Chương III, IV Hóa học đại cương 2 chương trình cao đẳng - Cân bằng hoá học

Chia sẻ: Nguyễn Văn Quang | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:24

Thêm vào BST

Báo xấu

564
lượt xem 106
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương trước xét nguyên lí II dùng để xác định chiều hướng của pưhh và chiều tự diễn biến của một pưhh. Ở chương này, chúng ta sẽ xét ứng dụng của nguyên lí II đối với phản ứng hóa học.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Chương III, IV Hóa học đại cương 2 chương trình cao đẳng - Cân bằng hoá học

CHƯƠNG III : CÂN BẰNG HOÁ HỌC Chương trước xét nguyên lí II dùng để xác đ ịnh chi ều h ướng c ủa p ưhh và chiều tự diễn biến của một pưhh. Ở chương này, chúng ta sẽ xét ứng dụng của nguyên lí II đối với phản ứng hóa học.
Hoạt động của thầy và trò Nội dung Về nguyên tắc, mọi pưhh đều là 3.1. Khái niệm về cân bằng. pư thuận nghịch. Tuy nhiên nếu Một phản ứng hh xảy ra theo một chiều vận tốc của một chiều nào đó lớn xác định nào đó và sẽ đạt tới TTCB. VD: a A+b B+… → g G+d D+… hơn hẳn vận tốc của chiều kia thì pư được xem như 1 chiều Trong đó: A tác dụng với B tạo ra G và + Tuỳ theo cách tiến hành mà một D gọi là pư thuận có vận tốc vT; G tác pưhh có thể là một quá trình thuận dụng với D tạo ra A và B gọi là pư nghịch hay bất thuận nghịch nghịch có vận tốc vn + KhivT=vN thì pư đạt tới TTCBHH *Các tính chất của cbhh: • + Không thay đổi theo tgian. Nếu các đk bên ngoài thay đổi thì cb bị dịch chuyển theo • + Cbhh là một cân bằng động: nghĩa là ở đk thông số của hệ tuy không thay đổi theo tg nhưng pư vẫn xảy ra, nhưng tốc độ phản ứng thuận và nghịch bằng nhau. • + Cân bằng hóa học có th ể tiến hành theo hai chiều. 3.2. Định luật tác dụng khối lượng và hằng số cân bằng. 3.2.1. Định luật tác dụng khối lượng. VD: Xét pư A + B → C Tốc độ phản ứng tỉ lệ với tích Tại thời điểm ta xét, ký hiệu nồng số nồng độ của các chất tác dụng độ các chất lần lượt là, , (theo lũy thừa của các hệ số tỉ lượng) + Nếu gọi v là tốc độ phản ứng ta có: v = k . . Trong đó: k là hằng số tốc độ phản ứng Trường hợp tổng quát. mA + nB → cC v= k.m.n VD: 2NO + O2 → 2NO2
BÀI TẬP CHƯƠNG III Bài 1. Cho pư: C(gr) + CO2 (k) → 2COk Kp = 1,41 ở 7270C Cho 1 mol CO2 và một lượng dư C vào trong một bình chân không kín ở 7270C. Tính phần trăm CO2 đã pư khi pư ở TTCB biết rằng áp suất lúc cân bằng là 1 atm C(gr) + CO2 (k) → 2COk Kp = 1,41 ở 7270C Giải. Số mol lúc đầu 1 0 1- α 2α Số mol ở cân bằng = 1+ α Tổng số mol khí lúc cb (2α ) 2 1, 0 4α 2 4α 2 ⇒ α = 0,51 hay α =51% CO2 đã pư Kp = )= ⇒ 1, 41 = ( 1−α 1+ α 1−α 2 1−α 2 Bài 2. 2NaHCO3 tt Na2CO3 tt + CO2 k + H2O k ∆H 298 =129,7 kJ 0 a. Thiết lập pt Kp = f(P), P là áp suất của hệ lúc cb, biết rằng lúc đ ầu chỉ có NaHCO3 tt b. Cho a mol NaHCO3 vào bình chân không dung tích 22,4 l. Khi cb ở 47 0C đo được P=30 mmHg. Tính Kp, Kc của pư và số mol tối thiểu NaHCO3 cần có trong bình để đạt được áp suất 330,0 mmHg c. Tính ∆G 0 và ∆S 0 của pư ở 47 0C, coi ∆ H0 và ∆ S0 là hằng số đối với nhiệt độ Giải. a. PCO2=PH2O khi pư ở TTCB Kp = (P/2)2 = P2 /4 30, 0 2 1 Kp = ( ) . =3,9.10-4 b. 760, 0 4 3,9.10−4 =5,7.10-7 Kc = (0, 082.320) 2 Để tạo ra 1,0 mol CO2 và 1,0 mol H2O cần 2,0 mol NaHCO3. Vậy số mol NaHCO3 cần có là: n=PV/RT=30.22,4/760.0,082.320=3,4.10-2 mol c. ∆ G0 = -RT ln Kp = -8,314. 320 ln 3,9.10-4 = 20,9 kJ
