Luận văn Xây dựng hệ thống những bài thực nghiệm phần hóa đại cương vô cơ huấn luyện học sinh giỏi cấp quốc gia, quốc tế

hìn chung bài thực hành hoá học trong các kì thi ICho quốc tế được xây dựng theo các xu hướng sau: - Có tính ứng dụng thực tiễn cao. Gắn liền với các công trình nghiên cứu xuất sắc của quốc gia đăng cai hoặc vấn đề thế giới đang quan tâm. - Kiến thức cập nhật. - Thao tác thí nghiệm đơn giản, cơ bản. - Sử dụng sự hỗ trợ của các thiết bị hiện đại. - Khuyến khích làm việc theo nhóm. Nội dung thực hành trong các đề Icho IChO các năm gần đây rất đa dạng nhưng tập trung chủ yếu vào phương pháp phân tích định tính, định lượng ion dưới dạng phức chất, điều chế hoá chất vô cơ, nghiên cứu động học phản ứng. Đề thi quốc gia mới bắt đầu tiếp cận với thực hành nên chưa đủ dữ kiện để so sánh tuy nhiên cũng phản ánh được sự tương thích giữa nội dung thực hành của hai đề. Tiểu kết chương 1 Trong chương này chúng tôi đã nghiên cứu một số lý luận cơ bản về hoạt động nhận thức, năng lực sáng tạo của học sinh. Đưa ra tổng quan các vấn đề lí luận và thực tiễn về công tác bồi dưỡng HSG học sinh giỏi,; thực trạng của thí nghiệm, thực hành trong dạy học hóa học của chương trình trung học phổ thông cơ bản, nâng cao và trung học phổ thông chuyên,; trong các kì thi học sinh giỏi cấp quốc gia ở nước ta hiện nay. Tóm tắt nội dung thực hành hoá học đại cương vô cơ trong đề thi Icho các năm gần đây. Từ đó nhận xét mối liên hệ giữaphân tích mối quan hệ giữa chương trình thực hành trong nước vớivới các đề thi olympic hoá học quốc tế. Chương 2II: MỘT SỐ BÀI THỰC HÀNH RÈN LUYỆN KĨ NĂNG CHO HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA VÀ QUỐC TẾ 2.1. Cơ sở lý thuyết chung 2.1.1. Phân tích định lượng [12], [13], [22]: Trong chương trình thực hành hóa học có khá nhiều đa số các bài thực hành đại cương vô cơ đề cập đều sử sử dụng phương pháp phân tích đặc biệt là phương pháp chuẩn độ đo thể tích phân tích. Một thí nghiệm phân tích định lượng thường bao gồm nhiều giai đoạn kế tiếp hoặc song song. Nếu mọi giai đoạn thí nghiệm đều được tiến hành cẩn thận, đúng nguyên tắc thì sẽ thu được kết quả cuối cùng mới có thể chính xác. Bởi vậy giáo viên phải hướng dẫn học Học sinh cần được hướng dẫn và chuẩn bị thật kỹ trước khi làm thí nghiệm: - Nắm vững cơ sở lý thuyết của thí nghiệm, hiểu thấu đáo ý nghĩa của từng thao tác thí nghiệm. - Nắm vững cách sử dụng các dụng cụ thí nghiệm, cách pha chế, chuẩn bị các hóa chất cần thiết. - Trình tự thí nghiệm. - Cách ghi chép và tính toán kết quả thí nghiệm. Muốn tiến hành thí nghiệm có kết quả tốt trong thời gian định sẵn, không lãng phí hóa chất, làm hư hỏng dụng cụ, thiết bị, giáo viên cần lưu ý cho học sinh một số nội quyqui tắc làm việc trong phòng thí nghiệmsau.: - Chỗ làm việc phải sạch sẽ, khô ráo, các dụng cụ phải bố trí thuận tiện cho việc sử dụng, tránh xẩy ra va chạm, đổ vỡ.. - Các dụng cụ thủy tinh, sứ chuẩn bị phải bảo đảm sạch sẽ trước khi dùng, cần kiểm tra dụng cụ thiết bị trước khi dùng và bàn giao đầy đủ cho phòng thí nghiệm sau khi hoàn thành thí nghiệm. - Mọi hiện tượng, số liệu trong khi thí nghiệm đều phải ghi