Đề cương vấn đáp thực tập hóa lý

Xác định hiệu ứng nhiệt của phản ứng: HCl + NH3NH4+ + Cl- Tối ưu hóa cho tất cả các phân tử có trong phản ứng.. Định luật Hess: Hiệu ứng nhiệt của quá trình hóa học chỉ phụ thuộc vào bả

LUMO

THỰC TẬP HÓA LÝ Bài TN: HyperChem – Xây dựng phân tử và tính toán hóa học

I Mục đích thí nghiệm

1 Thiết kế phân tử aceton Tối ưu hóa hình học

Xác định các độ dài liên kết C=O, C-C; góc liên kết 𝐶𝐶𝐶̂ và khoảng cách giữa 2 nguyên

tử C xa nhất

2 Xây dựng giản đồ MO cho phân tử N2 và phân tử CO

So sánh 2 giản đồ MO thu được Biểu diễn các orbital phân tử HOMO và LUMO Xác định bước sóng kích thích dài nhất của hai phân tử

3 Chụp phổ IR (dao động) cho phân tử HCl và NH3

4 Xác định hiệu ứng nhiệt của phản ứng: HCl + NH3NH4+ + Cl-

Tối ưu hóa cho tất cả các phân tử có trong phản ứng Thu lấy sinh nhiệt của các tiểu phân Tính hiệu ứng nhiệt theo hệ quả của định luật Hess

II Cơ sở lý thuyết

1 Sinh nhiệt là gì?

- Sinh nhiệt (hay còn gọi là nhiệt tạo thành: là hiệu ứng nhiệt của phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất ở trạng thái tự do bền vững Ở điều kiện tiêu chuẩn (25°C,1atm) gọi là nhiệt tạo thành tiêu chuẩn

- Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn của các đơn chất bền bằng 0

2 Định luật Hess:

Hiệu ứng nhiệt của quá trình hóa học chỉ phụ thuộc vào bản chất và trạng thái của các

chất tham gia phản ứng và sản phẩm cuối chứ không phụ thuộc vào đường đi của quá trình (Nghĩa là hiệu ứng nhiệt không phụ thuộc vào số và đặc điểm của các giai đoạn trung gian)

Đơn vị: 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙−1 (𝑅 = 8,314 J mol −1 K−1= 0,0821𝑎𝑡𝑚 mol −1 K−1= 1,987cal mol −1 K−1)

Hệ quả: Hiệu ứng nhiệt của phản ứng bằng tổng sinh nhiệt của các sản phẩm trừ đi tổng

sinh nhiệt của các chất ban đầu

∆𝑟 𝐻𝑜 = ∑ ∆𝑓𝐻𝑠𝑝𝑜 − ∑ ∆𝑓𝐻𝑡𝑔𝑖𝑎𝑜

3 Giản đồ MO

- Orbital phân tử HOMO là orbital phân tử chiếm cao nhất

- Orbital phân tử LUMO là orbital phân tử không bị chiếm thấp nhất

Xác định bước sóng kích thích các phân tử CO, N2

HOMO

∆𝐸 = 𝐸𝐿𝑈𝑀𝑂− 𝐸𝐻𝑂𝑀𝑂 =ℎ𝑐

𝜆 → 𝜆 =

ℎ𝑐

𝐸𝐿𝑈𝑀𝑂 − 𝐸𝐻𝑂𝑀𝑂 C: 1𝑠22𝑠22𝑝2 O: 1𝑠22𝑠22𝑝4 Cấu hình: 𝜎𝑠2𝜎𝑠∗2𝜋𝑥2𝜋𝑦2𝜎𝑧2 Bậc liên kết: 𝑁 =8−2

2 = 3

Nội dung cơ bản của thuyết MO:

- Liên kết cộng hóa trị được hình thành do sự phân bố các electron hóa trị của các nguyên

tử tham gia liên kết trên các MO Các MO được tạo ra từ sự tổ hợp tuyến tính các AO, và bằng số AO tổ hợp

- Tùy thuộc điều kiện tổ hợp có thể tạo nên:

