PHA DUNG DỊCH VÀ CHUẨN ĐỘ
− Pha dung dịch và chuẩn độ dung dịch
− Xác định tỷ trọng của dung dịch
Nồng độ dung dịch là lượng chất tan có trong một đơn vị khối lượng hoặc thể tích của dung dịch hoặc dung môi Trong hóa học, nồng độ có thể được biểu thị qua nhiều phương pháp khác nhau.
− Nồng độ phần trăm khối lượng (%) là số gam chất tan chứa trong 100 gam dung dịch
− Nồng độ mol (CM) là số mol chất tan chứa trong một lít dung dịch
− Nồng độ đương lượng (C N ) là số đương lượng gam chất tan chứa trong một lít dung dịch
− Nồng độ molan (C m hay m) là số mol chất tan trong 1000 gam dung môi
− Nồng độ phần mol (X i ) chỉ số mol chất i chia cho tổng số mol của các chất có mặt trong dung dịch
Dung dịch chuẩn là dung dịch có nồng độ đã biết chính xác Có hai cách pha chế dung dịch chuẩn
Để chuẩn bị dung dịch chuẩn, cần cân chính xác một lượng chất và hòa tan trong bình định mức, sau đó pha loãng bằng nước cất đến vạch ngấn Từ thể tích dung dịch và khối lượng chất tan, có thể tính được nồng độ dung dịch, thường là nồng độ đương lượng trong phân tích thể tích Quá trình pha chế này chỉ thực hiện với chất có độ tinh khiết hóa học cao, đảm bảo thành phần phù hợp với công thức và bền vững cả ở dạng rắn lẫn dung dịch Những chất đáp ứng các yêu cầu này được gọi là chất gốc.
Để pha chế dung dịch chuẩn độ mà không có chất gốc, trước tiên cần tạo ra dung dịch có nồng độ gần đúng, sau đó sử dụng dung dịch chất gốc để xác định lại nồng độ Ví dụ, dung dịch axít oxalic (H₂C₂O₄·2H₂O) có thể được dùng để xác định nồng độ dung dịch NaOH Trong các phòng thí nghiệm, "chất tiêu chuẩn" thường được sử dụng, bao gồm các chất rắn được cân chính xác hoặc thể tích dung dịch chuẩn độ được đo chính xác để pha chế 1 lít 0,1N Các chất này được cho vào ống thủy tinh nhỏ hàn kín, có hai chỗ thủy tinh lõm với thành ống rất mỏng (gọi là fixanal) Quy trình pha chế dung dịch chuẩn độ diễn ra theo các bước cụ thể với "chất tiêu chuẩn".
− Lau sạch chỗ thủy tinh mỏng ở một đầu
− Lấy đũa thủy tinh nhọn (3) chọc thủng đầu mỏng, lộn ngược ống hứng trên một phễu (2) đặt vào bình định mức
− Sau đó chọc thủng chỗ lõm thứ hai
Cho từ từ lượng hóa chất hoặc dung dịch vào bình định mức 1000ml, sau đó hòa tan và pha loãng dung dịch bằng nước cất cho đến vạch ngấn.
1.2.3 Pha chế dung dịch từ dung dịch có nồng độ khác
Là quá trình thêm nước cất vào để dung dịch có nồng độ nhỏ hơn Gọi C1, C 2 và
Trong quá trình pha loãng dung dịch, nồng độ và thể tích của dung dịch trước và sau khi pha loãng được ký hiệu là V1 và V2 Do lượng chất tan không thay đổi, ta có công thức C1V1 = C2V2 Nếu Vn là thể tích nước dùng để pha loãng, thì V2 có thể được biểu diễn dưới dạng V2 = V1 + Vn.
Ví dụ: cần thêm bao nhiêu ml nước vào 500ml dung dịch axít HCl 0,122N để có dung dịch axít HCl 0,100N
Giả sử trộn V 1 ml dung dịch chất A có nồng độ C 1 với V 2 ml dung dịch có nồng độ
C 2 thu được V ml = V 1 +V 2 dung dịch chất A có nồng độ C, và biểu thức trên có dạng:
Ví dụ cần thêm bao nhiêu ml dung dịch HCl đặc 12N vào 200ml dung dịch HCl 0,8N để có dung dịch HCl 1N
1.2.4 Xác định nồng độ dung dịch
1.2.4 Dụng cụ đo ty trọng phù kế
1.2.4.1 Phân biệt khối lượng riêng và tỷ trọng
Khối lượng riêng (density): là khối lượng của chất lỏng trên một đơn vị thể tích ở
15 o C và 101.325 kPa có đơn vị đo là kg/m 3
Tỷ trọng (Specific gravity) là tỷ lệ khối lượng của một thể tích chất lỏng ở nhiệt độ quy định so với khối lượng của cùng thể tích nước tinh khiết ở cùng hoặc khác nhiệt độ, với cả hai nhiệt độ được ghi rõ.
Phù kế là một ống phao thủy tinh dài, hàn kín và được chia thành các vạch nhỏ, với phần dưới có khối nặng để giữ thăng bằng Trọng lượng của khối nặng này thay đổi tùy thuộc vào chức năng của từng loại phù kế, giúp nó chìm trong chất lỏng và duy trì vị trí thẳng đứng Độ chìm sâu của phù kế cho phép xác định tỷ trọng của chất lỏng, và đôi khi còn được trang bị nhiệt kế để đo nhiệt độ đồng thời.
Hình 1.1 Dụng cụ đo tỷ trọng, phù kế
− Nguyên lý: dựa vào định luật Archimet;
Để xác định sơ bộ tỷ trọng của chất lỏng, trước tiên hãy sử dụng phù kế có thang chia rộng (từ 1 đến 1,8) Sau khi có kết quả sơ bộ, tiến hành đo chính xác hơn bằng phù kế có thang chia hẹp (ví dụ: từ 1,200 đến 1,400).
Để đo lường chất lỏng, hãy rót chất lỏng ở nhiệt độ xác định vào một ống đong thủy tinh cao, khô với dung tích 500mL Đảm bảo rằng khi nhúng phù kế vào, nó không chạm vào đáy của ống đong.
− Nhúng phù kế khô vào chất lỏng, ấn nhẹ phù kế xuống, nhưng không ấn quá mạnh, không để phù kế va vào đáy của ống đong;
Để đo tỷ trọng của chất lỏng, hãy để phù kế yên trong vòng 5-10 phút Sau đó, quan sát mức độ chìm của phù kế để xác định vị trí của nó trên thang chia, từ đó biết được tỷ trọng của chất lỏng.
− Cách đọc giống như đọc mức dung dịch ở các dụng cụ đo dung tích;
− Sau khi dùng rửa sạch phù kế, lau khô và đặt vào bao hoặc hộp riêng
Để đo tỷ trọng chính xác, nhiệt độ của chất lỏng cần phải phù hợp với nhiệt độ ghi trên phù kế, thường là 20°C Nếu dung dịch có nhiệt độ cao hơn mức này, cần lập bảng hiệu chuẩn để xác định sai số trong quá trình đo.
Hình 1.2 Cách đọc phù kế
Có nhiều loại phù kế đặc biệt như rượu kế và sữa kế, giúp xác định các đặc tính quan trọng của chất lỏng Nguyên tắc hoạt động của các thiết bị này dựa vào sự khác biệt về tỷ trọng của dung dịch với các nồng độ khác nhau, chẳng hạn như hàm lượng cồn hoặc chất béo Nhờ đó, người dùng có thể xác định tương đối chính xác hàm lượng của một số chất trong dung dịch.
