zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Khoa Học Tự Nhiên

Bài giảng Hóa học chất rắn: Chương 4 - Trần Vũ Diễm Ngọc

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:37

Báo xấu

18
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Hóa học chất rắn: Chương 4 - Phương pháp tổng hợp chất rắn" được biên soạn với các nội dung chính sau: Giới thiệu các phương pháp; Phương pháp luyện kim bột; Phương pháp điện hóa; Phương pháp đốt cháy; Phương pháp sol-gel; Phương pháp CVD (Hóa hơi lắng đọng);... Mời các bạn cùng tham khảo bài giảng!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Hóa học chất rắn: Chương 4 - Trần Vũ Diễm Ngọc

8/28/2021 BÀI TẬP Trần Vũ Diễm Ngọc 115 Chương 4: Phương pháp tổng hợp chất rắn 4.1. Giới thiệu các phương pháp - Luyện kim bột (Tổng hợp từ pha rắn) - Điện phân (Điện hóa) - Đốt cháy - Sol-gel - Hóa hơi lắng đọng hóa học (CVD) - Trùng hợp polime … Trần Vũ Diễm Ngọc 116 58
8/28/2021 Chương 4: Phương pháp tổng hợp chất rắn 4.2. Phương pháp luyện kim bột ĐN: là phương pháp tổng hợp từ pha rắn tạo ra vật liệu có Nguyên liệu hình dạng kích thước dạng khối xác định (kim loại, hợp kim, gốm..) Nghiền trộn  Nguyên liệu: Thành phần hóa học; cấp hạt; sấy… Nung Tạo hình Kết khối (thiêu kết) Sản phẩm Trần Vũ Diễm Ngọc 117 4.2. Phương pháp luyện kim bột  Nghiền trộn: Giảm kích thước (nm), đồng đều thành phần, tạo hợp kim hóa … d: bán kính hạt t: thời gian nghiền k: hằng số Trần Vũ Diễm Ngọc 118 59
8/28/2021 4.2. Phương pháp luyện kim bột  Nghiền trộn: Các yếu tổ ảnh hưởng đến quá trình nghiền Trần Vũ Diễm Ngọc 119 4.2. Phương pháp luyện kim bột  Nghiền trộn: - Tốc độ nghiền: Lựa chọn tốc độ nghiền hợp lý - Bi nghiền: Thép không gỉ, WC, ZrO2, Al2O3, Mã não,… Trần Vũ Diễm Ngọc 120 60
8/28/2021 4.2. Phương pháp luyện kim bột  Nghiền trộn: - Thiết bị: Nghiền tang trống; Nghiền quay rung, lắc; Nghiền hành tinh Nghiền tang trống Trần Vũ Diễm Ngọc 121 4.2. Phương pháp luyện kim bột  Nghiền trộn: - Nghiền rung + Năng lượng tác động lên hạt bột lớn + Nghiền được tác động bởi quá trình rung + Tần số rung 1500-3000 dao động/phút + Biên độ giao động 2-3 mm + Bi nghiền: thép không gỉ hoặc cac bít có đường kính 10-20mm + Tỷ lệ bi: bột là 8-10 lần Trần Vũ Diễm Ngọc 122 61
8/28/2021 4.2. Phương pháp luyện kim bột  Nghiền trộn: - Nghiền hành tinh + Giảm kích thước hạt, trộn, đồng hoá, pha trộn cơ học + Nguyên liệu: mềm, cứng, giòn, sợi. + Kích thước vật liệu đầu vào:
8/28/2021 4.3. Phương pháp luyện kim bột  Tạo hình (Ép) Ép cơ học Áp lực Khuôn Bột Trần Vũ Diễm Ngọc 125 4.3. Phương pháp luyện kim bột  Tạo hình (Ép) Trần Vũ Diễm Ngọc 126 63