+ MO liên kết có năng lượng thấp hơn năng lượng của các AO tổ hợp

+ MO phản liên kết có năng lượng cao hơn năng lượng của các AO tổ hợp

+ MO không liên kết có năng lượng bằng năng lượng của các AO tổ hợp

Bậc liên kết 𝑁 =𝑛−𝑛∗

2

- Điều kiện tạo thành các MO liên kết:

+ Các AO tham gia tổ hợp phải có năng lượng tương đương

+ Các AO phải có khả năng xen phủ cực đại

+ Các AO phải cùng tính chất đối xứng với trục liên kết và cùng dấu khi xen phủ nhau

- Tùy theo tính đối xứng của các MO đối với trục liên kết và khả năng tổ hợp các AO có thể tạo thành các MO xích ma (σ), hoặc MO pi (π), MO denta (δ), Các MO cũng có dạng liên kết, phản liên kết, không liên kết

- Sự phân bố electron hóa trị trên các MO tuân theo nguyên lý Pauli và qui tắc Hund và dãy thứ tự năng lượng các MO

𝜎1𝑠< 𝜎1𝑠∗ < 𝜎2𝑠< 𝜎2𝑠∗ < 𝜎𝑝𝑥2 < 𝜋2𝑝𝑧 = 𝜋2𝑝𝑦 < 𝜋2𝑝∗ 𝑧 = 𝜋2𝑝∗ 𝑦 < 𝜎2𝑝∗ 𝑥

4 Phổ hồng ngoại IR

Phổ IR là phổ hấp thụ trong đó tất cả các phân tử hấp thụ ở bước sóng ánh sáng tương

ứng với trong vùng IR Quang phổ hồng ngoại cung cấp khả năng đo các loại dao động khác nhau của các liên kết giữa các nguyên tử ở các tần số khác nhau (Có 2 kiểu dao động, các nguyên tử liên kết với nhau tiến lại gần nhau hơn, hoặc các nguyên tử ko liên kết với nhau tiến lại gần nhau)

Bài TN: Nhiễu xạ tia X – Mô hình hóa cấu trúc tinh thể

I Mục đích

1 Xây dựng giản đồ nhiễu xạ tia X của một số cấu trúc tinh thể chuẩn: ZnO, TiO2

Xác định số nguyên tử của các nguyên tố trong ô mạng cơ sở, số phân tử cấu trúc của chất trogn ô mạng cơ sở, thể tích từng ô mạng

2 Xác định pha tinh thể, vi chỉnh cấu trúc và tính toán các thông số cấu trúc của mẫu thực nghiệm (2 mẫu TiO2, hỗn hợp của hai mẫu TiO2)

Ghi lại các thông số mạng cơ sở của các mẫu thực nghiệm sau khi vi chỉnh, cặp chỉ số Miller, giá trị khoảng cách giữa các mặt phẳng mạng dhkl góc 2𝜃 chiều cao độ rộng nửa peak (FWHM) tính thể tích ô mạng cơ sở và kiểu mạng Bravais

II Cơ sở lý thuyết

1 Tia X:

- Là bức xạ điện từ có bước sóng ngắn (0,5 Å ∶ 2.5 Å) so với các bức xạ điện từ trong vùng nhìn thấy hoặc ở vùng cực tím

- Tia X có một từ trường và một điện trường liên kết với nhau Sự dao động của điện trường

và từ trường được biểu diễn tương ứng trogn mặt phẳng xy và xz

2 Tương tác của tia X và vật liệu:

- Theo 3 cách khác nhau: Được hấp thụ bởi chất (biến thành nội năng-quang phổ hấp phụ tia X), phân tán không đàn hồi khỏi vật liệu (photon trao đổi động lượng với với mẫu-tán

xạ Compton), phân tán đàn hồi khỏi vật liệu

- Tán xạ đàn hồi của tia X: photon thoát ra mà không làm thay đổi tổng động lượng, do đó thoát ra cùng bước sóng với và pha với photon tới (đòi hỏi bức xạ tới phải va chạm hạt tích điện, sự dao động điện trường tạo ra một điện trường trong hạt tích điện dẫn đến sự tán xạ của photon)

