Hoaly Chuong6,7 Dung Dịch

CHƯƠNG 6

DUNG DỊCH VÀ CÂN BẰNG DUNG DỊCH

(LỎNG – HƠI VÀ LỎNG – LỎNG)

6.1. ĐẠI CƯƠNG VỀ HỆ PHÂN TÁN &DUNG DỊCH

6.1.1. Hệ phân tán và dung dịch

a) Hệ phân tán

- Định nghĩa: Một hệ gồm hai (hay nhiều chất) trong

đó một chất ở dạng các hạt rất nhỏ được phân bố

vào trong chất kia thì hệ đó được gọi là hệ phân tán.

- Chất được phân bố gọi là chất phân tán, còn chất

trong đó có pha phân tán phân bố gọi là môi trường

phân tán.

• Chất phân tán • MT phân tán


a) Hệ phân tán

Hệ phân tán Hệ phân tán

thô

Dung dịch

keo

Dung dịch

thật

kích thước

các hạt của

pha phân tán

10-7 ÷ 10-4m 10-7 ÷ 10-9m 10-10m

độ bền không bền tương đối bền rất bền


*) Định nghĩa

- Đồng thể (một pha)

- Hai hay nhiều chất

- Thành phần thay đổi trong giới hạn xác định

- Có thể ở bất kỳ trạng thái tập hợp nào

*) Dung môi & Chất tan

• Dung môi (1): lượng lớn

• Chất tan (i: 2, 3, 4…)


b) Dung dịch


6.1.2. Cách biểu diễn thành phần của dung dịch

• Nồng độ %

• Nồng độ phân tử gam (CM)

• Nồng độ đương lượng gam (CN)

• Nồng độ Molan (Cm)

• Nồng độ phần mol (Ni)

6.2. Phân loại dung dịch

6.2.1. Dung dịch lý tưởng

fA-A = fA-B = fB-B

=VΔ;=HΔ;=UΔ

>SΔvà<GΔ

Quá trình tạo thành dung dịch là quá trình tự xảy nên:

6.2.2. Dung dịch vô cùng loãng

x1 1 và xi 0

6.2.3. Dung dịch thực

– Lực tương tác giữa các phân tử khác nhau

– Luôn kèm theo các hiệu ứng khi hòa tan

(ΔU ≠ 0, ΔH ≠ 0, ΔV ≠ 0)

Ví dụ: 50mlH2O + 50ml C2H5OH>< 100ml? ΔH<0

Ví dụ: 50mlH2O + 50ml C4H9OH>< 100ml? ΔH>0

6.2. Phân loại dung dịch

Như vậy tính chất của các cấu tử tuân theo các định

luật lý tưởng của Henry, Raoul.

6.3. Quá trình hòa tan

• Mục tiêu :

• Trình bày được sự hòa tan của K, L trong dd lỏng.

• Hiểu được sự ảnh hưởng của áp suất và nhiệt độ đối với cân bằng K – L và L – L

• Trình bày được nội dung của định luật Henry dưới hai dạng phát biểu khác nhau.

• Viết được biểu thức của phương trình Sreder

• Phát biểu và viết được biểu thức của nội dung định luật Raoult và định luật Konovalop 1, 2

• Nhận thức được giản đồ pha là công cụ quan trọng để nghiên cứu định tinh và định lượng các quá trình chuyển pha.

6.4. SỰ HÒA TAN KHÍ TRONG DUNG DỊCH LỎNG - Sự hòa tan khí A/dd lỏng: sự phân bố khí A/2pha

- Khi ddbh ta có cân bằng: A (k) ↔ A (l)

Cũng như các TTCB khác, ta có:

• Độ hòa tan của khí còn phụ thuộc vào T và P

c = k – f + 2 = 2 x2 = f(T, P)

T = const, x2 = f(P)

P = const, x2 = f(T)

constC

CkA

LA k

P

CHay

A

LA

6.4. SỰ HÒA TAN KHÍ TRONG DUNG DỊCH LỎNG

→ Định luật Henry: Ở T = const, Si /dd lỏng ≈ Pi

k : hằng số Henry, chỉ phụ thuộc T, i, dm và cách biểu thị nồng độ

Hệ thức trên còn được viết dưới dạng:

Lưu ý: A/d cho dd lý tưởng và chất tan dễ bay hơi

c = k – f + 2 = 2 x2 = f(T, P)

T = const, x2 = f(P)

P = const, x2 = f(T) a) Ảnh hưởng của áp suất:

iii x'kxk

1P

Áp suất riêng phần của một khí hòa

tan trên dung dịch thì tỉ lệ với nồng

độ của nó trong dung dịch


Ví dụ: Áp suất hơi của NH3 trên dung dịch 1% là 4,0mmHg. Hãy tính P của nó trên dd 2,5% tại cùng một nhiệt độ.

