Thí nghiệm Hóa Lý, môn thí nghiệm tập hợp các quá trình hóa học, vật lý tiền đề cho các môn Quá trình thiết bị truyền nhiệt, truyền khối. Đây là báo cáo kết quả thí nghiệm nên số liệu chỉ mang tính chất tham khảo, người đọc nên có chọn lọc. Xin chân thành cảm ơn.
Trang 1BÁO CÁO THÍ NGHIỆM HÓA LÝ
BÀI 5: ĐỘNG HỌC PHẢN ỨNG NGHỊCH ĐẢO ĐƯỜNG
- Hiểu phản ứng thủy phân đường saccharose (sucrose) trong nước là phản ứng bậc 1
- Nắm được mối liên hệ giữa nồng độ đường và góc quay phân cực
- Biết phản ứng thủy phân đường saccharose được gọi là phản ứng nghịch đảo đường
- Thành thạo cách sử dụng phân cực kế
II GIỚI THIỆU
Phản ứng thủy phân đường saccharose (sacrose)
Xét phản ứng thủy phân đường saccharose (sucrose) thành glucose và fructose:
C22H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6
Phản ứng trong môi trường nước nên xem nồng độ H2O không đổi dẫn đến phản ứng có bậc 1 Để phản ứng xảy ra nhanh người ta thường dùng H+ làm xúc tác cho quá trình Phương trình động học có dạng:
−��
�� = �����
Trang 2Mối liên hệ giữa đường và góc quay phân cực
Đường saccharose và các sản phẩm thủy phân đều chứa cacbon bất đối xứng nên chúng đều là các chất quang hoạt, làm quay mặt phẳng phân cực khi chiếu tia sáng vào nó Góc quay mặt phẳng phân cực là � tỉ lệ với nồng độ dung dịch,
bề dày lớp dung dịch, bản chất chất quang hoạt, nhiệt độ và bước sóng ánh sáng:
α = α I C Trong đó: I – bề dày lớp dung dịch (cm)
C – nồng độ dung dịch (g/mL)
α – góc quay riêng của dung dịch (góc quay ứng với C = 1g/mL và To = 20oC và � = 5890 nm (đèn Natri) và curvet có l = 10cm
Bảng 1 Góc quay riêng của dung dịch đường
Phản ứng nghịch đảo đường
Dựa vào α ta thấy saccharose, glucose làm quay mặt phẳng phân cực sang phải, còn fructose làm quay mặt phẳng phân cực sang trái với giá trị α lớn hơ nhiều Do đó góc quay của hỗn hợp sẽ giảm dần về 0 rồi trở thành âm (phản ứng nghịch đảo đường)
Gọi ��, ��, �∞ là góc quay hỗn hợp vì ở thời điểm ban đầu t = 0, thời điểm t,
và thời điểm kết thúc quá trình t = ∞ Vì từ thời điểm đầu đến cuối, góc quay biến thiên một lượng �� − �∞ nên giá trị này tỉ lệ với nồng độ đầu của đường saccharose (C0), còn nồng độ đường ở thời điểm t (C = Co – x) thì tỉ lệ với góc quay kể từ thời điểm đó đến khi kết thúc sự nghịch đảo đường, nghĩa là tỉ lệ với
��− �∞
Trang 3Ta có:
� = 1� ln��� − �∞
�− �∞ Góc quay � được xác định bằng phân cực kế
Sử dụng phân cực kế
1 – nguồn sáng; 2 – kính dọc; 3, 4, 6 – lăng kính Nicol phân cực; 5 – curvet chứa mẫu; 7 – kính quan sát
Hình 1 Sơ đồ phân cực kế Trong phân cực kế, lăng kính 3, 4 cố định còn lăng kính 6 có thể quay chung quanh trục quang Khi quay lăng kính 6 thì độ chiếu sáng vào mặt kính quan sát sẽ thay đổi từ 0 đến cực đại
