Bài giảng Chương 7: Cân bằng lỏng - rắn

Chia sẻ: Hoàng Phúc Đẹp Trai | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:9

Thêm vào BST

Báo xấu

277
lượt xem 21
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tính chất của dung dịch loãng chất tan không bay hơi, các yếu tố ảnh hưởng đến độ hòa tan của chất rắn, sự kết tinh của dung dịch hai cấu tử là những nội dung chính trong bài giảng chương 7 "Cân bằng lỏng - rắn". Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết bài giảng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Chương 7: Cân bằng lỏng - rắn

CHƯƠNG 7: 7.1. Tính chất của dung dịch loãng chất tan không CÂN BẰNG LỎNG – RẮN bay hơi. Ảnh hưởng của nồng độ các chất tan hầu như không bay 7.1. Tính chất của dung dịch loãng chất tan không hơi đến sự thay đổi tính chất dung dịch qua các hiện tượng: bay hơi. (4 tính chất đặc trưng) Áp suất hơi bảo hòa 7.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ hòa tan của chất Nhiệt độ sôi rắn Nhiệt độ đông đặc 1 7.3. Sự kết tinh của dung dịch hai cấu tử 2 Áp suất thẩm thấu 7.1. Tính chất của dung dịch loãng chất tan không bay hơi. 7.1. Tính chất của dung dịch loãng chất tan không bay hơi. 7.1.1. Độ giảm áp suất hơi của dung dịch 7.1.1. Độ giảm áp suất hơi của dung dịch Áp suất hơi bảo hòa P10  P1 P x2   0  N2 P10 P1 Định luật Raoult 1 Áp suất hơi bão hòa của dung dịch bằng áp suất hơi bão Độ giảm tương đối áp suất hơi của dung dịch hòa của dung môi nguyên chất nhân với nồng độ phần mol bằng tổng phần mol của chất tan không bay của dung môi trong dung dịch. P  P  P 0 .x  P 0 .(1  x ) hơi trong dung dịch. Trong đó: 1 1 1 1 2 Như vậy, dung dịch càng đặc, thì áp suất hơi càng x1: nồng độ phần mol của dung môi trong dung dịch thấp. x2: nồng độ phần mol của chất tan trong dung dịch Po1: áp suất hơi bão hòa của dung môi nguyên chất 3 P1: áp suất hơi bão hòa của dung dịch 4 1
7.1. Tính chất của dung dịch loãng chất tan không bay hơi. 7.1. Tính chất của dung dịch loãng chất tan không bay hơi. 7.1.2. Độ tăng điểm sôi và độ hạ điểm kết tinh 7.1.2. Độ tăng điểm sôi và độ hạ điểm kết tinh Tại áp suất Png : + TSdd (điểm A1) > L TSdm(điểm A)  độ tăng Định luật Raoult 2 điểm sôi của dung dịch R Độ tăng nhiệt độ sôi và độ hạ nhiệt độ đông đặc của so với dung môi nguyên dung dịch tỷ lệ thuận với nồng độ molan của chất tan chất là Ts H trong dung dịch. + Tượng tự, độ hạ điểm Ts  K s  Cm Tđ  K đ  Cm đông đặc của dung dịch so với dung môi nguyên Hình 7.1. Giải thích độ tăng điểm sôi 5 6 chất là T và độ hạ điểm kết tinh đ 7.1. Tính chất của dung dịch loãng chất tan không bay hơi. 7.1. Tính chất của dung dịch loãng chất tan không bay hơi. 7.1.2. Độ tăng điểm sôi và