Tải bản đầy đủ (.doc) (101 trang)

vận dụng lý thuyết hóa học phân tích trong giảng dạy nội dung chuẩn độ axit-bazơ ở trường chuyên, phục vụ bồi dưỡng học sinh giỏi quốc gia, quốc tế

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.61 MB, 101 trang )

I. Chuyên đề giảng dạy Hóa học
VẬN DỤNG LÝ THUYẾT HÓA HỌC PHÂN TÍCH TRONG GIẢNG DẠY
NỘI DUNG CHUẨN ĐỘ AXIT-BAZƠ Ở TRƯỜNG CHUYÊN,
PHỤC VỤ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA, QUỐC TẾ
I. CHUẨN ĐỘ ĐƠN AXIT- ĐƠN BAZƠ
.
PGS.TS.Đào Thị Phương Diệp-Khoa Hóa học, trường ĐHSP Hà Nội
Ths.Đoàn Thị Kim Dung-Trường chuyên Lương Văn Tụy, Ninh bình

MỞ ĐẦU
Hóa học phân tích nói chung và phản ứng axít- bazơ nói riêng có vai trò to lớn, chiếm một
vị trí quan trọng trong quá trình giảng dạy môn hoá học ở trường trung học phổ thông (THPT),
đặc biệt đối với các trường chuyên và luyện thi học sinh giỏi Quốc gia, Quốc tế. Trong những
năm gần đây đã có một số công trình nghiên cứu việc vận dụng lý thuyết hóa học phân tích [1], về
phản ứng oxi hóa-khử [2], phản ứng axit-bazơ [3], phản ứng tạo thành hợp chất ít tan [4] trong
giảng dạy học sinh trường chuyên và bồi dưỡng học sinh giỏi Quốc gia. Nhưng các công trình
trên mới chỉ tập trung đi sâu vào tính toán cân bằng ion trong dung dịch, mà chưa đề cập đến
chuẩn độ dung dịch, là một trong những nội dung có trong chương trình thi học sinh giỏi Quốc
gia [5], đề thi chọn đội tuyển Quốc gia dự thi Olympic Hóa học Quốc tế của các nước trên thế
giới [6], [7], [8], [9], [10] và có cả trong đề thi Olympic hóa học Quốc tế hàng năm [11], [12]. Nội
dung này cũng đã được đưa vào trong chương trình sách giáo khoa (SGK) 12 nâng cao [13]
nhưng với thời lượng quá ít và nội dung kiến thức cũng hết sức đơn giản. Để rút ngắn khoảng
cách giữa nội dung kiến thức được học ở các trường chuyên và nội dung thi Olympic Quốc gia,
Quốc tế, cần thiết phải trang bị cho cả giáo viên (GV) và học sinh (HS) những kiến thức nâng cao
ngang tầm chương trình đại học, nhưng vẫn đảm bảo mức độ hợp lý, phù hợp với trình độ học
sinh phổ thông. Đây chính là một trong những nội dung chúng tôi xin được trình bày trong thông
báo này với phạm vi về “chuẩn độ đơn axit–đơn bazơ”.
NỘI DUNG
Từ lâu chuẩn độ axit-bazơ đã được đưa vào trong một số đề thi HSG Quốc gia và Quốc tế
với nội dung hết sức phong phú và đa dạng: Từ phép chuẩn độ đơn axit, đơn bazơ đến các phép
chuẩn độ đa axit, đa bazơ; Từ nội dung tính pH tại các thời điểm chuẩn độ, tính nồng độ các chất


tham gia phản ứng chuẩn độ và tính thể tích của thuốc thử cần dùng đến yêu cầu tính sai số chuẩn
độ và chọn chỉ thị thích hợp; Từ nội dung vẽ đường cong chuẩn độ đến yêu cầu xác định thành
phần hỗn hợp phân tích trên cơ sở dạng đường cong chuẩn độ v.v…Như vậy, nội dung thi
Olympic Quốc gia, Quốc tế có một sự chênh lệch khá xa so với chương trình hóa học của các
trường chuyên. Chính vì thế cần thiết phải trang bị kiến thức chuẩn độ axit-bazơ cho HS một cách
hợp lý để các em nắm được bản chất của các quá trình hóa học xảy ra trong dung dịch, từ đó giúp
cho các em có phương pháp giải đơn giản phù hợp với trình độ của HS. Sau đây là một số ví dụ
minh họa về chuẩn độ đơn axit, đơn bazơ.
3
Ví dụ 1: Chuẩn độ 100,00 ml dung dịch NaOH đến mất màu chỉ thị phenolphtalein thì tiêu
thụ hết 48,00 ml dung dịch HCl 5,00.10
-3
M. Tính chính xác nồng độ dung dịch NaOH [14].
Phân tích:
Đối với học sinh phổ thông (HSPT), khái niệm về “chuẩn độ axit-bazơ” còn khá mới mẻ, vì
vậy GV cần giảng giải để học sinh (HS) thấy được phản ứng chuẩn độ axit-bazơ thực chất là phản
ứng trung hòa. Và bài toán trên có thể đặt vấn đề như sau: Nhỏ vài giọt phenolphtalein vào 100,00
ml dung dịch NaOH chưa biết nồng độ. Thêm tiếp dung dịch HCl 5,00.10
-3
M cho tới khi mất màu
của phenolphtalein thì phải dùng hết 48,00 ml dung dịch HCl. Tính chính xác nồng độ dung dịch
NaOH.
Trước hết GV cần phân tích để HS thấy được nếu lượng axit cho vào trung hòa vừa đủ với
100,00 ml NaOH thì hệ đạt đến điểm tương đương (TĐ) và pH

= 7,00. Nhưng ở đây phép chuẩn
độ (hay quá trình trung hòa) lại kết thúc tại thời điểm chỉ thị phenolphtalein đổi màu. Căn cứ vào
khoảng chuyển màu của chỉ thị và dựa vào thứ tự chuẩn độ, GV hướng dẫn để HS xác định được
tại điểm cuối chuẩn độ, pH
c

= 8,00 > pH

= 7,00 (dừng trước điểm TĐ), tức là sau phản ứng còn
dư NaOH.
Để tính chính xác C
NaOH
, HS có thể sử dụng phương trình bảo toàn điện tích, hoặc nếu có
kiến thức về hóa học phân tích nói chung hay kiến thức về chuẩn độ axit - bazơ nói riêng [15],
[16], thì các em có thể tính sai số của phép chuẩn độ. Căn cứ vào giá trị sai số tính được (dương
hoặc âm) để hiệu chỉnh, tính chính xác thể tích tương đương (V

) – là thể tích dung dịch HCl cần
dùng để trung hòa hết 100,00 ml NaOH. Từ đó HS sẽ tính được chính xác nồng độ NaOH.
Tuy nhiên đối với HSPT chưa có khái niệm về phương trình sai số chuẩn độ axit – bazơ, vì
vậy GV cần vận dụng kiến thức về chuẩn độ axit - bazơ một cách hợp lí để hướng dẫn các em giải
bài toán này mà không cần phải sử dụng đến phương trình sai số (quá nặng đối với các em), và
cũng không nên dùng phương trình bảo toàn điện tích (nặng về ý nghĩa vật lí hơn là tư duy hóa
học):
Đặt C
NaOH
= C
o
. Vì pH
c
= 8,00 > 7,00, do đó còn dư NaOH theo phản ứng:
H
+
+ OH
-
→ H

2
O
C
148
48.10.5
3−

o
100.
148
C
C

0
3
o
100. 5.10 .48
148
C


pH = 8,00 → [OH
-
] = 10
-6

?
[H
+
] = 10

-8
→ có thể bỏ qua sự phân li của nước →[OH
-
]
;
-
OH
C
(dư)
, nghĩa là: 10
-6
=
3
o
100. 5.10 .48
148
C


→ C
o
= 2,4015.10
-3
M .
Như vậy với cách giải này các em hiểu được bản chất của các quá trình xảy ra trong dung
dịch, nắm được hiện tượng hóa học, giúp phát triển tư duy hóa học.
Cũng cần lưu ý rằng: thông thường khi cần đánh giá mức độ phân li của nước, các em
thường so sánh [H
+
] hoặc [OH

-
] với giá trị 10
-7
. Trong bài toán này ta không thể nói 10
-6
?
10
-7

như vậy khó có thể thuyết phục để các em chấp nhận [OH
-
]
;
-
OH
C
(dư)
. Nhưng nếu so sánh

