Bài
13
XÁC ĐỊNH BIẾN THIÊN T H Ế Đ A N G Á P ,
ĐẲNG NHIỆT, ENTANPI,
ENTROPI
HOA TAN BORAC
TRONG
CỦA PHẢN
ỨNG
NƯỚC
1. L Í T H U Y Ế T
C h i ề u h ư ớ n g d i ễ n b i ế n t ự n h i ê n c ủ a p h ả n ứ n g h o a h ọ c đ ư ợ c quyết
định đồng thòi bởi 2 y ế u tố:
1. K h u y n h h ư ớ n g c ủ a h ệ c h u y ể n s a n g t r ạ n g t h á i có n ă n g lượng
thấp, đặc t r ư n g đ ị n h lượng bởi b i ế n t h i ê n e n t a n p i của h ệ A H .
2. K h u y n h h ư ớ n g c ủ a h ệ c h u y ể n s a n g t r ạ n g t h á i có đ ộ h ỗ n loạn
cao, đ ặ c t r ư n g b ở i b i ế n t h i ê n e n t r o p i AS.
H a i y ế u t ố n à y c ù n g t á c đ ộ n g l ê n h ệ n h ư n g t h e o 2 c h i ề u ngược
nhau.
V ề m ặ t hoa học, e n t a n p i g i ả m k h i c á c n g u y ê n t ử k ế t h ợ p v ớ i nhau
để tạo t h à n h p h â n t ử v ớ i các liên k ế t b ề n v ữ n g . N h ư n g t r o n g trướng
hợp đ ó , b i ế n t h i ê n e n t r o p i
AS < 0 v ì đ ộ h ỗ n l o ạ n c ủ a h ệ l ạ i g i ả m đi.
N g ư ợ c l ạ i k h i AS > 0, n g h ĩ a l à y ế u t ố e n t r o p i t h u ậ n l ợ i cho sự d i ễ n b i ế n
của c á c q u á t r ì n h , t h ì h ệ l ạ i h ấ p t h u n ă n g l ư ợ n g đ ể p h á v ỡ c á c l i ê n k ế t
của c á c p h â n t ử , do đ ó e n t a n p i c ủ a h ệ l ạ i t ă n g . N ó i c á c h k h á c , trong
m ỗ i q u á t r ì n h l u ơ n có sự c ạ n h t r a n h g i ữ a h a i y ế u t ố : y ế u t ố e n t a n p i
(giảm n ă n g lượng) v à y ế u t ố e n t r o p i ( t ă n g độ h ỗ n loạn).
V ậ y c ụ n p h ả i t ì m h à m có t h ể p h ả n á n h đ ồ n g t h ò i ả n h h ư ở n g của cả
h a i y ế u t ố ; d ấ u v à t r ị s ố của đ ộ b i ế n t h i ê n của h à m n à y có t h ể d ù n g l à m
t i ê u c h u ẩ n quy đ ị n h c h i ề u h ư ớ n g v à mức đ ộ d i ễ n b i ế n c ủ a p h ả n ứ n g .
T r o n g n h i ệ t đ ộ n g học, k h i p h ả n ứ n g d i ễ n r a t r o n g đ i ề u k i ệ n đ ẳ n g
n h i ệ t , đ ẳ n g á p (T, p = c o n s t ) , h à m G g ọ i l à t h ế đ ắ n g n h i ệ t , đ ẳ n g á p (gọi
118
t ắ t l à t h ế đ ẳ n g á p h a y t h ế G i p x ơ (Gibbs)). K h ô n g t h ể x á c đ ị n h được g i á
t r ị t u y ệ t đ ố i c ủ a n ă n g l ư ợ n g G i p x ơ n h ư n g có t h ể x á c đ ị n h được b i ế n
t h i ê n c ủ a n ó t r o n g m ỗ i p h ả n ứ n g , g ọ i l à AG
AG = A H - TAS
Đ ố i với n h ữ n g h ệ ở n h i ệ t độ v à á p suất k h ô n g đ ổ i , q u á t r ì n h chỉ có t h ể
d i ễ n ra theo c h i ề u l à m g i ả m n ă n g lượng Gipxơ của h ệ t ư ơ n g ứ n g với AG < 0.
Đ i ề u k i ệ n c â n b ằ n g k h i A G = 0. Q u á t r ì n h l à k h ô n g t h ể t h ự c h i ệ n
được b ấ t k ì đ i ề u k i ệ n n à o k h i AG > 0.
G i ữ a c á c đ ạ i l ư ợ n g b i ế n t h i ê n t h ế đ ẳ n g á p , đ ẳ n g n h i ệ t c h u ẩ n AG°,
b i ế n t h i ê n e n t a n p i c h u ẩ n AH°, b i ế n t h i ê n e n t r o p i c h u ẩ n AS° v à h ằ n g s ố
c â n b ằ n g K của p h ả n ứ n g hoa học có h a i m ố i q u a n h ệ v ề m ặ t n h i ệ t đ ộ n g
AG° = - 2 , 3 0 3 R T l g K
(1)
K : đối với hệ khí
p
K : đ ố i với d u n g dịch lỏng
c
A G ° = A H ° - TAS°
(2)
- 2,303RTlgK = A H ° - TAS°
(3)
. „
lgK =
(4)
T ừ (1) v à (2) có:
AH°
AS°
—
+
——
2,303RT
2,303R
N ế u coi d u n g d ị c h l à lí t ư ở n g , AH° v à AS° l à h ằ n g s ố k h ô n g p h ụ
t h u ộ c v à o n h i ệ t đ ộ , có t h ể t í n h được c á c t h ô n g s ố n h i ệ t đ ộ n g AH°, AS°,
AG° t ừ v i ệ c x á c đ ị n h h ằ n g s ố c â n b ằ n g K ở m ộ t s ố n h i ệ t đ ộ .
Theo p h ư ơ n g t r ì n h (4) sự p h ụ t h u ộ c đ ồ t h ị g i ữ a l g K v à 1/T l à t u y ế n
t í n h v ớ i h ệ s ố góc
tga =
AH°
2,303R
v à đ ư ờ n g t h ă n g đ ó c ắ t t r ụ c t u n g t ạ i đ i ế m có g i á t r ị b ằ n g
AS°
2,303R
M ố i q u a n h ệ n à y cho p h é p x á c đ ị n h được AH°, AS° v à AG° c ủ a m ộ t
p h ả n ứ n g hoa học.
119
2. T H Ự C H À N H
2.1. N g u y ê n
tắc
T ì m h i ể u ả n h h ư ở n g của n h i ệ t độ đ ế n độ t a n của m u ố i t a n được trong
nước. T ừ c á c s ố l i ệ u v ề độ tan, t í n h được h ằ n g s ố c â n b ằ n g K c ủ a phản
ứ n g hoa tan, sau đó b ằ n g p h ư ơ n g p h á p đồ t h ị t í n h được AH°, AS° v à AG°.
Trong t h í n g h i ệ m n à y d ù n g m u ố i N a B 0 . 1 0 H O (borac).
2
4
7
2
C ấ u t ạ o m u ố i borac g ồ m c á c p o l i a n i o n B 0
h o ặ c BO4 l i ê n k é t với
3
n h a u qua n g u y ê n t ử o x i t ạ o t h à n h c ấ u t r ú c v ò n g a n i o n t e t r a b o r a t .
Hình
13.1 m i n h hoa
c ấ u t r ú c v ớ i g i ả t h i ế t b o r a c có c ơ n g thức
Na [B 0 (OH) ].8H 0
2
4
5
4
2
Q: hiđro
O : oxi
O:bo
Hình 13.1. Cấu tạo của anion tetraborat
D u n g d ị c h borac l à m ộ t b a z ơ t r u n g b ì n h
B 0 (OH)f
4
+
5
5H 0
2
-»
4H3BO3
+
20H-
B ằ n g p h ư ơ n g p h á p c h u ẩ n đ ộ m ộ t t h ể t í c h đ ã b i ế t c ủ a d u n g dịch
borac v ớ i d u n g d ị c h a x i t c h u ẩ n , t í n h được n ồ n g đ ộ c ủ a a n i o n t e t r a b o r a t .
P h ả n ứ n g x ả y ra theo p h ư ơ n g t r ì n h
B 0 (OH) 2
4
5
4
+ 3H 0
2
+
2H
+
->
4H3BO3
G i ữ a c h ấ t r ắ n borac v à d u n g d ị c h borac b ã o hoa có c â n b ằ n g sau:
Na [B 0 (OH) ].8H 0
2
4
5
4
2
;
(r)
ì 2Na
+
+
B 0 (OH)^4
(dd)
5
+
8H 0
2
(dd)
Áp dụng định l u ậ t tác dụng k h ố i lượng
K=
[NaT[B 0 (OH)n
4
5
120
G ọ i X là n ồ n g độ của anion tetraborac t ì m được t r o n g q u á
trình
c h u ẩ n đ ộ v ớ i a x i t t h ì [Na*] = 2x
K = (2x) .x = 4 x
2
3
2.2. Hoa chất và dụng cụ
Hoa
chất:
D u n g d ị c h c h u ẩ n HC1 0 , 5 M (pha t ừ í ì x a n a n ) ;
N a B O . 1 0 H O ( r ắ n ) ; chỉ t h ị b r o m c r e z o l x a n h .
