TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HỒ CHÍ MINH TRUNG TÂM CƠNG NGHỆ HĨA GIÁO TRÌNH THỰC HÀNH HĨA LÝ NÂNG CAO Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2006 Mục lục Nội dung Trang BÀI 1: XÁC ĐỊNH ENTAPY CỦA Q TRÌNH HĨA HƠI CHẤT LỎNG BÀI 2: ĐỘ TĂNG ĐIỂM SÔI 11 BÀI 3: XÁC ĐỊNH NHIỆT TẠO THÀNH CỦA NƯỚC 15 BÀI 4: CÂN BẰNG LỎNG - HƠI 20 BÀI 5: SẮC KÝ KHÍ 24 BÀI 6: XÁC ĐỊNH TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG VÀ NĂNG LƯỢNG HOẠT HÓA CỦA PHẢN ỨNG THỦY PHÂN CH3COOC2H5 BẰNG HCl 40 BÀI 7: VẬN TỐC PHẢN ỨNG THẾ HALOGEN 45 BÀI 8: ĐỘ DẪN ĐIỆN TRONG CHẤT RẮN 50 BÀI 9: PHƯƠNG TRÌNH NERST 57 PHỤ LỤC 100 Lời nói đầu Hóa lý môn học sở thiếu ngành cơng nghệ hóa học Giáo trình thực hành Hóa lý nâng cao biên soạn dựa cấu trúc chương trình lý thuyết mơn Hóa lý Hóa lý gồm có chương sau: - Nhiệt động học - Cân hóa học - Động học - Điện hóa Cơ sở lý thuyết, quy trình thí nghiệm, tính tốn kết tồn thiết bị giáo trình trang bị từ tập đoàn Phywe GMBH (Đức) Để việc thực tập đạt đưọc kết quả, sinh viên cần phải nghiêm túc thực quy trình sau: Đọc nghiên cứu kỹ bài, hiểu cặn kẽ nguyên lý nhiệm vụ trước vào thực tập Kiểm tra lại hệ thống lắp ráp thiết bị Khi có thắc mắc phải hỏi lại giáo viên hướng dẫn Để đảm bảo kết đo xác, dụng cụ, thiết bị trước sử dụng phải rửa sấy khô Khi tiến hành thí nghiệm phải tuân thủ điều kiện nhiệt độ, áp suất, tốc độ dòng… Các kết đo thí nghiệm phải giáo viên ký xác nhận trước làm báo cáo Khơng tùy ý sửa đổi dây dẫn, đầu dị sử dụng máy tính vào mục đích khác mà khơng có đồng ý giáo viên hướng dẫn Hệ thống thí nghiệm có sử dụng áp suất, bình gas, khí nên cần phải cẩn thận điều chỉnh van áp suất, tránh va chạm mạnh, đổ vỡ bình chứa khí gây tai nạn Tác phong làm việc nghiêm túc, không gây ồn phịng thí nghiệm ảnh hưởng đến học tập kết đo Mặc dù giáo trình thiết bị chuyển giao từ nước lần biên soạn giảng dạy Trường Đại học Công Nghiệp Tp.HCM nên chắn cịn nhiều thiếu sót Rất mong nhận góp ý thầy bạn sinh viên để giáo trình phương pháp giảng dạy mơn Thực hành Hóa lý đạt kết tốt Tác giả biên soạn Lê Thị Thanh Hương Nguyễn Hoàng Minh BÀI 1: XÁC ĐỊNH ENTAPY CỦA Q TRÌNH HĨA HƠI CHẤT LỎNG Khái niệm liên quan Entapy trình bay hơi, ngưng tụ thăng hoa, áp suất hơi, entropy trình hóa hơi, phương trình Clapeyron - Clausius, quy luật Trouton, định luật nhiệt động học Nguyên tắc Q trình hóa chất lỏng xảy hấp thụ nhiệt Để xác định entapy trình hóa (∆H) phải biết khối