Video clip thí nghiệm hóa cơ sở theo hệ thống tín chỉ

Hóa học đại cương gồm nhiều chương, trình bày lần lượt các nội dung cơ bản: cấu tạo chất, một số vấn đề cơ sở của hóa học, chiều hướng và mức độ biến thiên của các quá trình hóa học – cơ

Trang 1

KHOA SƯ PHẠM

BỘ MÔN SƯ PHẠM HÓA HỌC

VIDEO CLIP THÍ NGHIỆM HÓA CƠ SỞ

Luận văn Tốt Nghiệp Ngành: SƯ PHẠM HÓA HỌC

GV hướng dẫn: Sinh viên: Bùi Thị Kim Hoàng Th.S Nguyễn Mộng Hoàng Lớp: Sư phạm Hóa học K35

Mã số SV: 201967

Cần Thơ, 2013

Trang 2

GVHD: ThS Nguyễn Mộng Hoàng i SVTH: Bùi Thị Kim Hoàng

LỜI CÁM ƠN

Trong quá trình thực hiện đề tài, ngoài sự nỗi lực, phấn đấu của bản thân, tôi còn nhận được sự quan tâm, động viên và giúp đỡ của quý thầy cô, bạn bè, gia đình Nhân đây

tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến:

 Cô Phan Thị Ngọc Mai đã đã tận tình chỉ dạy, truyền đạt cho tôi nhiều kinh

nghiệm quý báu, kiến thức hữu ích trong việc nghiên cứu

 Thầy Nguyễn Mộng Hoàng trực tiếp hướng dẫn và theo sát tôi trong quá trình thực hiện đề tài, luôn đôn đốc, động viên, chỉ dẫn và đóng góp ý kiến cho đề tài luận văn của tôi được hoàn chỉnh hơn

 Thầy Nguyễn Điền Trung đã giúp đỡ và hướng dẫn tôi nhiệt tình trong quá trình

tiến hành thí nghiệm

 Thầy Cố vấn học tập và các Thầy Cô trong Bộ môn Sư phạm Hóa học đã tận tình giảng dạy và trang bị cho tôi vốn kiến thức vô cùng quý báu trong suốt thời gian học tập

tại trường

 Tôi chân thành biết ơn gia đình đã tạo điều kiện tốt nhất để tôi học tập, nghiên cứu,

và là nguồn động viên tinh thần to lớn giúp tôi vượt qua những khó khăn để hoàn thành

tốt đề tài

 Các bạn Huỳnh Thị Mai Linh, Văn Thị Kim Thành, Nguyễn Thị Thùy Dương, Tạ Thị Hồng Nhung, Võ Thái Sang, Thái Hoàng Tân, Võ Nhẫn Hoài, Đỗ Hoàng Vinh đã

giúp tôi trong quá trình quay video clip cho các bài thí nghiệm

 Tập thể lớp Sư phạm Hóa học K35 đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt 4 năm học

đại học

Xin chân thành cám ơn!

Bùi Thị Kim Hoàng

Trang 3

GVHD: ThS Nguyễn Mộng Hoàng ii SVTH: Bùi Thị Kim Hoàng

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Trang 4

GVHD: ThS Nguyễn Mộng Hoàng iii SVTH: Bùi Thị Kim Hoàng

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Trang 5

GVHD: ThS Nguyễn Mộng Hoàng iv SVTH: Bùi Thị Kim Hoàng

MỤC LỤC

LỜI CÁM ƠN i

MỤC LỤC iv

DANH MỤC CÁC BẢNG xvi

DANH MỤC CÁC HÌNH xviii

TÓM TẮT xix

MỞ ĐẦU xx

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI xx

2 CÁC GIẢ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI xx

3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN xx

3.1 Phương pháp xx

3.2 Phương tiện xxi

4 CÁC BƯỚC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI xxi

PHẦN 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1

1.1 MỘT SỐ VẤN ĐỀ CƠ SỞ CỦA HÓA HỌC[5] 1

1.1.1 Phương trình trạng thái khí 1

1.1.1.1 Phương trình trạng thái khí lí tưởng 1

1.1.1.2 Phương trình trạng thái khí thực 2

1.1.1.3 Vận dụng phương trình trạng thái khí thực 3

1.1.2 Định luật đương lượng 3

1.1.2.1 Đương lượng của các nguyên tố 3

1.1.2.2 Đương lượng của các hợp chất 4

1.1.2.3 Định luật đương lượng 4

1.1.2.4 Các phương pháp xác định đương lượng của các nguyên tố[15] 4

1.2 NGUYÊN LÍ I CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC VÀ ÁP DỤNG VÀO CÁC QUÁ TRÌNH HÓA HỌC[5] 5

1.2.1 Một số khái niệm cơ bản 5

Trang 6

GVHD: ThS Nguyễn Mộng Hoàng v SVTH: Bùi Thị Kim Hoàng

1.2.2 Định luật bảo toàn năng lượng – Nguyên lí 1 cuả nhiệt động học Nhiệt hóa

học 6

1.2.2.1 Nội năng 6

1.2.2.2 Entanpi 6

1.2.2.3 Áp dụng nguyên lí I của nhiệt động học cho các quá trình hóa học Nhiệt hóa học 8

1.2.3 Chiều hướng diễn biến của các quá trình hóa học 13

1.2.3.1 Entropi 13

1.2.3.2 Thế đẳng áp – đẳng nhiệt và chiều hướng diễn biến của các quá trình hóa học 14

1.3 CÂN BẰNG HÓA HỌC[7], [11] 16

1.3.1 Khái niệm về cân bằng hóa học 16

1.3.2 Sự chuyển dịch cân bằng hóa học Nguyên lí Le Chatelier 16

1.3.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ 17

1.3.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ 17

1.3.2.3 Ảnh hưởng của áp suất 18

1.4 TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ KHÁC NHAU ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG[5] 19

