Báo cáo thực hành Hóa lí - Bài 1: Điều chế dung dịch keo và xác định ngưỡng keo tụ

1 BÀI 1. ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH KEO VÀ XÁC ĐỊNH NGƢỠNG KEO TỤ. I. MỤC ĐÍCH: Điều chế dung dịch keo Fe(OH)3. Xác định ngưỡng keo tụ của dung dịch này với chất điện li Na2SO4. II. KIẾN THỨC LÍ THUYẾT: -Hạt keo là hạt có kích thước nằm giữa hạt vĩ mô và hạt vi mô.Vì vậy, ta có thể điều chế dung dịch keo bằng cách ngưng tụ từ dung dịch thực hoặc phân tán từ hệ phân tán thô. -Phương pháp ngưng tụ: tập hợp các hạt có kích thước nhỏ thành hạt có kích thước lớn như hạt keo.Có thể làm bằng phản ứng hóa học hoặc thay thế dung môi -Phương pháp phân tán: dùng năng lượng cơ, điện, chất điện liđể phân tán các hạt lớn về kích thước hạt keo. Ví dụ:Điều chế keo AgI bằng phƣơng pháp ngƣng tụ: +Keo âm: dùng pipet cho vào bình nón 20ml dung dịch KI 0,05N. Từ buret cho từng giọt AgNO3 0,05N vừa thêm vừa lắc cho đến hết khoảng 18- 20ml AgNO3 0,05N, ta được hạt keo âm có cấu tạo: [(AgI)m.nI (n-x)K + ] x- .xK + +Keo dương: cho vào bình nón 20ml dung dịch AgNO3 0,05N. Từ buret cho từng giọt KI 0,05N vừa thêm vừa lắc cho đến hết khoảng 15- 18ml KI, ta được hạt keo dương có cấu tạo: [(AgI)m.nAg (n-x)NO3 - ].xNO3 - Chú ý: thử dấu của keo bằng cách lấy 1 mảnh giấy lọc, một đầu nhúngvaof dung dịch keo. Vì giấy lọc làm từ xenlulo khi thấm nước sẽ tích điện âm. Nếu hạt keo tích điện âm thì nó sẽ theo mao quản của giấy lọc mà lan đi xa. Nếu hạt keo tích điện dương thì nó bị giữ lại ở đầu chỗ nhúng của giấy lọc. 2 TRẢ LỜI CÂU HỎI: 1)Dung dịch keo là gì? Có mấy cách điều chế dung dịch keo? -Dung dịch keo là hệ phân tán trong đó các hạt của chất phân tán có đường kính cỡ 10-7 đến 10-9. -Có 2 phương pháp điều chế dung dịch keo: +Phân tán từ hệ phân tán thô. +Ngưng tụ từ dung dịch thực. 2)Viết cấu tạo hạt keo dương AgI và hạt keo âm H2SiO3? -Keo dương AgI: [(AgI)m.nAg (n-x)NO3 - ].xNO3 - . -Keo âm H2SiO3: [(H2SiO3)m.nSiO3 2- .(2n-x)K + ].xK + . 3)Ngưỡng keo tụ là gì? Nó phụ thuộc vào những yếu tố nào? -Ngưỡng keo tụ: là nồng độ tối thiểu của dung dịch keo để có thể xảy ra quá trình keo tụ. -Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ: +Nồng độ. +Nhiệt độ. +Khuấy trộn. +Thời gian. +Chất điện li  quan trọng và có ý nghĩa nhất. +Yếu tố bên ngoài. III. PHẦN THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ: 1.Dụng cụ và hóa chất: -Đèn cồn :1 cái -Cốc chịu nhiệt 250ml :1 cái -Pipet1, 2, 10ml :2 cái mỗi loại -Ống nghiệm :12 cái -Kiềng sắt + lưới Amiang :1 bộ -Dung dịch FeCl3 10% -Dung dịch Na2SO4 0,002M 3 -Nước cất 2.Cách tiến hành: Điều chế dung dịch keo Fe(OH)3: -Cho 95ml nước cất vào cốc chịu nhiệt 250ml đun sôi trên đèn cồn. -Dùng pipet hút chính xác 5ml dung dịch FeCl3 10% rồi nhỏ từng giọt vào cốc nước đang sôi cho đến hết. -Đun sôi tiếp 5 phút rồi lấy ra đẻ nguội bằng nhiệt độ phòng ta được dung dịch keo Fe(OH)3. Hình ảnh minh họa Xác định ngƣỡng keo tụ: Ống 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 H2O 9.0 8.9 8.8 8.7 8.6 8.5 8.4 8.3 8.2 8.1 Na2SO4 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Fe(OH)3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Hiện tượng - - - - + + + + + + Tổng cộng mỗi ống là 10ml Quan sát ống nào đục(keo tụ) đánh dấu (+), ống nào trong đánh dấu (-). Lấy ống đục đầu tiên để tính kết quả theo công thức   1000. . 2 421 V SONaV  Trong đó: V1 là thể tích của dung dịch Na2SO4 V2 là thể tích dung dịch keo  là ngưỡng keo tụ (mmol/l) IV.XỬ LÍ SỐ LIỆU VÀ TÍNH TOÁN KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM: 4   1000. . 