∆ S0 = (129,7 – 20,9) / 320 = 0,34 kJ/K Bài 3.Có hệ cb sau: N2O4 k 2NO2 k . ∆ H0 = 57 kJ 1.Tính Kp của pư ở 300K,biết rằng Kp ở 320K là 0,674 và ∆ H0 là không đổi trong khoảng nhiệt độ nghiên cứu. 2.Xác định ∆ S0 của pư, coi ∆ S0 là hằng số trong khoảng 300K đến 320K K p (T2 ) ∆H 0 1 1 = ( − ) Thay số ta có: Giải. a. ln K p (T1 ) R T1 T2 57.103 1 1 0, 674 = − ln ( ) 8,314 300 320 => Kp (T1) = 0,162 K p (T ) 1 ∆H 0 − ∆G 0 b. ∆ G0 = ∆ H0 - T ∆ S0 => ∆ S0 = T Bài 4. Tính Kp của pư CH4 k ở 250C, biết hiệu ứng Ctc + 2H2 nhiệt hình thành tiêu chuẩn của CH4 =-74848 J/mol; entropi tiêu chuẩn của C, H2 , CH4 lần lượt bằng: 5,69; 130,58; 186,19 J/mol.K Giải. ∆ S0 = 186,19 – 2.130,58 – 5,69=-80,66 J/K ∆ GT = ∆ H T - T ∆ ST = -74848 – 298.(- 80,66) = -50811 J 0 0 0 −∆G 0 50811 = = 8,91 => Kp = 8,0.108 lgKp = 2,303.RT 2,303.8,314.298 Bài 5. Cho khí H2 vào bình chân không dung tích 4,0 lít sao cho áp suất trong bình bằng 0,82at ở 527 0C. Sau đó cho thêm 0,2mol khí HI vào bình. Cân bằng sau được thiết lập: H2 k + I2 (k) 2HI (k). Ở 527 0 C, hằng số cân bằng K=37,2. Tính: a.Áp suất của hệ lúc cân bằng b.Độ phân li α của HI thành H2 và I2 c.Tính áp suất riêng phần của các khí lúc cân bằng Giải. a. Vì ∆ n=0 nên áp suất của hệ lúc cân bằng bằng áp suất ban đầu.
0, 2.0, 082.800 P=0,82+ =4,1 atm 4 0,82.4 b. nH = 0, 082.800 = 0,050mol 2 H2 k + I2 k 2HI (k) Số mol ban đầu 0,05 0 0,2 Lúc đầu, pư thuận diễn ra đến TTCB, sau đó cho thêm HI vào thì cân bằng bị phá vỡ và xảy ra pư nghịch Số mol lúc cân bằng: 0,05+0,1 α 0,1 α 0,2 – 0,2 α ∆ n = 0 => Kp =Kn = K (0, 2 − 0, 2α ) 2 = > α =0,13 37,2 = (0, 05 + 0,1α )0,1α ni P c.Pi= => ∑ ni 0, 05 + 0,1α .4,1 = 1, 0 atm => PI2= 0,1 α /0,25.4,1=0,21 atm;PHI = 2,9atm PH2 = 0, 25
CHƯƠNG IV : CÂN BẰNG PHA CỦA HỆ MỘT CẤU TỬ ( 3: 2; 1) 4.1. Một số khái niệm và định nghĩa: 1. Pha: - Khái niệm: Pha là tập hợp mọi phần đồng thể của h ệ có thành ph ần và tính chất vật lí, hoá học giống nhau được ngăn cách với những ph ần đồng thể khác bởi những bề mặt phân chia. Bề mặt phân chia là những bề mặt vật lí mà khi đi qua nó có sự thay đổi đột ngột những tính chất vật lí vĩ mô nào đó của hệ. VD: Xét hệ dị thể gồm 2pha: nước lỏng và nước đá. Khi đi t ừ n ước đá sang nước lỏng qua bề mặt phân cách thì khối lượng riêng giảm. CHú ý: phân biệt pha với tt tập hợp. Người ta th ường nh ắc đến 3 TTTH là Rắn – lỏng – khí . Còn pha thì có nhiều hơn. VD: Một hệ gồm benzen – nước không tan vào nhau. Đó là hệ gồm hai pha lỏng. Hay S có các dạng thù hình Sthoi ; S đơn tà . Đó là hai pha rắn của S 2. Hợp phần: các đơn chất, hợp chất hoá học cấu tạo nên h ệ gọi là hợp phần.