[OH
-
]
4
= 10
-6

?
[H
+
] = 10

-8
, có nghĩa là sự phân li của H
2
O có thể bỏ qua, do đó sự chấp nhận [OH
-
]
;
-
OH
C
(dư)
là hợp lí.
Như vậy từ giá trị pH chuyển màu của chỉ thị khi thực hiện phản ứng trung hòa cho phép
đánh giá được nồng độ của chất tham gia phản ứng. Trên cơ sở này giáo viên có thể nâng mức độ
phức tạp của bài toán nếu sử dụng hai chỉ thị sẽ cho phép xác định nồng độ của cả chất phân tích
và chất chuẩn.
Ví dụ 2: Chuẩn độ 50,00 ml dung dịch HCl bằng dung dịch NaOH đến đổi màu
phenolphtalein (pT=9,00) thì phải dùng 25,00 ml NaOH. Nếu chuẩn độ đến xuất hiện màu vàng
của metyl da cam (pT=4,40) thì phải dùng 24,50 ml NaOH. Tính nồng độ HCl và NaOH [14].
Phân tích:
Tương tự ví dụ 1 giáo viên nên hướng dẫn cho các em phân tích bản chất các quá trình xảy
ra trong dung dịch: khi trung hòa đến pH = 9,00 > 7,00 → môi trường bazơ → dư NaOH; ngược
lại khi chuẩn độ đến pH = 4,40 < 7,00 → môi trường axit → dư HCl, từ đó các em dễ dàng tính
được nồng độ các chất mà không phải sử dụng phương trình bảo toàn điện tích - chỉ thiên về công
cụ toán học, nặng về ý nghĩa vật lí mà không chú ý đến tư duy hóa học.
Từ 2 ví dụ trên ta thấy các bài toán đều giới hạn trong phạm vi là phép chuẩn độ đều kết
thúc ở các giá trị pH mà tại đó có thể bỏ qua quá trình phân li của H
2
O (pH = 8,00; 9,00; 4,40).
Nhưng trên thực tế có thể trung hòa đến giá trị pH bất kì, do đó giáo viên cần khai thác thêm

trường hợp nâng cao này.
Ví dụ 3: Chuẩn độ 100,00 ml dung dịch NaOH bằng dung dịch HCl 0,010 M. Nếu lượng HCl
tiêu thụ là 40,00 ml thì pH của dung dịch thu được bằng 10,00. Tính thể tích dung dịch HCl 0,010
M cần phải cho vào 100,00 ml dung dịch NaOH ở trên trong quá trình chuẩn độ để pH của hỗn
hợp thu được bằng 7,50.
Phân tích:
Để tính được thể tích dung dịch HCl cần cho vào dung dịch NaOH, trước hết các em phải
tính được nồng độ NaOH (C
NaOH
) từ dữ kiện thứ nhất của đề bài. Giống như ví dụ 1, có rất nhiều
cách để tính C
NaOH
, nhưng GV nên hướng dẫn các em xét các quá trình xảy ra trong hệ để tránh
không phải sử dụng phương trình sai số hoặc phương trình bảo toàn điện tích:
Từ giá trị pH
hệ
= 10,00 sau khi thêm 40,00 ml HCl, các em sẽ thấy được sau khi trung hòa,
OH
-
còn dư và [OH
-
]
;
-
OH
C
(dư)
. Từ đó các em dễ dàng tính được C
NaOH
= 4,14.10

-3
(M)
Sau khi tính được C
NaOH
, các em phải căn cứ vào giá trị pH tại thời điểm dừng chuẩn độ để
xác định thành phần của hệ: ở pH = 7,5 > 7,0 → môi trường bazơ, dư NaOH và [H
+
] = 10
-7,5

[OH
-
] = 10
-6,5
→ Sự phân li của H
2
O không thể bỏ qua, do đó [OH
-
] = C
NaOH dư
+ [H
+
] (tính theo
cân bằng phân li của nước hoặc tính theo điều kiện proton - ĐKP). Từ đó sẽ tính được thể tích
dung dịch HCl: V
HCl
= 41,40 ml.
Ví dụ 4: Chuẩn độ 25,00 ml dung dịch HCOOH hết 12,50 ml dung dịch NaOH 0,100 M.
Tính pH của dung dịch trước khi chuẩn độ và sau khi thêm NaOH với thể tích:
1/ 10,00 ml; 2/ 12,45 ml; 3/ 12,50 ml; 4/ 13,00 ml.

Phân tích:
Đây là dạng bài tập tính pH của dung dịch sau khi trung hòa axit yếu (hoặc bazơ yếu) bằng
bazơ mạnh (hoặc bằng axit mạnh). Dạng toán này được sử dụng rất nhiều trong các đề thi học
5
sinh giỏi vì kết hợp được nhiều tình huống từ đơn giản đến phức tạp. Để đưa về dạng bài quen
thuộc HS phải viết được phản ứng chuẩn độ và xác định được thành phần giới hạn ở mỗi thời
điểm dừng chuẩn độ, từ đó dễ dàng tính được pH của hệ.
Ví dụ 5: Có thể chọn metyl da cam, metyl đỏ hoặc phenolphtalein làm chỉ thị thích hợp cho
phép chuẩn độ HCl bằng NaOH 0,10 M được không, biết rằng để trung hòa hết 20,00 ml dung
dịch HCl trên cần 20,00 ml dung dịch NaOH 0,10 M.
Phân tích:
Trước hết GV cần nêu nguyên tắc chung của việc chọn chỉ thị sao cho pH chuyển màu rõ
nhất của chỉ thị (hay còn gọi là chỉ số chuẩn độ pT của chất chỉ thị) càng gần với pH

càng tốt.
Như vậy HS cần xác định được pH

cũng như chỉ số chuẩn độ của 3 chất chỉ thị đã cho trong
phép chuẩn độ HCl bằng NaOH. Nhưng nếu chỉ căn cứ vào nguyên tắc trên, tức là nếu so sánh giá
trị pT
metyl da cam
= 4,40; pT
metyl đỏ
= 6,20 và pT
phenolphtalein
= 9,00 với pH

= 7,00 thì cùng lắm HS chỉ
“dám” chọn metyl đỏ có pT = 6,20 ≈ 7,00 làm chỉ thị thích hợp cho phép chuẩn độ trên. Chính vì
vậy GV cần linh hoạt hướng dẫn các em dựa vào thể tích thuốc thử (NaOH) tiêu thụ khi sử dụng

các chỉ thị khác nhau để chọn chỉ thị thích hợp: Nếu tại thời điểm chuyển màu của chỉ thị mà thể
tích thuốc thử tiêu thụ xấp xỉ thể tích tương đương (V

= V
NaOH
= 20,00 ml) thì có thể chọn được
chỉ thị đó cho phép chuẩn độ đang xét.
Như vậy căn cứ vào giá trị pH chuyển màu của các chỉ thị tại điểm dừng chuẩn độ, với C
HCl
=
0,10.20
0,10
20
=
M các em dễ dàng tính được V
NaOH
đã dùng:
• Với chỉ thị metyl da cam, pT
metyl da cam
= 4,40 → sau khi trung hòa C
H
+
(dư)
= [H
+
] = 10
-4,40
.

-

-
4,40
OH
OH
0,1.20 0,1
10
20
V
V


=
+

-
OH
19,984V =
(ml) ≈ V

→ dùng được chỉ thị metyl da cam.
• Tương tự có thể chọn phenolphtalein cho phép chuẩn độ này, bởi vì thể tích thuốc thử
tiêu thụ là
-
OH
20,004V =
(ml) ≈ V
TĐ.
• Nếu dùng metyl đỏ, có pT = 6,20 ≈ 7,00 → ngoài lượng dư axit tại điểm cuối chuẩn độ,
phải kể đến lượng H
+

do nước phân li ra: [H
+
] = 10
-6,20
= C
H
+
(dư)
+ [OH
-
]
Hay:
-
-
7,80 6,20
OH
OH
0,1.20 0,1
10 10
20
V
V
− −

+ =
+

-
OH
19,9998V =

(ml) ≈ V

. Vậy sử dụng chỉ thị metyl
đỏ là hoàn toàn hợp lí và cho sai số nhỏ nhất trong số 3 chỉ thị trên.
Ví dụ 6: Có thể dùng phenolphtalein làm chỉ thị cho phép chuẩn độ 25,00 ml dung dịch
C
6
H
5
COOH 0,10 M bằng dung dịch NaOH 0,20 M được không, nếu sai số cho phép không vượt
quá 0,1%?
Phân tích:
So với ví dụ 5, bài toán này phức tạp hơn do đây là phép chuẩn độ đơn axit yếu bằng bazơ
mạnh, nên pH



