Với nhu cầu tìm hiểu và học tập về hóa học hiện nay rất cao. Hóa Lí là một trong những nội dung không thể thiếu đối với những ai đang học hóa và có niềm đam mê với hóa. Tác giả trong thời gian học tập tại Trường Đại học Sư phạm Thành Phố Hồ Chí Minh đã có dịp được học bộ môn Hóa Lí này. Tác giả muốn chia sẻ tài liệu thực hành này mong quý bạn đọc có thể thích và kích thích được sự tìm hiểu môn hóa đối với những bạn yêu hóa học. Đồng thời cũng có thể giúp cho các bạn có thêm sự hiểu biết về thí nghiệm hóa học
Trang 1Tài liệu Thực hành hoá lí Bộ môn Hoá lí – Khoa Hoá học - ĐH Sư phạm TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA HOÁ HỌC
BỘ MÔN HOÁ LÍ
-TÀI LIỆU THỰC HÀNH
HÓA LÍ
Biên soạn: Bộ môn Hoá lí
Năm học 2022 – 2023
Trang 2Tài liệu Thực hành hoá lí Bộ môn Hoá lí – Khoa Hoá học - ĐH Sư phạm TP.HCM
- - 1) Chấp hành nội quy phòng thí nghiệm và sự hướng dẫn của giáo viên phụ trách
2) Đi học đúng giờ (Buổi sáng từ 7:00 – Chiều từ 12:30)
3) Quy định về trang phục: Mang kính thí nghiệm (goggles), mặc áo thí nghiệm (lab coat), mang giày bít chân (closed-toe shoes), tóc gọn gàng (tied back hair)
4) Sinh viên, học viên, giáo viên, …chỉ được phép làm thí nghiệm khi có mặt ít nhất 2 người tại PTN
5) Không hút thuốc
6) Không ăn uống trong phòng thí nghiệm
7) Nghiêm túc, trật tự
8) Không được tự ý sử dụng các dụng cụ, hoá chất, các thiết bị máy móc trong PTN Nếu SV làm hư hỏng, vỡ bể (bất kì dụng cụ, thiết bị nào) thì phải tự bồi thường cho PTN (bằng cách trả
lại nguyên vẹn đúng loại dụng cụ đã làm hư hỏng cho PTN)
9) Thực hành theo nhóm theo phân công của GV Mỗi nhóm làm một bài tường trình, nộp lại cho
GV vào ngay buổi học liền sau (nộp trễ sẽ chỉ được tính 50% số điểm)
10) Sinh viên phải tham gia đầy đủ các buổi thực hành, nếu vắng bất cứ buổi thực hành nào đều không được dự thi cuối kì (Mỗi SV được thực hành bù một lần duy nhất cho cả 2 trường hợp
sau)
• Trường hợp sinh viên vắng có lí do chính đáng, phải xin phép giáo viên phụ trách để được đi
thực hành bù Điểm số cho lần thực hành này vẫn được tính tối đa 100%
• Trường hợp sinh viên bị cho ra về vì không chuẩn bị bài, hoặc vì các lí do vi phạm nội quy
khác, sinh viên vẫn được đi thực hành bù (sinh viên phải liên hệ GV để được đi bù; nếu không, xem như sinh viên không có nhu cầu này) Điểm của lần thực hành bù này chỉ được tối đa 50% của bài thực hành đó
NỘI QUY PHÒNG THÍ NGHIỆM HOÁ LÍ
Trang 3Tài liệu Thực hành hoá lí Bộ môn Hoá lí – Khoa Hoá học - ĐH Sư phạm TP.HCM
* Cả 2 trường hợp thực hành bù, SV đều phải làm bài tường trình theo cá nhân
11) Mỗi sinh đều phải chuẩn bị bài thật kĩ theo đúng bài thí nghiệm được giao Nếu không chuẩn bị
kĩ, sẽ không được thực hành Cần chú ý các câu hỏi: Mục đích bài thí nghiệm, cơ sở lí thuyết? Cách tiến hành, ý nghĩa các thao tác? Các câu hỏi sau mỗi bài
12) Quy định về trực nhật – vệ sinh PTN
• Sau mỗi buổi thí nghiệm, các nhóm TỰ LAU CHÙI – DỌN DẸP khu vực mình thực hành
• Lớp PHÂN CÔNG 01 NHÓM ở lại LÀM NHIỆM VỤ TRỰC
Nhóm nào không trực nhật đầy đủ sẽ bị trừ 1 điểm/1 lần vi phạm trên tổng điểm học phần
13) Giáo viên phụ trách có nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho sinh viên tại PTN trong thời gian thực hành 14) LƯU Ý KHI LẤY HOÁ CHẤT