3. Cấu tử: Là các hợp phần mà thành phần các pha trong hệ được xác định bởi nồng độ của nó. Việc chọn hợp phần nào làm cấu tử ph ụ thuộc vào mỗi trường hợp cụ thể. VD1. Xét hệ gồm 3khí Ar; He; H 2 ( không pư với nhau). Tp của hệ phải xác định bởi nồng độ của cả 3 khí một cách riêng biệt. Số h ợp phần=số cấu tử = 3. Số pt liên hệ q=0 VD2. Xét hệ gồm 3 khí H2; I2; HI (với C ≠ CI ≠ CHI ). 0 0 0 H2 2 2 CHI Ta biết I2 và H2 có pư với nhau . Khi pư đạt TTCB: K c = C − C . Khi I2 H2 biết nồng độ của 2 chất tuỳ ý ta có thể tính được nồng độ của chất còn lại.Do đó nồng độ của 2 trong 3 chất đủ xđ thành phần của hệ. Số hợp phần=3; Số cấu tử = 2; Số pt liên hệ = 1. VD3. Xét 1bình pư chứa HI và đun nóng. Khi đun nóng HI bị phân huỷ 2HI H2 + I2 . CI 2 .CH 2 Khi pư đạt TTCB ta có: Kc = và CI2 = CH2. 2 CHI Như vậy chỉ cần biết 1 trong 3 nồng độ là có thể suy ra nồng đ ộ 2 cháất còn lại do đó chỉ cần nồng độ 1chất là đủ xác định thành ph ần của hệ. Số hợp phần=3; Số cấu tử=1; Số pt liên hệ =2 Từ các VD trên ta suy ra quy tắc tính số cấu tử: K= R - q S ố h ợp ph ần Số ptlh 4. Hoá thế( thế hóa học) . *. Định nghĩa: Thế hoá học của cấu tử I là đạo hàm riêng c ủa các hàm G, F theo số mol cấu tử I khi các thông số tương ứng với các hàm đó và số mol của mọi cấu tử khác(j ≠ i) là không đổi. Thường các qt được nghiên cứu trong đk T, P = const nên th ế hoá h ọc th ường đ ược đn theo hàm G
∂G * Bt: µ I = ( ∂n ) P ,T ,n ( xem thêm t63) j ( j ≠i ) i 5. Áp suất hơi bão hoà: Ở nhiệt độ xác định hơi nằm cân bằng với lỏng và rắn có áp suất hơi nhất định gọi là áp suất hơi bão hoà. 4.2. Điều kiện cân bằng pha. Các pha muốn cb nhau phải có các đk: a. Nhiệt độ các pha phải như nhau b. Áp suất chung trên các pha phải như nhau c. Hoá thế của mỗi cấu tử trong các pha phải = nhau VD. Xét TH tổng quát nhất: Hệ dị thể gồm K cấu tử( 1…K) và mỗi cấu tử đều có mặt trong tất cả θ ( α , β , …, θ ) khác nhau. Ba đk trên được viết là: (1). T α = T β = ... = T θ ( cân bằng nhiệt) (2). Pα = P β = ... = Pθ ( cân bằng cơ) µ1α = µ1β = ... = µ1θ µ 2 = µ2β = ... = µ 2 α θ ( cân bằng hoá thế) (3). .......................... µ K = µ K = ... = µ K α β θ 4.3. Cân bằng lỏng – hơi . Áp suất hơi bão hoà. 1. Phương trình Clapeyron – Clausius ( chỉ áp dụng cho các quá trình chuyển pha của chất nguyên chất có sự thu hoặc toả nhi ệt và có s ự thay đổi thể tích riêng hoặc thể tích mol) Xét 1 hệ gồm 2pha α và β nằm cân bằng α β Giả sử có sự chuyển pha xảy ra ở T, P =const. Như vậy đkcb pha là hoá thế của các cấu tử ở các pha phải = nhau. Nhưng hệ chỉ có m ột cấu tử nên hoá thế đồng nhất với thế đẳng nhiệt đẳng áp. Gα = G β = µ α = µ β - Nếu thay đổi áp suất từ P đến P+dP thì T chuyển pha cũng thay đ ổi tương ứng từ T đến T+dT( mặc dù dấu và giá trị không phải =nhau).