7,00. Để có thể chọn chỉ thị theo nguyên tắc chung, cần tính pH

. Đối với HS
trường chuyên, việc xác định pH

là hoàn toàn có thể thực hiện được. Xuất phát từ phản ứng
chuẩn độ: C
6
H
5
COOH + OH
-
→ C

6
H
5
COO
-
+ H
2
O, các em dễ dàng tính được thể tích NaOH
6
tiêu thụ tại ĐTĐ: V

=
25.0,1
12,5
0,2
ml=
. Từ đó xác định được pH

theo cân bằng thu proton
của C
6
H
5
COO
-
có nồng độ C =
3
2,0
5,1225
25.1,0

=
+
M : pH

= 8,5 ≈ 9,00. Do đó có thể chọn được
phenolphtalein làm chỉ thị cho phép chuẩn độ trên.
Tuy nhiên không phải lúc nào cũng chọn được chỉ thị có pT ≈ pH

, hơn nữa khác với ví dụ
5, ở đây việc chọn chỉ thị thích hợp được khống chế bởi sai số cho phép, do đó ngoài nguyên tắc
trên, GV cần giải thích để HS nắm được khái niệm “bước nhảy chuẩn độ” (BNCĐ) và với sự xuất
hiện BNCĐ trên đường cong chuẩn độ cho phép mở rộng phạm vi chọn chỉ thị: có thể chọn bất kì
chỉ thị nào có chỉ số chuẩn độ pT nằm trong BNCĐ ứng với sai số cho phép. Nghĩa là để chọn
được chỉ thỉ thích hợp, có thể tính BNCĐ ứng với sai số cho trước hoặc tính sai số đối với từng
chỉ thị theo phương trình sai số: q = -
w 0
0 a
( )
K C C
h
h
h CC K h
+
− −
+
.
Tuy nhiên cả hai cách này đều không phù hợp với HSPT do các em không biết phương trình
sai số. Chính vì vậy GV cần hướng dẫn để các em tính được giá trị pH đầu bước nhảy (pH
đ
) và

pH cuối bước nhảy (pH
c
) ứng với giá trị thể tích thuốc thử cho vào thiếu (V
đ
: thể tích đầu bước
nhảy) và thừa (V
c
: thể tích cuối bước nhảy) 0,1% so với thể tích tương đương, từ đó chọn những
chỉ thị có pH
đ
< pT < pH
c
.
Đầu bước nhảy: V
đ
= V

.99,9% = 12,5.99,9% = 12,4875 ml
Cuối bước nhảy: V
c
= V

.100,1% = 12,5.100,1% = 12,50125 ml
Từ hai giá trị thể tích này các em sẽ tính được giá trị pH
đ
và pH
c
tương ứng:
Tại V
đ

=12,4875 ml → dư C
6
H
5
COOH:
C
6
H
5
COOH + OH
-
→ C
6
H
5
COO
-
+ H
2
O
C
4875,34
1,0.25

4875,37
4875,12
C’ 6,67.10
-5
_ 0,0666
→ tính pH

đ
theo hệ C
6
H
5
COOH 6,67.10
-5
M và C
6
H
5
COO
-
0,0666 M:
pH
đ
= 4,2 + lg
5
10.67,6
0666,0

≈ 7,20. Nhưng với pH
đ
= 7,20 ≈ 7,00 → cần phải đánh giá chính xác
theo ĐKP vì phải kể đến cân bằng phân li của H
2
O. Nhưng nếu chỉ cần so sánh pH
đ
với
pT

phenolphtalein
= 9,00 thì có thể chấp nhận được giá trị gần đúng này.
Tương tự với V
c
= 12,5015 > V
T Đ
→ dư OH
-
C
OH
-
=
6
10.666,6
50125,37
1,0.252,0.50125,12

=

→ pH
c
= 9,80
Vậy BNCĐ = 7,20 – 9,80 → có thể chọn được phenolphtalein làm chỉ thị cho phép chuẩn độ
trên vì 7,20 < 9,00 < 9,80.
Ví dụ 7: Chuẩn độ 50,00 ml dung dịch NH
3
hết 30,00 ml dung dịch HCl 0,25 M
1/ Tính nồng độ dung dịch NH
3
.

2/ Tính pH tại thời điểm chuẩn độ được 50% chất phân tích (pH
1/2
) và pH

.
7
3/ Căn cứ vào pH

, có thể chọn được phenolphtalein, metyl da cam, metyl đỏ làm chỉ thị thích
hợp cho phép chuẩn độ trên không?
4/ Có thể chọn những chỉ thị có giá trị pT bằng bao nhiêu cho phép chuẩn độ này với sai số cho
phép là ± 0,1%.
5/ Nếu chọn chỉ thị metyl da cam thì sai số chuẩn độ là bao nhiêu?
Phân tích:
Đây là bài toán tổng hợp gồm tất cả các dạng: Tính nồng độ các chất phản ứng; Tính pH tại
các thời điểm chuẩn độ; Chọn chỉ thị thích hợp cho phép chuẩn độ; Tính sai số chuẩn độ và tính
BNCĐ.
Dựa vào phản ứng chuẩn độ, HS dễ dàng tính được C
HCl
= 0,15 M. Trên cơ sở đó, khi chuẩn
độ được 50% lượng NH
3
, HS sẽ tính được pH
1/2
là pH của hệ đệm.
Từ thành phần tại ĐTĐ là NH
4
+
với C =
3050

50.15,0
+
, HS dễ dàng tính được pH

= 5,134 từ đó
có thể chọn metyl đỏ có pT = 5,00 ≈ 5,314 làm chỉ thị cho phép chuẩn độ này.
Để trả lời được câu 4, các em phải tính được BNCĐ, tức là tính khoảng pH ứng với thể tích
thuốc thử cho vào thiếu và thừa so với V

là 0,1% tương tự như ví dụ 6.
Để đánh giá sai số của chỉ thị metyl da cam, GV cần hướng dẫn cho HS phải tính V
HCl
cần
dùng để chuẩn độ 50,00 ml NH
3
trên đến đổi màu metyl da cam tại pH = 4,00, từ đó tính được sai
số theo sự sai lệch giữa V
HCl
tiêu thụ và V

mà không cần phải tính theo phương trình sai số: q =


V V
V

Từ thành phần của hệ tại pH = 4,00 gồm NH
4
+
tạo thành với

+
4
NH
C
=
V+50
50.15,0
M và H
+

với
+
H
0,25 0,15.50
50
V
C
V

=
+
M, các em sẽ tính được V
HCl
= 30,03 ml.
Vậy q =


30,03 30
.100 0,10%
30

V V
V
− −
= =
Tuy cách giải này dài hơn nhưng phù hợp với trình độ của HS, giúp các em phát triển được
tư duy hóa học.
KẾT LUẬN
Trên cơ sở phân tích nội dung chuẩn độ axit – bazơ của chương trình chuyên hoá chúng ta
thấy được vị trí, vai trò của Hóa học phân tích trong việc hình thành kiến thức cơ bản về chuẩn độ
axit-bazơ cho học sinh trường chuyên, cũng như thấy được mối quan hệ mật thiết, hữu cơ giữa
chương trình chuyên hóa, chương trình thi học sinh giỏi Quốc gia, Quốc tế với Hóa học phân tích.
Từ đó vận dụng linh hoạt, hợp lý lý thuyết Hóa học phân tích nói chung và lý thuyết chuẩn độ
axit-bazơ nói riêng trong giảng dạy hóa học ở trường chuyên, phục vụ bồi dưỡng học sinh giỏi
Quốc gia, Quốc tế.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
8
[1] Dương Thị Lương. Vận dụng lý thuyết hóa học phân tích để giải các bài toán cân bằng ion
trong dung dịch-Bồi dưỡng học sinh giỏi chuyên hóa. Luận văn thạc sĩ khoa học hóa học.
Thái nguyên, 2007.
[2] Lê Thị Ngọc Hà. Tìm hiểu việc vận dụng lý thuyết phản ứng oxi hóa –khử trong giảng dạy
hóa học phổ thông qua hệ thống bài tập, đề thi đại học, đề thi học sinh giỏi quốc gia. Luận
văn thạc sĩ khoa học hóa học. Hà Nội, 2003.
[3] Nguyễn Thị Hiển. Phân loại, đánh giá tác dụng, xây dựng các tiêu chí, cấu trúc các bài tập về
phản ứng axit-bazơ phục vụ cho việc bồi dưỡng học sinh giỏi quốc gia. Luận văn thạc sĩ khoa
học hóa học. Hà Nội, 2003.
[4] Vương Bá Huy. Phân loại, xây dựng tiêu chí cấu trúc các bài tập về hợp chất ít tan phục vụ
cho việc bồi dưỡng học sinh giỏi quốc gia. Luận văn thạc sĩ khoa học hóa học. Hà Nội, 2006.
[5] Đề thi HSG Quốc gia bảng A, bảng B từ năm 1994 đến năm 2009.
[6] Đề thi chọn đội tuyển thi Olympic quốc tế vòng 2 từ năm 2005 đến năm 2009.
[7] Bài tập chuẩn bị Olympic Quốc tế từ năm 2002 đến năm 2006.

