Đang tải... (xem toàn văn)
Đây là tài liệu hướng dẫn thực tập hóa học đại cương cho sinh viên khoa Hóa của Đại học khoa học tự nhiên, giúp tiết kiệm thời gian chuẩn bị bài cho mỗi sinh viên, đặc biệt ở những câu hỏi khó , giúp sinh viên cách giải quyết số liệu ở các bài phức tạp nhất.
Dương Nữ Khánh Lê BÀI 2: Xác định đương lượng Mg phương pháp đẩy H2 I Nguyên tắc: - Phương pháp đẩy H2 dùng để xác định đương lượng kim loại phản ứng nhanh hồn tồn với axit bazơ, giải phóng H2 Mg + HCl → MgCl2 + H2 đl Mg tức Đ (g) đl H2 tức 1g H2 hay 11200ml H2 (đktc) a (g) Mg V0 ml H2 (đktc) 11200 a Đ= V0 II Cách tiến hành: - Kiểm tra ống nghiệm có kín với hệ thống khơng cách tạo chênh lệch cột nước hai bên Nếu cột nước thay đổi chút dừng lại hệ kín Nếu hệ hở cột nước thay đổi tới hai bên - Dùng giấy ráp đánh miếng Mg để loại bỏ MgO Dùng kéo cắt nửa đem cân xác định a (20~30mg) - Cho Mg vào nhánh dài Dùng pipet bơm HCl vào nhánh ngắn ống nghiệm chữ Y lượng 1,5 lượng phản ứng Lắp vào hệ thống Trước lắp, hạ thấp ống gắn với ống nghiệm xuống - Kiểm tra hệ thống kín hay chưa - Thăng mực nước hai bên để cố định áp suất hệ áp suất khí Ghi V1 - Sau phản ứng xảy hết, làm nguội hệ thống nhiệt độ phòng cách ngâm cốc nước máy khoảng 3-5 phút - Thăng mực nước hai bên Ghi V2 III Xử lý số liệu: VH2 = V1 − V2 Phệ = PH2 + εT } ⇒ PH2 = Pkq − εT Thang bằng: Phệ = Pkhí P0 V0 PH2 VH2 = T0 TH2 V0 = PH2 VH2 T0 (Pkq − εT ) (V2 − V1 ) 273 = P0 TH2 760 (t° + 273) Dương Nữ Khánh Lê STT Các đại lượng thực nghiệm Khối lượng Magie kim loại, a (gam) Áp suất khí quyển, Pkq (mmHg) (1) Nhiệt độ phòng, t° (°C) Áp suất nước bão hòa, ƐT (mmHg) Mức nước ống trước phản ứng, V1 (ml) Mức nước ống sau phản ứng, V2 (ml) Thể tích Hidro điều kiện chuẩn, V0 (ml) Đương lượng Magie, Đ Sai số tương đối (%) Lần 0.0292g 771,813mmHg 13°C 11,987mmHg 1,5ml 30ml 27,198ml 12.02 -1.07% Lần 0.0291g 771,813mmHg 13°C 11,987mmHg 1,8ml 30ml 26,912ml 12.11 -0.33% IV Giải thích sai số: Đtn − Đlt Sai số = 100% Đlt A 24,30 Đlt = = = 12,15 n Đtn < 12,15 : Sai số âm Nguyên nhân: Do chưa làm nguội hệ thống thăng áp suất Đtn > 12.15 : Sai số dương Ngun nhân: Do hệ thống khơng tuyệt đối kín Mg bị lẫn MgO Chú ý: Khi đề yêu cầu tính khối lượng Mg cần dùng để khoảng thể tích khí H2 đó, ta tính theo điều kiện tiêu chuẩn 1mBar = 100 Pa 760mmHg = 101325Pa Dương Nữ Khánh Lê BÀI 3: Xác định khối lượng mol oxi theo phương trình trạng thái khí lý tưởng I Nguyên tắc: - Ở nhiệt độ không thấp áp suất khơng q cao, chất khí thơng thường O2, H2, N2,… coi khí lý tưởng - Phương trình trạng thái khí lý tưởng: m m PV = nRT = RT ⇒ M = RT ( ) M PV - Để xác định khối lượng mol của Oxi sử dụng phản ứng nhiệt phân KClO3 có xúc tác MnO2 hệ kín: MnO2 ,T 2KClO3 (r) → 2KCl(r) + 3O2 (k) - Khối lượng O2 thoát phản ứng hụt khối lượng hỗn hợp rắn sau nhiệt phân, thể tích O2 gia tăng thể tích khí hệ kín II Cách tiến hành: - Kiểm tra độ kín hệ thống: + Kiểm tra khóa 3: Dùng bóp thổi mạnh cho nước vào đầy ống xiphong, sau kẹp chặt khóa lại Nếu nước chảy từ khóa khóa bị hở Nếu ống xiphong đầy nước khóa kín + Kiểm tra độ kín tồn hệ thống: Lắp ống nghiệm vào hệ thống Tạo chênh lệch mực nước bình cầu cốc nước Nếu hệ thống kín mực nước thay đổi chút đứng yên Nếu hệ thống hở mực nước thay đổi mực nước hai bên - Cho 1,5~1,6g KClO3 trộn với MnO2 theo tỉ lệ 5:1~6:1 Cân ống nghiệm chứa hỗn hợp Ghi m1 - Lắp ống nghiệm vào hệ thống Kiểm tra độ kín hệ thống Thăng mực nước hai bên, đóng khóa lại cân mực nước, đổ cốc - Mở khóa Dùng đèn cồn đốt nhẹ ống nghiệm Sau phản ứng xảy hết thu cốc khoảng 300~400ml nước ngừng đun Để yên cho hệ thống nguội nhiệt độ phòng - Thăng mực nước hai bên Khóa chặt khóa lại đong lượng nước thu cốc Thể tích nước thu cốc thể tích O2 giải phóng - Tháo ống nghiệm cân lại ống nghiệm 0,082 (l atm/mol K) R = {62 400 (ml mmHg/mol K) 8,314 (J/mol K) Dương Nữ Khánh Lê III Xử lý số liệu: Phệ = PO2 + εT Thang bằng: Phệ = Pkq STT } ⇒ PO2 = Pkq − εT Các