3 Nhiễu xạ tia X: 2 foton của bức xạ tia X tán xạ tới 2 mặt phẳng song song của các nguyên

tử cách nhau 1 khoảng d

Phương trình Bragg: 𝑛𝜆 = 2𝑑 𝑠𝑖𝑛 𝜃 trong đó n: số nguyên dương (1,2,3)

Có 7 kiểu mạng tinh thể chính:

Số nguyên tử trong một ô mạng cơ sở có thể được xác định bởi phương trình:

𝑁 = 𝑁𝑖 + 𝑁𝑓/2 + 𝑁𝑒/4 + 𝑁𝑐/8

𝑁𝑖: 𝑠ố 𝑛𝑔𝑢𝑦ê𝑛 𝑡ử 𝑛ằ𝑚 𝑡𝑟𝑜𝑛𝑔 ô 𝑚ạ𝑛𝑔

𝑁𝑓: 𝑠ố 𝑛𝑔𝑢𝑦ê𝑛 𝑡ử 𝑛ằ𝑚 ở 𝑡𝑟ê𝑛 𝑚ặ𝑡 𝑚ạ𝑛𝑔

𝑁𝑒: 𝑆ố 𝑛𝑔𝑢𝑦ê𝑛 𝑡ử 𝑛ằ𝑚 𝑡𝑟ê𝑛 𝑐ạ𝑛ℎ ô 𝑚ạ𝑛𝑔

𝑁𝑐: 𝑆ố 𝑛𝑔𝑢𝑦ê𝑛 𝑡ử 𝑛ằ𝑚 ở 𝑛ú𝑡 𝑚ạ𝑛𝑔

Cấu trúc và dạng hình học của tinh thể:

- Một mạng lưới xác định kiểu trật tử trong tinh thể là ô mạng cơ sở của tinh thể

- Mỗi ô mạng cơ sở tinh thẻ được xác định bởi các hằng số mạng của nó và tên đặc trung của nhóm điểm nút mạng (đơn giản, tâm mặt, tâm khối)

- Một ô mạng cơ sở của tinh thể là đơn vị lặp lại nhỏ nhất trong một mạng tinh thể

- Nhiễu xạ là kết quả của sự tán xạ tia X khỏi các đám mây điện tử của các nguyên tử trong ô mạng

- Chỉ số Miller có dạng (h,k,l) trong đó h,k,l là nghịch đảo của giao điểm giữa mặt phẳng này với các trục a,b,c tương ứng

- Khoảng cách giữa các mặt mạng:

𝑑ℎ𝑘𝑙2 =

ℎ2+ 𝑘2+ 𝑙2

𝑎2

𝑉 = 𝑎3

𝑑ℎ𝑘𝑙2 =

ℎ2+ 𝑘2+ 𝑙2

2

𝑐2

𝑉 = 𝑎2 𝑐

𝑑ℎ𝑘𝑙2 =ℎ

2

𝑎2+𝑘

2

𝑏2+ 𝑙

2

𝑐2

𝑉 = 𝑎 𝑏 𝑐

𝑑ℎ𝑘𝑙2 = 4

3(

ℎ2+ ℎ𝑘 + 𝑘2

𝑎2 ) +𝑙

2

2

2 Đơn vị: 𝑑ℎ𝑘𝑙: Å, 𝑉: Å3

- Kỹ thuật Debey Sherrer áp dụng với mẫu bột ( phân tích các bột đa tinh thể)

- An toàn phòng thí nghiệm:

Thiết bị đo nhiễu xạ tia X được trang bị khóa an toàn được kiểm tra thường xuyên để đảm bảo rằng khi thiết bị hđ tốt thì buồng đo mẫu không thể mở khi chiếu chùm tia X Cường độ phân tán được xác định cần phải đạt dưới mức nền

III Tiến hành thí nghiệm:

- Phần mềm được sử dụng PowderCell Một số vd về hệ tinh thể:

Kết quả:

