Bài soạn Thí nghiệm hoá lý

Nội dung text: Bài soạn Thí nghiệm hoá lý

1. hcmut thí nghiệm hóa lý HC14HD BÀI SOẠN THÍ NGHIỆM HOÁ LÝ BÀI 1: NHIỆT PHẢN ỨNG 1. Nguyên tắc hoạt động của nhiệt lượng kế? Nhiệt lượng kế là thiết bị có cấu tạo sao cho có thể tiến hành các quá trình nhiệt động và đo hiệu ứng nhiệt của các quá trình này thông qua việc đo sự chênh lệch nhiệt độ ∆T trước và sau phản ứng. NLK đc cách điện rất tốt 2. Thiết lập công thức tính nhiệt trung hòa, nhiệt phân ly Q1 = W.∆T1 =∆Hhòa tan .nKCl → W (∆H nhiệt hòa tan J/mol) Q2 = Qpha loãng = W∆T2 Q3= Qtrung hòa + Qpha loãng = W∆T3 → Qtrung hòa = - Qpha loãng + W∆T3 Q4 = Qtrung hòa + Qpha loãng+ Qphân ly = W∆T4 → Qphân ly = W∆T4 – ( Qtrung hòa + Qpha loãng) 3. Tại sao khi xác định nhiệt phân ly phải biết nhiệt pha loãng nhiệt trung hòa? Nhiệt phân ly được xác định khi cho 1 acid yếu tác dụng với 1 base mạnh. Trong quá trình này đồng thời cũng xuất hiện quá trình trung hòa và quá trình pha loãng Qtổng = Qtrung hòa + Qpha loãng + Q phân ly. 4. Các giá trị Qtrung hòa Qphân ly được tính theo acid hay kiềm? Nhiệt trung hòa được tính theo chất có số mol ít hơn trong phản ứng. (NaOH)= 6M*10ml= 0.06 mol (HCl) = 0.1M*500ml= 0.05mol →tính theo acid 5. Trình bày cách xác định độ chênh lệch nhiệt độ ∆T từ các giá trị đo trên nhiệt kế beckman Xem sách bài nhiệt phản ứng 6. Cách xác định hằng số w của nhiệt lượng kế trong công thức Q=w.∆t. 1
2. hcmut thí nghiệm hóa lý HC14HD Ý nghĩa: nếu nhiệt độ từ điểm tới hạn trở lên thì hệ 2 chất lỏng sẽ tan vô hạn vào nhau. 5. Tại sao trong quá trình đun nóng khi hỗn hợp sắp trong phải cho nhiệt độ tăng rất chậm và khuấy mạnh hơn? Khi hỗn hợp sắp trong là lúc hỗn hợp sắp chuyển từ dị thể sang đồng thể, sự thay đổi này rất nhanh, nên phải tăng nhiệt độ từ từ, để quan sát được điểm chuyển pha. Cần khuấy mạnh để nhiệt độ đều trong hệ làm toàn bộ đều chuyển từ dị thể sang đồng thể tránh hiện tượng chuyển pha cục bộ 6. Trong 2 pp đa nhiệt và đẳng nhiệt , phương pháp nào đơn giản hơn: Pp đa nhiệt vì: Duy trì nhiệt độ ổn định rất phức tạp Khó định lượng chính xác thành phần hệ. (muốn định lượng chính xác phải dùng burret trong khi vừa phải khuấy vừa phải giữ nhiệt) Phương pháp đa nhiệt chỉ cần vừa khuấy vừa thay đổi nhiệt độ nên đơn giản hơn 7. Giữ nguyên thành phần phenol và nước trong ống nghiệm, đun không khuấy thì vẫn xảy ra hiện tượng đục thành trong nhưng hiện tượng xảy ra cục bộ do truyền nhiệt không đều, khó ghi nhận nhiệt độ chuyển pha. 8. Ở một nhiệt độ nhất định, với 1 lượng nước không đổi, khi thêm từ từ phenol vào nước ( có khuấy trộn) thì lúc đầu phenol tan hết tạo ra dung dịch trong, cho tới khi bão hòa thì bắt đầu đục rồi tới khi cho thật nhiều phenol thì trong trở lại. BÀI 3: CÂN BẰNG LỎNG HƠI 1. Thế nào là dung dịch lí tưởng? Là dd đc tạo thành từ các chất có tính chất gần giống nhau, là dd mà hệ số hoạt độ của các cấu tử bằng 1. Trong đó tương tác giữa các phần tử cùng loại và khác 3