Trên phù kế thường có 2 giá trị đọc: tỷ trọng và Độ Baume'
Bảng 1.1 Bảng chuyển đổi quan hệ giữa tỷ trọng và độ Baume’ Độ Baume' Tỷ trọng Độ Baume' Tỷ trọng Độ Baume' Tỷ trọng
3 1.021 28 1.239 53 1.576 Độ Baume' Tỷ trọng Độ Baume' Tỷ trọng Độ Baume' Tỷ trọng
23 1.189 48 1.495 72.5 2 Độ Baume' Tỷ trọng Độ Baume' Tỷ trọng Độ Baume' Tỷ trọng
1.2.4.3 Thí nghiệm đo tỷ trọng của một chất lỏng a Bằng phù kế
− Vệ sinh thật sạch ống đong và phù kế bằng các dung môi dễ bay hơi như aceton hay isopropan
− Rót mẫu từ từ vào ống đong thật khéo, tránh tạo bọt Nếu xuất hiện bọt thì dùng giấy lọc để thấm cho hết bọt
− Đặt ống đong chứa mẫu ở vị trí thẳng đứng ở nơi không gió và có nhiệt độ thay đổi ít hơn 2 o C trong suốt thời gian thử nghiệm
− Cho nhiệt kế thích hợp vào mẫu thử, khuấy nhẹ và ghi nhận nhiệt độ mẫu chính xác đến 0.1 o C
Nhấc nhiệt kế ra và thả từ từ phù kế vào mẫu, đảm bảo phù kế có thang đo phù hợp với giá trị cần đo Hãy để phù kế đạt vị trí cân bằng mà không làm ướt thân trên vạch, vì tại đó phù kế có thể nổi tự do.
Để đảm bảo phù kế hoạt động hiệu quả, cần thiết kế sao cho khi phù kế dừng lại, nó có thể nổi tự do mà không chạm vào thành ống Việc đọc số đo trên thang tỷ trọng kế phải được thực hiện một cách chính xác, đến 1/5 vạch thang đo.
Để đo tỷ trọng của chất lỏng, hãy ghi lại số đo trên thang đo khi mặt chính của chất lỏng cắt ngang thang đo Đặt mắt nhìn hơi thấp hơn mực chất lỏng và từ từ nâng lên đến bề mặt Ban đầu, bạn sẽ thấy hình elip méo, sau đó nó sẽ trở thành đường thẳng cắt ngang tỷ trọng kế.
KẾT TINH – THĂNG HOA – CHƯNG CẤT – ĐỘ TAN VÀ TÍCH SỐ TAN
− Tách chất bằng phương pháp kết tinh, thăng hoa và chưng cất
− Xác định điều kiện để hình thành một kết tủa trong dung dịch
− Khảo sát sự ảnh hưởng các ion đồng loại đến khả năng tạo tủa
Phương pháp tinh chế chất rắn dựa trên khả năng hòa tan của nó trong dung môi thích hợp Đầu tiên, cần đun sôi để hòa tan hoàn toàn chất rắn và lọc nóng để loại bỏ tạp chất không hòa tan Cuối cùng, làm lạnh dung dịch để chất rắn kết tinh trở lại.
Dung môi thích hợp phải hòa tan tốt chất rắn khi đun sôi, ít hòa tan nó khi làm lạnh và phải thỏa mãn các điều kiện sau:
− Không phản ứng với chất rắn cần tinh chế
− Không hòa tan tạp chất
− Dễ bay hơi ra khỏi bề mặt chất rắn khi làm khô
− Ít độc và rẻ tiền
Thăng hoa là quá trình chuyển đổi chất rắn thành hơi và sau đó ngưng tụ thành tinh thể mà không qua giai đoạn lỏng Phương pháp này thường được sử dụng để tinh chế các chất rắn có áp suất hơi bão hòa thấp Tuy nhiên, nó cũng có một số nhược điểm, bao gồm tốc độ quá trình chậm và sự hao hụt sản phẩm.
2.2.3 Phương pháp chưng cất dưới áp suất thường
Phương pháp chưng cất thường được sử dụng để tinh chế các chất lỏng có chứa các tạp chất rắn hòa tan hoặc các chất khó bay hơi
Chưng cất thuần dòng là quá trình mà chất lỏng được đun sôi để tạo thành hơi, sau đó hơi được dẫn qua ống sinh hàn và ngưng tụ thành chất lỏng Phương pháp này thường được áp dụng cho các chất lỏng bền khi được đun sôi ở áp suất thường.
Những chất lỏng có nhiệt độ sôi dưới 80 0 C thì đun bằng bếp cách thủy Những chất có nhiệt độ sôi cao hơn thì đun với bếp cách cát
2.2.4.1 Định nghĩa tích số tan
Tích số tan của một chất điện ly ít tan là sản phẩm của nồng độ các ion tự do trong dung dịch bão hòa ở nhiệt độ xác định, với các số mũ tương ứng là chỉ số của ion trong phân tử.
2.2.4.2 Điều kiện tạo kết tủa của chất điện ly ít tan
Với dung dịch chất điện ly ít tan A m B n ta có cân bằng sau:
Vì [A m B n ] = 1, nên K = [A +n ] m [ B -m ] n được xác định là một hằng số, gọi là tích số tan T Hằng số T này là một loại hằng số cân bằng, chỉ phụ thuộc vào bản chất của chất tan và nhiệt độ.
[A +n ] m [ B -m ] n = T: ta có dung dịch bão hòa trong đó vận tốc hòa tan bằng vận tốc kết tủa Kết tủa không tạo thành cũng không tan thêm vào dung dịch
Dung dịch A +n m và B -m n có tính chất chưa bão hòa, với vận tốc hòa tan lớn hơn vận tốc kết tủa Khi thêm chất rắn vào dung dịch, nó sẽ tiếp tục tan cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng.
Dung dịch quá bão hòa xảy ra khi tích số nồng độ của các ion lớn hơn tích số nồng độ bão hòa Khi đó, các ion sẽ kết hợp tạo thành kết tủa, tách ra khỏi dung dịch, dẫn đến việc giảm nồng độ của chúng cho đến khi đạt trạng thái bão hòa.
Dựa vào quy luật này, quá trình hòa tan hoặc kết tủa của các chất điện ly ít tan có thể được điều khiển bằng cách thêm vào các chất làm giảm nồng độ ion từ kết tủa Những chất này thường tạo phức bền với ion của kết tủa hoặc hình thành axit mạnh.
Ví dụ để hòa tan AgCl có thể dùng NH3 hay Na 2 S 2 O 3 vì những chất này tạo phức bền với Ag +
Ag + + 2NH 3 [Ag(NH 3 ) 2 ] + Muốn hòa tan CaCO3 ta thêm HCl
Để kết tủa một chất, cần thêm vào dung dịch một chất chứa ion đồng loại, hay còn gọi là ion chung, nhằm tăng nồng độ của ion kết tủa Ví dụ, dung dịch bão hòa của CaSO4 có T = [Ca2+].[SO42-] = 10^-5 Khi thêm CaCl2 0,01M hoặc Na2SO4 0,01M vào dung dịch này, tích số ion sẽ vượt quá tích số tan, dẫn đến việc tinh thể CaSO4 sẽ tách ra khỏi dung dịch.
- Axít Salicilic lẫn tạp chất
- Than hoạt tính (nến cần)
2.4.1 Thí nghiệm 1: Tinh chế muối ăn bằng phương pháp kết tinh lại
− Cân chính xác 10g muối ăn dạng rắn bằng cân kỹ thuật, cho vào becher 100ml có chứa sẵn khoảng 50ml nước cất
Đun nóng và khuấy đều cho đến khi muối hoàn toàn hòa tan Nếu dung dịch có màu, thêm khoảng 2-5% than hoạt tính theo trọng lượng chất cần tinh chế để loại bỏ tạp chất.