2
Dụng
4
7
2
cụ: Cốc (lOOml), b ì n h n ó n (lOOml), b u r e t ( 2 5 m l ) , p i p e t ( 5 m l ,
l O m l ) , n h i ệ t k ế , b ế p đ i ệ n , g i á sắt, k ẹ p sắt.
2.3. Cách tiến hành
C h u ẩ n b ị 6 b ì n h n ó n (lOOml), có d á n c á c n h ã n :
4 5 ° C ; 4 0 ° C ; 35°C; 30°C; 2 5 ° C ;
20°c
Cho v à o m ỗ i b ì n h 5 m l n ư ớ c c ấ t .
C â n k h o ả n g 35 - 37 g ă m N a B O . 1 0 H O cho v à o cốc ( l O O m l ) , d ù n g
2
4
7
2
ống đ o n g t h ê m 6 0 m l n ư ớ c c ấ t . Đ u n n ó n g h ỗ n h ợ p t r ê n b ế p đ i ệ n , t h ỉ n h
t h o ả n g k h u ấ y n h ẹ . T h e o d õ i n h i ệ t đ ộ của d u n g d ị c h . K h i đ ạ t t ớ i 6 0 ° c
m à t r o n g cốc v ẫ n c ò n l ư ợ n g m u ố i c h ư a t a n h ế t , t ắ t b ế p đ ể n g u ộ i d u n g
dịch. N ế u t ấ t cả b o r a c đ ã t a n h ế t ( k h i đ ạ t t ớ i 60°C) c ụ n t h ê m m ộ t í t
borac v à o d u n g d ị c h c ò n đ a n g đ u n n ó n g đ ể đ ả m b ả o v ẫ n c ò n
lượng
m u ố i c h ư a t a n t r o n g cốc.
K h i đ ể n g u ộ i d u n g d ị c h borac b ã o hoa, m ộ t í t borac sẽ k ế t t i n h t ừ
d u n g dịch. T h e o d õ i n h i ệ t đ ộ , k h i d u n g d ị c h đ ạ t t ớ i t ừ n g n h i ệ t đ ộ g h i
t r ê n b ì n h n ó n ( đ ã c h u ẩ n bị), ( c h ú ý đ o n h i ệ t đ ộ c ủ a d u n g d ị c h c h ứ
k h ô n g p h ả i n h i ệ t đ ộ c ủ a c h ấ t r ắ n borac d ư ớ i cốc). D ù n g p i p e t đ ã t r á n g
nước c ấ t n ó n g , h ú t c ẩ n t h ậ n 5 m l d u n g d ị c h cho v à o b ì n h n ó n
(tránh
borac r ắ n v à o p i p e t ) .
Sau m ỗ i l ụ n h ú t d u n g d ị c h x o n g t i ế p t ụ c h ú t 5 m l n ư ớ c c ấ t n ó n g cho
v à o b ì n h n ó n . V i ệ c l à m n à y g â y r a sai s ố p i p e t n h ỏ n h ư n g n ó n g ă n c ả n
sự k ế t t i n h c ủ a borac t r o n g p i p e t m à sự k ế t t i n h n à y d ẫ n đ ế n sai
số
n g h i ê m t r ọ n g h ơ n n h i ề u . Sau k h i l ấ y đ ủ c á c m ẫ u d u n g d ị c h v à o 6 b ì n h
n ó n , t h ê m 15ml nước cất và 3-4 giọt bromcrezol x a n h v à o m ỗ i b ì n h
t r ê n , d u n g d ị c h có m à u x a n h .
121
Đ ổ d u n g d ị c h a x i t HC1 c h u ẩ n 0 , 5 M v à o b u r e t s ạ c h đ ế n v ạ c h sốo.
T i ế n h à n h c h u ẩ n đ ộ t ừ n g b ì n h n ó n t r ê n v ớ i d u n g d ị c h H C 1 0 , 5 M . Điểm
k ế t t h ú c c ủ a p h é p c h u ẩ n đ ộ có sự t h a y đ ổ i m à u sắc t ừ x a n h lơ sang
v à n g nhạt. C h ú ý chuẩn độ chậm để t r á n h dư axit.
Chú ý: L ư ợ n g d u n g d ị c h v à k ế t t ủ a borac c ò n l ạ i s a u k h i t i ế n h à n h
t h í n g h i ệ m được t h u h ồ i b ằ n g c á c h l à m l ạ n h t r o n g n ư ớ c đ á . L ọ c lấy
t i n h t h ể borac, cho v à o m ặ t k í n h đ ồ n g h ồ , l à m k h ô n g o à i k h ô n g k h í để
d ù n g cho c á c t h í n g h i ệ m
2.4. T í n h k ế t
sau.
quả
Ghi các số l i ệ u thực n g h i ệ m vào bảng:
[B O (OH) ] X (mol/l)
2
t°(C)
V
HC1
4
0,5M
s
4
[Na ]
2x(mol/l)
+
K = 4x
3
lgK
T
in
V ẽ đ ồ t h ị sự p h ụ t h u ộ c c ủ a l g K theo 1/T. S ử d ụ n g đ ư ờ n g t h ẳ n g để
t í n h AH°, AS° v à c u ố i c ù n g t í n h AG° ở n h i ệ t đ ộ c h u ẩ n 2 5 ° c .
2.5. X á c đ ị n h n h i ệ t h o a t à n ( A H ) c ủ a b o r a c t r o n g
a. Thí nghiệm
định
nước
tính
D ù n g pipet loại lOml, l ấ y 5ml nưốc cất v à o ống n g h i ệ m , d ù n g nhiệt
k ế 0 - 1 0 0 ° c đ o n h i ệ t độ. K h i c â n b ằ n g n h i ệ t được t h i ế t l ậ p , cho v à o ống
n g h i ệ m 2g K N 0 . L ắ c ố n g n g h i ệ m cho m a u t a n r ồ i đ o n h i ệ t đ ộ c u ố i c ù n g .
3
L ặ p l ạ i thí nghiệm trên với NaCl, N a S 0
2
4
k h a n . G i ả i t h í c h k ế t quả
t h u được t r o n g sự hoa t a n c á c m u ố i d ự a v à o l ự c g i ữ a c á c p h â n t ử .
b. Thí nghiệm
định
lượng
Đ ộ t a n s của borac N a B 0
2
4
7
p h ụ thuộc n h i ệ t độ theo c ô n g thức
0 _
AH
l n S = - — — + const
RT
v ớ i A H l à b i ế n t h i ê n e n t a n p i t r o n g sự hoa t a n , R l à h ằ n g s ố k h í lí t ư ở n g
v à T l à n h i ệ t đ ộ t u y ệ t đ ố i . A H đ ư ợ c x á c đ ị n h t ừ đ ộ dốc c ủ a đ ư ờ n g t h ẳ n g
t r o n g sự p h ụ t h u ô c l n S t h e o — .
122
Đ ể t i ế n h à n h t h í n g h i ệ m , đ i ề u c h ế 5 0 m l d u n g d ị c h borac b ã o hoa
b ằ n g c á c h hoa t a n m ộ t l ư ợ n g borac x á c đ ị n h t ạ i n h i ệ t đ ộ t i ế n
hành
phản ứng:
t°c
Na B O .10H O tể]
m
2
4
7
2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
2
2,2
2,6
3,5
5
6
8
10
13
16
K h i c â n b ằ n g t a n đ ư ợ c t h i ế t l ậ p ( k h o ả n g 15 p h ú t ) , p h a r ắ n (borac
t i n h t h ể ) p h ả i h ì n h t h à n h . L ấ y l O m l d u n g d ị c h b ã o hoa ( k h ô n g có
t i n h t h ể borac k è m t h e o ) v à o b ì n h t a m g i á c l O O m l đ ồ n g t h ò i đ o n h i ệ t
độ c ủ a d u n g d ị c h c ò n l ạ i . Đ e m c h u ẩ n đ ộ l O m l d u n g d ị c h n à y b ằ n g
dung dịch HC1 0 , 2 5 M
v ớ i c h ỉ t h ị m e t y l da c a m
cho t ố i k h i có s ự
c h u y ể n m à u t ừ v à n g da c a m s a n g đ ỏ . G h i l ạ i t h ể t í c h a x i t H C 1 đ ã t i ê u
tốn trong chuẩn độ.
Chú ý : - K h i đ o đ ộ t a n t ạ i n h i ệ t đ ộ t h ấ p h ơ n n h i ệ t đ ộ p h ò n g , đ ặ t
cốc c h ứ a d u n g d ị c h borac b ã o hoa v à o b ì n h c á c h t h ú y c h ứ a n ư ớ c v à
nưốc đ á . D u y t r ì n h i ệ t độ t ± l ° c .