✓ Tiết kiệm
✓ Nếu lấy bằng ống đong: có thể rót trực tiếp hoá chất từ bình lớn ra ống đong (NẾU ĐƯỢC)
✓ Nếu lấy bằng pipet: phải rót hoá chất ra cốc nhỏ với một lượng vừa phải, rồi dùng pipet hút từ
cốc nhỏ này
KHÔNG ĐƯỢC LẤY QUÁ DƯ
VÌ LƯỢNG HÓA CHẤT DƯ KHÔNG ĐƯỢC ĐỔ LẠI VÀO BÌNH LỚN BAN ĐẦU
Trang 4Tài liệu Thực hành hoá lí Bộ môn Hoá lí – Khoa Hoá học - ĐH Sư phạm TP.HCM
BÀI 1 NGUYÊN CỨU CÂN BẰNG HÓA HỌC TRONG DUNG DỊCH BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRẮC
QUANG
I MỤC ĐÍCH
− Sử dụng được máy đo quang phổ, máy đo pH
− Xác định hằng số cân bằng, độ điện li của dung dịch chỉ thị (phenolphthalein) bằng phương pháp trắc quang
− Phân tích kết quả thực nghiệm và đề xuất quy trình cải tiến thí nghiệm
− Rèn luyện kĩ năng quan sát, đo đạc chính xác và thực hành thí nghiệm nghiêm túc
II CƠ SỞ LÍ THUYẾT
Chất chỉ thị (thường là các acid hoặc base hữu cơ) là những chất có khả năng thay đổi màu sắc tùy thuộc vào
pH của môi trường, do có sự tách ion H+ hoặc OH− khỏi phân tử làm thay đổi cấu trúc electron của phân tử và do
đó thay đổi phổ hấp thụ ánh sáng khả kiến của ion được tạo thành Ví dụ, đối với chất chỉ thị acid, quá trình phân
li diễn ra như sau:
H - Ind H+ + Ind -Trong môi trường acid, cân bằng trên chuyển dịch sang trái, chỉ thị sẽ có màu sắc của phân tử chưa phân li Trong môi trường base, cân bằng dịch chuyển sang phải và màu sắc của chỉ thị là màu của anion được tạo thành Như vậy, màu của chỉ thị phụ thuộc vào pH của môi trường theo biểu thức sau:
pH = pK − log1−α
α (1.1) Với K: hằng số điện li của chỉ thị và α là độ điện li
Khi chỉ thị phân li được một nửa, pH = pK Giá trị pH này được gọi là điểm chuyển đổi của chỉ thị Có thể quan sát thấy sự thay đổi màu sắc chỉ thị khi tỉ lệ nồng độ của các dạng chỉ thị nằm trong khoảng 0,1 đến 10 Như vậy, biên độ thay đổi màu của chỉ thị nằm trong khoảng pH = pK ± 1
Hằng số điện li của chỉ thị được tính toán dựa vào phương trình (1.1), trong đó độ phân li α được xác định từ thực nghiệm bằng phương pháp trắc quang
Theo định luật Bouguer – Lambert – Beer: Chiếu bức xạ đơn sắc có bước sóng λI có cường độ I0 qua dung
dịch khảo sát có nồng độ C Bề dày dung dịch là L Tại bề mặt cuvette đo, một phần bức xạ bị phản xạ có cường
độ IR, một phần bức xạ bị hấp thụ có cường độ IA Bức xạ ra khỏi dung dịch có cường độ I Ta có: I0 = IR + IA +
I
Gọi: A = log I
I0 = K ∙ C ∙ L
Trang 5Tài liệu Thực hành hoá lí Bộ môn Hoá lí – Khoa Hoá học - ĐH Sư phạm TP.HCM Trong đó, A là mật độ quang của dung dịch (độ hấp thụ), K là hệ số hấp thụ mol, C là nồng độ mol dung dịch
Độ phân li được xác định theo công thức:
= A
A 0 (1.2) Với A0 là độ hấp thụ cực đại khi phân tử chất chỉ thị phân li hoàn toàn (α =1)
Để xác định A0, dựng đồ thị biểu diễn sự thay đổi mật độ quang của dung dịch phenolphthalein theo pH
III HÓA CHẤT, DỤNG CỤ
− 6 cốc 100 mL
− 6 cốc 50 mL
− Ống đong 50 mL
− Pipette 2 mL có chia vạch
− Dung dịch sodium hydrogencarbonate (NaHCO3) 0,1 N; sodium carbonate (Na2CO3) 0,1 N;
phenolphthalein
− Máy đo quang phổ
IV HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH
− Pha các dung dịch đệm có pH trong khoảng 8 – 11 theo Bảng 1.1 rồi xác định pH dung dịch bằng pH meter
