Bài giảng Hóa lý 1: Cân bằng pha hệ 1 cấu tử

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:16

Thêm vào BST

Báo xấu

14
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Hóa lý 1: Cân bằng pha hệ 1 cấu tử" được biên soạn với các nội dung chính sau: Sự chuyển pha hệ 1 cấu tử; Phương trình chuyển pha loại 1; Giản đồ pha hệ 1 cấu tử. Mời thầy cô và các em cùng tham khảo chi tiết bài giảng tại đây!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Hóa lý 1: Cân bằng pha hệ 1 cấu tử

CÂN BẰNG PHA HỆ 1 CẤU TỬ - Sự chuyển pha hệ 1 cấu tử - PT chuyển pha loại I - Giản đồ pha hệ 1 cấu tử
Chuyển pha trong hệ 1 cấu tử (1) C=k-f+2=1-f+2=3-f ≥0 à f ≤3 à Tối đa 3 pha nằm CB Các quá trình LỎNG y Ho chuyển pha hệ c h ả á ng N hơ 1 cấu tử h gư Nó t it n ng i Kế tụ Thăng hoa RẮN HƠI Ngưng kết NẾU: 2 pha cân bằng à Số bậc tự do C=3- 2=1 à T hoặc P biến thiên tuỳ ý. Tức là Tcp= f(Pngoài) hoặc Pbh=f(T)
Phương trình chuyển pha loại I Pha 1! Pha 2 TTCB thì G1 = G2 ở T, P xác định T biến thiên dT; P biến thiên dPà dG1 và dG2 à 1 TTCB mới dG1 = dG2 (1) (2) dG1 = −S1dT1 + V1dP1 = −S2dT2 + V2dP2 = dG2 dT (3) V2 − V1 ΔV −S1dT + V1dP = −S2dT + V2dP ⇒ = = dP S2 − S1 ΔS ΔHcp (4) Tcp ΔV ΔS = dT PT Clausius = Tcp dP ΔHcp Clapeyron I
Phương trình chuyển pha loại I Pha 1! Pha 2 TTCB thì G1 = G2 ở T, P xác định T biến thiên dT; P biến thiên dPà dG1 và dG2 à 1 TTCB mới dG1 = dG2 dG1 = −S1dT1 + V1dP1 = −S2dT2 + V2dP2 = dG2 dT V2 − V1 ΔV −S1dT + V1dP = −S2dT + V2dP ⇒ = = dP S2 − S1 ΔS ΔHcp dT Tcp ΔV PT Clausius Clapeyron I ΔS = = Tcp dP ΔH cp Hệ ngưng tụ (R-L; R-R): dT ΔT Tcp ΔV (5) ≈ = Ảnh hưởng của P rất nhỏ dP ΔP ΔHcp
Ảnh hưởng của P đến Tcp PT Clausius Clapeyron I dT Tcp ΔV (1) = dP ΔHcp VD: qt nóng chảy: ∆Hn/c >0; ∆V=Vl-Vr >0 TRỪ Bi, H2O, Ga, Ge. ∆V>0: dT/dP>0 à P tăng à T0n/c tăng ∆V0 nên dT/dP>0 à P tăng àTs tăng. Hệ số dT/dP à mức độ ả/h của P đến Tcp
Xác định hệ số ảnh hưởng dT/dP Ví dụ: Ở 0°C, nhiệt nóng chảy của nước đá là ∆Hn/c =1434,6 (cal.mol-1); Vr=1,098 ml/g; Vl=1,001ml/g. Xác định hệ số ảnh hưởng của áp suất đến nhiệt độ nóng chảy của nước đá. dT (1)ΔT Tcp ΔV PT Clausius Clapeyron I ≈ = dP ΔP ΔHcp ⎛ 18 g 18 g ⎞ 273K ⎜ − (2) dT ΔT Tcp ΔV ⎝ 1,001ml / g 1,098 ml / g ⎟⎠ ≈ = = dP ΔP ΔHcp 1436,6 cal K (3) K.ml Bài toán đơn vị =? atm cal
Xác định hệ số ảnh hưởng dT/dP Ví dụ: Ở 0°C, nhiệt nóng chảy của nước đá là ∆Hn/c =1434,6 (cal.mol-1); Vr=1,098 ml/g; Vl=1,001ml/g. Xác định hệ số ảnh hưởng của áp suất đến nhiệt độ nóng chảy của nước đá dT ΔT Tcp ΔV PT Clausius Clapeyron I dP ≈ ΔP = ΔH cp ⎛ 18 g 18 g ⎞ 273K ⎜ − dT ΔT Tcp ΔV ⎝ 1,001ml / g 1,098 ml / g ⎟⎠ (4) ≈ = = = −0,00082(K / atm) dP ΔP ΔHcp 41,3.1436,6 cal K K.ml (3) K.ml =? = atm cal 41,3.ml.atm Giá trị của Hằng số khí LT R (1) 0,082 l.atm/mol.K = 1,987 cal/mol.K = 8,314 J/mol.K (2) 82 ml.atm = 1,987 calà 1 cal = 41,3 ml.atm
