Giáo trình thực hành hóa cơ sở hệ công nhân hóa chất

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP 4 KHOA HOÁ GIÁO TRÌNH THỰC HÀNH HÓA CƠ SỞ HỆ CÔNG NHÂN HÓA CHẤT Thành phố Hồ Chí Minh, 9 – 2004 Khoa Hóa Giáo trình thực hành Hóa cơ sở MỤC LỤC Nội dung Trang MỤC LỤC.................................................................................................................................. 2 MÔN HỌC: THƯ ÏC HÀNH HÓA CƠ SỞ................................................................................... 3 PHẦN 1: HÓA ĐẠI CƯ ƠNG..................................................................................................... 4 BÀI 1: XÁC ĐỊNH CÔNG THƯ ÙC PHÂN TƯ Û CUSO4.NH2O.................................................... 4 BÀI 2: XÁC ĐỊNH KHỐI LƯ ỢNG NGUYÊN TƯ Û KẼM........................................................... 5 BÀI 3: KẾT TINH - THĂNG HOA - CHƯ NG CẤT .................................................................. 7 BÀI 4: PHA DUNG DỊCH VÀ CHUẨN ĐỘ............................................................................ 10 BÀI 5: VẬN TỐC PHẢN Ư ÙNG................................................................................................ 15 BÀI 6: PHẢN Ư ÙNG TRAO ĐỔI .............................................................................................. 19 PHẦN 2: HÓA VÔ CƠ ............................................................................................................ 21 BÀI 7: HYDRO VÀ CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IB, IIB............................................ 21 BÀI 8: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VIIA..................................................................... 27 BÀI 9: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VIA ...................................................................... 31 BÀI 10. CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA ..................................................................... 36 BÀI 11. CÁC NGUYÊN TỐPHÂN NHÓM IVA .................................................................... 40 BÀI 12: CÁC NGUYÊN TỐ KIM LOẠI PHÂN NHÓM I A, II A, III A ................................. 44 PHẦN 3: HÓA HƯ ÕU CƠ .......................................................................................................... 48 BÀI 13: HYDRO CARBON VÀ DẪN XUẤT HALOGEN...................................................... 48 BÀI 14: ANCOL VÀ PHENOL.............................................................................................. 51 BÀI 15: ALDEHYD - CETON - ACID CARBOXYLIC ......................................................... 56 BÀI 16: AMIN, PROTID - CHẤT BÉO, XÀ PHÒNG ............................................................. 60 BÀI 17: PHẢN Ư ÙNG ESTER HÓA.......................................................................................... 66 BÀI 18: TRÍCH LY TINH DẦU .............................................................................................. 