1.4.1 Khái niệm tốc độ phản ứng 19

1.4.2 Ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến tốc độ phản ứng 20

1.4.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ 20

1.4.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ 21

1.4.2.3 Ảnh hưởng của chất xúc tác 22

1.5 DUNG DỊCH CÁC CHẤT ĐIỆN LY[5] 23

1.5.1 Sự điện ly của các axit, bazơ (theo Bronsted) và muối trong dung dịch 23

1.5.2 Độ điện ly, hằng số phân ly 23

1.5.2.1 Độ điện ly 23

1.5.2.2 Hằng số điện ly 24

Trang 7

GVHD: ThS Nguyễn Mộng Hoàng vi SVTH: Bùi Thị Kim Hoàng

1.5.3 Sự điện ly của nước Khái niệm về pH 26

1.5.4 Tính pH của một số dung dịch 27

1.5.4.1 Dung dịch axit 27

1.5.4.2 Dung dịch bazơ 28

1.5.4.3 Dung dịch hỗn hợp: Axit và bazơ liên hợp của nó (hay bazơ và axit liên hợp của nó) Dung dịch đệm 29

1.5.5 Chuẩn độ axit – bazơ 31

1.5.5.1 Chuẩn độ một axit mạnh bằng một bazơ mạnh 31

1.5.5.2 Chuẩn độ một axit yếu bằng một bazơ mạnh 32

1.5.6 Chất chỉ thị màu axit – bazơ 33

1.5.7 Cân bằng thủy phân 35

1.5.7.1 Sự thủy phân của các muối trong nước 35

1.5.7.2 Cân bằng trong dung dịch của các chất điện ly ít tan Tích số tan 37

1.5.8 Cân bằng tạo phức trong dung dịch 38

1.5.8.1 Khái niệm về sự tạo phức 38

1.5.8.2 Hằng số cân bằng tạo phức 39

1.6 PHẢN ỨNG OXI – HÓA KHỬ HÓA HỌC VÀ DÒNG ĐIỆN[5] 39

1.6.1 Phản ứng oxi hóa khử 39

1.6.1.1 Một số định nghĩa và khái niệm về phản ứng oxi hóa khử 39

1.6.1.2 Cặp oxi hóa – khử Thế khử của các cặp oxi hóa – khử 40

1.6.1.3 Chiều của phản ứng oxi hóa khử 41

1.6.1.4 Hằng số cân bằng của phản ứng oxi hóa khử 42

1.6.2 Hóa học và dòng điện 43

1.6.2.1 Pin Ganvani 43

1.6.2.2 Sức điện động của pin Thế điện cực Phương pháp xác định thế điện cực 46

1.6.2.3 Pin nồng độ 46

1.6.2.4 Điện phân 47

Trang 8

GVHD: ThS Nguyễn Mộng Hoàng vii SVTH: Bùi Thị Kim Hoàng

1.6.3 Sự ăn mòn kim loại[14] 49

1.6.3.1 Sự ăn mòn điện hóa 50

1.6.3.3 Sự chống ăn mòn 50

PHẦN 2 THỰC NGHIỆM 51

2.1 XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG MOL CỦA ĐIETYL ETE THEO PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI KHÍ THỰC 51

2.1.1 Mục đích 51

2.1.2 Dụng cụ 51

2.1.3 Hóa chất 51

2.1.4 Nguyên tắc 51

2.1.5 Cách tiến hành thí nghiệm 52

2.1.6 Kết quả thí nghiệm 53

2.1.7 Câu hỏi 53

2.2 XÁC ĐỊNH ĐƯƠNG LƯỢNG CỦA MAGIE THEO PHƯƠNG PHÁP ĐẨY HIĐRO 55

2.2.2 Dụng cụ 55

2.2.5 Thực hành 56

2.2.5.1 Xác định thể tích hiđro 56

2.2.5.2 Xác định áp suất hiđro 57

2.2.5.3 Kết quả 57

2.2.6 Câu hỏi 57

2.3 HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA PHẢN ỨNG 58

2.3.2 Dụng cụ 58

Trang 9

GVHD: ThS Nguyễn Mộng Hoàng viii SVTH: Bùi Thị Kim Hoàng

2.3.4 Đại cương 58

2.3.5.1 Đo hiệu ứng nhiệt của phản ứng giữa dung dịch HCl 1M và dung dịch NaOH 1M 59

2.3.5.2 Đo hiệu ứng nhiệt của phản ứng giữa dung dịch CH3COOH và dung dịch NaOH 1M 60

2.3.5.3 Đo hiệu ứng nhiệt của phản ứng giữa dung dịch NH4Cl 1M và dung dịch NaOH 1M 60

2.3.5.4 Khảo sát định tính nhiệt hòa tan các muối 60

2.3.6 Câu hỏi 60

2.4 CÂN BẰNG HÓA HỌC 62

2.4.2 Dụng cụ 62

2.4.4.1 Hằng số cân bằng 62

2.4.4.2 Đinh luật Le Chatelier và các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng 63

2.4.5.1 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ đến cân bằng 64

2.4.5.2 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến cân bằng 65

2.4.5.3 Khảo sát ảnh hưởng của ion chung (hiệu ứng ion) đến cân bằng 66

2.4.6 Câu hỏi 66

2.5 ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ, NHIỆT ĐỘ, CHẤT XÚC TÁC ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG 67

2.5.2 Dụng cụ 67

Trang 10

GVHD: ThS Nguyễn Mộng Hoàng ix SVTH: Bùi Thị Kim Hoàng

2.5.4.1 Ảnh hưởng của nồng độ tác chất đến vận tốc phản ứng 67

2.5.4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến vận tốc phản ứng 68

2.5.4.3 Ảnh hưởng của chất xúc tác đến vận tốc phản ứng 68

2.5.5.1 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ tác chất đến vận tốc phản ứng 69

2.5.5.2 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến vận tốc phản ứng 70

2.5.5.3 Khảo sát ảnh hưởng của chất xúc tác đến vận tốc phản ứng 71

2.5.6 Câu hỏi 72

2.6 ĐỊNH PHÂN AXIT VÀ BAZƠ 73

2.6.2 Dụng cụ 73

2.6.4 Đại cương về phép thể tích định phân 73

2.6.4.1 Nguyên tắc 73

2.6.4.2 Khái niệm nồng độ đương lượng C (độ nguyên chuẩn C) và chuẩn độ khối lượng P 73

2.6.4.3 Hệ thức căn bản của phép thể tích định phân 74

2.6.5.1 Định phân dung dịch HCl bằng dung dịch NaOH 0,1N 75

2.6.5.2 Định phân dung dịch muối Na2CO3 bằng dung dịch HCl 0,1N 75

2.6.6 Câu hỏi 76

2.7 ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH BAZƠ CHUẨN NaOH 0,1N 77

2.7.1.Mục đích 77

2.7.2 Dụng cụ 77

2.7.5.1 Pha 250 ml dung dịch axit oxalic 0,1N (cần chính xác) 78

Trang 11

GVHD: ThS Nguyễn Mộng Hoàng x SVTH: Bùi Thị Kim Hoàng

2.7.5.2 Pha 250 ml dung dịch NaOH có nồng độ lớn hơn 0,1N 78

2.7.5.3 Điều chế 100 ml dung dịch NaOH 0,1N 78

2.7.5.4 Định phân dung dịch axit CH3COOH (đp) 79

2.7.6 Câu hỏi 80

2.8 ĐỊNH PHÂN OXY HÓA – KHỬ 81

2.8.2 Dụng cụ 81

2.8.5.1 Định phân dung dịch Na2S2O3 (đp) bằng dung dịch I2 0,1N 83

2.8.5.2 Định phân dung dịch FeSO4 (đp) bằng dung dịch KMnO4 0,1N trong môi trường axit 84

