Thực hành môn hóa học - Bài 2: Cân bằng hóa học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI UNIVERSITY OF TRANSPORT AND COMMUNICATIONS * * * BÁO CÁO THỰC HÀNH MÔN HÓA HỌC Giáo Viên hướng dẫn : cô giáo Vũ Thị Xuân Lớp : Công Trình Giao Thông Việt-Nhật_k51 Nhóm sinh viên :05 1. Phạm Đình Ngọc Phốt _nhóm trưởng 4. Đoàn Huy Hoàn Kiều Việt Quân 5. Nông Quốc Huy Nguyễn Hải Sơn 6 . 7.Đoàn Hoàng Sơn Hà Nội, ngày 08 tháng 05 năm 2011 BÀI 2. CÂN BẰNG HÓA HỌC 1.Thí Nghiệm 1:Ảnh hưởng của nồng độ đến sự chuyển dịch cân bằng a.Mục đích Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ các chất đến cân bằng: FeCl3 + 3KSCN ↔ Fe(SCN)3 + 3KCl (Vàng) (Không Màu) (Đỏ Máu) (Không Màu) b.Hóa chất,dụng cụ - Hóa chất: Dung dịch FeCl3 bão hòa. Dung dịch KSCN bão hòa. Tinh thể KCl. Nước cất. - Dụng cụ: 6 ống nghiệm, ống đong, kẹp gỗ. c.Tiến hành Cho vào ống nghiệm sạch 10ml nước cất,thêm vào 1 giọt dung dịch FeCl3 bão hòa và 1 giọt dung dịch KSCN bão hòa,lắc đều,quan sát màu dung dịch thu được.Chia đều dung dịch thu được ra 4 ống nghiệm: Ống 1 dùng để so sánh. Ống 2 cho thêm vào 2-3 giọt FeCl3 bão hòa → So sánh với ống 1. Ống 3 cho thêm vào 2-3 giọt KSCN bão hòa → So sánh với ống 1. Ống 4 cho thêm vài tinh thể KCl,lắc cho tan hết → So sánh với ống 1. d.Kết quả - Ống 2 khi ta cho thêm vào 2-3 giọt FeCl3 bão hòa thì ống 2 đậm màu hơn ống 1 - Ống 3 khi ta cho thêm vào 2-3 giọt KSCN bão hòa thì ống 3 đậm màu hơn ống 1 - Ống 4 khi ta cho thêm vài tinh thể KCl thì ống 4 trở nên nhạt màu hơn. e.Giải thích kết quả thu được Màu đỏ máu thu được là do phản ứng FeCl3 + 3KSCN ↔ Fe(SCN)3 + 3KCl (Vàng) (Không Màu) (Đỏ Máu) (Không Màu) Cơ sở lí thuyết là do dựa vào nguyên lí dịch chuyển cân bằng Lơsactơrê ở một phản ứng thuận nghịch đang ở trạng thái cân bằng.Khi tác động từ bên ngoài như biến đổi nhiệt độ áp suất và nồng độ thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm tác dụng bên ngoài đó.Như vậy khi cho vào ông nghiệm (2) 2 – 3 giọt FeCl3 bão hòa và ống (3) cho thêm 2-3 giọt KSCN bão hòa thì nồng độ FeCl3 tăng lên ở ống 2 và nồng độ KSCN tăng lên ở ống 3 theo nguyên lí chuyển dịch cân bằng Lơsactơrê thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm nồng độ của FeCl3 và nồng độ KSCN tức là chuyển dịch theo chiều thuận vì vậy tạo ra nhiều Fe(SCN)3 hơn cả ống (2) và (3) làm cho ống (2) và (3) có màu đỏ máu đậm hơn ống 1 Còn ở ống (4) thì ngược lại khi cho vào ống (4) vài tinh thể KCl lắc cho tan hết thì nồng độ KCl tăng lên cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều nghịch làm nồng độ Fe(SCN)3 giảm vì vậy màu ở ống nghiệm (4) nhạt hơn ống 1. 