vào sổ thí nghiệm, không ghi vào mảnh giấy rời hoặc ghi lên bàn. Việc thực hiện các quy tắc, quy định an toàn lao động thể hiện năng lực và kỹ năng của HS và được đánh giágía cùng với kết quả thu được. 2.1.1.1. Dụng cụ và cách sử dụng: Bình định mức dùng để đong và pha chế dung dịch. Khi làm việc với bình định mức cần chú ý cách li các nguồn nhiệt, không nên cầm kể cả từ tay vào phần thân bìnhngười thí nghiệm nên cầm tay vào phần trên cổ bình, cần tránh tiếp xúc tay vào bầu bình vì nhiệt từ tay sẽ truyền vào thành bình để tránh làm thay đổi dung tích bình. Trước khi làm đầy bình định mức, phải đặt bình ở vị trí bằng phẳng và được chiếu sáng rõ. Pipet dùng để chuyển thể tích xác định dung dịch từ bình này sang bình khác. Khi làm việc với pipet, cần chú ý cách li các nguồn nhiệt kể cả từ tay người thí nghiệm để tránh không được chạm tay vào phần giữa của pipet, nhiệt từ tay sẽ làm thay đổi dung tích của pipet, khi đọc thể tíchđiều chỉnh pipet phải để pipet ngang với tầm nhìn của mắt. Khi chuyển chất lỏng sang bình chuẩn độ phải cho chảy từ từ thì chất lỏng mới chảy hết khỏi pipet. Nếu cho chảy nhanh, do lực chảy của chất lỏng mà một phần đáng kể sẽ còn lại trong pipet. Pipet phải ở vị trí thẳng đứng khi chảy. Mặc dù chất lỏng đã chảy hết khỏi pipet nhưng ở đầu pipet vẫn còn một ít chất lỏng, vì vậy phải chạm nhẹ vài lần đầu pipet vào bình phần không có dung dịch để chất lỏng chảy ra hết,. không thổi pipet để lấy giọt cuối cùng. Buret dùng để chuẩn độ dung dịch. Khi làm việc với buret ta phải kẹp buret vào vị trí thẳng đứng. Trước mỗi lần chuẩn độ phải đổ dung dịch chuẩn vào buret tới vạch “0” và chú ý làm đầy cả phần cuối và cả khóa buret. Khi đọc chỉ số trên buret, mắt phải để ở vị trí ngang với vạch lồi. Có thể đọc theo phần cong xuống hay cong lên của mặt cong dung dịch, nhưng tất cả các lần đọc kể cả khi đọc ở vạch “0” và khi đọc mức dung dịch sau khi chuẩn độ đều phải giống nhau. Khi tiến hành chuẩn độ phải cho dung dịch chảy ra khỏi buret một cách từ từ để tất cả chất lỏng chảy hết ra khỏi buret, điều này có ý nghĩa đặc biệt khi chuẩn độ với các dung môi khác nước. Cuối quá trình chuẩn độ phải nhỏ từng giọt dung dịch, cần tiến hành chuẩn độ vài lần. Kết quả của quá trình chuẩn độ là giá trị trung bình của các lần chuẩn độmột số phép xác định song song. Thể tích dung dịch chuẩn tiêu tốn trong quá trình chuẩn độ không được lớn hơn dung tích của buret để tránh sai số. 2.1.1.2. Nồng độ và pha chế dung dịch: - Dung dịch là 1 hệ đồng nhất gồm 2 hay nhiều cấu tử. - Để biểu thị thành phần dung dịch, ta dùng khái niệm nồng độ. a. Nồng độ dung dịch: là lượng chất tan có trong 1 đơn vị khối lượng hoặc đơn vị thể tích dung dịch hay dung môi. - Nồng độ phần trăm khối lượng (C%): là số phần khối lượnggam chất tan có trong 100 phần khối lượnggam dung dịch. - Nồng độ mol/lít (M): là số mol chất tan có trong 1 lít dung dịch. - Nồng độ đương lượng : (hay nồng độ nguyên chuẩn (N), kí hiệu là N): là số đương lượng mol chất tan trong 1 lít dung dịch. - Nồng độ molan: là số mol chất tan trong 1000 gam dung môi. - Nồng độ phần mol (kí hiệu là x): là số mol chất i chia cho tổng số mol các chất có mặt trong dung dịch. b. Pha chế dung dịch * Chất gốc trong phân tích thể tích Dung dịch chuẩn, dung dịch gốc là dung dịch cơ bản trong phân tích thể tích, khi chuẩn độ dựa vào nó để xác định hàm lượng các chất trong chất phân tích. Việc pha chế một dung dịch có nồng độ chính xác cần phải tuân theo những quy tắc đặc biệt về tính chính xác và cẩn thận nghiêm ngặt khi làm việc. Vì thế các chất gốc cần thỏa mãn các yêu cầu sau: - Phải có độ tinh khiết cao (tinh khiết phân tích – tkpt). - Thành phần hóa học của chất tồn tại trong thực tế phải ứng đúng với công thức đã dùng để tính toán lượng phải cân. - Các chất gốc phải bền vững, không hút ẩm, không tác dụng với không khí, không chảy khi cân, khi pha thành dung dịch nồng độ của nó phải không đổi theo thời gian. - Phân tử lượng của chất gốc càng lớn càng tốt vì như thế sẽ làm giảm được sai số khi cân. Do phải thỏa mãn các yêu cầu trên nên trong thực tế phân tích định lượng chỉ có một số chất được chọn làm chất gốc, cho phép đo cụ thể. Ví dụ trong phương pháp trung hòa: H2C2O4.2H2O và Na2B4O7.10H2O, phương pháp oxy hóa - khử: K2Cr2O7 và H2C2O4.2H2O, phương pháp Complexon: Na2H2Y.2H2O. * Pha dung dịch loãng từ dung dịch đặc chuẩn - Nồng độ được biểu thị bằng nồng độ Mol/lít C1.V1 = C2.V2 với V2 = V1 + Vn C1, C2 nồng độ của dung dịch đặc và dung dịch loãng của chất cần pha V1, V2 thể tích của dung dịch đặc và dung dịch loãng Vn thể tích nước cần phải thêm vào V1ml dung dịch nồng độ C1 để được V2 ml dung dịch nồng độ C2. Ví dụ: Cần lấy bao nhiêu ml dd HCl 12M để được 250ml dd HCl 0,1M. Ta có: C1.V1 = C2.V2 - Nồng độ được biểu thị theo % khối lượng C1.d1.V1 = C2.d2.V2 C1; C2; d1; d2; V1; V2: nồng độ, tỷ trọng, thể tích dung dịch đặc và dung dịch loãng cần pha. Ví dụ: Cần bao nhiêu ml dung dịch H2SO4 98% (d=1,84) để pha 1lít dung dịch H2SO4 5% (d=1,00)? Áp dụng công thứcCT: C1.d1.V1 = C2.d2.V2 - Trộn hai dung dịch cùng một chất có nồng độ khác nhau Nếu trộn V1ml dung dịch chất nào đó có nồng độ C1 với V2 ml dung dịch chất đó có nồng độ C2 để được dung dịch C và thể tích V ml. Chúng ta có: C1.V1 + C2.V2 = C.V hay C1.V1 + C2.V2 = C.(V1 + V2) Ví dụ: Cần thêm bao nhiêu ml dung dịch HCl đặc 12M (37%) vào 200ml dung dịch HCl 0,8M để có được một dung dịch HCl nồng độ 1M. Ta có: C1.V1 + C2.V2 = C(V1 + V2) 2.1.1.3. Các phương pháp chuẩn độ ộ phân tích hay gặp trong các đề thi IChoIcChOo: a. Dựa vào bản chất của phản ứng trong phân tích thể tích có thể phân loại các phương pháp phân tích sau: - Phương pháp trung hòa: dựa vào phản ứng giữa axit - bazơ để định lượng trực tiếp hay gián tiếp axit, bazơ, muối. - Phương pháp oxy hóa -– khử: dựa vào phản ứng oxy hóa -– khử để định lượng các nguyên tố chuyển tiếp, một số chất hữu cơ và có thể định lượng một cách gián tiếp các anion vô cơ. - Phương pháp kết tủa: dựa vào phản ứng tạo thành các hợp chất kết tủa (hợp chất ít tan). - Phương pháp tạo phức (complexon): dựa vào phản ứng tạo phức chất của chất cần phân tích và thuốc thử. Nó định lượng được đa số các cation kim loại và một số anion. Thuốc thử được dùng nhiều nhất là EDTAComplexon. b. Tuỳ theo trình tự