TiO2 (anatase): Tetragonal: Ditetragonal dipyramidal (4/m2/m2/m) TiO2 (rutile) : Tetragonal: Ditetragonal dipyramidal (4/m2/m2/m) ZnO : Hexagonal: Cubic

- Khi làm với phần mềm sẽ nhận được các thông số:

Cặp chỉ số Miller, giá trị khoảng cách giữa các mặt phẳng, chiều cao, độ rộng của nửa pic (𝐹𝑊𝐻𝑀 = 2𝜃, 𝑛𝜆 = 2𝑑 𝑠𝑖𝑛 𝜃) và thể tích ô mạng cơ sở và kiểu mạng tinh thể Bravais

Bài TN: Xác định thiêu nhiệt

I Mục đích

Xác định thiêu nhiệt và sinh nhiệt của Naphtalen

II Cơ sở lý thuyết:

Hiệu ứng nhiệt của phản ứng là nhiệt hấp thụ hay tỏa ra trong quá trình phản ứng

- Nguyên lí I động lực học: Độ biến thiên nội năng của vật bằng tổng công và nhiệt lượng mà vật nhận được

+ ∆𝑈 = 𝐴 + 𝑄 với quy ước về dấu của nhiệt lượng và công như sau :

𝑄 > 0: Vật nhận nhiệt lượng từ các vật khác

𝑄 < 0: Vật truyền nhiệt lượng cho các vật khác

𝐴 > 0: Vật nhận công từ các vật khác

𝐴 < 0: Vật thực hiện công lên các vật khác + ∆𝑈 = 𝐴 + 𝑄 = 𝑃 ∆𝑉 + 𝑄

Điều kiện đảng tích, = 0 : ∆𝑈 = 𝑄

Điều kiện đẳng áp : ∆𝐻 = ∆𝑈 + ∑𝑣𝑅𝑇

- Sinh nhiệt (hay còn gọi là nhiệt tạo thành: là hiệu ứng nhiệt của phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất ở trạng thái tự do bền vững Ở điều kiện tiêu chuẩn (25°C,1atm) gọi

là nhiệt tạo thành tiêu chuẩn

- Sinh nhiệt của một chất chính là sự chênh lệch giữa tổng thiêu nhiệt các thành phần cấu tạo nên chất đó với thiệu nhiệt của chất đó

∆𝐻𝑠𝑛 = ∑ 𝐻𝑡𝑛𝑡𝑝 − ∆𝐻𝑡𝑛

- Thiêu nhiệt của một chất là hiệu ứng nhiệt của phản ứng ảnh đốt cháy 1 mol chất đó đó bằng oxi ở điều kiện tiêu chuẩn để tạo thành các oxit bền

𝐶10𝐻8+ 12𝑂2→ 10𝐶𝑂2+ 4𝐻2𝑂

- Định luật Hess:

Hiệu ứng nhiệt của quá trình hóa học chỉ phụ thuộc vào bản chất và trạng thái của các chất tham gia phản ứng và sản phẩm cuối chứ không phụ thuộc vào đường đi của quá trình (Nghĩa

là hiệu ứng nhiệt không phụ thuộc vào số và đặc điểm của các giai đoạn trung gian)

- CT xác định thiêu nhiệt naphtalein :

∆𝐻𝑡𝑛𝑁𝑎𝑝ℎ = −𝑀𝑁∆𝑇𝑁𝐶𝐶𝑎𝑙

𝑚𝑁

𝑀𝑁: Khối lượng mol của naphtalen

∆𝑇𝑁: Sự thay đổi nhiệt độ của quá trình đốt cháy naphthalene

𝐶𝐶𝑎𝑙: Nhiệt dung của nhiệt lượng kế

𝑚𝑁: Khối lượng của naphtalen

- Acid benzoic được đốt cháy để xác định nhiệt dung của hệ, Nhiệt hấp thụ bởi bình nhiệt lượng Q :