lượng chất lỏng hóa Lượng nhiệt hấp thụ tương ứng với q trình hóa xác định nhiệt lượng kế Nhiệm vụ - Xác định nhiệt hóa C2H5COOC2H5OH CH3OH - Tính tốn ∆S q trình hóa ứng dụng quy luật Trouton để thảo luận kết Dụng cụ, hóa chất thiết bị Hình 1: Sơ đồ hệ thống thí nghiệm - Cobra3 unit 12150.00 - Nguồn 12V/ 2A 12151.99 - Cáp truyền liệu 14602.00 - Màn hình hiển thị nhiệt độ 12102.00 - Software 14503.61 - Đầu dò nhiệt độ Pt 11759.01 - Dụng cụ đo nhiệt lượng 04402.00 - Bình bay 04405.00 - Điện trở 04450.00 - Nguồn cung cấp vạn 13500.93 - Cáp nối, l = 500mm 07361.05 - Bếp khuấy từ 35720.93 - Cá từ 35680.04 - Thanh đỡ, l = 500mm 02022.20 - Kẹp góc phải 37697.00 - Kẹp vạn 37715.00 - Chân đỡ, h = 500mm 37692.00 - Cân 620g 48852.93 - Cân 3200g 48803.93 - Đồng hồ bấm giây 03071.01 - Bình an tồn áp kế 34170.88 - Bơm chân không nước 02728.00 - Erlen 250 ml, cổ rộng 36134.00 - Ống cao su, chân không d = 6mm 39286.00 - Ống cao su, d = 6mm 39282.00 - Bóp cao su 39275.03 - Kẹp ống, d = 12 ….20mm 40995.00 - Van kiểm sốt khơng khí 37003.00 - Xylanh 20 ml 02591.03 - Kim tiêm, 0.9 x 70mm 02597.04 - Bình tia 33931.00 - Dietyl ete 250 ml 30007.25 - Metanol 500 ml 30142.50 - Nước cất 31246.81 Lắp đặt vận hành Lắp đặt dụng cụ hình thời gian đừng nối phận gia nhiệt vào nguồn điện Nối đầu dò đo nhiệt độ vào modul đo nhiệt độ T1 Khởi động chương trình “Measure” Windoows chọn “Temperature” công cụ đo Chọn thơng số đo hình Trong “Diagram 1” chọn Temperature T0a với phạm vi nhiệt độ thích hợp X bounds chọn “auto range” Bây chuẩn lại đầu dò nhiệt độ bạn “Calibrate” cách nhập giá trị nhiệt độ đo nhiệt kế nhấn “Calibrate” Sau thực cài đặt này, nhấn “Continue” để ghi giá trị đo Sắp xếp hiển thị bạn mong muốn Đặt bình hóa khơ bình erlen dùng ống tiêm đưa 15 ml dung dịch làm bay vào bình thơng qua ống thẳng đặt nằm bên bình Nối ống khí vào với van điều khiển khơng khí ống cao su dài cm Đóng ống khí bên phải nút cao su để tránh thất thoát chất trình bay Để xác định khối lượng bình hóa cần chuẩn bị cân có độ xác 0,0001g Bình erlen đơn dụng cụ hỗ trợ cho bình hóa Cho 900g nước cất (ở nhiệt độ phịng, cân xác 0,1g) vào bình đo nhiệt lượng, cho cá từ hình oval vào bình sau bật bếp khuấy từ hình (không bật nguồn gia nhiệt) Cho phận gia nhiệt, đầu dị nhiệt độ bình bay vào bình đo nhiệt lượng, cố định vị trí chúng Tháo nút cao su nối bình hóa với bơm chân khơng nước thơng qua bình an toàn Chờ đến nhiệt độ cân khoảng 10 phút Bắt đầu đo cách