− Lấy 25,00 mL các dung dịch đệm cho vào từng cốc riêng Cho vào các cốc này 0,10 mL dung dịch phenolphthalein nồng độ 0,001 M, lắc đều và để cho hỗn hợp đạt đến trạng thái cân bằng
Bảng 1.1 Chuẩn bị mẫu dung dịch đo pH
STT Dung dịch NaHCO 3
0,1 N (mL)
Dung dịch Na 2 CO 3
0,1 N (mL)
− Đo độ hấp phụ của các dung dịch đệm có chứa phenolphthalein trên máy đo quang phổ với bước sóng hấp thụ 553 nm, bắt đầu từ dung dịch nhạt màu nhất, mỗi thí nghiệm đo ít nhất 3 lần, kết quả được trình bày ở Bảng 1.2
− Từ các số liệu thu được, xác định A0, tính độ phân li theo công thức (1.2), và hằng số cân bằng K theo phương trình (1.1) So sánh với số liệu của K tra cứu được trong các sổ tay hoá lí
Trang 6Tài liệu Thực hành hoá lí Bộ môn Hoá lí – Khoa Hoá học - ĐH Sư phạm TP.HCM
− Xây dựng đồ thị α theo pH, xác định điểm chuyển đổi của chỉ thị (ứng với α = 0,5) và khoảng chuyển đổi của chỉ thị
Bảng 1.2 Số liệu thực nghiệm đo mật độ quang dung dịch phenolphthalein
1 2 3
1
2
3
4
5
6
V CÂU HỎI:
1 Những chất như thế nào có thể được sử dụng làm chỉ thị pH?
2 Vì sao màu sắc của chỉ thị phụ thuộc vào pH dung dịch?
3 Điểm chuyển đổi của chỉ thị là gì?
4 Độ phân li của chỉ thị? Hằng số phân li?
5 Vai trò của dung dịch đệm?
6 Trình bày cấu trúc của phenolphthalein, dựa vào đó giải thích sự thay đổi màu sắc của chỉ thị này theo pH
Trang 7Tài liệu Thực hành hoá lí Bộ môn Hoá lí – Khoa Hoá học - ĐH Sư phạm TP.HCM
Bài 2 KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG KHỬ HYDROGEN PEROXIDE BỞI IODIDE
TRONG MÔI TRƯỜNG ACID
I MỤC ĐÍCH
− Sử dụng được phương pháp chuẩn độ và phương pháp giả bậc phản ứng để khảo sát động học phản ứng
− Khảo sát sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng theo thời gian Xác định hằng số tốc độ phản ứng giả bậc 1,
từ đó suy ra hằng số tốc độ của phản ứng bậc 2
− Phân tích số liệu thực nghiệm, đề xuất cải tiến quy trình thí nghiệm
− Rèn luyện kĩ năng quan sát, thực hành an toàn, nghiêm túc
II CƠ SỞ LÍ THUYẾT
Xét phản ứng khử hydrogen peroxide (H2O2) bởi iodide trong môi trường acid:
H2O2 + 2 HI → 2 H2O + I2
Phản ứng trên xảy ra theo 2 giai đoạn:
H2O2 + HI ⎯⎯→ HIO + Hk 1 2O (a) HIO + HI ⎯⎯→ Ik 2 2 + H2O (b) Giai đoạn (a) xảy ra chậm, giai đoạn (b) xảy ra nhanh và đến cùng k2 >> k1 Vì vậy tốc độ phản ứng được xác định bởi giai đoạn (a)
Phương trình động học của phản ứng:
2 2
1 H O HI
v = k C C Đây là phản ứng bậc 2 và k1 là hằng số tốc độ phản ứng bậc 2
Nếu thực hiện phản ứng với điều kiện nồng độ dung dịch HI không đổi, phản ứng sẽ trở thành phản ứng giả bậc 1
2 2
trong đó k' = k C là hằng số tốc độ của phản ứng giả bậc 1 1 1 HI
Áp dụng phương trình động học của phản ứng bậc 1:
1
k' = 2,303 a
lg
❖ a là nồng độ ban đầu của H2O2
❖ x là lượng H2O2 đã tham gia phản ứng
❖ (a – x) là nồng độ H2O2 còn lại ở thời điểm t
Hàm lượng H2O2 tham gia phản ứng bằng với lượng của sản phẩm I2 được tạo thành, thông qua định luật đương lượng:
2 2 3 2 2 3 2
2 2 3
Na S O Na S O I
Na S O
C V 1
2 V + V
=
Trang 8Tài liệu Thực hành hoá lí Bộ môn Hoá lí – Khoa Hoá học - ĐH Sư phạm TP.HCM
Do thể tích của dung dịch chất chuẩn nhỏ hơn nhiều so với thể tích dung dịch phản ứng
2 2 3
Na S O
V V , nồng độ của I2 có thể xác định thông qua thể tích của dung dịch Na2S2O3.