2.8.6 Câu hỏi 84

2.9 DUNG DỊCH ĐỆM 85

2.9.2 Dụng cụ 85

2.10 DUNG DỊCH ĐIỆN LY 90

2.10.1 Mục đích 90

2.10.2 Dụng cụ 90

2.10.3 Hóa chất 90

2.10.4 Lý thuyết 90

2.10.5.1 Khảo sát tính dẫn điện của dung dịch 92

2.10.5.2 Khảo sát kết quả của sự điện ly 92

Trang 12

GVHD: ThS Nguyễn Mộng Hoàng xi SVTH: Bùi Thị Kim Hoàng

2.10.6 Câu hỏi 92

2.11 SỰ THỦY PHÂN – TÍCH SỐ TAN CỦA CÁC CHẤT ĐIỆN LY ÍT TAN 93

2.11.1 Mục đích 93

2.11.2 Dụng cụ 93

2.11.3 Hoá chất 93

2.11.4 Cơ sở lý thuyết 93

2.11.4.1 Sự thủy phân của các muối trong nước 93

2.11.4.2 Tích số tan của chất điện ly ít tan 95

2.11.5.1 Khảo sát sự thủy phân của các muối trong muối 95

2.11.5.2 Điều kiện tạo thành kết tủa 96

2.11.5.3 Điều kiện hòa tan kết tủa 97

2.12 PIN ĐIỆN HÓA – THẾ ĐIỆN CỰC SỰ ĐIỆN PHÂN 99

2.12.1 Mục đích 99

2.12.2 Dụng cụ 99

2.12.3 Hóa chất 99

2.12.4 Cơ sở lý thuyết 99

2.12.4.1 Pin Ganvani, thế điện cực 99

2.12.4.2 Sự điện phân 101

2.12.5.1 Khảo sát định lượng: đo sức điện động của pin 103

2.12.5.2 Ăn mòn điện hóa 104

2.12.5.3 Sự điện phân 104

2.12.6 Câu hỏi 105

PHẦN 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 106

3.1 XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG MOL CỦA ĐIETYL ETE THEO PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI KHÍ THỰC 106

Trang 13

GVHD: ThS Nguyễn Mộng Hoàng xii SVTH: Bùi Thị Kim Hoàng

3.2 XÁC ĐỊNH ĐƯƠNG LƯỢNG CỦA MAGIE THEO PHƯƠNG PHÁP ĐẨY

HIĐRO 108

3.3 HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA PHẢN ỨNG 109

3.3.1 Đo hiệu ứng nhiệt của phản ứng giữa dung dịch HCl 1M và dung dịch NaOH 1M 109

3.3.2 Đo hiệu ứng nhiệt của phản ứng giữa dung dịch CH3COOH và dung dịch NaOH 1M 109

3.3.3 Đo hiệu ứng nhiệt của phản ứng giữa dung dịch NH4Cl 1M và dung dịch NaOH 1M 110

3.3.4 Khảo sát định tính nhiệt hòa tan các muối 110

3.4 CÂN BẰNG HÓA HỌC 112

3.4.1 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ đến cân bằng 112

3.4.1.1 Thí nghiệm 1 112

3.4.1.2 Thí nghiệm 2 113

3.4.2 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến cân bằng 116

3.4.3 Khảo sát ảnh hưởng của ion chung (hiệu ứng ion) đến cân bằng 117

3.5 ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ, NHIỆT ĐỘ, CHẤT XÚC TÁC ĐẾN VẬN TỐC PHẢN ỨNG 119

3.5.1 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ tác chất đến vận tốc phản ứng 119

3.5.2 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến vận tốc phản ứng 120

3.5.3 Khảo sát ảnh hưởng của chất xúc tác đến vận tốc phản ứng 121

3.6 ĐỊNH PHÂN AXIT VÀ BAZƠ 122

3.6.1 Định phân dung dịch HCl bằng dung dịch NaOH 0,1N 122

3.6.2 Định phân dung dịch Na2CO3 bằng dung dịch HCl 0,1N 123

3.7 ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH BAZƠ CHUẨN NaOH 0,1N 125

3.7.1 Định phân dung dịch NaOH có nồng độ lớn hơn 0,1N bằng dung dịch axit oxalic 0,1N 125

3.7.2 Pha 100 ml dung dịch NaOH 0,1N 125

Trang 14

GVHD: ThS Nguyễn Mộng Hoàng xiii SVTH: Bùi Thị Kim Hoàng

3.7.3 Kiểm chứng 126

3.7.4 Định phân dung dịch CH3COOH bằng dung dịch NaOH 0,1N 126

3.8 ĐỊNH PHÂN OXY HÓA – KHỬ 128

3.8.1 Định phân dung dịch Na2S2O3 (đp) bằng dung dịch I2 0,1N 128

3.8.2 Định phân dung dịch FeSO4 bằng dung dịch KMnO4 0,1N trong môi trường axit 129

3.9 DUNG DỊCH ĐỆM 131

3.9.1 Thí nghiệm 1 131

3.10 DUNG DỊCH ĐIỆN LY 142

3.10.1 Khảo sát tính dẫn điện của dung dịch 142

3.10.2 Khảo sát kết quả của sự điện ly 143

3.10.2.1 Thí nghiệm 1 143

3.10.2.2 Thí nghiệm 2 144

3.11 SỰ THỦY PHÂN – TÍCH SỐ TAN CỦA CÁC CHẤT ĐIỆN LY ÍT TAN 146

3.11.1 Khảo sát sự thủy phân của các muối trong nước 146

3.11.1.1 Thí nghiệm 1 146

3.11.1.2 Thí nghiệm 2 147

3.11.1.3 Thí nghiệm 3 147

3.11.2 Điều kiện tạo thành kết tủa 148

3.11.2.1 Thí nghiệm 1 148

3.11.2.2 Thí nghiệm 2 149

3.11.3 Điều kiện hòa tan kết tủa 150

3.11.3.1 Thí nghiệm 1 150

3.11.3.2 Thí nghiệm 2 151

3.11.3.3 Thí nghiệm 3 151

Trang 15

GVHD: ThS Nguyễn Mộng Hoàng xiv SVTH: Bùi Thị Kim Hoàng

3.11.3.4 Thí nghiệm 4 151

3.12 PIN ĐIỆN HÓA – THẾ ĐIỆN CỰC, SỰ ĐIỆN PHÂN 153

3.12.1 Khảo sát định lượng: đo sức điện động của pin 153

3.12.1.1 Thí nghiệm 1 153

3.12.1.2 Thí nghiệm 2 154

3.12.1.3 Thí nghiệm 3: Pin nồng độ 154

3.12.2 Ăn mòn điện hóa 155

3.12.2.1 Thí nghiệm 4 155

3.12.2.2 Thí nghiệm 5 156

3.12.3 Sự điện phân 157

3.12.3.1 Thí nghiệm 6: điện phân dung dịch KI với điện cực trơ 157

3.12.3.2 Thí nghiệm 7: điện phân với anốt tan 157

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 159

PHỤ LỤC 160

HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG CÁC DỤNG CỤ CƠ BẢN 160

TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM 160

HƯỚNG DẪN CÁCH TRÌNH BÀY PHÚC TRÌNH 166

THÍ NGHIỆM HÓA CƠ SỞ 166

Phụ lục 1 XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG MOL CỦA ĐIETYL ETE THEO PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI KHÍ THỰC 166

Phụ lục 2 XÁC ĐỊNH ĐƯƠNG LƯỢNG CỦA MAGIE THEO PHƯƠNG PHÁP ĐẨY HIĐRO 167

Phụ lục 3 HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA PHẢN ỨNG 168

Phụ lục 4 CÂN BẰNG HÓA HỌC 170

Phụ lục 5 ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ, NHIỆT ĐỘ, CHẤT XÚC TÁC ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG 171

Phụ lục 6 ĐỊNH PHÂN AXIT VÀ BAZƠ 173

Phụ lục 7 ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH BAZƠ CHUẨN NaOH 0,1N 175