- Xét cân bằng: khí NH3 (Pi ) ↔ dd NH3 (nồng độ xi)

- HSCB, có thể biểu diễn:

i

iH

P

xk

0,4

1kH

P

5,2 mmHg10P

Giải


Xét cân bằng:

i (k) ↔ i (l) (dung dịch có nồng độ xi) + Hht

Khi khí chỉ chứa một cấu tử i,

Áp dụng phương trình đẳng áp Van’t-Hoff:

b) Ảnh hưởng của T - phương trình Sreder

)k(x

)dd(xK

i

iX

plnthtHH

2

x

RT

H

dT

Klnd

2

i

2

nti

RTRTdT

xlnd

2

T

T

i

x

1xT

dT

Rxlnd

o

i

i

o

ii

T

1

T

1

Rxln

Vì qt ngưng tụ

khí là tỏa nhiệt,

nên λi < 0

xi = 1 Kx = xi(dd)

6.5. SỰ HÒA TAN CỦA CHẤT LỎNG TRONG

DUNG DỊCH LỎNG

+ Sự hòa tan của L – L phụ thuộc: T, i và 1, ít phụ

thuộc vào P.

+ Có thể xảy ra một trong 3 trường hợp sau:

– Hòa tan vô hạn

– Hòa tan có hạn

– Hầu như không hòa tan vào nhau


DUNG DỊCH LỎNG

A

PAo PB

o

B

PA + PB

A+B

A nguyên chất B nguyên chất

Dung dịch A + B

6.5.1. Dung dịch lý tưởng tan lẫn vô hạn

a) Áp suất hơi – ĐL Raoult

Áp suất hơi bão hòa của mỗi một cấu tử tỷ lệ thuận

với phần mol của nó trong dung dịch.

Pi = kR.xli

Áp suất hơi dung môi của dd vô cùng loãng

Pi = Poi.x

li


DUNG DỊCH LỎNG

b) Giản đồ áp suất – thành phần

Xét dd lý tưởng A – B nằm cân bằng với pha hơi (khí lý tưởng), áp suất hơi của mỗi cấu tử trên bề mặt dd:

Ví dụ: Ở 50oC Phbh của n-pentan và n-hecxan tương ứng là 1200 và 400 mmHg. Tính Phdd ?


DUNG DỊCH LỎNG


AoA xP )x1(P B

o

A PA =

PB = BoB xP

)x1(P BoA

B

o

B xP P = PA + PB =

B

o

A

o

B

o

A x)PP(PP

b) Giản đồ áp suất – thành phần

Ví dụ: Xác định áp suất hơi của dd chứa 1mol A và

2 mol B. Cho biết áp suất hơi của A và B nguyên

chất lần lượt là: 110 và 115 mmHg


DUNG DỊCH LỎNG


A

o

A x.PPA = 3

1.110

PB = B

o

B x.P3

2.115

→ P = PA + PB

c) Thành phần pha hơi

Định luật Konovalop 1

Xét dung dịch gồm 2 cấu tử A - B cân bằng nhau

với pha hơi của chúng. Theo định luật Dalton

Áp dụng định luật Raoult ta có:

.l

l

x x

x x

h 0 l

B B B B

h 0 l

A A A A

x P= =

x P

h h

B B B

h h

A A A

x n P= =

x n P

0

B

0

A

P=

P


DUNG DỊCH LỎNG


Cơ sở lý thuyết của QT chưng cất

d) Giản đồ thành phần lỏng – hơi

Ví dụ: Ở 50oC Phbh của n-pentan và n-hecxan tương ứng là 1200 và 400 mmHg. Tính biết

