Báo cáo thực hành Hóa lý Bài 10: Xác định hằng số tốc độ của phản ứng bậc hai

Báo cáo thực hành
Bài 10: XÁC ĐỊNH HẰNG SỐ TỐC ĐỘ CỦA PHẢN ỨNG BẬC HAI
Môn: Thực hành hóa lý
Họ và tên sv: Đoàn Phạm Bảo Lâm
Giảng viên HD: Lê Thiết Hùng MSSV: 19525911 Tổng kết Điểm số Nhận xét
Bài 10: XÁC ĐỊNH HẰNG SỐ TỐC ĐỘ CỦA PHẢN ỨNG BẬC HAI
1. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
Xác định hằng số tốc độ của phản ứng thủy phân este trong môi trường kiềm.
CH3COOC2H5 + NaOH ⇄ CH3COONa + C2H5OH 2. NGUYÊN TẮC
CH3COOC2H5 + NaOH -> CH3COONa + C2H5OH t = 0 a b 0 0 Phản ứng x x x x t a – x b – x x x Gọi :
+a, b là nồng độ ban đầu (tại thời điểm t = 0) của CH3COOC2H5 và NaOH.
+ x : nồng độ CH3COONa sinh ra tại thời điểm t.
Theo phương trình phản ứng, cứ 1mol CH3COOC2H5 phản ứng với 1mol
NaOH sẽ cho ra 1mol CH3COONa và 1mol C2H5OH. Vậy tại thời điểm t, nồng
độ C2H5OH sinh ra cũng sẽ là x, nồng độ CH3COOC2H5 và NaOH đã phản ứng
lần lượt là (a - x) và (b - x).
- Đây là phản ứng bậc 2, do đó tốc độ của phản ứng là: d(a−x) - = k(a − x)(b − x) dt
- Với k là hằng số tốc độ (thời gian-1 .nồng độ–1 ).
- Biến đổi phương trình trên và tích phân 2 vế, ta được: 1 a−x - ln - = kt + C a−b b−x
- Tại thời điểm ban đầu t = 0, x = 0 nên 1 a C = ln a−b b 1 b(a−x) Do vậy: ln = kt (1) a−b a(b−x)
-Gọi: V0, Vt, V∞ là thể tích NaOH còn trong hỗn hợp phản ứng tại các thời điểm t = 0, ∞, t,.
- Ta có nồng độ NaOH còn lại ở các thời điểm sẽ tỉ lệ với các thể tích đó. Còn
nồng độ của ester ban đầu và ở các thời điểm t sẽ tỷ lệ tương ứng với (V0 - V∞) và (Vt - V∞). - Có nghĩa là: b = A. V0 a = A(V0 − V∞) (b − x) = A.Vt
(a-x) = A[(V0 - V∞) – (V0 – Vt)] = A(Vt - V∞)
- Với A là hằng số tỉ lệ.
- Thay vào phương trình (1) ta được: 1 (V0 - V∞) Vt k = ln [ x ] A.V∞.t V0 (Vt - V∞)
- Nếu sử dụng dung dịch NaOH 0,05N với lượng hỗn hợp phản ứng dùng là 10ml, thì số
đương lượng NaOH có trong 10ml hỗn hợp phản ứng (hay trong V0 ml NaOH) là: V0 x 0,05 x 10−3
- Nồng độ đương lượng NaOH trong mẫu thử (10ml) là: 103 b = V0  0,05  10-3 x = 0.005.V0 10 mà b = A.V0 Vậy A = 0,005
Còn V0, Vt, V là thể tích NaOH 0,05N còn lại trong mẫu thử (10ml) tại
các thời điểm t = 0, t, .
3. DỤNG CỤ HÓA CHẤT 3.1. Dụng cụ - 6 erlen (có nắp) 250ml - Nồi đun cách thủy - 1 buret 25ml - Pipet 5ml, 10ml - Bếp đun - Cốc 10ml 3.2. Hóa chất - NAOH 0,05N - CH3COOC2H5 - HCL 0,05N -Chỉ thị pp
4. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
- Cho vào 5 erlen: 10ml HCl 0,05N; 2 giọt PP.
- Lấy 70ml NaOH 0,05N đổ nhanh vào 17,5ml CH3COOC2H5 0,1N (ghi thời gian t = 0).