2 421 V SONaV  = 8,01000. 1 002,0.4,0  (mmol/l) Vậy ngưỡng keo tụ là: 0,8(mmol/l) Nhận xét: Nồng độ chất điện li đóng vai trò quan trọng nhất đến quá trình keo tụ. Sự khác biệt giữa dung dịch thực và dung dịch keo là: -Hạt keo có kích thước lớn hơn phân tử nên tốc độ khuếch tán chậm hơn phân tử. -Các hạt keo có kích thước nhỏ nên thường không bền về mặt nhiệt động có xu hướng liên kết lại với nhau thành các hạt có kích thước lớn hơn  diện tích bề mặt giảm năng lượng bề mặt giảm(có lợi về mặt năng lượng) V. NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN: 5 BÀI 2: XÁC ĐỊNH HẰNG SỐ CÂN BẰNG CỦA PHẢN ỨNG KI + I2 = KI3 TRONG DUNG DỊCH NƢỚC I.MỤC ĐÍCH: Áp dụng định luật phân bố để xác định hằng số cân bằng trong nước của phản ứng: KI2 + I2 = KI3 II. KIẾN THỨC LÝ THUYẾT: Ta biết rằng, khi hai chất lỏng không tan vào nhau thì hỗn hợp sẽ được tách làm hai (lớp nặng hơn ở dưới và nhẹ hơn ở trên, chính xác hơn là: chất có tỉ trọng lớn hơn nằm dưới). Nếu ta thêm 1 chất thứ 3 nào đó có khả nng hoà tan trong hai chất kia thì chất đó sẽ phân bố giữa hai chất lỏng tạo thành hai dung dịch cân bằng có nồng độ khác nhau. Đây chúng ta giả thiết rằng giữa chất tan và môi trường không có phản ứng hoá học xảy ra. Theo nhiệt động học, ở điều kiện cân bằng, thể hóa học của chất tan trong hai pha phải khác nhau. µ1 = µ 01 + RTlna1 µ2 = µ 02 + RTlna2 µ 01 và  02 là thế hoá tiêu chuẩn của chất tan trong dung môi tương ứng: a1, a2 là hoạt độ của chất tan trong hai dung môi. Theo điều kiện cân bằng ta viết: µ 01 + RTlna1 = µ 02 + RTlna2  02 - 01 = RT ln 2 1 a a ở nhiệt độ không đổi ta có thể viết: ln 2 1 a a = RT 21   = Const hay : 2 1 a a = exp        RT 21  = K K được gọi là hệ số phân bố, K chỉ phụ thuộc vào bản chất các chất và nhiệt độ .Đối với dung dịch loãng có thể thay hoạt độ của chất tan bằng nồng độ Cách tính trên chỉ đúng khi các chất không làm thay đổi sự tab lẫn của hai chất lỏng và các chất tan không có sự phân ly hoặc kết hợp 6 Nếu có sự phân ly của chất tan trong 1 pha: giả sử chất tan KA phân bố giữa dung môi 1 và 2, trong dung môi 1 chất K không phân ly (Hình 3) KAK + + A - KA Nếu gọi nồng độ của KA trong dung môi 1 là C1 và độ phân ly của của KA là α thì nồng độ của từng ion trong dung môi là αC1. Nồng độ KA không phân ly là (1 – α ) C1 .Khi đó hằng số phân ly của KA là: KPL=-   )1(1 2 1 2   C C )1( 1 2    C (1- )= PLK C1 2 KPL là hằng số phân ly Mặt khác phân tử KA không phân ly lại nằm cân bằng với KA trong dung môi 2 hệ số phân bố: KPB = 2 1 )1( C C  = MKC C 2 2 1 2 hay K PB KPL = 2 2 1 2 C C = K K PB là hằng số phân bố Nếu có sự kết hợp của chất tan trong l pha thì K= PL PB K K TRẢ LỜI CÂU HỎI: Câu 1: Phát biểu và viết biểu thức của định luật phân bố. Định luật phân bố : nếu ta thêm một chất thứ ba nào đó có khả năng hòa tan trong 2 chất kia thì chất đó sẽ phân bố giữa hai chất lỏng tạo thành 2 dung dịch cân bằng có nồng độ khác nhau 7 Nếu C1 và C2 là nồng độ của cấu tử chất tan trong hai dung môi 1 và 2, khi cân bằng ở nhiệt độ không đổi, thì t số C1/C2 là một hằng số và được gọi là hệ số phân bố K K= 2 1 C C Câu 2: Chứng minh rằng với cùng một lượng dung môi nếu tiến hành chiết nhiều lần thì có lợi hơn chiết một lần. Cùng một lượng dung môi nếu tiến hành chiết nhiều lần thì có lợi hơn chiết một lần vì: Chiết một lần lượng chiết được là: m=a.