− Lọc dung dịch thu được bằng phễu lọc áp suất thường
− Cô cạn dung dịch muối qua lọc trên cho đến khi bắt đầu xuất hiện váng tinh thể thì dừng lại
− Để nguội, làm lạnh dung dịch bằng nước đá cho đến khi NaCl kết tinh hoàn toàn thì dừng lại
− Lọc chân không dung dịch thu được, lấy sản phẩm đem sấy trong tủ hút ở 80 0 C trong 10 phút
− Cân sản phẩm và xác định hàm lượng muối tinh khiết có trong mẫu ban đầu
− Thí nghiệm trên được thực hiện 3 lần, lấy kết quả trung bình
2.4.2 Thí nghiệm 2: Thăng hoa axít salicilic
− Cân chính xác 1 gam axít Salicilic nghiền mịn, cho vào bát sành nhỏ
Để thực hiện quy trình lọc, bạn cần sử dụng một tờ giấy lọc đã được khoét lỗ, đặt lên miệng chén sành với đường kính lớn hơn một chút so với miệng chén để tránh thất thoát hơi axít Sau đó, hãy lấy một phễu thủy tinh đã được nút chặt đáy và đặt ngược lên chén.
− Đun cách cát bát sành ở nhiệt độ khoảng 75 – 80 0 C cho đến khi phần lớn chất rắn ở đáy chén sành đã thăng hoa và bám vào giấy lọc
− Thu hồi và xác định khối lượng sản phẩm rắn
2.4.3 Thí nghiệm 3: Chưng cất aceton
− Cho vào bình Wurt 25ml aceton, thêm vào 1 ít đá bọt để dung dịch sôi đều Lắp đặt hệ thống chưng cất như hình vẽ
− Đun cách thủy hoặc trên bếp điện ở nhiệt độ khoảng 56 0 C - 58 0 C Dùng bình cầu 50ml đặt trong chậu nước lạnh để thu hồi sản phẩm qua ống sinh hàn
− Quá trình kết thúc khi thấy trong bình Wurt còn khoảng 3 - 5ml Xác định thể tích sản phẩm thu được
Hình 2.1 Sơ đồ lắp ráp hệ thống chưng cất đơn dung môi aceton
2.4.4 Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng của ion cùng loại đến độ tan
− Dùng pipet lấy 10 ml dung dịch CH 3 COONa 4N và 10 ml AgNO 3 0,1N cho vào Becher
− Khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, đem li tâm toàn bộ dung dịch và kết tủa trong máy li tâm, gạn bỏ phần nước phía trên
− Thêm 10 ml nước cất vào ống nghiệm đang chứa kết tủa, lắc nhẹ một lúc
− Li tâm cho tủa lắng hết xuống đáy ống nghiệm ta sẽ thu được dung dịch
CH 3 COOAg bão hòa bên trên Chia lượng dung dịch này làm 3 phần bằng nhau, cho vào 3 ống nghiệm:
− Ống 1: Thêm từ từ từng giọt dung dịch CH 3 COONa 4N vào (khoảng 2ml)
− Ống 2: Thêm khoảng 2ml dung dịch HNO 3 đậm đặc, sau đó đun nóng, ghi nhận mùi thoát ra
− Ống 3: Thêm vào vài giọt dung dịch NH 4 OH đậm đặc
− Quan sát và giải thích hiện tượng trong từng ống nghiệm
2.4.5 Thí nghiệm 5: Xác định điều kiện hình thành kết tủa
− Cho vào ống nghiệm thứ nhất 2 ml dung dịch CaCl2 0,0002 N và 2ml dung dịch
Na 2 SO 4 0,0002 N lắc đều và đun nhẹ
− Cho vào ống nghiệm thứ hai 2ml dung dịch CaCl20,2N và 2 ml dung dịch Na2SO 4 0,2N lắc đều đun nhẹ
− Quan sát hiện tượng xảy ra trong hai ống nghiệm Giải thích và viết phương trình phản ứng? Cho biết T CaSO4 = 10 -5
2.4.6 Thí nghiệm 6: So sánh khả năng tạo kết tủa của các ion trong cùng một dung dịch
− Dùng pipet lấy 1 ml dung dịch NaCl 0,5N; 1 ml dung dịch KI 0,5N; 2,5 ml nước cất và 0,5 ml dung dịch HNO 3 2N cho vào ống nghiệm
− Thêm vào ống nghiệm 2 ml dung dịch AgNO 3 0,1N, lắc đều cho đến khi kết tủa không tạo thêm
− Nhận xét màu dung dịch và chuyển toàn bộ dung dịch vào ống ly tâm để ly tâm tách kết tủa
− Gạn phần nước bên trên vào ống nghiệm thứ hai (phần kết tủa được giữ lại ở ống nghiệm đầu để so sánh)
Thêm 2ml dung dịch AgNO3 0,1 N vào ống nghiệm thứ hai, lắc nhẹ cho đến khi xuất hiện kết tủa Sau đó, cho toàn bộ vào ống ly tâm để tách kết tủa.
− Tiếp tục gạn phần nước bên trên sang ống nghiệm thứ 3 và tiến hành tương tự như ống thứ 2 cho đến khi nào kết tủa không tạo thành nữa
− Ghi số lần ly tâm và so sánh kết tủa của các lần ly tâm về màu sắc kết tủa và lượng kết tủa
− Giải thích hiện tượng (biết tích số tan của các chất: TAgCl = 1,8.10 -10 và TAgI 1,1.10 -16
1 Nêu tên các phương pháp được áp dụng để tinh chế các chất (bài thực hành) Nguyên tắc của từng phương pháp?
2 Cho biết nhiệt độ kết tinh của NaCl?
3 Cho biết biết nhiệt độ thăng hoa của axít salicylic?
4 Cho biết nhiệt độ sôi của aceton?
5 Bản chất của tích số tan Những yếu tố nào ảnh hưởng đến tích số tan?
Qui luật của tích số tan mô tả mối quan hệ giữa nồng độ ion trong dung dịch và khả năng hòa tan của các chất điện ly ít tan Ứng dụng của qui luật này giúp dự đoán sự hòa tan và tạo thành kết tủa của các chất điện ly, từ đó có thể điều chỉnh nồng độ dung dịch để kiểm soát quá trình này Nồng độ dung dịch ảnh hưởng trực tiếp đến sự hòa tan và kết tủa; khi nồng độ ion vượt quá giá trị giới hạn, kết tủa sẽ hình thành, trong khi nồng độ thấp hơn sẽ thúc đẩy sự hòa tan.
Kết quả các thí nghiệm cho thấy ảnh hưởng của ion đồng loại và các chất khác đến độ tan được khảo sát thông qua hiện tượng trong từng ống nghiệm Điều kiện hình thành kết tủa được xác định qua quan sát hiện tượng xảy ra trong hai ống nghiệm, kèm theo việc viết phương trình phản ứng với T CaSO4 = 10 -5 Ngoài ra, khả năng tạo kết tủa của các ion trong cùng một dung dịch được so sánh qua số lần ly tâm, với việc phân tích màu sắc và lượng kết tủa, dựa trên tích số tan của các chất: TAgCl = 1,8.10 -10 và T AgI = 1,1.10 -16.
CHẤT CHỈ THỊ MÀU, HẰNG SỐ ĐIỆN LY AXÍT – BAZƠ YẾU
Xác định khoảng pH và hằng số điện ly của dung dịch axít hoặc bazơ dựa vào các chất chỉ thị
Chỉ thị axít/bazơ là các hợp chất hữu cơ có khả năng thay đổi màu sắc dựa trên nồng độ ion H+ trong dung dịch Mỗi loại chỉ thị sẽ chuyển màu trong một khoảng pH nhất định, thường là khoảng 2 đơn vị pH để hoàn toàn chuyển từ màu này sang màu khác Dưới đây là một số chỉ thị màu phổ biến được sử dụng.
