Báo cáo Thí nghiệm hóa học đại cương khoa công trình ĐH giao thông

Tr­êng ®¹i häc giao th«ng vËn t¶I B¸o c¸o thÝ nghiÖm Hãa häc ®¹i c­¬ng Nhóm II Lớp: Dự án và quản lý dự án Khoá: 48 Hà nội 4-2009 Danh sách nhóm thực hành số 2, lớp Dự án & QLDA K48: STT Họ tên Mã SV Ngày sinh 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Bài 1: NGUYÊN LÝ CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG PHẢN ỨNG Nguyên lý Le Chatelier: “Một hệ đang ở trạng thái cân bằng, nếu chịu một tác dụng bên ngoài như sự thay đổi nồng độ, nhiệt độ hay áp suất thì cân bằng chuyển dịch về phía làm giảm tác dụng bên ngoài đó” I/ Thí nghiệm 1: Ảnh hưởng cúa nồng độ đến chuyển dịch cân bằng trong phản ứng hoá học: 1. Mục đích: Nghiêm cứu về ảnh hưởng của nồng độ đến cân bằng hoá học 2. Hoá chất và dụng cụ: - 04 ống nghiệm sạch. - 01 giá để ống nghiệm. - 01 cốc thuỷ tinh đựng tinh thể KCl. - Nước cất. - 01 lọ đựng đ FeCl3 bão hoà . - 01 lọ đựng đ KSCNbão hoà . 3. Tiến hành thí nghiêm: - Dùng ống đong để lấy 10 ml nước cất rồi đổ vào một ống nghiệm. - Nhỏ một giọt dd FeCl3 bão hoà và một giọt dd KSCN bão hoà vào ống nghiệm trên và lắc đều. - Chia lượng dd thu được vào 4 ống nghiệm và đánh số thứ tự ( từ 1 4 ). - Lấy ống nghiệm 1 làm mẫu so sánh - Ống nghiệm số 2 : Cho thêm một giọt dd FeCl3 bão hoà rồi so sánh với ống nghiệm 01 - Ống nghiệm số3 : Cho thêm một giọt dd KSCN bão hoà, rồi so sánh với ống nghiệm 01. - Ống nghiệm số 4 : Cho thêm ít tinh thế KCl, lắc kỹ, rồi so sánh với ống 01 4. Hiện tượng và giải thích: Xét phản ứng đang ở trạng thái cân bằng FeCl3 + KSCN Fe(SCN)3 + 3KCl đỏ máu Lấy ống nghiệm 1 làm mẫu so sánh, ta thấy : - Ống nghiệm số 2 và 3 màu đỏ đậm hơn. - Ống nghiệm số 4 màu đỏ nhạt đi. Giải thích: Khi tăng nồng độ FeCl hoặc KSCN, cân bằng bị chuyển dịch theo chiều giảm nồng độ của FeCl và KSCN, theo đúng nguyên lý chuyển dịch cân bằng - nguyên lý Le Chatelier: “Một hệ đang ở trạng thái cân bằng, nếu chịu một tác dụng bên ngoài như sự thay đổi nồng độ, nhiệt độ hay áp suất thì cân bằng chuyển dịch về phía làm giảm tác dụng bên ngoài đó” Chính điều này đã làm màu đỏ của dung dịch phản ứng đậm lên một cách rõ rệt. Tương tự khi cho thêm một ít tinh thể KCl vào dung dịch cân bằng ban đầu, màu đỏ của dung dịch nhạt đi chứng tỏ cân bằng đã chuyển dịch theo chiều nghịch, chiều giảm nồng độ KCl, theo nguyên lý Le Chatelier. Như vậy sự thay đổi nồng độ các chất tham gia phản ứng hóa học trong điều kiện nhiệt độ và áp suất không đổi, đã làm chuyển dịch cân bằng phản ứng, chính là thay đổi chênh lệch giữa vận tốc phản ứng thuận và phản ứng nghịch, dẫn đến tạo ra sản phẩm phản ứng nhiều hay ít. II/ Thí nghiệm 2 : Ảnh hưởng của Nhiệt độ tới chuyển dịch cân bằng. 1. Mục đích: Nghiên cứu về ảnh hưởng của nhiệt độ đến cân bằng hoá học. 2. Hoá chất và dụng cụ: - 02 ống nghiệm sạch. - 01 giá để ống nghiệm. - 01 đèn cồn. - Nước cất. - 01 cốc tinh thể CH3COONa. - 01 lọ đựng Phenolphtalein. 