tiến hành chuẩn độ người ta chia thành các chuẩn độ sau: * Chuẩn độ trực tiếp: - Cách tiến hành: Thêm từ từ dung dịch chuẩn từ buret vào dung dịch định phân tích X đựng trong bình nón. Thuốc hthử tác dụng trực tiếp với chất cần phân tích. - Cách tính: Dựa vào nồng độ dung dịch chuẩn, thể tích của nó đã tiêu tốn và phương trình chuẩn độ để tính lượng X phản ứng. Ví dụ: Ttính nồng độ của dd dung dịch NaOH biết rằng khi chuẩn độ 20ml dùng dịch đó thì phải dùng vừa hết 22.75ml dung dịch HCl 0.106M. Phản ứng chuẩn độ: NaOH + HCl NaCl + H2O Có nNaOH = nHCl CNạOH.VNaOH = CHCl.VHCl CNaOH = (0.106*22.57)/20 = 0.1206M * Chuẩn độ ngược: - Cách tiến hành: Thêm một lượng xác định và dư dung dịch chuẩn R vào chất cần phân tích. Sau đó chuẩn độ lượng thuốc thử R còn dư lại bằng thuốc thử R' khác thích hợp. Phương pháp này thường được dùng để định lượng các chất tham gia các phản ứng xảy ra chậm hoặc khonog không có chất chỉ thị thích hợp để xác định X bằng phản ứng chuẩn độ trực tiếp. - Cách tính: Dựa vào thể tích và nồng độ của các dung dịch chuẩn R và R' và phương trình các phản ứng, ta tính được nồng độ chất cần phân tích. Chẳng hạn để định lượng Cr trong thép, người ta phân huỷ 1.075g mẫu thép thành dung dịch rồi oxi hoá hoàn toàn Cr3+ thành CrO42-. Sau đó thêm vào 25ml dung dịch chuẩn FeSO4 0.0410M và lượng đủ dung dịch axit sunfuric loãng làm môi trường. Lượng Fe (II) dư được chuẩn độ bằng 3.70ml dd dung dịch KMnO4 0.04M. Hãy tính % khối lượng của Cr trong thép. Các phản ứng xảy ra trong quá trình chuẩn độ: CrO42- + 3Fe2+ + 8H+ Cr3+ + 3Fe3+ + 4H2O MnO4- + 5Fe2+ + 8H+ Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O Áp dụng định luật bảo toàn elctron có: ne (CrO42- và MnO4-) nhận = ne (Fe2+) nhường nCr.3 + 3.7*0.04*5 = 25* 0.041 nCr = 0.095mmol 2.1.1.4. Các chất chỉ thị chuẩn độ a. Chất chỉ thị cho chuẩn độ axit -– bazơ Chất chỉ thị axit - bazơ là những axit hoặc bazơ hữu cơ yếu có khả năng biến đổi mầu ở những giá trị pH nhất định và màu của dạng axit khác màu của bazơ. Giả sử có chất chỉ thị HInd, trong dung dịch có cân bằng sau: HInd ⇌ H+ + Ind- Ka HInd: dạng phân tử của chất chỉ thị (dạng axit) Ind-: dạng ion của chất chỉ thị (dạng bazơ) Nếu cân bằng của phản ứng chuyển dịch về phía bên phải thì dung dịch có mầu của dạng ion chất chỉ thị. Nếu cân bằng chuyển dịch về phía bên trái thì dung dịch có mầu của phân tử chất chỉ thị. Ví dụ: Mmetyl da cam là một axit tương đối mạnh (pKa=3,7) nên trong dung dịch trung hòa có mầu vàng vì trong dung dịch dạng ion chiếm ưu thế. Hind ⇌ H+ + Ind- dạng mmàuầu đỏ dạng màuầu vàng Phenolphthalein là một axit yếu (pKa=9,2) nên trong dung dịch trung hòa cân bằng chuyển dịch về phía bên trái và dạng phân tử chiếm ưu thế hơn dạng ion. Hind ⇌ H+ + Ind- dạng không màuầu dạng màuầu đỏ b. Chất chỉ thị cho chuẩn độ oxiy hóa – khử Chất chỉ thị oxiy hoá - khử là những chất hữu cơ có khả năng oxiy hoá - khử, màu của dạng oxiy hoá khác màu của dạng khử. Trong dung dịch nó có thể đổi màu theo điện thế ở những giá trị xác định. Indoxh + ne ⇌= Indkh Màu của chất chỉ thị được quyết định bởi tỉ số nồng độ 2 dạng [Indoxh]/[Indkh]. Khi Edd thay