69 2 Khoa Hóa Giáo trình thực hành Hóa cơ sở MÔN HỌC: THỰC HÀNH HÓA CƠ SỞ 1. Mã môn học:063HO510 2. Số đơn vị học trình: 3 3. Trình độ thuộc khối kiến thức: Khối cơ sở ngành. 4. Phân bố thời gian: Thư ïc hành 100% 5. Điều kiện tiên quyết: Đã học hóa vô cơ, hóa hư õu cơ 6. Mô tả vắn tắt nội dung môn học: Trang bị cho sinh viên kiến thư ùc thư ïc tiễn để minh họa cho lý thuyết đã học trên lớp như : Điều chế các chất, tính chất các chất, so sánh các tính chất,… 7. Nhiệm vụ của sinh viên: Tham dư ï học và thảo luận đầy đủ. Thi và kiểm tra giư õa học kỳ theo qui chế 04/1999/QĐ-BGD&ĐT 8. Tài liệu học tập: Giáo trình lý thuyết, giáo trình thư ïc hành. 9. Tài liệu tham khảo: [1]. Nguyễn Đình Soa - Thư ïc hành Hóa vô cơ - Trư ờng Đại học Bách khoa Tp. Hồ Chí Minh [2]. Trịnh Ngọc Châu - Thư ïc hành Hóa vô cơ – Đại học quốc gia Hà Nội [3]. Hoàng Nhâm - Thư ïc hành Hóa vô cơ - NXB Giáo dục [4]. Nguyễn Đư ùc Vận - Thư ïc hành Hóa vô cơ – NXB Khoa học kỹ thuật [5]. Lê Mậu Quyền - Thư ïc hành Hóa vô cơ - NXB Khoa học kỹ thuật [6]. John.D.Robert – Martorie C.Caseris, Basic principles of organic chemistry. [7]. Lê Ngọc Thạch – Hóa học hư õu cơ - Đại học quốc gia Tp. HCM, 2001 Tập thể tác giả bộ môn hư õu cơ trư ờng ĐHBK, Kỹ thuật thư ïc hành tổng hợp hư õu cơ - Trư ờng ĐHBK 1994 [8]. Nguyễn văn Tòng - Thư ïc hành hóa học hư õu cơ – Nhà xuất bản giáo dục, 1998 [9]. Ngô Thị Thuận – Thư ïc tập hóa học hư õu cơ – Nhà xuất bản đại học quốc gia Hà nội, 2001 10. Tiêu chuẩn đánh giá sinh viên:  Nắm đư ợc cơ bản nội dung môn học  Có tính chủ động và thái độ nghiêm túc trong học tập  Tham gia đầy đủ các bài thư ïc hành 11. Thang điểm: 10/10 12. Mục tiêu của môn học : Nắm đư ợc bản chất của các chất cơ bản trong hóa học cơ sở, vô cơ và hư õu cơ thông qua các phản ư ùng và các phư ơng pháp điều chế để cũng cố lý thuyết đã đư ợc học . 13. Nội dung chi tiết môn học: như mục lục 3 Khoa Hóa Giáo trình thực hành Hóa cơ sở PHẦN 1: HÓA ĐẠI CƯƠNG BÀI 1: XÁC ĐỊNH CÔNG THỨC PHÂN TỬ CuSO4.nH2O I. MỤC ĐÍCH Thông qua lý thuyết về cách sư û dụng cân, sinh viên tập cân để xác định công thư ùc của muối hydrat CuSO4.nH2O. II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Tinh thể muối đồng hydrat khi đun nóng sẽ mất nư ớc kết tinh và chuyển thành muối khan. Do đó, bằng cách cân khối lư ợng của muối trư ớc và sau khi nung ta có thể biết đư ợc hàm lư ợng nư ớc kết tinh có trong muối, tư ø đó tính đư ợc số phân tư û nư ớc (n) trong công thư ùc của muối. III. DỤNG CỤ - HÓA CHẤT - Kẹp sắt - Muối CuSO4.n H2O - Cân phân tích - Chén sư ù - Tủ sấy IV. THỰC HÀNH Lấy 1 chén sư ù có nắp, rư ûa sạch, sấy khôâ trong tủ sấy, để nguội chén trong bình hút ẩm, cân chén bằng cân kỹ thuật (có độ chính xác 0,01g), ghi lấy khối lư ợng. Lấy khoảng 3- 4 gam CuSO4.nH2O, cho vào chén rồi đem cân, ghi khối lư ợng m1 thu đư ợc. Sau đó đặt vào bếp cách cát hoặc tủ sấy (nhiệt độ không quá 220oC), cho đến khi nư ớc hydrat bay hơi hết. Cho chén vào bình hút ẩm để nguội rồi cân. Lập lại động tác trên 2-3 lần cho đến khi khối lư ợng chén cân hầu như không thay đổi, hoặc sư ï sai khác giư õa các lần cân không vư ợt quá 0,01gam, ghi khối lư ợng m2. Chú ý: Khi cân muối thu đư ợc luôn luôn phải dùng nắp đậy kín để tránh trư ờng hợp muối CuSO4 khan tiếp xúc với không khí ẩm. V. KẾT QUẢ Lần thư ù m1 m2 m1-m2 Công thư ùc muối hydrat 1 2 3 VI. CÂU HỎI 1. Nư ớc hidrat là gì ? 