Khi đó thế đẳng nhiệt đẳng áp cũng sẽ có giá trị mới G+dG. Khi h ệ đạt TTCB mới ta có: Gα +d Gα = G β +d G β => d Gα =d G β => V α dp - S α dT = V β dp - S β dT => ( S α - S β )dT = ( V α - V β )dp ∆ S. dT = ∆ Vdp => dP/dT = ∆ S/ ∆ V Mặt khác: ∆ Scp = ( ∆ Hcp / Tcp ) = ∆ H/T ∆ H : Nhiệt chuyển pha. T: nhiệt độ tại đó x ảy ra s ự chuy ển pha. dP ∆H = Vậy ta có: (4-1) Là pt Clapeyron – Clausius . Pt này áp dT TΔV dụng nhiều trong việc khảo sát quá trình chuyển pha. Cho bi ết sự ph ụ thuộc của nhiệt độ chuyển pha vào áp suất tác dụng lên hệ. 2.Áp dụng pt Clapeyron – Clausius cho quá trình hoá hơi. L H a.Quá trình hoá hơi thu nhiệt ∆ Hhh > 0 => ∆ V = Vh – Vl ≈ Vh dP dP ∆H = b. Từ pt (4-1) suy ra: > 0 luôn đồng biến nghĩa là => dT TΔV dT Phơi chất lỏng bao giờ cũng tăng theo T c. Với đặc điểm riêng của qt hh ta tìm dạng cụ thể. Coi hơi là khí lí tưởng. Vh = RT/P ( xét với 1 mol chất) ∆H ∆H .P dP ∆H .P = dP ∆H = = Thay vào (4-1): = T . RT RT 2 => (4-2) dT TΔV RT 2 dT P dP ∆H dT d ln p ∆H = = Lấy tích phân không xác định bt trên: . 2 => RT 2 P RT dT ∆H 1 => lnp = - . + const RT Lấy tích phân xác định bt (4-2) ở hai nhiệt độ T 1 và T2 tương ứng với áp suất P1 và P2 thu được: ∆H P 1 1 lg P = 2,303R ( T − T ) (4-3) hh 2 1 1 2
VD: Ở 100 độ C áp suất hơi bão hoà của nước là 1,013.10 5 Pa(1 atm) và nhiệt hoá hơi ∆ Hhh = 40,65 kJ/mol. Tính áp suất hơi bão hoà của nước ở 90 độ C. 40, 65.103 P2 1 1 = − Áp dụng pt (4-3) : lg ) = > P2 = 0,697 atm ( 1, 013 2,303.8,314 373, 2 363, 2 Bài tập: Bài 1. Tính nhiệt hoá hơi trung bình của CH 4 trong khoảng nhiệt độ từ 88,2K đến 112,2K, biết rằng áp suất hơi của CH 4 ở hai nhiệt độ này lần lượt là 8,0.13 và 1.0013.105 Pa. ∆H P 1 1 lg P = 2,303R ( T − T ) hh 2 Giải. 1 1 2 1, 013.105 8,314.112, 2.88, 2 ∆ H= = 8,7 kJ/mol .lg (112, 2 − 88, 2).2,303 8.103 Bài 2. Áp suất hơi của photgen ở t1 =9,910C bằng 804,1 mmHg và ở t2 = 1,35 0C bằng 578,8 mmHg. Xác định nhiệt hoá hơi của hệ trong khoảng nhiệt độ trên. ĐS: 24,827 kJ/mol. CHƯƠNG V: ĐẠI CƯƠNG VỀ DUNG DỊCH( 6: 4; 2) 5.1. Sự hình thành dung dịch và các loại dung dịch 5.1.1.Định nghĩa: Dung dịch là hỗn hợp đồng thể của hai hay nhiều cấu tử có thể ở trạng thái rắn, lỏng, khí. VD: dd lỏng: dd nước đường, dd muối ăn,…( những dd thu được khi cho chất khí, rắn hoặc lỏng hoà tan vào dung môi lỏng) - dd khí: Không khí hay một hh khí bất kì đều là m ột dd khí vì các chất khí có khả năng hoà tan vào nhau vô hạn - dd khí – rắn: H2 trong kim loại Plađi ( do kim loại Pd h ấp th ụ khí H2 – khí H2 khuếch tán vào trong kim loại và chiếm các chỗ khuyết trong hốc.