[8] Trần Thành Huế, Nguyễn Trọng Thọ, Phạm Đình Hiến. Olympic Hóa học Việt Nam và Quốc
tế, tập II. NXB Giáo dục, 2000.
[9] Nguyễn Trọng Thọ. Olympic Hóa học Việt Nam và Quốc tế, tập III. NXB Giáo dục, 2000.
[10] Đào Quý Triệu, Tô Bá Trọng (Hoàng Minh Châu, Đào Đình Thức hiệu đính). Olympic Hóa
học Việt Nam và Quốc tế, tập IV. NXB Giáo dục, 2000.
[11] Hoàng Minh Châu, Ngô Thị Thân, Hà Thị Diệp, Đào Đình Thức (hiệu đính tiếng đức), Trần
Thành Huế, Nguyễn Trọng Thọ, Phạm Đình Hiến. Olympic Hóa học Việt Nam và Quốc tế, tập
V. NXB Giáo dục, 2003.
[12] Đề thi Olympic Quốc tế từ năm 2002 đến năm 2009.
[13] Lê Xuân Trọng, Nguyễn Hữu Đĩnh, Từ Vọng Nghi, Đỗ Đình Rãng, Cao Thị Thặng. Hóa học
12 nâng cao. NXB Giáo dục, 2008.
[14] Nguyễn Tinh Dung. Bài tập hóa học phân tích. NXB Giáo dục,1982.
[15] Nguyễn Tinh Dung. Hóa học phân tích phần III. Các phương pháp định lượng hóa học (tái
bản lần thứ 4). NXB Giáo dục, 2007.
[16] Đào Thị Phương Diệp, Đỗ Văn Huê. Giáo trình Hóa học phân tích. Cơ sở phân tích định
lượng hóa học. NXB Đại học Sư phạm, 2007.
9
SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THỊ ĐỂ XÁC ĐỊNH BẬC PHẢN ỨNG
VÀ TÍNH HẰNG SỐ CÂN BẰNG
Mai Châu Phương
THPT Chuyên Lam sơn-Thanh Hóa
I.1. Cơ sở lý thuyết.
I.1.1. Phản ứng bậc một.
A → sản phẩm
Phương trình động học dạng tích phân:
C = C
o
.e
-kt
(1)

o
C
kt=ln
C
(2)
Trong đó: k: hằng số tốc độ phản ứng
C
o
: nồng độ ban đầu của chất tham gia phản ứng A.
C : nồng độ chất A tại thời điểm t.
t : thời gian phản ứng.
Từ phương trình (1) và (2) nhận thấy nếu ta khảo sát sự phụ thuộc nồng độ chất phản ứng theo
thời gian như phương trình (1) thì việc xác định hằng số tốc độ phản ứng k là khó khăn vì đây là
hàm mũ, còn nếu khảo sát phương trình (2) thì thấy phương trình (2) chính là phương trình tuyến
tính bậc nhất dạng y=ax, trong đó
o
C
y=ln
C
, a=k, x=t. Do đó, dựa vào số liệu thực nghiệm ta
khảo sát hàm
o
C
ln =f(t)
C
phụ thuộc tuyến tính theo thời gian với độ dốc của đồ thị xác định
được hằng số tốc độ phản ứng
k=tg
α
Hình 1: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc logarit nồng độ chất tham gia phản ứng theo thời gian.

I.1.2. Phản ứng bậc hai.
I.1.2.1. Trường hợp 1: Nồng độ ban đầu của hai chất tham gia phản ứng khác nhau.
A + B → sản phẩm
α
l
0
t
10
t=0
0
1
C

0
2
C
0
t C
1
C
2
x
Phương trình tốc độ phản ứng dạng tích phân:

0
1 2
0 0 0
2 1 2 1
C .C1
kt= ln

C -C C .C
(3)
Suy ra:
0
0 0
2 2
2 1
0
1 1
C C
ln =(C -C )kt+ln
C C
(4)
Từ phương trình (4) có
2
1
C
ln
C
phụ thuộc tuyến tính vào thời gian và đường biểu diễn sự phụ thuộc
này có dạng y=ax + b với độ dốc của đồ thị bằng
0 0
2 1
tg =(C -C )k
α
và cắt trục tung tại
0
2
0
1

C
ln
C
.
Suy ra:
0 0
2 1
tgα
k=
C -C
Hình 2: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc logarit nồng độ hai chất tham gia phản ứng theo thời gian.
I.1.2.2. Trường hợp hai: Nồng độ ban đầu của hai chất tham gia phản ứng bằng nhau a=b hay
0 0
2 1
C =C
.
Phương trình tốc độ phản ứng dạng tích phân:
0
1 1
= +kt
C C
(5)
Phương trình (5) biểu diễn nghịch đảo của nồng độ chất tham gia phản ứng tại thời điểm t phụ
thuộc tuyến tính theo thời gian. Đường biểu diễn
1
=f(t)
C
có dạng y=ax+b, có độ dốc bằng
k=tgα
, cắt trục tung tại

0
1
C
α
l
l
0
t
11
Hình 3: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc nghịch đảo nồng độ chất tham gia phản ứng theo thời
gian.
Như vậy, trong phương pháp đồ thị người ta thử các số liệu thực nghiệm vào dạng tích
phân của phương trình động học để tìm sự phù hợp. Trước hết giả định phản ứng có bậc n. Sau đó
từ dạng tích phân của phương trình động học tìm một hàm của nồng độ chất tham gia phản ứng
phụ thuộc tuyến tính theo thời gian. Vẽ đường biểu diễn của hàm này dựa vào các kết quả thực
nghiệm. Sự thẳng hàng của các điểm biểu diễn chứng tỏ tính đúng đắn của bậc phản ứng đã giả
định, từ đó cũng xác định được hằng số tốc độ phản ứng dựa vào độ dốc của đồ thị
I.1.3. Cách dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc tuyến tính.
Có thể xây dựng đồ thị dạng y=ax, y=ax+b dựa trên phần mềm Microsoft Office Excel,
hoặc dựng đồ thị trên giấy ô li.
I.1.3.2. Dựng đồ thị trên phần mềm Microsoft Office Excel.
Bước 1: Mở màn hình Microsoft Office Excel.
Bước 2: Nhập số liệu theo cột các giá trị x, y tương ứng của phương trình dạng y=ax hay y=ax+b.
Bước 3: Bôi đen hai cột số liệu, sau đó lần lượt vào Insert/Chart/XY(Scatter)/Chart sub-
type/Next/Next/Finish.
Bước 4: Tích phải chuột vào vùng không gian trống trong đồ thị, vào Chart Options, nhập cách
biểu diễn trục hoành Value (X) axis, cách biểu diễn trục tung Value (Y) axis.
Bước 5: Tích phải chuột vào một điểm thực nghiệm, vào
Add Trendline/Linear/Display equation on chart/Ok được đường thẳng biểu diễn hàm phụ thuộc
và phương trình hồi quy. Từ đó thu được hệ số góc của đồ thị, do đó tính được hằng số tốc độ