2. Tại sao sau khi nung ta phải để chén sư ù trong bình hút ẩm ? 4 Khoa Hóa Giáo trình thực hành Hóa cơ sở BÀI 2: XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG NGUYÊN TỬ KẼM I. MỤC ĐÍCH Bài thí nghiệm nhằm xác định khối lư ợng nguyên tư û của Zn thông qua việc xác định thể tích của khí sinh ra trong phản ư ùng. II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Xét phản ư ùng hóa học Zn + 2HCl = ZnCl + H2 Dư ïa vào phư ơng trình trạng thái khi lý tư ởng ta dể dàng xác định đư ợc số mol khí H2 thoát ra như sau PV n  RT Trong đó P : áp suất riêng phần của H2 trong hỗn hợp, atm. V: thể tích H2 đư ợc sinh ra trong phản ư ùng, l. T: nhiệt độtiến hành phản ư ùng ,0K. R: hằng số khí lý tư ởng. Ta có : V  V  V 0 1 H2 V1 : Thể tích ống đong V0 : Thể tích nư ớc còn lại trong ống đong V : Thể tích hydro thoát ra H2 Hỗn hợp hơi trong bình phản ư ùng bao gồm hơi nư ớc bão hòa và khí hydro nên áp suất riêng phần của hydro tính theo công thư ùc sau P  P  P H 2 a H 2 O Pa : áp suất khí quyển tính bằng mmHg (trong thí nghiệm nếu không có khí áp kế để đo Pa thì lấy Pa = 760mm Hg) Aùp suất hơi nư ớc bão hòa ở các nhiệt độ khác nhau đư ợc trong bảng sau: t(0C) 15 20 25 30 35 40 P H2O 12,79 17,54 23,76 31,82 42,18 55,32 mmHg Dư ïa vào số mol khí H2 tạo thành ta có thể xác định đư ợc số mol kẽm tham gia phản ư ùng và nguyên tư û lư ợng của nó. 5 Khoa Hóa Giáo trình thực hành Hóa cơ sở m Zn m Zn n Zn   A Zn  A Zn n Zn mZn: khối lư ợng kẽm tham gia trong phản ư ùng nZn : số mol kẽm đã tham gia phản ư ùng III. DỤNG CỤ – HÓA CHẤT - Hệ thống dụng cụ như hình vẽ - Dung dịch HCl 6N - Pipet 5ml - Kẽm hạt - Cân kỹ thuật - Bóp cao su IV. THỰC HÀNH Lắp dụng cụ theo đúng sơ đồ: Cân khoảng 0.1 gam Zn bằng cân kỹ thuật có độ chính xác 0,01g cho vào bình cầu chư ùa 5ml dung dịch HCl 6N trong sơ đồ như hình vẽ. Đọc trư ïc tiếp trên ống đong thể tích khí H2 sinh ra. Xác định thể tích nư ớc còn lại trong ống đong. Tính nguyên tư û lư ợng Zn. Thí nghiệm đư ợc tiến hành 3 lần, so sánh kết quả các lần với nhau. V. KẾT QUẢ Khối lư ợng Nguyên tư û lư ợng STT Thể tích H Số mol H Số mol Zn 2 2 Zn Zn 1 2 3 So sánh kết quả với nguyên tư û lư ợng của Zn . VI. CÂU HỎI 1. So sánh kết quả thư ïc nghiệm với nguyên tư û lư ợng của Zn. Giải thích tại sao có sư ï sai biệt đó. 2. Thế nào là khi lý tư ởng?. 3. Aùp suất hơi bão hòa là gì? Nêu sư ï khác biệt giư õa áp suất hơi bão hòa của dung dịch so với dung môi nguyên chất. 6 Khoa Hóa Giáo trình thực hành Hóa cơ sở BÀI 3: KẾT TINH - THĂNG HOA - CHƯNG CẤT I. MỤC ĐÍCH Giúp cho sinh viên hiểu