.l

l

x x

x x

h 0 l

B B B B

h 0 l

A A A A

x P= =

x P

lh BB l

B

α.xx =

1+ α-1 x


DUNG DỊCH LỎNG


lB

lA

lB

hB

hA

hB

xx

x

xx

x

?xhpen 45,0xl

pen

e) Giản đồ nhiệt độ - thành phần

Nhiệt độ: T1 T2 T3

Điểm hệ: l1 K h3

Điểm lỏng: l1 l2 l3

Điểm hơi: h1 h h3

1. Đường TSAlTS

B là đường sôi 2. Đường TS

AhTSB là đường hơi


DUNG DỊCH LỎNG


T1

T2

T3 h3

h1

I1

I2 I3 K

L

Áp suất chung P = const

Vùng lỏng: c = 2

Vùng hơi: c = 2

C = 1

)T(gxvà)T(fx hB

lB


DUNG DỊCH LỎNG

7.4.2. Dung dịch thực tan lẫn vô hạn

Giản đồ P – x của hệ sai lệch dương và sai lệch âm

a) Áp suất hơi


DUNG DỊCH LỎNG

7.4.2. Dung dịch thực tan lẫn vô hạn

B

P

x A

T = const

dP = 0

b) Thành phần pha hơi – Định luật Konovalop II Khi sự sai lệch quá lớn, giản đồ P-x

qua cực trị, thành phần hỗn hợp ở đó

đường cong qua cực trị gọi là thành

phần đẳng phí.

Định luật Konovalop II:

Đối với những hệ có tp ứng với điểm

cực trị trên đường áp suất hơi tổng

cộng (P – x) thì pha lỏng và pha hơi cân

bằng có cùng thành phần.

l

A

h

AxX

* Quá trình chiết tách và định luật phân bố

Ví dụ: Dd gồm chất tan A/B, tách A bằng dm C?

Từ thực nghiệm, Nerst đã tìm ra định

luật phân bố:

KC

C

B/A

C/A

n

Co

on

KVV

Vax

Công thức chiết:

xn: Lượng chất còn lại trong dung môi ban

đầu sau n lần chiết (mol)

K: Hệ số phân bố

a: g (mol) chất tan trong Vo dd ban đầu

VC dung môi để chiết chất tan mỗi lần.

Ví dụ áp dụng: Biết hệ số phân bố của I2 trong CS2 và H2O là 588.

Dùng 50ml CS2 để chiết I2 từ 1 lít dung dịch H2O chứa 1g I2. Tính

lượng I2 chiết được trong những trường hợp sau:

a) Dùng 50ml CS2 chiết một lần

b) Dùng 50ml CS2 chiết 5 lần mỗi lần 10ml

c) Dùng 50ml CS2 chiết 5 lần mỗi lần lần lượt là: 7, 8, 9, 10, 16ml Giải:

Tóm tắt: a = 1g, K = 588 và V0 = 1000ml a) Vc = 50ml, n = 1

g,=).+

(=x

Vậy chiết được 0,967g nghĩa là chiết được 96,7% b) Vc = 10ml, n = 5

g,).

(x

Vậy chiết được 0,999935g nghĩa là chiết được hầu như hoàn toàn

Chương 7 CÂN BẰNG DUNG DỊCH LỎNG – RẮN

CHƯƠNG 7

Biến thiên của áp suất hơi bão hòa:

Định nghĩa áp suất hơi bão hòa:

Áp suất hơi bão hòa tăng theo nhiệt độ.

Áp suất hơi bão hòa của một dung dịch loãng và

không có lực tương tác giữa chất tan và dung môi thì

tỉ lệ với nồng độ phân mol của dung môi:

P = P° XB

P°: áp suất hơi bão hòa của dung môi

P: áp suất hơi bão hòa của dung dịch < P°

XB: nồng độ phân mol của dung môi

Định luật Raoult I:

Biến thiên của áp suất hơi bão hòa:

Định nghĩa áp suất hơi bão hòa:

Áp suất hơi bão hòa tăng theo nhiệt độ.

Định luật Raoult I:

Độ giảm tương đối của áp suất hơi bão hòa P của dd

bằng nồng độ phân mol của chất tan trong dd.