(1- cKVV V 0 0 ) - Lần chiết thứ nhất: Vc Nồng độ chất tan trong dung môi chiết: Vc xa 1 V0,a Nồng chất tan trong dung dịch: 0V x K= 0 1 1 V x Vc xa  K. cV xa V x 1 0 1  x 1 =a. cVKV V .0 0  -Lần chiết thứ 2: Nồng độ chất tan trong dung môi chiết: cV xx 21  Nồng độ chất tan trong dd: 0 2 V x 8 K= 0 2 21 V x V xx c  x2=x1. cVKV V .0 0  Thay x1 đã tính được ở trên vào công thức tính x2: x2=a.( 2 0 0 ) . cVKV V  Sau lần chiết thứ n: xn=a.( n cVKV V ) .0 0  Lượng chất chiết được sau n lần chiết là: m=a.                 n cKVV V 0 01  Chiết n lần có lợi hơn chiết 1 lần. Câu 3: Viết biểu thức tính K phân bố và K cân bằng, cho biết chúng phụ thuộc vào những yếu tố nào. Công thức tính hằng số phân bố: K=exp        RT 0102  = 2 1 a a Hằng số phân bố chỉ phụ thuộc vào bản chất các chất và nhiệt độ. Công thức tính hằng số cân bằng đối với pứ trong bài này: KCB=     2 3 IKI KI Hằng số cân bằng phụ thuộc nồng độ, nhiệt độ, áp suất và bản chất của các chất. Câu 4: Tại sao khi chuẩn bị độ I2 trong dung dịch H20 thì không nên cho hồ tinh bột vào ngay từ đầu và khi chuẩn I2 trong dung dịch CCl4 phải thêm dung dịch KI vào. 9 -Khi chuẩn độ I2 trong dd H2O thì không nên cho HTB vào ngay từ đầu vì: HTB có cấu tạo dạng xoắn  hấp thụ I2 gây sai số chuẩn độ. -Phải thêm dd KI vào để hòa tan I2 vì: KI + I2  KI3 Khi thêm đ KI vào   KI tăng cân bằng dịch chuyển theo chiều thuận là chiều tạo KI3. III. PHẦN THỰC NGHIỆM: Áp dụng định luật phân bố để xác định hằng số cân bằng của phản ứng KI + I2  KI3 trong nước Trong môi trường nước có hằng số cân bằng KCB=     2 3 IKI KI (1) Cân bằng dị thể của I2 giữa hai lớp tuân theo định luật phân bố: K=     42 2 2 CCL OH I I Như vậy nếu ta pha 1 trong hai hỗn hợp I2 trong nước và CCL4 rồi chuẩn độ lượng l2 trong 2 lớp ta sẽ tính được KPB.Ta sẽ xác định được lượng I2 trong lớp nước.Chuẩn độ I2 trong lớp nước ta sẽ thu được lượng (I2) tổng cộng bao gồm I2 tự do và I2 đã ở trong KI3 (tức là KI3). KI + I2 KI3 Phản ứng KI + I2 KI3 trong nước o đó ta tính được:(KI3)=(I2)TC-(I2)H 2 O I 2 iết nồng độ [KI ban đầu là [KI0 ta sẽ tính được nồng độ [KI khi cân bằng : [KI]cb =[KI0]-[KI3] iết (I2)H 2 O , [KI3]cb , [KI]cb ta sẽ tính K theo (1) 10 .Dụng cụ v h chất: Ph u chiết 250ml : 2 cái ình nón 500ml (nút mài) : 2 cái ình nón 100ml (nút mài) : 2 cái Cốc 100ml : 2 cái ình nón 250ml : 2 cái Pipet 1,2,5,10,25 ml : 2 cái uret 25 ml hoặc 50 ml : 6 cái KI 0,1N và 1N :1 cái I2 bão hòa trong CCl4 :2 cái Na2S203 0,01 và 0,001N ồ tinh bột 2.Cách tiến h nh: Hình ảnh minh họa Cho vào 2 bình nón nút mài mỗi bình 10ml I2 trong CCl4 . ình thứ nhất thêm vào 10ml nước cất ,bình thứ hai thêm vào 50ml KI 0,1N.Đậy nắp ,lắc k trong vòng 30 phút ,thỉnh thoảng mở nút cho hơi CCl4 bay ra. Sau khi lắc xong cho vào hai ph u chiết để yên trên giá cho hệ tách lớp. Chiết lấy lớp CCl4 (phần dưới) vào hai bình nón nút mài 100ml. Phần còn lại vẫn để nguyên trong ph u chiết Tiến hành chuẩn độ: -Chuẩn độ I2 trong CCl4 bằng Na2S203 0,01N: Mỗi lần lấy chuẩn 1ml + 10ml KI 0,1N chuẩn cho màu dung dịch chuyển từ nâu sang vàng rơm mới cho hồ tinh bột vào.Chuẩn đến khi dung dịch mất màu xanh thì 11 dừng lại (chú ý: khi chuẩn cần lắc mạnh để I2 trong CCl4 chuyển lên hết lớp KI). Chuẩn 3 lần lấy kết quả trung bình - Chuẩn I2 trong lớp nước bằng Na2S203 0,001N :Mỗi lần chuẩn lấy 10ml III/XỬ LÝ SỐ LIỆU VÀ TÍNH TOÁN KẾT QUẢ Phương trình phản ứng: Na2S3O2 + I2 =Na2S4O6 + 2NaI Theo định luật đương lượng: Ta có: CN(Na 2 S 2 O 3 ). V(Na 2 S 2 O 3 ) = CN(I 2 ). V((I 2 ) CN(I 2 ) =      2 322322 I OSNaOSNaN V VC Vậy theo số liệu ta có: Ph u 1:  2I H 2 O = 2.10 25.001,0 =1,25.10 -3 M  2I CCl 4 = 2.1 6,20.01,0 = 0,103 M Ph u 2:  2I TC = 2.2 5.7.01,0 =0,01875 M  2I CCl 4 = 2.1 83.5.01,0 =0,02915 M Dung dịch Na2SO4 Dung dịch I2 (mẫu chuẩn) Nồng độ(N) V(ml) V(ml) Nồng độ(N) Phễu 1 Lớp H2O 0,001N 25 10 1,25.10 -3 Lớp CCl4 0,01N 20,6 1 0,103 Phễu 2 Lớp KI 0,01N 7,5 2 0,01875 Lớp CCl4 0,01N 5,83 1 0,02915 12 Theo định luật phân bố: KPB =     4 2 2 2 CCl OH I I = 103,0 10.25,1 3 =0,01214 Ta có:  2I H 2 O = KPB .  