấy chính xác 75 ml HCl 1,8M vào nhiệt lƣợng kế rồi đo nhiệt độ bằng nhiệt kế. Lấy chính xác 75 ml NaOH
1,8M vào cốc 100ml đo chính xác nhiệt độ.
- Đổ nhanh vào dung dịch HCl khuấy đều.
- Theo dừi sự tăng nhiệt độ, ghi nhiệt độ dừng lại ở mức cao nhất.
- Lăp lại qui trình này với 75ml HCl 1,8M và 75ml NaOH 1,8M lần 2
- Chú ý nhiệt lượng kế phải khô trước mỗi thí nghiệm.
- Tính nhiệt phản ứng trung hòa cho 2 phép đo (Nếu hai giá trị khác nhau đáng kể thì làm lại thí nghiệm lần 3.
- Nhiệt phản ứng trung hòa đƣợc tính gần đúng nhƣ sau: Nhiệt trung hòa = Nhiệt hấp thụ bởi
dung dịch = khối lƣợng x tỉ nhiệt dung dich x biến thiên nhiệt độ của dung dịch
ΔH = m.C. Δt
-Khối lƣợng dung dịch m = D(dd) x V(dd), D chấp nhận khối lƣợng riệng của H2O bằng 0,9999gml-1 do đó m (dd) = V(dd).
10.II. ĐO NHIỆT HềA TAN CỦA MUỐI
- Lấy chính xác 100ml nước cất ở nhiệt độ phòng cho vào nhiệt lƣợng kế.
- Cẩn thận đo nhiệt độ của nước trong nhiệt lƣợng kế
- Cân chính xác khoảng 5 gam KNO3 (đã nghiền nhỏ) rối cho ngay 1 lần vào nước, khuấy mạnh
cho chóng tan.
-Ghi nhiệt độ thấp nhất đạt đƣợc trong quá trình hòa tan
- Kết thúc sự hòa tan kiểm tra xen trong nhiệt
lƣợng kế KNO3 đã tan hết chƣa nếu chƣa tan làm lại thí nghiệm với lƣợng KNO3 ít hơn.
-Tính nhiệt hòa tan bằng công thức:
- m là khối lƣợng H2O + khối lƣợng KNO3 đem dùng. Tỉ nhiệt C = 3,908Jg.độ.
- Tính hiệu ứng nhiệt chính xác hơn
+ Cân dung dịch thây cho việc tính qua D
+ Tính nhiệt dung của nhiệt lƣợng kế thay vì xem
ΔH = m.C.Δt
nhiệt lƣợng kế là một vật không hấp thụ nhiệt.
- Hiệu chỉnh tỉ nhiệt của dung dịch
10.III. XÁC ĐỊNH NHIỆT DUNG CỦA NHIỆT LƢỢNG KẾ
-Lấy chính xác 75g H2O ở nhiệt độ phòng vào nhiệt lƣợng kế + thêm 75g H2O nóng 40oC (đo chính xác, khuấy, rồi ghi lại nhiệt độ cao nhất đạt đƣợc ở nhiệt lƣợng kế
- Nhiệt dung nhiệt lƣợng kế tính theo công thức:
1 d c 2 c d
m .C.(t - t ) = [(m .c) + C](t - t )
Ở đây: m là khối lượng nước nóng
m2 là khối lượng nước lạnh
c là tỉ nhiệt của nước = 4,17Jg.độ C nhiệt dung của nhiệt lƣợng kế
tc, tđ là nhiệt độ đầu và nhiệt độ cuối -Tính đƣợc C của nhiệt lƣợng kế, tính
= Nhiệt hấp thụ bởi dung dịch + nhiệt
hấp thụ bởi lượng nhiệt kế = Trọng lương dung dịch x tỉ nhiệt dung dịch + nhiệt dung nhiệt
lƣợng kế x Δt Bài 11
ĐỘ TAN CỦA CÁC CHẤT 11.I. LÍ THUYẾT
- Ở nhiệt độ (t0) và p áp suất nhất định, quá trình hòa tan tự diễn ra khi: ΔG = ΔH – TΔS < 0
ΔH ΔH
ΔHht và TΔSht ảnh hưởng đến khả năng hòa tan của chất.
-Khi ΔGht < 0 quá trình hòa còn diễn ra dung dịch chƣa bão hòa.
- Khi ΔGht = 0 hệ ở trạng thái cân bằng dung dịch bão hòa
- Entanpi hòa tan: ΔHht = ΔHs + ΔHcp (ΔHs < 0, ΔHcp > 0
- Entropi hòa tan: ΔSht gồm hai hợp phần ảnh
hưởng đến TΔSht đó là ΔScp có thể có giá tri (+) hay (-) tùy trạng thái của chất hòa tan
Bài 11. XÁC ĐỊNH NHIỆT HIĐRAT HểA CỦA