Trang 16

GVHD: ThS Nguyễn Mộng Hoàng xv SVTH: Bùi Thị Kim Hoàng

Phụ lục 8 ĐỊNH PHÂN OXY HÓA – KHỬ 176Phụ lục 9 DUNG DỊCH ĐỆM 178Phụ lục 10 DUNG DỊCH ĐIỆN LY 179Phụ lục 11 SỰ THỦY PHÂN – TÍCH SỐ TAN CỦA CÁC CHẤT ĐIỆN LY ÍT TAN 180Phụ lục 12 PIN ĐIỆN HÓA – THẾ OXY ĐIỆN CỰC SỰ ĐIỆN PHÂN 181TÀI LIỆU THAM KHẢO 182

Trang 17

GVHD: ThS Nguyễn Mộng Hoàng xvi SVTH: Bùi Thị Kim Hoàng

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Mẫu ghi các số liệu thí nghiệm bài xác định khối lượng mol của đietyl ete 53

Bảng 2.2 Bảng tra cứu H O(bh) 2 P theo nhiệt độ khi làm thí nghiệm 57

Bảng 2.3 Mẫu ghi số liệu thí nghiệm bài xác định đương lượng của magie 57

Bảng 2.4 Dụng cụ thí nghiệm bài hiệu ứng nhiệt 58

Bảng 2.5 Dụng cụ thí nghiệm bài cân bằng hóa học 62

Bảng 2.6 Dụng cụ thí nghiệm bài ảnh hưởng của nồng độ, nhiệt độ, chất xúc tác đến vận tốc phản ứng 67

Bảng 2.7 Mẫu kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nồng độ tác chất đến tốc độ phản ứng 69

Bảng 2.8 Mẫu ghi kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng 71

Bảng 2.9 Mẫu ghi kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của chất xúc tác đến tốc độ phản ứng 72

Bảng 2.10 Dụng cụ thí nghiệm bài định phân axit bazơ 73

Bảng 2.11 Dụng cụ thí nghiệm bài điều chế dung dịch bazơ chuẩn 77

Bảng 2.12 Dụng cụ thí nghiệm bài định phân oxy hóa – khử 81

Bảng 2.13 Dụng cụ thí nghiệm bài dung dịch đệm 85

Bảng 2.14 Dụng cụ thí nghiệm bài dung dịch điện ly 90

Bảng 2.15 Dụng cụ thí nghiệm bài sự thủy phân – tích số tan của chất điện ly ít tan 93

Bảng 2.16 Dụng cụ thí nghiệm bài pin điện hóa – thế điện cực, sự điện phân 99

Bảng 3.1 Bảng số liệu thí nghiệm bài xác định khối lượng mol của đietyl ete theo phương trình trạng thái khí thực 106

Bảng 3.2 Mẫu ghi số liệu thí nghiệm 108

Bảng 3.3 Kết quả đo hiệu ứng nhiệt của phản ứng giữa dung dịch HCl 1M với dung dịch NaOH 1M 109

Trang 18

GVHD: ThS Nguyễn Mộng Hoàng xvii SVTH: Bùi Thị Kim Hoàng

Bảng 3.4 Kết quả đo hiệu ứng nhiệt của phản ứng giữa dung dịch CH3COOH và dung

dịch NaOH 1M 109

Bảng 3.5 Kết quả đo hiệu ứng nhiệt của phản ứng giữa dung dịch NH4Cl 1M và dung dịch NaOH 1M 110

Bảng 3.6 Kết quả khảo sát nhiệt hòa tan của các muối 110

Bảng 3.7 Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nồng độ tác chất đến vận tốc phản ứng 119

Bảng 3.8 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến vận tốc phản ứng 120

Bảng 3.9 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của chất xúc tác đến vận tốc phản ứng 121

Bảng 3.10 Kết quả định phân dung dịch HCl bằng dung dịch NaOH 0,1N 122

Bảng 3.11 Kết quả định phân dung dịch Na2CO3 bằng dung dịch HCl 0,1N 123

Bảng 3.12 Kết quả thí nghiệm định phân dung dịch NaOH có nồng độ lớn hơn 0,1N bằng dung dịch axit oxalic 0,1N 125

Bảng 3.13 Kết quả thí nghiệm định phân dung dịch NaOH 0,1N vừa mới pha bằng dung dịch axit oxalic 0,1N 126

Bảng 3.14 Kết quả thí nghiệm định phân dung dịch CH3COOH bằng dung dịch NaOH 0,1N 126

Bảng 3.15 Kết quả thí nghiệm định phân dung dịch Na2S2O3 (đp) bằng dung dịch I2 0,1N 128

Bảng 3.16 Kết quả định phân dung dịch FeSO4 bằng dung dịch KMnO4 0,1N trong môi trường axit 129

Bảng 3.17 Kết quả thí nghiệm khảo sát tính dẫn điện của dung dịch 142

Trang 19

GVHD: ThS Nguyễn Mộng Hoàng xviii SVTH: Bùi Thị Kim Hoàng

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Nhiệt lượng kế 11

Hình 1.2 Các đường cong chuẩn độ 33

Hình 1.3 Pin Ganvani 43

Hình 2.1 Bộ dụng cụ xác định khối lượng mol 51

Hình 2.2 Bộ dụng cụ xác định đương lượng Mg 55

Hình 2.3 Chất xúc tác ảnh hưởng đến năng lượng hoạt hóa 69

Hình 2.4 Bộ dụng cụ dụng cụ điện ly 90

Trang 20

GVHD: ThS Nguyễn Mộng Hoàng xix SVTH: Bùi Thị Kim Hoàng

TÓM TẮT

Nhằm góp phần cung cấp thêm nguồn tài liệu tham khảo về các thí nghiệm hóa cơ

sở phục vụ cho việc học tập, nghiên cứu của sinh viên chuyên ngành sư phạm Hóa học

nói riêng và các chuyên ngành khác có liên quan đến Hóa học nói chung, đề tài “Video

clip thí nghiệm hóa cơ sở” đã được thực hiện

Qua quá trình nghiên cứu, tham khảo và vận dụng các lý thuyết có liên quan đến hóa đại cương, luận văn đã thiết kế và quay thành công 12 bài thí nghiệm hóa cơ sở và 1 bài hướng dẫn sử dụng các dụng cụ cơ bản trong phòng thí nghiệm, thuộc các lĩnh vực hóa cơ sở 1, hóa cơ sở 2, nhiệt động hóa học, động hóa học và điện hóa học Các bài thí nghiệm được xây dựng trên cơ sở mục đích, dụng cụ, hóa chất, nguyên tắc, thực hành và các câu hỏi thảo luận cùng với video clip kèm theo Mỗi bài thí nghiệm được lặp lại nhiều lần, lấy giá trị trung bình và xử lý số liệu Sau khi các thí nghiệm đã được chuẩn hóa về mặt nội dung và hình thức thì tiến hành quay và xử lý video clip