Gọi:
− V là số mL dung dịch Na2S2O3 cần để chuẩn lượng I2 được giải phóng do toàn bộ H2O2 đã phản ứng với HI
− Vtlà số mL dung dịch Na2S2O3 cần để chuẩn lượng I2 được giải phóng sau thời gian t
Ta có: k'1 2,303 lg V
=
−
lg (V −Vt) = k' 1
t lg V 2,303
Để xác định k'1, ta vẽ đường biểu diễn lg(V −Vt) theo t Từ hệ số góc ta suy ra k'1; biết k'1 tính được k1
III HÓA CHẤT, DỤNG CỤ
− Burette 25 mL
− Ống đong 50 mL, 1000 mL
− Pipette 10 mL, 25 mL
− Phễu nhỏ, máy khuấy từ, ống bóp cao su, lọ đựng hồ tinh bột
− Cốc 100 mL, 500 mL, 1000 mL
− Bình tam giác 250 mL có nút nhám
− Đồng hồ bấm giờ
− Dung dịch potassium iodide (KI) 0,5 N, dung dịch sulfuric acid (H2SO4) 1 N, H2SO4 8 N, H2O2 3%, dung dịch sodium thiosulfate (Na2S2O3) 0,5 N
IV HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH
− Hút chính xác 10,00 mL dung dịch KI 0,5 N cho vào ống đong thể tích 1000 mL
− Đong 50,0 mL dung dịch H2SO4 1 N cho vào hệ phản ứng trên và một ít dung dịch hồ tinh bột Nếu dung dịch xuất hiện màu xanh, phải thêm từ từ từng giọt dung dịch Na2S2O3 cho đến lúc mất màu (về nguyên tắc khi chưa cho H2O2 vào thì dung dịch không xuất hiện màu xanh)
− Thêm nước cất vào hệ để được dung dịch có thể tích 450,0 mL Đổ dung dịch từ ống đong sang cốc 1000 mL rồi đặt lên máy khuấy từ, khuấy trộn dung dịch với tốc độ không đổi (Hình 2.1)
− Trên burette đã chứa sẵn dung dịch Na2S2O3 0,5 N
Trang 9Tài liệu Thực hành hoá lí Bộ môn Hoá lí – Khoa Hoá học - ĐH Sư phạm TP.HCM
1 Xác định Vt
Khi nhiệt độ ổn định, mở burette cho vào cốc phản ứng đúng 1 mL dung dịch Na2S2O3 0,5 N Dùng pipette lấy 25,00 mL dung dịch H2O2 3% cho vào cốc phản ứng Khi thấy lượng dung dịch trong pipette chảy được một nửa thì bấm đồng hồ ghi thời gian và xem thời điểm đó là thời điểm ban đầu của phản ứng Phản ứng khử H2O2
bởi HI sinh ra I2 có thể nhận biết bằng chỉ thị hồ tinh bột Do đó, có thể chuẩn độ sản phẩm I2 sinh ra với chất chuẩn là dung dịch Na2S2O3 trực tiếp từ hệ phản ứng Quan sát sự thay đổi màu sắc của dung dịch, khi thấy dung dịch bắt đầu xuất hiện màu xanh thì ghi ngay thời điểm t Ta được thời gian phản ứng t1 ứng với thể tích V1, chính là thời gian sinh ra một lượng I2 tương ứng với 1 mL dung dịch Na2S2O3 đã cho vào hệ phản ứng trước đó Sau
đó nhanh chóng cho tiếp 1 mL dung dịch Na2S2O3 khác vào cốc (V2) rồi ghi lại thời gian t2 xuất hiện màu xanh của chỉ thị hồ tinh bột Thực hiện tương tự cho đến khi tổng thể tích dung dịch Na2S2O3 cho vào hệ phản ứng là 20,0 mL
2 Xác định V
Cho vào bình tam giác 250 mL có nút nhám đúng 25,00 mL dung dịch KI 0,5 N và 25,00 mL dung dịch
H2SO4 8 N và một ít dung dịch hồ tinh bột Cũng như trên, nếu dung dịch xuất hiện màu xanh thì thêm từng giọt dung dịch Na2S2O3 cho đến khi mất màu dung dịch