P = P° - P = P° - P°XB = P° (1-XB) = P°XA

XA: nồng độ phân mol của chất tan không điện ly AoX

P

P

Sự giảm áp suất hơi

P = PB = XB.PoB= (1 – XA)Po

B

AD: Tính MA khi biết P XA MA

Ứng dụng: Biết Phbh của benzen ở 25oC là 95 mmHg. Khi

hòa tan 0,155g hợp chất [Al(CH3)3]x không bay hơi vào 10g

benzen, Ph bây giờ chỉ bằng 94,2 mmHg. Hãy xác định

phân tử khối và xác định x trong công thức

0084,095

2,9495

P

PX

oA

78

10n

n

nn

n0084,0X

A

A

AB

AA

mol00108,0nA

mol/g5,14300108,0

155,0

n

mMA

Vì Al(CH3)3 có M = 72 g/mol nên:

272

5,143x

Biến thiên của nhiệt độ sôi:

Định nghĩa nhiệt độ sôi:

Tsdd luôn > Ts

dm

Biến thiên của nhiệt độ đông đặc:

Định nghĩa nhiệt độ đông đặc:

Vd: nước đông đặc ở 0°C, khi đó Plỏng = Prắn = 4,6 mmHg

Tđđ của dd < Tđđ của dm

Sự tăng điểm sôi & hạ điểm đông

Định luật Raoult II:

(Độ tăng điểm sôi của một dd loãng và không bị điện ly)

Ts = Ks Cm

Ví Dụ: Tính M của urê biết hòa tan

1g urê trong 75g nước, đo được

nhiệt độ sôi của dd là 100,114°C.

Cho hằng số nghiệm sôi của nước

là 0,513°C/m.

Dung môi t°(°C) Ks (°C/m)

H2O (l) 100 0,513

CH3COOH (l) 118,1 2,93

C6H6 (l) 80,2 2,53

Ks ϵ b/c dm, € b/c chất tan.

Dùng xđ M của một số chất hữu cơ

(phương pháp nghiệm sôi).

Sự tăng điểm sôi & hạ điểm đông

Định luật Raoult III:

(Độ hạ băng điểm của một dd loãng và không bị điện ly)

Tđ = Kđ Cm Ks ϵ b/c dm, € b/c chất tan.

Dùng xđ M của một số chất hữu cơ

không bền khi đun nóng (phương pháp

nghiệm lạnh).

Phương pháp nghiệm lạnh chính xác hơn vì Kđ lớn hơn

Ks nên dễ đo hơn.

Ví dụ: Tính KLPT của naphtalen biết hòa tan 1,12g

naphtalen trong 100g benzen, đo được nhiệt độ đông đặc

của dd là 4,55°C. Cho hằng số nghiệm lạnh của benzen

là 5,12 °C/m.

Ứng dụng: Hòa tan 0,98g một chất tinh khiết vào trong 100g

benzen, dd có nhiệt độ sôi Ts = 80,3oC, biết rằng benzen có

Ts 80,1oC và Ks = 2,65. Tính khối lượng mol của chất đó

• Ts = Ks Cm

• Ts = Ks m.1000/M.100

• M = Ks m.10/ Ts

• M = 129,85 ≈ 130g/mol

Ứng dụng: Cần bao nhiêu gam etylenglycol pha vào 6 lít

nước để hạ băng điểm của nước xuống tđ = - 6oC (phương

pháp chống đông nước)? Biết Kđ = 1,86

• Tđ = Kđ Cm

• Tđ = Kđ m./M.6

• m= Tđ .M.6/ Kđ

• m = 1200g

Áp suất thẩm thấu:

Thí nghiệm 1 cho thấy có dòng dung môi đi từ dm nguyên chất

qua dung dịch. Để ngăn hiện tượng này cần tác dụng một lực

lên piston. Khi áp suất trên piston đủ lớn thì dm không qua được,

áp suất khi đó gọi là áp suất thẩm thấu.

Thí nghiệm 2 cho phép đo áp suất thẩm thấu bằng áp suất

cột nước chiều cao h.

Áp suất thẩm thấu:

Định luật Vant Hoff: đối với dd loãng và không bị điện ly

thì áp suất thẩm thấu không phụ thuộc bản chất chất tan

và dm mà tỉ lệ với nồng độ mol chất tan và nhiệt độ tuyệt

đối của dd, hệ số tỉ lệ là hằng số khí lý tưởng.

= R CM T

1. Một dd có CM = 0,1 M. Tính áp suất thẩm thấu của dd ở 27,3°C.

2. Một dd chứa 5g hemoglobin (Hb) trong 1L dd nước thì có áp

suất thẩm thấu là 1,8.10-3 atm ở 25°C. Tính khối lượng phân tử

của hemoglobin.