đại lượng thực nghiệm Khối lượng ống nghiệm trước thí nghiệm, m1 (g) Khối lượng ống nghiệm sau thí nghiệm, m2 (g) Khối lượng O2, m = m1 − m2 (g) Thể tích O2, V (ml) Áp suất khí quyển, Pkq (mmHg) Áp suất nước bão hòa, ƐT (mmHg) Nhiệt độ phòng, T (K) Khối lượng mol O2, M (g/mol) Sai số tương đối (%) Lần 30,563 29,908 0,655 475 769,563 15,477 291 33,205 3,77% Lần 31,161 30,727 0,434 320 768,813 14,530 290 32,538 1,68% IV Giải thích sai số: Mtn − Mlt Sai số = 100% Mlt Nguyên nhân: - Sai sô âm: Do chưa đưa hệ nhiệt độ phòng đem đo thể tích khí thu được, dẫn đến Vkhí tăng - Sai số dương: + Do hệ chưa kín dẫn đến khí bị ngồi, Vkhí giảm + Do hóa chất bị ẩm, tính tốn khơng trừ khối lượng mH2O , dẫn đến mO2 lớn Dương Nữ Khánh Lê BÀI 4: Các yếu tố ảnh hưởng đến cân hóa học I Cơ sở lý thuyết: Ảnh hưởng nồng độ đến cân hóa học: - Khảo sát chuyển dịch cân tác dụng tăng nồng độ chất phản ứng sản phẩm phản ứng cân dung dịch - Phản ứng: FeCl3 + 3KNCS ⇌ Fe(NCS)3 + 3KCl vàng nhạt đỏ thẫm CFe(SCN)3 CKCl Hằng số can bằng: K C = la số nhiệt độ xac định CFeCl3 CKSCN Ảnh hưởng nhiệt độ đến cân hóa học: - Khảo sát chuyển dịch cân thay đổi nhiệt độ hệ khí - Phản ứng: 2NO2 ⇌ N2O4 (ΔH0 = -56,9kJ/mol) nâu đỏ không màu - Có: ∆G = ∆H − T∆S = −RTlnK ∆H ∆S ⇔ lnK = − + RT T ∆H ∆H ⇒ lnK − lnK1 = − − (− ) RT2 RT1 K2 ∆H 1 ⇔ ln =− ( − ) K1 R T2 T1 II Cách tiến hành-Giải thích: Khảo sát ảnh hưởng nồng độ chất đầu sản phẩm phản ứng: - Rót 10ml nước cất vào cốc thủy tinh Thêm vào giọt dung dịch FeCl3 bão hòa giọt dung dịch KNCS bão hòa Lắc chia ống nghiệm đánh số: + Ống 1: Giữ nguyên làm mẫu so sánh + Ống 2: Thêm 2~3 giọt dung dịch FeCl3 bão hòa, lắc Dung dịch ống nghiệm đậm màu so với ống nghiệm Khi cho thêm dung dịch FeCl3 vào, nồng độ FeCl3 tăng lên, cân chuyển dịch theo chiều thuận làm giảm nồng độ FeCl3 đi, sinh Fe(NCS)3 có màu đỏ thẫm, dung dịch đậm màu + Ống 3: Thêm 2~3 giọt dung dịch KNCS bão hòa, lắc Thêm 2-3 giọt dung dịch KNCS bão hòa, lắc Dung dịch ống nghiệm đậm màu so với ống nghiệm Khi cho thêm dung dịch KNCS vào, nồng độ KNCS tăng lên, cân chuyển dịch theo chiều thuận làm giảm nồng độ KNCS đi, sinh Fe(NCS)3 có màu đỏ thẫm, dung dịch đậm màu + Ống 4: Thêm tinh thể KCl, lắc tan Thêm tinh thể KCl, lắc tan Dung dịch ống nghiệm nhạt màu so với ống nghiệm Khi cho thêm tinh thể KCl vào, nồng độ KCl tăng lên, cân chuyển dịch theo chiều nghịch làm giảm Dương Nữ Khánh Lê nồng độ KCl đi, phức Fe(NCS)3 phản ứng với KCl sinh FeCl3 KNCS, dung dịch nhạt màu (1) Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ: - Cho khoảng 3g đồng kim loại mảnh vào ống nghiệm có nhánh Rót khoảng 10ml dung dịch HNO3 đặc vào phễu nhỏ giọt Lắp phễu vào ống nghiệm có nhánh Đưa hệ vào tủ hút - Bật tủ hút Mở khóa phễu nhỏ giọt cho HNO3 đặc chảy xuống ống nghiệm có nhánh Thu khí NO2 vào hai bình cầu khơ theo phương pháp đẩy khơng khí cho hai bình có màu nâu gần Đậy nút cao su - Giữ bình điều kiện phòng làm mẫu so sánh Nhúng bình lại vào cốc nước gần sôi, giữ nguyên thời gian phút Khi nhúng bình cầu vào cốc nước gần sơi, khí bình có màu nâu đậm màu nâu bình so sánh Khi đó, nhiệt độ tăng lên, cân chuyển dịch theo chiều nghịch chiều phản ứng thu nhiệt nhằm chống lại tăng nhiệt - Lại nhúng bình cầu vào cốc nước đá, giữ phút Khi nhúng bình cầu vào cốc nước đá, khí bình có màu nâu nhạt màu nâu bình so sánh Khi đó, nhiệt độ giảm xuống, cân chuyển dịch theo chiều thuận chiều phản ứng tỏa nhiệt nhằm chống lại giảm nhiệt Nếu sử dụng KCl dạng dung dịch dung dịch ống nghiệm bị nhạt màu pha loãng nên phải sử dụng dạng tinh thể để dung dịch nhạt màu chuyển dịch cân Dương Nữ Khánh Lê BÀI 5: Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng I Cơ sở lý thuyết: - Tốc độ trung bình phản ứng: v = ± ∆C ∆t Ảnh hưởng nồng độ chất phản ứng: - Phản ứng: aA + bB → cC +dD m: bậc rieng phản ứng A - Tốc độ phản ứng: v = , { n: bậc rieng phản ứng B m + n: bậc phản ứng - Đối với phản ứng đơn giản, giai đoạn: v = k CAa CBb - Để khảo sát ảnh hưởng nồng độ chất phản ứng, ta sử dụng phản ứng: Na2S2O3 + H2SO4 ⇌ H2C2O4 + Na2SO4 H2C2O4 ⇌ S↓trắng + Na2SO3 - Giữ nguyên nồng độ H2SO4, thay đổi nồng độ Na2S2O3 làm thay đổi tốc độ phản ứng nhận biết nhờ thay đổi khoảng thời gian tạo kết tủa lưu huỳnh dung dịch Ảnh hưởng nhiệt độ: k CAm CBn − E∗ RT - Hằng số tốc độ phản ứng: k = A e , E*: lượng hoạt động hóa (E*>0) - Theo thuyết va chạm hoạt động phản ứng xảy phần tử chúng va chạm trực tiếp với Về mặt lượng, phần tử hoạt động phải có lượng vượt giới hạn Hiệu số giá trị lượng giới hạn lượng trung bình phần tử gọi lượng hoạt động hóa phản ứng, ký hiệu E* Mỗi phản ứng có E* định - Số lần tăng tốc độ phản ứng nhiệt độ tăng 10°C gọi hệ số nhiệt độ tốc độ phản ứng, ký hiệu γ vT+10 k T+10 γ= = =2÷4 vT kT - Để khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ, ta sử dụng phản ứng: 2KMnO4 + 5H2C2O4 ⇌ K2SO4 + 2MnSO4 + 10CO2 + 8H2O - Khi nhiệt độ cao, tốc độ phản ứng lớn dung dịch màu nhanh Ảnh hưởng chất xúc tác: - Chất xúc tác có tác dụng làm thay đổi tốc độ phản ứng Chúng làm thay đổi lượng hoạt động hóa phản ứng tạo thành hợp chất trung gian hoạt động có lượng thấp khơng có chất xúc tác - Để khảo sát ảnh hưởng chất xúc tác, ta sử dụng phản ứng kali pemanganat axit oxalic dung dịch axit sunfuric loãng có mặt khơng có mặt MnSO4 Nếu Dương Nữ Khánh Lê ion Mn2+ có khả xúc tác cho phản ứng thời gian màu dung dịch phản ứng có thêm Mn2+ nhanh khơng có Mn2+ II Cách tiến hành: Ảnh hưởng nồng độ chất phản ứng: - Dùng pipet hút xác 3ml dung dịch Na2S2O3 0,2M cho vào ống nghiệm khô dung pipet khác hút 3ml dung dịch H2SO4 0,2M vào ống nghiệm khác - Rót nhanh dung dịch H2SO4 vào dung dịch Na2S2O3, lắc Dùng đồng hồ bấm giây từ lúc rót hai dung dịch vào với dung dịch bắt đầu xuất kết tủa đục sữa - Tiến hành thí nghiệm tương tự với dung dịch Na2S2O3 pha loãng nồng độ 1.5, 2, lần Ảnh hưởng nhiệt độ: - Dùng pipet hút xác 2ml dung dịch kali pemanganat 0,01M cho vào ống nghiệm khô Dung pipet khác hút 2ml dung dịch axit oxalic 0,1M pha axit sunfuric loãng (20%) cho vào ống nghiệm thứ hai - Đo nhiệt độ phòng thời điểm làm thí nghiệm - Đổ nhanh dung dịch H2C2O4 vào dung dịch KMnO4, lắc Dùng đồng hồ bấm giây từ bắt đầu trộn lẫn dung dịch tới dung dịch màu, suốt - Tiến hành thí nghiệm điều kiện nhiệt độ +10°C, +20°C, +30°C Ảnh hưởng chất xúc tác: - Lấy vào hai ống nghiệm khô, ống ml dung dịch axit oxalic 0,1M pha axit sunfuric loãng (20%) - Thêm vào ống nghiệm thứ giọt dung dịch MnSO4 loãng Thêm vào ống nghiệm thứ hai giọt nước cất Thêm vào ống nghiệm giọt dung dịch KMnO4 0,01M, lắc - Dùng đồng hồ bấm giây từ lúc thêm dung dịch KMnO4 vào ống nghiệm tới dung dịch màu, suốt Dương Nữ Khánh Lê III Xử lý số liệu: Ảnh hưởng nồng độ chất phản ứng: Ống nghiệm Ống Nồng độ Nồng độ nghiệm Na2S2O3 sau H2SO4 sau Δt v= VH2O STT VNa2S2O3 ∆t VH2SO4 trộn lẫn trộn lẫn (s) −1 (1) (s ) (ml) (ml) (M) (M) (ml) 3 0,1 0,1 17 0,059 2 0,067 0,1 23 0,043 1,5 1,5 0,05 0,1 31 0,032 0,033 0,1 46 0,022 m n ′ m - Vì phản ứng xảy qua nhiều giai đoạn: v = k CNa2S2O3 CH2SO4 = k CNa2S2O3 (2) 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0 0.00002 0.00004 0.00006 0.00008 0.0001 0.00012 - Đồ thị thu có dạng đường thẳng (y = a.x) ⇒ Tốc độ phản ứng phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ Na2S2O3 dung dịch sau trộn lẫn ⇒ Bậc phản ứng riêng Na2S2O3 đại lượng thực nghiệm, m = 1 Khơng thể tính xác v Xuất phát từ cơng thức v = ∆C ∆t với ΔC biến thiên nồng độ chất kết tủa coi độ tinh mắt phát kết tủa người nhau, nồng độ chất kết tủa khoảng thời gian nên lược bỏ Nồng độ H2SO4 giữ nguyên không đổi nên k ′ = k C n H2 SO4 Dương Nữ Khánh Lê Ảnh hưởng nhiệt độ: Nhiệt độ thí nghiệm, T(K) tphòng (19°C) tphòng + 10°C tphòng + 20°C tphòng + 30°C Thời gian màu, Δt (s) 111 61 22 10 0,053 0,034 0,026 0,02 T (1) -4,710 -4,111 -3,091 -2,303 ln v = ln ∆t -1 -2 -3 -4 -5 -6 p m n - Có tốc độ phản ứng: v = k CKMnO CH