Dùng pipette lấy 10,00 mL dung dịch H2O2 3% cho vào bình Sau khoảng 20 phút, đem chuẩn độ toàn bộ lượng I2 được giải phóng ra bằng dung dịch Na2S2O3 0,5 N Giả sử dùng hết V mL dung dịch Na2S2O3 0,5 N thì:
5 V 2
V =
nghiệm 1 ở trên
Kết quả thí nghiệm trình bày theo Bảng 2.1
Trang 10Tài liệu Thực hành hoá lí Bộ môn Hoá lí – Khoa Hoá học - ĐH Sư phạm TP.HCM
Vt (Na2S2O3),
mL
V∞ = mL [KI] = ; T =
lg(V −Vt) k’1
t (phút) (V −Vt), mL
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Cách 1: Tính k'1 theo công thức (2.1) rồi suy ra giá trị trung bình, xác định nồng độ dung dịch KI trong thí nghiệm, từ đó tính được k1
Cách 2: Vẽ đường biểu diễn lg(V −Vt) theo t Từ hệ số góc ta suy ra k'1; biết k'1 tính được k1
So sánh k1 thu được từ hai phương pháp xử lí số liệu trên
Các hoá chất sau thí nghiệm được xử lí thải theo quy định
V CÂU HỎI
1 Vì sao giai đoạn (a) quyết định tốc độ của phản ứng tổng? Giải thích? Có phải giai đoạn chậm luôn quyết định vận tốc của một phản ứng hóa học không?
2 Giải thích vì sao phản ứng được xem là giả bậc 1? Phân biệt k1 và k2?
3 Trình bày ứng dụng của phương pháp chuẩn độ để khảo sát động học phản ứng
4 Giải thích vì sao trong bài thí nghiệm này nồng độ HI được xem như không đổi?
5 Tại sao khi chưa cho dung dịch H2O2 vào mà dung dịch có màu xanh thì phải cho dung dịch Na2S2O3 vào
để mất màu Nếu cho quá lượng Na2S2O3 cần thiết thì ảnh hưởng gì?
6 Tại sao khi vừa xuất hiện màu xanh của chỉ thị hồ tinh bột thì phải lập tức ghi ngay thời gian t và cho ngay
Trang 11Tài liệu Thực hành hoá lí Bộ môn Hoá lí – Khoa Hoá học - ĐH Sư phạm TP.HCM
BÀI 3 THIẾT LẬP PIN GALVANI VÀ XÁC ĐỊNH SỨC
ĐIỆN ĐỘNG CỦA PIN
I MỤC ĐÍCH
Thành lập một số pin galvani và xác định giá trị sức điện động pin
II CƠ SỞ LÍ THUYẾT
Pin galvani là pin điện hóa, được cấu tạo từ hai điện cực ghép lại với nhau, trong đó phản ứng xảy
ra trong pin là tự phát và có sự sản sinh ra dòng điện
+ Tại anode (-) diễn ra quá trình oxi hóa, + Tại cathode (+) diễn ra quá trình khử, Hai điện cực có thể dùng chung dung dịch chất điện li hoặc nối với nhau bằng màng ngăn xốp hoặc cầu muối
Sức điện động của pin được đo bằng một nguồn thế ngược dấu, sao cho phản ứng xảy ra trong pin là thuận nghịch và không có dòng điện:
𝐸 = 𝜑𝑐− 𝜑𝑎
III HÓA CHẤT, DỤNG CỤ
- 4 cốc 100 mL
- Pipet 1 mL có chia vạch
- 1 bình định mức 100 mL
- Kim loại Cu, Zn, Fe, Ni
- Giấy nhám, giấy lọc, dây dẫn điện, máy đo điện thế (multimeter)
- Dung dịch CuSO4 0,1 M, ZnSO4 0,1 M, KCl khan
IV HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH
1) Thiết lập pin galvani đơn giản và xác định sức điện động của pin
- Rót khoảng 50 mL dung dịch CuSO4 0,1 M và ZnSO4 0,1 M cho vào 2 cốc
- Các kim loại Cu và Zn được làm sạch lớp oxide bên ngoài bằng giấy nhám, chà lại bằng giấy lọc rồi rửa sạch bằng nước cất, thấm khô