2.Thí nghiệm 2: Ảnh hưởng của nhiệt độ a.Mục đích Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ các chất đến cân bằng: CH3COONa + H2O ↔ CH3COOH + Na+ + OH - ∆H >0 Sự chuyển dịch cân bằng được theo dõi qua sự thay đổi nồng độ OH- , sự thay đổi nồng độ của ion OH- được theo dõi qua sự đổi màu của phenolphtalein từ không màu thành có màu. b.Hóa chất,Dụng cụ - Hóa chất: CH3COONa rắn; dung dich phenolphtalein - Dụng cụ: Cốc chịu nhiệt 100ml Cốc chịu nhiệt 250ml Ống nghiệm, bếp điện hoặc đèn cồn. c.Tiến hành Đun 100ml nước nóng trong cốc chịu nhiệt 250ml. Cho vào ống nghiệm một hạt ngô tinh thể CH3COONa sau đó thêm 5ml nước cất lắc cho tan hết.Chia đều ra hai ống nghiệm: Ống 1 thêm vào 1-2 giọt phenolphtalein Ống 2 nhúng vào nước nóng vài phút rồi thêm 1-2 giọt phenolphtalein rồi so sánh với ống 1 d.Kết quả - Ống 1 khi cho thêm vào 1-2 giọt phenolphtalein thì dung dịch có màu hồng rất nhạt gân như không màu - Ống 2 sau khi ta nhúng vào nước nóng vài phút rồi thêm 1-2 giọt phenolphtalein thì dung dịch có màu hồng nhạt. e.Giải thích kết quả - Ở ống 1 nhạt có màu hồng rất nhạt gần như không màu là do có sự tạo thành OH- nhưng nồng độ rất nhỏ - Ở ống 2 phản ứng xảy ra ở nhiệt độ cao hơn đây là phản ứng thu nhiệt (∆H > 0) Nhiệt độ tăng lên theo nguyên lí dịch chuyển cân bằng Lơsactơrê phản ứng chuyển dịch theo chiều thuận đẻ giảm nhiệt độ xuống do đó tạo ra nhiều OH- vì vậy ống 2 có màu hồng. BÀI 3. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG 1.Thí nghiệm 1: Ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng a.Mục đích Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Na2S2O3( Natri thiosunphat) đến tốc độ phản ứng: H2SO4 + Na2S2O3 → Na2SO4 + SO2↑ + S↓ + H2O Qua việc đo thời gian phản ứng ở các nồng độ Na2S2O3 khác nhau. b.Hóa chất.Dụng cụ - Hóa chất: Dung dịch H2SO4 20% Dung dịch Na2S2O3 1%,2%,3%,4%. - Dụng cụ: 01 đồng hồ bấm giây 08 ống nghiệm sạch 01 ống đong. c.Tiến hành - Lấy bốn ống nghiệm sạch đánh dấu A, B, C, D cho vào mỗi ống 1ml dung dịch H2SO4 20% - Lấy bốn ống nghiệm sạch khác đánh dấu A’, B’, C’, D’ cho vào: Ống A’ 1ml dung dịch Na2S2O3 1% Ống B’ 1ml dung dịch Na2S2O3 2% Ống C’ 1ml dung dịch Na2S2O3 3% Ống D’ 1ml dung dịch Na2S2O3 4% Đổ ống A vào ống A’, đo thời gian từ khi hai dung dịch bắt đầu tiếp xúc với nhau cho đến khi có vẩn đục màu trắng của S → thời gian phản ứng t1(s) Tương tự với ống B và B’ → thời gian phản ứng t2(s) Tương tự với ống C và C’ → thời gian phản ứng t3(s) Tương tự với ống D và D’ → thời gian phản ứng t4(s) d.Kết quả STT V H2SO4 20% (ml) V Na2S2O3 (ml) Thời gian phản ứng (s) Ghi Chú 1 1,0 1,0 1%) 100 2 1,0 1,0 (2%) 80 3 1,0 1,0 (3%) 50 4 1,0 1,0 (4%) 35 e.Giải thích kết quả Theo định luật tác dụng khối lượng vận tốc của phản ứng hóa học ở nồng độ không đổi tỉ lệ với tích số nồng đọ các chất tham gia phản ứng Biểu thức toán học của định luật aA + bB → cC + dD v = k [A]a [B]b v là vận tốc phản ứng ở thời điểm nào đó [A] và [B] là nồng đọ mol của chất A,B K là hằng số tỉ lệ hay còn gọi là hằng số vận tốc của phản ứng phụ thuộc vào bản chất phản ứng,nhiệt đọ phản ứng mà không phụ thộc nồng đọ các chất tham gia phản ứng Vì vậy khi nồng độ Na2S2O3 ở các phản ứng tăng dần từ 1%,2%,3%,4% vì vận tốc phản ứng ở mỗi thời điểm tăng dần làm cho thời gian phản ứng giảm dần từ ống 1 đến