Có một vị trí, ở đó độ chiếu sáng của lăng kính rất đều nhau, đó là vị trí 0 của máy
Sau khi đạt được điểm không của máy, nếu đặt curvet chứa mẫu có chất quang hoạt vào máy thì vị trí 0 sẽ thay đổi Ta phải quay lăng kính 6 một góc �
Trang 4nào đó để lại đạt điểm không của máy Góc � này chính là góc quay mặt phẳng phân cực cần đo
Phần “độ” của góc quay được đọc theo thang lớn (chia từ 0o – 180o), còn phần lẻ của độ đọc theo thang nhỏ (chia từ 0 – 10) và lấy theo vạch nào trùng với vạch của thang chia lớn
Trang 5III THỰC NGHIỆM
a Hóa chất và dụng cụ:
Bảng 2 Hóa chất và dụng cụ
Phân cực kế
Curvet chứa mẫu
Dĩa cân nhựa
Muỗng nhựa
Ống đong 100mL
Becher 250mL
Pipette 25mL
Quả bóp cao su
Bình xịt nước cất
01 01 01 01 01 03 02 01 01
Đường saccharose HCl 2.0M
10.00 g
b Qui trình thí nghiệm:
- Xác định ��
cân 10g đường trên cân kỹ thuật cho vào cốc chứa 50mL lọc sạch (nếu cần)
cho vào cốc: 15mL dd sacchrose + 15mL nước cất, khuấy đều
tráng curvet 1mL dd đường trên (2 lần) cho vào curvet chứa mẫu dd còn lại lau khô curvet bằng giấy lọc đo � 0
không tạo bọt khí
Trang 6- Xác định ��
đun hh còn thừa tới 70 o C (30p), làm nguội đến
nhiệt độ phòng, đo � ∞
30mL dd saccharose 30 mL dd HCl 2.0M
Đổ HCL vào đường, ghi t = 0 khuấy đều, cho hh vào curvet chứa mẫu
đo � 0 ở t = 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 75, 90 phút
Ở nhiệt độ phòng thông thường phản ứng nghịch đảo đường kết thúc sau vài ngày
Trang 7IV KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
a) Kết quả tính:
Bảng 3 Giá trị hằng số tốc độ k tại các thời điểm t
Thời
điểm t
Góc
quay
phân
cực �
102,2 101,9 101,5 101,2 100,75 100,4 100,3 9,759 ,399 9,05 86,89
Hằng
số tốc
độ k
(phút -1 )
0, 0039 3
0, 00465
0 ,0044 8
0,0 0494
0, 0041 4
0, 0032 9
0, 0034 7
0, 00278
0, 0025 4
Công thức tính hằng số tốc độ phản ứng bậc 1:
� = � � �� � �� − �∞
� − �∞
Trong đó:
�0 : góc quay phân cực ở thời điểm ban đầu t = 0
��: góc quay phân cực thời điểm t
�∞: góc quay phân cực thời điểm kết thúc quá trình t = ∞
Từ các giá trị k trong bảng 3, ta tính giá trị k trung bình:
ktb= 0,00380 (phút -1)
Sai số: 0,00084
Vậy hằng số tốc độ là: 0,00380 ± 0,00084 (phút -1 )
Tính k bằng phương pháp bình phương pháp bình phương cực tiểu:
���� − �∞
��− �∞ = f(t) = kt
Trang 8Bảng 4 Giá trị ln�� − �∞
��− �∞ tại các thời điểm t
f(t) 0,01967 0,04652 0,06714 0,09889 0,12430 0,13168 0,17327 0,20864 0,22884
Hình1 Đồ thị biểu diễn kt theo t
Nhận xét:
- Nhìn vào đồ thị ta thấy, những điểm thực nghiệm khá lệch so với đường hồi
quy
- R2= 0,944875568 , kết quả đo gặp sai số khá lớn, có thể là do quá trình quan
sát, đọc kết quả thí nghiệm
- k tính theo phương pháp này nhỏ hơn so với k trung bình tính theo bảng số 2
y = 0,0023619x + 0,034190142
R2= 0,944875568