* Chú ý: phân biệt chất tan và dung môi. Đối với sự htan chất rắn và chất khí vào trong chất lỏng thì chất rắn và chất khí là ch ất tan, ch ất lỏng là dung môi vì chất rắn và chất khí thường hoà tan hữu h ạn vào chất lỏng. Khi 2 chất lỏng hoặc khí hoà tan vào nhau, th ường ch ất nào có lượng tương đối lớn hơn là dung môi, ít hơn là chất tan. VD: Không khí là 1 dd khí thì dung môi là N2; các khí khác là các chất tan. 5.1.2. Quan điểm phân tử về sự hình thành dd Tưởng tượng quá trình hình thành dd gồm ba bước: - Bước 1: Là sự phân tách riêng rẽ các phân tử dung môi ( ∆ H1) - Bước 2. Là sự phân tách riêng rẽ các phân tử chất tan ( ∆ H2) - Bước 3. Các phân tử dung môi và chất tan hoà trộn vào nhau.( ∆ H3) Trong 3 quá trình trên thì hai bước 1 và 2 đòi h ỏi ph ải cung cấp năng lượng để phá lực hút giữa các phân tử và như vậy đây là quá trình thu nhiệt. Ở bước 3 quá trình này có thể toả nhiệt hoặc thu nhi ệt. Các ti ểu phân chất tan dễ dàng thay thế các phân tử dung môi trong c ấu trúc dung môi phụ thuộc vào độ mạnh tương đối của 3 dạng tương tác: - Tương tác dung môi – dung môi - Tương tác chất tan – chất tan - Tương tác dung môi – chất tan Và như vậy thì nhiệt hoà tan ∆ Hht = ∆ H1 + ∆ H2 + ∆ H3. 5.1.3. Các loại dung dịch : Ở phương diện NĐH phân thành 2 loại dd: dd lí tưởng và dd thực - Dung dịch thực: Là dd tạo thành từ các cấu tử có cấu t ạo và tính ch ất hoá lí khác nhau nhiều. Khi hình thành có kèm theo H ƯN ∆ H ≠ 0 và biến thiên thể tích ∆ V ≠ 0 - Dung dịch lí tưởng: Là dd được hình thành từ các cấu tử có cấu tạo và tính chất hoá lí gần giống nhau( ∆ H = 0; ∆ V = 0)
VD: Nói một cách chặt chẽ thì chỉ có hỗn h ợp những đồng phân quang học, hh các đồng vị mới có thể xem là ddlis tưởng. Tuy v ậy trong th ực tế nhiều dd thực xử sự gần như lí tưởng( VD: dd khí lí t ưởng; dd lỏng vô cùng loãng…) và vì tính đơn giản của các quy luật áp dụng được đối với dd lí tưởng nên việc khảo sát dd lí tưởng có 1 ý nghĩa quan trọng. 5.2. Thành phần dung dịch : Một khía cạnh khác khi nghiên cứu mặt định lượng của dd đó là nồng độ. 5.2.1. Khái niệm nồng độ: Nồng độ dd là lượng chất tan có mặt trong một lượng đã cho của dd. Có nhiều cách biểu diễn nồng độ, mỗi loại có ưu điểm và nhược điểm của nó. Sau đây xét một số khía cạnh biểu thị nồng độ. 5.2.2. Nồng độ phần trăm khối lượng *. ĐN: Là số gam chất tan chứa trong 100 gam dd mct % = m .100% . Nồng độ phần trăm không có đơn vị. *.CT: do 5.2.3. Nồng độ molal (m): Là số mol chất tan có mặt trong 1kg(1000g) dung môi CT: m= số mol chất tan / khối lượng dung môi (kg) VD: Để điều chế dd Na2SO4 1m , ta lấy 1mol (142 g) chất tan hoà tan vào 1000 g nước. Tuỳ thuộc vào bản chất của tương tác dung môi – ch ất tan mà th ể tích của dd thu được có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn 1000 ml . 5.2.4. Nồng độ mol phần( phần mol) Kí hiệu: Xi ni ∑ n ; ni là số mol các chất I trong dung dịch => ∑ Biểu thức: X i = X i =1
Nồng độ phần mol được sử dụng nhiều trong các biểu thức nhiệt động lực để mô tả các thuộc tính nhiệt động lực của các ch ất trong h ệ nhiệt động. n P i i Chú ý: Đối với khí lí tưởng: Xi = n = P ∑i 5.3. Độ tan. Để đánh giá định lượng sự hình thành dd, người ta sử dụng khái niệm độ tan. Đó là độ đo khả năng hoà tan một chất tan trong dung môi tại một nhiệt độ xác định 3.1. Ảnh hưởng của áp suất tới độ tan. Định luật Henry. Áp suất không ảnh hưởng đến độ tan của chất lỏng và ch ất rắn mà ch ỉ ảnh hưởng đến chất khí. Mối quan hệ định lượng giữa độ tan của khí và áp suất được W. Henry thiết lập năm 1802. Khi hoà tan chất khí vào chất lỏng, có cân