phản ứng.
Việc dựng đồ thị trên phần mềm Microsoft Office Excel, sau đó máy tính hồi quy lại thu
được đường chuẩn trên cơ sở phương pháp bình phương tối thiểu.
I.1.3.1. Dựng đồ thị trên giấy.
α
C
1
0
1
C
0
t
12
Bước 1: Giả thiết phản ứng tuân theo động học bậc nào đó.
Bước 2: Chuyển sang phương trình động học dạng tích phân.
Bước 3: Kẻ bảng tính số liệu biểu diễn sự phụ thuộc thích hợp của nồng độ theo thời gian.
Bước 4: Dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc dạng thích hợp của nồng độ theo thời gian bằng cách
vẽ các điểm thực nghiệm. Sau đó kẻ đường chuẩn.
Chú ý: Đối với dựng đồ thị trên giấy ô li cần chú ý chọn tỉ lệ xích trên giấy sao cho phù hợp, gốc
toạ độ không nhất thiết phải là điểm không. Sau khi dựng được các điểm thực nghiệm thì dựng
đường chuẩn không phải là đường đi qua nhiều điểm thực nghiệm, mà đường chuẩn là đường tối
ưu khi tổng bình phương khoảng cách từ các điểm thực nghiệm đến đường chuẩn là nhỏ nhất, nên
kẻ đường chuẩn dựa vào khoảng cách tới các điểm thực nghiệm.
Bước 5: Dựng một tam giác vuông bất kì có cạnh huyền nằm trên đường chuẩn (đầu mút của cạnh
huyền tam giác này không nên trùng với bất cứ điểm thực nghiệm nào để cho kết quả thu được
khách quan).
Bước 6: Tính hệ số góc tgα dựa trên việc đo độ dài hai cạnh góc vuông.
Chú ý: Độ dài hai cạnh góc vuông này phải tương ứng với tỉ lệ xích đã được chia trên trục hoành
và trục tung, không phải là độ dài đo được trên thước hay trên giấy ô li.
Ngoài cách dựng đồ thị có thể kiểm tra lại tính đúng đắn của phương pháp bằng cách so

sánh với cách tính theo phương pháp bình phương tối thiểu hay phương pháp trung bình.
Phương pháp này có thể áp dụng và mở rộng cho việc xác định các thông số khác như
năng lượng hoạt hoá, các giá trị nhiệt động, hệ số hấp thụ trong đo trắc quang….
II.2. Bài tập vận dụng.
Bài 1: (Trích đề thi Olympic hoá học quốc tế lần thứ 41-Anh 2009)[8]
Biến tính protein.
Đối với các phân tử protein nhỏ, phản ứng không biến tính có thể biểu diễn theo cân bằng sau:
Protein biến tính Protein không biến tính
Ta có thể giả sử rằng các phản ứng biến tính protein chỉ xảy ra qua một giai đoạn. Phản ứng biến
tính protein là phản ứng bậc nhất, hằng số tốc độ của phản ứng này có thể xác định bằng cách
theo dõi cường độ huỳnh quang khi làm biến tính một mẫu protein không biến tính ban đầu
(thông thường bằng cách thay đổi pH của dung dịch). Bắt đầu từ dung dịch protein không biến
tính có nồng độ 1,0 M, người ta làm biến tính protein và đo được nồng độ của các protein không
biến tính ở 25
o
C theo thời gian:
Thời gian (ms) 0 10 20 30 40
Nồng độ (M) 1 0,64 0,36 0,23 0,14
Vẽ một đồ thị thích hợp, từ đó tính hằng số tốc độ của phản ứng biến tính protein k ở 25
0
C
Bài giải:
Do phản ứng biến tính của protein là phản ứng bậc nhất nên có phương trình
động học dạng tích phân là:
o
C
kt=ln
C
Trong đó: k là hằng số tốc độ phản ứng biến tính protein.
13

C
0
: nồng độ protein không biến tính ban đầu.
C: nồng độ protein không biến tính tại thời điểm t.
Từ số liệu thực nghiệm ta có bảng số liệu sau:
Thời gian(ms) 0 10 20 30 40
Nồng độ (
μM
) 1,00 0,64 0,36 0,23 0,14
ln
o
C
C
0,446 1,022 1,470 1,966
Dựng các điểm thực nghiệm có toạ độ (t,
ln
o
C
C
), sau đó kể đường chuẩn.
Dựng tam giác vuông bất kì ABC. Dựa vào tỉ lệ xích đã chia trên trục hoành
và trục tung tính được
0,975
0,0505
19,3
CB
tgα= =
AB
=
Kiểm tra lại kết quả dựng đồ thị trên giấy với kết quả dựng đồ thị trên phần

14
10
20 4030 t(ms)0
0,5
1,0
1,5
ln(C
o
/C)
2,0
A
C
B
mềm Microsoft Office Excel

Từ đồ thị ta thấy hệ số góc k=0,0501 ms
-1
hay k=50s
-1
. Như vậy kết quả thu được bằng cách dựng
đồ thị trên giấy hoàn toàn phù hợp.
Bài 2: (Trích trong bài tập chuẩn bị Olympic hoá học quốc tế lần thứ 40 Hungari 2008)[7]
Phản ứng của axeton với brom sinh ra bromaxeton.
a) Viết phương trình hóa học của phản ứng nếu như axeton dư.
Khi nghiên cứu cơ chế phản ứng thì người ta thực hiện một số thí nghiệm động học sau ở 25 °C
trong dung dịch nước bằng cách đo nồng độ của Br
2
bằng phương pháp trắc quang. Đường cong
động học tương ứng được ghi lại khi nồng độ đầu của các chất là [Br
2

]
0
= 0.520 mmol/dm
3
,
[C
3
H
6
O]
0
= 0.300 mol/dm
3
, và [HClO
4
]
0
= 0.050 mol/dm
3
.
t (min) 0 2 4 6 8 10 12 14
[Br
2
] (μmol/dm
3
)
520
47
1 415
37

7 322 269 223 173
t (min) 16 18 20 22 24 26 28 30
[Br
2
] (μmol/dm
3
) 124 69 20 0 0 0 0 0
b) Tác nhân phản ứng hết trong thí nghiệm này là?
c) Bậc của phản ứng đối với tác nhân này là?
Thời điểm mà ở đó xảy ra bước gãy về tính chất (characteristic break point) trên đường cong
động học được gọi là thời gian phản ứng và nó được đo trong dung dịch nước ở 25 °C. Bảng sau
cho ta một vài giá trị thời gian phản ứng trong một vài thí nghiệm khác nhau (′ chỉ phút, ″ chỉ
giây)
2 0
3
[Br ]
mmol/dm
3 6 0
3
[C H O]
mmol/dm
4 0
3
[HClO ]
mmol/dm
thời gian phản ứng
0.151 300 50 5′56″
0.138 300 100 2′44″
0.395 300 100 7′32″
0.520 100 100 30′37″

0.520 200 100 15′13″
0.520 500 100 6′09″
15
0.520 300 200 4′55″
0.520 300 400 2′28″
d) Xác định bậc phản ứng ứng với ba chất tham gia.
e) Viết biểu thức tốc độ tổng quát.
Một phương pháp điện hóa khác cho phép ta sử dụng nồng độ Br
2
bé hơn. Ở một đường cong
động học với nồng độ các chất đầu [Br
2
]
0
= 1.80 μmol/dm
3
, [C
3
H
6
O]
0
= 1.30 mmol/dm
3
, và
[HClO
4
]
0
= 0.100 mol/dm

3
đã được cho ở bảng sau:
t (s) 0 10 20 30 40 50 60 70
[Br
2
] (μmol/dm
3
) 1.8
0 1.57
1.3
9 1.27
1.0
6 0.97 0.82 0.73
t (s) 80 90 100 110 120 130 140 150
[Br
2
] (μmol/dm
3
) 0.6
6 0.58 0.49 0.45
0.3
9
0.3
4
0.3
0 0.26
f) Tác nhân phản ứng hết trong thí nghiệm này là?
g) Bậc của phản ứng đối với tác nhân này là?
Bài giải:
a) Phản ứng

b) Br
2
là tác nhân giới hạn (chất phản ứng hết)
c) Đồ thị động học của phản ứng (đường cong động học)

Đường cong động học lúc này là một đường thẳng nên quá trình này là quá trình bậc 0 của brom
d) Do quá trình là bậc 0 đối với Br
2
và tất cả các chất tác nhân khác đều ở lượng dư nên giá trị tốc
độ là một hằng số trong mỗi thí nghiệm. Nó có thể được tính một cách đơn giản: v = [Br
2
]
o
/ t
phản
ứnn
16
Với t
phản ứng
là thời gian phản ứng. Sự phụ thuộc giữa tốc độ phản ứng vào tác nhân phản ứng hết
có thể được khảo sát trực tiếp từ công thức. Vẽ đồ thị vận tốc như là một hàm của nồng độ axeton
trong môi trường axit (nồng độ không đổi 0,100 mol/dm
3
) cho:

Đồ thị là một đường thẳng, phản ứng có bậc 1 ứng với axeton.
Vẽ đồ thị như là một hàm của nồng độ axit với nồng độ axeton giữ không đổi (0,300 mol/dm
3
)
cho:


Đồ thị là một đường thẳng, phản ứng có bậc 1 đối với [H
+
]
e) v= k
a
[C
3
H
6
O][H
+
]
f) Br
2
là tác nhân giới hạn (chất phản ứng hết)
g) Đường cong động học:
17