𝑄 = −𝑚𝐵 ∆𝐻𝑡𝑛

𝐵

𝑀𝐵

∆𝐻𝑡𝑛𝐵: thiêu nhiệt của axit benzoic

𝑚𝐵: Khối lượng của axit benzoic

𝑀𝐵: Khối lượng mol của axit benzoic

- Nhiệt dung của hệ : 𝐶𝐶𝑎𝑙 = 𝑄

∆𝑇 𝑐𝑎𝑙

III Tiến hành thí nghiệm:

- Cấu tạo thiết bị:

1) bom phản ứng

2) bếp từ

3) con từ

4) van xả/nạp khí

5) ống nối với van xả khí

6) Cặp nhiệt điện

7) thiết bị hiển thị nhiệt độ

8) nguồn điện

9) Bình nhiệt lượng

- TN xác địn nhiệt dung thông qua việc đốt acid benzoic

1) Tạo viên nén acid benzoic : nghiền mịn và cân khoảng 200 đến 250 mg

+ dùng dây thép để 7 cm (cân 𝑚1) để tạo viên nén với lượng cân trên + cân lại viên ép đó được khối lượng là 𝑚2

=> Khối lượng thực của viên mẫu được xác định : 𝑚 = 𝑚2− 𝑚1

- Chuẩn bị bom phản ứng (xả khí, vệ sinh bom, buộc chặt hai đầu dây thép chứa mẫu với điện

cực)  nạp Oxi vào bình phản ứng  tiến hành

- Các giai đoạn:

Giai đoạn 1: Cho hệ ổn định khoảng 5 phút và tiến hành ghi số liệu trong khoảng 10 phút: 30

giây ghi một số liệu đến khi nhiệt độ trong hệ nhiệt lượng hầu như không đổi

Giai đoạn 2 : Bật và tắt công tắc nguồn thiết đặt nguồn điện có thế 12 đến 15V để phóng điện

(xảy ra trong khoảng thời gian ngắn 30 giây): 10 giây một giá trị, gđ 2 kết thúc khi nhiệt độ

trong hệ tăng chậm

Giai đoạn 3 : 30 giây khi một giá trị, theo dõi nhiệt độ trong khoảng 10 phút

Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của 𝑇(𝑜𝐶) ~𝑡(𝑠)

Từ đồ thị có thể xác định chính xác sự biến thiên nhiệt độ ∆𝑇𝑁 để tính thiêu nhiệt của phản

ứng chính xácdo thường có sự trao đổi nhiệt giữa bình nhiệt lượng và môi trường xung quanh

Bài TN: Đường hấp thụ đẳng nhiệt

I Mục đích

Nghiên cứu sự hấp thu của acid acetic trong môi trường nước trên than hoạt tính và vẽ các đường đẳng nhiệt hấp phụ

II Cơ sở lý thuyết:

- Hấp phụ: Hấp phụ là quá trình hút khí (hơi) hoặc lỏng trên bề mặt vật liệu xốp nhờ các lực

bề mặt

- Than hoạt tính: Than hoạt tính (Activated Carbon) là 1 dạng carbon được xử lý hoạt hóa dưới nhiệt độ cao trong môi trường yếm khí để tạo ra cấu trúc lỗ xốp, rỗng làm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc cho hấp phụ hoặc phản ứng hóa học

1 Phương trình Freundlich:

- Là phương trình thực nghiệm tác dụng cho sự hấp thụ khí hoặc chất tan lên chất hấp thụ rắn

𝐴 = 𝛽 𝐶𝛼 A: Là lượng chất bị hấp phụ bằng 1 gam chất hấp phụ (mol/g) C: Là nồng độ chất bị hấp phụ khi đạt cân bằng hấp phụ (mol/l)

β và α đều là hằng số, riêng α luôn bé hơn 1

Nhận xét:

- Đường hấp phụ Freundlich acid acetat trên than hoạt tính(A-C): đường đi qua gốc tọa độ - là

1 nửa đường parabol (không có điểm bão hòa)

𝐺𝑖ả 𝑠ử 𝛼: ℎà𝑚 𝑠ố 𝑐ủ𝑎 𝑛ồ𝑛𝑔 độ, 𝑛ồ𝑛𝑔 độ 𝑡ℎấ𝑝, 𝛼 = 1: 𝐴 = 𝛽𝐶 𝑛ồ𝑛𝑔 độ 𝑐𝑎𝑜, 𝛼 = 0: 𝐴 = 𝛽