Bảng 3.1 Một số chỉ thị màu thông dụng
Chất chỉ thị Màu dạng axít Phạm vi pH Màu dạng bazơ
Metyl da cam Đỏ 3,1-4,4 Vàng
Chất chỉ thị Màu dạng axít Phạm vi pH Màu dạng bazơ
2,3-Dinitrophenol Không màu 2,8-4,0 Vàng Α-Naphtyl đỏ Đỏ 4,0-5,6 Vàng
Etyl-bis(2,4- dinitrophenyl)axetat Không màu 8,4-9,6 Xanh
Malachit xanh hyđroclorit Xanh lục-xanh 10,2-12,5 Không màu
Để xác định chính xác pH của dung dịch, cần kết hợp nhiều chỉ thị có khoảng chuyển màu liên tiếp Mỗi giá trị pH sẽ tương ứng với một tổ hợp màu khác nhau, và khi sử dụng nhiều chỉ thị, khả năng trùng lặp các tổ hợp màu sẽ giảm, từ đó làm tăng độ chính xác của phép đo pH.
3.2.2 Hằng số điện ly của axít và bazơ yếu
Các axít /bazơ yếu là các axít /bazơ điện li kém khi hòa tan trong nước.Trong dung dịch chúng tồn tại cân bằng sau:
HA H + + A - (2) Khả năng phân ly này được đặc trưng bằng hằng số điện ly:
Từ phương trình phân ly (1) và (2) ta có: [H + ] = [A - ] và [M + ] = [OH - ]
Khi hằng số điện ly nhỏ (Ka, Kb < 10^-5), có thể coi rằng tại thời điểm cân bằng, nồng độ axit [HA] sẽ bằng nồng độ ban đầu Ca, và nồng độ bazơ [MOH] sẽ bằng nồng độ ban đầu Cb.
C b Nếu biết trước Ca, C b và nồng độ [H + ], [OH - ], ta có thể xác định hằng số điện ly của axít yếu và bazơ yếu
− Với dung dịch axít mạnh: pH = - lgH + = -lg C a
− Với bazơ mạnh: pH = 14 + lgC b
− Với axít yếu: pH = 1/2( pK a - lgC a )
− Với bazơ yếu: pH = 14 - 1/2(pK b - lg C b )
Trong đó : pK a = - lgK a (K a - hằng số điện li của axít) pK b = - lgK b (K b - hằng số điện li của bazơ)
Với bazơ thì K a là hằng số axít của axít liên hợp với nó, ta lại có:
K a K b = K H 2 O Trong dung dịch nước, nước cũng bị phân ly:
Ta có thể dùng khái niệm pH để đặc trưng cho nồng độ [H 3 O + ] và [OH - ] của dung dịch theo định nghĩa pH = -lg[H 3 O + ]
- Dung dịch X có pH chưa biết
- Dung dịch Y có pH chưa biết
3.4.1 Thí nghiệm 1: Lập thang màu – khoảng pH của dung dịch axít
− Dùng pipet 10ml lấy 10 ml dung dịch HCl 0,1 N cho vào ống nghiệm thứ 1
− Lấy 1 ml dung dịch trong ống nghiệm thứ 1 và 9 ml nước cất cho vào ống nghiệm
− Lấy tiếp 1ml dung dịch trong ống nghiệm thứ 2 và 9 ml nước cất cho vào ống nghiệm thứ 3
− Lấy tiếp 1ml dung dịch trong ống nghiệm thứ 3 và 9 ml nước cất cho vào ống thứ
4 Ta sẽ lần lượt có được các dung dịch HCl 0,1N: 0,01N: 0,001N và 0,0001N
− Dùng pipet cho vào 8 ống nghiệm khác đã đánh dấu 1, 2, 3, 4, 1',2', 3', 4' một lượng axít như bảng sau:
Bảng 3.2 Nồng độ HCl và thể tích tương ứng với các cặp ống nghiệm Ống nghiệm
Cho các ống 1, 2, 3, 4 mỗi ống một giọt thymol xanh
Cho các ống 1', 2', 3', 4 ’ mỗi ống một giọt metyl da cam
3.4.2 Thí nghiệm 2: Xác định khoảng pH của dung dịch axít X bằng chỉ thị
− Lấy 2 ống nghiệm, cho vào mỗi ống 1ml dung dịch X
− Thêm vào ống nghiệm thứ nhất 1 giọt thymol xanh
− Thêm vào ống hai 1 giọt metyl da cam
− So sánh màu sắc của 2 ống nghiệm này với các tổ hợp 2 màu của thang đo pH
− Xác định khoảng pH dung dịch X
3.4.3 Thí nghiệm 3: Xác định hằng số điện ly của dung dịch axít yếu
− Làm thí nghiệm giống thí nghiệm 2 để xác định khoảng pH dung dịch CH3COOH 0,1N
− Tính hằng số điện ly của dung dịch axít CH 3 COOH
3.4.4 Thí nghiệm 4: Lập thang màu – khoảng pH dung dịch bazơ
− Tiến hành tương tự như cách tạo thang màu axít, chỉ thay dung dịch HCl 0,1N bằng dung dịch NaOH 0,1 N
− Cho các ống 5, 6, 7, 8 mỗi ống một giọt indigocarmin
− Cho các ống 5', 6', 7', 8' mỗi ống một giọt alizarin vàng R
Bảng 3.3 Nồng độ NaOH và thể tích tương ứng với các cặp ống nghiệm Ống Nghiệm
3.4.5 Thí nghiệm 5: Xác định khoảng pH của dung dịch bazơ Y bằng chỉ thị
− Lấy 2 ống nghiệm, cho vào mỗi ống 1ml dung dịch Y
− Thêm vào ống nghiệm thứ nhất 1 giọt indigocarmin
− Thêm vào ống hai 1 giọt alizarin vàng R, so sánh màu sắc của 2 ống nghiệm này với các tổ hợp 2 màu của thang đo pH
− Xác định khoảng pH dung dịch Y
3.4.6 Thí nghiệm 6: Xác định hằng số điện ly của dung dịch bazơ yếu
− Làm thí nghiệm giống thí nghiệm 5 để xác định pH dung dịch NH4OH 0,1N
− Tính hằng số điện ly của bazơ NH 4 OH
1 Hãy cho biết hằng số điện ly K a , K b phụ thuộc vào yếu tố gì?
2 Trình bày nguyên tắc của phương pháp dùng chỉ thị để xác định pH của một dung dịch?
3 Giải thích tại sao người ta thường sử dụng phenolphtalein làm chất chỉ thị trong chuẩn độ
4 Giải thích khi nào thì sử dụng hỗn hợp các chất chỉ thị?
5 Hãy cho biết các kết quả các thí nghiệm: a Lập thang màu – khoảng pH của dung dịch axít b Xác định khoảng pH của dung dịch axít X bằng chỉ thị
− Màu sắc của dung dịch X
− pH dung dịch X c Xác định hằng số điện ly của dung dịch axít yếu
− Màu sắc dung dịch CH3COOH 0,1N:
− Hằng số Ka của CH3COOH d Thí nghiệm 4: Lập thang màu – khoảng pH dung dịch bazơ e Xác định khoảng pH của dung dịch bazơ Y bằng chỉ thị
− pH dung dịch Y f Xác định hằng số điện ly của dung dịch bazơ yếu
− Màu sắc dung dịch NH4OH 0,1N
− Hằng số Kb của NH4OH
TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG
Xác định tốc độ và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng hóa học
4.2.1 Tốc độ phản ứng hóa học
Tốc độ phản ứng thường được xác định bằng biến thiên nồng độ của các chất phản ứng hoặc sản phẩm phản ứng trong một đơn vị thời gian
Ví dụ: Trong khoảng thời gian t, nồng độ chất phản ứng thay đổi là C thì tốc độ trung bình của phản ứng trong khoảng thời gian đó là:
Tốc độ phản ứng luôn là giá trị dương, do đó dấu (+) hay là (-) tùy thuộc vào giá trị
Tốc độ phản ứng có thể được xác định dựa trên chất phản ứng hoặc sản phẩm Khi tính toán tốc độ phản ứng trung bình trong khoảng thời gian t rất nhỏ (khi t tiến dần đến 0), tốc độ trung bình sẽ tiến tới giới hạn, trở thành tốc độ tức thời tại thời điểm t.