8/28/2021 4.2. Phương pháp luyện kim bột  Kết khối (Thiêu kết) Nung và giữ ở T cao để vật liệu dạng bột kết khối. (a) Mẫu bột nén ban đầu, (b) Sự tiếp xúc giữa các hạt, (c) Tạo thành các lỗ trống trong mẫu, (d) Mẫu xít đặc còn chứa một ít lỗ xốp, (e) Sản phẩm kết khối hoàn toàn. TK trạng thái rắn; TK có pha lỏng Trần Vũ Diễm Ngọc 127 4.2. Phương pháp luyện kim bột  Kết khối (Thiêu kết) T bay hơi chất kế dính Thời gian giữ nhiệt Thời gian thiêu kết Trần Vũ Diễm Ngọc 128 64
8/28/2021 4.2. Phương pháp luyện kim bột  Kết khối (Thiêu kết) Trước thiêu kết Sau thiêu kết Trần Vũ Diễm Ngọc 129 4.2. Phương pháp luyện kim bột  Ép nóng Tạo hình và thiêu kết đồng thời Trần Vũ Diễm Ngọc 130 65
8/28/2021 4.2. Phương pháp luyện kim bột Thiêu Kết Xung Điện Plasma - Spark Plasma Sintering (SPS Trần Vũ Diễm Ngọc 131 4.3. Phương pháp điện hóa Hóa năng Điện năng Mối liên hệ qua lại giữa phản ứng hóa học và dòng điện. PIN Hóa năng Điện năng ĐIỆN PHÂN Điện năng Hóa năng Trần Vũ Diễm Ngọc 132 66
8/28/2021 4.3. Phương pháp điện hóa Pin G < 0 Zn(r) + Cu2+(dd) Zn2+(dd) + Cu (r) Điện phân G>0 Pin G < 0 Phản ứng hoá học Dòng điện Điện phân G>0  Pin điện (pin volta, pin galvanic): Sử dụng phản ứng oxi hóa khử tự diễn tạo ra năng lượng điện.  Điện phân: Sử dụng dòng điện để tiến hành các phản ứng oxi hóa khử. Trần Vũ Diễm Ngọc 133 4.3. Phương pháp điện hóa Cực âm Cực dương Catod Điện phân Anod Zn2+ +2e  Zn Cu -2e  Cu2+ Anod Pin Catod Zn -2e  Zn2+ Cu2+ +2e  Cu Trần Vũ Diễm Ngọc 134 67
8/28/2021 4.3. Phương pháp điện hóa 1. Pin - Anot (Zn) và Catot (Cu) nhúng trong dung dịch muối của nó. - Dây dẫn cho dòng electron chạy giữa hai cực - Cầu muối nối hai dung dịch giúp làm kín mạch điện và cân bằng ion trong dd Khi không có dòng electron sự chênh lệch thế giữa hai điện cực, giá trị này gọi là sức điện động của pin. Epin = E(+) – E(-) Khi pin thiết lập Epin > 0 Trần Vũ Diễm Ngọc 135 4.3. Phương pháp điện hóa 1. Pin Khi có dòng electron: Quá trình oxi hóa: Zn ⟶ Zn2+ + 2e- Quá trình khử: Cu2+ + 2e- ⟶ Cu Do EZn2+/Zn < ECu2+/Cu Anot (-): quá trình oxi hóa Catot (+): khử (−) Zn (r) | Zn2+ (1M) || Cu2+ (1M) | Cu (r) (+) Trần Vũ Diễm Ngọc 136 68
8/28/2021 4.3. Phương pháp điện hóa 1. Pin Sơ đồ pin (−) KHỬ 1 | OXH 1 || KHỬ 2 | OXH2 (+) Điều kiện tiêu chuẩn: E0pin = E(+) – E(-) E0pin Zn-Cu= E(+) – E(-) = E0Cu2+/Cu − E0Zn2+/Zn= 0,34 − (−0,76) = 1,1 V Anot: Xảy ra quá trình oxy hóa → chất khử mạnh (bên trái) Catốt: Xảy ra quá trình khử → chất oxyhóa mạnh (bên phải) E0pin = E(phải) – E(trái) = = Ecatot – Eanod = E(+) – E(-) Trần Vũ Diễm Ngọc 137 4.3. Phương pháp điện hóa 1. Pin Phương trình Nest E > 0: phản ứng của pin xảy ra tự nhiên theo chiều thuận E < 0: phản ứng của pin xảy ra tự nhiên theo chiều nghịch E = 0 phản ứng đạt cân bằng 138 69