đổi làm cho tỉ số này thay đổi thì màu của chất chỉ thị cũng thay đổi. c. Chất chỉ thị cho chuẩn độ phức chất ( Complexon) Trong phương pháp chuẩn độ complexon, người ta thường dùng các chất chỉ thị có khả năng tạo với ion kim loại phức có mầu khác với mầu riêng của chất chỉ thị. Chất đó được gọi là chất chỉ thị kim loại. Như vậy phép chuẩn độ ion kim loại bằng EDTA gồm 2 giai đoạn sau: - Phản ứng giữa ion kim loại tự do và chỉ thị complexon. - Phản ứng giữa chỉ thị complexon và ion kim loại trong phức. Cơ chế chuyển màu: Mn+ + = dung dịch đệm pH + Chỉ thị (CTKL). Có phản ứng chung như sau: Phức chất: [CTKL + Mn+] + H2Y2- ⇌ MY(4-n) + 2H+ + CTKL tự do mMàu A mMàu B Chất chỉ thị nguyên chất rất khó sử dụng vì chỉ cần một lượng nhỏ đôi khi đã làm cho màuầu dung dịch quá đậm, không thể quan sát được sự đổi màuầu tại điểm tương đương. Để dễ sử dụng người ta phải pha loãng chúng bằng những hóa chất khác nhau. 2.1.1.5. Quan hệ giữa độ chính xác của phép đo và độ chính xác của tính toán Kết quả phải tìm không thể nào chính xác hơn độ chính xác của phương pháp phân tích đã dùng, vì vậy việc tính toán trong phân tích thể tích phải được tiến hành với độ chính xác sao cho phù hợp với việc đo thể tích dung dịch chuẩn bằng buret. Các buret dung tích 25 -– 50ml chia thành những vạch 0,1ml thì độ chính xác của việc đọc thể tích dung dịch trên buret ấy đạt được 1%ml. Các microburet có thể tích 1 -– 2ml chia thành những vạch 0,01ml thì độ chính xác của việc đọc trên buret đạt được 1%o ml. 2.1.2. Động học phản ứng[25]: 2.1.2.1. Tốc độ phản ứng: a. Khái niệm Đối với một phản ứng hoá học bất kì theo thời gian tiến hành phản ứng thì nồng độ (thành phần) của chất tham gia phản ứng giảm đi và nồng độ (thành phần) của sản phẩm tăng lên. Ta nhận thấy rằng: Phản ứng xảy ra càng nhanh (tốc độ phản ứng càng lớn) thì trong một đơn vị thời gian biến thiên nồng độ các chất trong phản ứng càng lớn và ngược lại. Như vậy có thể dùng độ biến thiên nồng độ của các chất (tham gia hoặc sản phẩm) trong một đơn vị thời gian làm thước đo tốc độ cho các phản ứng hoá học. Định nghĩa: Tốc độ phản ứng hoá học của chất tan được xác định bằng biến thiên nồng độ các chất tham gia (hay sản phẩm) trong một đơn vị thời gian. Xét phản ứng tổng quát: aA + bB → cC + dD Biểu thức tốc độ trung bình của phản ứng: (1) Trong đó: là tốc độ trung bình của phản ứng biến thiên nồng độ chất tan trong khoảng thời gian Để xác định vận tốc tức thời của phản ứng tại thời điểm t nào đó ta áp dụng ý nghĩa của bài toán đạo hàm (bài toán vận tốc) (2) Xét phản ứng tổng quát: aA + bB → cC + dD Để tốc độ phản ứng đơn giá khi tính với mọi chất trong phương trình thì biểu thức tốc độ tức thời được viết: (Ci là nồng độ mol/l) Tốc độ tức thời của phản ứng được biểu diễn theo các chất tham gia như sau: Trong đó: k là hằng số tốc độ của phản ứng CA; CB là nồng độ của A, B tại thời điểm đang xét x, y là bậc riêng phần của phản ứng đối với A, B Chú ý: PpƯhản ứng có chất khí tham gia có thể viết biểu thức tốc độ theo áp suất riêng phần (Pi). b. Các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng: * Nồng độ chất tham gia (Áp suất