Tốc độ phản ứng hóa học chịu ảnh hưởng từ bản chất của các chất tham gia và các điều kiện như nhiệt độ, áp suất, và nồng độ Đối với những phản ứng diễn ra qua nhiều giai đoạn, tốc độ phản ứng sẽ được xác định bởi giai đoạn chậm nhất.
4.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng
Theo định luật tác dụng khối lượng, tốc độ phản ứng tỉ lệ với nồng độ chất phản ứng
Với phản ứng tổng quát: aA + bB sản phẩm (1) Phương trình vận tốc phản ứng:
Hằng số tốc độ phản ứng, ký hiệu là k, là hệ số tỉ lệ đặc trưng cho mỗi phản ứng hóa học Hằng số này chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và bản chất của các chất tham gia phản ứng.
Ví dụ: H 2 + Cl 2 = 2HCl (2) Đây là phản ứng đơn giản nên phương trình tốc độ phản ứng là:
W= k [H 2 ] [Cl 2 ] [H 2 ], [Cl 2 ]: nồng độ chất phản ứng ở thời điểm khảo sát t
Nếu nồng độ H 2 và Cl 2 càng lớn thì số phân tử H 2 và Cl 2 hoạt động càng nhiều, phản ứng càng nhanh
Tốc độ phản ứng hóa học chịu ảnh hưởng lớn từ nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng, số va chạm hiệu quả gia tăng, dẫn đến tốc độ phản ứng cũng tăng lên Theo nghiên cứu của Van ’ Hoff, mỗi khi nhiệt độ tăng thêm 10 độ C, tốc độ phản ứng có thể tăng từ 2 đến 4 lần Công thức mô tả mối quan hệ này là k2 = k1 γ t2 10 - t1.
+ k 2 – hằng số tốc độ phản ứng tại nhiệt độ t 2
+ k 1 – hằng số tốc độ phản ứng tại nhiệt độ t 1
+ γ – hệ số nhiệt độ tốc độ phản ứng
Chất xúc tác là những chất có khả năng tăng tốc độ phản ứng hóa học mà không bị tiêu hao trong quá trình phản ứng, giúp các phản ứng có thể xảy ra dễ dàng hơn theo các nguyên tắc nhiệt động lực học.
Chất xúc tác có một số đặc trưng sau:
− Lượng sử dụng nhỏ hơn rất nhiều so với lượng chất phản ứng
− Không thay đổi về lượng và thành phần, tính chất sau phản ứng
− Có tính chọn lọc, mỗi chất xúc tác thường chỉ có tác dụng với một phản ứng nhất định
Trong phần thực hành này, chúng ta sẽ nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ, nhiệt độ và chất xúc tác đến tốc độ phản ứng hóa học.
4.4.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng
Bảng 4.1 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Na 2 S 2 O 3 đến tốc độ phản ứng (3)
− Dùng hai ống nghiệm, một ống chứa Na 2 S 2 O 3 0,1M và nước (theo bảng 4.1), còn ống kia đựng HCl 1M
− Rót dung dịch HCl vào dung dịch Na 2 S 2 O 3 lắc đều
Sử dụng đồng hồ có kim giây để theo dõi thời gian phản ứng sau khi trộn hai dung dịch, tiếp tục lắc cho đến khi màu đục sữa xuất hiện.
− Làm tương tự từ thí nghiệm 1 đến thí nghiệm thứ 5
4.4.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng
Để tiến hành thí nghiệm, chuẩn bị hai ống nghiệm: ống nghiệm thứ nhất chứa 1ml dung dịch Na2S2O3 0,1N và ống nghiệm thứ hai chứa 5ml dung dịch HCl 1M Ngâm cả hai ống nghiệm vào nước nóng cho đến khi đạt nhiệt độ thích hợp Sau đó, đổ dung dịch HCl từ ống nghiệm thứ hai vào ống nghiệm thứ nhất và quan sát thời gian phản ứng, tính từ lúc hai dung dịch được trộn lẫn cho đến khi xuất hiện màu đục sữa Tiếp tục thực hiện các thí nghiệm khác theo hướng dẫn trong bảng 4.2.
Bảng 4.2 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng (3)
4.4.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của Mn 2+ lên tốc độ phản ứng
− Lấy vào một ống nghiệm lớn thể tích các thuốc thử cho thí nghiệm ghi ở bảng 4.3
− Theo dõi thời gian mất màu dung dịch của từng thí nghiệm
Bảng 4.3 Khảo sát ảnh hưởng của xúc tác đến tốc độ phản ứng (4)
1 Trình bày các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng hóa học
2 Hằng số tốc độ phản ứng phụ thuộc vào những yếu tố nào?
3 Phân biệt tốc độ phản ứng trung bình và tốc độ phản ứng tức thời
XÁC ĐỊNH HẰNG SỐ CÂN BẰNG CỦA PHẢN ỨNG
Xác định hằng số cân bằng K c của phản ứng:
Cho dung dịch FeCl3tác dụng với dung dịch KI Tại thời điểm cân bằng, nồng độ I2 được xác định bằng cách chuẩn độ với Na2S 2 O 3
+ [FeCl 3 ], [FeCl 2 ], [KI], [I 2 ], [KCl]: nồng độ của các chất tại cân bằng
+ C 0 FeCl 3 , C KI 0 : nồng độ ban đầu của FeCl 3 và KI (trước khi pha loãng)
Nồng độ của FeCl3 và KI cần được pha loãng để thực hiện phản ứng Theo phương trình phản ứng, 2 mol FeCl3 sẽ phản ứng với 2 mol KI để tạo ra 1 mol I2 và 2 mol FeCl2.
Các nồng độ [I 2 ], C FeCl 3 , C KI được tính theo công thức:
Hằng số cân bằng K c được tính theo công thức:
Chuẩn bị thí nghiệm theo hướng dẫn dưới đây:
Bảng 5.1 Thể tích các hóa chất trong các erlen
Dung dịch Erlen 1 Erlen 2 Erlen 3 Erlen 4
+ Lấy thêm 8 erlen sạch loại 100ml, cho vào mỗi erlen 30ml nước cất, làm lạnh bằng nước đá
Đổ dung dịch từ erlen 1 vào erlen 2 và ghi lại thời điểm bắt đầu phản ứng (t = 0) Sau đó, sau các khoảng thời gian 10, 20, 30, 40, 50, 60 phút, lấy 15ml dung dịch hỗn hợp phản ứng cho vào erlen đã được làm lạnh và tiến hành chuẩn độ.
Na 2 S 2 O 3 0,01N với chỉ thị hồ tinh bột, chuẩn đến khi dung dịch mất màu tím xanh (nâu) Lưu ý: nên chuẩn độ nhanh
+ Khi nào thể tích Na 2 S 2 O 3 0,01N dùng cho 2 lần chuẩn kề nhau bằng nhau thì kết thúc việc chuẩn độ
+ Dựa vào thể tích Na2S2O3 lần chuẩn độ cuối cùng để tính nồng độ các chất tại thời điểm cân bằng
Thí nghiệm 2: Tiến hành thí nghiệm tương tự đối với erlen 3 và 4
1 Hằng số cân bằng của phản ứng phụ thuộc vào các yếu tố nào?
2 Xác định thời điểm phản ứng (1) đạt trạng thái cân bằn g
3 Cách tính nồng độ các chất tại thời điểm cân bằng ([FeCl3], [FeCl 2 ], [KI], [I 2 ], [KCl])
4 Cách tính hằng số cân bằng K c ?
5 Tại sao phải tiến hành chuẩn độ nhiều lần?
6 Viết phương trình phản ứng chuẩn độ I 2 bằng Na 2 S 2 O 3 , từ đó suy ra công thức (1)?
7 Khi tiến hành thí nghiệm ở môi trường nhiệt độ không ổn định thì kết quả thí nghiệm có chính xác không? Tại sao?
8 Tại sao phải làm lạnh các erlen trước khi chuẩn độ?
CÂN BẰNG LỎNG – RẮN
− Khảo sát cân bằng dị thể giữa hai pha lỏng-rắn trong hệ 2 cấu tử (Diphenylamin
- Naphtalen) kết tinh không tạo hợp chất hóa học và dung dịch rắn
− Xây dựng giản đồ pha và xác định trạng thái eutecti của hệ
Lý thuyết cân bằng lỏng - rắn tương tự như lý thuyết cân bằng lỏng - hơi, nhưng điểm khác biệt chính là cân bằng lỏng - rắn không phụ thuộc vào áp suất trong khoảng vài atm Đối với hệ hai cấu tử kết tinh không tạo hợp chất hóa học và dung dịch rắn, khi áp suất không đổi, giản đồ pha T - x và đường cong nguội lạnh sẽ có hình dạng đặc trưng riêng.