Đường này không hẳn là đường thẳng nên quá trình này không phải bậc 0. Kiểm tra với phản ứng
bậc 1 thì thấy có khả năng bằng cách xây dựng một sự phụ thuộc vào logarit. Đồ thị có dáng điệu
như sau:

Các điểm có thể thẳng hàng với nhau. Như vậy quá trình này là bậc 1 với brom
Một phương pháp khác là xác định thời gian bán huỷ từ những cặp giá trị nồng độ đã cho. Từ đó
rút ra được sự phân huỷ Br
2
tuân theo quy luật phản ứng bậc 1.
Bài 3: Để nghiên cứu động học của các phản ứng giữa ion Br
-

và ClO
-
:
Br
-
+ ClO
-
→ BrO
-
+ Cl
-
người ta trộn lẫn 100 ml dung dịch NaClO 0,1M với 48 ml dung dịch NaOH 0,5M và 21 ml nước
cất. Hỗn hợp này được đặt vào máy điều nhiệt ở 298K. Sau đó cho 81ml dung dịch KBr 1% (cũng
ở 298K) vào hỗn hợp trên. Sau mỗi khoảng thời gian xác định (t) người ta lấy mẫu và xác định
lượng BrO
-
trong mẫu. Kết quả thu được như sau:
18
t(phút) 0 3,65 7,65 15,05 26,00 47,60 90,60
2
-
BrO
C .10 (M)
0 0,0560 0,0953 0,1420 0,1800 0,2117 0,2367
Nồng độ của NaClO và KBr trong hỗn hợp phản ứng ở t=0 lần lượt bằng 0,003230M và
0,002508M. pH cẩu dung dịch là 11,28. Xác định bậc và hằng số tốc độ phản ứng.
Bài giải:
Giả sử phản ứng có động học bậc hai. Phương trình động học của phản ứng là:
- -
Br ClO

.
v=k.C C
Br
-
+ ClO
-
→ BrO
-
+ Cl
-
t=0
0
1
C

0
2
C
0 0
t
1
C

2
C
x x

- -
0
Br

Br BrO
=C -C
C

- - -
0
ClO ClO BrO
=C -C
C
Ta có bảng số liệu sau:
t(phút) 0 3,65 7,65 15,05 26,00 47,60 90,60
-
3
Br
.10C
2,508 1,948 1,555 1,088 0,708 0,391 0,141
-
3
ClO
.10
C
3,230 2,670 2,227 1,810 1,430 1,113 0,863
-
-
ClO
Br
ln
C
C
0,253 0,315 0,381 0,509 0,703 1,046 1,812

Dựng đồ thị có toạ độ các điểm là (t,
-
-
ClO
Br
ln
C
C
)
19
Dựng tam giác vuông bất kì ABC. Dựa vào tỉ lệ xích đã chia trên trục hoành
và trục tung tính được
0,66
0,0174
38
CB
tgα= =
AB
=
- -
1 1
0 0 3
ClO Br
tgα 0,0174
k= 24,100( . )
C -C (3,230 2,508).10
M ph
− −

= =


Có thể kiểm tra lại kết quả dựa vào dựng đồ thị trên Microsoft Office Excel hoặc
giải theo phương pháp trung bình thấy kết quả hoàn thoàn phù hợp.
Bài tập vận dụng.
20
20
40 8060
t(phút)
0
0,4
0,8
1,2
1,6
A
C
B
2,0
100
-
-
ClO
Br
C
ln
C
1. Để thu được oxi người ta phân huỷ 15cm
3
dung dịch H
2
O

2
với sự có mặt của chất xúc tác. Thế
tích oxi thu được theo thời gian như sau:
t(phút) 2 4 6 8

V(ml)O
2
1,3 2,36 3,36 3,98 6,18
Đáp số: Bậc nhất, k=0,124 ph
-1
2. Động học của phản ứng giữa natri thiosunfat với propylbromua:
2- - -
S O +RBr RS O +Br
2 3 2 3

, được nghiên cứu ở 37,3
0
C. Nồng độ của
2-
2 3
S O
sau mỗi khoảng
thời gian t được xác định bằng phương pháp chuẩn độ thể tích. Thể tích dung dịch I
2
nồngđộ
0,02572N dùng để chuẩn độ hỗn hợp phản ứng (10,02ml) ở các thời điểm khác nhau được cho
dưới đây:
t(s) 0 1110 2010 3192 5052 7380 11232

2

I
v (ml)
0 37,63 35,20 31,90 29,86 28,04 26,01 22,24
Nồng độ của
2-
2 3
S O
ban đầu là 0,100M. Xác định hằng số tốc độ phản ứng.
Đáp số: k=0,001636M
-1
.s
-1
3. Etylen oxit bị nhiệt phân theo phương trình:
O
(k) → CH
4
(k) + CO(k)
ở 687,7K áp suất chung của hỗn hợp trong phản ứngbiến đổi theo thời gian như sau:
t(phút) 0 5 7 9 12 18
P.10
5
(N.m
-2
) 0,155 0,163 0,168 0,172 0,178 0,188
P(mmHg) 116,51 120,56 125,72 128,74 133,23 141,37
Hãy chứngtỏ rằng phản ứng phân huỷ etylen oxit là bậc nhất và tính hằng số tốc độ của phản ứng.
4. Dùng phương pháp đồ thị hãy xác định bậc của phản ứng:
(CH
3
)

3
CBr
(aq)
+ H
2
O
(l)
→ (CH
3
)
3
COH
(aq)
+ H
+
+ Br
-
từ các dữ kiện thực nghiệm sau đây ở 298K
t(s) 0 15000 35000 55000 95000 145000
[(CH
3
)
3
CBr]
(mol.l
-1
)
0,0380 0,0308 0,0233 0,0176 0,0100 0,00502
Đáp số: bậc nhất.
5. Đối với phản ứng xà phòng hoá etyl axetat

CH
3
COOC
2
H
5
+ OH
-
→ CH
3
COO
-
+ C
2
H
5
OH
Ở thời điểm ban đầu t=0 hỗn hợp phản ứng chứa este và xút với nồng độ bằng nhau 0,05M. Phản
ứng được theo dõi bằng cách ở mỗi thời điểm t người ta lấy 10ml hỗn hợp phản ứng rồi chuẩn độ
lượng xút còn lại bằng dung dịch HCl 0,01M. Kết quả thu được như sau:
t(phút) 4 9 15 24 37 53
V
HCl
(ml) 44,1 38,6 33,7 27,9 22,9 18,5
Xác định bậc phản ứng, hằng số tốc độ phản ứng và thời gian nửa phản ứng.
Đáp số: Bậc hai, k=0,647M
-1
.phút
-1
6. Styren phản ứng với axit hipoclorơ cho ta clohiđrin C

6
H
5
-CHOH-CH
2
Cl. Chất này chuyển
thành epoxit trong môi trường kiềm:
C
6
H
5
-CHOH-CH
2
Cl + OH
-

O
C
6
H
5
+ Cl
-
+ H
2
O
21
Đó là một phản ứng bậc hai. Hãy giải thích tại sao trong môi trường đệm phản ứng là bậc một.
Ở 18
0

C và trong môi trường đệm người ta đo nồng độ Cl
-
(kí hiệu là x) theo thời gian và thu được
kết quả sau:
t(phút) 180 360 480 1140 1260
10
3
x(mol/l) 1,15 2,10 2,70 4,88 5,21
Nồng độ ban đầu của clohiđrin là 6,86.10
-3
mol/l. Sau khi kiểm tra lại bậc phản ứng hãy tính hằng
số tốc độ của phản ứng này.
Đáp số: k=1,05.10
-3
phút
-1
7. Trong dung dịch axit yếu, H
2
O
2
tác dụng với ion thiosunfat theo sơ đồ sau:
2 2
H O
+
2-
2 3
2S O
+ 2H
+
→ 2H

2
O +
2-
4 6
S O
Tốc độ phản ứng không phụ thuộc vào nồng độ ion H
+
trong khoảng pH từ 4-6. Với nồng độ ban
đầu [H
2
O
2
]=0,03680M; [
2-
2 3
S O
]=0,02040M. Ở 25
o
C và pH=5 ta thu được những số liệu sau:
t(phút) 16 36 43 52
[
2-
2 3
S O
].10
3
10,30 5,18 4,16 3,13
Xác định bậc phản ứng và tính hằng số tốc độ của phản ứng.
Đáp số: Bậc hai, k=3,17.10
-2

lit.mol
-1
.giây
-1

8. Cho phản ứng sau: CH
3
COCH
2
C(CH
3
)
2
OH
-
OH
→
2CH
3
COCH
3
có kèm theo một sự tăng
thể tích khá lớn. Lượng CH
3
COCH
2
C(CH
3
)
2