Theo phương trình trên, ta có:
k = 0,0023619 (phút-1)
Trang 9b) Các khó khăn gặp phải trong quá trình thực nghiệm và biện pháp khắc phục:
- Khó khăn trong việc quan sát, đọc kết quả dẫn đến sai lệch nhiều
- Lần đầu sử dụng thiết bị nên không tránh khỏi những sai sót
- Phải tiềm hiểu kỹ lưỡng về thiết bị đo, để không gặp những lỗi sai trong lúc làm thí nghiệm
Trang 10IV TRẢ LỜI CÂU HỎI
1 Thế nào là nguyên tử cacbon bất đối xứng và chất quang hoạt? Giải thích hiện tượng quay mặt phẳng phân cực của chất quang hoạt
Nguyên tử cacbon bất đối xứng là nguyên tử trung tâm liên kết với 4 nguyên
tử hoặc nhóm nguyên tử khác
Chất quang hoạt là là những chất (dạng tinh thể hay dung dịch) khi đặt trên đường truyền của ánh sáng phân cực thẳng thì làm quay mặt phẳng phân cực một góc � nào đó
Giải thích hiện tượng quay mặt phẳng phân cực của chất quang hoạt:
- Ánh sáng là một sóng điện từ mà phương dao động luôn thẳng góc với phương truyền sóng Các dao động của ánh sáng thường thẳng góc với phương truyền sóng và hướng ra xung quanh theo mọi mặt phẳng trong không gian
- Ánh sáng phân cực phẳng là ánh sáng mà vectơ điện trường của tất cả sóng ánh sáng đều hướng theo một phương, nghĩa là cùng nằm trên một mặt phẳng, gọi là mặt phẳng phân cực
- Nguyên nhân gây ra tính hoạt động quang học là do phân tử không có yếu
tố đối xứng nào trong phân tử: C* bất đối xứng Trong phân tử, electron không thể có tự do dao động trong tất cả mọi hướng, tính phân cực của phân tử là bất đẳng hướng Khi electron trong phân tử dao động trong mặt phẳng phân cực, chúng có khuynh hướng dao động ra ngoài mặt phẳng phân cực Vì tương tác của chúng với electron dao động, trường điện từ của ánh sáng sẽ thay đổi Khi ánh sáng phân cực tương tác với phân tử, mặt phẳng phân cực sẽ quay
2 Nêu các yếu tố có thể ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng thủy phân đường trong thí nghiệm trên theo lý thuyết.
- Nhiệt độ
- Áp suất
Trang 11- Nồng độ.
- Chất xúc tác
3 So sánh hai giá trị k bằng hai cách trên và nêu các yếu tố có thể gây ra sai số khi đo.
- Kết quả giữa hai phương pháp sai lệch không đáng kể
- Các yếu tố có thể gây ra sai số khi đo:
+ Bọt khí trong quá trình cho mẫu vào curvet
+ Xác định điểm 0 của máy không chính xác
+ Đọc kết quả không chính xác
+ Canh thời gian bị lệch
4 Tại sao phải đun nóng hỗn hợp phản ứng tới 70oC, ở nhiệt độ khác được không? Giải thích.
Ở nhiệt độ phòng thông thường phản ứng nghịch đảo đường kết thúc sau vài ngày Vì vậy để đo được �∞ phải đun hỗn hợp còn thừa đến nhiệt độ 70oC Không thể đun nóng hỗn hợp phản ứng quá 70oC vì nếu đun quá nhiệt độ nước sẽ bay hơi đi làm đường bị cháy và biến đổi thành chất khác, còn đun ở nhiệt độ thấp hơn phản ứng không hoàn toàn và xảy ra chậm hơn