- T r ư ớ n g h ợ p t i ê n h à n h đ o đ ộ t a n t ạ i n h i ệ t đ ộ cao h ơ n n h i ệ t đ ộ
phòng thì đ u n nhẹ bình cách thuỷ.
- P i p e t d ù n g đ ể l ấ y d u n g d ị c h b ã o hoa c ũ n g p h ả i ở c ù n g n h i ệ t đ ộ
với d u n g d ị c h . N ế u l à m v i ệ c ở n h i ệ t đ ộ 45 - 5 0 ° c t h ì s ấ y n ó n g p i p e t
trong t ủ sấy ở 5 0 ° c .
Xả lí kết quả đo :
- Đ o đ ộ t a n c ủ a borac ở c á c n h i ệ t đ ộ .
- T í n h độ tan s b ằ n g công thức
0,25.V
HC1
10
- Vẽ đồ thị lnS phụ thuộc \z rồi xác định AH hoa tan từ độ dốc đồ
T
t h ị ( A H = - R . t g a , a l à góc hợp b ở i đ ư ờ n g t h ẳ n g v à t r ụ c h o à n h ) .
123
3. C Â U H Ỏ I V À B À I T Ậ P
1. Độ tan của AgCl trong nước là 3,97.1ơ* M ở 0 ° c v à 1,91-lữ* M ở 100°c.
a. T í n h h ằ n g s ố c â n b ằ n g của A g C l ở m ỗ i n h i ệ t đ ộ .
b. T í n h AH°, AS° v à A G ° ở n h i ệ t đ ộ c h u ẩ n 2 5 ° c k h i t ạ o t h à n h d u n g
dịch b ã o hoa A g C l .
2.
G i ả i t h í c h sự b i ế n đ ổ i g i á t r ị e n t r o p i t r o n g c á c d ã y đ ơ n c h ấ t , hợp
c h ấ t sau:
Chất
S2
S2
3.
98
9g
°(k>
O200
J.mor'.K"'
38,47
49,01
Chất
NO ,
N0
J.mor'.K~'
50,34
54,47
(k
57,01
2(k)
82
Cho b i ế t đ ú n g k h ô n g n ế u n ó i r ằ n g " K h i AG° = 0 p h ả n ứ n g đ ạ t tói
t r ạ n g t h á i c â n bằng"?
4. T h i ế t l ậ p p h ư ờ n g t r ì n h Claozius - Claperon
tai.
-AH°
K,
R
. T
t ừ p h ư ơ n g t r ì n h (4)
1J
L
5. G i ả i t h í c h ý n g h ĩ a n g u ồ n gốc c á c sai s ố có t h ể g ặ p sau đ â y :
- D u n g d ị c h b ã o hoa borac k h ô n g p h ả i l à d u n g d ị c h lí t ư ở n g .
- AH°, AS° p h ụ t h u ộ c v à o n h i ệ t đ ộ .
- Rửa pipet b ằ n g nước n ó n g sau m ỗ i l ụ n l ấ y d u n g dịch b ã o hoa borac.
- Sử d ụ n g p h ư ơ n g p h á p n g o ạ i suy đ ồ t h ị đ ể t í n h AS°.
124
Bài
14
CÂN BẰNG HOA HỌC VÀ sự CHUYÊN DỊCH
CÂN
BẰNG
1. LÍ THUYẾT
Đ ố i v ớ i n h i ề u p h ả n ứ n g hoa học, p h ả n ứ n g k h ô n g d i ễ n r a m ộ t c á c h
h o à n t o à n , t ứ c l à t ừ c á c c h ấ t t h a m gia p h ả n ứ n g k h ô n g t h u được 100%
s ả n p h ẩ m . Đ ó l à v ì p h ả n ứ n g đ ã d i ễ n r a theo h a i c h i ề u : c h i ề u t h u ậ n t ừ
t r á i s a n g p h ả i v à c h i ề u n g h ị c h theo h ư ớ n g n g ư ợ c l ạ i . S ự c h u y ể n hoa
k h ô n g h o à n t o à n t ừ c h ấ t đ ụ u t r ở t h à n h s ả n p h ẩ m x ả y r a n g a y cả k h i
để p h ả n ứ n g d i ễ n ra trong m ộ t thời gian dài. P h ả n ứ n g đ ạ t t ố i m ộ t
t r ạ n g t h á i t ạ i đó nồng độ sản p h ẩ m cũng n h ư nồng độ các chất p h ả n
ứ n g k h ô n g t h a y đ ổ i t h e o t h ò i g i a n ; t r ạ n g t h á i đ ó đ ư ợ c g ọ i l à cân
bằng
hoa học. T ạ i t r ạ n g t h á i c â n b ằ n g , t u y n ồ n g đ ộ c á c c h ấ t k h ô n g t h a y đ ổ i ,
song p h ả n ứ n g v ẫ n d i ễ n r a theo h a i c h i ề u n g ư ợ c n h a u v ớ i t ố c đ ộ n g a n g
bằng nhau. Đ ố i với p h ả n ứng tổng q u á t
m A + n B + .... ;
ì m'C + n ' D +
n ế u p h ả n ứ n g t h u ậ n v à p h ả n ứ n g n g h ị c h đ ề u l à c á c p h ả n ứ n g sơ c ấ p t h ì
theo đ ị n h l u ậ t t á c d ụ n g k h ố i l ư ợ n g , t a có b i ể u t h ứ c tốc đ ộ p h ả n ứ n g
thuận
v
= k [A] [B]"....
m
t h
t h
v à b i ể u t h ứ c tốc đ ộ p h ả n ứ n g n g h ị c h
v
với k , k
t h
n g h
n g h
= k
[C] '[D] '....
m
n g h
n
l à c á c h ằ n g s ố tốc đ ộ c ủ a p h ả n ứ n g t h u ậ n v à p h ả n ứ n g
nghịch; [ A ] , [ B ] , [C], [D] là n h ữ n g nồng độ h i ệ u d ụ n g c á c c h ấ t t í n h
b ằ n g mol/1.
Ở điều k i ệ n cân bằng, v
t h
= v
k, [A]:;[B]
h
n g h
n
c
b
. do đ ó
=k
n g h
[C]
m
c
b
[D]:
h
125
T ừ đ â y sau k h i b i ế n đ ổ i t o á n học t a được
K - K _ icrãĐìí
k h
[A] [B]
m
ng
c
b
n
c
b
K được g ọ i l à h ằ n g s ố c â n b ằ n g v à c h ỉ t h a y đ ổ i k h i n h i ệ t đ ộ t h a y
đôi; K không
thay
đổi với sự thay
đổi nồng
độ.
V ị t r í của c â n b ằ n g hoa học sẽ c h u y ể n d ị c h k h i c h ị u t á c đ ộ n g của
y ế u t ố n ồ n g đ ộ , n h i ệ t đ ộ . C h i ề u c h u y ể n d ị c h sẽ đ ư ợ c t h ể h i ệ n m ộ t c á c h
k h á i q u á t qua n g u y ê n lí L e C h a t e l i e r :
Một sự thay đổi các yếu tố có ảnh hưởng
bằng sẽ chuyển
dịch
theo chiều
chống
tới hệ cân bằng
lại sự thay
đổi
thì vị trí
cân
đó.
2. THỰC HÀNH
2.1. H o a c h ấ t v à d ụ n g cụ
Hoa
chất:
D u n g dịch F e C l
b ã o hoa ( K S C N ) ; a x i t H N 0
3
3
b ã o hoa;
dung dịch k a l i thioxyanat
đ ặ c ; C u k i m l o ạ i ; h ỗ n h ợ p s i n h h à n (nưốc
đá + muối NaCl).
Dụng
cụ:
ố n g n g h i ệ m ; b ì n h c ụ u 5 0 m l có n ú t cao s u v à ố n g d ẫ n
k h í ; ố n g đ o l O m l ; cốc 2 5 m l , 5 0 m l ; p i p e t l O m l ; ố n g n h ỏ g i ọ t ; c h ậ u t h ú y
t i n h ; g i á sắt, k ẹ p sắt.
2.2. Cách tiến hành
Thí
nghiệm
1. ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ TỚI CÂN
BẰNG
R ó t 3 0 m l n ư ớ c c ấ t v à o cốc 5 0 m l ; t h ê m d u n g d ị c h b ã o hoa F e C l
KSCN, mỗi thứ 1 - 2
3
và
giọt. Q u a n s á t m à u đỏ s á n g của h ỗ n hợp ( n ế u cụn
có t h ể p h a l o ã n g h ỗ n hợp b ằ n g n ư ớ c c ấ t ) . V i ế t p h ư ơ n g t r ì n h p h ả n ứ n g
t h u ậ n nghịch v à b i ể u thức h ằ n g số c â n b ằ n g . Chia đ ề u h ỗ n hợp lỏng
vào bốn ống n g h i ệ m .