- Sau 5, 10, 15, 20 phút thì lấy 10ml hỗn hợp trên cho vào erlen và chuẩn độ
bằng NaOH 0,05N (ghi lại thể tích NaOH đã chuẩn độ).
- Sau 4 lần ta đem phần hỗn hợp còn lại đi đun ở 50 – 600C trong 30 phút.
- Sau đó lấy 10ml hỗn hợp đó cho vào erlen còn lại và chuẩn độ bằng NaOH  V∞ NaOH.
5. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Thời gian (phút) 5 10 15 20 ∞ VNaOH chuẩn độ 2.3 2.5 2.7 3 3.5 (ml)
6. TÍNH TOÁN XỬ LÝ SỐ LIỆU 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻.𝑉 70.10 Ta có: 𝑉 𝐻𝐶𝑙(𝑏đ) 𝑜 = = = 8 (𝑚𝑙)
𝑉ℎỗ𝑛 ℎợ𝑝 𝑝ứ 87.5
Lại có: 𝑉𝑡 = 10 − 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 (ở 𝑚ỗ𝑖 𝑡ℎờ𝑖 𝑔𝑖𝑎𝑛 𝑡) (𝑚𝑙)
Từ công thức trên, ta có bảng số liệu như sau: Thời gian (phút) 5 10 15 20 ∞
VNaOH chuẩn độ (ml) 2.3 2.5 2.7 3 3.5 Vt 7.7 7.5 7.3 7 6.5
Từ cơ sở lý thuyết ta có công thứ tính hằng số tốc độ sau: 1 (𝑉 𝑉 𝑘 = 𝑙𝑛 [ 0 − 𝑉∞) × 𝑡 ] A. 𝑉∞. 𝑡 𝑉0 (𝑉𝑡 − 𝑉∞) 1 (𝑉 𝑉 1 (8−6.5) 7.7 => 𝑘 0−𝑉∞) 1 1 = 𝑙𝑛 [ × ] = . 𝑙𝑛 [ . ] =1.138 (min- A.𝑉∞.𝑡 𝑉0 (𝑉1−𝑉∞) 0.005.6.5.5 8 (7.7−6.5) 1.𝐶 −1 )
Tương tự với các thời gian 10 phút, 15 phút và 20 phút, ta có:  𝑘 −1 2 = 1.138 (min-1.𝐶 )  𝑘 −1 3 = 1.102 (min-1.𝐶 )  𝑘 −1 4 = 1.485 (min-1.𝐶 )
Từ 4 hằng số tốc độ riêng lẻ trên ta có hằng số tốc độ trung bình của phản ứng là: 𝑘 1.138+1.049+1.102+1.485  1+𝑘2+𝑘3+𝑘4 𝑘 −1 𝑡𝑏 = = = 1.194 (min-1.𝐶 ) 4 4
Xác định hằng số tốc độ bằng phương pháp nội suy: 𝑉 𝑉
Ta có công thức: 𝑙𝑛 ( 𝑡 ) = 𝑘. 𝐴. 𝑉 𝑜 ) 𝑉 ∞. 𝑡 + 𝑙𝑛 ( 𝑡−𝑉∞ 𝑉𝑜−𝑉∞
Từ công thức trên ta có bảng số liệu sau: t (Phút) 5 10 15 20 𝑽 1.858898772 2.014903021 2.211017899 2.63905733 𝒍𝒏 ( 𝒕 ) 𝑽𝒕 − 𝑽∞
Từ bảng số liệu ta có đồ thị liên hệ giữa 𝑙𝑛 ( 𝑉𝑡 ) và t: 𝑉𝑡−𝑉∞
𝑙𝑛(𝑉𝑡/(𝑉𝑡−𝑉∞ ))= f(t) 3 )) ∞ 2 𝑉 y = 0,0507x + 1,5468 −𝑡 R² = 0,9405 1 𝑉
/(𝑡𝑉 0(𝑛 0 5 10 15 20 25 𝑙 t (Phút)
Phương trình đồ thị trên: y = 0.0507x + 1.5468
Tương đương với : y = k.A.V∞.x + 𝑙𝑛 ( 𝑉𝑜 ) Với A= 0.005 𝑉𝑜−𝑉∞
 𝑉∞ = 6.297 (𝑚𝑙) (1)
Từ (1) thay vào pt: k.A.V∞ = 0.0507 ⇒ k = 1.61 (min-1.𝐶 −1 )
7. TRẢ LỜI CÂU HỎI
Câu 1: Cách xác định 𝑽𝟎?
