Bài 7 XÁC TÁC ĐỒNG THỂ – PHẢN ỨNG PHÂN HỦY H 2 O 2  I. MỤC ĐÍCH o Xác định hằng số vận tốc phản ứng k, chu kỳ bán hủy τ, năng lượng hoạt hóa E a của phản ưng phân hủy H 2 O 2 có ion Cu 2+ làm xúc tác. o Phản ứng phân hủy H 2 O 2 là phản ứng bậc 1 tổng quát. II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT  H 2 O 2 tự phân hủy và phân hủy nhanh hơn khi có sự hiện của Pt hay muối của các kim loại chuyển tiếp như Cu 2+ , Fe 3+ , Cr 3+ , Ni 2+ ,…  Phản ứng phân hủy của H 2 O 2 theo hai giai đoạn: • Giai đoạn 1: HOOH O 2 + 2H (chậm) • Giai đoạn 2: HOOH + 2H 2H 2 O (nhanh) H 2 O 2 H 2 O + O 2  Vận tốc phản ứng được xác định căn cứ vào giai đoạn chậm nên phản ứng phân hủy H 2 O 2 có bậc 1 theo H 2 O 2 cũng bậc 1 tổng quát. • Phương trình động học của phản ứng bậc 1 có dạng sau: • Từ phương trình ( * ), ta vẽ đồ thị biểu diễn sụ phụ thuộc theo thời gian t và tìm được hệ số vận tốc k. • Tuy nhiên, ta cũng có thể xác định k thong qua đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của theo t vì thời gian càng lâu thì nồng độ của H 2 O 2 càng giảm – phân hủy càng nhiều kéo theo thể tích KMnO 4 sử dụng để chuẩn độ H 2 O 2 còn lại càng giảm nên nồng độ H 2 O 2 theo thời gian t cũng tỉ lệ với thể tích KMnO 4 đã phản ứng theo thời gian t. • Từ phương trình động học ( * ), ta tìm được chu kỳ bán hủy τ: • Ta thực hiện phản ứng phân hủy của H 2 O 2 ở hai nhiệt độ 30 o C và 40 o C nên tìm được giá trị của hằng số vận tốc k 1 và k 2 cũng như chu kỳ bán hủy τ 1 và τ 2 và áp dụng công thức Arrhenius (liên hệ giữa hằng số vận tốc k theo nhiệt độ T để xác định năng lượng hoạt hóa E a ): III. THỰC HÀNH(thực hiện đồng thời ở nhiệt độ 30 o C và 40 o C) 1. Thực hiện phản ứng ở 30 o C:  Bật máy điều nhiệt và chọn 30 o C; máy điều nhiệt 2 chọn 40 o C.  Dùng pipet 1 mL hút 1 mL dung dịch H 2 O 2 30% cho vào erlen 100 mL chứa sẵn 19 mL nước cất (dùng pipet 25 mL). Dùng ống đong 10 mL lấy 10 mL dung dịch CuSO 4 10 % cho vào erlen 100 mL khác. Rồi đặt 2 erlen trên vào bể điều nhiệt 30 o C (thời điểm t o ).  Để yên 2 erlen cho dung dịch trong 2 erlen có nhiệt độ là 30 o C.  Đến thời điểm (t o + 10) phút, trộn lẫn 2 erlen với nhau, lắc đều hỗn hợp và để erlen (chứa hỗn hợp 2 dung dịch) vào bể điều nhiệt 30 o C.  Do chúng ta khảo sát sự phân hủy của H 2 O 2 có sự hiện diện Cu 2+ làm xúc tác nên thời điểm 0 là không quan trọng nhưng cần chính xác các thời điểm sau đó.  Đến thời điểm (t o + 15) phút, dùng pipet 2 mL hút 2 mL dung dịch trong erlen trong bể điều nhiệt 30 o C cho vào erlen 250 mL chứa sẵn 3 mL dung dịch H 2 SO 4 10% (dùng ống đong). Dung dịch có màu xanh nhạt của CuSO 4 .  Tiến hành chuẩn độ: • Tráng buret 25 mL bằng dung dịch KMnO 4 0.1 N và cho dung dịch KMnO 4 0.1 – chỉnh về vạch 0 mL. • Mở khóa cho chảy vào erlen đến khi dung dịch trong erlen chuyển từ màu xanh nhạt sang màu tím nhạt thì kết thúc quá trình chuẩn độ. Ghi nhận giá trị thể tích dung dịch KMnO 4 0.1 N đã dùng là V 1 (mL). • Phương trình chuẩn độ: 5H 2 O 2 + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 5O 2 + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 8H 2 O  Đến thời điểm (t o + 15 + 5) phút, dùng pipet 2 mL hút 2 mL dung dịch trong erlen (đặt trong bể điều nhiệt) cho vào erlen chứa sẵn 3 mL dung dịch H 2 SO 4 10% (dùng ống đong). Tiếp tục chuẩn độ và ghi nhận giá trị thể tích của dung dịch KMnO 4 0.1 N đã dùng là V 2 (mL).  