Đánh giá độ nhậy của phản ứng minh họa đặc tính dị phân của hiđropeoxit (H2O2)

Bài báo trình bày nội dung và cách tiến hành hai thí nghiệm minh họa đặc tính dị phân của hiđro peoxit (H2O2) và sự chuyển dịch cân bằng oxihoá - khử. Khi đánh giá độ nhậy của phản ứng theo hai phương pháp, chúng tôi đã thu được các kết quả phù hợp. Trong các trường hợp nghiên cứu cũng cho thấy hàm phân bố chuẩn luôn cho kết quả phù hợp tốt nhất với thực nghiệm.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đánh giá độ nhậy của phản ứng minh họa đặc tính dị phân của hiđropeoxit (H2O2) JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE 2012, Vol. 57, No. 10, pp. 40-48 ĐÁNH GIÁ ĐỘ NHẬY CỦA PHẢN ỨNG MINH HỌA ĐẶC TÍNH DỊ PHÂN CỦA HIĐROPEOXIT (H2 O2 ) Nguyễn Thị Thu Nga(∗) , Nguyễn Thị Hương Liên và Ngô thị Hồng Hảo Trường Đại học Sư phạm Hà Nội (∗) E-mail: nttnga− dhsp@yahoo.com Tóm tắt. Bài báo trình bày nội dung và cách tiến hành hai thí nghiệm minh họa đặc tính dị phân của hiđro peoxit (H2 O2 ) và sự chuyển dịch cân bằng oxihoá - khử. Khi đánh giá độ nhậy của phản ứng theo hai phương pháp, chúng tôi đã thu được các kết quả phù hợp. Trong các trường hợp nghiên cứu cũng cho thấy hàm phân bố chuẩn luôn cho kết quả phù hợp tốt nhất với thực nghiệm. Từ khóa: Hàm phân bố, độ nhậy, oxihóa - khử, phương pháp Kamar, phương pháp đồ thị.1. Mở đầu Hiđro peoxit là một trong nhiều hợp chất có khả năng tự oxihoá - khử và được gọilà hợp chất dị phân. Khả năng tự oxi hóa - khử của H2 O2 phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: - Bản chất cộng hóa trị của các liên kết trong phân tử H2 O2 : Elko−o = 210 KJ/mol; ElkH−O = 468 KJ/mol - Yếu tố môi trường: trong môi trường kiềm H2 O2 chỉ thể hiện tính oxi hóa còntrong môi trường axit thì H2 O2 thể hiện đồng thời tính oxihóa và tính khử. Đặc tính dị phân của H2 O2 trong môi trường axit được biểu diễn theo giản đồLatimer như sau: Theo giản đồ H2 O2 không bền trong môi trường axit và bị dị phân thành H2 O vàO2 : H2 O2 + 2H+ + 2e → 2H2 O Eo = 1,77 (V) H2 O2 → O2 + 2H+ + 2e Eo = 0,682 (V) 2H2 O2 → 2H2 O + O2 Eo = 1,088 (V)40 Đánh giá độ nhậy của phản ứng minh họa đặc tính dị phân của hiđropeoxit (H2 O2 ) Phản ứng tổng cộng có thế khá dương nên về mặt nhiệt động học phản ứng tự diễnbiến thuận lợi. Thực tế H2 O2 bị phân hủy với tốc độ rất chậm ở điều kiện thường. Trongmôi trường axit, ion H+ tấn công vào nguyên tử oxi trong phân tử H2 O2 làm giảm mật độelectron trong phân tử, khi đó phân tử nước dễ dàng tách ra. H2 O2 và các oxoanion nóichung khi thực hiện quá trình khử để loại bớt oxi thì cần tiêu tốn H+ . Chính vì thế trongmôi trường axit