với chất khí): tỉ lệ thuận với tốc độ phản ứng. Với phản ứng phức tạp thì tốc độ phản ứng phụ thuộc vào giai đoạn chậm nhất. * Nhiệt độ: ảnh htưởng tỉ lệ thuận theo luỹ thừa tới hằng số tốc độ phản ứng: Ea là năng lượng hoạt hoá của phản ứng A là hằng số đặc trưng của phản ứng * Diện tích bề mặt tiếp xúc: diên tích bề mặt tiếp xúc của các chất càng lớn tốc độ phản ứng càng tăng * Chất xúc tác: làm tăng tốc độ phản ứng nhưng còn khi phản ứng kết thúc Bảng 1: c .Pphương trình động học của một số phản ứng đơn giản: Bậc phản ứng PT động học Thời gian nửa phản ứng bậc 0: A sản phẩm [A] = [A]o -+ kt bậc 1: A sản phẩm ln[A] = ln[A]o - kt bậc 2: 2A sản phẩm (hoặc A + B sản phẩm. [A]o = [B]o) bậc 2: A + B sản phẩm. [A]o [B]o cd. Phương pháp xác định bậc phản ứng: * Phương pháp cô lập Ostwald: Khi xác định bậc riêng phần của một chất người ta đo tốc độ đầu của phản ứng khi thay đổi nồng độ chất đó, nồng độ các chất còn lại lấy rất dư so với chất cần xác định để coi như không đổi trong quá trình phản ứng. * Phương pháp tính thời gian nửa phản ứng: Xác định thời gian với tỉ lệ như nhau của một chất ở hai nồng độ khác nhau. 2.1.2.2. Cân bằng hoá học: a. Khái niệm: Trạng thái cân bằng của một phản ứng là thời điểm mà tại đóđố tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch. Theo định nghĩa về cân bằng hoá học thì trạng thái cuối cùng của hệ không thay đổi nếu điều kiện phản ứng được giữ nguyên. b. Điều kiện cân bằng hoá học: Theo nhiệt động học thì điều kiện để hệ đạt trạng thái cân bằng là: dG = hay G = = 0 (1) Trong đó: là biến thiên thế đẳng nhiệt đẳng áp; là hoá thế của chất i trong hệ, ni là số mol của chất i tương ứng (là hệ số trong phương trình tỉ lượng). c. Xây dựng hằng số cân bằng: Xét phản ứng tổng quát của các chất khí lí tưởng: a A + b B ⇌ c C + d D Đở điệu kiện đẳng nhiệt đẳng áp có: (2) Kết hợp (1) và (2) ta được: (3) Mặt khác ta có: thay vào (3) ta được: (4) Biểu thức (4) là phương trình nhiệt vanhoff. Khi PA=PB=PC=PD =1atm thì Như vậy, là biến thiên htế đẳng áp, đẳng nhiệt trong điều kiện áp suất các chất khí tham gia đều bằng 1atm Khi đạt trạng thái cân bằng thì Khi đó phương trình (4) được viết lại như sau: (5) Với Kp là hằng số cân bằng hoá học của phản ứng. (6) Như vậy dựa vào biểu thức (6) ta xác định được hằng số Kp của phản ứng khi biết được áp suất riêng phần của các chất đầu và cuối của phản ứng. * Lưu ý: Hằng số cân bằng của phản ứng hoá học chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và bản chất phản ứng. Một số biểu thức xác định hằng số cân bằng: * Đối với khí lý tưởng ta có: Với : là biểu thức định luật tác dụng khối lượng được tìm ra bởi Guldberg và Vage. * Theo định luật Dalton ta có: Tthay vào biểu thức Kp ta được: . Nếu đặt là nồng độ phần mol thì ta có . Nếu thì Kp=KC=KN=Kn d. Các yếu tố ảnh hưởng tới cân bằng hoá học: Nguyên lý chuyển dịch cân bằng Lơ - Satơlie: Khi phản ứng hoá học đạt trạng thái cân bằng nếu thay đổi một trong các yếu tố như nồng độ, áp suất, nhiệt độ... thì cân bằng chuyển dịch theo chiều chống lại sự thay đổi đó. * Nồng độ chất tan - Nếu tăng nồng độ của chất tham gia hoặc giảm của chất sản