3. Tiến hành thí nghiêm: - Lấy chừng 20 ml nước cất vào cốc ( Loại 100ml), sau đó cho một ít tinh thể CH3COONa, khuấy đều cho tinh thể tan hết . - Chắt lượng dd thu được vào 2 ống nghiệm sau đó đánh số thứ tự (01 và 02). - Cho vào ống nghiệm 01 một vài giọt Phenol phtalein - Ống 2 đun nóng trên bếp điện sao đó cho vào vài giọt phenol phtalein - Nhận xét màu giữa 2 ống nghiệm. 4. Hiện tượng và giải thích: Quan sát hiện tượng thí nghiệm ta thấy: - Ống nghiệm 1: (ở nhiệt độ phòng) Khi cho phenolphetalin vào dung dịch CH3COONa, dung dịch chuyển sang màu hồng. Điều này xảy ra do khi hòa tan, muối CH3COONa phân li ra ion CH3COO là một bazo yếu (theo thuyết brontes), nó thủy phân nước theo phương trình: CH3COO + HO CH3COOH + OH (1) làm đổi màu dung dịch thử phenol từ không màu sang màu hồng. - Ống nghiệm 2: (Đung nóng tới 80C) Ngay khi cho phenol vào dung dịch, nó gần như vẫn trong suốt. Để ống nghiệm nguội dần, màu hồng bắt đầu xuất hiện. Chứng tỏ tính bazo hay khả năng thủy phân của ion CH3COO giảm khi nhiệt độ tăng (do cấu trúc phân tử của nó), làm cân bằng phản ứng (1) xảy ra theo chiều nghịch mạnh hơn rất nhiều theo chiều thuận, gốc OH sinh ra không đủ để làm đổi màu phenol. Khi nhiệt độ phản ứng giảm (để nguội), tính bazo của CH3COO tăng lên , phản ứng thủy phân xảy ra mạnh hơn theo chiều thuận, sinh ra nhiều ion OH hơn, dẫn đến màu hông đậm dần. Kết luận: Nhiệt độ phản ứng ảnh hưởng rõ rệt tới sự chuyển dịch cân bằng phản ứng, kiểm chứng đúng nguyên lý Le Chatelier. BÀI 2: TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG HOÁ HỌC I/ Thí nghiệm 1: Ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng hoá học. 1. Thiết bị và hoá chất: - 8 ống thí nghiệm sạch chia làm 2 dãy - 01 lọ đựng dung dịch HSO 20% - 01 lọ đựng dung dịch NaSO 1% - Nước cất - 01 lọ đựng dung dịch NaSO 2% - 01 Giá để ống nghiệm - 01 lọ đựng dung dịch NaSO 3% - 01 đồng hồ bấm giây - 01 lọ đựng dung dịch NaSO 4% 2. Tiến hành thí nghiệm: - Lấy dãy ông nghiệm A, đánh số thứ tự từ 01 đến 04, sau đó nhỏ vào mỗi ống nghiệm 20 giọt dung dịch HSO 20%. - Với dãy ống nghiệm B, đánh số thứ tự từ 01 đến 04: + Ống nghiệm 01: nhỏ 20 giọt dung dịch NaSO 1%. + Ống nghiệm 02: nhỏ 20 giọt dung dịch NaSO 2%. + Ống nghiệm 03: nhỏ 20 giọt dung dịch NaSO 3%. + Ống nghiệm 04: nhỏ 20 giọt dung dịch NaSO 4%. - Lấy ống nghiệm 01 của dãy ống nghiệm A cho phản ứng với ống nghiệm 01 của dãy ống nghiệm B, khí hai dung dịch tiếp xúc với nhau thì cho đồng hồ bấm giây chạy. Tới khi phản ứng cho kết tủa đục thì kết thúc đồng hồ bấm giây và ghi rõ thời gian phản ứng xảy ra. - Làm tương tự với các cặp ống nghiệm 02A + 02B, 03A + 03B, 04A + 04B. 3. Hiện tượng và giải thích: a.Kết quả thí nghiệm: STT HSO NaSO t (thời gian PƯ) V(ml) C(%) V(ml) C(%) 1 1.0 20 1.0 1 1’10’’06 2 1.0 20 1.0 2 30’’17 3 1.0 20 1.0 3 23’’12 4 1.0 20 1.0 4 14’’91 b.Nhận xét: Từ bảng kết quả thu được ta nhận thấy: nồng độ chất tham gia NaSO tăng, dẫn đến thời gian phản ứng giảm xuống, tốc độ phản ứng tăng. c.Giải thích: Một phản ứng hoá học muốn xảy ra, các chất tham gia phản ứng va chạm nhau, nhữngva chạm dẫn đến xảy ra phản ứng gọi là các va chạm có hiệu quả. Khi nồng độ các chất tăng,số va chạm có hiệu quả cũng tăng dần nên phản ứng xảy ra nhanh hơn. Năm 1867 Gulberg và Waager đã đưa định luật tác dụng khối lượng nên ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ của phản ứng có nội dung sau: "Ở nhiệt độ xác định, tốc độ phản ứng tỷ lệ thuận với tích số nồng độ của các chất tham gia phản ứng, mỗi nồng độ có số mũ là hệ số tỷ lượng của các chất đó trong phương trình phản ứng". Với phản ứng tổng quát: aA + bB cC + dD Theo định luật này ta có: v = k[A] [B] (Biểu thức này là phương trình động học của phản ứng trên). Trong đó k: hằng số tốc độ, nó phụ thuộc vào bản chất của chất phản ứng và nhiệt độ. Thí nghiệm 2: Ảnh hưởng của nhiệt độ tới tốc độ phản ứng hoá học 1. Mục đích: Nghiên cứu sự ảnh hưởng của nhiệt độ tới tốc độ phản ứng hóa học trong thực tế và so sánh với lý thuyết. 2. Hoá chất và dụng cụ: - 08 ống nghiệm sạch chia làm 2 dãy A&B - Nước cất. - Một lọ đựng dung dịch HSO 20%. - 01 giá để ống nghiệm. - Một lọ đựng dung dịch. - 01 đồng hồ bấm giây. - Nước sạch. - 01 nhiệt kế. - 01 cốc chịu nhiệt ( loại 250ml). - 01 bếp điện. - 01 lưới Amiăng. - 02 kẹp gỗ. 3. Tiến hành thí nghiêm: - Lấy dãy ống nghiệm A, đánh số thứ tự từ 01 đến 04, sau đó nhở vào mỗi ống nghiệm 20 giọt dung dịch HSO 20%. Lấy dãy ống nghiệm B, đánh số thứ tự từ 01 đến 04, sau đó nhỏ vào mỗi ống nghiệm 20 giọt dung dịch NaSO 2%. Lấy ống nghiệm 01 của dãy ống nghiệm A cho phản ứng với ống nghiệm 01 của dãy ống nghiệm B, khi hai dung dịch tiếp xúc với nhau thì cho đồng hồ bấm giây chạy. Tới khi phản ứng cho kết tủa trắng đục thì kết thúc đồng hồ và ghi rõ thời gian phản ứng xảy ra. Làm thí nghiệm tương tự với cặp ống nghiệm (02A + 02B) nhưng ở nhiệt độ cao hơn cặp (01A + 01B) là 10C . Làm thí nghiệm tương tự với cặp ống nghiệm (03A + 03B) nhưng ở nhiệt độ cao hơn cặp (01A + 01B) là 20C. Làm thí nghiệm tương tự với cặp ống nghiệm (04A + 04B) nhưng ở nhiệt độ cao hơn cặp (01A + 01B) là 30C. Chú ý: Cách làm tăng nhiệt độ của phản ứng: + Cho cả hai ống nghiệm cần nâng nhiệt độ vào cốc, cắm nhiệt kế vào cốc. + Đặt cốc lên bếp điện có lưới Amiăn và đun