bản chất các quá trình kết tinh, thăng hoa và chư ng cất để tư ø đó ư ùng dụng tinh chế các hợp chất. II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.Phương pháp kết tinh: Phư ơng pháp này dùng để tinh chế chất rắn dư ïa trên khả hòa tan của nó trong dung môi hoặc hệ dung môi thích hợp. Trư ớc hết ta cần đun sôi để hòa tan hoàn toàn chất rắn cần tinh chế và lọc nóng để loại bỏ các tạp chất không hòa tan. Sau đó làm lạnh dung dịch để chất rắn kết tinh trở lại. Dung môi thích hợp phải hòa tan tốt chất rắn khi đun sôi, ít hòa tan nó khi làm lạnh và phải thỏa mãn các điều kiện sau: - Không phản ư ùng với chất rắn cần tinh chế. - Không hòa tan tạp chất . - Dễ bay hơi ra khỏi bề mặt chất rắn khi làm khô. - Ít độc và rẻ tiền. 2.Phương pháp thăng hoa: Thăng hoa là quá trình làm bay hơi chất rắn rồi ngư ng tụ lại thành tinh thể không qua giai đoạn hóa lỏng. Phư ơng pháp này áp dụng để tinh chế như õng chất rắn có áp suất hơi bão hòa thấp. Nó còn có một số khuyết điểm là quá trình xảy ra chậm, sản phẩm hao hụt một phần. 3.Phương pháp chưng cất dưới áp suất thường: Phư ơng pháp chư ng cất thư ờng đư ợc sư û dụng để tinh chế các chất lỏng có chư ùa các tạp chất rắn hòa tan hoặc các chất khó bay hơi. Trư ớc hết chất lỏng đư ợc đun sôi tạo thành hơi, hơi đư ợc dẫn qua ống sinh hàn ngư ng tụ lại thành chất lỏng. Đây là chư ng cất thuận dòng, nó đư ợc áp dụng cho như õng chất lỏng bền khi đun sôi ở áp suất thư ờng. Như õng chất lỏng có nhiệt độ sôi dư ới 800C thì đun bằng bếp cách thủy. Như õng chất có nhiệt độ sôi cao hơn thì đun với bếp cách cát. III. DỤNG CỤ – HÓA CHẤT - Hệ thống chư ng cất - Tinh thể muối NaCl - Nhiệt kế - Acid Salicilic có tạp chất - Bếp điện - Than hoạt tính (nếu cần) - Thau như ïa - Hỗn hợp aceton - Đũa thủy tinh - Becher 250ml 7 Khoa Hóa Giáo trình thực hành Hóa cơ sở IV. THỰC HÀNH 1.Thí nghiệm 1: Tinh chế muối ăn bằng phương pháp kết tinh lại - Cân chính xác 10 g muối ăn dạng rắn bằng cân kỹ thuật, cho vào becher 100 ml có chư ùa sẵn khoảng 50ml nư ớc cất. - Đun nóng, khuấy đều cho đến khi muối đư ợc hòa tan hoàn toàn. Nếu dung dịch hòa tan có màu thì cho vào thêm một ít than hoạt tính (khoảng 2 -5 % trọng lư ợng chất cần tinh chế lại) để loại bỏ tạp chất. Lọc dung dịch thu đư ợc bằng phễu lọc áp suất thư ờng. Cô cạn dung dịch muối qua lọc trên cho đến khi bắt đầu xuất hiện váng tinh thể thì dư øng lại. - Để nguội, làm lạnh dung dịch bằng nư ớc đá cho đến khi NaCl kết tinh hoàn toàn thì dư øng lại. - Lọc chân không dung dịch thu đư ợc, lấy sản phẩm đem sấy trong tủ hút ở 800C trong 10 phút. - Cân sản phẩm và xác định hàm lư ợng muối tinh khiết có trong mẫu ban đầu. - Thí nghiệm trên đư ợc thư ïc hiện 3 lần, lấy kết quả trung bình. 2.Thí nghiệm 2: Thăng hoa acid Salicilic - Lấy chính xác 1 gam acid Salicilic nghiền mịn, cho vào bát sành nhỏ. - Dùng một tờ giấy lọc đã đư ợc khoét lổ đậy kín chén sành (đư ờng kính tờ giấy lọc phải lớn hơn miệng bát sành một ít để hơi axit không bị thất thoát), lấy