phẩm thì cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận. - Nếu giảm nồng độ của chất tham gia hoặc tăng của chất sản phẩm thì cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch. * Áp suất chất khí: - Áp suất riêng phần ảnh hưởng tới cân bằng tương tự nồng độ. - Áp suất hệ (Ph): + Nếu n>0: Ph tăng cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận, Ph giảm cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch + Nếu n<0: Ph tăng cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch, Ph giảm cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch. + Nếu n=0: Ph thay đổi không ảnh hưởng tới cân bằng hoá học. * Nhiệt độ phản ứng: Nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp tới hằng số cân bằng theo biểu thức sau: là nhiệt của phản ứng ở điều kiện chuẩn. R: hằng số khí. T2; T1 là nhiệt độ tiến hành phản ứng (K). KT2; KT1: Hằng số cân bằng của phản ứng ở nhiệt độ T2; T1. 2.2. Phân tích nội dung bài thực hành vô cơ trong kì thi Icho: Chúng tTôi nghiên cứu phân tích bài toán thực hành vô cơ trong đề thi Icho 40 năm 2008 tổ chức tại Hungary. Đây là bài thực nghiệm điển hình yêu cầu học sinh các thao tác thí nghiệm liên quan đến chuẩn độ như pha chế dung dịch K4[Fe(CN)6] từ chất rắn gốc ban đầu sau đó chuẩn độ lại dung dịch bằng phương pháp chuẩn độ oxi hoá - khử với Ce4+. Sau khi xác định lại nồng độ của chất chuẩn thì dùng K4[Fe(CN)6] để xác định nồng độ Zn2+ bằng phương pháp chuẩn độ kết tủa. 1. Cơ sở lý thuyết: * Pha chế dung dịch K4[Fe(CN)6] từ chất gốc K4[Fe(CN)6].3H2O. Sau đó chuẩn độ lại dung dịch bằng dung dịch chứa ion Ce4+ 0.05136M trong môi trường axit H2SO4. Phản ứng chuẩn độ: [Fe(CN)6]4- + Ce4+ ⇌ [Fe(CN)6]3- + Ce3+ Chất chỉ thị feroin (E0 = + 1.06V), màu dung dịch chuyển từ đỏ sang xanh nhạt. * Chuẩn độ dung dịch chứa ion Zn2+ bằng dd K4[Fe(CN)6] ở trên trong môi trường axit H2SO4 có mặt K3[Fe(CN)6]: Phản ứng chuẩn độ: 2Zn2+ +2[Fe(CN)6]4- ⇌ Zn2[Fe(CN)6] Chất chỉ thị điphenyl amin (E0 = +0.76V), chuyển từ không màu sang tím hơi xanh. 2. Mục đích, yêu cầu: a. Kiến thức: - Biết được lý thuyết về dung dịch, cách xác định nồng độ mol/l của dung dịch. - Lý thuyết về chuẩn độ oxi hoá - khử. - Viết phương trình chuẩn độ oxi hoá - khử, tính thế của phản ứng. - Cơ sở để chọn chất chỉ thị tương ứng với từng phép chuẩn độ. b. Thao tác, kĩ năng thí nghiệm: - Lấy mẫu chất rắn và cân hoá chất. - Pha chế dung dịch từ chất rắn gốc. - Sử dụng bình định mức, pipet, buret. - Đọc thể tích trong các dụng cụ thí nghiệm trên. - Chuẩn độ dung dịch. - Xác định được điểm tương đương bằng chất chỉ thị. - Ghi chép kết quả thí nghiệm. c. Kết quả thí nghiệm: - Nếu sai số < ±5% cho 100% điểm kết quả - Nếu sai số từ ±5% đến ±10% cho 90% điểm kết quả - Nếu sai số trên ±10% cho 60% điểm kết quả 3. Dụng cụ: * Dùng chung trong pPhòng thí nghiệm: Bếp điện được điều chỉnh trước đến 700C đặt trong tủ hút (Hhood), nước cất, gang găng tay cao su, bình đựng chất thải, thùng đựng thuỷ tinh vỡ và mao quản. * Trên bàn của thí sinh: Kính bảo hộ, thìa xúc hoá chất, đũa thuỷ tinh, giấy lau, bình tia nước cất, quả bóp, công tơ hút chia độ, buret, giá đỡ và kẹp, pipet 