D ù n g ố n g n h ỏ g i ọ t cho 2 g i ọ t d u n g d ị c h F e C l đ ặ c v à o ố n g
3
1. Q u a n s á t v à g i ả i t h í c h sự t h a y đ ổ i c ư ờ n g đ ộ m à u sắc
nghiệm
t r o n g ống
n g h i ệ m . C â n b ằ n g c h u y ể n dịch theo c h i ề u n à o ?
Cho 2 - 3 g i ọ t K S C N v à o ố n g n g h i ệ m 2. Q u a n s á t sự t h a y đ ổ i m à u
sắc v à g i ả i t h í c h .
126
Cho m ộ t í t t i n h t h ể K C 1 v à o ố n g n g h i ệ m 3; l ắ c m ạ n h ố n g n g h i ệ m
cho t a n h é t . So s á n h m à u sắc h ỗ n hợp v ớ i m à u sắc c ủ a ố n g n g h i ệ m 4.
Giải thích.
Thỉ
nghiệm
Thu khí N 0
N0
2
2. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ TỚI CẤN
BẰNG
đ ỏ n â u v à o h a i b ì n h c ụ u đ á y t r ò n ( c h ú ý đ ộ đ ậ m của
2
l à n h ư n h a u ở h a i b ì n h ) được t h ô n g v ớ i n h a u b ằ n g ố n g t h ú y t i n h
( h ì n h 14.1).
Hình 14.1. Thiết bị khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ tới cân bằng N 0
2
4
ì 2N0
2
Nhúng một bình vào cốc chứa nước đá + muối; bình kia nhúng vào
cốc nước n ó n g g i à . Q u a n s á t m à u sắc ở h a i b ì n h . G i ả i t h í c h . T í n h h ằ n g
số c â n b ằ n g c ủ a p h ả n ứ n g
2N0
N 0
2
2
AH° = - 6 1 , 4 4 6 k J
4
b i ế t r ằ n g ở 5 0 ° c h ỗ n h ợ p c â n b ằ n g c h ứ a 60% N 0 .
2
4
3. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
1. D ự a v à o p h ư ơ n g t r ì n h đ ẳ n g n h i ệ t V a n ' t H o f f , h ã y g i ả i t h í c h v a i t r ò của
sự t h ê m K S C N , F e C l t ớ i sự t h a y đ ổ i vị t r í c â n b ằ n g của p h ả n ứ n g
3
FeCl
2.
3
+ KSCN ;
i
KC1 + F e ( S C N )
C â n b ằ n g hoa học c ủ a p h ả n ứ n g 2 N 0
2
V
+ 2C1"
2+
- N 0
2
4
sẽ d ị c h c h u y ể n
t h e o c h i ề u n à o k h i t ă n g n h i ệ t độ? B i ế t AH° = - 6 1 , 4 4 k J .
3. T í n h h ằ n g s ố c â n b ằ n g Kp, K
c
đ ố i v ớ i p h ả n ứ n g đ ã cho ở (2) t ạ i 5 0 ° c
b i ế t h ỗ n h ợ p c â n b ằ n g c h ứ a 60% N 0
2
4
về số moi.
127
Bài l ỗ
CÁC YÊU T Ố ẢNH HƯỞNG ĐẾN T ố c Đ Ộ PHẢN
ỨNG
1. L Í T H U Y Ế T
C á c h ệ p h ả n ứ n g hoa học có t h ể l à đ ồ n g t h ể h a y d ị t h ể . H ệ p h ả n
ứ n g được g ọ i l à đ ồ n g t h ể k h i c h ú n g d i ễ n r a t r o n g h ệ m ộ t p h a . N g ư ợ c l ạ i
c á c p h ả n ứ n g d ị t h ể x ả y r a t r o n g m ô i t r ư ờ n g k h ô n g đ ồ n g n h ấ t g i ữ a các
chất ở n h ữ n g pha k h á c n h a u ( r ắ n - lỏng, k h í - lỏng).
Tốc đ ộ c ủ a p h ả n ứ n g t h ư ờ n g đ o b ằ n g b i ế n t h i ê n n ồ n g đ ộ c ủ a m ộ t
t r o n g c á c c h ấ t t h a m gia h a y c h ấ t t ạ o t h à n h sau p h ả n ứ n g t r o n g m ộ t
đơn vị thời gian.
Đối với phản ứng tổng quát:
aA
+
bB
->
cC
+
dD
(1)
Tốc đ ộ t r u n g b ì n h c ủ a p h ả n ứ n g :
, ÁC
v =± —
Át
Tốc độ tức t h ò i của p h ả n ứng:
v = lim± = ±——
Ãĩ-»õ
Át
dt
T ố c đ ộ p h ả n ứ n g p h ụ t h u ộ c v à o b ả n c h ấ t c ủ a c h ấ t p h ả n ứ n g v à các
điều k i ệ n n h ư : nồng độ, n h i ệ t độ, chất xúc tác...
LI. Anh hưởng của nồng độ các chất phảnứng
Đ ị n h l u ậ t t á c d ụ n g k h ố i l ư ợ n g : Ở nhiệt
phản
ứng tỉ lệ với tích nồng độ các chất phản
số mủ bằng hệ số tỉ lượng tương
độ không
đổi,
tốc độ
ứng được lũy thừa
lên
của
vã
ứng.
128
V ớ i p h ả n ứ n g (1), tốc đ ộ được b i ể u d i ễ n b ằ n g b i ể u t h ứ c
v=k.c;.c£
H ệ s ố t ỉ l ệ k l à h ằ n g s ố tốc đ ộ của p h ả n ứ n g hoa học, c ũ n g được g ọ i
là "tốc đ ộ r i ê n g " vì t h ự c t ế k = V k h i n ồ n g đ ộ c ủ a m ỗ i c h ấ t b a n đ ụ u
b ằ n g đ ơ n v ị . H ằ n g s ố tốc đ ộ p h ụ t h u ộ c v à o b ả n c h ấ t của c h ấ t p h ả n ứ n g ,
nhiệt độ.
T r o n g h ệ d ị t h ể , tốc đ ộ p h ả n ứ n g c ò n p h ụ t h u ộ c v à o d i ệ n t í c h t i ế p
xúc g i ữ a c á c pha.
1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ
N h i ệ t đ ộ ả n h h ư ở n g m ạ n h đ ế n tốc đ ộ p h ả n ứ n g . S ự t ă n g n h i ệ t đ ộ
r ấ t n h ỏ có t h ể l à m t ă n g tốc đ ộ p h ả n ứ n g r ấ t l ớ n .
S ố l ụ n b i ế n đ ổ i tốc đ ộ p h ả n ứ n g (hay h ằ n g s ố tốc đ ộ ) k h i n h i ệ t đ ộ
thay đ ổ i 1 0 ° c g ọ i l à h ệ s ố n h i ệ t đ ộ của tốc đ ộ p h ả n ứ n g . K í h i ệ u l à y
k, k
t
t + 1 0
l à h ằ n g s ố tốc đ ộ ở c á c n h i ệ t đ ộ t v à t + 10°, suv r a
kt+n.10 y - k
=
n
t
nghĩa l à k h i n h i ệ t đ ộ t ă n g theo c ấ p s ố cộng t h ì h ằ n g s ố tốc đ ộ t ă n g theo
cấp sô n h â n .
V ớ i p h ả n ứ n g đ ồ n g t h ể , đ a s ố t r ư ờ n g hợp, h ệ s ố n h i ệ t đ ộ c ủ a tốc đ ộ
p h ả n ứ n g có g i á t r ị t r o n g g i ớ i h ạ n t ừ 2 - 4, đ ó l à q u y t ắ c V a n H ấ p
(Van't H o f f ) . Q u y t ắ c n à y c h ỉ g ụ n đ ú n g t r o n g k h o ả n g n h i ệ t đ ộ k h ơ n g
cao, í t có g i á t r ị k h o a học.
Sau n à y , A r e n i u t ( A r r h e n i u s ) d ự a t r ê n k ế t q u ả t h ự c n g h i ệ m đ ã m ơ
t ả c h í n h x á c ả n h h ư ở n g c ủ a n h i ệ t đ ộ đ ế n tốc đ ộ p h ả n ứ n g b ằ n g p h ư ơ n g
trình :
k=Ae" '
E
/ R T
(2)
A: h ằ n g s ố đ ư ợ c g ọ i l à t h ừ a s ố t r ư ớ c l ũ y t h ừ a , có t r ị s ố r i ê n g cho
mỗi loại p h ả n ứ n g v à k h ô n g p h ụ thuộc vào n h i ệ t độ
e: cơ s ố c ủ a l o g a r i t t ự n h i ê n
129
T: n h i ệ t đ ộ t u y ệ t đ ố i
E*: n ă n g l ư ợ n g h o ạ t hoa
R: h ằ n g s ố k h í lí t ư ở n g .
T ừ p h ư ơ n g t r ì n h (2), T n ằ m ở s ố m ũ n ê n k h i t ă n g T t h ì k t ă n g r ấ t
nhanh.