nhấn nút Chờ nhiệt độ bình đo nhiệt lượng ổn định giao động không đáng kể, mở bơm chân khơng cẩn thận mở van điều khiển khơng khí để q trình bay xảy Tuy nhiên khơng nên mở q lớn tạo q trình sục khí mãnh liệt ngun nhân trì hỗn q trình sơi Khi nhiệt độ nước giảm xấp xỉ 10C (quá trình bay cần phải thực hồn tồn) đóng van điều khiển khơng khí tắt bơm chân không Ngay tháo ống cao su bơm đầu bình bay thay vào nút cao su Tiếp tục đo ghi lại nhiệt độ hệ thống cân thiết lập hay nhiệt độ dao động xung quanh giá trị Tiếp theo xác định tổng nhiệt lượng nhiệt lượng kế Để làm điều ta phải cung cấp nguồn chiều 10V Nhấn nút sau cắm đầu tự ống xoắn gia nhiệt vào nguồn cung cấp điện Lúc hệ thống liên tục bị đốt nóng lượng nhiệt cung cấp đo Khi nhiệt độ nước tăng trở lại xấp xỉ nhiệt độ ban đầu trước bay (đồng hồ hiển thị giá trị lượng không nên vượt 9000 Ws), tắt nhiệt cách nhấn nút nguồn, lượng điện hiển thị xác hình nguồn Tiếp tục đo thêm phút nữa, sau ngừng lưu nhiệt độ cách nhấn nút Hình 3, biểu diễn đồ thị trình đo chương trình measurement ngừng việc đo lường Nếu bạn sử dụng chức từ công cụ bạn đọc số liệu nhiệt độ khác Ln ln làm khơ bình chứa chất bay trước thực trình đo lường Hình 2: Thơng số đo lường Hình 3: Đường cong thời gian nhiệt độ Lý thuyết Khi chất lỏng gia nhiệt áp suất không đổi (đẳng áp) đến nhiệt độ vật chất chuyển từ pha lỏng sang pha Nhiệt độ sơi khơng thay đổi có bổ sung thêm nhiệt chất lỏng chuyển hết thành Nếu mol chất lỏng bay hơi, entapy H tăng lên trình hấp thụ nhiệt Qv Sự chênh lệch entapy định nghĩa entapy trình bay (∆H) giải thích lượng cần để phá vỡ liên kết phân tử chất lỏng Sự thay đổi liên tục áp suất có tác dụng chống lại áp suất bên Nếu làm lạnh, trình ngưng tụ xảy nhiệt độ, gọi trình thuận nghịch Do đó, việc tăng lên entropy ∆S phụ thuộc nhiệt hóa áp dụng cơng thức tính theo nguyên lý nhiệt động học: ∆S = ∆H Tv (1) Đối với hầu hết chất lỏng hóa (∆S) thường nằm phạm vi từ 80 đến 90 J.mol-1.K-1 Nguyên tắc đặt tên Trouton có giá trị đặc biệt cho chất lỏng khơng liên kết Trong thí nghiệm nhiệt độ hóa chất lỏng thấp nhiệt độ sơi Trong cách làm này, cân pha lỏng pha bị xáo trộn cách loại bỏ liên tục thành phần pha khí Nhiệt hóa tính theo cơng thức sau : ∆H = ∆S.Tv ∆H = (1.1) ∆h n (∆h = - Qv) (2) ∆h = - Ck ∆Tv (3) Wel= Ck ∆Tel (4) Ck = Wel ∆Tel (4.1) ∆H = −C k ∆Tv × ∆H = − Wel × M m ∆Tv M × ∆Tel m (5) (5.1) Trong đó: ∆TV: Chênh lệch nhiệt độ nước suốt trình bay ∆Tel : Chênh lệch nhiệt độ nước trình cung cấp điện Wel : Nhiệt lượng cung cấp để tạo độ chênh lệch nhiệt độ ∆Tel Ck: Nhiệt dung riêng dụng cụ đo nhiệt lượng n : số mol chất bay 10 − t ” Vẽ đồ thị “ Tính số tốc độ phản ứng C PrBr Tại số mol NaI C3H7Br sử dụng thí nghiệm phải nhau? Số phần cân (7 phần) NaI có ảnh hưởng đến kết thí nghiệm? 