ứng dụng xác định khối lượng phân tử

1. TÍNH CHẤT DUNG DỊCH LOÃNG

Ảnh hưởng của nồng độ chất tan (không bay hơi) đối với tính chất của dung dịch

– Giảm áp suất hơi

– Tăng nhiệt độ sôi và giảm nhiệt độ kết tinh

– Xuất hiện áp suất thẩm thấu


1.1. Sự giảm áp suất hơi

Áp suất hơi của dung dịch chứa chất tan

không bay hơi

P = P1 = P01 . x1 = P0

1. (1-x).

Suy ra

x01

P

ΔP

01

P

P01

P

x01

P01

PP

ThS. NGUYỄN HỮU SƠN

1.2. Sự tăng điểm sôi & hạ điểm đông

∆T = K . Cm

∆T = T0 – T .

Cm là nồng độ molan của

dung dịch.

K là hằng số nghiệm đông

Kđ hoặc hằng số nghiệm sôi

Ks.


Solvent Tb(oC) Kb Tf(oC) Kf

acetic acid 118.2 2.93 17 3.90

chloroform 61.2 3.63

naphthalene 80 6.8

water 100 0.52 0 1.86

camphor 179 40

carbon tetrachloride 76.6 5.03

ethanol 78.6 1.22

n-octane 125.7 4.02

1.2. Sự tăng điểm sôi & hạ điểm đông


1.3. Áp suất thẩm thấu

CRT

: là áp suất thẩm thấu.

C: là nồng độ, mol/l.

R: hằng số khí lý tưởng.

T: nhiệt độ tuyệt đối.


2. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN SỰ HÒA TAN

Phương trình Sreder

i(rắn) = i (dung dịch, xi) + ∆Hht

incphlncht HH

2

ln

RTdT

Kd ix

)(

)(

rx

dxK

i

ix

2

. RTi

i

ekx

3. SỰ KẾT TINH DUNG DỊCH HAI CẤU TỬ

3.1. Giản đồ nhiệt độ - thành phần

3.2. Giản đồ đa nhiệt

Hệ Q2 = lỏng l2 + rắn r2

22

22

rQ

Ql

2

B

ml

mr

Tính toán lượng tương đối của

các pha trong hệ

Hệ H = pha lỏng e + hệ rắn

chung Rc

eH

HR

m

m C

R

e

C

CA

CB

R

R

RR

RR

m

m

B

A


3. SỰ KẾT TINH DUNG DỊCH HAI CẤU TỬ 3.3. Hỗn hợp Eutecti

Ở áp suất không đổi, hỗn hợp eutecti sẽ kết tinh ở nhiệt độ không đổi

theo đúng thành phần của nó (phù hợp với độ tự do c = 0)

Khi có sự tác động của cả nhiệt độ và áp suất bên ngoài:

c = k - f + 2 = 2 - 3 + 2 = 1

Điều này chứng tỏ rằng nếu thay đổi áp suất thì không những nhiệt

độ kết tinh của dung dịch eutecti thay đổi mà cả thành phần của hỗn

hợp eutecti cũng thay đổi theo

3.4. Quá trình kết tinh đẳng nhiệt

mr

lm

m

m

l

r


4. HỆ HAI CẤU TỬ TẠO THÀNH DUNG RẮN

TAN LẪN VÔ HẠN

Giản đồ nhiệt độ - thành phần (T-X)



TAN LẪN GIỚI HẠN Giản đồ nhiệt độ - thành phần (T-X) có Eutecti

Có các hệ như NaNO3-KNO3,

Pb-Sn, Cu-Ag

P là dung dịch rắn của Sn tan

trong Pb và S là dung dịch rắn

của Pb tan trong Sn

Đường aeb là đường lỏng, biểu

diễn nhiệt độ bắt đầu kết tinh

của các dung dịch rắn P và S

nằm cân bằng với nhau


Giản đồ nhiệt độ - thành phần (T-X) có Peritecti

P là dung dịch rắn của Ag tan trong

Pt và A là dung dịch rắn của Pt tan

trong Ag

Đường apb là đường lỏng

Đường ar1 và br2 là những đường rắn

Đường r1x và r2y là những đường rắn


TAN LẪN GIỚI HẠN

Documents

Hoaly Chuong6,7 Dung Dịch