hệ thống trên cho tới khi nhiệt kế trong cốc chỉ giá trị mong muốn. + Nhấc cốc ra khỏi bếp điện. Nhấc một ống nghiệm ra khỏi cốc và đổ dung dịch trong cốc đó vào ống nghiêm còn lại vẫn nằm trong cốc và xác định thời gian phản ứng xảy ra. 4. Hiện tượng và giải thích: Kết quả thí nghiệm: STT VHSO(20%)ml V NaSO (2%)ml Nhiệt độ t (thời gian PƯ) 1 1.0 1.0 27 29”75 2 1.0 1.0 37 25”75 3 1.0 1.0 47 20”31 4 1.0 1.0 57 16”28 Nhận xét: Ta thấy tốc độ của các phản ứng hoá học thường tăng lên khi nhiệt độ tăng. Giải thích: * Qui tắc Van't Hoff "Khi nhiệt độ của phản ứng tăng lên 100 thì hằng số tốc độ của phản ứng (hay là tốc độ phản ứng) tăng lên từ 2 đến 4 lần. ** Biểu thức Arrhénius: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng được biểu thị chính xác hơn và áp dụng được trong một khoảng nhiệt độ rộng hơn qua biểu thức Arrhénius: k = A.e R: hằng số khí lí tưởng. A: hằng số đặc trưng cho từng phản ứng. E: hằng số đối với một phản ứng xác định còn được gọi là năng lượng hoạt hoá của phản ứng, nó phụ thuộc vào bản chất của chất phản ứng. e: cơ số logarit tự nhiên (e = 2,71) T: Nhiệt độ tuyệt đối . Từ biểu thức này ta thấy khi nhiệt độ tăng, tốc độ phản ứng tăng và phản ứng có năng lượng hoạt hoá càng bé thì phản ứng càng dễ dàng xảy ra. *** Thuyết hoạt hoá (thuyết va chạm hoạt động) và năng lượng hoạt hoá Theo thuyết này thì không phải tất cả mọi va chạm đều xảy ra phản ứng mà chỉ có những va chạm của các nguyên tử hay phân tử hoạt động mới dẫn đến phản ứng. Các nguyên tử hay phân tử hoạt động là các nguyên tử hay phân tử có một năng lượng dư đủ lớn so với năng lượng trung bình của chúng. Vậy "năng lượng hoạt hoá của một phản ứng là năng lượng tối thiểu mà một mol chất phản ứng phải có để chuyển phân tử của chúng từ trạng thái bình thường sang trạng thái hoạt động". Như vậy, để có thể phản ứng được với nhau, phân tử các chất phản ứng phải vượt qua một hàng rào năng lượng ,đó chính là năng lượng hoạt hoá của phản ứng. Nếu năng lượng hoạt hoá càng nhỏ thì tốc độ phản ứng sẽ càng lớn. Vì vậy khi xét khả năng phản ứng người ta thường dùng đại lượng này để so sánh. Đơn vị năng lượng hoạt hoá là kcal/mol hoặc kJ/mol. BÀI 3: XÁC ĐỊNH ĐƯƠNG LƯỢNG CỦA KIM LOẠI 1.Mục đích: Xác định đương lượng của Magie kim loại. 2.Hóa chất, dụng cụ: -Hóa chất: Dung dịch HCl (1:4), Mg kim loại. -Dụng cụ: Cân phân tích, thiết bị xác định đương lượng kim loại (hình vẽ) Sơ đồ thí nghiệm xác định đương lượng kim loại. 3. Cách tiến hành: Cân chính xác m gam kim loại Mg cho vào thìa A. Cho vào khoảng 20 ml dung dịch HCl vào bình B, mở khóa (1),(2) cho axit vào bình C. Hạ từ từ thìa đựng kim loại xuống ngập vào dung dịch axit, đồng thời mở khóa (3) cho toàn bộ khí thoát ra đẩy piston trong xilanh D. Khi phản ứng kết thúc, đọc thể tích khí thoát ra trên xilanh. 