86 Nếu thực nhiệt độ cao thấp vận tốc phản ứng thay đổi nào? 10 Tại ta phải dùng kim tiêm dung dịch propyl bromua vào bình cầu? - 87 BÀI 8: ĐỘ DẪN ĐIỆN TRONG CHẤT RẮN Ngày thực hành : Họ tên sinh viên : Điểm Lời phê Kết đo RC nhiệt độ phòng: Lần đo (ni) Ri (Sắt) Ri (Đồng) Ri (Constantan) Ω −1 cm-1 Ω −1 cm-1 Ω −1 cm-1 10 11 12 88 Lần đo (ni) Ri (Sắt) Ri (Đồng) Ri (Constantan) Ω −1 cm-1 Ω −1 cm-1 Ω −1 cm-1 13 14 15 16 17 18 19 20 RC Khảo sát hệ số nhiệt độ điện trở dầy sắt: 2.1 Kết đo điện trở theo nhiệt độ dây sắt : Lần đo (ni) Ti Ri ∆Ri ∆Ti (R2 – R1) (T2 – T1) ( ∆R )i ∆T 10 89 Lần đo (ni) Ti Ri ∆Ri ∆Ti (R2 – R1) (T2 – T1) ( ∆R )i ∆T 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 ∆T ∆R ⎛ ∆R ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ∆T ⎟ ⎝ ⎠ 2.2 Từ kết bảng vẽ đồ thi R = f(T) ∆R ∆R 2.3 Tính hệ số góc đường thẳng : = ∆T 2.4 Tính nhiệt trở suất: α = ∑ ∆T ∑n = i ∆R × = R C ∆T 90 Hình 4: Đồ thị biểu diễn điện trở sắt theo nhiệt độ (Ri – T) Khảo sát hệ số nhiệt độ điện trở dây đồng: 3.1 Kết đo điện trở theo nhiệt độ dây sắt : Lần đo (ni) Ti Ri ∆Ri ∆Ti (R2 – R1) (T2 – T1) ( ∆R )i ∆T 10 11 91 Lần đo (ni) Ti Ri ∆Ri ∆Ti (R2 – R1) (T2 – T1) ( ∆R )i ∆T 12 13 14 15 16 17 18 19 20 ∆R ∆T ⎛ ∆R ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ∆T ⎟ ⎝ ⎠ 3.2 Từ kết bảng vẽ đồ thi R = f(T) Hình 5: Đồ thị biểu diễn điện trở đồng theo nhiệt độ (Ri – T) 92 ∆R 3.3 Tính hệ số góc đường thẳng : ∆R ∑ ∆T = ∆T ∑n = i 3.4 Tính nhiệt trở suất: α = ∆R × = R C ∆T Khảo sát hệ số nhiệt độ điện trở dây đồng: 4.1 Kết đo điện trở theo nhiệt độ dây Costantan : Lần đo (ni) Ti Ri ∆Ri ∆Ti (R2 – R1) (T2 – T1) ( ∆R )i ∆T 10 11 12 13 14 15 16 17 18 93 Lần đo (ni) Ti Ri ∆Ri ∆Ti (R2 – R1) (T2 – T1) ( ∆R )i ∆T 19 20 ∆R ∆T = = ⎛ ∆R ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ∆T ⎟ = ⎝ ⎠ 4.2 Từ kết bảng vẽ đồ thi R = f(T) Hình 6: Đồ thị biểu diễn điện trở Costantan theo nhiệt độ (Ri – T) ∆R ∆R 4.3 Tính hệ số góc đường thẳng : = ∆T 4.4 Tính nhiệt trở suất: α = ∑ ∆T ∑n = i ∆R × = R C ∆T Tại hệ số nhiệt độ điện trở đồng, sắt constant khác nhau? 94 Tại phải xác định Rc trung bình? Nhiệt độ ảnh hưởng