THỰC HÀNH XÁC ĐỊNH BẬC PHẢN ỨNG

o dC dt 3 Với : -o - Để xác định biến thiên vận tốc phản ứng theo thời gian thường sử dụng phương trình kinh nghiệm: x =α + β Trong đó: Cx là nồng độ mol của Fe2+ sinh ra tại mỗi thời

BÀI 4: XÁC ĐỊNH BẬC PHẢN ỨNG

1 Mục đích

- Xác định bậc tổng của phản ứng:

Fe3+ + I- Fe2+ + ½ I2

2 Nguyên tắc

- Xét phản ứng sau:

Fe3+ + I- = Fe2+ + 1/2I2

Gọi 3+

o

Fe

C

và

-o I

C

là nồng độ ban đầu của Fe3+ và I

n1, n2: bậc của phản ứng lần lượt của Fe3+ và I

k: hằng số tốc độ phản ứng

- Phương trình vận tốc của phản ứng tại thời điểm t = 0 (rút ra từ định luật tác dụng dụng khối lượng)

dC -( ) =k[C ] ×[C ] dt

(1)

Lấy logarit 2 vế, phương trình (1) trở thành:

dC lg(- ) =lgk + n lgC + n lgC dt

(2) Nếu tiến hành thí nghiệm với C0

I-không đổi; C0

Fe3+biến thiên tăng dần, từ phương trình (2) ta có:

o

dC

dt

(3)

Với :

-o

- Để xác định biến thiên vận tốc phản ứng theo thời gian thường sử dụng phương trình kinh nghiệm:

x

=α + β

Trong đó: Cx là nồng độ mol của Fe2+ sinh ra tại mỗi thời điểm t, xác định thông qua nồng độ I2 sinh ra Lượng I2

này chuẩn độ bằng Na2S2O3 với chỉ thị hồ tinh bột:

2 2 3 2 2 3

x

hh

C =

V

Với: Vhh là thể tích của hỗn hợp phản ứng

t là thời gian phản ứng, tính bằng đồng hồ bấm giây

là hằng số thực nghiệm

Từ giá trị Cx trên, xây dựng đồ thị tìm được giá trị bằng tan góc nghiêng Kết hợp (3) và (5), sử dụng giá trị vừa tìm được, tính , sau đó vẽ đồ thị lg() và Giá trị n1 bằng tan góc nghiêng hay cũng chính bằng hệ số góc của đường thẳng đó

- Tương tự như vậy thí nghiệm với C0

Fe3+ không đổi, C0

I-

biến thiên ta tìm được n2

- Bậc tổng cộng của phản ứng: n = n1 + n2

3 Tiến hành

3.1 Chuẩn bị

a Hóa chất

- KNO3 0,

- Na2S2O3 0,01N

- Hồ tinh bột

- KI 0,025M (Phòng thí nghiệm đã pha)

- FeCl3 1/60M

b Dụng cụ

- 8 erlen có nút 250mL

- 2 pipet 10mL

- 2 becher 50mL

- 2 burette 25mL

- Đồng hồ bấm giây

3.2 Thực nghiệm

- Xác định bậc riêng của Fe3+:

Hút vào 4 bình lượng hóa chất như Bảng 1 Cho vào mỗi bình vài giọt hồ tinh bột, 20mL KI 0,025M

Bấm đồng hồ, lắc mạnh Phản ứng Fe3+ + I- I2 với hồ tinh bột cho màu xanh đen

Dùng Na2S2O3 0,01N chuẩn độ đến khi dung dịch mất màu

Ghi nhận thời gian lúc mất màu Thể tích Na2S2O3 chuẩn độ

Sau khi dung dịch đã có màu xanh đen trở lại, chuẩn độ tiếp bằng Na2S2O3

Lặp lại 8 lần chuẩn độ (cho 1 bình) Làm tương tự với 3 bình còn lại

- Xác định bậc riêng của I-:

Hút vào 4 bình lượng hóa chất như Bảng 2 Cho vài giọt

hồ tinh bột, 20mL Fe3+ 1/60M

Dung dịch Bình 1 Bình 2 Bình 3 Bình 4 Tổng

KI 0,025M 10mL 20mL 30mL 40mL 100

Dung

dịch Erlen 1 Erlen 2 Erlen 3 Erlen 4

FeCl3

1/60M 10mL 20mL 30mL 40mL

HNO3

KNO3

H2O 20mL 20mL 20mL 20mL

mL HNO3

40m L KNO3

0,1M 32,5mL 30mL

27,5m

115 mL

H2O 27,5mL 20mL 12,5m

65m L

Bấm đồng hồ, lắc mạnh Phản ứng Fe3+ + I- I2 với hồ tinh bột cho màu xanh đen

Dùng Na2S2O3 0,01N chuẩn độ đến khi dung dịch mất màu

Ghi nhận thời gian lúc mất màu Thể tích Na2S2O3 chuẩn độ

Sau khi dung dịch đã có màu xanh đen trở lại, chuẩn độ tiếp bằng Na2S2O3

Lặp lại 8 lần chuẩn độ (cho 1 bình) Làm tương tự với 3 bình còn lại

4 Kết quả

a Xác định bậc riêng của Fe3+

- Bình 1

Số

lần

chuẩ

n độ

Thời

gian

t(s)

1/t (s

-1)

VNa2S2O3 CFe2+

(mL) (N)

1 35 0.02857 2.5 0.00025 4000

2 129 0.007 3.7 0.000 2702

75 37 7

3 146 0.006

0.000 44

2272

73

4 267 0.00374 4.9 0.00049 2040.82

5 319 0.00313 5.3 0.00053 1886.79

6 373 0.00268 5.8 0.00058 1724.14

7 425 0.00236 6.2 0.00062 1612.9

8 496 0.00202 6.8 0.00068 1470.59

- Bình 2

Số lần

chuẩn

độ

Thời gian t(s)

1/t (s-1) VNa2S2O3

(mL)

CFe2+

(N) CFe2 +

1

1000 0

0.0005 6

1785 71

0.0006 8

1470 59

0.0007 9

1265 82

6 398 0.00251

0.0009 1

1098 90

0.0010 9

917.4 3

0.0011 6

862.0 7

- Bình 3

Số lần

chuẩn

Thời gian

1/t (s-1) VNa2S2O3

(mL)

C Fe 2+

(N) CFe2 +

1

độ t(s)

0.0004 5

2222 22

0.0007 1

1408 45

0.0010 7

934.5 8

833.3 3

0.0013 3

751.8 8

0.0014 8

675.6 8

0.0016 1

621.1 2

- Bình 4

Số lần

chuẩn

độ

Thời gian t (s)

1/t (s-1) VNa2S2O3

(mL)

C Fe 2+

(N) CFe2 +

1

2941 18

2 154 0.00649

3 207 0.00483

952.3 8

4 289 0.00346

729.9 3

5 374 0.00267

606.0 6

6 450 0.00222

555.5 6

7 544 0.00183

465.1 2

8 621 0.00161

425.5 3

Bảng giá trị

Bình β logβ1 3

0 ( )

Fe

C + N logC Fe3 +

-2.7781 51

2 551271 -5.7414 1/300

-2.4771 21

3 151645 -5.1808 1/200

-2.3010 30

4 191231 -5.2816 1/150

-2.1760 91

- Đồ thị xác định bậc riêng của Fe3+:

Từ đồ thị ta xác định được bậc riêng của Fe3+ là n1 = -24.529 (Không phù hợp, sai số quá lớn R2 = 0.1)

- Xác định bậc riêng của I

-Bình 1

Số

lần

chuẩ

Thời gian t (s)

1/t (s-1) V Na S O2 2 3( )ml C Fe2 + ( )N

2

1

Fe

n độ

0.0000 5

2000 0

2 137 0.00729

0.0001 1

9090 91

3 196 0.00510

0.0001 7

5882 35

4 268 0.00373

0.0002 2

4545 45

5 320 0.00312

0.0003 1

3225 81

6 436 0.00229

0.0003

7 501 0.00199

0.0003 8

2631 58

8 562 0.00177

0.0004 3

2325 58

Bình 2

Số

lần

chuẩ

n độ

Thời gian t(s)

1/t (s-1) VNa2S2O3

(mL)

C Fe 2+

(N) CFe2 +

1

2 107 0.02040 3.6 0.0003 2777

8 6 78

0.0005 3

1886 79

0.0006 8

1470 59

0.0007 8

1282 05

0.0008 8

1136 36

0.0009 5

1052 63

0.0010 6

943.3 9

- Bình 3

Số

lần

chuẩ

n độ

Thời gian t(s)