độ hạ điểm kết tinh 7.1.2. Độ tăng điểm sôi và độ hạ điểm kết tinh “Độ tăng điểm sôi và độ hạ điểm kết tinh của các dung dịch có Mối quan hệ giữa hằng số K với các tính chất hóa chất tan khó bay hơi tỷ lệ thuận với nồng độ của dung dịch.” lý của dung môi: R.T02 .M1 K ∆T = K . Cm 1000.1 Trong đó: Trong đó: – R: hằng số khí lý tưởng ∆T = |T0 – T| – T0: nhiệt độ sôi hay nhiệt độ kết tinh của dung môi nguyên chất. Cm là nồng độ molan của dung dịch. – λ1: nhiệt hoá hơi hay nhiệt nóng chảy của dung môi nguyên chất.(J/Mol, Cal/Mol) K là hằng số nghiệm đông Kđ hoặc hằng số nghiệm sôi Ks 7 8 – M1: phân tử khối của dung môi. của dung môi nguyên chất. 2
7.1. Tính chất của dung dịch loãng chất tan không bay hơi. Ví dụ: 7.1.3. Áp suất thẩm thấu Tính nhiệt độ sôi của dung dịch chứa 5g urê trong 75g Xét mô hình thí nghiệm: nước. Biết khối lượng phân tử urê là 60, hằng số nghiệm sôi của nước là 0,51. Giải Áp dụng công thức: Ts  K s .Cm 5  1000 Ts  0,51  0,566 60  75 Vậy dưới áp suất 1 atm, dung dịch sẽ sôi ở nhiệt độ: Áp suất thẩm thấu của một dung dịch có nồng độ xác định là áp suất phụ phải tác động lên một màng bán thấm nằm T  100  0,566  100,566 C 0 phân cách giữa dung dịch và dung môi nguyên chất để 9 10 dung dịch này có thể nằm cân bằng thủy tỉnh với dung môi. 7.1. Tính chất của dung dịch loãng chất tan không bay hơi. 7.1. Tính chất của dung dịch loãng chất tan không bay hơi. 7.1.3. Áp suất thẩm thấu 7.1.3. Áp suất thẩm thấu Các phương pháp xác đĩnh KLPT chất tan: Định luật VantHoff: Áp suất thẩm thấu của dung dịch loãng tỷ lệ thuận với nồng độ chất tan và nhiệt độ tuyệt 1. Phép nghiệm áp: là phương pháp xác định khối lượng phân tử của các chất tan bằng phép đo độ giảm áp suất đối của dung dịch. hơi của dung dịch. 2. Phép nghiệm sôi: là phương pháp xác định khối lượng phân tử của chất tan không bay hơi dựa vào độ tăng điểm  = CRT sôi của dung dịch. Trong đó: 3. Phép nghiệm lạnh: xác định khối lượng phân tử chất tan C - nồng độ chất tan (mol/l) không bay hơi dựa vào độ giảm điểm đông đặc. T - nhiệt độ tuyệt đối của dung dịch (K) 4. Phép nghiệm thẩm thấu: là phương pháp xác định khối 11 R - hằng số khí 12 lượng phân tử chất tan không bay hơi dựa và áp suất thẩm thấu của dung dịch. 3
7.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ hòa tan của chất rắn 7.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ hòa tan của chất rắn 7.2.2. Áp dụng PT Sreder cho dung dịch loãng của chất tan không bay 7.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ tan của các khí trong chất lỏng hơi Xét cân bằng: Theo PT Sreder: λi  1 1  i (rắn) = i (dung dịch có nồng độ xi) + Hhòa tan lnxi = -  -  R  T T0  Nếu pha khí chỉ có khí i thì xi(khí) = 1 thì: K x  xi dd   xi Trong dung dịch loãng: x = xi rất nhỏ nên ta có: Phương trình Sreder: mô tả ảnh hưởng của nhiệt độ x2 x3 ln xi =ln(1-x) =-x - - -…. 