1.3. Ảnh hưởng của chất xúc tác
C h ấ t x ú c t á c l à c h ấ t l à m t ă n g h a y g i ả m tốc đ ộ p h ả n ứ n g hoa học;
sau p h ả n ứ n g b ả n c h ấ t hoa học c ũ n g n h ư l ư ợ n g c ủ a n ó k h ô n g t h a y đ ổ i .
C h ấ t x ú c t á c l à m t ă n g tốc đ ộ p h ả n ứ n g đ ư ợ c g ọ i l à x ú c t á c dương,
l à m g i ả m tốc đ ộ p h ả n ứ n g được g ọ i l à c h ấ t x ú c t á c â m .
Những đác tỉnh của chất xúc tác
- Tính
chọn
lọc: m ỗ i c h ấ t x ú c t á c c h ỉ có t h ể l à m t h a y đ ổ i ( t ă n g hay
g i ả m ) tốc đ ộ c ủ a m ộ t h a y m ộ t s ố p h ả n ứ n g .
Ví dụ:
CH -CH OH
M
CH -CH OH
C u
3
3
những
'°[
)
400" c
2
2
300" c
CH =CH
2
)
CH3CHO+
C h ấ t x ú c t á c c h ỉ có k h ả n ă n g l à m tăng
phản
ứng
có thể xảy
ra được,
+
2
tốc độ phản
H 0
2
H
2
ứng
của
nghĩa là AG < 0 n h ư n g vì n ă n g
l ư ợ n g h o ạ t hoa q u á l ớ n v à e n t r o p i q u á n h ỏ m à x ả y r a v ớ i tốc đ ộ n h ỏ .
- Với phản
hai phản
ứng thuận
ứng thuận
nghịch,
và nghịch
chất
xúc
ở mức độ như
tác làm
nhau.
tăng
tóc độ của cả
N ó i c á c h k h á c , chất
xúc t á c k h ô n g l à m c â n b ằ n g c h u y ể n dịch m à l à m c â n b ằ n g nhanh
chóng đạt tới.
- Hoạt
tính
của n h i ề u c h ấ t x ú c t á c r ắ n t ă n g m ạ n h k h i c h ú n g chứa
t h ê m m ộ t l ư ợ n g n h ỏ c á c c h ấ t t ă n g h o ạ t ; n g ư ợ c l ạ i h o ạ t t í n h có t h ể bị
g i ả m hoặc m ấ t h ẳ n b ở i c h ấ t độc x ú c t á c .
- Chỉ cụn lượng nhỏ chất xúc tác cũng đ ủ tạo ra tác d ụ n g xúc tác
đáng kể.
Có 2 l o ạ i x ú c t á c : x ú c t á c đ ồ n g t h ể v à x ú c t á c dị t h ể .
130
2. T H Ự C H À N H
2.1. H o a c h ấ t v à d ụ n g cụ
Hoa
chất:
- D u n g dịch n a t r i t h i o s u n í a t 0,2M; axit s u n í u r i c 0,2M
và 20%; k a l i p e m a n g a n a t 0 , 0 5 N , ; a x i t oxalic 0 , 1 N ; k a l i đ i c r o m a t
0,2%;
h i đ r o p e o x i t 2%; k a l i c r o m a t 0 , 1 M ; m a n g a n s u n f a t 0 , 1 M .
- C h ấ t r ắ n : iot, bột n h ô m , k ẽ m h ạ t và k ẽ m bột.
Dụng
cụ:
ố n g n g h i ệ m , b ì n h c ụ u 5 0 m l có n ú t cao su v à ố n g
dẫn
khí, ống đo lOml, pipet l O m l , buret 25ml, n h i ệ t k ế , b ì n h đ i ề u nhiệt,
đồng h ồ b ấ m g i â y , b ì n h W u r t z , p h ễ u n h ỏ g i ọ t , c h ậ u t h ú y t i n h , c ố i c h à y .
giá sắt, k ẹ p sắt.
2.2. Cách tiến hành
Thí
1. ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ CHẤT PHẢN ỨNG ĐẾN
nghiêm
TỐC Độ PHẢN ÚNG TRONG HỆ ĐÓNG
THỂ
Thực h i ệ n p h ả n ứ n g giữa n a t r i thiosunfat với axit s u n í u r i c , k h i giữ
n g u y ê n n h i ệ t độ v à n ồ n g độ axit s u n í u r i c , chỉ thay đ ổ i nồng độ n a t r i
thiosuníat
Na s 0
2
2
3
+ H S0 -> Na S0
2
4
2
4
+
H 0
2
+ S0 T + s i
2
D ù n g p i p e t cho v à o 3 ố n g n g h i ệ m , m ỗ i ố n g 3 m l a x i t s u n í u r i c 0 , 2 M .
L ấ y 3 ố n g n g h i ệ m k h ô k h á c đ á n h s ố t h ứ t ự Ì , 2, 3. D ù n g p i p e t cho
v à o Ống t h ứ n h ấ t l m l n a t r i t h i o s u n f a t 0 , 2 M v à 2 m l n ư ớ c c ấ t . Ô n g t h ứ
hai cho 2 m l n a t r i t h i o s u n f a t v à l m l nước c ấ t . Ô n g t h ứ 3 cho 3 m l n a t r i
t h i o s u n f a t 0,2 M . L ắ c đ ề u c á c ố n g n g h i ệ m .
Đ ổ n h a n h d u n g dịch axit suníiiric t ừ m ộ t t r o n g 3 ống n g h i ệ m
chuẩn bị ở t r ê n v à o ống n g h i ệ m
Ì , lắc đ ề u . D ù n g đ ồ n g h ồ b ấ m
đã
giây
theo dõi t h ờ i g i a n t ừ l ú c đ ổ h a i d u n g dịch v à o n h a u cho đ ế n k h i x u ấ t
hiện k ế t tủa đục
sữa.
T i ế n h à n h t h í n g h i ệ m với ống n g h i ệ m 2 và 3 t ư ơ n g t ự n h ư
ống
n g h i ệ m 1. Tốc đ ộ p h ả n ứ n g có t h ể t í n h theo c ô n g t h ứ c V = 1/At (Át là
thời gian thực h i ệ n p h ả n ứng).
C h ú ý q u a n s á t k ế t t ủ a đ ụ c sữa n h ư n h a u t r o n g c á c l ụ n t h í n g h i ệ m .
ghi k ế t q u ả vào b ả n g . N h ậ n xét và giải thích.
131
Thể tích (mi)
STT
H S0
2
Na^o,
4
H 0
2
Tỉ lệ nồng độ
AI (s)
Na^O,
Tổng
1
V
V,:V :V,
2
~At
ì
2
3
Thí
nghiệm
2. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ÚNG
T h ự c h i ệ n p h ả n ứ n g g i ữ a k a l i p e m a g a n a t v à a x i t o x a l i c tror^Ị môi
trường axit ở các n h i ệ t độ k h á c nhau
5H C 0
2
2
+ 2KMn0
4
4
+ 3 H S 0 - > 10CO
2
4
2
+ 2MnS0
4
+ KaSO, + 8 H 0
2
D u n g d ị c h k a l i p e m a g a n a t l ú c đ ụ u có m à u t í m , k h i p h ả n ứ n g k ế t
t h ú c d u n g dịch t r o n g suốt, k h ô n g m à u .
D ù n g p i p e t l ấ y v à o ố n g n g h i ệ m k h ô 2 m l d u n g dịch k a l i pemanganat
0,05N v à v à o ố n g n g h i ệ m k h ô k h á c 2 m l d u n g dịch a x i t oxalic 0,1N, 2ml
d u n g dịch H S 0 0 , 1 M . Đ ổ 2 d u n g dịch v à o n h a u .
2
4
D ù n g đ ồ n g h ồ b ấ m g i â y g h i t h ò i g i a n t ừ l ú c t r ộ n đ ế n k h i d u n g dịch
m ấ t m à u h o à n t o à n , ghi n h i ệ t độ p h ò n g .
T i ế n h à n h t h í n g h i ệ m t ư ơ n g tự n h ư t r ê n ở các n h i ệ t độ k h á c nhau:
- N h i ệ t độ p h ò n g + 10°c
- N h i ệ t độ p h ò n g + 2 0 ° c
- N h i ệ t độ p h ò n g + 3 0 ° c
C á c t h í n g h i ệ m t i ế n h à n h t r o n g b ì n h đ i ề u n h i ệ t . T r ư ớ c k h i t r ộ n hai
d u n g dịch p h ả i n g â m các ống n g h i ệ m đ ự n g các c h ấ t p h ả n ứ n g trong
b ì n h đ i ề u n h i ệ t k h o ả n g 10 p h ú t đ ể cho n h i ệ t đ ộ c ủ a c h ú n g b ằ n g n h i ệ t
đ ộ c ủ a b ì n h . Sau k h i t r ộ n 2 d u n g d ị c h k h ô n g n h ấ c ố n g n g h i ệ m r a k h ỏ i
bình điêu nhiệt.
Ghi k ế t quả vào bảng, n h ậ n xét và giải thích.