Hình 6.1 Giản đồ “T - t” và “T - x” của hệ 2 cấu tử
− Các đường (1), (2), (3), (4), (5), (6) gọi là các đường cong nguội lạnh ứng với thành phần cấu tử trong hỗn hợp khác nhau
− Đường (1), (6): ứng với A và B nguyên chất
− Đường (2), (4), (5): ứng với hỗn hợp có thành phần B tăng dần
− Đường (3): ứng với hỗn hợp có thành phần đúng bằng thành phần eutecti
− Điểm a, b: Nhiệt độ bắt đầu kết tinh cấu tử A hoặc B nguyên chất
− Đoạn nằm ngang x, y, z, t: ứng với quá trình kết tinh eutecti Ở hình (b): r e r’
− Đường aeb gọi là đường lỏng
Đường arr’b, hay còn gọi là đường rắn, phân chia các trạng thái của hệ thống Phía trên đường lỏng, hệ tồn tại ở trạng thái dung dịch đồng nhất AB, trong khi phía dưới đường rắn, hệ là dị thể gồm hai pha rắn A và rắn B Ở vùng giữa hai đường, hệ có hai pha cân bằng lỏng - rắn A hoặc lỏng - rắn B Điểm e, được gọi là điểm eutecti, là nơi xảy ra sự kết tinh đồng thời của cả hai rắn A và B, do dung dịch bão hòa cả hai cấu tử.
Phương pháp Tamman được sử dụng để xác định điểm eutecti bằng cách đặt các đoạn thẳng biểu thị thời gian kết tinh của hỗn hợp eutecti trong hệ Cụ thể, các đoạn nằm ngang x, y, z trong hình (a) tương ứng với thành phần của chúng trên giản đồ “T - x” Khi nối các đầu đoạn thẳng lại, ta sẽ tạo thành một tam giác, trong đó đỉnh thứ ba tương ứng với thành phần eutecti, như minh họa trong hình b.
- 8 ống nghiệm lớn có nút
- Bếp đun, đồng hồ bấm giây
Cân bằng cân phân tích vào 8 ống nghiệm diphenylamine và naptalen có thành phần như sau:
Bảng 6.1 Khối lượng các hóa chất trong các ống nghiệm 1 - 8 Ống 1 2 3 4 5 6 7 8
− Đun 1 cốc nước sôi, nhúng lần lượt từng ống nghiệm vào
Khi hỗn hợp trong ống nghiệm đã chảy lỏng hoàn toàn, hãy lấy ống nghiệm ra và lau khô Sau đó, tiến hành theo dõi sự hạ nhiệt độ theo thời gian, ghi lại nhiệt độ mỗi phút một lần.
− Khuấy nhẹ hỗn hợp bằng que khuấy đồng thời quan sát khi tinh thể đầu tiên xuất hiện thì ngưng khuấy, ghi nhiệt độ này
− Tiếp tục theo dõi nhiệt độ cho đến khi hỗn hợp đông cứng lại
− Sau khi hỗn hợp đông cứng, theo dõi khi nhiệt độ xuống đến 29 - 30 0 C thì ngưng (giai đọan này ghi nhiệt độ thêm khoảng 5, 6 lần nữa)
Đối với ống 1 và 8, chỉ cần theo dõi nhiệt độ đến khi bắt đầu kết tinh, sau đó ghi thêm 1-2 điểm rồi ngưng Đối với các ống còn lại, khi nhiệt độ giảm xuống khoảng 40°C, hãy ngâm chúng vào nước lạnh và theo dõi cho đến khi nhiệt độ hạ xuống 29-30°C.
1 Hỗn hợp eutecti là gì? Ứng dụng?
2 Mô tả giản đồ pha của hệ 2 cấu tử không tạo dung dịch rắn, không tạo hợp chất hóa học?
NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC PHẢN ỨNG PHÂN HỦY PHỨC ION CỦA MANGAN BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG
− Xác định hằng số tốc độ phản ứng phân hủy phức ion [Mn(C 2 O 4 ) 3 ] 3- bằng phương pháp xây dựng đồ thị 𝑙𝑛 𝐷 0
− Xác định thời gian bán hủy phức ion [Mn(C 2 O 4 ) 3 ] 3- từ hằng số tốc độ phản ứng và theo đồ thị
Ion Mn 3+ phản ứng với axít oxalic tạo thành phức [Mn(C2O4)3]3- màu nâu Phản ứng phân hủy của phức này dưới tác dụng của ánh sáng được mô tả bằng phương trình hóa học.
Sản phẩm của phản ứng phân hủy là không màu, và mặc dù cơ chế phản ứng khá phức tạp, tốc độ phản ứng theo thời gian tuân theo phương trình động học bậc 1 Hằng số tốc độ k ở một nhiệt độ xác định được tính theo công thức k = (1/τ) ln(C₀).
+ С 0 và С – nồng độ ban đầu và nồng độ phức ion [Mn(C 2 O 4 ) 3 ] 3- tại thời điểm τ;
+ – thời gian diễn ra phản ứng, tính từ thời điểm bắt đầu phản ứng đến thời điểm khảo sát
Nồng độ phức ion được xác định bằng phương pháp trắc quang thông qua định luật Lambert –Beer
Theo định luật Lambert – Beer, ta có:
+ I 0 và I – cường độ chùm sáng đơn sắc ban đầu và cường độ chùm sáng đó sau khi đi qua lớp dung dịch;
+ ε – hệ số hấp thu mol;
+ l – bề dày lớp dung dịch (chiều rộng cuvet chứa dung dịch cần đo)
Biến đổi phương trình (2) ta được:
I/I 0 = e -εcl Lấy logarit 2 vế của phương trình trên:
I0 lg I = A ( hay D) gọi là mật độ quang của dung dịch
Mật độ quang của dung dịch tỷ lệ thuận với nồng độ chất, theo công thức A = ε' с l Do đó, trong phương trình động học phản ứng bậc 1, tỷ lệ giữa nồng độ ban đầu và nồng độ còn lại tại thời điểm τ có thể được thay thế bằng tỷ lệ mật độ quang tại thời điểm ban đầu và mật độ quang tại thời điểm τ.
Thế vào phương trình (1) giá trị D 0 và Dτ thu được phương trình động học dạng sau: k 0 τ
Xây dựng đường hồi qui tuyến tính 0 τ l n D = f(τ)
D , hệ số góc sẽ là hằng số tốc độ phản ứng khảo sát (tgα = k)
7.3 Dụng cụ và hóa chất
- Máy trắc quang - Becher 25 ml
- Cuvet l = 1cm - đồng hồ đếm giây
- Dung dịch MnSO 4 0,1M - Dung dịch KMnO 4 0,1N
Bật máy trắc quang, cài đặt bước sóng chùm sáng đơn sắc = 440 nm
Hút 1ml dung dịch MnSO4 0,1M và 7ml dung dịch H2C2O4 0,1M vào becher 25ml, tạo thành hỗn hợp không màu Sau đó, thêm 1ml KMnO4 0,1N vào hỗn hợp và khuấy đều, thu được phức ion [Mn(C2O4)3]3- có màu nâu.
