Kỹ năng Thực hành Hóa học I

Một chất rắn trắng, một chất lỏng không màu, một mùi giống hồ bơi: WCH13 hỏi bạn sẽ làm gì với chúng. Test nào phân biệt lithium và strontium, tại sao tác nhân hút ẩm đặt ở vị trí đó, liệu kim loại có dư hay không, và tại sao giá trị enthalpy của bạn nhỏ hơn sổ tay dữ liệu. Mỗi câu hỏi đều quay trở lại công việc thực hành trong phòng lab của Units 1 và 2 — những phản ứng bạn đã tiến hành, các phép đo bạn đã thực hiện, và những phán đoán đằng sau từng bước.

Kỹ năng thực hành Hóa học WCH13/01 là đơn vị IAS thứ ba: 1 giờ 20 phút, 50 điểm, tất cả đều bắt buộc, tối thiểu 6 điểm toán học. Chương trình quy định bốn năng lực được đánh giá — tư duy độc lập trong bối cảnh thực hành, sử dụng phương pháp khoa học, khả năng tính toán (biểu đồ, chữ số có ý nghĩa, độ chính xác và độ chính xác), và sử dụng thiết bị (lựa chọn, phạm vi và độ phân giải, an toàn lao động). Các câu hỏi có thể mở rộng ngoài tám thí nghiệm cốt lõi sang các tình huống không quen thuộc được xây dựng từ cùng các kỹ thuật.

Kiểm tra ngọn lửa: làm sạch dây nichrome hoặc bạch kim bằng axit hydrocloric đặc, nhúng mẫu và đặt vào ngọn lửa nóng nhất không phát sáng (xanh lam rít). Lithium đỏ thẫm, natri vàng, kali tím nhạt, canxi đỏ gạch, strontium đỏ, barium xanh lá nhạt, đồng xanh lam. Hai màu đỏ va chạm — lithium và strontium — nên xác nhận bằng hóa học: thêm ion sunfat (axit sunfuric loãng hoặc sunfat tan được); sunfat strontium tạo kết tủa, sunfat lithium vẫn tan. Kali có màu tím nhạt, rubidium đỏ tím — hãy nói đúng từ, không phải "tím".

Anion halogenide: axit hóa bằng axit nitric loãng, thêm bạc nitrat — clorua trắng, bromua kem, iotua vàng nhạt kết tủa. Xác nhận bằng amoniac: AgCl tan trong dung dịch NH₃(aq) loãng, AgBr chỉ tan trong dung dịch NH₃(aq) đặc, AgI không tan trong cả hai.

Nhóm chức hữu cơ: phosphorus(V) clorua tác dụng với alcohol hoặc axit cacboxylic tạo khói — khí sinh ra là hydrogen clorua (khói mù, không phải "axit hydrocloric"). Axit dichromat(VI) chuyển từ màu cam sang xanh lá cây khi alcohol bậc nhất hay bậc hai (hoặc anđehit) bị oxy hóa. Kết hợp thử nghiệm với ion phân tử: hai đồng phân C₃H₈O cho Mr 60; đỉnh mạnh nhất tại m/z 31 (CH₂OH⁺) chỉ ra alcohol bậc nhất, tại 45 (CH₃CHOH⁺) là alcohol bậc hai — propan-1-ol và propan-2-ol.

Giấy lọc nhúng trong nước máy (nước khử ion dẫn điện kém — gần như không có ion), với giọt bạc nitrat và kali cromat(VI): khi dòng điện chạy, ion Ag⁺ di chuyển về phía catot và CrO₄²⁻ di chuyển về phía anot, gặp nhau tạo kết tủa đỏ — 2Ag⁺ + CrO₄²⁻ → Ag₂CrO₄. Thí nghiệm minh họa chứng minh cả hai muối đều là ion. Vết xanh lục của đồng(II) cromat tách rời: dòng xanh Cu²⁺ đi về phía catot, dòng vàng cromat đi về phía anot.

Việc tổng hợp sắt(III) clorua không nước đánh giá điểm cho lý do của từng giai đoạn. HCl đặc tác dụng với kali permanganat(VII) là phản ứng oxi hóa - khử: ion clorua mất electron (2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻) trong khi permanganat(VII) bị khử. Canxi clorua không nước làm khô khí clo (vài chất hút ẩm, không phải "chất khử nước"); bông gốm giữ chúng tại chỗ. Sắt chỉ được nung sau nửa phút để không khí được đẩy ra trước — nếu không, sắt sẽ gặp oxy thay vì clo. Natri hydroxide ở đầu ra hấp thụ lượng clo dư độc hại. Sản phẩm thăng hoa vào bình thu và được niêm phong nhanh chóng vì nó hú ẩm mạnh — hấp thụ nước tạo thành hydrat, điều này khiến sản phẩm cân thực tế có thể nặng hơn khối lượng tối đa tính toán.

Kiểm tra mẫu. Từ 2.00 g sắt: $n = 2.00/55.8 = 0.0358$ mol. $M_r(\mathrm{FeCl_3}) = 55.8 + 3 \times 35.5 = 162.3$. Khối lượng tối đa $= 0.0358 \times 162.3 = 5.82$ g — và 5.80 bị loại vì không dựa trên số liệu dữ liệu hỗ trợ.

Chọn thiết bị dựa trên nhu cầu đo: burette (±0.05 cm³ mỗi lần đọc, 50 cm³ phạm vi) cho dung tích chuẩn độ, phễu định lượng để pha chế dung dịch, xi-lanh khí cho thể tích khí, nhiệt kế chia độ từ 0.1–1 °C để theo dõi biến đổi nhiệt độ. Cân bằng phương pháp trừ; đọc đáy mặt khum ngang tầm mắt; lấy các giá trị chuẩn độ đạt tương đồng (trong khoảng 0.10 cm³) trước khi lấy trung bình — giá trị chuẩn độ sơ bộ không được đưa vào trung bình. Trình bày chữ số có ý nghĩa phù hợp với dữ liệu, và nêu độ bất chắc là ± một nửa vạch chia mỗi lần đọc, nhân đôi cho hiệu giữa hai lần đọc.

