báo cáo dự án

Dự án này nghiên cứu nhằm đưa ra quy trình chuyển hóa kết tủa bạc clorua AgCl, một trong những sản phẩm rất phổ biến trong thực hành thí nghiệm ở bộ môn hóa học THCS và THPT, thành dung

LỜI CẢM ƠN

I GIỚI THIỆU DỰ ÁN

Dự án “Thu hồi và chuyển hóa kết tủa bạc clorua (AgCl) thành bạc nitrat (AgNO 3 ) để tái sử dụng trong thực hành thí nghiệm ở trường THCS và THPT” là

dự án được chúng em nghiên cứu trong thời gian quan Dự án này nghiên cứu nhằm đưa ra quy trình chuyển hóa kết tủa bạc clorua (AgCl), một trong những sản phẩm rất phổ biến trong thực hành thí nghiệm ở bộ môn hóa học THCS và THPT, thành dung dịch bạc nitrat (AgNO3) có thể tái sử dụng được để giải quyết các vấn đề về thiếu hụt hóa chất cũng như tiết kiệm cho nhà trường Trong dự án nghiên cứu này, chúng em

đã đề xuất được quy trình thu hồi bạc clorua bằng những hóa chất có sẵn, dễ tìm, dụng

cụ đơn giản trong phòng thí nghiệm phổ thông và đó là cơ sở để nhân rộng mô hình chúng em nghiên cứu

II LÝ DO CHỌN DỰ ÁN

Phản ứng tạo kết tủa bạc clorua (AgCl) từ dung dịch bạc nitrat (AgNO3) với các muối clorua là một trong những phản ứng hết sức phổ biến ở cả chương trình hóa học THCS và hóa học THPT Bên cạnh đó, bạc nitrat là một trong những hóa chất đắt tiền nhất trong số các hóa chất được trang bị cho phòng thí nghiệm ở các trường THCS và THPT Tuy nhiên, sau khi làm xong thí nghiệm, kết tủa bạc clorua được đổ bỏ, điều này là một sự lãng phí lớn, gây thiếu hụt hóa chất, ảnh hưởng đến hoạt động học tập, trải nghiệm của học sinh, đặc biệt là đối với các trường ở những địa phương còn khó khăn, chưa có đủ điều kiện để mua sắm hóa chất một cách thuận tiện

Vậy, nếu chúng ta có thể thu hồi kết tủa bạc clorua và chuyển hóa chúng thành bạc nitrat để tái sử dụng sẽ góp phần tiết kiệm tiền của và quan trọng hơn là tiết kiệm hóa chất, đám bảo nguồn hóa chất đầy đủ phục vụ cho việc học tập của học sinh

Tuy nhiên, cần phải tìm ra quy trình thu hồi và chuyển hóa bạc clorua sao cho đáp ứng được các điều kiện sau:

+ Cách tiến hành đơn giản, dễ thực hiện, các dụng cụ phải đảm bảo phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm ở các trường THCS, THPT

+ Sử dụng các hóa chất có sẵn trong phòng thí nghiệm hoặc dễ dàng tìm được trong đời sống

Từ những lí do trên, chúng em đã lựa chọn đề tài “Thu hồi và chuyển hóa kết tủa bạc clorua (AgCl) thành bạc nitrat (AgNO3) để tái sử dụng trong thực hành thí nghiệm ở trường THCS và THPT”

III PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

- Nghiên cứu sách giáo khoa, các tài liệu chuyên ngành có liên quan

- Thực hiện thí nghiệm kiểm chứng, đánh giá hiệu quả thí nghiệm

- Tổng hợp kết quả, xây dựng hoàn chỉnh quy trình thực hiện

IV TIẾN HÀNH NGHIÊN CỨU

1 Quy trình thu hồi kết tủa bạc clorua

Bằng nhiều thí nghiệm khác nhau, chúng em đưa ra quy trình thu hồi và chuyển hóa kết tủa bạc clorua thành bạc nitrat như sau:

+ Bạc clorua không tan trong nước và trong axit nhưng tan được trong dung dịch

amoniac (NH3) Vì thế, ta sẽ sử dụng dung dịch NH3 để hòa tan kết tủa bạc clorua

+Từ dung dịch phức chất của bạc, vận dụng tính chất kim loại mạnh đẩy được kim loại yếu ra khỏi dung dịch muối của nó, ta dùng lượng dư các kim loại mạnh hơn cho phản ứng với dung dịch phức chất của bạc để thu được bạc kim loại kết tủa