Làm tương tự đến thời điểm (t o + 15 + 45) phút thì ngừng. Khi đó, ta thu được bảng số liệu sau: Thời điểm (phút) (t o + 15) (t o + 20) (t o + 25) (t o + 30) (t o + 35) (t o + 45) Thể tích dd KMnO 4 0.1 N (mL) 11.3 9.3 8 6.9 5.9 2.8  Từ bảng số liệu, ta vẽ được đồ thị biểu diễn theo thời gian t:  Từ đồ thị, ta ngoại suy tìm được:  Suy ra: Chu ký bán hủy : 2. Thực hiện phản ứng ở 40 o C:  Dùng pipet 1 mL hút 1 mL dung dịch H 2 O 2 30% cho vào erlen 100 mL chứa sẵn 19 mL nước cất (dùng pipet 25 mL). Dùng ống đong 10 mL lấy 10 mL dung dịch CuSO 4 10 % cho vào erlen 100 mL khác. Rồi đặt 2 erlen trên vào bể điều nhiệt 40 o C (thời điểm t o ).  Để yên 2 erlen cho dung dịch trong 2 erlen có nhiệt độ là 40 o C.  Đến thời điểm (t o + 10) phút, trộn lẫn 2 erlen với nhau, lắc đều hỗn hợp và để erlen (chứa hỗn hợp 2 dung dịch) vào bể điều nhiệt 40 o C.  Do chúng ta khảo sát sự phân hủy của H 2 O 2 có sự hiện diện Cu 2+ làm xúc tác nên thời điểm 0 là không quan trọng nhưng cần chính xác các thời điểm sau đó.  Đến thời điểm (t o + 15) phút, dùng pipet 2 mL hút 2 mL dung dịch trong erlen trong bể điều nhiệt 40 o C cho vào erlen 250 mL chứa sẵn 3 mL dung dịch H 2 SO 4 10% (dùng ống đong). Dung dịch có màu xanh nhạt của CuSO 4 .  Tiến hành chuẩn độ: • Tráng buret 25 mL bằng dung dịch KMnO 4 0.1 N và cho dung dịch KMnO 4 0.1 – chỉnh về vạch 0 mL. • Mở khóa cho chảy vào erlen đến khi dung dịch trong erlen chuyển từ màu xanh nhạt sang màu tím nhạt thì kết thúc quá trình chuẩn độ. Ghi nhận giá trị thể tích dung dịch KMnO 4 0.1 N đã dùng là V 1 (mL). • Phương trình chuẩn độ: 5H 2 O 2 + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 5O 2 + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 8H 2 O  Đến thời điểm (t o + 15 + 5) phút, dùng pipet 2 mL hút 2 mL dung dịch trong erlen (đặt trong bể điều nhiệt) cho vào erlen chứa sẵn 3 mL dung dịch H 2 SO 4 10% (dùng ống đong). Tiếp tục chuẩn độ và ghi nhận giá trị thể tích của dung dịch KMnO 4 0.1 N đã dùng là V 2 (mL).  Làm tương tự đến thời điểm (t o + 15 + 45) phút thì ngừng. Khi đó, ta thu được bảng số liệu sau: Thời điểm (phút) (t o + 0) (t o + 5) (t o + 10) (t o + 15) (t o + 20) (t o + 30) Thể tích dd KMnO 4 0.1 N (mL) 9.1 8.7 5 4 3.4 2.5  Từ bảng số liệu, ta vẽ được đồ thị biểu diễn theo thời gian t:  Từ đồ thị, ta ngoại suy tìm được:  Suy ra: Chu kỳ bán hủy : = 1.823 (phút)  Áp dụng công thức Arrhenius để xác định năng lượng hoạt hóa E a : t (phút) . Bài 7 XÁC TÁC ĐỒNG THỂ – PHẢN ỨNG PHÂN HỦY H 2 O 2  I. MỤC ĐÍCH o Xác định hằng số vận tốc phản ứng k, chu kỳ bán hủy τ,. phân hủy H 2 O 2 có ion Cu 2+ làm xúc tác. o Phản ứng phân hủy H 2 O 2 là phản ứng bậc 1 tổng quát. II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT  H 2 O 2 tự phân hủy và phân