một phễu thủy tinh đã đư ợc nút chặt đáy úp ngư ợc lên chén. - Đun cách cát bát sành ở nhiệt độ khoảng 75 – 800C cho đến khi phần lớn chất rắn ở đáy chén sành đã thăng hoa và bám vào giấy lọc. - Thu hồi và xác định khối lư ợng sản phẩm rắn. (Nộp sản phẩm cho giáo viên hư ớng dẫn). Chú ý: Không đư ợc mở phễu lấy sản phẩm khi chén sành còn nóng vì hơi Salicilic bay ra sẽ làm thất thoát sản phẩm. 3.Thí nghiệm 3: Chưng cất aceton - Cho vào bình Wurt 25ml aceton, thêm vào 1 ít đá bọt để dung dịch sôi đều. Lắp đặt hệ thống chư ng cất như hình vẽ. - Đun cách thủy hoặc trên bếp điện ở nhiệt độ khoảng 560C - 580C. Dùng bình cầu 50ml đặt trong chậu nư ớc lạnh để thu hồi sản phẩm qua ống sinh hàn. - Quá trình kết thúc khi thấy trong bình Wurt còn khoảng 3 - 5 ml. Xác định thể tích sản phẩm thu đư ợc. V. KẾT QUẢ Hàm lư ợng % các chất STT m (g) hỗn hợp đầu m (g) sản phẩm tinh khiết 1 2 8 Khoa Hóa Giáo trình thực hành Hóa cơ sở VI. CÂU HỎI 1.Cho biết sư ï thay đổi của nhiệt độ trong các quá trình thăng hoa, kết tinh và chư ng cất. 2.Nêu tên các phư ơng pháp đư ợc áp dụng để tinh chế các chất. Nguyên tắc của tư øng phư ơng pháp một. 3.Tại sao trong mỗi thí nghiệm cần chú ý đến nhiệt độ. 9 Khoa Hóa Giáo trình thực hành Hóa cơ sở BÀI 4: PHA DUNG DỊCH VÀ CHUẨN ĐỘ I. MỤC ĐÍCH Vận dụng lý thuyết đã học để pha chế các dung dịch có nồng độ cần thiết. Biết xác định lại nồng độ đã pha chế bằng phư ơng pháp thể tích định phân. II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. Nồng độ dung dịch: Là lư ợng chất tan có trong đơn vị khối lư ợng hoặc đơn vị thể tích dung dịch hay dung môi. Trong hoá học, nồng độ dung dịch biểu thị bằng nhiều cách khác nhau. - Nồng độ phần trăm khối lư ợng (%) là số gam chất tan chư ùa trong 100 gam dung dịch. - Nồng độ mol (CM hay M) là số mol chất tan chư ùa trong một lít dung dịch. - Nồng độ đư ơng lư ợng (CN hay N) là số đư ơng lư ợng gam chất tan chư ùa trong một lít dung dịch. - Nồng độ molan (Cm hay m) là số mol chất tan trong 1000 gam dung môi. - Nồng độ phần mol (Xi) chỉ số mol chất I chia cho tổng số mol của các chất có n i mặt trong dung dịch: X i   n 2. Pha chế dung dịch: a. Pha dung dịch chuẩn Dung dịch chuẩn là dung dịch có nồng độ đã biết chính xác. Có hai cách pha chế dung dịch chuẩn. - Cân một lư ợng chất chính xác rồi hòa tan nó trong bình định mư ùc, pha loãng dung dịch bằng nư ớc cất cho tới vạch ngấn. Biết thể tích dung dịch và khối lư ợng chất tan, tính đư ợc nồng độ dung dịch. Nồng độ dung dịch chuẩn trong phân tích thể tích thư ờng dùng nồng độ đư ơng lư ợng. Việc pha chế theo cách trên chỉ thư ïc hiện khi chất pha chế phải tinh khiết về mặt hóa học, thành phần của chất phải ư ùng đúng với công thư ùc nghĩa là phải bền khi ở dạng rắn và trong dung dịch. Chất thỏa mãn các yêu cầu đó gọi là chất gốc. - Nếu không có chất gốc, trư ớc hết pha dung dịch có nồng độ gần đúng, sau đó dùng dung dịch chất gốc để xác định lại nồng độ dung dịch vư øa pha. Ví dụ, dùng dung dịch axit oxalic (H2C2O4.2H2O) chuẩn để xác định lại nồng độ dung dịch NaOH. Để tiện dùng trong các phòng thí nghiệm thư ờng dùng “chất tiêu chuẩn”. Như õng chất đó là lư ợng của như õng chất rắn khác nhau đư ợc cân chính xác hoặc là như õng thể tích của các dung dịch chuẩn độ đư ợc đo chính xác cần thiết để pha một lít 0,1N đều đư ợc bỏ vào ống thủy tinh nhỏ hàn kín (1), trên ống có hai chỗ thủy tinh lõm, ở đó thành 10 Khoa Hóa Giáo trình thực hành Hóa cơ sở ống rất mỏng (gọi là fixanal). Tiến hành pha chế dung dịch chuẩn độ bằng” chất tiêu chuẩn” như sau: Lau sạch chỗ thủy tinh mỏng ở một đầu. Lấy đũa thủy tinh nhọn (3) chọc thủng đầu mỏng, lộn ngư ợc ống hư ùng trên một phễu (2) đặt vào bình định mư ùc. Sau đó chọc thủng chỗ lõm thư ù hai. Cho dần lư ợng hóa chất hoặc lư ợng dung dịch trong ống đó vào bình định mư ùc 1l rồi hòa tan và pha loãng dung dịch thu đư ợc bằng nư ớc cất đến vạch ngấn. b. Pha chế dung dịch tư ø dung dịch có nồng độ khác Pha loãng dung dịch: Là thêm nư ớc cất vào để dung dịch có nồng độ nhỏ hơn. Gọi C1, C2 và V1, V2, là nồng độ và thể tích dung dịch trư ớc và sau khi pha loãng, vì lư ợng chất tan không đổi nên C1V1 = C2V2, gọi Vn là thể tích nư ớc dùng pha loãng thì: V2 = V1+Vn và biểu thư ùc trên có dạng: C1V1 = (V1+Vn).C2 (1) Ví dụ: cần thêm bao nhiêu ml nư ớc vào 500ml dung dịch axit HCl 0,122N để có dung dịch axit HCl 0,100N. Theo biểu thư ùc (1): 0,122.500 = 0,100.(500+Vn) Vn = 110ml Pha trộn dung dịch: Giả sư û trộn V1 ml dung dịch chất A có nồng độ C1 với V2 ml dung dịch có nồng độ C2 thu đư ợc Vml = V1+V2 dung dịch chất A có nồng độ C, và biểu thư ùc trên có dạng: C1V1+ C2V2 = CV (2) Ví dụ: Cần thêm bao nhiêu ml dung dịch HCl đặc 12N vào 200ml dung dịch HCl 0,8N để có dung dịch HCl 1N. Theo biểu thư ùc (2): 12V1+200.0,8 = 1(V1 + 200) V1 = 3,63ml HCl đặc 12N. 3. Xác định nồng độ dung dịch: a. Xác định nồng độ dung dịch bằng phù kế Tỷ khối của dung dịch thay đổi theo nồng độ, nếu biết nồng độ của dung dịch có thể suy ra tỷ khối và ngư ợc lại, dư ïa vào bản tỷ khối có sẵn. Tỷ khối thư ờng đư ợc xác định bằng phù kế. Phù kế là dụng cụ riêng để đo nhanh tỷ khối của chất lỏng, là một phao rỗng bằng thủy tinh. Phần trên có bảng chia độ tư ơng ư ùng với các giá trị của tỷ khối đã đư ợc hiệu chuẩn ở nhiệt độ xác định có giá trị trong bảng, phần dư ới bầu chư ùa đầy hạt bi bằng chì giư õ cho phù kế ở vị trí đư ùng thẳng khi nhúng vào dung dịch. Thư ờng phù kế đư ợc dùng để đo tỷ khối trong khoảng 0,2 – 0,4 đơn vị. Ví dụ, có phù kế chia độ tư ø 1,000 – 1,200 hoặc 1,400; tư ø 1,400 -1,600… nên thư ờng dùng một bộ gồm nhiều phù kế khác nhau để đo tỷ khối trong một khoảng rộng. Cách xác định nồng độ bằng phù kế. Đổ chất lỏng nghiên cư ùu vào bình có dạng như ống đong như không chia độ có thể tích khoảng 500ml đã làm khô. Mư ùc chất lỏng phải thấp hơn miệng bình. Thả phù kế sạch và khô vào chất lỏng. Phù kế phải ở giư õa bình không đư ợc chạm vào thành bình Để mắt trên cùng một mặt phẳng và mư ïc chất lỏng, đ