V0 là thể tích NaOH chuẩn độ ở thời điểm t=0. Tức là thể tích của NaOH ban đầu 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻.𝑉
cho vào phản ứng. Theo phương trình dễ dàng ta tính được 𝑉 𝐻𝐶𝑙(𝑏đ) 𝑜 = =
𝑉ℎỗ𝑛 ℎợ𝑝 𝑝ứ 70.10 = 8 (𝑚𝑙) 87.5
Câu 2: Cách tính hằng số tốc độ phản ứng tại các thời điểm t? 1 (𝑉 𝑉 𝑘 = 𝑙𝑛 [ 0 − 𝑉∞) . 𝑡 ] 𝐴. 𝑉0. 𝑡 𝑉0 𝑉𝑡 − 𝑉∞
Để tính được hằng số cân bằng ở các thời điểm t ta sử dụng công thức ở trên với
V0 : thể tích NaOH ở thời điểm t=0 ( thể tích NaOH lúc mới cho vào phản ứng)
Vt : thể tích NaOH còn lại ở các thời điểm t= 5, 10, 15,…
V∞: thể tích NaOH còn lại ở thời điểm cân bằng
Câu 3: Cách tính hằng số tốc độ trung bình? ∑𝑛 𝑘 𝑘 𝑖=1 𝑖 𝑡𝑏 = 𝑛
Câu 4: Tại sao không dùng HCl chuẩn độ trực tiếp NaOH trong hỗn hợp phản
ứng mà phải làm như trong phần hướng dẫn bài thí nghiệm này?
Thứ nhất : để dừng phản ứng thủy phân ester ngay tại thời điểm t
Thứ hai : chất chỉ thị ở đây dùng là PP nếu mà dùng HCl chuẩn độ trực tiếp thì
điểm tương đương là từ màu hồng sang mất màu lúc này chúng ta sẽ khó quan sát hơn
Câu 5: Trình bày những yếu tố ảnh hưởng đến hằng số tốc độ phản ứng? Nhiệt độ phản ứng Chất xúc tác
Nồng độ các chất phản ứng
Bản chất của phản ứng hóa học
Câu 6: Giải thích các bước tiến hành thí nghiệm?
Cho NaOH vào ester để phản ứng thủy phân xảy ra
Sau các khoảng thời gian lây hỗn hợp ra cho vào erlen chứa sắn 10ml HCl để HCl
phản ứng với NaOH còn trong hỗn hợp dừng phản ứng thủy phân lại.
Chuẩn độ hỗn hợp bằng NaOH để xác định HCl dư ở bước trên từ đó tìm ra được NaOH dư trong hỗn hợp
Đun cách thủy hỗn hợp trong 30p để đưa phản ửng nhanh tới thời điểm cân bằng
Câu 7: Giải thích cách xác định 𝑽∞?
V∞ là thể tích NaOH còn lại tại thời điểm phản ứng xảy ra hoàn toàn. Sau khi đun
hỗn hợp trong 30 phút, hỗn hợp nguội hoàn toàn ta tiến hành hút 10 mL hỗn hợp
đem chuẩn độ bằng NaOH tương tự như 4 erlen trước. Thể tích V∞ lúc này bằng thể
tích hỗn hợp phản ứng trừ thể tích NaOH chuẩn độ
V∞ = Vhh – V chuẩn
7. THẢO LUẬN KẾT LUẬN
Phương pháp chuẩn độ của bài này là phương pháp chuẩn độ gián tiếp (ngược)
HCl dư bằng NaOH chỉ thị PP.
Chuẩn độ ngược lượng HCl dư bằng NaOH với chỉ thị PP, điểm dừng phản ứng
dung dịch có màu hồng nhạt bền trong 30s
Thực hiện phản ứng ở 50-60℃, không để nhiệt độ quá cao để tránh gây nổ bình.
Ta có thể xác định hằng số phản ứng của phản ứng bậc 2 qua hai cách:
Tính k trung bình hoặc nội suy tuyến tính.
Tuy nhiên nội suy tuyến tính sẽ chính xác cao hơn do tránh được sai số không cần
thiết. Trong quá trình thực hiện thí nghiệm có thể có sai số do hóa chất chưa đủ độ tinh
khiết, quá trình làm thủ công làm hao hụt hóa chất, thời gian và nhiệt độ phản ứng chưa tối ưu.