3. hcmut thí nghiệm hóa lý HC14HD 6. Khi chưng dung dịch có điểm đẳng phí ( sai lệch âm) thì sản phẩm đỉnh có thành phần của điểm đẳng phí, vì hỗn hợp đẳng phí có nhiệt độ sôi cao hơn cả nhiệt độ sôi của cấu tử dễ bay hơi tinh khiết. BÀI 4: ĐỘ DẪN DUNG DỊCH 1. Các giá trị độ dẫn được xác định bằng cách: Đối với dung dich điện ly mạnh λ=λ∞-a√C bằng số liệu thực nghiệm vẽ đồ thị ta có được λ∞, áp dụng với các dung dịch điện ly mạnh của bài thí nghiệm như HCl, NaCl, CH3COONa để tìm các giá trị λo 2. Hệ số phân ly của chất điện ly yếu quan hệ với độ dẫn bằng công thức α=λ/λ∞ 3. Làm thế nào để xác định hệ số cân bằng kc của chất điện ly yếu từ việc đo độ dẫn? - + CH3COOH → CH3COO + H Co(1-α) αCo αCo Kc = = Hệ số α phụ thuộc vào độ dẫn như câu 2: α=λ/λ∞ 4. Nêu các yếu tố ảnh hưởng đến độ dẫn dung dịch. . Nồng độ dung dịch . Nhiệt độ . Bản chất của chất tan (α, λ) 5. Trình bày và cho biết điều kiện áp dụng hệ thức Onsager- Kohlrauch Độ dẫn đương lượng của dung dịch chất điện ly phụ thuộc vào nồng độ khi nồng độ tăng lên độ dẫn λ giảm xuống .Giản đồ λ=f(√C) đối với chất điện ly mạnh λ giảm theo quy luật đương thẳng và giảm rất nhanh khi √C tăng điều này phù hợp theo phương trình thực nghiệm Onsager- Kohlrauch: λ=λ∞-a√C Với λ là độ dẫn đương lượng λ∞ là độ dẫn đương lượng giới hạn khi dung dịch vô cùng loãng 5
4. hcmut thí nghiệm hóa lý HC14HD 2. Nguyên nhân làm biến đổi nồng độ các ion trong các khu vực của bình Hittorf : 2- + Do ion SO4 chuyển từ bên catod qua anod, lượng H sinh ra ở anod do phải ứng nhiều hơn lượng H+ chuyển đi, lượng H+ mất đi ở catod nhiều hơn lượng H+ chuyển tới. 3. Trình bày định luật và biểu thức của định luật Faraday thứ 1 Khối lượng vật chất được giải phóng ra ở điện cực của bình điện phân tỉ lệ thuận với điện lượng chạy qua bình đó. m= k* q 4. Tại sao nhiệt độ của dung dịch trong bình Hittorf tăng lên trong quá trình điện phân. Nhiệt độ ảnh hưởng đến số tải vận ion như thế nào? Công của dòng điện không chỉ có tác dụng làm chuyển điện tích trên các nguyên tử dẫn tới quá trình điện phân mà còn gây nêu dòng chuyển dịch có hướng của các ion trong dung dịch, dong chuyển dịch các ion va chạm với các nguyên tử làm tăng động năng của các nguyên tử → tăng nhiệt độ. Nhiệt độ ảnh hưởng tới độ dẫn của từng ion λ ( xem chi tiết ở bài Độ dẫn) mà số tải thì tỉ lệ với độ dẫn của ion 5. Thời gian điện phân ảnh hưởng đến các giá trị nào trong bài thí nghiệm? Thời gian điện phân ảnh hưởng đến điện lượng đi qua bình điện phân Hittorf và được xác định bằng việc đo khối lượng đồng thay đổi trên điện cực của Coulomb kế 6. Viết các phản ứng xảy ra trên điện cực trong bình điện phân Coulomb kế đồng. Trên catod: Cu2+ +2e → Cu Trên anod: Cu – 2e → Cu2+ 7. Bản chất của quá trình điện phân dung dịch H2SO4 là quá trình gì? Vai trò của acid H2SO4 trong quá trình này là gì? 7