+ Sau khi thu được hỗn hợp gồm bạc kim loại và một phần kim loại còn dư, ta

sẽ tách riêng bạc bằng cách ngâm cả hỗn hợp này trong lượng dư dung dịch axit clohidric (HCl) hoặc axit sunfuric (H2SO4) loãng Lúc này chỉ có phần kim loại còn dư

bị hòa tan, bạc không tham gia phản ứng Đợi khi phản ứng xong, lọc lấy phần kim loại bạc không tan

+ Cuối cùng, ta dùng dung dịch axit nitric để hòa tan lượng bạc trên Sản phẩm thu được là dung dịch bạc nitrat

2 Tính chất của bạc clorua

Bạc clorua có công thức hóa học là AgCl, là chất rắn màu trắng, tan rất ít trong nước, không tác dụng với dung dịch axit Trong thực tế, bạc clorua dễ dàng bị phân hủy dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời tạo thành kim loại bạc ở dạng vô định hình và

khí clo Hiện tượng này làm cho kết tủa bạc clorua có màu nâu khi để ngoài không khí

Bạc clorua có khả năng tan được trong dung dịch amoniac (NH3) do tạo thành phức chất tan được trong nước theo phương trình phản ứng:

Lợi dụng tính chất này, ta sẽ dùng dung dịch amoniac để hòa tan kết tủa bạc, chuyển muối bạc không tan thành dạng dung dịch, từ đó có thể thực hiện phản ứng thế trong dung dịch muối

3 Tổng quan về thí nghiệm tạo thành kết tủa bạc clorua ở chương trình hóa học phổ thông

Kết tủa bạc clorua chủ yếu được tạo thành từ phản ứng giữa dung dịch bạc nitrat

và dung dịch axit clohiric hoặc natri clorua Sau phản ứng, ngoài kết tủa bạc clorua thu được ở dạng rắn, dung dịch thường sẽ chứa một số chất tan khác nhau có thể liệt kê ra như sau:

+ Các muối nitrat là sản phẩm của phản ứng trao đổi, thường là natri nitrat (NaNO3)

+ Chất tham gia còn dư: hoặc còn dư bạc nitrat hoặc còn dư muối clorua

Chúng em nhận thấy rằng, việc tồn tại các chất NaNO3 và NaCl (hoặc muối của các kim loại kiềm hoặc kiểm thổ khác) sẽ không ảnh hưởng gì đến quá trình thu hồi do chúng em đề xuất, vì thế, không cần phải lọc lấy kết tủa bạc clorua trước khi thực hiện quy trình thu hồi nếu kết tủa đó được tạo thành từ phản ứng giữa bạc nitrat và natri clorua

Mặt khác nếu sử dụng đến muối clorua của các kim loại không phải là kim loại kiềm hoặc kiểm thổ như là đồng (II) clorua (CuCl2), sự hiện diện của ion các kim loại này trong dung dịch sản phẩm sẽ ảnh hưởng đến quá trình thu hồi do sự tương tác của các kim loại này với dung dịch amoniac và với các hóa chất sử dụng trong các bước tiếp theo của quy trình thu hồi Vì vậy, đối với thí nghiệm này, ta cần kết tủa hoàn toàn bạc clorua và tiến hành lọc lấy kết tủa rồi mới đem đi thu hồi

4 Thu hồi và chuyển hóa kết tủa bạc clorua thành bạc nitrat

4.1 Kết tủa hoàn toàn bạc clorua

4.1.1 Chuẩn bị

Hóa chất: Dung dịch NaCl

4.1.2 Cách tiến hành:

Thêm lượng dư dung dịch NaCl vào hỗn hợp sau phản ứng, để kết tủa hoàn toàn ion kim loại bạc dưới dạng bạc clorua Điều này nhằm đảm bảo hiệu suất thu hồi là tối

đa

Phương trình phản ứng:

3

Sau khi kết tủa hoàn toàn bạc clorua, tùy vào chất tan còn lại trong dung dịch như đã trình bày ở mục 3 mà tiến hành lọc hay không lọc lấy kết tủa bạc clorua

4.2 Hòa tan kết tủa bạc clorua bằng dung dịch amoniac

4.2.1 Chuẩn bị

Dụng cụ: Bình cầu hoặc bình tam giác có nút đậy

Hóa chất: Kết tủa AgCl cần thu hồi, dung dịch NH3

4.2.2 Cách tiến hành

Thêm lượng dư dung dịch amoniac vào bình chưa kết tủa bạc clorua, đậy nút bình, thường xuyên lắc đều hỗn hợp đến khi kết tủa tan hết

Phương trình phản ứng:

Nên tiến hành bước này trong bình có nút đậy, tránh khí amoniac thoát ra ngoài Phản ứng xảy ra tương đối nhanh, với lượng kết tủa bạc clorua khoảng 2 gam, chỉ mất 5 – 10 phút là kết tủa đã tan hoàn toàn