CH2SO4 C2 O4 − = A e E∗ m RT CKMnO − ′ = A e E∗ RT p n CH CH2SO4 C2 O4 E∗ ⇔ ln v = lnA − R T - Đồ thị thu có dạng đường thẳng (y=a.x+b) ′ ⇒ ln ∆t phụ thuộc vào theo hàm số mũ T E∗ ∗ ⇒ { R = 69,78 ⇒ E ≈ 580,151 lnA′ = 1,233 Ảnh hưởng chất xúc tác: - Ống nghiệm có chất xúc tác MnSO4: 23s - Ống nghiệm khơng có chất xúc tác MnSO4: 72s ⇒ Ion Mn2+ có khả xúc tác cho phản ứng nên thời gian màu dung dịch phản ứng có thêm Mn2+ ngắn khơng có Mn2+ ∆C Trong trường hợp này, tính xác v Xuất phát từ công thức v = với ΔC ∆t biến thiên nồng độ KMnO4 nồng độ KMnO4 màu ống nghiệm nên lược bỏ 10 Dương Nữ Khánh Lê BÀI 10: Khảo sát định luật khí I Nguyên tắc: - Phương trình trạng thái khí lý tưởng: PV = nRT - Với hệ kín chứa n mol khí lý tưởng: + Định luật Boyle-Mariotte: Khi nhiệt độ không đổi: k1 PV = nRT = const ⇒ P = V + Định luật Gay-Lussac: Khi áp suất không đổi: nR V= T = k2 T P + Định luật Charle: Khi thể tích khơng đổi: nR P= T = k3 T V - Từ số liệu thực nghiệm thu được, tính giá trị k1, k2, k3 II Cách tiến hành: - Kiểm tra độ kín hệ thống: Đóng khóa ba chạc để ngắt đường thơng ngồi, cho bình chứa khí thơng với xi lanh Đẩy (kéo) pittong nhằm làm thay đổi thể tích khí giữ nguyên vị trí Quan sát áp kế, kim áp kế dịch đến vị trí xác định đứng yên hệ kín, kim áp kế dịch chuyển phía giảm (tăng) áp suất hệ hở - Mở khóa ba chạc, chuyển pittong vị trí 0ml, lắp đối trọng, chỉnh kim áp kế 0, bật công tắc hiển thị nhiệt độ Khảo sát định luật Boyle-Mariotte: Bật công tắc máy khuấy từ, để nhiệt độ khí bình nhiệt độ nước cách thủy Sau khoảng phút, ghi giá trị áp suất khí nhiệt độ hệ khí hiển thị nhiệt độ Mở khóa ba chạc, đưa pittong vị trí 50ml Đóng lối khóa ba chạc Nhẹ nhàng đẩy pittong vị trí 0ml Cứ lần kim áp kế tăng lên vạch (10hPa) ngừng đẩy, ghi giá trị ΔV tương ứng xilanh Khi pittong dịch chuyển ngược đến vạch xilanh, nhẹ nhàng thả dần để pittong dịch chuyển ngược lại Lặp lại thí nghiệm kéo pittong dịch chuyển từ vạch 0ml đến vạch 50ml Khảo sát định luật Charle: Mở khóa ba chạc Bật công tắc máy khuấy từ để nhiệt độ khí bình nhiệt độ nước cách thủy Sau khoảng phút, ghi giá trị nhiệt độ hệ áp suất khí Chỉnh kim áp kế vị trí Đóng khóa ba chạc 45°, ngắt lối thông với xi lanh với bên ngồi Bật cơng tắc bếp điện Khí khảo sát bình đốt nóng bếp cách thủy Khi kim áp kế tăng lên vạch (10hPa) ghi giá trị nhiệt độ tương ứng bảng hiển thị Khi nhiệt độ tăng đến 80°C ngừng đun Theo dõi trình hạ nhiệt độ tương ứng với giảm áp suất Lặp lại thí nghiệm hai lần 25 Dương Nữ Khánh Lê Khảo sát định luật Gay-Lussac: Mở khóa ba chạc Bật cơng tắc máy khuấy từ để nhiệt độ khí bình nhiệt độ nước cách thủy Sau khoảng phút, ghi giá trị nhiệt độ hệ áp suất khí Chuyển pittong vị trí 0ml, đóng lối thơng ngồi khóa ba chạc Điều chỉnh kim áp kế vị trí Bật máy khuấy từ bếp đun để nâng nhiệt độ hệ khí Ghi giá trị nhiệt độ pittong chuyển dịch vạch (5ml) Chú ý điều chỉnh pittong cho kim áp kế ln vị trí Khi nhiệt độ hệ tăng lên đến 80°C ngừng đun Quan sát giảm thể tích theo giảm nhiệt độ hệ Lặp lại thí nghiệm hai lần III Xử lý số liệu: Khảo sát định luật Boyle-Mariotte: Pkq = 1015 mBar = 101 500 Pa ≈ 761,313 mmHg T = 23°C = 296 K Lần P = Pkq + V= 570 + ΔP (hPa) ΔV (ml) ΔP (hPa) ΔP (Pa) ΔV (ml) 50 101 500 620 10 45 101 510 615 -10 20 35 101 520 605 -20 30 27 101 530 597 -30 40 21 101 540 591 -40 50 14 101 550 584 -50 60 101 560 577 -60 Lần P = Pkq + V= 570 + ΔV (ml) ΔP (Pa) ΔV (ml) 101 500 570 101 490 579 16 101 480 586 22 101 470 592 28 101 460 598 35 101 450 605 43 101 440 613 101580 101560 101540 101520 101500 101480 101460 101440 101420 1600 1620 1640 1660 1680 1700 1720 1740 1760 1780 1800 k1 ≈ 60,407 26 Dương Nữ Khánh Lê Khảo sát định luật Charle: Pkq = 1015 mBar = 101 500 Pa V = 570 ml Lần P = Pkq + ΔP (hPa) t (°C) ΔP (Pa) 23,5 101 500 10 26,4 101 510 20 30,5 101 520 30 33,8 101 530 40 37,1 101 540 50 39,4 101 550 60 43,0 101 560 70 47,6 101 570 80 51,0 101 580 90 53,8 101 590 100 57,0 