ống 4 Còn màu vẩn đục trắng tăng dần theo thứ tự là do nồng độ Na2S2O3 tăng dần phản ứng tạo ra nhiều S↓ hơn. 2.Thí nghiệm 2: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng a.Mục đích Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ các chất đến tốc độ phản ứng: H2SO4 + Na2S2O3 → Na2SO4 + SO2↑ + S↓ + H2O Qua việc đo thời gian phản ứng giữa Na2S2O3 4% và H2SO4 20% ở các nhiệt độ khác nhau. b.Hóa chất, dụng cụ - Hóa chất: Dung dịch H2SO4 20% Dung dịch Na2S2O3 4%. - Dụng cụ: 01 đồng hồ bấm giây 01 nhiệt kế 01 bếp điện hoặc đèn cồn 08 ống nghiệm sạch c.Tiến hành - Lấy bốn ống nghiệm sạch đánh dấu A, B, C, D cho vào mỗi ống 1ml dung dịch H2SO4 20% - Lấy bốn ống nghiệm sạch đánh dấu A’, B’, C’, D’ cho vào mỗi ống 1ml dung dịch Na2S2O3 4%. Đổ ống A vào ống A’ ở nhiệt độ phòng ghi thời gian phản ứng t1(s) Đổ ống B vào ống B’ ở nhiệt độ phòng +10oC ghi thời gian phản ứng t2(s) Đổ ống C vào ống C’ ở nhiệt độ phòng +20oC ghi thời gian phản ứng t3(s) Đổ ống D vào ống D’ ở nhiệt độ phòng +30oC ghi thời gian phản ứng t4(s) Để đun nóng hai ống nghiệm đến nhiệt độ mong muốn ta cho 2 ống nghiệm vào một cốc 250ml chứa nước nguội đun trên bếp điện, dùng nhiệt kế đo nhiệt độ của nước đến khi đạt nhiệt độ cần thiết đổ ống axit vào ống muối. d.Kết quả STT V H2SO4 20% (ml) V Na2S2O3 4% (ml) Nhiệt độ (oC) Thời gian phản ứng (s) Ghi Chú 1 1,0 1,0 top 75 2 1,0 1,0 top +10oC 55 3 1,0 1,0 top +20oC 40 4 1,0 1,0 top +30oC 25 e.Giải thích kết quả Dựa theo quy tắc Vanhoff : khi nhiệt độ tăng lên 10oC thì vận tốc phản ứng tăng lên từ 2 đến 4 lần số tăng vận tốc phản ứng khi nhiệt độ tăng lên 10oC gọi là hệ số nhiệt độ của phản ứng kíhiệu là γ . Với vT+10 kT+10 γ = ───── = ───── vT kT Trong đó vT vT+10 là vận tốc ở nhiệt độ T và T+10 kT và kT+10 là nhiệt độ T và T+10 nếu ở nhiệt độ T2 phản ứng có vận tốc v2 nếu ở nhiệt độ T1 phản ứng có vận tốc v1 thì v2 = v1.γ(T1 – T2)/10 vận tốc tỉ lệ nghịch với thời gian v2 t1 ── = ── V1 t2 Vì vậy khi nhiệt độ phản ứng tăng lên 10oC dẫn tới vận tốc phản ứng tăng dẫn đến thờii gian giảm. BÀI 4. TÍNH CHẤT DUNG DỊCH 1.Thí nghiệm 1: Đo nhiệt độ sôi của nước cất a.Mục đích Đo nhiệt độ sôi của nước cất b.Hóa chất, dụng cụ - Hóa chất : nước cất - Dụng cụ : cốc chịu nhiệt 250ml, bếp điện hoặc đèn cồn c.Tiến hành Cho 50ml nước cất vào trong cốc chịu nhiệt 250ml đun sôi, dùng nhiệt kế đô nhiệt độ sôi. d.Kết quả Khi nước sôi nhiệt kế chỉ 980C.Vậy nước sôi ở 980C e.Nhận xét Áp suất hơi bão hòa của nước ở 980C bằng áp suất khí quyển ở phòng thí nghiệm thì nước sôi. 2.Thí nghiệm 2: Đo nhiệt độ sôi của dung dịch NaCl bão hòa a.Mục đích Đo nhiệt độ sôi của dung dịch NaCl bão hòa. b.Hóa chất, dụng cụ - Hóa chất : Dung dịch NaCl bão hòa. - Dụng cụ : cốc chịu nhiệt 250ml, bếp điện hoặc đèn cồn. c.Tiến hành Cho 50ml dung dịch NaCl bão hòa vào trong cốc chịu nhiệt 250ml đun sôi, dùng nhiệt kế đô nhiệt độ sôi. d.Kết quả Khi dung dịch NaCl bão hòa sôi nhiệt kế chỉ 1060C.Vậy dung dịch NaCl