bằng sau: Khí trên mặt chất lỏng Khí hoà tan P -1 Biểu thức của định luật Henry: C= k H .P = k . Trong đó H C: nồng độ mol/l của chất khí hoà tan ( độ tan). P là áp suất của khí trên mặt chất lỏng( atm) KH : Hằng số Henry, chỉ phụ thuộc nhiệt độ( mol/ atm.l) VD1. Tại 250C và 1 atm, độ tan của N2 trong nước là 6,8.10-4 mol/l. Xác định nồng độ N2 tan trong nước ở điều kiện khí quyển biết rằng áp suất riêng của N2 trong khí quyển là 0,78 atm. P 1 Giải. Áp dụng CT của đl Henry: C= k = k .P= 6,8.10-4 khi P= 1 H H atm 1 => k = 6,8.10-4 . H Vậy nồng độ N2 trong nước khi P = 0,78 atm là
1 C= k .P = 6,8.10-4 .0,78 = 5,3.10-4 mol/l H VD2. Giải thích tại sao khi mở nắp chai bia có hiện tượng sủi bọt? TL: Khi đóng chai người ta tạo ra dd bão hoà khí CO2 dưới một áp suất lớn hơn áp suất riêng phần của CO2 trong khí quyển ( > 4.10-4 atm). Khi mở nắp, áp suất riêng phần của CO2 trên dd giảm dần đến 4.10-4 atm thì đạt TTCB. Do đó độ tan của khí CO2 giảm dần và có khí thoát ra ( Tại sao không tạo ra dd bão hoà khí CO2 dưới áp suất bằng áp suất riêng phần của CO2 trong khí quyển?) VD3. Một chai nước ngọt được bão hoà bằng CO2 với P=4 atm ở 00C. Sau đó chai được mở nắp để cho cân bằng với áp suất khí quyển chứa CO2 là 4.10-4 atm ở 250C. Tính nồng độ của CO2 trong nước ngọt khi mới pha chế và sau khi đạt TTCB với PCO2 trong kq. Cho: k -1 ở 00C là 7,7.10-2 k -1 ở 250C là 3,2.10-2 H H Giải. Ở 00C, C= 7,7.10-2 . 4 = 0,31 M Ở 250C , C = 3,2.10-2 . 4.10-4 = 1,3. 10-5 M Chú ý: Chỉ dd của các khí không pư với dmôi mới tuân theo nghiêm ngặt đluật Henry 3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ tan a. Đối với chất tan là chất rắn. Trong phần lớn trường hợp, độ tan tăng theo nhiệt độ tuy rằng không có tương quan rõ nét giữa dấu của ∆ Hht và biến thiên độ tan theo nhiệt độ VD: Quá trình hoà tan của CaCl2 là toả nhiệt, của NH4NO3 là thu nhiệt. Nhưng độ tan của hai muối này tăng theo nhiệt độ => Nói chung ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ tan được xác định tốt nhất bằng thực nghiệm. b. Đối với chất tan là chất khí.
Từ bt của đl Henry, ta có thể thấy: C= k -1 . P. Nghĩa là độ tan C tỉ lệ H thuận với k -1 , cũng có thể coi k -1 là hằng số cân bằng của quá trình : H H Khí trên mặt chất lỏng Khí hoà tan d(lnK) ΔH ht = Ta lại có pt đẳng áp Van’tHoff: . Nói chung các qtrình RT 2 dT d(lnK) hoà tan toả nhiệt, tức ΔH ht < 0 => < 0, hàm nghịch biến, nghĩa dT là khi T tăng thì lnK giảm( k -1 giảm) , nghĩa là C – độ hoà tan của khí H trong lỏng giảm và ngược lại. ƯD: Thường đun sôi dd để đuổi khí( hoặc giữ chai bia đã mở nắp hoặc bia hơi trong tủ lạnh để giữ ga) + Hệ quả tất yếu suy ra từ quy luật này là độ tan của oxi trong nước giảm khi tăng nhiệt độ của nước. Trong tự nhiên, hiện tượng này được gọi là ô nhiễm nhiệt. Đó là sự nóng lên c ủa môi tr ường có h ại cho c ư dân sinh sống ở đó. Người ta ước tính tại các nước công nghiệp phát triển hàng đầu của thế giới, hàng năm mỗi nước dùng tới 400 ngàn tỉ lít nước để làm l ạnh các công trình công nghiệp, chủ yếu là các nhà máy điện và nhà máy điện hạt nhân. Nước, sau quy trình làm lạnh sẽ nóng lên và được đổ ra các sông, hồ, và do đó làm ô nhiễm nhiệt môi trườgn sống của cá và các động vật máu lạnh khác. Thảm hoạ sinh thái xảy ra không những cho sinh vật dưới nước mà còn cho cả con người 5.4. Một số thuộc tính của dd loãng chất không điện phân: Có những dd mà thuộc tính của chúng chỉ phụ thuộc vào số tiểu phân chất tan mà không hề phụ thuộc bản chất các tiểu phân chất tan. Các thuộc tính này của dd gọi là thuộc tính nồng độ. Các dd có thuộc tính