101 600 T=t+ 273 (K) 296,5 299,4 303,5 306,8 310,1 312,4 316,0 320,6 324,0 326,8 330,0 ΔP (hPa) 10 20 30 40 50 60 70 80 - Lần P = Pkq + t (°C) ΔP (Pa) 31,5 101 500 34,8 101 510 38,8 101 520 41,8 101 530 45,6 101 540 48,7 101 550 53,7 101 560 55,7 101 570 60,3 101 580 - T=t+ 273 (K) 304,5 307,8 311,8 314,8 318,6 321,7 326,7 328,7 333,3 - 101610 101590 101570 101550 101530 101510 101490 290 300 310 320 330 340 k ≈ 322,0015 27 Dương Nữ Khánh Lê Khảo sát định luật Gay-Lussac: P = Pkq = 1015 mBar = 101 500 Pa Lần V= 570 + T = t + ΔV (ml) t (°C) ΔV (ml) 273 (K) 32 570 305 34,5 575 307,5 10 38 580 311 15 40,3 585 313,3 20 43,3 590 316,3 25 47,1 595 320,1 30 49,1 600 322,1 35 51,6 605 324,6 40 56,3 610 329,3 ΔV (ml) 10 15 20 25 30 35 - Lần V= 570 + t (°C) ΔV (ml) 35,2 570 36,8 575 40,3 580 43,8 585 45,5 590 49,1 595 52 600 56,2 605 - T=t+ 273 (K) 308,2 309,8 313,3 316,8 318,5 322,1 325 329,2 - 0.00062 0.00061 0.0006 0.00059 0.00058 0.00057 0.00056 0.00055 300 305 310 315 320 325 330 k ≈ 1,856 10−6 28 Dương Nữ Khánh Lê BÀI 11: Dung dịch chất điện ly I Nguyên tắc: Độ điện ly: - Để đặc trưng cho mức độ phân ly chất điện ly dung dịch, người ta dùng đại lượng độ điện ly α: Số phân tử chất tan bị điện ly α= Tổng số phân tử chất tan có dung dịch Hằng số điện ly: - Hằng số cân trình điện ly đặc trưng cho khả phân ly thành ion chất điện ly yếu gọi số điện ly Ví dụ, với axit yếu HA: HA + H2O ⇌ H3O+ + ACH O+ CA− K HA = CHA - Giá trị K phụ thuộc vào chất chất điện ly nhiệt độ, không phụ thuộc vào nồng độ chất điện ly dung dịch Chất điệnly mạnh, giá trị K lớn ngược lại - Đối với chất điện ly yếu bậc hai, K liên hệ với α qua biểu thức: C α2 K K= ; α ≪ 1, K = C α2 hay α = √ 1−α C pH dung dịch: - Đối với dung dịch axit yếu: 1 pH = pK a − logCa 2 - Đối với dung dịch bazơ yếu: 1 pH = 14 − pOH = 14 − pK b + logCb 2 Dung dịch đệm: - Dung dịch đệm dung dịch hỗn hợp gồm axit yếu muối với bazơ mạnh (đệm axit), bazơ yếu muối với axit mạnh (đệm bazơ) - Dung dịch đệm có tính đệm, nghĩa có khả giữ cho pH dung dịch bị thay đổi thêm axit mạnh bazơ mạnh - pH dung dịch đệm axit: Ca pH = pK a − log Cm - pH dung dịch đệm bazơ: Cb pH = 14 − pOH = 14 − pK b + log Cm 29 Dương Nữ Khánh Lê II Cách tiến hành: So sánh độ dẫn điện dung dịch điện ly: Lắp đo độ dẫn điện Cách đo: Rửa cốc, tráng nước cất, tráng ba lần lượng nhỏ dung dịch cần đo Rót dung dịch vào cốc đến vạch mức đánh dấu sẵn, lắp vào hệ thống Đóng mạch điện, quan sát độ sang bóng đèn đọc giá trị cường độ dòng điện điện kế Sau đo xong dung dịch phải rửa điện cực, tráng nước cất thấm khô giấy lọc trước lần đo a) Lần lượt đo độ dẫn điện dung dịch HCl, KOH, Na2SO4, NH4CH3COO, CH3COOH, NH4OH có nồng độ 0,1N So sánh độ dẫn điện dung dịch trên, nhận xét giải thích b) Trộn hai thể tích hai dung dịch CH3COOH 0,1N NH4OH 0,1N đo độ dẫn điện dung dịch pha So sánh độ dẫn điện dung dịch hỗn hợp với độ dẫn điện dung dịch CH3COOH 0,1N NH4OH 0,1N riêng rẽ, nhận xét kết thu giải thích Khảo sát ảnh hưởng pha loãng đến độ điện ly chất điện ly yếu: Tiến hành đo độ dẫn điện dung dịch CH3COOH có nồng độ khác nhau, cách đo phần Trước hết, đo độ dẫn điện CH3COOH đặc Sau dùng bình định mức dung tích 100ml pipet để pha loãng dung dịch CH3COOH đặc 2, 4, 8, 16, 32, 64 lần nước cất đo độ dẫn điện dung dịch thu Khảo sát ảnh hưởng ion đồng loại đến độ phân ly chất điện ly yếu: a) Lấy hai ống nghiệm sạch, cho vào ống giọt dung dịch CH3COOH 1N giọt thị metyl da cam Thêm vài tinh thể NaCH3COO vào ống nghiệm, lắc cho tan So sánh màu sắc dung dịch hai ống nghiệm giải thích b) Lấy hai ống nghiệm sạch, cho vào ống giọt dung dịch NH4OH 1N giọt phenolphtalein Thêm vài tinh thể NH4Cl vào ống nghiệm, lắc cho tan So sánh màu sắc dung dịch hai ống nghiệm giải thích Đo pH dung dịch axit yếu, bazơ yếu có nống độ khác xác định số điện ly chúng: Dùng máy đo pH để xác định pH dung dịch CH3COOH có nồng độ 0,01M; 0,1M; 1M dung dịch NH4OH có nồng độ 0,01M; 0,1M; 1M