bão hòa ở 1060C. e.Nhận xét nhiệt độ sôi của dung dịch NaCl bão hòa cao hơn nhiệt độ sôi của nước cất Trong dung dịch chứa chất tan không bay hơi áp suất của dung dịch luôn nhỏ hơn áp suất của dung môi nguyên chất.Khi nhiệt độ tăng lên áp suất hơi của dung dịch cũng tăng.Muốn có áp suất hơi bằng áp suất bên ngoài thì dung dịch phải ở nhiệt độ cao hơn nên nhiệt độ sôi của dung dịch cao hơn nhiệt độ sôi của dung môi. 3.Thí nghiệm 3: Đo pH của dung dich axit yếu đơn bậc a.Mục đích Sử dụng giấy chỉ thị vạn năng đo pH của 1 số dung dich CH3COOH ở các nồng độ khác nhau. b.Hóa chất, dụng cụ - Hóa chất : Dung dich CH3COOH 1,0M ; 0,1M ; 0,01M Giấy chỉ thị vạn năng. - Dụng cụ : Một tờ giấy trắng c.Tiến hành Sử dụng giấy chỉ thị vạn năng đo pH của các dung dịch CH3COOH 1,0M ; 0,1M ; 0,01M bằng cách nhỏ một giọt dung dịch cần đo vào mẫu giấy chỉ thị đặt trên tờ giấy màu trắng,so với bảng màu có sẵn → ghi lấy giá trị pH. d.Kết quả CH3COOH 1,0M 0,1M 0,01M pH 2 3 4 e.Nhận xét Tích số ion nước [H3O+].[OH-] = 10 -14 Độ pH được định nghĩa pH = -lg [H3O+] hay pH =-lg [H+] Với pH<7 môi trường axit pH=7 môi trường trung tính pH>7 môi trường bazơ Vậy CH3COOH có nồng độ càng nhỏ pH càng lớn. 4.Thí nghiệm 4. Đo pH của dung dich bazơ yếu a.Mục đích Sử dụng giấy chỉ thị vạn năng đo pH của 1 số dung dich NH4OH ở các nồng độ khác nhau. b.Hóa chất, dụng cụ - Hóa chất : Dung dich NH4OH 1,0M ; 0,1M ; 0,01M Giấy chỉ thị vạn năng. - Dụng cụ : Một tờ giấy trắng c.Tiến hành Sử dụng giấy chỉ thị vạn năng đo pH của các dung dịch NH4OH 1,0M ; 0,1M ; 0,01M bằng cách nhỏ một giọt dung dịch cần đo vào mẫu giấy chỉ thị đặt trên tờ giấy màu trắng,so với bảng màu có sẵn → ghi lấy giá trị pH d.Kết quả NH4OH 1,0M 0,1M 0,01M pH 10 9 8 e.Nhận xét Như thí nghiệm 3 NH4OH có nồng độ càng lớn thì pH càng lớn. 5.Thí nghiệm 5.Điều kiện hòa tan của chất điện li ít tan a.Mục đích Khảo sát điều kiện hòa tan của chất điện li ít tan CaCO3 b.Hóa chất, dụng cụ - Hóa chất : Dung dịch CaCl2 0,00002M Dung dịch K2CO3 0,00002M Dụng cụ : Ống nghiệm, ống đong. c.Tiến hành Cho vào ống nghiệm 1ml dung dịch CaCl2 0,00002M và 1ml dung dịch K2CO3 0,00002M d.Kết quả Không có hiện tượng gì xảy ra. e.Giải thích kết quả Xét một chất điện li ít tan AmBn có cân bằng trong dung dịch là AmBn ↔ mAn+ + nBm- Lúc dung dịch bão hòa có T AmBn = [An+]m . [Bm-]n Vậy điều kiện hòa tan một chất điện li ít tan có hòa tan khi tích số nồng độ các chất trong dung dịch nhỏ hơn tích số tan vậy ống nghiệm không có kết tủa. 6.Thí nghiệm 6.Điều kiện kết tủa của chất điện li ít tan a.Mục đích Khảo sát điều kiện hòa tan của chất điện li ít tan CaCO3 b.Hóa chất, dụng cụ - Hóa chất : Dung dịch CaCl2 0,2M Dung dịch K2CO3 0,2M Dụng cụ : Ống nghiệm, ống đong. c.Tiến hành Cho vào ống nghiệm 1ml dung dịch CaCl2 0,2M và 1ml dung dịch K2CO3 0,2M d.Kết quả Xuất hiện ngay kết tủa trắng CaCO3. e.Giải thích kết quả Phương trình phản ứng xảy ra CaCl2 + K2CO3 → CaCO3 ↓ + 2KCl Xảy ra phản ứng trao đổi giữa 2 muối CaCl2 và K2CO3 Do nồng độ của CaCl2 và K2CO3 lớn nên phản ứng xảy ra nhanh hơn và xuất hiện ngay kết tủa trắng CaCO3 ↓ BÀI 5. XÁC ĐỊNH ĐƯƠNG LƯỢNG CỦA KIM LOẠI a.Mục đích Xác định đương lượng kim loại Mg b.