132
SÍT
Nhiêt đơ phán ứng
("C)
Tốc độ phán ứng
1
Thời gian Át (s)
Hệ số nhiêt độ y
~ Át
V ẽ đ ồ t h ị sự p h ụ t h u ộ c n h i ệ t đ ộ của tốc đ ộ p h ả n ứ n g v à o n h i ệ t đ ộ .
N h ậ n x é t đ ồ t h ị t h u được.
Thí
nghiệm
3. ẢNH HƯỞNG CỦA CHÁT xúc
TÁC ĐƠNG
THỂ ĐẾN
TỐC Độ PHẢN ÚNG
a. L ấ y v à o 2 ố n g n g h i ệ m m ỗ i ố n g 2 m l d u n g d ị c h a x i t oxalic 0 , 1 N ,
2ml axit s u n í u r i c 0 , 1 M . T h ê m v à o ống n g h i ệ m Ì v à i g i ọ t M n S 0
Sau
đ ó cho
v à o cả
hai
ống nghiệm,
m ỗ i ống
0,1M.
4
l m l d u n g dịch
kali
pemanganat 0.05N. Theo dõi t h ò i gian t ừ lúc t r ộ n 2 d u n g dịch đ ế n k h i
d u n g dịch m ấ t m à u h o à n t o à n .
Ghi k ế t quả vào bảng, n h ậ n xét và giải thích.
STT
V
KMn
( )
m l
0j
V
H S0 ( )
m l
:
4
V
H C 0, ( )
m l
;
;
Dung dịch
MnS0
1
Át (s)
~ Át
4
1
1
2
2
vài giọt
2
1
2
2
không
b . Sự p h â n h u y h i đ r o p e o x i t v ớ i x ú c t á c : d u n g d ị c h K C r 0 .
2
2
7
L ắ p d ụ n g cụ n h ư h ì n h 15.1.
Cho n ư ớ c v à o b u r e t đ ế n v ạ c h 0, d ù n g n g ó n t a y b ị t c h ặ t m i ệ n g b u r e t
và ú p n g ư ợ c v à o c h ậ u n ư ớ c . L ắ p b u r e t v à o g i á , g h i t h ê t í c h n ư ớ c t r o n g
b u r e t . N h i ệ t đ ộ c ủ a H . , 0 t r o n g c h ậ u c ố đ ị n h 25 ± l ° c .
L ấ y 3 0 m l d u n g d ị c h k a l i đ i c r o m a t 0,2% cho v à o b ì n h c ụ u 1; 2 0 m l
d u n g d ị c h h i đ r o p e o x i t 2% v à o b ì n h c ụ u 2. c ả h a i b ì n h đ ặ t t r o n g c h ậ u
nước 10 p h ú t . D ù n g p i p e t l ấ y 5 m l d u n g dịch h i đ r o p e o x i t cho v à o b ì n h
c ụ u 1. Q u a n s á t , đ ậ y k í n b ì n h c ụ u b ằ n g n ú t có ố n g d ẫ n k h í v à o m i ệ n g
b u r e t , l ắ c l i ê n t ụ c v à đ ề u b ì n h c ụ u ( v ẫ n đ ặ t t r o n g c h ậ u n ư ớ c ) . C ứ 30
giây ghi t h ể tích oxi t h o á t ra. N h ậ n xét m à u d u n g dịch k h i q u á t r ì n h
k ế t t h ú c . T i ế n h à n h í t n h ấ t 15 p h é p đ o .
133
L ặ p l ạ i t h í n g h i ệ m t r ê n , t h a y d u n g d ị c h k a l i đ i c r o m a t b ằ n g nưốc
cùng thể tích n h ư trên.
V ẽ đ ư ờ n g cong sự p h ụ t h u ộ c cua t h ò i g i a n v à o t h ê t í c h o x i t h o á t ra
t r o n g 2 t h í n g h i ệ m t r ê n . K ế t l u ậ n v a i t r ò của k a l i đ i c r o m a t .
Thí
nghiệm
4.
ẢNH
HƯỞNG
CỦA
ĐẾN TỐC Độ PHẢN
CHẤT
xúc
TÁC
DỊ
THỂ
ÚNG
Cho v à o c ố i sứ k h ô m ộ t í t t i n h t h ể i o t . D ù n g c h à y sứ n g h i ề n nhỏ
sau đ ó t h ê m b ộ t n h ô m . T r ộ n đ ề u b ằ n g đ ũ a t h ú y t i n h . N h ậ n x é t . Cho
v à o m ộ t g i ọ t n ư ớ c . N h ậ n x é t p h ả n ứ n g , v a i t r ò c ủ a n ư ớ c đ ế n tốc độ
phản ứng. V i ế t p h ư ơ n g t r ì n h p h ả n ứng.
Thí
nghiệm
5. ẢNH HƯỞNG CỦA DIỆN TÍCH BẼ MẶT ĐÈN TỐC ĐỘ
PHẢN ÚNG TRONG HỆ DỊ THẾ
L ắ p d ụ n g cụ n h ư h ì n h 15.1.
Hình 15.1. Dụng cụ nghiên cứu sự phân huy hiđro peoxit
Cho 20ml axit suníuric vào bình cụu (dùng ống đong), cân o.lg kẽm
h ạ t cho v à o b ì n h c ụ u t r ê n . Đ ậ y k í n b ì n h c ụ u b ằ n g n ú t có ố n g d ã n k h í
/ à o m i ệ n g buret. Ghi t h ể tích k h í h i đ r o t h o á t ra t r o n g k h o ả n g
2-4
134
p h ú t . L ặ p l ạ i t h í n g h i ệ m t r ê n , t h a y k ẽ m h ạ t b ằ n g k ẽ m b ộ t . Cho b i ế t
d i ệ n t í c h t i ế p x ú c ả n h h ư ở n g n h ư t h ế n à o đ ế n tốc đ ộ p h ả n ứng?
Chú ý: T h í n g h i ệ m t i ế n h à n h ở n h i ệ t đ ộ k h ô n g đ ổ i .
3. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
1. T í n h h ệ s ố n h i ệ t đ ộ của tốc đ ộ p h ả n ứ n g t r o n g n h ữ n g t r ư ờ n g hợp
sau đ â y :
a) Ở 3 9 3 K p h ả n ứ n g k ế t t h ú c sau 18 p h ú t ; ở 4 5 3 K p h ả n ứ n g k ế t
t h ú c sau
l,5s.
b) K h i h ạ n h i ệ t đ ộ x u ố n g 45°, p h ả n ứ n g c h ậ m đ i 25 l ụ n .
c) Ở 2 8 8 K , h ằ n g s ố tốc đ ộ b ằ n g 2 . K T V
1
còn ở 325K b ằ n g 0,38s .
_1
2. T ạ i sao t r o n g c á c l ụ n t i ế n h à n h đ o tốc đ ộ p h ả n ứ n g ở t h í n g h i ệ m Ì ,
2, 3 t ổ n g t h ể t í c h c ủ a c á c d u n g dịch p h ả n ứ n g p h ả i c ố đ ị n h ?
3. T ạ i sao n ó i l à coi t ố c đ ộ p h ả n ứ n g b ằ n g n g h ị c h đ ả o c ủ a k h o ả n g t h ờ i
g i a n p h ả n ứ n g ? N ê u h i ể u c h í n h x á c t h ì V = — có đ ú n g l à tốc đ ộ
Át
của p h ả n ứ n g đ a n g k h ả o s á t k h ô n g ? Q u a n n i ệ m n h ư v ậ y có ả n h
hưởng tới k ế t quả thí nghiệm khơng?
4. G i ả i t h í c h n h ư t h ế n à o v ề v a i t r ò c h ấ t x ú c t á c t r o n g p h ả n ứ n g x ú c
tác đồng t h ể và xúc tác dị thê.
135
Bài
XÁC ĐỊNH HẰNG s ố
16
T ố c Đ Ộ VÀ BẬC
RIÊNG
PHẦN ĐÔI V Ớ I HIĐRO PEOXIT TRONG PHẢN
ỨNG
OXI H O A IOĐUA B Ằ N G HIĐRO PEOXIT
1. L Í T H U Y Ế T
Đối với p h ả n ứng tổng quát:
aA
+
bB
->cC + dD
(1)
Sự p h ụ thuộc của tốc độ p h ả n ứ n g v à o n ồ n g đ ộ c á c c h ấ t p h ả n
ứ n g t r o n g t r ư ờ n g hợp đ ơ n g i ả n được b i ể u d i ễ n b ằ n g p h ư ơ n g t r ì n h
đ ộ n g học
V = k.C .Cg
a
A
v: tốc đ ộ t ứ c t h ờ i c ủ a p h ả n ứ n g t ạ i m ộ t t h ò i đ i ể m n à o đ ó ;
C , C : nồng độ chất A và B ở thời đ i ể m đó;
A
B
k: h ằ n g s ố tốc đ ộ p h ả n ứ n g , p h ụ t h u ộ c v à o b ả n c h ấ t c ủ a c á c c h ấ t
phản ứng và n h i ệ t độ.