OH tỉ lệ thuận với việc tăng thể tích. Từ các số liệu
sau:
t(phút) 0 10 20 30 40 50 60

Sự giãn nở
thể tích
0 60,8 97,7 119,9 133,4 141,4 146,1 153,8
Đáp số: Bậc nhất.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Trần Thị Đà, Đặng Trần Phách, Cơ sở lý thuyết các phản ứng hoá học, Nhà xuất bản giáo dục.
2. Nguyễn Văn Duệ, Trần Hiệp Hải, Lâm Ngọc Thiềm, Nguyễn Thị Thu, Bài tập hoá lí, Nhà xuất
bản giáo dục.
3. Trần Văn Nhân, Hoá lí tập 3, Nhà xuất bản giáo dục.
4. Vũ Đăng Độ, Cơ sở lý thuyết các quá trình hoá học, Nhà xuất bản giáo dục.
5. René. DIDIER, Hoá học đại cương tập 2, Nhà xuất bản giáo dục.
6. René. DIDIER, Bài tập hoá học đại cương tập 2, Nhà xuất bản giáo dục.
7. Bài tập chuẩn bị Olympic hóa học quốc tế lần thứ 40-Hungari 2008.
8. Bài thi lý thuyết Olympic hoá học quốc tế lần thứ 41-Anh quốc 2009.
22
XÂY DỰNG HỆ THỐNG CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP PHẦN “NHỆT HOÁ HỌC” DÙNG
CHO HỌC SINH CHUYÊN HOÁ
Trường THPT chuyên Nguyễn Huệ - Hà Nội
I. MỞ ĐẦU
Trong quá trình giảng dạy ở trường phổ thông nhiệm vụ phát triển tư duy cho học sinh là
nhiệm vụ rất quan trọng, đòi hỏi tiến hành đồng bộ ở các môn, trong đó Hóa học là môn khoa học
thực nghiệm đề cập đến nhiều vấn đề của khoa học, sẽ góp phần rèn luyện tư duy cho học sinh ở
mọi góc độ đặc biệt là qua phần bài tập hóa học. Bài tập hóa học không những có tác dụng rèn
luyện kỹ năng vận dụng, đào sâu và mở rộng kiến thức đã học một cách sinh động, phong phú mà
còn thông qua đó để ôn tập, rèn luyện một số kỹ năng cần thiết về hóa học, rèn luyện tính tích
cực, tự lực, trí thông minh sáng tạo cho học sinh, giúp học sinh hứng thú trong học tập. Qua bài

tập hóa học giáo viên kiểm tra, đánh giá việc nắm vững kiến thức và kỹ năng hóa học của học
sinh.
Để giáo viên bồi dưỡng học sinh khá, giỏi ở trường chuyên dự thi học sinh giỏi cấp Tỉnh
và cấp Quốc gia được tốt thì nhu cầu cấp thiết là cần có một hệ thông câu hỏi và bài tập cho tất cả
các chuyên đề như : cấu tạo chất, nhiệt hoá học, động hoá học, cân bằng hoá học,
Vì vậy , trong quá trình giảng dạy đội tuyển học sinh giỏi Tỉnh và Quốc gia tôi đã sưu tầm và tập
hợp lại một số câu hỏi và bài tập theo một số chuyên đề, trong đó có phần dùng để luyện tập cho
học sinh phần “Nhiệt hoá học”
II. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
Xây dựng hệ thống câu hỏi và bài tập phần “Nhiệt hoá học”dùng cho học sinh lớp chuyên
Hoá học ở bậc THPT giúp học trò học tốt hơn và chuẩn bị tốt hơn cho các kỳ thi học sinh giỏi
Hóa học cả về lý thuyết – bài tập – phương pháp giải, góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy và
học tập môn Hóa học.
III. NỘI DUNG
A- CƠ SỞ LÍ THUYẾT :
Trước khi đưa ra hệ thống bài tập cho học trò luyện tập thì giáo viên cần phải yêu cầu học
trò nhớ lại một số khái niệm và nội dung lí thuyết cơ bản của phần Nhiệt hoá học như sau:
1) KHÍ LÍ TƯỞNG:
* Khí lí tưởng là chất khí mà khoảng cách giữa các phân tử khí xa nhau, có thể bỏ qua tương tác
giữa chúng.
* Với khí lí tưởng thì có thể áp dụng :
- Phương trình trạng thái: P.V = nRT (R = 8,314 J/mol.K = 0,082 l.atm/mol.K)


















Σ
Σ
Σ
2) HỆ VÀ MÔI TRƯỜNG:
- Hệ mở: hệ trao đổi chất và năng lượng với môi trường.
- Hệ kín: Hệ chỉ trao đổi năng lượng với môi trường.
- Hệ đoạn nhiệt: Hệ không trao đổi nhiệt với môi trường.
* Quy ước:
23
Hệ nhận năng lượng của môi trường ⇒ năng lượng mang dấu +
Hệ nhường năng lượng cho môi trường ⇒ năng lượng mang dấu -
3) BIẾN ĐỔI THUẬN NGHỊCH:
Nếu hệ chuyển từ trạng thái cân bằng này sang trạng thái cân bằng khác một cách vô cùng
chậm qua liên tiếp các trạng thái cân bằng thì sự biến đổi này được gọi là thuận nghịch. Đây là sự
biến đổi lí tưởng không có trong thực tế.
4) SỰ BIẾN ĐỔI BẤT THUẬN NGHỊCH: là sự biến đổi được tiến hành với vận tốc đáng kể.
Những phản ứng trong thực tế đều là biến đổi bất thuận nghịch.
5) HÀM TRẠNG THÁI: là hàm mà giá trị của nó chỉ phụ thuộc vào các thông số trạng thái của
hệ, không phụ thuộc vào những sự biến đổi trước đó.
Ví dụ: P.V = hàm trạng thái
P

1
.V
1
= n.RT
1
; P
2
.V
2
= n.R.T
2
6) CÔNG (W) VÀ NHIỆT (Q)
- Là 2 hình thức trao đổi năng lượng.
- W, Q không phải là hàm trạng thái vì giá trị của chúng phụ thuộc vào cách biến đổi.
Ví dụ: Công của sự giãn nở khí lí tưởng từ thể tích V
1
đến V
2
ở t
o
= const trong 1 xilanh kín nhờ 1
pittông được tính bằng công thức:
W = -
dVP
n
.
2
1

(P

n
: áp suất bên ngoài)
* Nếu sự biến đổi là BTN thì P
n
= P
kq
= const
W
BTN
= - P
kq
.
dV

2
1
= - P
kq
. ∆V = - P
kq
.(V
2
- V
1
)
* Nếu sự biến đổi là thuận nghịch: Giảm P
n
những lượng vô cùng bé để thể tích khí tăng những
lượng vô cùng bé. Khi đó P
n

mỗi lúc thực tế = P ở bên trong xi lanh = P
k
P
n
= P
k
= n.RT/V
⇒ W
TN
= -
dVP
n
.
2
1

= - nRT .

2
1
V
dV
= - nRT .ln
1
2
V
V
⇒ W
BTN
≠ W

TN
* Các quá trình thuận nghịch sinh công lớn nhất khi hệ biến đổi từ trạng thái 1 sang trạng thái 2.
Lượng công này đúng bằng lượng công cần thiết đưa hệ về trạng thái ban đầu một cách thuận
nghịch.
7) NỘI NĂNG U:
- U của một chất hay một hệ gồm động năng của các phần tử và thế năng tương tác giữa các phần
tử trong hệ đó.
- U là đại lượng dung độ và là hàm trạng thái
- U của n mol khí lí tưởng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.
8) NGUYÊN LÍ I CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC: (SỰ BIẾN ĐỔI NỘI NĂNG CỦA HỆ).
∆U = U
2
- U
1
= W + Q
- Đối với sự biến đổi vô cùng nhỏ: dU = δ
W
+ δ
Q

(δ: Chỉ những hàm không phải là hàm trạng thái)
- Thường gặp công được thực hiện chỉ do sự biến đổi thể tích nên: δ
W
= -P.dV
⇒ dU = δ
Q
= P .dV ⇒

dU
= Q -

dVP.
2
1

↔ ∆U = Q -
dVP.
2
1

* Nhiệt đẳng tích: Nếu hệ biến đổi ở V = const → dV = 0
24
⇒ ∆U = Q
V
⇒ Q
V
là 1 hàm trạng thái.
* Nhiệt đẳng áp: Nếu hệ biến đổi ở P = const thì:

dVP.
2
1

= P .
dV

2
1
= P. V
2
- P. V

1
⇒ ∆U = U
2
- U
1
= Q
P
- P. V
2
+ P .V
1
⇒ Q
P
= (U
2
+ P.V
2
) - (U
1
+ P .V
1
)
Đặt U + P.V = H = entanpi = hàm trạng thái
⇒ Q
P
= H
2
- H
1
= ∆H = sự biến thiên entanpi của hệ.