𝑂𝑁 = ln 𝛽 , tan 𝛾 = 𝛼

- Nhược điểm của pt: Vùng nồng độ không phải đường thẳng qua gốc tọa độ; vùng nồng độ cao đường biểu diễn không đạt cực đại mà có xu hướng đi lên mãi; vùng nồng độ trung bình

2 đường biểu diễn giống nhau

- Đồ thị lnA-lnC để tìm hằng số trong pt Freundlich (ln 𝐴 = ln 𝛽 + 𝛼 ln 𝐶)

2 Phương trình Langmuir:

- Là phương trình chứng minh lý thuyết dựa vào việc nghiên cứu động học của sự hấp phụ

Г = Г𝑚𝑎𝑥. 𝑏𝐶

1 + 𝑏𝐶= Г𝑚𝑎𝑥.

𝐶 1

𝑏+ 𝐶

= Г𝑚𝑎𝑥. 𝐶

𝑎 + 𝐶 Г: Là lượng chất bị hấp phụ bằng 1 gam chất hấp phụ (mol/g) 𝐶: Là nồng độ chất bị hấp phụ lúc cân bằng hấp phụ (mol/l)

Г𝑚𝑎𝑥 và 𝑏 đều là hằng số, 1

𝑏 = 𝑎

Nhận xét:

- C<<<a: Г = Г𝑚𝑎𝑥.𝐶

𝑎, đường biểu diễn Г − 𝐶 là đt đi qua gốc tọa độ

- C>>>a: Г = Г𝑚𝑎𝑥,

Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir (Г − 𝐶): gồm 3 đoạn (3 vùng): vùng C (nồng độ) nhỏ: đường thẳng đi qua gốc tọa độ; vùng C trung gian: đường cong; vùng C lớn: đường thẳng song song với trục hoành (trục C)

Г𝑚𝑎𝑥𝑏 tan 𝛼 = 1

Г𝑚𝑎𝑥

- Đồ thị 𝐶/ Г − 𝐶 để tìm hằng số trong pt Langmuir (𝐶

Г = 1

Г𝑚𝑎𝑥𝑏 + 𝐶

Г𝑚𝑎𝑥)

3 Phương trình Gibbs:

- Nghiên cứu về mặt năng lượng của quá trình hấp phụ:

Г = − 𝐶

𝑅𝑇.

𝑑𝜎 𝑑𝐶 Phương trình nêu lên quan hệ giữa đại lượng hấp phụ Г (𝑚𝑜𝑙/𝑐𝑚2) và 𝑑𝜎 𝑑𝐶⁄ Là biến thiên sức căng bề mặt của dung dịch gây nên sự hấp thụ bởi các chất lên bề mặt của dung dịch theo sự biến thiên của nồng độ dung dịch đó

4 Phương trình Shiskovki:

- Là phương trình thực nghiệm nêu lên quan hệ giữa sức căng bề mặt của dung dịch chất hoạt động bề mặt với nồng độ dung dịch

𝜎 = 𝜎0 – 𝑎𝑙𝑛(1 + 𝑏𝐶)

𝜎0 Là sức căng bề mặt của dung môi nguyên chất, a và b là các hằng số

III Tiến hành thí nghiệm:

- Pha dung dịch CH3COOH với các nồng độ khác nhau và dùng dung dịch xút chuẩn

(NaOH) chuẩn lại các dung dịch với chỉ phenolphtalein

- Lấy 50 ml Cho vào bình nón chứa 1 gam A Tính lắp năm phút và để yên 25 phút lọc thu được dịch lọc và chuẩn lại bằng dd xút chuẩn NaOH

Một số câu hỏi:

1 Phạm vi ứng dụng của phương trình đẳng nhiệt Freundlich, Langmuir

- Freundlich: thích hợp ở khoảng nồng độ (hay áp suất) trung bình, vì ở nồng độ thấp ↑Γ thường tỷ lệ thuận với C và ở nồng độ cao thường đạt tới 1 trị số giới hạn và do đó độc lập

với C

- Langmuir: áp dụng cho trường hợp hấp phụ trong pha khí hoặc lỏng Tuy nhiên không giải thích một số đường đẳn nhiệt hấp phụ đặc biệt hoặc hấp phụ trong vùng nồng độ trung

bình Langmuir giải thích những trường hợp biên: C (hoặc P) rất lớn, C (hoặc P) rất nhỏ

2 Sự hấp phụ? Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp phụ?

- Sự hấp phụ: hiện tượng thay đổi nồng độ của chất ở trên ranh giới pha so với trong long của

pha

- Chất hấp phụ: chất trên bề mặt của nó có sự hấp phụ xảy ra

- Chất bị hấp phụ: chất mà được tụ tập trên bề mặt phân chia pha

- Lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ tùy thuộc vào nhiều yếu tố như:

+ Bản chất của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ

+ Nồng độ của chất bị hấp phụ

+ Nhiệt độ, vv

Bài TN: Xác định hằng số tốc độ của phản ứng bậc 1: phản ứng nghịch đảo đường

I Mục đích

- Xác định hằng số tốc dộ phản ứng thủy phân saccarozo (phản ứng nghịch đảo đường

II Cơ sở lý thuyết:

- Phản ứng bậc một là phản ứng có tốc độ phụ thuộc vào nồng độ của một trong số các chất phản ứng

- Phản ứng nghịch đảo đường : phản ứng thủy phân Saccarozo

- Tốc độ phản ứng: Tốc độ phản ứng là độ thay đổi nồng độ của một trong các chất tham gia hoặc sản phẩm trong một đơn vị thời gian

- Hằng số tốc độ phản ứng : tốc độ phản ứng khi nồng độ các chất phản ứng bằng nhau và bằng đơn vị (= 1)

Thứ nguyên (đơn vị biểu diễn) tùy thuộc loại bậc phản ứng

Trong bài phản ứng bậc 1: đơn vị k là s-1

- Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nồng độ Saccarozo, H2O, với xúc tác H+ Nhưng lượng nước dùng thực tế rất lớn nên coi như không đổi, còn H+ nồng độ giữ nguyên trong suốt thời gian phản ứng Do đó, phản ứng có thể được xem là phản ứng bậc 1 và có tốc độ phản ứng được xác định như sau:

−𝑑𝐶

𝑑𝑡 = 𝑘𝐶 Hằng số tốc độ phản ứng:

𝑘 =1

𝑡 ln

𝐶0

𝐶0 − 𝐶𝑥

𝐶0 là NĐ đường ban đầu

𝐶𝑥 là NĐ đưỡng đã tham gia phản ứng trong thời gian t

C =𝐶0− 𝐶𝑥 là NĐ đường thời tại điểm t

- Hằng số tốc độ phản ứng : có thể xác định dựa vào tính chất hoạt động quang học của đường (do đường saccarozo và các sản phẩm thủy phân đều có cacbon bất đối xứng-> chất quang hoạt )

+ Chiếu qua dung dịch đường 1 chùm ánh sáng phân cực ( ánh sáng chỉ dao động theo 1 mặt phẳng) là đường sẽ làm cho mặt phẳng này lệch đi 1 góc- góc quay mặt phẳng phân cực α + Xác định độ lớn góc quay : phụ thuộc vào bản chất quang hoạt , nổng độ và bề dày của lớp dd mà ánh sáng phân cực đi qua, phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng vào nhiệt độ + Góc quay : đường saccarozo 66,55 ;glucose 52,56 ; fructozo -91,90

+ Góc quay riêng : là góc khi quay có 1 chùm ánh sáng phân cực có bước sóng xác định

= > Saccarozo quay mặt phẳng phân cực về phía phải còn hồn hợp sản phẩm quay mp phân cực về phía trái

Trong quá trình quá trình phản ứng góc quay giảm dần, chuyển qua giá trị 0 và đạt giá trị