nồng độ là những dd lỏng vô cùng loãng. Các thuộc tính của nồng độ là: Sự hạ áp suất hơi. Độ tăng điểm sôi. Độ hạ điểm đông đặc. Áp suất thẩm thấu. 1. Sự hạ áp suất hơi. + Thực nghiệm cho thấy áp suất hơi của dd chứa chất tan không bay hơi bao giờ cũng thấp hơn áp suất hơi của dung môi nguyên chất. Quy luật này được nhà bác học Pháp Raun tìm ra năm 1885 và được gọi là định luật Raun • Pb định luật: Áp suất hơi riêng phần của dung môi trên dung dịch( áp suất hơi bão hoà của dd)( P1 )tỉ lệ với phần mol của dung môi trong dd (X1) 0 • BT: P1 = P1 . X1.(5.1) 0 Trong đó, P1 là áp suất hơi của dung môi nguyên chất. Nếu dd chỉ chứa một chất tan thì X1=1-X2 với X2 là phần mol chất tan . 0 0 0 Vậy (5.1) có dạng: P1= P1 (1-X2) => P1 -P1= ∆ P = P1 .X2 ΔP ΔP => P0 = X2.(5.2). Đại lượng P0 là độ hạ tương đối áp suất hơi 1 1 VD: Ở 500C áp suất hơi bão hoà của dd chứa 23g chất hoà tan trong 250g rượu etylic bằng 207,2 mmHg. Xác định khối lượng mol của chất hoà tan biết rằng áp suất hơi bão hoà của rượu etylic nguyên chất ở nhiệt độ này bằng 219,8 mmHg. n 2 P0 = 219,8 mmHg; X2 = Giải. 1 n + n ; P1 = 207,2 mmHg; 12 ∆ P=219,8 – 207,2 = 12,6 ; n1 = 250 / 46 = 5,43; n2 = 23 / M ΔP 219,8 0 = 12,6/ 219,8 => M= 23. 5, 43.12, 6 =73,89 g P 1 2. Sự tăng điểm sôi của dd:
Sự có mặt của chất tan không bay hơi làm hạ áp suất h ơi của dd, nó cũng tác động đến điểm sôi của dd. + Điểm sôi của dd là nhiệt độ tại đó áp suất hơi của dd bằng áp suất khí quyển bên ngoài 0 0 + Gọi ∆ Ts = Ts - Ts là độ tăng điểm sôi, với Ts , Ts là điểm sôi của dd và của dung môi thì ∆ Ts tỉ lệ với sự hạ áp suất hơi cũng như tỉ lệ với nồng độ molal của dd + BT: ∆ Ts = Ks .m (5.3). Trong đó, Ks là hằng số nghiệm sôi, đặc trưng cho một dung môi nh ất định. ( Bảng 6.2 T167 – giáo trình) 3. Sự hạ điểm đông đặc của dd. Với hiện tượng hạ nhiệt độ đóng băng thì cư dân ở các xứ lạnh bên châu Âu, Bắc Mĩ,..tiếp xúc hàng ngày. Về mùa đông, đường xá b ị đóng băng là một trở ngại cho giao thông. Từ lâu con người đã bi ết kh ắc phục trở ngại này bằng cách rắc NaCl hoặc CaCl 2 lên đường và bằng cách này, băng tuyết sẽ tan ra do điểm đông đặc của nước hạ xuống. Người ta cũng lợi dụng hiện tượng hạ điểm đông đặc để tẩy sạch đá bám vào xe hơi, máy bay để ngoài trời trong mùa băng tuyết. + Gọi ∆ Tb = Tb0 - Tb là độ hạ điểm đông đặc, với T b , Tb0 là điểm đông đặc của dd và của dung môi thì ∆ Tb tỉ lệ với sự giảm áp suất hơi cungzx như tỉ lệ với nồng độ molal của dd + BT: ∆ Tb = Kb.m (5.4) Trong đó, Kb là hằng số nghiệm lạnh và chỉ phụ thuộc vào bản chất dung môi. VD1: Xác định khối lượng phân tử của Glyxêrol biết rằng dd chứa 2,76g Glyxêrol trong 200g nước đông đặc ở - 0,279 0C. Coi nước đông đặc ở 273K.Kb của nước = 1,86
Giải: khối lượng chất tan có trong 1000g nước là= 2,76.(1000/200) = 13,8 ∆ Tb = 00C – (-0,2790C) = 0,2790 Vậy m= ∆ Tb / Kb = 0,279 / 1,86 = 0,15 = 13,8 / M  M = 13,8 / 0,15 = 92 g VD2. Etylenglicol là hoá chất chống đông dùng cho xe hơi. Chất nay tan vào nước và ít bay hơi ( điểm sôi 197 0C). Tìm điểm đông đặc của dd chứa 651g E trong 2505 g nước. liệu bạn có giữ chất này trong bộ phận làm mát của xe trong mùa hè không? ME = 62,01 g; Ks = 0,52 651.1000 Giải. m= 62, 01.2505 = 4,19. Độ hạ điểm đông đặc của dd E: ∆ Tb=Kb . m=1,86.4,19= 7,790C Vì điểm đông đặc của nước là 00C nên dd E đông đặc ở -7,790C. Với nồng độ này của dd, độ tăng điểm sôi của dd sẽ là: ∆ Ts = Ks .m= 0,52. 