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) c.Tiến hành Cân chính xác 0,0491 gam kim loại Mg cho vào thìa A.Cho khoảng 20ml 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. d.Kết quả Thể tích khí H2 thoát ra là V = 34.5 (ml) Tính khối lượng H2 tử phươg trình trạng thái khí lý tưởng m = M P.V R.T Với V là thể tích khí H2 đo được từ thí nghiệm V= 34.5ml =0,0345 (l) T là nhiệt độ phòng lúc làm thí nghiệm T= 310C= 3040K P là áp suất khí quyển P= 1atm Vậy khối lượng khí H2 thoát ra là m=( 2x 1 x 0,0345)/(0,082x304)=2.768x10-3 gam Áp dụng định luật đương lượng để tính đương lượng kim loại mH2 mkl mkl. ĐH2 1. 0,0464 ─── = ─── => Đkl = ────── = ──────── = 16.763 ĐH2 Đkl mH2 2.768x10-3 2.768x10-3 BÀI 6 XÁC ĐỊNH HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA QUÁ TRÌNH HÒA TAN a.Mục đích Xác định hiệu ứng nhiệt của quá trình hòa tan Na2SO4 b.Hóa chất, dụng cụ - Hóa chất : Na2SO4 tinh thể - Dụng cụ : Cân phân tích, nhiệt kế điiện tử, bình nhiệt lượng kế( Hình vẽ) c.Tiến hành Lấy chính xác 10ml nước cất (dùng pipet) cho vào nhiệt lượng kế (1), bật máy khuấy từ , đo nhiệt độ T1 Cân 1.999 gam Na2SO4 cho vào nhiệt lượng kế (1) , bật máy khuấy từ cho hòa tan hoàn muối ,sau đó theo dõi nhiệt độ của quá trình hòa tan, khi kết húc ghi nhiệt độ T2. Từ các kết quả trên xác định được ∆T = T2 – T1 d.Kết quả và nhận xét Với m = 1,999 gam ta có T1= 31,20C = 304,20K T2= 32,40C = 305,40K => ∆T = T2 – T1= 305,4 – 304,2 = 1,20K Lượng nhiệt tỏa ra khi hòa tan m= 1,999 gam muối Na2SO4.10H2O Q = (CH2O.mH2O + Ck.mk) ∆T = (CH2O.d.V + Ck.mk) ∆T = (4,185.1.10 + 0,8.164,5) 1,2 = 208,14 (J) Nhiệt hòa tan mol : Q.M Na2SO4 ∆Hht = - ─────── m Na2SO4 208,14.324 = - ─────── =- 22490,36 (J/mol) 1,999 BÀI 7 XÁC ĐỊNH SỨC ĐIỆN ĐỘNG PHÂN HỦY VÀ QUÁ THẾ KHI ĐIỆN PHÂN NƯỚC a.Mục đích Xác định thế phân hủy và quá thế của quá trình điện phân nước b.Hóa chất, dụng cụ - Hóa chất : Nước cất được axit hóa bằng dung dịch H2SO4 (pH=3) - Dụng cụ : Thiết bị xác định thế phân hủy của quá trình điện phân nước được bố trí qua hình c.Tiến hành Mở khóa (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.Đọc điện áp trên biến áp – thế phân hủy ( Eph).Đo điện áp phòng điện phân. d.Tính toán kết quả Thu được Eph = 2,2V Nhiệt độ phòng điện phân là T = 310C 1.Tính sức điện động phân cực khi điện phân nước pH = 3 => [H+] = 10-3 M => [OH-] = 10-11 M RT RT 8,314.( 31 + 273) φ 2H+/H2 =φ 02H+/H2 + ─── ln [H+] = ─── ln [H+] =─────────────ln 10-3 = F F 96500 = - 0,1809( V ) RT φ O2/2OH- =φ 0O2/2OH- + ─── ln [H+] F 8,314.( 31 + 273) = 0,402 - ─────────────ln 10-11 96500 = 1,0653 ( V) Epc = φ O2/2OH- - φ 2H+/H2 = 1,0653 – ( -0,1809) = 1,2462 (V) 2.Tích quá thế khi điện phân nước η = Eph - Epc = 2,2 - 1,2462 = 0,9538 (V)