âm : sự quay phải mp phân cực được chuyển thành sự quay trái => Phản ứng nghịch đảo đường

Biểu thức hằng số tốc độ phản ứng :

𝑘 =2,303

𝑡 .

lg(𝛼0− 𝛼∞)

𝛼𝑡− 𝛼∞

- Cấu tạo, sơ đồ thiết bị phân cực kế: Nguồn sáng -> Kính lọc ánh áng (chỉ cho ánh sáng vàng

đi qua) -> Lăng kính phân cực -> Ống phân cực kế -> Lăng kính phân tích -> Thị kính

III Tiến hành thí nghiệm:

- Quy trình:

+ Pha 10g đường Saccarozo bằng BĐM 50ml -> dd đục lọc nếu thì không tiếp tục chuyển vào BĐM 100ml

+ Bình nón 40ml dd HCl 1N

Duy trì nhiệt độ cho 2 bình ở 30*C bằng máy điều nhiệt

- Xác định:

+ Góc quay 𝛼0 : đo góc quay của đường

+ Góc quay 𝛼𝑡 : lấy 40 ml đường cho vào 40ml acid : xác định góc quay tại t=0; và góc quay tại thời điểm t lần lượt 5,10,20, 30,50,70,100 phút(từ t=0)

+ Góc quay α∞: Đun hh 70-80*C trong 30 phút bằng bình tam giác có lắp sinh hàn hồi lưu

 làm nguội đến 30*C và đem đo góc quay

- Chú ý: rửa sạch ống phân cực kế nhiều lần sau mỗi lần xác định với mỗi loại góc quay

Một số câu hỏi:

1 Trong CT hằng số tốc độ phản ứng NĐĐ tại sao có thể thay đổi ng độ bằng hệ số quay góc α

- Các chất glucose, frustose, saccharose, có tính quang hoạt, làm quay mặt phẳng phân cực

Độ quay mặt phẳng phân cực lại phụ thuộc vào nồng độ các chất do đó có thể thay nồng độ bằng độ quay phân cực

2 Sự biến đổi của góc quay α

- Góc quay α sẽ giảm dần về 0 rồi âm theo thời gian phản ứng

3 Để đo α∞ phải đme thủy phân hỗn hợp ở 70* tring 30 phút, đun trwucj tiếp trên bến đc không?

Vì sao?

- Phải đun hỗn hợp ở 70oC trên 30 phút để tăng tốc độ phản ứng nhanh đạt đến điểm kết thúc hơn Sau khi đun lên phải làm nguội về nhiệt độ phòng vì thí nghiệm đang xét ở điều kiện đẳng nhiệt

- Không thể đun trực tiếp vì khó khống chế nhiệt độ, nhiệt độ cao làm nước bay hơi , thay đổi nồng độ ảnh hưởng đến góc quay ngoài ra nhiệt độ cao còn làm đường biến tính và gây nóng cục bộ

4 Tại sao lại gọi là phản ứng NDĐ?Tại sao lại thực hiện trong môi trường acid HCl?

- Do góc quay của hỗn hợp thủy phân sẽ giảm dần về 0 rồi trở thành âm nên gọi là phản ứng nghịch đảo đường Phải tiến hành tròng môi trường HCl vì H+ là xúc tác cho quá trình phản ứng

5 Bậc phản ứng của phản ứng thủy phân đường là bao nhiêu? Giải thích

- Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nồng độ saccharose, nước và ion H+ dùng làm chất xúc tác Nhưng lượng nước thực tế dùng rất lớn nên coi như không đổi, còn nồng độ H+ là không đổi trong suốt quá trình phản ứng vì vậy tốc độ của phản ứng chỏ còn phụ thuộc vào nồng độ của saccarozo nên có thể xem phản ứng là phản ứng bậc 1

6 Tại sao glucose, fructose, saccharose, là các chất có tính quang hoạt?

- Glucose, fructose, saccharose là các chất hoạt quang ( làm quay mặt phẳng phân cực của ánh sáng qua kính Nicon) vì chúng đều chứa carbon bất đối xứng dẫn tới toàn bộ phân tử bất đối xứng