2 3 đến độ hòa tan của chất rắn trong dung môi lỏng. 𝑀1 𝐶𝑚  lnxi   λi  1 1  Chuyển sang Cm : x=    i2 Hay lnxi = -  -  1000  T P RT R  T T0  R.T02 .M1 Trong đó: + xi: là độ tan của khí trong dung dịch. Đặt : K 1000.1 + T0: nhiệt độ ngưng tụ hay nhiệt độ sôi của khí khi 13 14 Ta chứng minh được: ∆T = K . Cm nguyên chất. 7.3.1. Hệ không tạo dung dịch rắn, không tạo hợp chất hóa học 7.3. Sự kết tinh của dung dịch hai cấu tử 7.3.1.1. Giản đồ “nhiệt độ - thành phần” (T - x)  Khi làm lạnh dung dịch hai cấu tử thì xảy ra quá trình kết tinh.  Ta xét những hệ khi kết tinh sẽ cho các pha rắn  Tùy theo thành phần của dung dịch mà cấu tử này hoặc cấu tử nguyên chất và các chất này không tạo thành hợp chất hóa học với nhau. kia sẽ kết tinh ra trước và có tồn tại một thành phần mà cả hai cấu tử đồng thời kết tinh ra.  Ví dụ: Như các hệ muối NaCl - H2O, KCl - LiCl, MgO - CaO, Ag - Pb.  Trường hợp phức tạp hơn, ở một thành phần thích hợp, khi kết  Ở áp suất không đổi, giản đồ pha (T - x) của hai tinh không phải là cấu tử nguyên chất mà là một hợp chất hóa hệ cấu tử A - B có dạng như trong hình 7.3. học (thường là các muối kép, muối ngậm nước…), hoặc cũng 15có sau khi kết tinh ra các dung dịch rắn… 16 4
7.3.1. Hệ không tạo dung dịch rắn, không tạo 7.3.1. Hệ không tạo dung dịch rắn, không tạo hợp chất hóa học hợp chất hóa học 7.3.1.1. Giản đồ “nhiệt độ - thành phần” (T - x) 7.3.1.2. Khảo sát quá trình đa nhiệt Nhiệt độ kết tinh của A và B nguyên chất Đường aeb: đường lỏng.  Xét quá trình đa nhiệt của hệ Q: Đường arr’b: đường rắn. + Nhiệt độ : T1  T2  Te  Đường cong ae: mô tả c= 1 nhiệt độ bắt đầu kết tinh + Điểm hệ: l1  Q2  H của rắn A từ những dung dịch có thành phần nằm + Điểm pha lỏng: l1  l2  e Điểm eutecti trong khoảng AE: + Điểm pha rắn: r1  r2  RB 𝐴 c= 0 𝑥𝐴 = 𝑘𝐴 . 𝑒 −𝑅.𝑇 Xét hệ Q2: Hệ Q2 = lỏng l2 + rắn r2 Nên: đường ae gọi là đường hòa tan của A (đường kết tinh của A) mô Hình 7.3. Giản đồ T - x của hệ 2 tả cân bằng giữa rắn A và Tương tự: Hệ H = lỏng e + rắn A + rắn B 17 cấu tử cân bằng lỏng rắn dung dịch bão hòa A. 18 Hay: Hệ H = lỏng e + rắn chung RC 7.3.1. Hệ không tạo dung dịch rắn, không tạo 7.3.1. Hệ không tạo dung dịch rắn, không tạo hợp chất hóa học hợp chất hóa học 7.3.1.2. Khảo sát quá trình đa nhiệt 7.3.1.3. Hỗn hợp eutecti Quan sát sự thay đổi nhiệt độ của hệ Q theo thời gian ta sẽ  Ở áp suất không đổi, hỗn hợp eutecti sẽ kết tinh ở nhiệt độ xây dựng được “đường nguội lạnh” (T - t) không đổi theo đúng thành phần của nó (phù hợp với độ Điểm