Tiến hành đo ngay mật độ quang theo thời gian của dung dịch phức vừa chuẩn bị
Sử dụng nước cất làm mẫu so sánh, chúng tôi tiến hành đo mật độ quang của dung dịch phức tại thời điểm = 0 Sau đó, cứ mỗi 30 giây, chúng tôi tiếp tục đo cho đến khi mật độ quang giảm xuống còn 0,1 Kết quả các phép đo được ghi lại trong bảng số liệu dưới đây.
Bảng 7.1 Kết quả thí nghiệm
Theo bảng kết quả số liệu đo được, xây dưng đồ thị 0 τ l n D = f(τ)
Hình 7.1 Đồ thị D = f() Hình 7.2 – Đồ thị ln(D 0 /D τ ) = f()
Từ đồ thị phụ thuộc D = f(), chúng ta có thể xác định hằng số tốc độ phản ứng phân hủy k, với tgα = k Dựa vào giá trị k đã thu được, thời gian bán hủy có thể được tính theo công thức đã quy định.
Thời gian bán hủy có thể xác định thông qua đồ thị ln(D₀/Dₜ) = f(τ) bằng cách vẽ một đường thẳng từ điểm D₀/2 trên trục tung, song song với trục hoành Tại điểm giao nhau giữa đường thẳng và đồ thị, tiếp tục vẽ một đường song song với trục tung Điểm giao nhau giữa đường vừa vẽ và trục hoành sẽ cho ra thời gian bán hủy t₁/₂.
1 Xác định bậc tổng quát của các phản ứng đơn giản sau: a C 2 H 6 → 2CH 3 •; b 2Br• → Br 2 ; c CH 3 • + C 2 H 6 → CH 4 + C 2 H 5 •; d 2NO + O 2 → 2NO 2 ?
2 Bậc phản ứng và phân tử số khác nhau như thế nào?
Tại thời điểm xác định, tốc độ đốt cháy pentan với lượng oxy dư là 0,50 Mãs –1 Từ đó, chúng ta cần tính toán tốc độ tạo thành CO2, tốc độ tạo thành hơi nước và tốc độ tiêu tốn oxy trong quá trình phản ứng.
4 Tại 320°С hằng số tốc độ phản ứng bậc 1 SO 2 Cl 2 → SO 2 + Cl 2 bằng 2ã10 –5 s –1 Tớnh độ phân hủy SO 2 Cl 2 sau 90 phút
5 Khi nghiên cứu động học của một phản ứng phân hủy bằng phương pháp trắc quang, người ta thu được bảng số liệu sau: t, min 0 2 4 7 11 15 20
Hãy xác định hằng số tốc độ phản ứng và thời gian bán hủy?
XÁC ĐỊNH BẬC CỦA PHẢN ỨNG
Xác định bậc tổng cộng của phản ứng giữa sắt (III) và dung dịch KI bằng phương pháp chuẩn độ
Xét phản ứng giữa muối sắt (III) và dung dịch KI
+ C 0 Fe 3 + ; C 0 I − là nồngđộ ban đầu của Fe 3+ và I -
+ n 1 , n 2 : bậc của phản ứng lần lượt theo Fe 3+ và I -
+ k: hằng số tốc độ phản ứng
Khi đó vận tốc của phản ứng tại thời điểm ban đầu (t = 0) là:
(1) Lấy logarit 2 vế, phương trình (1) trở thành:
C lg n C lg n k dt lg lg dC = + 3 + + −
(2) Nếu tiến hành thí nghiệm với C I 0 −không đổi; C 0 Fe 3 +biến thiên tăng dần, từ (2) ta có:
Với A 1 = lg k + n 2 lg C I 0 − = const Để xác định
− thường sử dụng phương trình kinh nghiệm: t
C x là nồng độ mol của Fe 2+ sinh ra tại mỗi thời điểm t, xác định thông qua nồng độ
I 2 sinh ra Lượng I 2 này chuẩn độ bằng Na 2 S 2 O 3 với chỉ thị hồ tinh bột: hh
+ V hh là thể tích của hỗn hợp phản ứng
+ t là thời gian phản ứng, tính bằng đồng hồ bấm giây
+ , là hằng số thực nghiệm
1 x tìm được giá trị ( = tgα) Kết hợp (3) và (5), sử dụng giá trị vừa tìm được, tính
1, sau đó vẽ đồ thị
lg 1 và lg C 0 Fe 3 + Từ đồ thị xác định giá trị n 1 ( n 1 = tgα )
Tương tự như vậy thí nghiệm với C 0 Fe 3 +không đổi, C I 0 −biến thiên ta cũng tìm được n2 Bậc tổng cộng của phản ứng:
8.4.1 Xác định bậc phản ứng riêng của Fe 3+ (n 1 )
− Dùng ống hút cho vào 4 bình tam giác các hóa chất theo lượng chính xác như trong bảng 8.1
Để thực hiện thí nghiệm, cho vào mỗi bình vài giọt hồ tinh bột và 20ml dung dịch KI 0,025M, sau đó bấm đồng hồ và lắc mạnh dung dịch Phản ứng giữa ion Fe 3+ và ion I - tạo ra I 2, kết hợp với hồ tinh bột sẽ tạo ra dung dịch có màu xanh (nâu).
− Dùng Na 2 S 2 O 3 0,01N chuẩn độ đến khi hết màu xanh (nâu), ghi nhận thời gian t 1 lúc vừa mất màu và thể tích V 1 ( Na 2 S 2 O 3 ) đã dùng
Dung dịch chuẩn độ trở lại màu xanh sử dụng dung dịch Na2S2O3 0,01N Quá trình này được thực hiện liên tục cho đến 8 lần chuẩn độ, với thời gian thí nghiệm không vượt quá 15 phút Cần thu thập ít nhất 8 điểm dữ liệu (Vi - ti) để đảm bảo độ chính xác của kết quả.
− Làm tương tự như vậy đối với các bình còn lại
Đồng hồ chỉ nên được khởi động khi hai tác chất được đưa vào bình phản ứng Thời gian cần được ghi lại khi dung dịch trong quá trình chuẩn độ mất màu.
Bảng 8.1 Thể tích các hóa chất trong các erlen 1 - 4
Dung dịch Bình 1 Bình 2 Bình 3 Bình 4
Fe 3+ 1/60M 10 ml 20 ml 30 ml 40 ml
HNO 3 0,1M 10 ml 10 ml 10 ml 10 ml
KNO 3 0,1M 40 ml 30 ml 20 ml 10 ml
− Nồng độ Fe 2+ trong các lần chuẩn độ được tính theo công thức (5)
− Sử dụng các giá trị
1 trong 4 thực nghiệm vẽ đồ thị
− Giá trị tgα của góc tạo bởi đồ thị là bậc phản ứng của Fe 3+ (tg = n 1 )
8.4.2 Xác định bậc phản ứng riêng của I - (n 2 )
− Dùng ống hút cho vào 4 bình tam giác các hóa chất theo lượng chính xác như trong bảng 8.2
− Cho vào bình vài giọt hồ tinh bột và 20ml dung dịch Fe 3+ 1/60M
− Tiến hành như thí nghiệm 8.4.1
− Bậc của phản ứng I - xác định từ tgα của góc tạo bởi đồ thị lg 1 = f ( ) lg C I 0 −
Bảng 8.2 Thể tích các hóa chất trong các erlen 1 - 4
Dung dịch Bình 1 Bình 2 Bình 3 Bình 4
KI 0,025M 10 ml 20 ml 30 ml 40 ml
HNO 3 0,1M 10 ml 10 ml 10 ml 10 ml
KNO 3 0,1M 32,5 ml 30 ml 27,5 ml 25 ml
− Bậc tổng cộng của phản ứng: n = n 1 + n 2
1 Khái niệm về bậc phản ứng?
2 Cách xác định bậc và hằng số vận tốc của phản ứng?
3 Cách xác định bậc và hằng số vận tốc của phản ứng?
4 Khi tiến hành thí nghiệm cần phải chú ý điều gì?
XÂY DỰNG GIẢN ĐỒ PHA CHO HỆ BA CẤU TỬ LỎNG
− Khảo sát sự hòa tan có giới hạn của hệ 3 cấu tử lỏng ở nhiệt độ phòng
− Xây dựng giản đồ hòa tan đẳng nhiệt của hệ
9.2.1 Phân loại hệ ba cấu tử lỏng
Hệ 3 cấu tử được phân loại dựa trên số lượng cặp chất lỏng có khả năng hòa tan một phần với nhau, bao gồm các trường hợp của các chất A, B và C Tùy thuộc vào sự tương tác giữa các thành phần này, có thể có 1, 2 hoặc 3 cặp chất lỏng.