4. Tính kết quả: (1) Tính khối lượng H từ phương trình trạng thái khí lý tưởng. m = M. Với: V là thể tích khí Hđo được từ thí nghiệm (lít).V=40,5(ml)=0,0405(l). T là nhiệt độ phòng lúc làm thí nghiệm (K). (T=273+29,5= 302,5K). P là áp suất khí quyển (atm) (1atm = 760 mmHg). M = 2 đv.C Suy ra: m = 2.= 0,00327 (2) Áp dụng định luật đương lượng để tính đương lượng kim loại. Đ= m= 0,0481 (g) Đương lượng : Đ = ==29,42 BÀI 4: XÁC ĐỊNH NHIỆT HÒA TAN CỦA NaSO.10HO I. Thiết bị: (hình vẽ) II. Cách tiến hành thí nghiệm: Đong chính xác 10ml nước cất (dung pipet) cho vào nhiệt lượng kế (1), bật máy khuấy từ, đo nhiệt độ T. Cân m gam NaSO.10HO cho vào nhiệt lượng kế (1),(chú ý lấy hết lượng muối dính trên thành), bật máy khuấy từ cho hòa tan hoàn toàn muối, sau đó theo dõi nhiệt độ của quá trình hòa tan, khi kết thúc ghi được nhiệt độ T. Từ các kết quả trên xác định được . III. Tính kết quả và nhận xét: (1) Tính kết quả: Lượng nhiệt tỏa ra hay thu vào khi hòa tan m gam muối NaSO.10HO Q=(C.m + C.m). ∆T Nhiệt hoà tan mol: ∆H = Chú ý: + C và C là nhiệt dung của nước và bình tương ứng là 4,185J/g.K và 0,8J/g.K. + m = d.V và m = 164,5g là khối lượng của nước và nhiệt lượng kế, khối lượng riêng của nước là d = 1g/ml. Sơ đồ thí nghiệm xác định nhiệt hoà tan. (2) Kết quả và nhận xét : Ta có: m = 1,9295 (g) T = 29,5 ; T = 30,7 T = 1,2 Q =(C.m + C.m). ∆T =(4,185.1.10 + 0,8.164,5).1,2= 207,816 (J) ∆H = = = 34681 (J/mol) Như vậy khi hòa tan một mol muối NaSO.10HO , tỏa ra nhiệt lượng 34,68 KJ, chính là hiệu ứng nhiệt của quá trình hòa tan. BÀI 5: XÁC ĐỊNH SỨC ĐIỆN ĐỘNG PHÂN HỦY VÀ QUÁ THẾ KHI ĐIỆN PHÂN NƯỚC 1. Mục đích Xác định thế phân hủy và quá thế của quá trình điện phân nước 2. Hoá chất dụng cụ - Hoá chất: Nước cất được axit hoá bằng HSO (pH=3). - Dụng cụ: thiết bị xác định thế phân hủy của quá trình điện phân nước (Hv). Sơ đồ điện phân nước 3. Tiến hành thí nghiệm Mở khoá (1) cho nước vào Buret (2) tới vạch xác định. Bật công tắc máy chỉnh lưu (3), tăng dần thế (0,1V mỗi lần, bắt đầu từ 1,0V) đến khi ở các cực bắt đầu xuất hiện bọt khí (điện phân bắt đầu – chú ý quan sát kỹ). Đọc điện áp trên biến áp - thế phân hủy (E). Đo nhiệt độ phòng điện phân. 4. Tính toán kết quả (1) Tính sức điện động phân cực khi điện phân nước. Từ pH của nước, nhiệt độ, các thế điện cực chuẩn của E và E, áp dụng phương trình Nernst ta tính được và , từ đó tính được thế phân cực: E = - ; = + ln[H]; = - ln[OH]; E = - = - - ln{[H][OH]} Với=0,402V; =0,00V; [H]=10; [OH]=10; T = 29,5 C= 299,5 K E = 0,402 -0- ln( 10) = 1,174 (2) Tính quá thế khi điện phân nước Thí nghiệm thu được thế phân hủy của nước là:E= 2,375 (V) Quá thế : = E - E = 2,375 – 1,174 = 1,201 (V)