2I CCl 4 (Ph u 2) = 0,01214.0,02915=3,53881.10 -4 M  3KI =  2I TC -  2I H 2 O =0,01875 - 3,53881.10 -4 =0,0184 M   0 KI = 06,0 1,0.05,0 = 12 1 M  KI CB =   0 KI -  3KI = 12 1 - 0,0184 = 0,06493 M Vậy hằng số cân bằng của phản ứng: KI + I2 KI3 KCB =      2 3 IKI KI CB = 410.53881,3.06493,0 0184,0  =800,74 Vậy: KCB = 800,74 IV.NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN: ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... 13 BÀI 3: XÁC ĐỊNH NĂNG LƢỢNG HOẠT HÓA CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC. I. Mục đích: Xác định năng lượng hoạt hóa E của phản ứng thủy phân etyl axetat: CH3COOC2H5 + H2O H CH3COOH + C2H5OH II. Kiến thức lý thuyết : Xét phản ứng: A → A + Phản ứng đi qua trung thái trung gian bằng cách tạo ra phức chất hoạt động A → X* → A + Để hình thành phức trung gian phải cung cấp cho hệ một năng lượng hoạt hóa E1. Quá trình ngược lại phải cung cấp cho hệ một năng lượng hoạt hóa E2. Ta thấy mức năng lượng của AB lờn hơn mức năng lượng A+B là ∆H = E2+E1. Như vậy có nghĩa là phản ứng theo chiều thuận là phản ứng thu nhiệt. Vậy trạng thái X* là trạng thái chung cho phản ứng thuận và phản ứng nghịch. Mức năng lượng X gọi là thềm năng lượng mà một phản ứng muốn tiến hành được phải vượt qua mức năng lượng đó. Như vậy năng lượng hoạt hóa là năng lượng cần thiết đẻ bổ sung vào hệ để cho hệ có năng lượng bằng hoặc lớn hơn mức X*. ài này xác định năng lượng hoạt hóa của phản ứng: CH3COOC2H5 + H2O  CH3COOH + C2H5OH Theo phương trình Arrhenius: lg 1 2 T T k k = 575,4 E .        12 11 TT Như vậy nếu xác định được hằng số tốc độ k ở nhiệt độ T1 và T2 ta sẽ xác định được E. 14 Nếu khi thực hiện phản ứng (1) lấy lượng nước là rất lớn hơn nhiều lần so với etylaxetat thì ta có thể xem nồng độ nước là không thay đổi và phản ứng tiến hành theo cơ chế bậc 1. Phương trình động học có dạng : lg t k xC C 303.2 1 0 0   Trong đó: C 0 là nồng đọ etylaxetat ban đầu. x là lựợng etylaxetat đã phản ứng ở thời gian t Vậy muốn xác định k 1 thì ta phải xác định nồng độ ở các thời điểm khác nhau rồi từ đó tính ra. TRẢ LỜI CÂU HỎI: Câu 1: Năng lượng hoạt hóa là gì? - Năng lượng họat hóa là năng lượng dư tối thiểu mà hệ phản ứng cần phải có so với năng lượng trung bình của hệ ban đầu để phản ứng có thể xảy ra. Câu 2: Nhiệt độ có ảnh hưởng như thế nào đến tốc độ phản ứng? - Sự ảnh hưởng của nhiêt độ tới vận tốc của phản ứng là: nếu nhiệt độ phản ứng càng cao thì phản ứng xảy ra càng nhanh. Câu 3: Nồng độ NaOH có ảnh hưởng gì đến chuẩn độ? - Sự ảnh hưởng của nồng độ NaOH tới chuẩn độ là : không nên dùng nồng độ quá loãng vì khó phát hiện điểm tương đương, không nên dùng nồng độ cao d dẫn dến sai số lớn. Nồng độ NaOH hay dùng là 0,1N. III. Phần thực nghiệm: 1. Dụng cụ hóa chất: Bình tam giác nút mài 250ml : 2 cái ình tam giác nút thường 250ml : 6 cái Bình cầu đáy tròn 250 ml : 1 cái Sinh hàn thẳng : 1 cái Ống hút 10ml : 2 cái Buret 25ml : 1 cái 15 Bếp cách thủy : 2 cái Nhiệt kế 100 0 C : 1 cái CH 3 COOC 2 H 5 tinh