4,19 = 2,20C. Vậy dd có nồng độ đã cho sôi ở 102,20C. Do đó, tiện hơn cả là lấy chất chống đông ra khỏi bình làm mát của xe để phòng dd có thể sôi vào mùa hè nóng bức. 4. Áp suất thẩm thấu của dd. + Sự thẩm thấu là gì? Hiện tượng áp suất thẩm th ấu x ảy ra qua màng bán thấm – một màmg mỏng có lỗ đủ lớn để các phân tử chui qua song các lỗ này lại nhỏ hơn kích thước của các phân tử chất tan. Khi màng bán thấm này được dùng để ngăn cách dd với dung môi thì các phân t ử dung môi sẽ qua màng để đi vào dd. * Quá trình chuyển pha các phân tử dung môi từ cốc đựng dung môi nguyên chất vào dd sẽ tiếp diễn cho tới khi đạt được cb. Hiện tượng chuyển dung môi qua màng bán thấm gọi là sự thẩm thấu. + Kết quả của sự thẩm thấu là mức dd trong ống của bình thẩm th ấu dâng lên và đạt mức cực đại lúc cân bằng
 Áp suất thẩm thấu Π của dd là áp suất cần để làm cho sự thẩm thấu dừng lại + CT: Π = C.R.T ( atm) ( 5.5) Trong đó, C là nồng độ dd ( mol/l). R = 0,082 atm.l/mol.K. T là độ K VD: Một dd chứa 5g Hb của ngựa trong 1lit nước có áp suất thẩm th ấu bằng 1,8.10-3 atm ở 250C. Tìm khối lượng mol của Hb. Giải. Áp dụng CT(5.5) ta có: P = CRT 1,8.10−3 P = = 1,8.10-4 mol/l  C= RT 0, 082.298 Vì 5 g/l ứng với 1,8.10-4 mol/l nên khối lượng mol Hb của ngựa bằng: M=5/ 1,8.10-4 = 68000g/mol 5.5. Cân bằng ion trong dd điện li. 1. Quan niệm axit – bazơ của Areniuyt Theo Areniuyt , dd axit có hoạt tính hh và có khả năng dẫn điện là do có sự phân li thuận nghịch phân tử thành ion trong đó có ion H+: HCl H+ + Cl- CH 3COO - + H+ CH3COOH Thực tế cho thấy các axit khác nhau có độ mạnh khác nhau là do sự khác nhau về độ phân li.  Axit là những chất có khả năng ion hoá trong nước để tạo ra ion H+.  Bazơ là những chất có thể ion hoá trong nước để tạo ra ion hiđroxyl OH- Như vậy thuộc tính axit là do proton quyết định, còn thuộc tính bazơ của dd là do ion OH- . Sản phẩm của pư giữa một axit và một bazơ là m uố i HCl + NaOH → NaCl + H2O Mặc dù ở thời gian đó, thuyết Areniuyt đã là một tiến bộ vượt bậc nhưng nó vẫn còn một số vấn đề không giải thích được:
Nó chỉ áp dụng đúng cho dung môi là nước, không áp d ụng đ ược cho tất cả các dung môi, đồng thời nó chưa th ấy được vai trò quy ết định của dung môi trong sự phân li của axit, bazơ. Mặt khác, thuyết Areniuyt không giải thích được các phản ứng tạo ra muối giống như phản ứng trung hòa mà trong đó lại không có H + hoặc OH- tham gia. Thí dụ : NH3(k) + HCl(k) → NH4Cl Vì vậy cần nghiên cứu chi tiết các phản ứng xảy ra trong các môi trường không nước, cũng như những trường hợp không có sự tham gia của dung môi nhằm bổ sung và khái quát các luận điểm của Areniuyt. Hiển nhiên rằng, bất kì một thuyết axit – baz ơ khái quát h ơn cũng bao hàm cả các luận điểm của Areniuyt và coi nó nh ư một trường hợp riêng. Hiện nay có một số thuyết axit – bazơ tổng quát hơn. Được áp dụng rộng rãi nhất là 3 thuyết: Thuyết các h ệ dung môi do hai nhà bác học người Mĩ là Keđi và Franklin công bố vào năm 1905. Thuyết proton được công bố vào năm 1923 đồng thời bởi nhà hóa học Đan Mạch Bronstet và nhà hóa học người Anh Lauri. Thuyết electron cũng được đề nghị vào năm 1923 do nhà hóa học Mĩ Liuyt. Mặc dù các thuy ết này xuất phát từ những luận điểm khác nhau nhưng chúng không chống đối lại nhau mà hỗ trợ cho nhau. Vấn đề đặt ra là từ một hệ cụ thể và tiến hành t ương tác ở một điều kiện nhất định, người ta sẽ sử dụng thuyết nào trong các thuyết đã nêu ra cho thích hợp. 2. Thuyết axit – bazơ của Bronstet và Lauri Bronstet và Lauri đã đưa ra thuyết axit – bazơ tổng quát hơn với định nghĩa axit, bazơ chỉ liên quan tới proton: Axit là chất có khả năng cho proton, bazơ là chất có khả năng nhận proton. Vì vậy, thuy ết axit – bazơ của Bronstet và Lauri còn được gọi là thuyết proton.