Ảnh hưởng của T đến Pbão hoà Quá trình hoá Lỏng = Hơi (bay hơi) hơi/thăng hoa Rắn = Hơi (thăng hoa) Ko CB Cân bằng Hệ kín Phơi L,R Áp suất hơi bão hòa: là áp suất của pha hơi khi cân bằng với pha rắn/lỏng của 1 chất nguyên chất. (a) áp suất hơi trên bề mặt lỏng Ph/l (b) áp suất hơi trên bề mặt rắn Ph/r
Ảnh hưởng của T đến Pbão hoà PT Clapeyron-Clausius I dP ΔHcp = (1) dT TΔV Vl0 à dlnP/dT>0; khi T tăngà Pbh tăng
Ảnh hưởng của T đến Pbão hoà Định lượng dlnP = ΔHcp ΔHcp lnP = ∫ 2 dT + J (1) dT RT2 RT f(T) ü ∆Hcp= f(T) lnP = ∫ 2 dT + J = g(T) (2) RT ΔHcp 1 ü ∆Hcp= const lnP = − . + J (3) R T Lấy cận ở 2 nhiệt độ ln P ΔHcp xác định, ΔH=const J tgα = − R P2 (4) ΔH 1 1 ln = − ( − ) P1 R T2 T1 1/T
X/đ nhiệt độ sôi của chất lỏng Nhiệt độ sôi của 1 chất lỏng là nhiệt độ tại đó Pbh hoà của nó bằng với áp suất khí quyển Pkq f(T) lnPkq = ∫ 2 dT + J = g(Ts ) RT VD: Áp suất hơi bão hòa của axit HCN phụ thuộc vào T theo pt: lgP (mmHg) = 7,04- 1237/T Xác định Ts và ΔHhh của HCN ở đk thường. lg760 = 7,04- 1237/Tsà Ts = 297 K hay 24,4°C dlnP (1)ΔHcp lnP=2,303.lgP = 2,303(7,04- 1237/T) = 2 dT RT dlnP 1237 ΔHcp = RT2 = 8,314.T .2,303. 2 2 dT T
Giản đồ pha hệ 1 cấu tử Giản đồ có 3 đường, 3 vùng, 1 điểm dlnP(1)ΔHhh = P, atm dT RT2 B C 218 atm dPng(2)ΔHnc Rắn Lỏng OB: = dT TΔV 4,579 mmHg (3) − ΔH hh Hơi D O OC: Ph/l = K1e RT A (4) − ΔH th OA: Ph/r = K 2e RT 0,0099°C 374°C t°C Đường OD (kéo dài của OC): sự phụ thuộc áp suất của nước lỏng quá lạnh vào nhiệt độ à xảy ra hiện tượng chậm đông.
Giản đồ pha hệ 1 cấu tử Theo quy tắc pha: 3 vùng P, atm B C 218 atm Rắn Lỏng 4,579 mmHg O Hơi D M A 0,0099°C 374°C t°C OAB, OBC, OCA: hệ 1 pha à C=k-f+2=1-1+2=2 → 2 thông số P, T được phép thay đổi tùy ý trong 1 giới hạn mà số pha vẫn không đổi.
Giản đồ pha hệ 1 cấu tử Theo quy tắc pha: 3 đường P, atm dPngΔHnc B C OB: = 218 atm dT TΔV Rắn Lỏng ΔH hh − OC: Ph/l = K1e RT 4,579 mmHg O Hơi ΔH th − D OA: Ph/r = K 2e RT A 0,0099°C 374°C t°C Đường OA, OB, OC: 2 pha cân bằng C= 1-2+2=1 à chỉ có 1 thông số được thay đổi, thông số kia là thông số phụ thuộc (mô tả bởi PT Clapeyron- Clausius).
Giản đồ pha hệ 1 cấu tử Theo quy tắc pha: 1 điểm ba P, atm B C 218 atm Rắn Lỏng 4,579 mmHg O Hơi D A 0,0099°C 374°C t°C Điểm O: 3 pha CB à C= 1-3+2=0 à P, T hoàn toàn xác định. Nếu thay đổi 1 thông số bất kì à số pha hệ thay đổi
KẾT LUẬN - PT chuyển pha - Ảnh hưởng của T đến Pbh - Ảnh hưởng của P đến Tcp - Giản đồ pha hệ 1 cấu tử