khiết NaOH 0,1N Phenolftalein 2. Cách tiến hành: Tiến hành 2 thí nghiệm song song giống nhau, chỉ khác nhau về nhiệt độ tiến hành. 1 thí nghiệm tiến hành ở nhiệt độ phòng, 1 thí nghiệm tiến hành ở nhiệt độ phòng + 10 0 C Cách làm: Cho vào hai bình tam giác 250ml nút mài, mỗi bình 100ml HCl 0.1N, một bình để ở nhiệt độ phòng, bình còn lại cho vào bếp cách thủy đun ở nhiệt độ phòng + 10 0 C. Sau đó cho vào mỗi bình 5ml etylaxetat nguyên chất. Lắc đều và tính thời gian từ đó. Xác định V 0 : Lấy 10ml dung dịch ở một trong hai bình tam giác chuẩn độ bằng NaOH 0,1N với chỉ thị phenolftalein(dung dịch chuyển sang màu hồng thì dừng ). Xác định V  : Lấy 10ml dung dịch ở bình tam giác còn lại cho vào bình cầu có sinh hàn, đặt vào bình cách thủy đun ở nhiệt độ 80-90 0 C trong vòng 120 phút (thỉnh thoảng lắc và cho ít nước cất qua sinh hàn). Lấy ra để nguội bằng nhiệt độ phòng, rồi đem định phân toàn bộ bằng NaOH 0,1N. Xácđịnh V t : Trong hai bình trên, cứ 20 phút lấy ra mỗi bình 10ml để chuẩn độ (nhớ cho thêm 10ml nước cất và 3 giọt phenolftalein) chuẩn bằng NaO 0,1N cho đến khi màu hồng xuất hiện. Làm 5-6 lần. 3. Kết quả thí nghiệm:V 0 = 9,6ml, V  = 36ml T 01 T(phút) V t 20 40 60 80 100 120 10,3 11 11,6 12,6 13,3 13,7 T 02 (T1+10) T(phút) V t 20 40 60 80 100 120 11 12,2 13,6 15 16 17,2 16 4. Xử lý kết quả: Gọi V 0 là thể tích NaOH cần để chuẩn lượng Cl ban đầu có trong 10ml lấy mỗi lần chuẩn. Như vậy giá trị (V t - V 0 ) là thể tích cần thiết để chuẩn lượng CH3COOH sinh ra do phản ứng thủy phân sau thời gian t. Từ đó ta suy ra lượng etylaxetat đã phản ứng x sau thời gian t tỉ lệ với (V t - V 0 ), do vậy ta viết x=m((V t - V 0 ), trong đó m là hệ số tỉ lệ. Một cách tương tự như vậy, lượng CH3COOC2H5 đã phản ứng ở thời điểm vô cùng sẽ tỉ lệ với (V  - V 0 ). Lượng này chính bằng lượng CH3COOC2H5 ban đầu C 0 523 HCOOCCH = m (V  - V 0 ). Do vậy ta có lg (V  - V t )=lg (V  - V 0 ) - 303,2 1tk Tính E theo công thức: lg 1 2 T T k k = 575,4 E .        12 11 TT Suy ra: E= . ..575,4 12 21 TT TT  lg 1 2 T T k k t(phút) 20 40 60 80 100 120 lg(V  -V t ) t =25 0 C 1.410 1.398 1.387 1.369 1.356 1.348 lg(V  -V t ) t =35 0 C 1.398 1.377 1.350 1.322 1.301 1.274 Vẽ đồ thi xác định k 1T và k 2T k 1T =-2,303tg , k 2T =-2,303tg  Tính E theo công thức: lg 1 2 T T k k = 575,4 E .        12 11 TT  E= . ..575,4 12 21 TT TT  lg 1 2 T T k k (cal/mol) 17 Biểu đồ xác định K v K2 y = -0.0013x + 1.4246 y = -0.0006x + 1.4234 1.26 1.28 1.3 1.32 1.34 1.36 1.38 1.4 1.42 0 20 40 60 80 100 120 140 Thời gi n(t) L g (V c- V t) Nhiệt độ phòng Nhiệt độ phòng+10 Linear (Nhiệt độ phòng+10) Linear (Nhiệt độ phòng) - Dựa vào đồ thị ta có: tg = -0,0006  1T k = 1,3818.10 -3 tg  = -0.0013  2T k =2,9939.10 -3 -Thay vào công thức: E= . ..575,4 12 21 TT TT  lg 1 2 T T k k suy ra: E=14100(cal/mol) Vậy: Năng lượng hoạt hóa của pứ này trong môi trường axit là: E=14100(cal/mol) IV. NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN: ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... 