Từ giá trị thu được, tính số điện ly CH3COOH NH4OH Nhận xét Khảo sát tính đệm dung dịch đệm: a) Cho vào ống nghiệm 2ml dung dịch CH3COOH 1M 2ml dung dịch CH3COONa 1M, lắc Dùng giấy thị tổng hợp xác định pH dung dịch pha Chia dung dịch hai ống nghiệm Thêm vào ống nghiệm thứ giọt HCl 1M vào ống nghiệm thứ hai giọt NaOH 1M, lắc Dùng giấy thị tổng hợp xác định pH hai dung dịch Tiến hành thí nghiệm tương tự nước cất b) Cho vào ống nghiệm 0,5ml dung dịch NH4Cl 1M 0,5ml dung dịch NH4OH 1M, lắc Dùng giấy thị tổng hợp xác định pH dung dịch Pha loãng dung dịch lần, 30 Dương Nữ Khánh Lê 10 lần, 100 lần, 1000 lần xác định pH dung dịch So sánh giá trị pH đo dung dịch Giải thích III Xử lý số liệu-Giải thích: So sánh độ dẫn điện dung dịch điện ly: a) - HCl: 0,227 mA - KOH: 0,23 mA - Na2SO4: 0,223 mA - NH4CH3COO: 0,222 mA - CH3COOH: 0,162 mA - NH4OH: 0,177 mA Độ dẫn điện dung dịch axit mạnh, bazơ mạnh muối lớn độ dẫn điện dung dịch axit yếu bazơ yếu Vì dung dịch axit mạnh, bazơ mạnh muối điện ly hoàn toàn ion dịch chuyển nên dẫn điện; dung dịch axit yếu bazơ yếu điện ly không hoàn toàn nên với nồng độ, nồng độ ion dung dịch nên độ dẫn điện a) Khi trộn hai dung dịch vào, ta đo độ dẫn điện dung dịch NH4CH3COO 0,215mA Vì trộn hai dung dịch vào có xảy phản ứng: CH3COOH ⇌ CH3COO– + H+ (1) NH4OH ⇌ NH4 + + OH– (2) H+ + OH– ⇌ H2O Phản ứng trung hòa tạo H2O làm giảm nồng độ ion H+ OH–, làm cho cân (1) (2) dịch chuyển bên phải, phân ly nhiều ion nên có độ dẫn điện lớn so với hai dung dịch CH3COOH NH4OH ban đầu Khảo sát ảnh hưởng pha loãng đến độ điện ly chất điện ly yếu: - CH3COOH đặc: mA - Pha loãng lần: 0,170 mA - Pha loãng lần: 0,192 mA - Pha loãng lần: 0,195 mA - Pha loãng 16 lần: 0,193 mA - Pha loãng 32 lần: 0,181 mA - Pha loãng 64 lần: 0,169 mA 0.2 0.18 0.16 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 10 20 30 31 Dương Nữ Khánh Lê Theo định luật pha loãng Osvan, pha loãng dung dịch, độ điện ly dung dịch tăng lên Nhưng đến điểm đó, pha dung dịch lỗng ra, nồng độ chất tan dung dịch giảm, dẫn tới nồng độ ion đi, tăng độ điện ly không đủ để bù lại nên nồng độ ion dung dịch giảm, dung dịch có độ dẫn điện Khảo sát ảnh hưởng ion đồng loại đến độ phân ly chất điện ly yếu: a) Ban đầu, hai ống nghiệm, dung dịch có màu đỏ: CH3COOH ⇌ CH3COO– + H+ (1) Khi cho thêm tinh thể NaCH3COO vào, dung dịch ống nghiệm chuyển sang màu da cam NaCH3COO → Na+ + CH3COO– Khi cho thêm tinh thể NaCH3COO vào, NaCH3COO phân ly ion Na+ ion CH3COO–, nồng độ ion CH3COO– tăng lên, làm cho cân (1) dịch chuyển bên trái, làm giảm nồng độ ion H+ nên pH dung dịch tăng Vậy cần phải thêm muối axit yếu với bazơ mạnh vào dung dịch axit yếu để cân chuyển dịch phía tạo thành phân tử axit yếu phân ly b) Ban đầu, hai ống nghiệm, dung dịch có màu hồng: NH4OH ⇌ NH4+ + OH– (2) Khi cho thêm tinh thể NH4Cl vào, dung dịch ốn nghiệm chuyển sang suốt không màu NH4Cl → NH4+ + Cl– Khi cho thêm tinh thể NH4Cl vào, NH4Cl phân ly ion NH4+ ion Cl–, nồng độ ion NH4+ tăng lên, làm cho cân (2) dịch chuyển bên trái, làm giảm nồng độ ion OH– nên pH dung dịch giảm Vậy cần phải thêm muối axit mạnh với bazơ yếu vào dung dịch bazơ yếu để cân chuyển dịch phía tạo thành phân tử bazơ yếu phân ly Đo pH dung dịch axit yếu, bazơ yếu có nồng độ khác xác định số điện ly chúng: Đối với axit yếu: 1 pH = pK a − logCa ⇒ K a = 10−(2pH+log Ca ) 2 CH3COOH 0,01006M: pH = 3,41 ⇒ Ka = 1,505.10-5 0,1006M: pH = 2,82 ⇒ Ka = 2,277.10-5 1,006M: pH = 2,33 ⇒ Ka =2,175.10-5 Đối với bazơ yếu: 1 pH = 14 − pOH = 14 − pK b + logCb ⇒ K b = 102(pH−14)−log Cb 2 NH4OH 0,010023M: pH = 9,93 ⇒ Ka = 7,228.10-7 0,10023M: pH = 11,03 ⇒ Ka = 1,146.10-5 1,0023M: pH = 11,51 ⇒ Ka =1,045.10-5 32 Dương Nữ Khánh Lê Khảo sát tính đệm dung dịch đệm: a) - Dd CH3COOH 1M + CH3COONa 1M: pH = + Thêm giọt HCl 1M: pH = + Thêm giọt NaOH 1M: pH = - Nước cất: pH = + Thêm giọt HCl 1M: pH = + Thêm giọt NaOH 1M: pH = 12 Trong dung dịch đệm axit có cân bằng: CH3COOH ⇌ CH3COO– + H+ (1) CH3COONa → Na+ + CH3COO– Khi cho thêm giọt dung dịch HCl vào ống nghiệm, HCl phân ly ion H+ Cl– Ion H+ sinh phản ứng với ion CH3COO– có dung dịch tạo thành phân tử axit CH3COOH, tức cân (1) dịch chuyển bên trái nên pH dung dịch thay đổi Khi cho thêm giọt dung dịch NaOH vào ống nghiệm, NaOH phân ly ion Na+ OH– Ion OH– sinh phản ứng với ion H+ có dung dịch tạo thành phân tử H2O, làm cho cân (1) dịch chuyển bên phải, sinh H+ nên pH dung dịch thay đổi b) - Dung dịch NH4OH 1M + NH4Cl 1M: pH = - Pha loãng lần: pH = - Pha loãng lần: pH = - Pha loãng 10 lần: pH = - Pha loãng 100 lần: pH = - Pha loãng 1000 lần: pH = Khi pha loãng dung dịch đệm, vượt đệm dung dịch dung dịch tính đệm Đồng thời, biểu thức tính pH dung dịch đệm bỏ qua điện ly nước; pha dung dịch lỗng khơng thể bỏ qua điện ly nước 33 Dương Nữ Khánh Lê BÀI 12: Thế điện cực Suất điện động pin điện hóa I Nguyên tắc: - Thế khử (thế điện cực) cặp oxi hóa-khử xác định phương trình Nextơ: R T Cox E = Eo + ln n F Ck ⇒ Thế khử phụ thuộc vào chất cặp oxi hóa-khử, nhiệt độ nồng độ dạng oxi hóa dạng khử dung dịch Sau biến đổi, phương trình Nextơ viết dạng: 0,059 Cox E = Eo + log n Ck - Thế khử (thế điện cực) lớn dạng oxi hóa mạnh, dạng khử yếu - Không thể đo giá trị tuyệt đối điện cực Khi cần đo điện cực đó, phải ghép điện cực với điện cực so sánh pin Từ sức điện động đo pin, dấu hai điện cực biết điện cực so sánh, xác định giá trị điện cực cần đo theo công thức: Epin = E(+) − E(−) VD: Điện cực so sánh: điện cực bạc Ag|AgNO3; điện cực bạc clorua Ag|AgCl, KCl;… - Biểu diễn pin: (-) Zn|ZnSO4 (1M) || CuSO4 (1M)|Cu (+) Tại anot xảy q trình oxi hóa, catot xảy trình khử II Cách tiến hành-Xử lý số liệu: Xác định E o Cu2+/Cu pin Ag|AgCl, KCl (1M) || CuSO4 (1M)|Cu: Cực âm: Ag – 1e + Cl– → AgCl Cực dương: Cu2+ + 2e → Cu Cu2+ +2Ag + 2Cl– → Cu + AgCl Epin = E(+) − E(−) = E o Cu2+/Cu − E o AgCl/Ag ⇒ E o Cu2+/Cu = Epin + E o AgCl/Ag = 0,089 + 0,225 = 0,314 (V) Xác định E o Zn2+/Zn pin Zn|ZnSO4 (1M) || AgCl, KCl (1M)|Ag: Cực âm: Cực dương: Epin Zn – 2e → Zn2+ AgCl + 1e → Ag + Cl– Zn +2AgCl → Zn2+ + Ag + 2Cl– = E(+) − E(−) = E o AgCl/Ag − E o Zn2+/Zn ⇒ E o Zn2+/Zn = E o AgCl/Ag − Epin = 0,225 − 1,013 = −0,788(V) 34 Dương Nữ Khánh Lê Pin Zn|ZnSO4 (1M) || CuSO4 (1M)|Cu: Cực âm: Zn – 2e → Zn2+ Cực dương: Cu2+ + 2e → Cu Cu2+ + Zn → Cu + Zn2+ Theo lý thuyế𝑡: Epin = E(+) − E(−) = E o Cu2+/Cu − E o Zn2+/Zn = 0,337 − (−0,763) = 1,1 (V) Thực tế đo được: Epin = 1,096 (V) Pin nồng độ: a) CuSO4 (0,1M)|Cu || CuSO4 (1M)|Cu: 0,059 Theo lý thuyết: Epin = E(+) − E(−) = log = 0,0295 (V) 0,1 Thực tế đo được: Epin = 0,0449 (V) b) CuSO4 (0,01M)|Cu || CuSO4 (1M)|Cu: 0,059 Theo lý thuyết: Epin = E(+) − E(−) = log = 0,059 (V) 0,01 Thực tế đo được: Epin = 0,0527 (V) c) CuSO4 (0,001M)|Cu || CuSO4 (1M)|Cu: 0,059 Theo lý thuyết: Epin = E(+) − E(−) = log = 0,0885 (V) 0,001 Thực tế đo được: Epin = 0,0915 (V) 35 Dương Nữ Khánh Lê BÀI 13: Phản ứng oxi hóa-khử Sự điện phân: I Cơ sở lý thuyết: Phản ứng oxi hóa-khử: - Phản ứng oxi hóa-khử phản ứng có thay đổi số oxi hóa nguyên tố tham gia vào thành phần phân tử chất hệ phản ứng - Khi khử hai cặp chênh lệch nhiều số cân phản ứng lớn phản ứng oxi hóa-khử xảy mạnh Sự điện phân: - Sự điện phân phản ứng hóa học xảy tác dụng dòng điện chiều Người ta phân biệt hai loại trình điện phân: điện phân nóng chảy điện phân dung dịch - Khi điện phân muối oxit trạng thái nóng chảy, điện cực xảy phản ứng sản phẩm q trình điện phân hồn tồn xác định - Định luật Faraday: Khối lượng chất điện cực q trình điện phân tỷ lệ với điện lượng qua bình điện phân với đương lượng chất A I t F: Hằng số Faraday F = 96490C m= với { n F n: Hoa trị nguyen tố II Cách tiến hành-Giải thích: Phản ứng oxi hóa-khử: a) Lấy vào ống nghiệm vài giọt dung dịch KI 1M, vài giọt clorofom, cuối thêm vài giọt nước clo bão hòa, lắc Trong ống nghiệm xảy phản ứng: 2KI + Cl2 → 2KCl + I2 chất khử chất oxh Trong ống nghiệm, dung dịch