4.3 Dùng kim loại để kết tủa bạc kim loại từ dung dịch phức bạc amoni clorua 4.3.1 Chuẩn bị

Hóa chất: Bột sắt hoặc bột nhôm

4.3.2 Cách tiến hành

Ở bước này, một lượng dư kim loại sẽ được cho vào dung dịch nhằm tạo ra phản ứng giữa kim loại và muối, từ đó sẽ thu được kim loại bạc kết tủa Tuy nhiên, câu hỏi

đặt ra ở đây là “Chọn kim loại nào cho hợp lí?” Chỉ có kim loại mạnh mới đẩy được

kim loại yếu ra khỏi dung dịch muối của nó Xét theo dãy hoạt động hóa học, bạc là một kim loại yếu Vì thế sẽ có rất nhiều kim loại thõa mãn điều kiện phản ứng này như

Mg, Al, Zn, Fe, Sn, Pb,… Tuy nhiên ta cần lưu ý, không được sử dụng kim loại đồng (Cu) trong bước này, vì nếu sử dụng đồng làm kim loại đẩy bạc, sẽ rất khó để tách riêng hỗn hợp gồm đồng và bạc vì cả 2 kim loại này đều không phản ứng với các dung dịch axit loãng thông thường Vì thế, tùy và điều kiện của phòng thí nghiệm mà ta có thể chọn các kim loại còn lại như Al, Fe, Zn,… Trong quá trình làm thí nghiệm, nhóm nghiên cứu chúng em đã thực hiện thí nghiệm với các kim loại trên, nếu ta không quan tâm đều thời gian phản ứng thì kết quả thu được đều là kết tủa bạc như nhau

Phương trình phản ứng

Vì tốc độ của phản ứng trên là rất chậm nên để đảm bảo hiệu suất tối đa, ta nên thực hiện phản ứng này trong thời gian dài, nhóm nghiên cứu chúng em chọn hình thức để qua đêm với lượng dư kim loại nhằm thu hồi lượng bạc tối đa có thể. Đối với kim loại được chọn, ta nên chọn dạng bột thay vì dạng miếng lớn Điều này sẽ giúp phản ứng xảy ra nhanh hơn, phản ứng xảy ra ít bị cản trở do lượng bạc tạo thành bám lên kim loại ban đầu và hơn hết đó là lượng kim loại còn dư sẽ bị hòa tan nhanh chóng ở bước tiếp theo, qua đó rút ngắn thời gian thực hiện quy trình thu hồi

Bạc tạo thành trong thí nghiệm này có màu xám, không có ánh kim Điều này là

do bạc thu được ở dạng vô định hình nên tính chất vật lí có sự khác biệt so với bạc trong tự nhiên (nằm ở dạng tính thể)

4.4 Tách riêng kim loại bạc từ hỗn hợp bạc và kim loại còn dư

4.4.1 Chuẩn bị

Hóa chất: Dung dịch H2SO4 loãng,

Dụng cụ: Bơm hút, phễu lọc, giấy lọc bình tam giác 250ml

4.4.2 Cách tiến hành

Ta dễ dàng tách riêng bạc từ hỗn hợp bạc và kim loại còn dư ở trên bằng cách thêm vào hỗn hợp phản ứng một lượng dư axit clohidric (HCl) hoặc axit sunfuric loãng (H2SO4) Chỉ có kim loại dùng để đẩy bạc tham gia phản ứng và tan vào dung dịch Khi phản ứng kết thúc chỉ còn lại chất rắn là bạc

Phương trình phản ứng:

Không nhất thiết phải lọc lấy hỗn hợp kim loại trước khi cho axit vào để thực hiện quá trình tách lấy kim loại bạc, ta có thêm thẳng axit vào cốc chứa hỗn hợp kim loại và cả dung dịch muối clorua kim loại nhằm giảm thiểu sự hao hụt xảy ra nếu tiến hành lọc lấy kim loại

Nếu thêm axit vào hỗn hợp mà không thấy khí thoát ra, chứng tỏ lượng kim loại thêm vào chưa đủ Lúc này ta cần thêm tiếp kim loại vào và thực hiện tiếp tục phản ứng đẩy bạc ra khỏi dung dịch

Sau khi phản ứng xong, ta tiến hành lọc lấy phần rắn không tan, đó là kim loại bạc

4.5 Hòa tan bạc bằng dung dịch axit nitric

4.5.1 Chuẩn bị

Hóa chất: dung dịch axit nitric

Dụng cụ: bông hoặc giấy lọc, bóp cao su

4.5.2 Cách tiến hành

Thêm từng lượng nhỏ axit nitric vào bạc, đến khi bạc tan hết, lọc lấy phần dung dịch trong suốt, đó là dung dịch bạc nitrat

