Cho dung dịch FeCl3 tác dụng với dung dịch KI. Tại thời điểm cân bằng, nồng độ I2 được xác định bởi cách chuẩn độ với Na2S2O3. Gọi FeCl3, FeCl3, KI, I2, KCl : Nồng độ của các chất tại thời điểm cân bằng. C0 FeCl3, C0KI: Nồng độ ban đấu của FeCl3, KI trước khi pha loãng. C FeCl3, CKI : NỒng độ sau khi pha loãng để đưa vào phản ứng của FeCl3 và KI.
Trang 1BÀI 1 : XÁC ĐỊNH HẰNG SỐ CÂN BẰNG CỦA PHẢN ỨNG
I Mục đích thí nghiệm:
Nghiên cứu cân bằng hóa học của phản ứng :
2FeCl 3 + KI 2FeCl 2 + I 2 + 2KCl (1)
Từ đó tính nồng độ các chất phản ứng tại thời điểm cân bằng và xác định hằng số cân bằng K c
II.Nguyên tắc :
Cho dung dịch FeCl 3 tác dụng với dung dịch KI Tại thời điểm cân bằng, nồng độ I 2
được xác định bởi cách chuẩn độ với Na 2 S 2 O 3
Gọi [FeCl 3 ], [FeCl 3 ], [KI], [I 2 ], [KCl] : Nồng độ của các chất tại thời điểm cân bằng.
C 0
FeCl3 , C 0
KI : Nồng độ ban đấu của FeCl 3 , KI trước khi pha loãng.
C FeCl3 , C KI : NỒng độ sau khi pha loãng để đưa vào phản ứng của FeCl 3 và KI.
III Thực hành:
Chuẩn bị bảng thí nghiệm theo hương dẫn:
Dung dịch Erlen 1 Erlen 2 Erlen 3 Erlen 4
Lầy 8 erlen sạch cho vào mỗi erlen 30ml nước cất, làm lạnh bằng nước đá.
Tiến hành thí nghiệm Giải thích
Đổ dung dịch erlen 1 vào erlen 2 ghi
thời điểm bắt đấu phản ứng (t=0)
Sau những khoảng thời gian 10, 20, 30,
40 phút, mỗi lần lấy 15 ml dung dịch
erlen đã được làm lạnh.
Bắt đầu tiến hành chuẩn độ với Na 2 S 2 O 3
0,01 với chất chỉ thị hồ tinh bột đến khi dung dịch mất màu tím xanh (nâu).
Khi thể tích của 2 lần chuẩn độ kề nhau thì kết thúc việc chuẩn độ.
Trang 2Kết quả thí nghiệm thu được :
→ Làm lạnh trong quá trình phản ứng để
tránh I 2 không bị thăng hoa ở điều kiện
thường Giúp ổn định nhiệt độ trong thời
gian phản ứng ( 0 5C) để không thay đỗi Kc
trong quá trình phản ứng.
→ Lấy dd ở những khoảng thời gian cách
nhau để xác định được V tđ
→ I 2 + Na 2 S 2 O 3 →NaI
Na 2 S 2 O 3 làm mất màu chỉ thị của hồ tinh
bột.
→ V tđ lớn nhất vì pư càng lâu thì lượng I 2
sinh ra càng nhiều và tại thời điểm tđ là lớn
nhất.
Ống 1 : dd mất màu tím xanh → màu
vàng nhạt Vtđ = 12.7 ml
Ống 2: dd mất màu tím xanh→vàng nhạt nhẹ Vtđ = 14.3 ml
Ống 3: dd mát màu tím xanh→dd không màu Vtđ = 16.2 ml
Ống 4: dd mất màu tím xanh →dd không màu Vtđ = 16.3 ml.
Kết thúc quá trình thí nghiệm.
→ ống 1,2 có màu vàng nhạt bởi vì còn ( Fe3+ dư trong quá trình phản ứng với I 2
→ống 3 ,4 dd mất màu từ từ chuyển sang màu tím xanh nhạt bởi quá trình pư là quá trình thuận nghịch nên để một thời gian I 2
lại sinh ra và làm dd có màu tím xanh.
.
Thí nghiệm tương tự với Erlen 3 và Erlen 4 Kết qủa thu được :
Ống 1: Vtđ = 10.9 ml
Ống 2: Vtđ = 12.6 ml
Ổng 3: Vtđ = 15 9 ml Ỗng 4: Vtđ = 16.1 ml
Xử lý số liệu :
Từ bảng số liệu ta thấy rằng, thể tích dung dịch Na 2 S 2 O 3 0.01M ứng với thời điểm cân bằng là 16.3 ml
Nồng độ của FeCl 3 và KI sau khi trộn lẫn với nhau là :
C FeCl
3=C FeCl
3
3
V FeCl
3+V KI=0 025∗
50
100=0 0125 (M )
Trang 3C KI=C KI0 V KI
V FeCl
3+V KI =0 025
50
100=0 0125( M )
nồng độ các chất tại thời điểm cân bằng :
[I2]=
V Na
2 S2O3x 0 01
16 3 x 0 01
−3
[FeCl 3]=C FeCl
3−[FeCl 2]=C FeCl
3−2[I2]=0 0125−2 x 5 43 10−3=1 63 10−3 (M)
Vậy hằng số cân bằng của phản ứng là:
Kc=[FeCl 2]2.[I2] [KCl]2
[FeCl 3]2 [KI]2 =
Tương tự với erlen 3,4 Kết quả cho ta thấy, thể tích dung dịch Na 2 S 2 O 3 0.01M ứng với thời điểm cân bằng là 16.1 ml.