Trang 21

GVHD: ThS Nguyễn Mộng Hoàng xx SVTH: Bùi Thị Kim Hoàng

MỞ ĐẦU



1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Học tập và nghiên cứu môn “Thực tập Hóa Cơ Sở” sẽ giúp cho sinh viên chuyên

ngành Hóa và các ngành liên quan đến Hóa ban đầu tiếp cận với việc nghiên cứu thực nghiệm Theo chương trình học theo tín chỉ, một tiết học trên lớp, yêu cầu sinh viên phải chuẩn bị ít nhất ba tiết tự học tại nhà Do vậy, ngoài việc tìm hiểu kỹ giáo trình môn học trước khi đến lớp, sinh viên cần tham khảo thêm các tài liệu có liên quan từ nhiều nguồn thông tin khác nhau như: sách, báo, tạp chí khoa học, Internet,… Đặc biệt, đối với các môn học thực nghiệm này, việc nghiên cứu trước các video clip thí nghiệm sẽ giúp sinh viên có một cách nhìn tổng quan về những việc cần làm trước khi đến phòng thí nghiệm, cũng như hình dung được các hiện tượng thí nghiệm có thể xảy ra, Từ đó có sự chuẩn

bị, sắp xếp các bước làm cho bài thí nghiệm của mình một cách logic nhất, hiệu quả nhất

mà vẫn đảm bảo đủ thời lượng lên lớp cho phép Để góp phần cung cấp thêm nguồn tài

liệu tham khảo phục vụ cho việc học tập và nghiên cứu, đề tài “Video clip các bài thí

nghiệm hóa cơ sở theo hệ thống tín chỉ” là nguồn tài liệu cần thiết cho sinh viên Đây sẽ

là một trong các tài liệu tham khảo hữu ích không thể thiếu trong vô số các tài liệu có liên quan nhằm giúp sinh viên nâng cao hiệu quả học tập của mình

2 CÁC GIẢ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI

Cũng giống như những môn học thực nghiệm khác, hóa học bao gồm những phần

lý thuyết có thể kiểm chứng bằng thực nghiệm Với đề tài “Video clip các bài thí nghiệm

hóa cơ sở theo hệ thống tín chỉ” chủ yếu vận dụng các kiến thức đã học về hóa cơ sở 1,

hóa cơ sở 2, động hóa học, nhiệt động hóa học và điện hóa học Bên cạnh việc minh họa các nguyên lý đã được công nhận, mà còn phát triển được năng lực nghiên cứu của sinh viên qua việc làm quen với các thao tác làm thí nghiệm và xử lý số liệu thực nghiệm

3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN

3.1 Phương pháp

3.1.1 Phương pháp nghiên cứu lý luận

Trang 22

GVHD: ThS Nguyễn Mộng Hoàng xxi SVTH: Bùi Thị Kim Hoàng

 Tìm kiếm, tham khảo các tài liệu có liên quan đến hóa đại cương từ sách vở, Internet, …

 Lập đề cương chi tiết cho công việc cần làm

3.1.2 Phương pháp thực nghiệm

 Chuẩn bị dụng cụ, phương tiện và hóa chất thí nghiệm

 Tìm hiểu kỹ các bài thí nghiệm

 Tra cứu các số liệu cần thiết

 Thực hiện thí nghiệm, mỗi thí nghiệm được thực hiện nhiều lần và chọn ra 3 lần có kết quả tốt nhất

 Ghi nhận kết quả, tập hợp số liệu và xử lý

 Quay và xử lý video clip cho các bài thí nghiệm

3.2 Phương tiện

3.2.1 Dụng cụ - thiết bị

Dụng cụ: Buret, pipet, bình định mức, becher, erlen, ống đong, ống nghiệm, nhiệt

kế, đũa thủy tinh, chậu thủy tinh, ống nhỏ giọt, quả bóp cao su

Thiết bị: Máy quay phim, bộ xác định khối lượng mol, bộ điện phân, bộ điện ly, cân kỹ thuật, bể điều nhiệt, thiết bị đo Epin

3.2.2 Hóa chất

Các hoá chất tinh khiết công nghiệp cần dùng

4 CÁC BƯỚC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

Đề tài được thực hiện qua các giai đoạn:

 Giai đoạn 1: Chuẩn bị và tìm tài liệu

 Nhận đề tài và viết đề cương chi tiết cho đề tài (tháng 09/2012)

 Tìm tài liệu tham khảo (từ tháng 09/2012 đến tháng 10/2012)

 Giai đoạn 2: Chuẩn bị dụng cụ, hóa chất, tiến hành thí nghiệm, quay và xử lý video clip (từ tháng 10/2012 đến tháng 04/2013)

 Giai đoạn 3: Viết nội dung đề tài (tháng 04/2013)

 Tra cứu các số liệu cần thiết

Trang 23

GVHD: ThS Nguyễn Mộng Hoàng xxii SVTH: Bùi Thị Kim Hoàng

 Tập hợp và xử lý số liệu

 Viết bài luận văn

 Giai đoạn 4: Hoàn thành đề tài (tháng 05/2013)

 Nộp bản thảo luận văn cho giáo viên hướng dẫn nhận xét và góp ý

 Điều chỉnh và hoàn chỉnh bài luận văn

 Báo cáo bảo vệ luận văn

Trang 24

GVHD: ThS Nguyễn Mộng Hoàng 1 SVTH: Bùi Thị Kim Hoàng

PHẦN 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT



Hóa học đại cương là được coi là nền móng của chuyên ngành Hóa hoặc các chuyên ngành liên quan đến Hóa, nội dung bao gồm những lí thuyết cơ sở của Hóa lý, cần trang

bị cho những sinh viên năm đầu trước khi học các môn học khác

Hóa học đại cương gồm nhiều chương, trình bày lần lượt các nội dung cơ bản: cấu tạo chất, một số vấn đề cơ sở của hóa học, chiều hướng và mức độ biến thiên của các quá trình hóa học – cơ sở của nhiệt động hóa học, cân bằng hóa học, tốc độ và cơ chế của phản ứng hóa học, dung dịch, phản ứng oxi hóa – khử và dòng điện

Tuy nhiên, do giới hạn của đề tài nên luận văn chỉ trình bày một số lý thuyết cơ bản liên quan đến phần thực nghiệm

1.1 MỘT SỐ VẤN ĐỀ CƠ SỞ CỦA HÓA HỌC[5]

1.1.1 Phương trình trạng thái khí

1.1.1.1 Phương trình trạng thái khí lí tưởng

Những nghiên cứu về tính chất của các chất khí cho thấy rằng ở nhiệt độ không quá thấp và áp suất không quá cao (so với nhiệt độ và áp suất thường), phần lớn các khí tuân theo một hệ thức gọi là phương trình trạng thái khí lí tưởng:

Khi T = const, thì PV = const Đó là nội dung định luật Boyle

Khi P = const thì V/T = nR/P = const hay V1/T1 = V2/T2 Đó là nội dung của định luật Charles

Khi V = const thì P/T = nR/V = const, hay P1/T1 = P2/T2 Đó là nội dung của định

Trang 25

luật Gay-Lussac

Như vậy định luật Boyle, Charles, Gay-Lussac là những trường hợp riêng của một định luật chung được biểu diễn bằng phương trình trạng thái khí lí tưởng

b) Khi n = 1, PV = RT hay PV/T = R = const

Để tính giá trị của hằng số khí R người ta có thể lấy các giá trị P, V, T tương ứng với các điều kiện nào đó Thường người ta lấy các giá trị ở điều kiện tiêu chuẩn:

Po = 101325 Pa, Vo = 22,4.10-3 m3, To = 273,15K

Khi đó: R =101325 N / m 22, 4.10 m2 -3 3

273,15 K 8,314 J/mol.K

Chú ý: Giá trị của R phụ thuộc vào các đơn vị tương ứng của áp suất và thể tích:

Khi P biểu diễn bằng atm, V biểu diễn bằng lít, R = 0,082 l.atm/mol.K

Khi P biểu diễn bằng mmHg, V biểu diễn bằng ml, R = 62400 mmHg.ml/mol.K

Trong thực tế, người ta còn hay dùng một đơn vị khác của R là cal/mol.K, khi đó

R =1,987 cal/mol.K

1.1.1.2 Phương trình trạng thái khí thực

Vì các phân tử khí thực có thể tích khác không, giữa các phân tử khí thực có tương tác, cho nên để mô tả tính chất của các khí thực bằng một phương trình trạng thái có dạng tương tự phương trình trạng thái của khí lí tưởng người ta phải đưa thêm vào các hệ số bổ chính, đặc trưng cho hai yếu tố này Hệ thức thỏa mãn điều kiện này là phương trình Van

de Waals:

2 2

n a

P (V nb) nRTV

a là hằng số đặc trưng cho tương tác giữa các phân tử, có thứ nguyên: l2.atm.mol-2

b là hằng số đặc trưng cho kích thước của các phân tử, có thứ nguyên: l.mol-1

Tuy nhiên, trong những tính toán gần đúng ở nhiệt độ không quá thấp và áp suất không quá cao, người ta vẫn áp dụng phương trình trạng thái khí lí tưởng cho các khí thực

Trang 26

1.1.2 Định luật đương lượng

1.1.2.1 Đương lượng của các nguyên tố

Đương lượng của một nguyên tố là số phần khối lượng của nguyên tố đó kết hợp hay thay thế 1,008 phần khối lượng hiđro hoặc với 8 đơn vị của oxi trong các phản ứng hóa học

Theo định nghĩa trên, đương lượng là một đại lượng không có thứ nguyên Trong thực tế hóa học người ta thường dùng đương lượng gam, với quy ước:

“ Đương lượng gam của một chất là khối lượng của chất đó biểu diễn bằng gam và có trị

số bằng đương lượng của nó.”

Đương lượng của một nguyên tố bằng khối lượng nguyên tử của nguyên tố đó chia cho hóa trị của nó: Đ = A

n

Trang 27

Trong đó: Đ: đương lượng của nguyên tố A

A: khối lượng nguyên tử

n: hóa trị của nguyên tố trong trường hợp được xét

1.1.2.2 Đương lượng của các hợp chất

1.1.2.2.1 Trong các phản ứng trao đổi

Đương lượng của axit HnX bằng khối lượng phân tử của axit chia cho số proton trao đổi

Đương lượng của bazơ M(OH)m bằng khối lượng phân tử của bazơ chia cho số hidroxyl trao đổi

Đương lượng của muối MpXq bằng khối lượng phân tử của muối chia cho tổng số điện tích dương của các ion kim loại (hay tổng số điện tích âm của các gốc axit)

1.1.2.2.2 Trong các phản ứng oxi hóa - khử

Bản chất của phản ứng oxi hóa – khử là sự trao đổi electron Nếu trong phản ứng, một chất trao đổi (cho hay nhận) n electron thì đượng lượng của nó trong phản ứng bằng khối lượng phân tử chia cho n

1.1.2.3 Định luật đương lượng

Nồng độ đương lượng được biểu diễn bằng số đương lượng gam chất tan trong 1 lít dung dịch Kí hiệu là N

Định luật đương lượng:“Các chất tham gia phản ứng vừa đủ khi số đương lượng

của chúng vừa bằng với nhau.”

1.1.2.4 Các phương pháp xác định đương lượng của các nguyên tố [15]

1.1.2.4.1 Phương pháp xác định trực tiếp

Dựa trên phản ứng trực tiếp của chất cần xác định đương lượng với một chất đã biết đương lượng Bằng thực nghiệm xác định được khối lượng các chất tham gia phản ứng sau đó dựa vào định nghĩa hoặc dựa vào định luật đương lượng, tính được đương lượng chất cần tìm

1.1.2.4.2 Phương pháp phân tích

Dựa vào việc phân tích chính xác thành phần của một hợp chất của nguyên tố cần

Trang 28

xác định đương lượng với một nguyên tố đã biết đương lượng rồi tiếp tục tính toán như phương pháp trên

1.1.2.4.3 Phương pháp đẩy hiđro

Phương pháp này dựa trên định nghĩa đương lượng và thường được áp dụng để xác định đương lượng của các kim loại phản ứng với axit hoặc bazơ giải phóng hiđro

1.1.2.4.4 Phương pháp điện hóa

Phương pháp này dựa trên định luật Faraday

Một điện lượng 96500 Coulomb cho đi qua dung dịch chất điện giải sẽ phân hủy hoặc tạo thành một đương lượng gam chất trên điện cực

1.2 NGUYÊN LÍ I CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC VÀ ÁP DỤNG VÀO CÁC QUÁ TRÌNH HÓA HỌC[5]

1.2.1 Một số khái niệm cơ bản

Hệ: là đối tượng cần nghiên cứu các tính chất nhiệt động Môi trường xung quanh là toàn bộ phần còn lại của vũ trụ bao quanh hệ

Trong đó:

 Hệ hở: là hệ có thể trao đổi chất và năng lượng với môi trường xung quanh

 Hệ kín: là hệ không có trao đổi chất mà chỉ có trao đổi năng lượng với môi trường xung quanh

 Hệ cô lập: là hệ không trao đổi cả chất lẫn đổi năng lượng với môi trường xung quanh Trạng thái (hay trạng thái vĩ mô) của một hệ được xác định bởi một tập hợp các giá trị của các thông số như: nhiệt độ T, áp suất P, phần mol xi, của mỗi chất trong hệ,… Các thông số này được gọi là thông số trạng thái, các thông số này có liên hệ với nhau bằng các phương trình trạng thái

Khi một hệ chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác ta nói hệ thực hiện một quá trình Quá trình thuận nghịch là quá trình có thể xảy ra theo hai chiều ngược nhau và tương đối chậm, sao cho ở mỗi thời điểm người ta có thể biết được trạng thái của hệ Những quá trình biến đổi không tuân theo các điều kiện này được gọi là bất thuận nghịch Tất cả các quá trình tự diễn biến trong tự nhiên đều là bất thuận nghịch nên gọi quá trình

Trang 29

này là quá trình tự diễn biến

1.2.2 Định luật bảo toàn năng lượng – Nguyên lí 1 cuả nhiệt động học Nhiệt hóa học

1.2.2.1 Nội năng

Nguyên lí 1 của nhiệt động học về thực chất là định luật bảo toàn năng lượng:

“Năng lượng của một hệ cô lập luôn được bảo toàn”