Trong hệ ba cấu tử lỏng, nếu có một cặp chất hòa tan hoàn toàn, thì chúng cũng sẽ hòa tan hoàn toàn trong hệ đó, như trường hợp nước - ethanol - aceton Ngược lại, nếu có một cặp chất không hòa tan hoàn toàn trong một khoảng nồng độ nhất định, sẽ xuất hiện một vùng tách thành hai pha trên giản đồ Ví dụ điển hình là hệ nước - phenol - aceton ở nhiệt độ 67 độ C.
− Một cặp hòa tan hạn chế (A - C) còn các cặp khác hòa tan không hoàn toàn (A -
B và B - C), ví dụ hệ nước - chloroform - acid acetic
− Hai cấu - tử hòa tan hoàn toàn (A - C), còn các cặp khác hòa tan hạn chế (A - B và B - C), ví dụ hệ nước - phenol - acetone
− Tất cả 3 cặp cấu tử (A - B, A - C, B - C) đều hòa tan hạn chế ví dụ hệ nước - aniline - hecxan
− Cả 3 cấu tử hoàn toàn không hòa tan vào nhau ví dụ hệ nước - thủy ngân - benzene
Khi phân tích một hệ thống, cần chú ý đến các điều kiện như nhiệt độ mà hệ đang hoạt động Sự biến đổi nhiệt độ có tác động đáng kể đến độ hòa tan của chất lỏng, từ đó làm thay đổi hình dạng của giản đồ.
9.2.2 Giản đồ pha của hệ ba cấu tử và cách xác định thành phần của mỗi cấu tử
Trong hệ ba cấu tử, tại nhiệt độ và áp suất xác định, giản đồ hòa tan và đường biểu diễn thành phần liên hợp được thể hiện trên một hình tam giác đều Ba đỉnh của tam giác đại diện cho ba cấu tử nguyên chất, trong khi các cạnh của tam giác thể hiện thành phần của hệ thống.
2 cấu tử tương ứng Các điểm bên trong tam giác biểu diễn thành phần của hệ 3 cấu tử
Có hai phương pháp xác định thành phần của hệ hai cấu tử:
Ba đỉnh của tam giác là ba điểm hệ của các cấu tử nguyên chất A, B và C (100%)
Trong tam giác AB, AC và BC, mỗi cạnh đại diện cho thành phần của hệ hai cấu tử Các điểm bên trong tam giác ABC thể hiện thành phần của hệ ba cấu tử.
Muốn biểu diễn thành phần của hệ ba cấu tử ta làm như sau:
Chia các cạch của tam giác ra 10 hay 100 phần đều nhau Trên cạnh AB và AC ta xác định điểm x 1 và x’ 1 tương ứng với thành phần 40%A
Trên cạnh AB và BC, chúng ta xác định các điểm x2 và x'2 tương ứng với thành phần 40%B Giao điểm P của x1 x'1 và x2 x'2 sẽ biểu diễn thành phần của hệ mà chúng ta muốn xác định.
Thật vậy, từ hình vẽ ta được Ax 3 = Bx’ 3 = 20% ứng với thành phần của C là 20%
Quy ước đường cao của tam giác đều bằng 100%
− Từ P kẻ các đường vuông góc Pa, Pb, Pc, lần lượt xuống các cạnh BC, AC, AB
− Độ dài Pa: biểu diện thành phần cấu tử A trong hỗn hợp
− Độ dài Pb: biểu diễn thành phần cấu tử B trong hỗn hợp
− Độ dài Pc: biểu diễn thành phần cấu tử C trong hỗn hợp
Thí dụ: Thành phần của hỗn hợp P trên giản đồ tính theo hai cách đều là: 40% A, 40%B, 20%C
Hình 9.1 Xác định thành phần của hệ 3 cấu tử theo phương pháp Bozebom và Gibbs
− Giản đồ pha của hệ 3 cấu tử lỏng có một cặp hòa tan hạn chế:
Hệ 3 cấu tử C6H6 - H2O - C2H5OH được biểu diễn bằng tam giác thành phần, chia thành 2 vùng rõ rệt Vùng nằm dưới đường cong aKb của hệ là dị thể.
Hai pha nằm cân bằng được gọi là hai dung dịch liên hợp Chẳng hạn, trong hệ H, hai pha cân bằng là hai dung dịch có thành phần a1 và b1, có thể được tính toán theo quy tắc đòn bẩy.
− Điểm K gọi là điểm hòa tan tới hạn đẳng nhiệt, tại đó 2 dung dịch liên hợp có thành phần bằng nhau
Vùng ngoài đường cong aKb của hệ là đồng thể và chỉ chứa một pha Để xây dựng giản đồ pha cho quá trình đẳng nhiệt và đẳng áp, chúng ta cần thực hiện các bước cụ thể.
Hệ gồm hai cấu tử A và C với điểm biểu diễn là m Khi thêm dần cấu tử B vào hệ m, điểm m sẽ di chuyển theo đường mB về phía B Trong khoảng từ m đến a2, hệ vẫn duy trì trạng thái đồng thể, nhưng tại điểm a2, hệ sẽ chuyển từ trạng thái đồng thể sang dị thể.
Hệ dị thể gồm hai cấu tử A và B có điểm biểu diễn P Khi thêm cấu tử C vào hệ P, điểm P sẽ di chuyển theo đường PC về phía C Khi đạt đến điểm a1, hệ sẽ chuyển từ trạng thái dị thể sang đồng thể.
Bằng cách bổ sung dần cấu tử thứ ba vào hệ hai cấu tử với thành phần xác định trong điều kiện đẳng nhiệt và đẳng áp, chúng ta có thể khảo sát và thiết lập giản đồ pha cho hệ ba cấu tử lỏng tan lẫn có giới hạn.
Hình 9.2 Giản đồ pha của hệ ba cấu tử
− Lấy vào 8 erlen lượng hóa chất theo bảng 1 (kiểm tra lại tất cả các dụng cụ thí nghiệm phải sạch và khô)
Bảng 9.1 Thể tích hóa chất trong các erlen từ 1 - 8
− Thêm dần cấu tử thứ 3 vào hệ 2 cấu tử ở erlen số 1 (thêm từng giọt)
− Lắc đều rồi quan sát sau mỗi lần thêm
Khi dung dịch trong erlen chuyển từ trạng thái trong suốt sang đục, hoặc khi xuất hiện những hạt lỏng li ti không tan trên bề mặt, bạn nên dừng lại ngay lập tức.
− Ghi thể tích cấu tử thứ 3 đã dùng
− Tiến hành tương tự đối với các erlen còn lại
1 Trình bày quy tắc pha Gibbs?
2 Cách tính số độ tự do của hệ trong vùng đồng thể và vùng dị thể, nêu rõ ý nghĩa?
3 Nguyên tắc xây dựng giản đồ pha cho hệ 3 cấu tử?
4 Các sai số có thể gặp phải trong khi làm thí nghiệm và cách khắc phục?