Bậc p h ả n ứ n g là t ổ n g các số m ũ của các t h ừ a số n ồ n g độ trong
p h ư ơ n g t r ì n h đ ộ n g học của p h ả n ứ n g . T h e o p h ư ơ n g t r ì n h đ ộ n g học
t r ê n , bậc c ủ a p h ả n ứ n g (1) l à a' + b', c ò n à', b' l à b ậ c r i ê n g p h ụ n đ ố i v ớ i
chất A và chất B tương ứng.
Có m ộ t s ố p h ả n ứ n g đ ơ n g i ả n t h ì g i á t r ị p h â n t ử s ố v à b ậ c p h ả n
ứ n g có t h ê t r ù n g n h a u , c ò n đ a s ố p h ả n ứ n g p h â n t ử s ố v à b ậ c p h ả n ứ n g
có n h ữ n g g i á t r ị k h á c n h a u . B ậ c c ủ a p h ả n ứ n g có t h ể l à p h â n số. có t h ể
b ằ n g 0; t r o n g k h i đ ó p h â n t ử s ố c ủ a p h ả n ứ n g c h ỉ l à n h ữ n g s ố n g u y ê n .
136
P h â n l o ạ i p h ả n ứ n g theo p h â n t ử s ố là dựa t r ê n cơ c h ế c ủ a c h ú n g , c ò n
p h â n l o ạ i t h e o bậc l à d ự a t r ê n đ ặ c đ i ể m đ ộ n g học. H a y n ó i c á c h k h á c :
phân
tả sô của phản
phản
ứng là khái
ứng là khái
niệm
niệm
rút ra từ thực
rút ra từ lí thuyết,
cịn bậc
của
nghiệm.
T h ự c n g h i ệ m c h ỉ x á c đ ị n h được bậc r i ê n g p h ụ n c ủ a t ừ n g c h ấ t . Có
n h i ê u p h ư ơ n g p h á p x á c đ ị n h bậc p h ả n ứ n g , t h ư ờ n g d ù n g là p h ư ơ n g
p h á p cô l ậ p O t v a n ( O s t w a l d ) .
Cỡ sở c ủ a p h ư ơ n g p h á p là ở c h ỗ m ộ t c h ấ t p h ả n ứ n g được l ấ y l à m
đ ố i t ư ợ n g n g h i ê n c ứ u p h ả i sao cho t r o n g q u á t r ì n h p h ả n ứ n g , n ồ n g đ ộ
chất n g h i ê n cứu t h a y đ ổ i , trong k h i nồng độ các c h ấ t p h ả n ứ n g k h á c
b i ế n t h i ê n k h ô n g đ á n g k ể . M u ố n v ậ y c á c c h ấ t p h ả n ứ n g n à y p h ả i được
l ấ y r ấ t d ư so v ớ i so v ớ i c h ấ t k h ả o s á t . Bậc r i ê n g p h ụ n đ ố i v ớ i c h ấ t được
chọn đ ể x é t n h ư v ậ y sẽ được x á c đ ị n h d ự a v à o p h ư ơ n g t r ì n h đ ộ n g học
t h u được b ằ n g p h ư ơ n g p h á p v i p h â n hoặc p h ư ơ n g p h á p t í c h p h â n .
2. THỰC HÀNH
2.1. N g u y ê n
tắc
T r o n g t h í n g h i ệ m n à y n g h i ê n c ứ u p h ả n ứ n g o x i hoa i o đ u a
bằng
hiđro peoxit
31-
+
H 0
2
C h ú ý ion t r i i o đ u a I
3
2
+
2H
+
->
lã
+
2H 0
2
(2)
là p h â n t ử i o t t ạ o p h ứ c v ớ i i o đ u a . P h ứ c n à y
l à m t ă n g đ ộ t a n c ủ a i o t t r o n g nước.
I~ sinh ra được k h ử b ằ n g t h i o s u n f a t
I - + 2S 0*- -> 31- + S 0^" (3)
3
2
4
Dùng dung dịch r với lượng dư lớn, tương tác với dung dịch hiđro
peoxit t r o n g m ô i t r ư ờ n g a x i t , sau đ ó đ o t h ể t í c h d u n g d ị c h t h i o s u n f a t
c ụ n d ù n g t h e o t h ờ i g i a n , x á c đ ị n h được q u y l u ậ t c ủ a tốc đ ộ p h ả n ứ n g ,
t í n h được h ằ n g s ố tốc đ ộ p h ả n ứ n g (2) v à bậc r i ê n g p h ụ n đ ố i v ố i h i đ r o
peoxit
v=
_dỊH£J ,
=k [HA]
dt
137
2.2. H o a c h ấ t v à d ụ n g c ụ
Hoa
chất:
D u n g dịch n a t r i t h i o s u n f a t 0,1M; axit s u n í u r i c I M ;
dung dịch h i đ r o peoxit 0,1M; k a l i i o đ u a r ắ n .
Dụng
cụ: B ì n h n ó n 2 5 0 m l ; b u r e t 2 5 m l ; p i p e t l O m l ; ố n g đ o n g l O m l ,
2 5 0 m l ; p h ễ u ; c h ậ u t h ú y t i n h (<|) = 2 0 c m ) ; n h i ệ t k ế ; m á y k h u ấ y t ừ v à con
từ; đồng hồ b ấ m giây.
N h ó m 2 sinh viên cùng làm.
2.3. Cách tiến hành
L ắ p d ụ n g cụ n h ư h ì n h 1 6 . 1 .
Đ ổ d u n g d ị c h n a t r i t h i o s u n í a t vào
buret đến vạch
0.
Cho
vào bình
nón
150ml nước c ấ t (đo b ằ n g ố n g đ o n g ) ; 0,5g
k a l i i o đ u a r ắ n ( c â n c h í n h x á c ) v à lOml
d u n g dịch a x i t s u n í u r i c I M (đo b ằ n g ống
đong). Đ ặ t chậu t h ú y
tinh đựng
nước
t r ê n m á y k h u ấ y t ừ . Đ i ề u c h ỉ n h n h i ệ t độ
của nước t r o n g c h ậ u b ằ n g 2 0 ° c . Đ ặ t b ì n h
n ó n v à o c h ậ u nước. Cho con t ừ v à o b ì n h
n ó n . B ậ t m á y k h u ấ y . Sau v à i p h ú t n h i ệ t
đ ộ của d u n g dịch b ằ n g 2 0 ° c . T ừ buret
n h ỏ x u ố n g b ì n h n ó n Ì m i d u n g dịch n a t r i
thiosunfat
khơng
0,1M.
màu.
Sau
Hỗn
hợp
đó t h ê m
phản
lOml
ứng
hiđro
Hình 16.1. Dụng cụ để xác định hằng
số tốc độ phản ứng
peoxit 0 , 1 M ( b ằ n g p i p e t ) v à o b ì n h n ó n .
1. Máy khuấy từ; 2. Con từ; 3. Chậu
đựng nước; 4. Bình nón;
5. Nhiêt kế; 6. Buret
t h ị i đ i ể m b ắ t đ ụ u cho h i đ r o peoxit. K h i
M ộ t sinh viên k h á c b ấ m đồng h ồ đê tính
d u n g dịch có m à u v à n g c h a n h , g h i thòi
g i a n tị. K h ô n g d ừ n g đ ồ n g h ồ . t h ê m t i ế p
l m l d u n g dịch n a t r i t h i o s u n f a t v à o b ì n h n ó n . D u n g dịch m ấ t m à u . K h i
d u n g dịch có m à u v à n g c h a n h trở l ạ i , g h i t h ờ i g i a n t . T i ế p t ụ c n h ỏ d u n g
2
dịch n a t r i t h i o s u n f a t v à o b ì n h n ó n v à theo dõi t h ò i g i a n n h ư t r ê n đ ế n k h i
n à o d u n g dịch p h ả n ứ n g k h ô n g có m à u v à n g c h a n h n ữ a t h ì n g ừ n g l ạ i . T h í
n g h i ệ m coi n h ư k ế t t h ú c .
138
Chú ý: - C ụ n q u a n s á t sự x u ấ t h i ệ n sắc m à u v à n g c h a n h n h ư n h a u
t r o n g d u n g d ị c h ở c á c l ụ n t h í n g h i ệ m đ ể g h i t h ờ i g i a n cho c h í n h x á c .
- N ế u p h ò n g t h í n g h i ệ m k h ơ n g có m á y k h u ấ y t ừ v à con t ừ , có t h ể
d ù n g m ô tơ k h u ấ y có g ắ n đ ũ a t h ú y t i n h v ớ i c ô n g t ắ c v à r ơ l e đ ể đ i ề u
c h ỉ n h tốc đ ộ k h u ấ y .