Vì hệ là cô lập cho nên khái niệm “năng lượng của hệ” nói ở đây chỉ tất cả các dạng năng lượng chứa trong hệ, gồm động năng của các phân tử, năng lượng dao động, năng lượng quay, năng lượng liên kết hóa học, năng lượng hạt nhân, trừ động năng của toàn

bộ hệ và thế năng của hệ trong trọng trường Năng lượng này được gọi là nội năng, kí hiệu U

Nội năng của hệ là một hàm trạng thái và chỉ phụ thuộc vào trạng thái của nó (được xác định bằng các thông số trạng thái ni, T, P)

Khi chuyển hệ từ trạng thái 1 (thường gọi là trạng thái đầu) sang trạng thái 2 (trạng thái cuối), biến thiên nội năng của hệ là:  U U2U1 UcUñ (1.4)

Trang 30

Trong quá trình giãn nở khí ở áp suất không đổi, P = const;

 (2)   (2)   (1) (1)

Người ta nói, trong quá trình đẳng áp – đẳng nhiệt, lượng nhiệt trao đổi bằng biến

Trang 31

thiên entanpi của hệ

Trong quá trình đẳng tích – đẳng nhiệt (V = const), dV = 0 Từ (1.6)→ A = 0

1.2.2.3 Áp dụng nguyên lí I của nhiệt động học cho các quá trình hóa học Nhiệt hóa học

1.2.2.3.1 Hiệu ứng nhiệt của các phản ứng hóa học

Những quan sát thực tế cho thấy rằng các phản ứng hóa học thường phát hay thu nhiệt Lượng nhiệt phát ra hay thu vào trong quá trình phản ứng (qui ước cho 1 mol chất) được gọi là hiệu ứng nhiệt của phản ứng, kí hiệu Q

Người ta phân biệt hiệu ứng nhiệt đẳng tích Qv (khi phản ứng được thực hiện ở thể tích cố định) với hiệu ứng nhiệt đẳng áp Qp (khi phản ứng thực hiện ở áp suất cố định)

Chú ý: Sinh nhiệt tiêu chuẩn của các đơn chất ở trạng thái bền vững bằng không

Hiệu ứng nhiệt của một phản ứng hóa học bằng tổng sinh nhiệt của các sản phẩm trừ đi tổng sinh nhiệt của các chất phản ứng

Trang 32

Nhiệt chuyển pha

Quá trình chuyển pha là quá trình trong đó một chất chuyển từ một trạng thái tập hợp sang trạng thái khác

Các quá trình chuyển pha thường gặp là:

Năng lượng liên kết hóa học

Năng lượng của một liên kết hóa học là năng lượng cần thiết để phá vỡ liên kết đó

để tạo thành các nguyên tử ở thể khí (Elk 0)

Trang 33

Năng lượng mạng lưới tinh thể ion

Năng lượng mạng lưới tinh thể (Utt) của một chất là năng lượng được giải phóng khi một mol chất tinh thể được hình thành từ các ion ở thể khí

Ái lực electron của một nguyên tố là hiệu ứng nhiệt của quá trình một nguyên tử của nguyên tố đó (ở thể khí) kết hợp với electron tự do để tạo thành ion âm tương ứng

Trong thực tế năng lượng mạng lưới tinh thể Utt được tính toán lí thuyết dựa trên cấu trúc hình học của mạng lưới tinh thể nhưng khó xác định bằng thực nghiệm Vì vậy người ta thường dùng chu trình Born – Haber để xác định ái lực với electron của các nguyên tố

Nhiệt hiđrat hóa của các ion hay nhiệt hòa tan

Quá trình hòa tan một chất vào trong nước để tạo thành dung dịch là tổ hợp của hai quá trình:

 Quá trình phá vỡ mạng lưới tinh thể của chất tan để tạo thành các ion tự do được gọi là quá trình vật lý, thu nhiệt ( H ) tt

 Quá trình tương tác giữa các ion với các phân tử dung môi được gọi là quá trình sonvat hóa (trường hợp dung môi là nước thì gọi là hiđrat hóa), đây là quá trình hóa học, phát nhiệt ( H hiñrat)

Hiệu ứng nhiệt của quá trình là tổng hiệu ứng nhiệt của hai quá trình này:

Việc xác định năng lượng hiđrat hóa của các ion bằng thực nghiệm gặp khó khăn vì các ion âm và dương luôn đi kèm nhau, không tách riêng được phần nhiệt do mỗi ion đóng góp Để khắc phục khó khăn này người ta quy ước một đại lượng gọi là sinh nhiệt tiêu chuẩn của ion hiđrat hóa

Sinh nhiệt tiêu chuẩn của ion hiđrat hóa là hiệu ứng nhiệt của quá trình tạo thành một ion hiđrat hóa từ đơn chất ở trạng thái bền vững

Sinh nhiệt tiêu chuẩn của ion H+.aq bằng 0

Như vậy, khi đã biết sinh nhiệt tiêu chuẩn của các ion hiđrat hóa, có thể xác định nhiệt hòa tan của hợp chất tương ứng theo qui tắc tính H theo sinh nhiệt tiêu chuẩn

Trang 34

1.2.2.3.2 Hiệu ứng nhiệt của các phản ứng hóa học theo quan điểm nhiệt động học

Trong trường hợp tổng quát, một phản ứng hóa học được biểu diễn bằng sơ đồ:

Tập hợp các chất được xét tạo thành một hệ hóa học Trong quá trình phản ứng hệ chuyển từ trạng thái đầu (các chất phản ứng) sang trạng thái cuối (các chất sản phẩm), nghĩa là hệ đã thực hiện một quá trình Trong quá trình phản ứng này, nếu hệ giải phóng

ra một lượng nhiệt Q thì lượng nhiệt này theo định luật bảo toàn năng lượng, phải lấy từ năng lượng dự trữ của hệ, và ngược lại, nếu hệ thu nhiệt thì lượng nhiệt này sẽ làm tăng

dự trữ năng lượng của hệ

Trong phòng thí nghiệm hóa học người ta có thể xác

định hiệu ứng nhiệt của các phản ứng hóa học bằng cách dùng

một dụng cụ gọi là nhiệt lượng kế

Nhiệt lượng kế được bố trí sao cho không có sự trao đổi

Trang 35

Theo định luật bảo toàn năng lượng, ta có:

2 1

m

H c.(T T ) c TM

Trong đó: m: khối lượng chất phản ứng

M: khối lượng mol của nó

c: nhiệt dung của nhiệt lượng kế

H

 : là hiệu ứng nhiệt của phản ứng

Phương pháp xác định gián tiếp Định luật Hess

Việc xác định trực tiếp hiệu ứng nhiệt của phản ứng chỉ thực hiện được trong một

số ít trường hợp, khi phản ứng xảy nhanh, phản ứng hoàn toàn và không đòi hỏi những điều kiện thí nghiệm phức tạp

Việc xác định gián tiếp hiệu ứng nhiệt phản ứng dựa trên định luật Hess: “Hiệu ứng

nhiệt của một phản ứng hóa học chỉ phụ thuộc vào bản chất và trạng thái của các chất phản ứng, không phụ thuộc vào tiến trình phản ứng, nghĩa là số lượng và đặc trưng của các giai đoạn trung gian”