18 BÀI 4: HẤP PHỤ ĐẲNG NHIỆT VÀ PHƢƠNG TRÌNH FRENDLICH I/ MỤC ĐÍCH: Xác định sự hấp phụ axit axetic bởi than hoạt tính trong dung dịch nước II/ KIẾN THỨC LÝ THUYẾT: Sự hấp phụ chất không điện ly hoặc chất điện ly yếu trên ranh giới phân chia pha rắn lỏng thuộc vào loại đặc tính hấp phụ phân tử và tuân theo phương trình Gibbs. Nếu chất tan bị hấp phụ một lượng lớn hơn dung môi thì sự hấp phụ đó gọi là hấp phụ dương, còn ngược lại là hấp phụ âm. Sự hấp phụ của các chất hữu cơ cùng một dãy đồng đẳng tuân theo quy tắc Traube: Sự hấp phụ giảm với sự tăng chiều dài mạch bởi vì với sự tăng kích thước phân tử tiết diện sử dụng của chất hấp phụ để hấp phụ bị giảm, các phan tử lớn không bị rơi vào lỗ hẹp của chất hấp phụ. Sự hấp phụ trên ranh giới rắn lỏng tuân theo quy tắc thăng bằng độ phân cực của Rebindis: Các chất bị hấp phụ trên ranh giới phân chia pha chỉ xãy ra trong trườn hợp nếu do sự có mặt của nó ở lớp bề mặt làm cho hiệu số độ phân cực của pha bị giảm . Để đo sự hấp phụ, người ta cho một lượng cân chính xác chất hấp phụ vào các thể tích như nhau của dung dịch chấ bị hấp phụ. Lượng chất bị hấp phụ được tính như là hiệu số nồng độ đầu và nồng độ cân bằng trong các thể tích như nhau của dung dịch. Trong các dung dịch loãng, thông thường người ta không tính sự hấp phụ của dung môi. Theo các dữ kiện thực nghiệm xây dựng đồ thị sự phụ thuộc khối lượng chất bị hấp phụ vào nồng độ cân bằng của nó trong dung dịch. Sự hấp phụ trên vật xốp từ dung dịch loãng được mô tả bằng phương trình thực nghiệm Frenlich: X/m = k C n Trong đó: X là số mol chất bị hấp phụ (mol/l) m là khối lượng chất hấp phụ (g) C là nồng độ cân bằng (mol/l hay mmol/l) 19 k là hằng số tương ứng cho khối lượng của chất bị hấp phụ ở nồng độ cân bằng. n là hằng số (n = 0,1 ÷ 0,5) Để tìm hằng số k và n thì chuyển phương trình trên thành dạng khác: lg m x = lgk + nlgC và tg = n = C m x lg lg   Khi đó đồ thị phụ thuộc lg(x/m) vào lgC là đường thẳng như hình 6 TRẢ LỜI CÂU HỎI : Câu 1: Hấp phụ là gì? Có mấy loại hấp phụ ? -Hấp phụ là quá trình chất chứa các phân tử chất khí,lỏng hay chất hòa tan lên bề mặt phân cách pha. Bề mặt phân cách pha có thể là khí- lỏng, khí- rắn hay lỏng-lỏng, lỏng- rắn *Phân loại hấp phụ:có 2 loại hấp phụ : là hấp phụ vật lí và hấp phụ hóa học. Câu 2: Những thuyết nào đã học về hấp phụ? *Có 3 thuyết đã học về sự hấp phụ - Thuyết hấp phụ đẳng nhiệt frendlich - thuyết của Langmuir - Thuyết của Bet Câu 3 : Giải thích cách tính các hằng số k, n? -Giải thích cách tính các hằng số n, K +Dựa vào đồ thị phụ thuộc giữa Lg(x/m) và LgC ta biết được tg . Lại có : tg = n. -Thay n vào phương trình lg  m x lgK+n.lgC. Ta rút ra được K. Câu 4 : Những sai số nào có thể gặp trong quá trình thí nghiệm? -Những sai số nào có thể gặp trong quá trình thí nghiệm. 20 + Sai số chủ quan : sai số trong quá trình cân, chuẩn độ, đong, tính toán kết quả. + Sai số khách quan : do dụng cụ thí nghiệm, hóa chất Ví dụ : Chuẩn độ là quá trình đi xác định điểm tương đương, từ điểm tương đương ta suy ra nồng độ chất cần xác định. Thế nhưng trong thực tế ta không thể tìm được chỉ thị thay đổi màu tại điểm tương đương mà chỉ có chỉ thị thay đổi màu trước và sau điểm tương đương thôi. Như vậy trong quá trình chuẩn độ tất yếu phải xảy ra sai số chỉ thị. III/ PHẦN THỰC NGHIỆM: 1/Dụng cụ Bình tam giác 250ml: :12 cái Ph u lọc 100 :6 cái Ống hút 2,5,10,25ml :mỗi loại 1 cái Buret 25ml :1 cái Giấy lọc :1 hộp 2/Hóa chất CH3COOH 0,4N :1 lít NaOH 0,1N :1 lít Chỉ thị Phenolftalein :1 lọ 3/Cách làm Cho vào 6 bình tam giác theo tỉ lệ: Bình 1 2 3 4 5 6 CH3COOH 0,4N 50 40 30 20 10 5 Nước cất(ml) 0 10 20 30 40 45 Than hoạt tính (g) 1 1 1 1 1 1 Lắc mạnh khoảng 30 phút, sau đó để yên 15 phút cho cân bằng rồi lọc dung dịch vào 6 bình khác. Chuẩn độ mỗi bình dung dịch sau khi hấp phụ 2-3 lần rồi lấy kết quả trung bình. 21 Chú ý:Mỗi lần chuẩn lấy 10ml và cho thêm 3 giọt phenolftalein, chuẩn độ bằng dung dịch NaO 0,1N đến khi xuất hiện màu hồng Kết quả thí nghiệm được ghi vào bảng sau: Bình 1 2 3 4 5 6 VNaOH 1 35.5 27,7 20 12,9 5,7 2,3 2 35,6 28 20,1 12,8 5,8 2,3 3 35,4 27,9 20 12,7 5,7 2,3 V NaOH 35,5 27,87 20,03 12,8 5,73 2,3 IV. XỬ LÝ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Khối lượng axit bị hấp phụ được tính theo công thức sau: A= V m CC . 