C FeCl
3=C FeCl
3
3
V FeCl
3+V KI=0 025∗
55
100=0 01375 (M )
C KI=C KI0 V KI
V FeCl
45
nồng độ các chất tại thời điểm cân bằng :
[I2]=
V Na
2 S2O3x 0 01
16 1 x 0 01
−3
[FeCl 3]=C FeCl
3−[FeCl 2]=C FeCl
3−2[I2]=0 01375−2 x 5 36 10−3=3 03 10−3
(M)
Trang 4[KCl] =2[I2]=2 x 5 36 10−3=0 , 0107 (M)
Vậy hằng số cân bằng của phản ứng là:
Kc=[FeCl 2]2.[I2] [KCl]2
[FeCl 3]2 [KI]2 =
Nhận xét:
Theo kết qua trên, ta thấy rằng hằng số cân bằng K c trong 2 thí nghiệm trên sai lệch rất ít, điều đó chứng tỏ rằng, hằng số cân bằng không phụ thuộc vào nồng
độ của các chất phản ứng.
Người ta ứng dụng hằng số cân bằng trong việc tính toán sản phẩm sao cho sản phẩm tạo ra là cao nhất, do tại thời điểm cân bằng, sản phẩm tạo ra là cao nhất hay sản phẩm cần.
II Trả lời câu hỏi:
1 Tại sao dừng chuẩn độ khi thể tích ở 2 lần chuẩn độ liên tiếp bằng nhau?
Khi chuẩn độ 2 lần liên tiếp sau một khoảng thời gian t nào đó nếu thể tích là như nhau thì chứng tỏ rằng nộng độ của các chất trong dung dịch đã ổn định, khôn còn biến dổi nửa, có nghĩa là phản ứng đã đạt trạng thái cân bằng, ta có thể ngừng chuẩn dộ
2 Ý nghĩa hằng số cân bằng của phản ứng?
Hằng số cân bằng là hằng số khi mà tốc độ phản ứng thuận và tốc độ phản ứng nghịch bằng nhau, vì vậy nếu biết được hằng số cân bằng của một phản ứng ta có thể điều khiền được phản ứng đó, tối ưu hoá lượng sản phẩm mà ta cần.
Trang 5Bài 4: CÂN BẰNG LỎNG - RẮN
1.Tường trình thí nghiệm
1.1 Số liệu và giản đồ thực nghiệm
Ống 1 Ống 2 Ống 3 Ống 4 Ống 5 Ống 6 Ống 7 Ống 8
Trang 613 51 50 43 39 44 45
Trang 7GIẢN ĐỒ NHIỆT ĐỘ - THỜI GIAN
0
20
40
60
80
100
120
thời gian
Trang 8g
Khối lượng
Diphenilamin (g)
Khối lượng Naphtalen (g)
Thành phần % klg của Diphenilamin
Nhiệt
độ ( o C)
Trang 9GIẢN ĐỒ NHIỆT ĐỘ - THÀNH PHẦN
Trang 101.2 Nhận xét và giải thích
Cân bằng lỏng- rắn không phụ thuộc nhiều vào áp suất ( ở khoảng vài atm)
Trong giản đồ nhiệt độ - thời gian:
Các đường (1),(2),(3),(4),(5),(6),(7),(8) trong giản đồ nhiệt độ - tgian ở trên là các đường cong nguội lạnh tương ứng với thành phần cấu tử trong hỗn hợp khác nhau
Đường (1),(8) biểu diễn đường cong nguội lạnh lần lượt của Diphenilamin và Naphtalen nguyên chất
Các điểm là điểm bắt đầu kết tinh của cấu tử Diphenilamin hoặc Naphtalen trong hỗn hợp
Ta nhận thấy các đường (2),(3),(4),(5),(6),(7) có cùng 1 thời điểm mà tại đó đồ thị của chúng là những đường nằm ngang.Điểm đó ứng với quá trình kết tinh Eutecti (có sự kết tinh đồng thời của cả Diphenilamin và Naphtalen, vì dung dịch bão hòa cả hai cấu tử
Trong giản đồ nhiệt độ - thành phần:
Đường AED là đường lỏng
Đuờng AadD là đường rắn
B
Trang 11Ở vùng phía trên đường lỏng hệ tồn tại ở trạng thái dung dịch đồng nhất
1 pha lỏng
Ở vùng phía dưới đường rắn hệ dị thể gồm hai pha Diphenilamin rắn và Naphtalen rắn
Ở vùng giới hạn bởi hai đường rắn và lỏng hệ tồn tại hai pha cân bằng lỏng – rắn
Điểm E gọi là điểm Eutecti
Đường cong AE mô tả nhiệt độ bắt đầu kết tinh của rắn Diphenilamin
từ những dung dịch có thành phần nằm trong khoảng BC
Đường cong AE mô tả cân bằng giữa rắn Diphenilamin và dd bão hòa Diphenilamin nên nó mô tả sự phụ thuộc độ hòa tan của rắn Diphenilamin vào nhiệt độ, vì vậy còn có thể gọi là đường hòa tan của Diphenilamin (hay đường kết tinh của Diphenilamin ).Tương tự như vậy đối với đường DE