Magiê thay thế kẽm: đo sự thay đổi nhiệt độ của một khối lượng dung dịch xác định và chuyển đổi thành biến thiên enthalpy trên mỗi mol.

Kiểm tra mẫu (dữ liệu 2025). $n(\mathrm{Zn^{2+}}) = 0.0500 \times 1.00 = 0.0500$ mol; $n(\mathrm{Mg}) = 2.20/24.3 = 0.0905$ mol — magiê dư. $\Delta T = 55.2 - 19.4 = 35.8$ °C.

Chia cho số mol của chất giới hạn trong dung dịch (ion kẽm), không chia cho magiê. Giá trị thực nghiệm nhỏ hơn giá trị sách tham khảo nghĩa là mất nhiệt — câu trả lời điển hình. Các cải tiến được chương trình công nhận: bình cách nhiệt (cốc polystyrene), nắp đậy, ghi nhiệt độ mỗi 30 giây hoặc dùng máy ghi dữ liệu, nồng độ thấp hơn để ít nhiệt mất đi mỗi giây, và biểu đồ đường làm mát ngoại suy ngược về thời điểm trộn. "Sử dụng pipet" và "lặp lại rồi lấy trung bình" ở đây bị bỏ qua rõ ràng — dụng cụ thủy tinh tốt hơn không ngăn chặn việc mất nhiệt.

Đề bài này kiểm tra hiểu biết thực hành viết. Điểm tối đa không chứng minh bạn đã chuẩn độ đến điểm kết thúc sắc nét, chuyển chất rắn định lượng hay xử lý HCl đặc sau màn chắn — những thao tác này được hình thành trong lớp học thông qua tám thí nghiệm thực hành cốt lõi và các thí nghiệm bổ trợ.

1. Mô tả phép thử ngọn lửa đối với chất rắn chưa biết, bao gồm cách làm sạch dây kim loại.
2. Nêu màu kết tủa của clorua, bromua và iodua với bạc nitrat, và cách amoniac xác nhận từng loại.
3. Lithium và strontium đều có ngọn lửa đỏ. Đưa ra một phép thử hóa học phân biệt muối nitrat của chúng, kèm quan sát.
4. Trong thí nghiệm di chuyển trên giấy lọc, tại sao giấy phải ngâm trong nước máy thay vì nước cất, và ion nào trong nước máy có thể tạo kết tủa trắng gần vị trí thêm bạc nitrat?
5. Viết phương trình bán phản ứng tạo clo từ axit clohydric đặc và kali permanganat(VII), và giải thích tại sao gọi là "redox".
6. 2.00 g sắt tạo sắt(III) clorua. Tính khối lượng tối đa, và giải thích tại sao sản phẩm thực tế có thể nặng hơn.
7. 50.0 cm³ dung dịch 1.00 mol dm⁻³ ZnSO₄ tác dụng với 2.20 g Mg. Chỉ ra chất nào dư.
8. Nhiệt độ 19.4 °C và 55.2 °C cho 50.0 g dung dịch (c = 4.18 J g⁻¹ °C⁻¹). Tính ΔH kèm dấu và đơn vị.
9. Đưa ra ba cải tiến được chương trình công nhận cho calorimetry, và một gợi ý phổ biến mà chương trình bỏ qua.
10. Phổ khối của một đồng phân C₃H₈O có đỉnh mạnh tại m/z 45 thay vì 31. Đồng phân đó là gì, và ion tại m/z 45 là gì?

Đáp án: 1 làm sạch dây bằng HCl đặc và nung nóng; nhúng mẫu vào ngọn lửa xanh (không phát sáng) nóng nhất và ghi nhận màu sắc; 2 clorua tạo AgCl trắng, bromua tạo AgBr kem, iotua tạo AgI vàng nhạt; AgCl tan trong amoniac loãng, AgBr chỉ tan trong amoniac đặc, AgI không tan trong cả hai; 3 thêm axit sunfuric loãng (hoặc sunfat hòa tan): kết tủa trắng (SrSO₄) nghĩa là stroni, không có kết tủa nghĩa là liti; 4 nước khử ion gần như không có ion nên không dẫn điện; ion clorua (hoặc hydrocarbonat) có thể tạo AgCl trắng trên cực bạc; 5 2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻; ion clorua mất electron (bị oxi hóa, số oxi hóa từ −1 → 0) trong khi manganat(VII) nhận chúng (bị khử); 6 $n = 2.00/55.8 = 0.0358$ mol; $0.0358 \times 162.3 = 5.82$ g; sản phẩm hút ẩm hấp thụ nước tạo thành hydrat, làm tăng khối lượng nước; 7 Zn²⁺ $= 0.0500$ mol, Mg $= 2.20/24.3 = 0.0905$ mol — Mg dư; 8 $\Delta T = 35.8$ °C; $q = 50.0 \times 4.18 \times 35.8 = 7482$ J; $\Delta H = -7.482/0.0500 = -150$ kJ mol⁻¹; 9 bình cách nhiệt (polystyrene); nắp đậy; đo nhiệt độ mỗi 30 s hoặc dùng máy thu thập dữ liệu; nồng độ thấp hơn; đồ thị đường làm mát — bỏ qua: pipet/buret, cân chính xác hơn, lặp lại; 10 propan-2-ol; m/z 45 là CH₃CHOH⁺ (C₂H₅O⁺).