gãy tự do c = 0) ta thấy hỗn hợp eutecti có tính chất giống như khúc một hợp chất hóa học, song nó không phải là một hợp 1 pha  2 pha: B kết tinh chất hóa học mà chỉ là một hỗn hợp gồm những tinh thể rất nhỏ, rất mịn của hai pha rắn A và rắn B nguyên chất kết 2 pha  3 pha: thêm A tinh xen kẽ vào nhau. kết tinh  Nếu thay đổi áp suất (c = 1) thì không những nhiệt độ kết 3 pha  2 pha: A, B tinh của dung dịch eutecti thay đổi mà cả thành phần của kết tinh hoàn toàn hỗn hợp eutecti cũng thay đổi theo (như vậy nó không phải 19 20 là một chất). 5
7.3.1. Hệ không tạo dung dịch rắn, không tạo 7.3.1. Hệ không tạo dung dịch rắn, không tạo hợp chất hóa học hợp chất hóa học 7.3.1.4. Khảo sát quá trình kết tinh đẳng nhiệt (T = const) 7.3.1.5. Phép phân tích nhiệt  Xét hệ Q: 30% NaNO3 trong nước Các đường trên giản đồ (T - x) là quỹ tích những ở 550C . điểm có sự thay đổi số pha của hệ, còn đường lỏng + Bay hơi nước đẳng nhiệt bằng trên giản đồ là quỹ tích những điểm bắt đầu có sự kết c= 0 cách hút chân không  dung dịch đặc dần. tinh ra một pha rắn từ dung dịch. + Khi điểm lỏng chạy đến điểm l,  Thành lập được các đường nguội lạnh (T - t) thì dung dịch trở nên bão hòa muối, tinh căn cứ vào các điểm gãy khúc, ta sẽ suy ra đường thể muối NaNO3 đầu tiên kết tinh ra. cong (T - x).  Phép phân tích nhiệt là một phương pháp thực Hình 7.5. Quá trình kết nghiệm trong hóa lý nhằm xây dựng giản đồ (T - x) 21 tinh đẳng nhiệt hệ Q 22 trên cơ sở khảo sát các đường nguội lạnh (T - t). 7.3.1. Hệ không tạo dung dịch rắn, không tạo hợp chất hóa học 7.3.2. Hệ hai cấu tử không tạo thành dung dịch 7.3.1.5. Phép phân tích nhiệt rắn, khi kết tinh tạo thành hợp chất hóa học bền  Nếu nồng độ nào đó, dung dịch hai cấu tử A - B khi kết T6 tinh thành hợp chất hóa học D, chỉ bền ở nhiệt độ nhỏ hơn T5 T1 nhiệt độ nóng chảy của nó, thì giản đồ ‘’nhiệt độ - thành T4 T2 phần ’’ (T - x) của hệ có thể xem là gồm hai giản đồ của các hệ A - D và D - B ghép lại (hình 7.7). Te  Ví dụ: hệ CuSO4 - H2O, hợp chất D là muối đồng ngậm nước CuSO4.5H2O. 23 Hình a (T – t) Hình b (T – x) 24 6
7.3.2. Hệ hai cấu tử không tạo thành dung dịch 7.3.2. Hệ hai cấu tử không tạo thành dung dịch rắn, khi kết tinh tạo thành hợp chất hóa học bền rắn, khi kết tinh tạo thành hợp chất hóa học bền Đường kết tinh A Đường kết tinh B Đường kết tinh D Khi hạ nhiệt độ: điểm Q1  d Tương tự như hệ không tạo thành hợp Tương tự chất hóa như hệ không học. tạo thành hợp Điểm eutecti chất hóa học. hệ D - B Điểm eutecti hệ A - D 25 7.7. Giản đồ (T - x) hệ 2 cấu tử tạo hợp chất hóa học bền Hình 26 Quá trình kết tinh đa nhiệt 7.3.2. Hệ hai cấu tử không tạo thành dung dịch 7.3.3. Hệ hai cấu tử không tạo thành