5. hcmut thí nghiệm hóa lý HC14HD . Bậc thời gian là bậc phản ứng được xác định bằng cách xác định vận tốc phản ứng được xác định từ những thời điểm khác nhau của 1 phản ứng 2. Định nghĩa bậc phản ứng. Nêu các cách xác định. . Bậc phản ứng là đại lượng đặc trưng mức độ phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nồng độ của các chất tham gia phản ứng . Các phương pháp xác định:  Phương pháp tích phân (phương pháp thế)  Phương pháp vi phân  Phương pháp thời gian chuyển hóa 1/q của phần chất phản ứng. 3. Na2S2O3 cho vào để làm gì? Viết phương trình phản ứng. Công dụng của hồ tinh bột? . Na2S2O3 cho vào để cố định 1 lượng chất phản ứng không đổi trong loạt thí nghiệm đối với các nồng độ Co khác nhau tức là ∆CA bằng nhau trong loạt thí nghiệm. Phản ứng đang khảo sát sinh ra I2, I2 sinh ra sẽ phản ứng ngay với Na2S2O3 do đó sẽ không làm đổi màu hồ tinh bột. Do Na2S2O3 được lấy bằng pippet 1 lượng xác định do đó lượng phản ứng ∆CA trong loạt thí nghiệm là như nhau. . Phương trình: 2 Na2S2O3 + I2 → Na2S4O6 + 2 NaI . Công dụng của hồ tinh bột xác định thời điểm mà phản ửng với hồ tinh bột là lúc đạt tốc độ chuyển hóa mong muốn 4. Tại sao phải ghi nhiệt độ mỗi thí nghiệm? Nhiệt độ ảnh hưởng tới hằng số tốc độ như thế nào? . Đây là phản ứng toản nhiệt nên nhiệt độ sẽ tăng lên vì bài thí nghiệm đang khảo sát bậc phản ứng nên phải cố định nhiệt độ để hằng số tốc độ phản ừng không đổi . Ảnh hưởng của nhiệt độ: nhiệt độ tăng thì hằng số tốc độ pah3n ứng cũng tăng và được cụ thể hóa thông qua phương trình 5. Trình bày rõ phương pháp xác định bậc phản ứng bằng phương pháp tích phân và vi phân . Phương pháp vi phân: phương pháp Van’Hoff cần biết nồng độ c và vận tốc phản ứng v ứng với mỗi thời điểm t khác nhau. Lấy loggarit phương trình trên ta được lnv=lnk+n.lnCA bằng số liệu thí nghiệm và phương pháp bình phương cực tiểu tìm được bậc phản ứng n . Phương pháp tích phân : Gọi số n= 1,2,3 từ các n ứng với các số liệu thực nghiệm khác nhau nếu k’ là hằng số thì bậc giả sử là đúng. Hoặc dùng đồ thị để chứng minh nếu đồ thị là đường thẳng thì bậc giả sử là đúng 9