1/t (s-1) VNa2S2O3

(mL)

C Fe 2+

(N) CFe2 +

1

909.0 9

0.0013 2

757.5 8

3 178 0.00561

0.0014 5

689.6 6

0.0015 7

636.9 4

0.0017 3

578.0 3

0.0018 5

540.5 4

0.0020 9

478.4 7

- Bình 4

Số

lần

chuẩ

n độ

Thời gian t(s)

1/t (s-1) VNa2S2O3

(mL)

C Fe 2+

(N) CFe2 +

1

6

2.8 0,0002

8

3571 43

6

5.5 0.0005

5

1818 18

9

7.8 0.0007

8

1282 05

4 195 0.00512 10.2 0.0010 980.3

8 2 9

9

840.3 4

9

13.8 0.0013

8

724.6 4

5

15.7 0.0015

7

636.9 4

1

17 0.0017 588.2

4

- Bảng giá trị

Bình β logβ1 C I0−( )N

0

logC I−

1 1473028

.87

-6.1682 1

1/40 0

-2.602 06

2 238365

-5.3772 4

1/20 0

-2.301 03

-4.8051 1

3/40 0

-2.124 94

Từ đồ thị ta có được bậc riêng phần của I- là n2 là 0.8478 (không phù hợp, sai số quá lớn, R2 = 0.2)

Vậy bậc tổng cộng của phản ứng:

n = n1 + n2 = -24.529 + 0.8478 = -23.6812 (Dữ kiện lỗi, kết quả sai)

5 Câu hỏi và nâng cao

Câu 1: Khái niệm về bậc phản ứng?

- Bậc phản ứng là các số mũ trong biểu thức biểu diễn vận tốc phản ứng theo định luật tác dụng khối lượng Xét phản ứng:

H2 + Cl2 2HCl Vận tốc phản ứng có dạng: v = [H2].[Cl2]

Bậc riêng của H2 và Cl2 đều là: n1 = n2 = 1

Bậc chụng của phản ứng là: n1 + n2 = 1 + 1 = 2

Câu 2: Cách xác định bậc và hằng số vận tốc của phản

ứng?

- Có 2 phương pháp xác định vận tốc của phản ứng:

a Phương pháp hóa học: Trực tiếp xác định sự biến đổi lượng các chất theo thời gian:

B1: Xác định thực nghiệm nồng độ theo t

B2: Vẽ đường cong C = f(t)

B3: Xác định hệ số góc tiếp tuyến của đường cong C(t) tại ti => vi

- Phương pháp hóa lý: xác định sự biến đổi tính chất vật lý của hệ theo thời gian ( tùy thuộc vào phản ứng, cách tiến hành mà người ta chọn phương pháp thích hợp ):

+ Đo áp suất

+ Đo thể tích

+ Đo sự quay cực quang học

b Phương pháp để xác định bậc phản ứng:

+ Phương pháp tích phân (thế, đồ thị, chu kì bán hủy) + Phương pháp vi phân (cô lập, tốc độ đầu)

+ Phương pháp chuyển hóa 1/q tác chất

Câu 3: Khi tiến hành thí nghiệm cần chú ý điều gì?

- Khi chuẩn độ lượng I2 sinh ra bằng Na2S2O3 phải chuẩn

độ nhanh chính xác, ghi thời gian khi dung dịch mất màu và lượng Na2S2O3 đã dùng chính xác

- Cho HNO3 để tạo môi trường axit tránh Fe3+ bị thủy phân tạo Fe(OH)3

- HNO3 có tính oxy hóa mạnh, dùng để bảo vệ Fe3+ (nếu trong dung dịch có lẫn các ion khác có tính khử thì các ion này sẽ tác dụng với HNO3 mà không tác dụng với

Fe3+)

- Ta cho thêm KNO3 vào dung dịch để bổ sung lượng

NO3- vì ta không thể sử dụng quá nhiều lượng axit

HNO3, nó sẽ oxi hóa Fe2+ tạo thành về Fe3+

- Thí nghiệm không được thực hiện quá 15 phút vì khi

đó Fe3+ và I- đã phản ứng hết với nhau