bị phân thành hai lớp Lớp dung dịch có màu vàng iot tan nước, lớp dung dịch có màu hồng iot tan clorofom b) Lấy vào ống nghiệm vài giọt dung dịch KMnO4 0,005M, thêm vài giọt H2SO4 20% để axit hóa dung dịch Sau thêm giọt KNO2 0,5M, lắc Trong ống nghiệm xảy phản ứng: 2KMnO4 + 5KNO2 + 3H2SO4 → 5KNO3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O chất oxh chất khử KMnO4 bị màu, dung dịch chuyển sang suốt, không màu c) Lấy ba ống nghiệm, cho vào ống vài giọt dung dịch KMnO4 0,05M Thêm vào ống thứ vài giọt H2SO4 20% Thêm vào ống thứ hai vài giọt kiềm đặc Cuối thêm vào ba ống, ống vài giọt dung dịch Na2SO3 1M 36 Dương Nữ Khánh Lê - Ở ống nghiệm thứ nhất: 2KMnO4 + 5Na2SO3 + 3H2SO4 → K2SO4 + 2MnSO4 + 5Na2SO4 + 3H2O chất oxh chất khử KMnO4 bị màu, dung dịch chuyển sang suốt, không màu - Ở ống nghiệm thứ hai: 2KMnO4 + Na2SO3 + 2NaOH → Na2SO4 + K2MnO4 + Na2MnO4 + H2O chất oxh chất khử Dung dịch chuyển sang màu xanh lục thẫm muối K2MnO4 - Ở ống nghiệm thứ ba: 2KMnO4 + 3Na2SO3 + H2O → 3Na2SO4 + 2MnO2 ↓nâu + 2KOH chất oxh chất khử KMnO4 bị màu, dung dịch chuyển sang suốt, không màu, dung dịch xuất kết tủa màu nâu d) Rót vào hai ống nghiệm ống khoảng 1ml dung dịch H2O2 5% Thêm vào ống thứ vài giọt dung dịch KI 0,5M thêm vào ống thứ hai vài giọt dung dịch KMnO4 0,05M axit hóa dung dịch H2SO4 20%, lắc - Ở ống nghiệm thứ nhất: H2O2 + 2KI → I2 + 2KOH chất oxh chất khử Dung dịch chuyển sang màu vàng iot tan nước - Ở ống nghiệm thứ hai: 5H2O2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 →2 MnSO4 + 5O2 + K2SO4 + 8H2O chất oxh chất khử Điện phân: a) Điện phân dung dịch KI (phenolphtalein + hồ tinh bột): - Cực dương: 2I¯ - 2e → I2 - Cực âm: K+ 2H2O + 2e → H2↑ + 2OH¯ Ở cực dương, dung dịch chuyển xanh màu xanh chàm sinh iot có mặt hồ tinh bột Ở cực âm, dung dịch chuyển xanh màu hồng sinh OH¯ có mặt phenolphtalein, đồng thời có khí b) Điện phân dung dịch Na2SO4 (phenolphtalein): - Cực dương: SO4 2¯ 2H2O – 4e → O2↑ + 4H+ - Cực âm: Na+ 2H2O + 2e → H2↑ + 2OH¯ Ở cực âm, dung dịch chuyển xanh màu hồng sinh OH¯ có mặt phenolphtalein Ở hai cực có khí thoát 37 Dương Nữ Khánh Lê c) Điện phân nước (có mặt H2SO4 20% hiệu điện 5-10V): - Cực dương: SO4 2¯ 2H2O – 4e → O2↑ + 4H+ - Cực âm: H+ 2H2O + 2e → H2↑ + 2OH¯ Khi điện phân, hai cực có khí thể tích khí thoát điện cực âm gấp hai lần thể tích khí điện cực dương Trong thí nghiệm này, H2SO4 phân ly hoàn toàn ion có tác dụng dẫn điện dung dịch Có thể thay H2SO4 axit mạnh, bazơ mạnh hay muối axit mạnh bazơ mạnh khác d) Điện phân dung dịch CuSO4 (1,2-1,4V) (1): - Thanh đồng làm cực âm phải làm bề mặt cách dùng giấy ráp đánh kỹ, nhúng vào dung dịch HNO3 loãng 3-4 phút, sau rửa sạch, tráng nước cất, sấy khơ, để nguội đem cân cân phân tích khối lượng m1 (g) - Lắp điện cực vào hệ thống, rót dung dịch CuSO4 1M vào bình điện phân Đóng mạch điện Dùng đồng hồ bấm dây ghi khoảng thời gian điện phân Tiến hành điện phân khoảng 15 phút Ngắt mạch điện, lấy cực âm khỏi hệ thống, rửa nước cất, sấy khơ để nguội đem cân cân phân tích khối lượng m2 (g) - Quá trình điện phân: + Cực dương: SO4 2¯ H2O – 2e → O + 2H+ + Cực âm: Cu2+ + 2e → Cu - Khối lượng đồng kết tủa điện cực theo thực nghiệm là: mtn = m2 − m1 = 19,763 − 19,698 = 0,065 (g) - Khối lượng đồng kết tủa tính theo định luật Faraday là: A I t 64.0,221.180 mlt = = = 0,066 (g) n F 2.96490 - Sai số: mtn − mlt 0,065 − 0,066 A(%) = = ∙ 100% = −1,52% mlt 0,066 - Giải thích sai số: + Sai số âm: Đồng khơng bám hết lên điện cực + Sai số dương: CuSO4 kết tinh sấy khô bám lên điện cực khơng rửa Để nước khơng phóng điện 38 Dương Nữ Khánh Lê e) Dương cực tan (điện phân dung dịch H2SO4 20% với dương cực làm đồng): - Cực dương: SO4 2¯ H2O – 2e → O + 2H+ Cu + O → CuO CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O - Cực âm: H+ Cu2+ + 2e → Cu Ở dương cực xuất chấm màu đen, dung dịch xung quanh cực chuyển sang màu xanh lam lan dần sang cực âm Ở cực âm xuất chấm màu đỏ Cu bám vào 39