đến hệ số nhiệt độ điện trở? So sánh giải thích độ dẫn điện kim loại nguyên chất kim loại có lẫn tạp chất Từ kết thí nghiệm rút nhận xét độ dẫn ứng dụng thực tế loại dây dẫn 95 - 96 BÀI 9: PHƯƠNG TRÌNH NERST Ngày thực hành : Họ tên sinh viên : Điểm Lời phê Kết thí nghiệm Nhiệt độ (0C) thí nghiệm: Dung dịch Fe (II) Dung dịch Fe (III) (ml) ( ml) 49 46 43 38 12 30 20 25 25 20 30 12 38 43 46 Sức điện động (mV) 48 [Fe(CN )6 ]3− ln [Fe(CN )6 ]4− 48 97 Dung dịch Fe (II) Dung dịch Fe (III) (ml) ( ml) [Fe(CN )6 ]3− ln [Fe(CN )6 ]4− 49 Sức điện động (mV) [Fe(CN )6 ]3− : [Fe(CN )6 ]4− Vẽ đồ thị Epin - ln Tính điện cực điện cực so sánh nhiệt độ thí nghiệm Xác định điện cực tiêu chuẩn E Fe 3+ , Fe + 98 Nếu thực phản ứng nhiệt độ khác, dự kiến kết đo Tại cần phải kiểm tra lại nồng độ dung dịch Fe (II) Fe (III) trước thực thí nghiệm? Viết sơ đồ cấu tạo phương trình phản ứng xảy pin tạo thành từ điện cực - 99 PHỤ LỤC Bảng Thế điện cực chuẩn hệ số nhiệt độ điện cực Điện cực Phản ứng điện cực E (V) 298 dE ⋅ 10 dt (V/độ) Li+/ Li Li+ + e = Li K+/ K K+ + e = K Ca2+/ Ca Ca2+ + 2e = Ca + Na / Na Na+ + e = Na Mg2+/ Mg Mg2+ + 2e = Mg Al3+/ Al Al3+ + 3e = Al Mn2+/ Mn Mn2+ + 2e = Mn 2+ Zn / Zn Zn2+ + 2e = Zn Cr3+/ Cr Cr3+ + 3e = Cr Fe2+/ Fe Fe2+ + 2e = Fe Fe3+, Fe2+/ Pt Fe3+ + e = Fe2+ 2+ Ni / Ni Ni2+ + 2e = Ni H+/ H2, Pt H+ + e = 1/2H2 Sn4+, Sn2+/ Pt Sn4+ + 2e = Sn2+ Cu2+/ Cu Cu2+ + 2e = Cu 2+ Hg2 / Hg Hg22+ + 2e = 2Hg Hg2+/ Hg Hg2+ + 2e = Hg Ag+/ Ag Ag+ + e = Ag Ag, AgCl, Cl- AgCl + e = Ag + Cl- - Hg, Hg2Cl2, Cl Hg, Hg2SO4, SO4 2- 1/2Hg2Cl2 + e = Hg + ClHg2SO4 + 2e = 2Hg + SO42- -3,045 -0,534 -2,925 -1,080 -2,866 -0,175 -2,714 -0,772 -2,363 +0,103 -1,662 +0,504 -1,180 -0,080 -0,763 +0,091 -0,744 +0,468 -0,440 +0,052 +0,771 +1,188 -0,250 +0,060 +0,000 0,000 +0,150 - +0,337 +0,008 +0,788 - +0,854 - +0,799 +1,000 +0,222 - +0,268 - +0,615 - 100 ... 100 Lời nói đầu Hóa lý môn học sở thiếu ngành cơng nghệ hóa học Giáo trình thực hành Hóa lý nâng cao biên soạn dựa cấu trúc chương trình lý thuyết mơn Hóa lý Hóa lý gồm có chương sau: -... Nhiệt động học - Cân hóa học - Động học - Điện hóa Cơ sở lý thuyết, quy trình thí nghiệm, tính tốn kết tồn thiết bị giáo trình trang bị từ tập đoàn Phywe GMBH (Đức) Để việc thực tập đạt đưọc kết... hơi, entropy trình hóa hơi, phương trình Clapeyron - Clausius, quy luật Trouton, định luật nhiệt động học Nguyên tắc Q trình hóa chất lỏng xảy hấp thụ nhiệt Để xác định entapy trình hóa (∆H) phải