Điều này có nghĩa là trong quá trình của một phản ứng đã cho, từ các chất phản ứng (trạng thái đầu) đến các sản phẩm (trạng thái cuối) có thể đi theo những con đường khác nhau Nhưng dù đi theo con đường nào thì hiệu ứng nhiệt cũng chỉ là một:

H



Trang 36

Hiệu ứng nhiệt của một quá trình vòng (chu trình bằng 0)

Quy tắc chung: Nếu một phản ứng nào đó là tổng đại số của một số phản ứng thành phần

khác thì H của nó là tổng đại số tương ứng H của các phản ứng thành phần đó

Để xác định hiệu ứng nhiệt của một số quá trình quan trọng và phổ biến trong hóa

học người ta dựa vào sinh nhiệt, thiêu nhiệt, nhiệt phân ly, năng lượng liên kết hóa học,

năng lượng mạng lưới tinh thể ion, nhiệt hiđrat hóa của các ion hay nhiệt hòa tan

1.2.2.3.4 Sự phụ thuộc của hiệu ứng nhiệt vào nhiệt độ Định luật Kirchoff

Biểu thức (1.23) là biểu thức của định luật Kirchoff

1.2.3 Chiều hướng diễn biến của các quá trình hóa học

1.2.3.1 Entropi

Việc quan sát các quá trình tự diễn biến cho thấy rằng trong các quá trình này hệ

chuyển từ trạng thái có mức hỗn loạn thấp sang trạng thái có mức hỗn loạn cao hơn Để

đặc trưng cho mức hỗn loạn của hệ người ta dung một đại lượng là entropi, kí hiệu là S

Trang 37

Khi hệ chuyển từ trạng thái 1 (trạng thái đầu) sang trạng thái 2 (trạng thái cuối):

1.2.3.2 Thế đẳng áp – đẳng nhiệt và chiều hướng diễn biến của các quá trình hóa học

1.2.3.2.1 Tác động của các yếu tố entanpi và entropi lên chiều hướng diễn biến của các quá trình hóa học

Quá trình tự diễn bến khi  H 0, nghĩa là khi năng lượng của hệ giảm, hệ chuyển

từ trạng thái có năng lượng cao sang trạng thái có năng lượng thấp hơn, do đó trở thành

  vì độ hỗn loạn của hệ giảm

Ngược lại, khi  S 0 nghĩa là yếu tố etropi thuận lợi cho sự diễn biến của quá trình, thì hệ lại hấp thụ năng lượng để phá vỡ các liên kết của các phần tử do đó entanpi của hệ tăng lên

Như vậy, trong mỗi quá trình luôn luôn có sự cạnh tranh giữa hai yếu tố entanpi và entropi Sự cạnh tranh của hai yếu tố này được thể hiện bằng một đại lượng thế đẳng áp – đẳng nhiệt G (thế đẳng áp hay thế Gibbs)

1.2.3.2.2 Thế đẳng áp – đẳng nhiệt và chiều hướng diễn biến của quá trình

Kết hợp hai nguyên lí, trong trường hợp tổng quát xem công A gồm công giãn nở (PdV) và công có ích A', ta có:

Trang 38

Người ta nói công có ích thu được khi hệ chuyển từ trạng thái này sang trạng thái

khác bằng biến thiên của thế đẳng áp – đẳng nhiệt của hệ trong quá trình đó

Lấy vi phân toàn phần biểu thức (1.28) ta được: dGdH TdS SdT 

Biến thiên của G khi hệ chuyển từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 sẽ là:

Công có ích là tất cả các dạng công thực hiện bởi hệ (ví dụ công của dòng điện

trong pin Ganvani, công của các phản ứng quang hóa, …) trừ công giãn nở

Vì A ' G Quá trình là tự diễn biến khi  G 0, tức là A '0, hệ sinh ra một công

có ích Như vậy, quá trình tự diễn biến khi hệ có khả năng sinh công có ích

Trang 39

1.3 CÂN BẰNG HÓA HỌC[11], [15]

1.3.1 Khái niệm về cân bằng hóa học

Cũng giống như mọi quá trình tự nhiên khác, phản ứng hóa học xảy ra theo một chiều nào đó và cuối cùng sẽ đạt đến trạng thái cân bằng Chẳng hạn có phản ứng:

aA + bB + … cD + dD + …

Phản ứng do chất A tác dụng với chất B,… để tạo ra chất C, D,… gọi là phản ứng thuận, có vận tốc là vt Phản ứng giữa chất C với chất D,… để tạo ra chất A, B,… gọi là phản ứng nghịch, có vận tốc vn Khi tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch

vt = vn thì phản ứng đạt đến trạng thái cân bằng hóa học

Về nguyên tắc, mọi phản ứng hóa học đều là hai chiều Tuy nhiên, nếu vận tốc của một chiều nào đó lớn hơn hẳn vận tốc của chiều kia thì phản ứng được xem là một chiều

Trong điều kiện đẳng nhiệt – đẳng áp (T, P = const), nếu ∆G < 0 thì phản ứng tự xảy ra, còn ∆G = 0 thì phản ứng đạt đến trạng thái cân bằng hóa học

Cân bằng hóa học có các tính chất:

- Không thay đổi theo thời gian, nếu các điều kiện bên ngoài được giữ nguyên

- Có tính linh động, nghĩa là dưới tác dụng của các thông số bên ngoài (nồng độ, nhiệt độ, áp suất,…) cân bằng sẽ chuyển dịch, nếu ngừng tác dụng thì cân bằng trở về vị trí cũ

- Có tính chất động, nghĩa là ở trạng thái cân bằng các thông số của hệ tuy không thay đổi theo thời gian nhưng luôn có phản ứng giữa các chất đầu để tạo ra chất cuối và ngược lại Hai phản ứng đó xảy ra với vận tốc như nhau

- Cân bằng hóa học có thể được xác lập theo hai chiều: chiều thuận và chiều nghịch

1.3.2 Sự chuyển dịch cân bằng hóa học Nguyên lí Le Chatelier

Một hệ cân bằng được đặc trưng bởi các giá trị hoàn toàn xác định của các thông số như nhiệt độ, áp suất, nồng độ của các cấu tử,… Nếu như bằng một cách nào đó người ta làm thay đổi một trong các yếu tố này thì trạng thái của hệ sẽ bị thay đổi, các thông số của

hệ sẽ nhận những giá trị mới và do đó, hệ chuyển sang một trạng thái mới Thế nhưng khi

Trang 40

tác động bên ngoài ấy bị loại bỏ thì hệ lại quay trở lại trạng thái ban đầu Hiện tượng trên đươc gọi là sự dịch chuyển cân bằng hóa học Sự dịch chuyển hóa học có ý nghĩa cả về lí thuyết cũng như về thực tiễn bởi vì sự hiểu biết chiều hướng diễn biến của các quá trình hóa học cho phép điều khiển chúng để đạt hiệu quả cao nhất

Nguyên lí Le Chatelier: ”Mọi sự thay đổi của các yếu tố xác định trạng thái của

một hệ cân bằng sẽ làm cho cân bằng chuyển dịch về phía chống lại những thay đổi đó »

1.3.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ



Định dạng
Số trang	205
Dung lượng	3,54 MB