8/28/2021 4.3. Phương pháp điện hóa 2. Điện cực và thế điện cực nhúng 1 KL hay 1 vật dẫn điện vào 1 DD điện ly có 1 điện cực. Các loại điên cực: - Điện cực khí - Điện cực Caloment - Điện cực kim loại - Điện cực ô xi hóa – khử - …. 139 4.3. Phương pháp điện hóa 2. Điện cực và thế điện cực 140 70
8/28/2021 4.3. Phương pháp điện hóa 2. Điện cực và thế điện cực Điện cực so sánh 141 4.3. Phương pháp điện hóa 2. Điện cực và thế điện cực Điện cực chỉ thị kim loại 142 71
8/28/2021 4.3. Phương pháp điện hóa 2. Điện cực và thế điện cực nhúng 1 KL hay 1 vật dẫn điện vào 1 DD điện ly có 1 điện cực. Sự hình thành lớp biên giới pha giữa KL và DD dẫn đến sự chênh lệch điện áp giữa 2 pha, vì mỗi pha có một điện thế () khác nhau 143 4.3. Phương pháp điện hóa 2. Điện phân Thực nghiệm cho thấy khi đp trong dd nước dãy thế điện hóa - Ở catot K Ca Na Mg Al │ Mn Zn Cr Fe Ni Sn Pb Cu Ag Hg Pt Au + Ion kl sau Al bị khử tạo thành kl: Men+ + ne  Me + Ion kl trước Al ko bị khử, H2O bị khử tạo H2, OH- + ion kl => Me(OH)2 K Ca Na Mg Al trở về trước có tính khử mạnh rất mạnh, nên các ion kim loại này có tính oxi hóa rất yếu, yếu hơn H2O. Chỉ bị khử tạo kim loại tương ứng khi điện phân nóng chảy chất điện có chứa các ion này 144 72
8/28/2021 4.3. Phương pháp điện hóa 2. Điện phân - Ở anot + Anot tan (Ag, Cu, Fe, Ni, Zn, Al... trừ Pt) => anot bị oxy hóa (bị hòa tan). + Anot ko tan (Pt, graphit): o Nếu anion đi về anot ko chứa O như Cl-, Br-, I-, S2-... bị oxy hóa. o Nếu anion đi về anot có chứa O như NO3-, SO42-, PO43-, CO32-... ko bị oxy hóa, H2O bị oxi hóa tạo O2, H+ + anion => axit tương ứng. Lưu ý: Các ion OH-, RCOO- tuy có chứa O, nhưng vẫn bị oxy hóa. Thứ tự các chất bị oxy hóa ở anot trơ: S2- > I- > Br- > Cl- > RCOO- > OH- > H2O 145 4.3. Phương pháp điện hóa 2. Điện phân Quá trình hòa tan anot kim loại hòa tan vào dung dịch: ion đơn giản, hoặc phức: [Me] + xH2O - ze = Mez+ + xH2O [Me] + xA- + yH2O - ze = [MeAxz-x].yH2O Cơ chế: - Tách ion kim loại và chuyển e vào mạng điện. - Hyđrat hoá các cation. - Khuếch tán cation vào dung dịch. Điện thế hòa tan các kim loại > cb của chúng. Nguyên lý: ưu tiên hoà tan ở những chỗ có năng lượng bề mặt lớn như: tinh thể bé, tinh giới, đỉnh và cạnh. 146 73