dung dịch rắn, rắn, khi kết tinh tạo thành hợp chất hóa học bền khi kết tinh tạo thành hợp chất hóa học không bền Cho A bay hơi đẳng nhiệt, Đường kết tinh B đẳng áp ra khỏi hệ Q: Q  l1  rD  l2  l3  rB Đường kết tinh A c=0 Tương tự Điểm peritecti như hệ không tạo Đường kết tinh D thành hợp chất hóa Điểm eutecti học. 27 Quá trình kết tinh đẳng nhiệt, đẳng áp 28 Hình 7.8. Giản đồ (T - x): Giản đồ đa nhiệt của hệ Q 7
73.3. Hệ hai cấu tử không tạo thành dung dịch rắn, 7.3.3. Hệ hai cấu tử không tạo thành dung dịch rắn, khi kết tinh tạo thành hợp chất hóa học không bền khi kết tinh tạo thành hợp chất hóa học không bền Quá trình đa nhiệt của hệ Q: thành phần từ D  B Quá trình đa nhiệt của hệ Q1, Q2: thành phần từ p  D Điểm hệ: Q  l  H c=1 c=0 c=1 Hệ H = rắn chung rC + lỏng p Hệ rC = rắn B (rB) + rắn D (d) Hệ d = rắn chung rC + lỏng p c=0 Hệ rC = rắn B (rB) + rắn D (d) 29 30 7.3.4. Hệ hai cấu tử tạo thành dung dịch rắn tan lẫn vô hạn 7.3.4. Hệ hai cấu tử tạo thành dung dịch rắn tan Đường lỏng lẫn vô hạn  Trong thực tế có những hệ khi kết tinh không tách ra các Nếu ta hạ nhiệt độ của hệ tinh thể nguyên chất mà là các tinh thể hỗn hợp, đồng thể gọi là dung dịch rắn, trong đó các phân tử khác nhau Q đến nhiệt độ t, thì tinh của các chất có thể nằm trên cùng một mạng tinh thể. Về thể đầu tiên của dung dịch nguyên tắc dung dịch rắn cũng có thành phần thay đổi, nhưng về mặt động học sự thay đổi này thường xảy ra Đường rắn rắn sẽ kết tinh ra và được rất chậm, phải đòi hỏi một thời gian rất dài mới đạt được cân bằng. biểu diễn bởi điểm r, nghĩa  Ví dụ: các hệ Ag - Au, Ag - Pd, Cu - Ni, LiCl - NaCl, là nó sẽ giàu cấu tử Au NaCl - NaBr, Al2O3 - Cr2O3… hơn dung dịch lỏng l. 31 32 7.10. Giản đồ (T - x) của hệ Ag - Au Hình 8
7.3.5. Hệ hai cấu tử tạo thành dung dịch rắn tan 7.3.5.1. Loại giản đồ (T - x) có điểm eutecti có giới hạn Đường lỏng  Trong một số trường hợp khi mà tính chất của hai cấu tử khác nhau tương đối nhiều, thì sự sai lệch khỏi các tính chất lý tưởng có thể lớn đến mức (ở một khoảng nồng độ xác định) dung dịch rắn bị tách thành hai pha riêng biệt nằm cân bằng với nhau.  Ví dụ như ở các hệ: Pb - Sn (hệ có điểm eutecti) và hệ Pt Đường rắn - Ag (hệ có điểm peritecti). Giản đồ pha của các hệ này (P) là dung dịch rắn có dạng như trong hình 7.12 và 7.13. của Sn tan trong Pb. (S) là dung dịch rắn của Pb tan trong Sn 33 34 Hình 7.12. Giản đồ (T - x) và (T - t) của hệ Pb - Sn 7.3.5.2. Loại giản đồ (T - x) có điểm peritecti Đường lỏng CHÚC CÁC EM HOÀN THÀNH XUẤT SẮC MÔN HỌC!!! (P) là dung dịch rắn của Ag tan trong Pt (A) là dung dịch rắn Đường rắn của Pt tan trong Ag 35 Hình 7.13. Giản đồ (T - x) và (T - t) của hệ Pt - Ag 9