* Nhiệt phản ứng:
Xét 1 hệ kín trong đó có phản ứng: aA + bB → cC + dD
Nhiệt phản ứng của phản ứng này là nhiệt lượng trao đổi với môi trường khi a mol A phản ứng
với b mol B tạo ra c mol C và d mol D ở T = const.
- Nếu phản ứng được thực hiện ở P = const thì nhiệt phản ứng được gọi là nhiệt phản ứng đẳng áp
Q
P
= ∆H
- Nếu phản ứng được thực hiện ở V = const thì nhiệt phản ứng được gọi là nhiệt phản ứng đẳng
tích Q
V
=∆U
* Quan hệ giữa Q
P
và Q
V
Q
P
= ∆H = ∆(U + PV)P = ∆U + P. ∆V ⇒ ∆H = ∆U + P . ∆V = ∆U + ∆n .RT
Q
P
= QV + ∆n .RT ( ∆n = ∑ n
khí sp
- ∑ n
khí pư
)
Khi ∆n = 0 ⇒ Q
P
= Q
V

hay ∆H = ∆U
U = Q
V
= n .C
V
. T


H = Q
P
= n .C
P
. T


* Nhiệt dung mol đẳng áp (C
P
) là nhiệt lượng cần cung cấp để làm 1 mol chất nóng thêm 1
o
trong
điều kiện đẳng áp (mà trong quá trình không có sự biến đổi trạng thái).
* Tương tự với C
V
: ∆H =

2
1
.
T
T

P
dTC
; ∆U =

2
1
.
T
T
T
dTC
C
P
, C
V
là hàm của nhiệt độ.
Với 1 mol khí lí tưởng: C
P
=
T
H


; C
V
=
T
U




Mà ∆U = ∆H - P. ∆V ⇒ C
P
=
T
H


=
T
U


+
T
VP

∆.
= C
V
+ R
Q, W: Không phải là hàm trạng thái
Q
V
=

U; Q
P
=


H

Q
V
, Q
P
là hàm trạng thái

chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng
thái cuối của hệ mà không phụ thuộc vào quá trình biến đổi là thuận nghịch hay không thuận
nghịch.
9) ĐỊNH LUẬT HESS: ∆H (∆U) của 1 quá trình chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái
cuối của hệ mà không phụ thuộc vào đường đi.
∆Hpư = ∑∆Hs (sản phẩm) - ∑∆Hs (chất đầu) = ∑∆Hc (chất đầu) - ∑∆Hc (sản phẩm)
10) ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF:
25




n
1
A + n
2
B n
3
C + n
4
D
T

2
H
2
H
a
H
b

n
1
A + n
2
B n
3
C + n
4
D
T
1
H
1
Theo định luật Hess: ∆H
2
= ∆H
a
+ ∆H
1
+ ∆H
b
Mà:

∆H
a
=

+
2
1
) (
21
T
T
PP
dTCnCn
bA
= -

+
2
1
) (
21
T
T
PP
dTCnCn
BA
∆H
b
=


+
2
1
) (
43
T
T
PP
dTCnCn
DC

⇒ ∆H
2
= ∆H
1
+

+−+
2
1
)].() [(
2143
T
T
PPPP
dTCnCnCnCn
BADC
= ∆H
1
+



2
1
.
T
T
P
dTC
- ∆H
1
thường được xác định ở điều kiện chuẩn: ∆H
o
T
= ∆H
o
298
+


T
o
P
dTC
298
.
Với ∆C
o
P
= ∑C

o
P
(sp) - ∑C
o
P
(tham gia)
C
o
P
là nhiệt dung mol đẳng áp ở điều kiện chuẩn (1atm).
- Trong khoảng hẹp của nhiệt độ có thể coi ∆C
o
P
= const
Thì: ∆H
2
= ∆H
1
+ ∆C
P
.(T
2
-T
1
)
∆H
o
T
= ∆H
o

298
+ ∆C
o
P
(T - 298)
11) ENTROPI (S)
- Trong sự biến đổi thuận nghịch vô cùng nhỏ ở T = const hệ trao đổi với môi trường một lượng
nhiệt δQ
TN
thì sự biến thiên entropi trong quá trình này là: d
S
=
T
Q
TN
δ
S là hàm trạng thái (J/mol.K)
- Nếu sự biến đổi là bất thuận nghịch thì d
S
>
T
Q
TN
δ
- Vì là hàm trạng thái nên khi chuyên từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 bằng biến thiên thuận
nghịch hay bất thuận nghịch thì S
2
- S
1
= ∆S =


2
1
T
Q
TN
δ
(∆S
TN
= ∆S
BTN
)
12) NGUYÊN LÍ II CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC:
dS ≥
T
Q
δ
- Trong hệ cô lập δQ = 0. nên:
+ dS = 0: trong hệ cô lập entropi của hệ không đổi nếu xảy ra quá trình thuận nghịch.
+ dS > 0 : trong hệ cô lập, quá trình tự xảy ra (BTN) theo chiều tăng entropi của hệ và tăng cho
tới khi đạt giá trị max thì hệ sẽ đạt trạng thái cân bằng.
26
* Entropi là thước đo độ hỗn độn của hệ: Độ hỗn độn của 1 hệ hay 1 chất càng lớn khi hệ hay chất
đó gồm những hạt và sự dao động của các hạt càng mạnh (khi liên kết giữa các hạt càng yếu).
VD: S < S < S
S < S < S
H
2
(k)
O

2
(k) O
3
(k)
H
2
O(r)
H
2
O (l)
H
2
O (h)
⇒ S là 1 đại lượng dung độ.
13) SỰ BIẾN THIÊN S TRONG QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI TRẠNG THÁI CỦA CHẤT:
Khi chất nguyên chất nóng chảy hoặc sôi ở P = const thì:
T = const ⇒ ∆S =

2
1
T
Q
δ
=
T
H∆
∆H = nhiệt biến thiên trạng thái = L
n/c
hoặc L
h

14) ∆S TRONG QUÁ TRÌNH GIÃN NỞ ĐẲNG NHIỆT KHÍ LÍ TƯỞNG:
Xét n mol khí lí tưởng giãn nở thể tích từ V
1
→ V
2
ở t
o
= const. Vì nội năng của khí lí tưởng chỉ
phụ thuộc nhiệt độ nên trong sự biến đổi này:
∆U = Q
TN
+ W
TN
= Q
BTN
+ W
BTN
= 0
⇒ Q
TN
= - W
TN
= nRT. ln
1
2
V
V
( = -(- P. ∆V) =
dV
V

nRT
.
2
1

).
T = const ⇒∆S =
T
Q
TN
= nRln
1
2
V
V
= n.R.ln
2
1
P
P
15) SỰ BIẾN THIÊN ENTROPI CỦA CHẤT NGUYÊN CHẤT THEO NHIỆT ĐỘ.
- Quá trình P = const: Đun nóng 1 chất nguyên chất từ T
1
→ T
2
, không có sự chuyển pha:
∆S =

2
1

T
T
TN
T
Q
δ
Với δQ = δQ
P
= dH = n.C
P
.dT
∆S =
T
dT
Cn
T
T
P

2
1

* Trong khoảng nhiệt độ hẹp, coi C
P
= const ⇒ ∆S = n.C
P
.ln
1
2
T

T
- Quá trình: V = const ⇒ ∆S = n .C
V
.ln
1
2
T
T
16) ENTROPI TUYỆT ĐỐI
* Nguyên lí III của nhiệt động học:
- Entropi của chất nguyên chất dưới dạng tinh thể hoàn chỉnh ở 0(K) bằng 0: S
(T = 0)
= 0
* Xuất phát từ tiên đề trên ta có thể tính được entropi tuyệt đối của các chất ở các nhiệt độ khác
nhau.
VD: Tính S của 1 chất ở nhiệt độ T nào đó, ta hình dung chất đó được đun nóng từ 0(K) → T(K)
xét ở P=const. Nếu trong quá trình đun nóng có sự chuyển pha thì:
∆S = ∆S
T
- ∆S
(T = 0)
= S
T
=

=

5
1i
i

S
27

×