8/28/2021 4.3. Phương pháp điện hóa 2. Điện phân Quá trình hòa tan anot Ưu tiên xảy ra đối với cấu tử kim loại nào có  âm nhất Đánh giá khả năng cùng hòa tan của kim loại qua đường phân cực của chúng: 1.  < cb(Me1), ko xảy ra. 2. cb(Me1),< 1 < cb(Me2), , Me1 hòa tan với i1. 3. 2 > cb(Me2), cả 2 kl cùng hòa tan với i12.. 147 4.3. Phương pháp điện hóa 2. Điện phân Lớp anot Tạo bùn thô, đặc Về mặt kl học: chỉ các hk tương tự hệ Pb-Sb là tạo ra pha II có cấu trúc đặc biệt hình lưới, tạo ra bộ xương bùn xốp. Các pha hk kl khác, khi h/tan chọn lọc, các pha dương tính chưa bị h/tan và sẽ tạo nên: + hoặc là 1 lớp xương đặc, rắn chắc (hình.2.5) + hoặc là tạo ra những sản phẩm bùn thô. Độ lớn các hạt bùn  độ lớn các hạt tinh thể pha dương tính: + Khi lượng pha dương tính lớn, các hạt có thể liên kết với nhau tạo lớp xương đặc. + Khi lượng pha dương tính nhỏ, chúng tạo lớp bùn thô có kích thước . 148 74
8/28/2021 4.3. Phương pháp điện hóa 2. Điện phân Anot không hòa tan Anốt: oxy hóa các anion: OH-, Cl- ….với 3 loại: - Anốt trơ: ko h/tan trong dd nào: Pt, In, grafit - Anốt ko h/tan trong một số dd: Fe (Fe-Ni) - Anốt tạo màng thụ động: Pb, Ni  Anốt Pt: khi ĐP NaCl, H2O  Anốt Fe, Fe-Ni: khi ĐP trong dd kiềm: Ga, Sn  Anốt Pb: khi ĐP sunfat: Zn, Co, Cd Anốt grafit (than): khi ĐP muối kl kiềm, Al 149 4.3. Phương pháp điện hóa 2. Điện phân Catot Kết tủa Me trên catot: Me có  dương hơn sẽ phóng điện trước Kết tủa catốt phụ mật độ dòng điện và nồng độ dung dịch Quan hệ giữa các dạng kết tủa catốt với mật độ dòng điện (a), nồng độ dd (b) và độ mịn chắc (c) 1. Dạng sợi 2. Dạng tấm 3. Dạng quá độ 4. Dạng bột Theo thuyết tạo và phát triển mầm: khi mật độ dòng tăng và nồng độ ion kim loạil giảm, k tăng => tinh thể kết tinh dạng nhẵn, mịn chắc. 150 75
8/28/2021 4.3. Phương pháp điện hóa 2. Điện phân Catot Hiện tượng cùng phóng điện của các ion kim loại Điều kiện cùng phóng điện: Me1 + Δ1 = Me2 + Δ2 = … = x Khả năng cùng phóng điện: Me = oMe + [RT/zF].ln[CMez+/CMe] Nồng độ ion kl tạp trong dd € mức độ làm sạch dd trước đp (cực dương ko hòa tan), hoặc € chất lg kl thô anốt (tinh luyện) 151 4.3. Phương pháp điện hóa 2. Điện phân Điện phân tinh luyện Cu: Anot: Cu thôi Catot: Cu sạch 152 76
8/28/2021 4.3. Phương pháp điện hóa 2. Điện phân Điện phân muối nóng chảy 153 4.3. Phương pháp điện hóa 2. Điện phân Định luật Faraday M: khối lượng mol của chất đó (g/mol); I: cường độ dòng điện (A); t: thời gian điện phân (s) F: hằng số Faraday ( giá trị 96500 C/mol) n: số electron trao đổi Khối lượng của chất tạo thành ở các điện cực trong quá trình điện phân tỷ lệ thuận với lượng điện đi qua bình điện phân và đương lượng của chất đó 154 77

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.