1000 21  Trong đó: C1 ,C2 là nồng độ axít trước và sau khi hấp phụ. V:thể tích dung dịch lấy ra để hấp phụ(50ml) m:Khối lượng vật bị hấp phụ(than 1g) Tính toán t đƣợc bảng số liệu sau: C1 0,4 0,32 0,24 0,16 0,08 0,04 C2 0,3550 0,2787 0,2003 0,128 0,0573 0,023 C 0,045 0,0413 0,0397 0,032 0,0227 0,017 310.  m x 2,25 2,065 1,985 1,6 1,135 0,85 Lg(x/m) -2.77 -2.69 -2.83 -2.8 -2.95 -3.07 LgC -0.44 -0.56 -0.68 -0.9 -1.24 -1.64 22 Đồ thị phụ thuộc lg(x/m) v o lgC y = 0.3604x - 2.4858 -3.1 -3.05 -3 -2.95 -2.9 -2.85 -2.8 -2.75 -2.7 -2.65 -2.6 -1.8 -1.6 -1.4 -1.2 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 lgC L g (x /m ) (lgC,lgx/m) Linear ((lgC,lgx/m)) - Dựa vào đồ thị ta có: n=tg =0,3604 Lgk=-2,4858  k=3,27.10-3 V. NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN : ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... Hình ảnh minh họa 23 BÀI 5: NHIỆT HÓA HƠI CỦA CHẤT LỎNG. I. MỤC ĐÍCH: -Xác định nhiệt hóa hơi của nước. II. KIẾN THỨC LÍ THUYẾT: -Nghiên cứu hiện tượng chuyển pha của chất tinh khiết không có phản ứng hóa học kèm theo. -Một trong những đặc trưng quan trọng nhất của chất lỏng là áp suất hơi bão hòa, nó đặc trưng cho khả năng bay hơi của một chất. -Phương trình Clauperon-Claudiut nêu lên mối quan hệ giữa áp suất hơi bão hòa và nhiệt độ như sau: VT H VVT H dT dP       )( 12 Trong đó: :H nhiệt hóa hơi V2: thể tích của pha hơi V1: thể tích của pha lỏng -Nếu cho rằng ở nhiệt độ sôi T và áp suất P, thể tích mol của chất lỏng và của hơi cân bằng là V1 và V2 tương ứng, thì công do hệ sinh ra để thay đổi thể tích sẽ bằng: A= P.(V2-V1) = P.V Đạo hàm của công thức theo nhiệt độ ta có: dT dA dT dP dP VdP dT dA V1 1     (1) Đạo hàm lấy theo điều kiên V không đổi vì áp suất chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, khônh phụ thuộc vào thể tích. Ở nhiệt độ sôi chúng có cân bằng L=H. Vì vậy theo nguyên lí thứ 2 của nhiệt động học thì nhiệt hóa hơi bằng nhiệt của quá trình thuận nghịch: dT H dT dA   o đó biểu thức (1) có thể viết: 24 )( 12 VVT H VT H dT dP       (2) Để d dàng trong việc nghiên cứu cân bằng lỏng -hơi hay tinh thể- hơi, phương trình Clauperon-Claudiut có thể đơn giản hóa với các điều kiện sau: Vhơi>Vlỏng (hay V hơi>V tinh thể) do đó ta có thể bỏ qua v lỏng hay V tinh thể trong (2). Ở điều kiện thường điều này cũng được đảm bảo: Sau khi bỏ qua V1 và thay V2=RT/P vào (2) ta được: 22 ln RT H dT Pd hay RT H PdT dP     Lấy tích phân bất định của phương trình ta có: lnP = - B RT P   hay lgP = - B T A  (1) Trong đó:A= 575,40303,2.987,1 HH    R=1,987 Cal/mol độ, A có thứ nguyên là độ Phương trình (1) ứng với sự phụ thuộc tuyến tính: LgP = f(1/T) (như hình 7) Lấy tích phân hữu hạn phương trình trên ta có :             1 11 .023,2 lg 21 2 2 2 1 2 1 TTR H P P RT H PdT dP T T P P (2) Biết áp suất hơi bão hoà của chất lỏng ở hai nhiệt độ sôi ta có thể xác định được nhiệt hóa hơi của chất lỏng đó dựa theo phương trình (2) TRẢ LỜI CÂU HỎI : 1)Chuyển pha là gì ? Có mấy loại chuyển pha, cho ví dụ ? -Chuyển pha là quá trình chuyển từ pha này sang pha khác. -Có 2 loại chuyển pha : +Loại 1 : là quá trình chuyển pha kèm theo sự biến thiên nhảy vọt của đạo hàm bậc 