10cm3, cốc thuỷ tinh 400cm3, ống chia độ 25cm3, bình tam giác 200cm3 4. Hoá chất: * Dùng chung cho 4 - 6 thí sinh: Dung dịch feroin 0,025 mol/dm3, dung dịch 0,2 % đdiphenyl amin, dung dịch (C6H5)2NH trong axit H2SO4 đặc, d Dung dịch K3[Fe(CN)6] 0,1 mol/dm3. * Ở trên bàn của mỗi thí sinh: 50 mg ZnCl2 khan đựng trong ống nghiệm nhỏ (đặt trên miếng bọt xốp, có ghi số báo danh), mẫu rắn K4[Fe(CN)6].3H2O có ghi số báo danh đựng trong bình nhỏ, dung dịch ZnSO4 có ghi nồng độ và đánh số báo danh (200 cm3), dung dịch Ce4+ 0,05136 mol/dm3 (80 cm3), dung dịch H2SO4 1,0 mol/dm3 (200 cm3). 5. Tiến hành thí nghiệm Chuẩn bị dung dịch K4[Fe(CN)6] và xác định chính xác nồng độ của dung dịch: - Hòa tan mẫu rắn K4[Fe(CN)6].3H2O (M = 422,41 g/mol) vào một bình tam giác (Erlenmeyer) nhỏ và chuyển định lượng toàn bộ dung dịch vào bình định mức 100,00 cm3. - Lấy một mẫu 10,00 cm3 dung dịch kali ferohexaxianua(II) từ bình định mức. Thêm 20 cm3 dung dịnh axit sunfuric nồng độ 1 mol/dm3 và hai giọt dung dịch chất chỉ thị ferroin vào mẫu trước khi chuẩn độ. - Tiến hành chuẩn độ với dung dịch Ce4+ nồng độ 0,05136 mol/dm3. Lặp lại chuẩn độ nếu cần thiết. Cerium(IV) là một tác nhân oxi hóa mạnh trong môi trường axit và tạo ra Ce(III). Phản ứng giữa ion kẽm và kali ferohexaxianua (II) (potassium hexacyanoferrate(II)) - Lấy 10 cm3 dung dịch kali ferohexaxianua (II) và thêm vào đó 20 cm3 dung dịch axit sunfuric nồng độ 1 mol/dm3. - Tiếp tục thêm vào 3 giọt dung dịch chất chỉ thị (đdiphenyl amin) và 2 giọt dung dịch K3[Fe(CN)6]. Chất chỉ thị chỉ hoạt động nếu mẫu có chứa một lượng nhỏ ion ferohexaxianua(III) (hexacyanoferate(III) [Fe(CN)6]3–. - Chuẩn độ từ từ với dung dịch kẽm cho đến khi xuất hiện màu tím hơi xanh. Làm lại phép chuẩn độ nếu thấy cần thiết. Chú ý: Điểm tối đa không nhất thiết là dành cho các phương pháp lặp lại các giá trị được dự đoán bằng lí thuyết. 6. Xử lý kết quả và thang điểm 2a 2b 2c 2d 2e Tổng 40 5 40 10 5 100 a) Thể tích dung dịch Ce4+ đã tiêu thụ: b) Phản ứng chuẩn độ: Tính khối lượng của mẫu: K4[Fe(CN)6].3H2O (m): c) Thể tích dung dịch kẽm đã tiêu thụ: d) Đánh dấu vào câu trả lời đúng. Chất chỉ thị đdiphenyl amin thay đổi màu ở điểm kết thúc chuẩn độ: a) vì nồng của các ion kẽm Zn2+ tăng. b) vì nồng của các ion [Fe(CN)6]4– giảm. c) vì nồng của các ion [Fe(CN)6]3– tăng. d) vì chất chỉ thị bị giải phóng ra khỏi phức của nó. Chất chỉ thị có mặt ở dạng nào trước điểm kết thúc chuẩn độ ? a) Oxi hóa b) Khử hóa c) Phức với một ion kim loại Lúc bắt đầu chuẩn độ thế khử hóa đối với hệ hexaxyanoferrat(II) - -hHexaxyanoferrat(III) thấp hơn thế khử hóa của chất chỉ thị đdiphenyl amin. a) Đúng b) Sai e) Xác định công thức của kết tủa. Trình bày cách xác định của bạn. Công thức của kết tủa: 7. Lưu ý khi làm thí nghiệm: - Pipet có hai vạch mức. Lấy dung dịch đến vạch mức thứ hai để đo chính xác thể tích. Không để tất cả dung dịch chảy ra hết. - Khi thêm kali ferohexaxianua(II) (potassium hexacyanoferrate(II)), K4[Fe(CN)6], vào dung dịch chứa các ion kẽm sẽ tạo thành kết tủa ngay lập tức. Nhiệm vụ của bạn là tìm ra thành phần tỉ lượng của kết tủa không chứa nước trong ti