6. hcmut thí nghiệm hóa lý HC14HD 2. Góc đoán sự biến đổi của góc quay alfa? Góc quay alfa sẽ giảm dần về 0 rồi âm theo thời gian phản ứng o 3. Để đo α∞ phải đem thủy phân hỗn hợp ở 70 C trong trên 45’, đun trực tiếp trên bếp được không tại sao? Phải đun hỗn hợp ở 70oC trên 30 phút để tăng tốc độ phản ứng nhanh đạt đến điểm kết thúc hơn. Sau khi đun lên phải làm nguội về nhiệt độ phòng vì thí nghiệm đang xét ở điều kiện đẳng nhiệt. Không thể đun trực tiếp vì khó khống chế nhiệt độ, nhiệt độ cao làm nước bay hơi , thay đổi nồng độ ảnh hưởng đến góc quay ngoài ra nhiệt độ cao còn làm đường biến tính và gây nóng cục bộ. 4. Tại sao gọi là phản ứng nghịch đảo đường? Tại sao phải tiến hành trong môi trường HCl? Do góc quay của hỗn hợp thủy phân sẽ giảm dần về 0 rồi trở thành âm nên gọi là phản ứng nghịch đảo đường. Phải tiến hành tròng môi trường HCl vì H+ là xúc tác cho quá trình phản ứng. 5. Bậc phản ứng của phản ứng thủy phân đường là bao nhiêu ? (giải thích dựa trên lý thuyết) Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nồng độ saccharose, nước và ion H+ dùng làm chất xúc tác. Nhưng lượng nước thực tế dùng rất lớn nên coi như không đổi, còn nồng độ H+ là không đổi trong suốt quá trình phản ứng vì vậy tốc độ của phản ứng chỏ còn phụ thuộc vào nồng độ của saccarozo nên có thể xem phản ứng là phản ứng bậc 1. 6. Xác định bậc phản ứng dựa trên thực nghiệm Giả sử phản ứng bật 1, tốc độ của phản ứng có thể xác định theo phương trình = - kCsaccharose lấy tích phân thu được hằng số tốc độ phản ứng → 11
7. hcmut thí nghiệm hóa lý HC14HD Bởi vậy ng ta mới nghĩ ra đo độ nhớt bằng cách đo thời gian chảy trong ống mao quản Mối liên hệ tỉ lệ thuận giữa độ nhớt và thời gian chảy trong nhớt kế mao quản như sau: ŋ= Độ nhớt tương đối: ŋtđ == Độ nhớt riêng: ŋr = ŋtđ -1 Để xem ảnh hưởng của nồng độ phải tính thêm độ nhớt rút gọn: ŋrg = ŋr /C người ta thấy nồng độ càng cao thì độ nhớt rút gọn càng cao. Khi nồng độ tiến về 0 thì dung dịch tiến về dung môi nguyên chất vậy thì ŋr sẽ về đâu? Câu trả lời là nó tiến về 1 giá trị khác độ nhớt dung môi nguyên chất và tùy thuộc vào bản chất của chất tan. Do đó người ta đưa ra độ nhớt đặc trưng [ŋ] = Độ nhớt đặc trưng không thể đo trực tiếp mà phải thông qua việc đo độ nhớt của các dd loãng khác nhau từ đó suy ra độ nhớt đặc trưng bằng đồ thị hoặc phương pháp bình phương cực tiểu. 2. Thế nào là dung dịch cao phân tử điện ly? Dung dịch cao su/toluene là dung dịch điện ly hay không điện ly? Tại sao? Là những hợp chất cao phân tử khi trương và hòa tan có thể phân ly. Không phải là dung dịch cao phân tử điện ly, vì cao su không thể phân ly trong dung dịch toluene. 3. Nguyên tắc xác định phân tử lượng của các hợp chất cao phân tử Độ nhớt càng lớn thì phân tử khối trung bình càng lớn và mối liên hệ cụ thể giữa chúng được thể hiện trong phương trình sau: 13