1 thế nhiệt động. lgP 1/T tg RA / 25 +Loại 2 : là quá trình chuyển pha kèm theo sự biến thiên nhảy vọt của đạo hàm bậc 2 thế nhiệt động. 2)Với điều kiện nào thì H được tính theo công thức : lnP = - B RT P   . Áp dụng khi : cân bằng lỏng – hơi hay tinh thể - hơi. 3)Bình ổn áp có vai trò gì trong phòng thí nghiệm ? Bình ổn áp có vai trò giữ cho áp suất ổn định trong phòng thí nghiệm. III. PHẦN THỰC NGHIỆM : 1.Dụng cụ : -Bình chứa chất lỏng -Ống sinh hàn -Nhiệt kế -Bình bảo hiểm -Ổn áp -Khóa -Đèn cồn 2. Cách làm : thiết bị áp suất hơi bão hòa : Phần bay hơi gồm : Bình 2 cổ để chứa chất lỏng nghiên cứu, một cổ để cắm nhiệt kế, một cổ để cắm sinh hàn hồi lưu. Phần thay đổi áp suất và đo áp suất : Gồm có máy hút chân không, bình ổn áp, các khóa để có thể nối hệ thống chân không với khí quyển hay phần bay hơi. Tiến hành : Đóng khóa 8, mở khóa 7 rồi cho máy hút chân không chạy để áp suất trông hệ giảm dần. Trong khi hệ đã đạt được độ chân không nhất định thì đóng khóa 7 lại, tắt máy. Khi áp suất trong hệ bằng áp suất bên ngoài khí quyển thì mức thủy ngân ở 2 nhánh qua ống chữ u ngang nhau. Dộ chênh lệch mức thủy ngân trên áp kế chính là độ chênh lệch giữa áp suất khí quyển và áp suất của hệ. 26 P = (Pk – h) mmHg Pk : Áp suất khí quyển Giá trị Pk đọc trên áp kế có trong phòng thí nghiệm. Để nguyên chất lỏng trong hệ, dùng đèn cồn đun nóng chất lỏng trong bình cầu, theo dõi nhiệt độ sôi. Khi nào thấy nhiệt độ ngừng thay đổi thì ghi lấy nhiệt độ đó vào bảng đồng thời ghi giá trị h trên áp kế. Sau đó tiếp tục đun chất lỏng ở áp suất cao hơn bằng cách điều chỉnh khóa 7 thật từ từ cho không khí vào hệ để áp suất của hệ tăng lên 40mm g (tức là h giảm xuống 40mm) rồi đóng khóa lại. Đun cho chất lỏng sôi ở áp suất mới. Ghi nhiệt độ và chiều cao h tương ứng. Cứ như vậy ghi các nhiệt độ khác nhau ở các áp suất khác nhau cho đến khi áp suất trong hệ bằng áp suất ngoài khí quyển. Chú ý : Trước khi tiến hành thí nghiệm phải thử độ kín của hệ thống bằng cách hút chân không của hệ thống rồi khóa chặt van 7, van 8. Để yên trong 5-10 phút. Nếu thấy chiều cao mức thủy ngân không thay đổi xem như hệ thống đã kín hoàn toàn. Cho nước qua sinh hàn liên tục để làm lạnh hơi. h(mmHg) P = Pk - h lgP t 0 C T 0 K 1/T 422 338 2.529 79 352 0.00284 380 380 2.580 81 354 0.00283 338 422 2.625 83.5 356.5 0.00281 300 460 2.663 87.5 360.5 0.00277 260 500 2.699 88 361 0.00277 226 534 2.728 89.5 362.5 0.00276 187 573 2.758 91.5 364.5 0.00274 146 614 2.788 94 367 0.00273 107 653 2.815 95.5 368.5 0.00271 67 693 2.841 97.5 370.5 0.00270 0 760 2.881 100 373 0.00268 IV.XỬ LÍ KẾT QUẢ : 27 Trên cơ sở những dữ kiện thu được xây dựng đồ thị sự phụ thuộc của lgP vào 1/T Đồ thị phụ thuộc củ lgP v o /T y = -2100.7x + 8.513 2.5 2.55 2.6 2.65 2.7 2.75 2.8 2.85 2.9 2.95 0.00265 0.0027 0.00275 0.0028 0.00285 1/T lg P (1/T,lgP) Linear ((1/T,lgP)) -Dựa vào đồ thị ta có: A=2100.7   1H 4,575.2100,7= 9610,7 (a) -Dựa vào công thức ta cũng tính được : tg T P A /1 lg    = -2100.7 1/T lgP 28 Nhiệt hóa hơi của nước: 12 1 2 21 2 lg575,4 TT P P TT H   =10122(cal/mol) (b) Từ (a) và (b) suy ra : Sai số giữa tính theo đồ thị thực nghiệm và theo công thức là : S= %05,5100. 10122 101227,9610 100. 2 21      H HH Vậy: H 10122 511(cal/mol) V. NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN: ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... .........................................................................................................................