Ta hạ nhiệt độ của hệ 2 chất rắn trên, khi nhiệt độ hạ đến T1 điểm biểu diễn hệ sẽ chạy từ Q dến L1.Tại điểm L1 hệ bão hòa cấu tử Naphtalen nên tinh thể rắn Naphtalen đầu tiên kết tinh ra và có điểm biểu diễn là K1.Bắt đầu
từ đó hệ bao gồm hai pha cân bằng với nhau.Độ tự do c = k – f + 1 = 2 – 2 +
Trang 121 = 1 ( P=const ) nếu nhiệt độ của hệ thay đổi thì thành phần của pha lỏng
sẽ thay đổi theo
Khi điểm pha lỏng đạt điểm eutecti, dung dịch bão hòa cả hai cấu tử, từ
đó 2 chất rắn sẽ đồng thời kết tinh (cho đến khi toàn bộ hệ trở thành rắn), trong giai đọan đó hệ bao ồm ba pha cân bằng có c = k – f + 1 = 2 – 3 + 1 =
0 trong suốt quá trình kết tinh ra hai pha rắn từ dd, nhiệt độ của hệ và thành phần pha lỏng không thay đổi
Dùng giản đồ nhiệt độ - thành phần ta có thể khảo sát định tính và định lượng các quá trình cân bằng lỏng – rắn xảy ra trong hệ hai cấu tử A-B.
2.Trả lời câu hỏi
2.1 Có kết luận gì về sự thay đổi nhiệt độ kết tinh của quá trình kết tinh dung dịch hai cấu tử với quá trình kết tinh dung dịch 1 cấu tử?
Đường nguội (hay đường kết tinh ) của 1 cấu tử nguyên chất gồm những nhánh gần như dốc thẳng đứng, chứng tỏ có sự nguội khá nhanh, khi tới nhiệt độ kết tinh thì có một đọan thẳng ngang chứng tỏ nhiệt độ không đổi ; đó là do có nhiệt kết tinh được tỏa ra bù vào chổ mất nhiệt do nguội tự nhiên, kết quả là cấu tử đó kết tinh ở nhiệt độ không đổi ( dưới áp suất ngoài không đổi ).Sau khi đã kết tinh xong thì nhiệt độ mới lại tiếp tục hạ thấp, do
đó lại có một nhánh dốc, nhưng kém dốc hơn nhánh đầu tiên
Trang 13Đối với hỗn hợp hai cấu tử theo những thành phần khác nhau; những đường nguội thọat đầu cũng như một nhánh dốc gần thẳng đứng ( nguội nhanh ), khi tới nhiệt độ bắt đầu kết tinh thì nguội chậm lại do có nhiệt kết tinh được tỏa ra nhưng chưa đủ để làm cho nhiệt độ không đổi, điều này được phản ánh trên đường nguội bằng một nhánh dốc ít hơn so với nhánh đầu tiên Sự kết tinh từ dung dịch sẽ cho tinh thể nguyên chất nào hoặc cả hai tinh thể cùng một lúc là tùy thuộc vào thành phần của mỗi cấu tử trong dung dịch so với thời điểm eutecti của hệ
2.2 Hỗn hợp Eutecti là gì? Ứng dụng
Ở áp suất không đổi, hỗn hợp eutecti sẽ kết tinh ở nhiệt độ không đổi theo đúng thành phần của nó ( phù hợp với độ tự do c = 0) Hỗn hợp eutecti
có tính chất giống như một hợp chất hóa học, song nó không phải là một hợp chất hóa học mà chỉ là một hỗn hợp gồm những tinh thể rất nhỏ, rất mịn của hai pha rắn A và B nguyên chất kết tinh xen kẽ vào nhau
Khi có sự tác động của cả nhiệt độ và áp suất bên ngoài c = k - f + 2 = 2
- 3 + 2 = 1, cho thấy nếu áp suất thay đổi thì không những nhiệt độ kết tinh của dd eutecti thay đổi mà cả thành phần cảu hỗn hợp cũng thay đổi theo (như vậy nó không phải là một chất)
Trang 14Hỗn hợp eutecti có khá nhiều ứng dụng trong thực tế, ví dụ ta muốn có
“ thiếc hàn” nóng chảy ở nhiệt độ thấp , ngưới ta trộn thiếc (to
nc=232oC) và chì (to
nc=327oC) theo các thành phần thích hợp sẽ thu được các hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn 200oC