2.4. Tính kết quả
- Các số l i ệ u thực nghiệm ghi vào bảng
V
Na S
:
( )
m l
;0l
N.,.s..o.. (mi)
Thời gian (s)
V
Thời gian (s)
4
1
2
3
- T í n h h ằ n g s ố t ố c đ ộ g i ả bậc n h ấ t đ ố i v ớ i h i đ r o p e o x i t . P h ư ơ n g
t r ì n h đ ộ n g học v i p h â n của p h ả n ứ n g v ớ i h ằ n g s ố tốc đ ộ g i ả bậc n h ấ t
d[H Q ]
2
dt
2
= k'[H 0 ]
2
2
N ồ n g đ ộ i o đ u a k h ô n g đ ổ i v à r ấ t l ớ n so v ớ i h i đ r o p e o x i t n ê n n ó đ ã
bao h à m t r o n g k', do đ ó k h ơ n g có m ặ t t r o n g p h ư ơ n g t r ì n h . Sau k h i l ấ y
t í c h p h â n v ả b i ế n đ ố i , t a có
a
Lna - X
k't
a : n ồ n g đ ộ b a n đ ụ u c ủ a h i đ r o peoxit t r o n g d u n g d ị c h (mol/1)
X : n ồ n g đ ộ h i đ r o p e o x i t đ ã t h a m gia p h ả n ứ n g
a — x: n ồ n g đ ộ c ủ a h i đ r o peoxit ở t h ờ i đ i ể m t.
G ọ i V l à t h ể t í c h t ổ n g cộng của d u n g dịch
V , l à t h ê t í c h c ủ a d u n g dịch h i đ r o p e o x i t v ớ i n ồ n g đ ộ C j (mol/1)
Vọ l à t h ê t í c h c ủ a d u n g d ị c h n a t r i t h i o s u n f a t v ớ i n ồ n g đ ộ Cọ (mol/1).
T í n h đước: a —
c v
1 *Ì
V
139
Theo p h ả n ứ n g (2) v à (3) cứ 2 m o i t h i o s u n f a t t ư ơ n g ứ n g v ớ i Ì moi
hiđro peoxit n ê n
_ Ị C V
X—2 —
V
v
Phương
2
,
Ta
2
n
y
_
A
a
_c v;
c,v,
a - X
V
V
pháp
t
C.VỊ
Ị
V
C V
2
2
Ì C V.
2 '2
2 V
2
V
2C.V,
0
a-x
2C V -C. V
1
1
2
2
1: X á c đ ị n h k ' d ự a v à o s ố l i ệ u t h ự c n g h i ệ m t ạ i t ừ n g
t h ờ i đ i ể m t.
Từ phương trình
In
= k't
a - X
hoặc
a
= k't
2,3031ga - X
Suy ra
. , _ 2,303,
a
k =
lg—a - X
Lập bảng:
t(s)
v (mi)
2
V(ml)
a
X
a-X
a
a-X
lg
a
a -X
2,303
'a
k ' = — — lg ——
t
a-X
P h ả n ứ n g t h ự c h i ệ n ở n h i ệ t đ ộ k h ô n g đ ô i . N ế u c á c g i á t r ị t í n h được
của k ' g ụ n b ằ n g n h a u n g h ĩ a là bậc p h ả n ứ n g r i ê n g đ ô i v ớ i h i đ r o peoxit
t r o n g đ i ề u k i ệ n t i ế n h à n h t h í n g h i ệ m n h ư t r ê n l à bậc Ì v à g i á t r ị t r u n g
b ì n h của c á c g i á t r ị k ' l à h ằ n g s ố tốc đ ộ p h ả n ứ n g .
Phương
pháp
2: X á c đ ị n h k ' d ự a v à o p h ư ơ n g p h á p đ ồ t h ị .
Lập bảng:
t
Vẽ đồ t h i In
a - X
a
lg—=—
a-x
cl
3
I n — — =2,3031g——
a-x
a -X
= f(t)
140
N ế u đ ồ t h ị t h u được l à m ộ t đ ư ờ n g t h ẳ n g t h ì p h ả n ứ n g n g h i ê n c ứ u l à
bậc 1. H ằ n g s ố tốc đ ộ k ' được x á c đ ị n h b ằ n g h ệ s ố góc của đ ư ờ n g t h ẳ n g
k' = tga
3. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
1. a) C h ứ n g m i n h n ế u đ ố i v ớ i p h ả n ứ n g
A + B -> c + D
b i ể u t h ứ c của tốc đ ộ p h ả n ứ n g ( p h ả n ứ n g bậc 1) có d ạ n g
_
V=
d[A]
dt
= k[A]
thì
H ằ n g s ố tốc đ ơ p h ả n ứ n g
k =
t
Ig.
a - X
(a l à n ồ n g đ ộ b a n đ ụ u của c h ấ t A , X l à đ ộ g i ả m n ồ n g đ ộ c ủ a A sau
thòi gian t).
_
,
a_ ,
- ì h ờ i g i a n b á n c h u y ê n hoa: t
1 / 9
=
0,693
k
b) Đ ố i v ớ i p h ả n ứ n g t r ê n , n ồ n g đ ộ c h ấ t A t h e o t h ờ i g i a n n h ư sau:
t
0
5
LO
20
40
(s)
A
2,00
1,34
0,90
0,40
0,08
(mol/1)
- X á c đ ị n h h ằ n g s ố tốc đ ộ của p h ả n ứ n g theo h a i p h ư ơ n g p h á p . So
sánh kết quả.
- Xác đ ị n h bậc p h ả n ứng.
- X á c đ ị n h t h ò i g i a n b á n c h u y ể n hoa.
2. G i ả i t h í c h ý n g h ĩ a n g u ồ n gốc c á c sai s ố có t h ể có sau đ â y :
- D u n g dịch n a t r i thiosunfat, h i đ r o peoxit k h ô n g p h ả i là dung dịch lí tương.
- N h i ệ t độ thay đ ổ i .
- C á c g i á t r ị k t í n h được ở t ừ n g t h ò i đ i ể m k h ô n g g i ố n g n h a u .
- P h ả n ứ n g o x i hoa r b ằ n g H 0
2
2
tiến h à n h trong môi trường bazơ.
141
Bài
17
XÁC ĐỊNH NĂNG LƯỢNG HOẠT HOA C Ủ A PHẢN
ỨNG
ĩ
•
•
OXI H O A - K H Ử GIỮA B R O M U A VÀ B R O M A T
TRONG
MƠI T R Ư Ờ N G
AXIT
1. L Í T H U Y Ế T
P h ả n ứ n g hoa học l à k ế t q u ả của sự va c h ạ m g i ữ a c á c t i ể u p h â n
của c h ấ t p h ả n ứ n g . T ụ n s ố va c h ạ m g i ữ a c á c t i ể u p h â n r ấ t cao, n h ấ t là
k h i t ă n g n h i ệ t đ ộ . T u y n h i ê n va c h ạ m k h ô n g p h ả i l à đ i ề u k i ệ n đ ủ để
p h ả n ứ n g có t h ể x ả y r a . N g ư ờ i t a c h ấ p n h ậ n r ằ n g c h ỉ n h ữ n g va c h ạ m
giữa các t i ể u p h â n h o ạ t hoa m ớ i có h i ệ u q u ả , đ i ề u n à y có n g h ĩ a là c h ú n g
p h ả i có d ư n ă n g lượng lúc va c h ạ m m ố i d ẫ n đ ế n k ế t q u ả p h ả n ứng. Các
p h â n t ử h o ạ t hoa k h á c v ớ i p h â n t ử b ì n h t h ư ờ n g ở chỗ:
- C h u y ể n đ ộ n g t ị n h t i ế n v à c h u y ể n đ ộ n g quay của p h â n t ử m ạ n h hơn.
- Đ ộ d à i của các liên k ế t trong p h â n tử lớn h ơ n .
— Dao đ ộ n g c ủ a c á c n g u y ê n t ử h a y n h ó m n g u y ê n t ử m ạ n h h ơ n .
- C á c e l e c t r o n ở c á c m ứ c n ă n g l ư ợ n g cao h ơ n .
N ă n g l ư ợ n g h o ạ t hoa l à n ă n g l ư ợ n g d ư so v ớ i n ă n g l ư ợ n g t r u n g
b ì n h c ủ a c á c p h â n t ử p h ả n ứ n g (ở m ộ t n h i ệ t đ ộ đ ã cho) đ ủ cho
phản
ứ n g có t h ể x ả y r a được. G i ữ a n ă n g l ư ợ n g h o ạ t hoa v à h ằ n g s ố tốc đ ộ có
mối liên h ệ biêu d i ễ n bởi p h ư ơ n g t r ì n h A r e n i u t
k = A.e *'
(1)
_E
ở đây:
E* l à n ă n g l ư ợ n g h o ạ t hoa
(kJ.mol~ )
l
R là h ằ n g số k h í ( S ^ U Ơ . m o r V K " )
1
T l à n h i ệ t đ ộ t u y ệ t đôi ( K )
A là h ằ n g s ố được g ọ i l à t h ừ a s ố t r ư ớ c l ũ y t h ừ a .
142