8. hcmut thí nghiệm hóa lý HC14HD Bài 9: HẤP PHỤ TRONG DUNG DỊCH TRÊN BỀ MẶT CHẤT HẤP PHỤ RẮN. 1. Phạm vi ứng dụng của phương trình đẳng nhiệt Freundlich, Langmuir và BET. Freundlich: thích hợp ở khoảng nồng độ (hay áp suất) trung bình, vì ở nồng độ thấp ↑Γ thường tỷ lệ thuận với C và ở nồng độ cao � thường đạt tới 1 trị số giới hạn và do đó độc lập với C. Langmuir: áp dụng cho trường hợp hấp phụ trong pha khí hoặc lỏng. Tuy nhiên không giải thích một số đường đẳn nhiệt hấp phụ đặc biệt hoặc hấp phụ trong vùng nồng độ trung bình. Langmuir giải thích những trường hợp biên: C (hoặc P) rất lớn, C (hoặc P) rất nhỏ. BET: sự mở rộng và tổng quát lý thuyết của Langmuir về hấp phụ đơn lớp 2. Các loại chất hấp phụ rắn và tính chất đặc trưng của chúng. Hấp phụ phân tử: sự hấp phụ của chất khoong điện giải hoặc điện giải yếu trên ranh giới rắn lỏng mang tính chất phân tử và tuân theo định luật Gibs. Quy tắc Traube: trong một dãy đồng đẳng các chất hữu cơ thì độ hấp phụ giảm dần theo chiều tăng của độ dài mạch carbon vì phân tử có kích thước càng lớn thì càng khó tiếp cận những lỗ xốp nhỏ Quy tắc Rebinder: chất chỉ hấp phụ lên ranh giới pha khi sự hiện diện của nó trong lớp bề mặt làm cân bằng nồng độ phân cực của hai pha. Hấp phụ ion: xảy ra trong dung dịch chất điện ly. Hấp phụ chọn lọc: có điện tích và bán kính phù hợp. Bán kính càng lớn thì khả năng bị hấp phụ lên bề mặt càng lớn. Độ hấp phụ phụ thuộc nhiều vào bản chất ion. Hấp phụ trao đổi: một số chất hấp phụ có cấu trúc mạng chặt chẽ, khi cân bằng trong dung dịch những ion bề mặt có linh động cao. Có khả năng hấp phụ một lượng ion từ trong dung dịch, đẩy một lượng tương đương ion khác có cùng dấu vào dụng dịch, do đó chúng là chất trao đổi ion. 3. Nêu 3 ứng dụng thực tế của sự hấp phụ lỏng-rắn và khí-rắn. Cho ví dụ 3 tên chất hấp phụ rắn đó. 15
9. hcmut thí nghiệm hóa lý HC14HD 8. Trình bày phương pháp xử lí số liệu thực nghiệm để xác định các hằng số của phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir. Độ hấp phụ: � = Từ số liệu thực nghiệm dựng đồ thị C/ � theo C, suy ra k, � ∞ BÀI 10: KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC PHẢN ỨNG THỦY PHÂN ESTE Trong khảo sát động học phản ứng thủy phân este có thể thay nồng độ bằng độ dẫn vì chúng có mối liên hệ như sau: Phản ứng thủy phân ethyl acetat : CH3COOC2H5 NaOH → CH3COONa C2H5OH Ban đầu C0 C0 0 0 Phản ứng Ct Ct còn C0-Ct C0-Ct Ct Ct Độ dẫn ban đầu: - Χ0 = λOH C0 + λNa+ C0 (1) Độ dẫn tại thời điểm kết thúc phản ứng: X∞= XCH3COONa = λCH3COO- C0 + λNa+ C0 - - = λCH3COO- C0 - λOH C0 + λNa+ C0+ λOH C0 ( thêm vào bớt ra) 17
10. hcmut thí nghiệm hóa lý HC14HD Thay (4) và (5) vào phương trình trên Chuyển vế: Y = A +B X Bình phương cực tiểu hoặc vẽ đồ thị suy ra k=B/C0 Trong 2 nhiệt độ khác nhau có 2 k khác nhau: Năng lượng hoạt hóa Ea: T : nhiệt độ (K) Ea : ( J/mol.K) R: 8.314 ( J/mol.K) K: hệ số tốc độ phản ứng trong phương trình động học ( đơn vị tùy thuộc bậc phản ứng) Xem như Ea không đổi trong khoảng nhiệt nhỏ Từ đó tính ra Ea 19