H2 O2 thể hiện tính oxi hóa mạnh hơn trong môi trường kiềm. Trong môitrường axit anion [O-O]2− mất electron để tạo ra O2 cần năng lượng hoạt hóa lớn, nênH2 O2 thể hiện tính khử yếu [1, 4]. Để góp phần tính toán cân bằng ion trong hệ oxi hoá - khử và minh họa sự ảnhhưởng của môi trường đến đặc tính dị phân của H2 O2 , đồng thời cải tiến phương phápgiảng dạy theo hướng trực quan [2, 3], chúng tôi đã tiến hành xây dựng hai thí nghiệmminh họa đặc tính dị phân của H2 O2 . Để đảm bảo các thí nghiệm có tín hiệu rõ khi minhhọa quy luật chuyển dịch cân bằng trong hệ oxihoá - khử chứa hợp chất dị phân, chúngtôi tiến hành xác định độ nhậy của phản ứng minh họa theo phương pháp Kamar [5] vàphương pháp đồ thị [6].2. Nội dung nghiên cứu2.1. Thực nghiệm2.1.1. Thí nghiệm 1 * Nội dung: Có hiện tượng gì xảy ra khi cho từ từ 1ml dung dịch H2 O2 Cx M vào1ml hỗn hợp gồm H2 SO4 2.10−2 M; KMnO4 2.10−3M và đánh giá độ nhậy của phản ứng. * Cơ sở lý thuyết: + Trong hệ gồm: H2 O2 Cx /2 M; H2 SO4 10−2 M; KMnO4 10−3 M; pH = 1,85. + Trong môi trường axit: 5H2 O2 + 2MnO− 4 + 6H ⇌ 2Mn + 2+ + 5O2 ↑ + 8H2 O K’1 (1) Theo phản ứng (1) thì: ∆E’ = ∆Eo + (0,0592 : n1 .n2 )lg[H+ ]6 ∆E’ = ∆Eo + (0,0592 : 10)lg[H+ ]6 = ∆Eo - 0,0355pH. Với: ∆Eo = E01 - E02 = 0,728; pH = 1,85 Do đó K’1 = 1010.0,6623/0,0592 = 10111,89 . + Tính nồng độ cân bằng của các cấu tử trong hệ, khi Cx = 5.10−3M. - Thành phần giới hạn của hệ gồm: H2 O2 2,5.10−3M; Mn2+ 10−3 M; H+ 1,12.10−2 M - Xác định thành phần cân bằng: 41 Nguyễn Thị Thu Nga, Nguyễn Thị Hương Liên và Ngô thị Hồng Hảo 2Mn2+ + 5O2 ↑ + 8H2 O ⇌ 2MnO− 4+ 5H2 O2 + 6H+ K’−1 1 = 10 −111,89 C 10−3 1 2,5.10−3 [] (10−3 - 2x) (2x) (2,5.10−3 + 5x) Theo định luật TDKL ta có: 5 (2x)2 (2, 5.10−3 + 5x) = 10−111,89 → 2x = 10−55,64 = [MnO− 4] (10−3 − 2x)2 Vậy MnO− 4 bị khử hoàn toàn, do đó dung dịch sẽ mất hoàn toàn màu tím. * Quy trình thực nghiệm Tiến hành một dẫy các thí nghiệm như sau: - Lấy vào ống nghiệm 0,5ml H2 SO4 4.10−2M và 0,5ml KMnO4 4.10−3 M, sau đóthêm dần 1ml dung dịch H2 O2 có nồng độ Cx xác định, sao cho nồng độ H2 O2 trong hỗnhợp phản ứng tăng dần. Quan sát sự mất dần màu tím của KMnO4 và sự xuất hiện bọt khí. - Xác định vùng bất định của phản ứng (1) với tổng số phép quan sát N = 40. - Xác định nồng độ tối thiểu của H2 O2 theo hai phương pháp.2.1.2. Thí nghiệm 2 * Nội dung: Cho biết hiện tượng xảy ra khi thêm 1ml H2 O2 Cy M vào 1ml hỗn hợpgồm KI 0,04M; HCl 0,2M; 1 giọt hồ tinh bột và đánh giá độ nhậy của phản ứng. * Cơ sở lý thuyết + Thành phần của hệ gồm: H2 O2 Cy /2 M; KI 0,02 M; HCl 0,1 M; pH = 1. + Trong môi trường axit: 2I− + H2 O2 + 2H+ ⇌ I2 + 2H2 O K’2 (2 ...