2

5 Triển khai thực hiện thu hồi tại trường TH&THCS Nhơn Hải

Sau khi xây dựng thành công quy trình thu hồi và chuyển hóa kết tủa bạc clorua thành dung dịch bạc nitrat Chúng em tiến hành áp dụng vào thực tế tại trường TH&THCS Nhơn Hải Cụ thể như sau:

5.1 Xác định các bài thí nghiệm có tạo thành kết tủa bạc clorua

Căn cứ trên sách giáo khoa Hóa học 8,9 kết hợp với sự tư vấn của giáo viên giảng dạy bộ môn Hóa học của trường, chúng em xác định được các bài học có tạo thành kết tủa bạc clorua đó là

1 Hóa 8 Phản ứng hóa học Các dấu hiệu nhận

biết có chất mới tạo thành

Tháng 11

muối

Tháng 10

muối

Tháng 11

Như vậy các thí nghiệm thu được bạc clorua ở chương trình hóa học THCS chủ yếu tập trung vào tháng 10 và tháng 11 Điều này sẽ làm cho quá trình thu hồi bạc trở nên thuận lơi hơn vì có thể gộp lượng lớn kết tủa và thu hồi một lần, giảm thiểu sự thất thoát trong quá trình thực hiện

7.2 Phương án tiến hành thu hồi trong thực tế

Ở phòng thí nghiệm của trường TH&THCS Nhơn Hải, chúng em sử dụng hai bình thủy tinh sẫm màu dung tích 500ml làm bình chứa bạc clorua để thu hồi Một bình chứa bạc clorua từ phản ứng của bạc nitrat với muối clorua kim loại kiềm, kiềm thổ Bình còn lại chứa kết tủa bạc clorua từ phản ứng của bạc nitrat với các muối clorua của các kim loại khác Lựa chọn bình thủy tinh sẫm màu sẽ giúp ngăn bớt ánh sáng chiếu trực tiếp vào làm biến đổi thành phần hóa học của bạc clorua, giúp bảo quản tốt hơn kết tủa này

Sau các giờ thí nghiệm, các hỗn hợp chứa kết tủa bạc clorua được phân loại theo phản ứng tạo thành vào được cho vào bình thu hồi tương ứng

Quá trình kết tủa hồn tồn bạc clorua được thực hiện một lần trước khi thu hồi

để tiết kiệm hĩa chất

V KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

1 Kết quả

1.1 Xác định hiệu suất quá trình thu hồi

Để xác định hiệu suất của quy trình thu hồi, chúng em tiến hành thử nghiệm với lượng nhỏ bạc nitrat theo các bước sau:

+ Cân lấy khoảng 0,2 gam tinh thể bạc nitrat tinh khiết, ghi lại giá trị m1

+ Hịa tan hồn tồn lượng bạc nitrat trên thành dung dịch, sau đĩ cho phản ứng với lượng dư dung dịch natri clorua

+ Tiến hành quy trình thu hồi cho lượng kết tủa trên

+ Sau khi thu hồi xong, cho dung dịch bạc nitrat tác dụng với dung dịch natri clorua dư

+ Cân khối lượng của một tờ giấy lọc, ghi lại giá trị m2

+ Lọc lấy kết tủa, sấy khơ, đem cân, lấy giá trị m3

Hiệu suất của quá trình thu hồi được tính theo cơng thức:

(

(ban đầu)

Ag Ag

n H

n





2 Tính tốn hiệu suất quá trình thu hồi

2.1 Sai số của phép cân

Trong thí nghiệm xác định hiệu suất của quy trình thu hồi và chuyển hĩa bạc clorua, chúng em sử dụng cân cĩ độ chia nhỏ nhất là… vì thế các giá trị khối lượng thu được sẽ bao gồm… chữ số cĩ nghĩa

2.2 Các phép tốn xác định hiệu suất phản ứng

Giá trị m 1 là khối lượng của bạc nitrat ban đầu Từ đĩ ta cĩ thể xác định được số mol bạc cĩ trong lượng bạc nitrat trên như sau:

3

170

(ban đầu) AgNO

Ag

m

Giá trị m 2 là khối lượng của giấy lọc, giá trị m 3 là khối lượng của cả giấy lọc và bạc clorua Vì thế ta cĩ thể xác định khối lượng bạc clorua ứng với lượng bạc đã được thu hồi bằng cách lấy m 3 – m 2 :

AgCl

Ta xác định số mol bạc đã được thu hồi ứng với lượng bạc clorua theo cơng thức:

143,5

(thu hồi) AgCl

Ag



Thay (2) và (3) vào cơng thức tính hiệu suất (1) ta được biểu thức tính hiệu suất thu hồi như sau:

1

143,5

m m H

m



