Tính chất của dung dịch loãng chất tan không
bay hơi.
7.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ hòa tan của chất
rắn
7.3. Sự kết tinh của dung dịch hai cấu tử
2
7.1. Tính chất của dung dịch loãng chất tan không
bay hơi.
Áp suất hơi bảo hòa
Nhiệt độ sôi
Áp suất thẩm thấu
9 trang |
Chia sẻ: Mr Hưng | Lượt xem: 917 | Lượt tải: 0
Nội dung tài liệu Vật lý - Chương 7: Cân bằng lỏng – rắn, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
11
CHƯƠNG 7:
CÂN BẰNG LỎNG – RẮN
7.1. Tính chất của dung dịch loãng chất tan không
bay hơi.
7.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ hòa tan của chất
rắn
7.3. Sự kết tinh của dung dịch hai cấu tử
2
7.1. Tính chất của dung dịch loãng chất tan không
bay hơi.
Áp suất hơi bảo hòa
Nhiệt độ sôi
Áp suất thẩm thấu
Nhiệt độ đông đặc
Ảnh hưởng của nồng độ các chất tan hầu như không bay
hơi đến sự thay đổi tính chất dung dịch qua các hiện tượng:
(4 tính chất đặc trưng)
3
Áp suất hơi bảo hòa
Áp suất hơi bão hòa của dung dịch bằng áp suất hơi bão
hòa của dung môi nguyên chất nhân với nồng độ phần mol
của dung môi trong dung dịch.
)1.(P.P 2
0
11
0
11 xxPP
7.1. Tính chất của dung dịch loãng chất tan không bay hơi.
7.1.1. Độ giảm áp suất hơi của dung dịch
Trong đó:
x1: nồng độ phần mol của dung môi trong dung dịch
x2: nồng độ phần mol của chất tan trong dung dịch
Po1: áp suất hơi bão hòa của dung môi nguyên chất
P1: áp suất hơi bão hòa của dung dịch 4
Định luật Raoult 1
Độ giảm tương đối áp suất hơi của dung dịch
bằng tổng phần mol của chất tan không bay
hơi trong dung dịch.
Như vậy, dung dịch càng đặc, thì áp suất hơi càng
thấp.
20
1
0
1
1
0
1
2
PP
P
N
PP
x
7.1. Tính chất của dung dịch loãng chất tan không bay hơi.
7.1.1. Độ giảm áp suất hơi của dung dịch
25
Định luật Raoult 2
Độ tăng nhiệt độ sôi và độ hạ nhiệt độ đông đặc của
dung dịch tỷ lệ thuận với nồng độ molan của chất tan
trong dung dịch.
mss CKT mđđ CKT
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
6
Hình 7.1. Giải thích độ tăng điểm sôi
và độ hạ điểm kết tinh
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
R
L
H
Tại áp suất Png :
+ TS
dd (điểm A1) >
TS
dm(điểm A) độ tăng
điểm sôi của dung dịch
so với dung môi nguyên
chất là Ts
+ Tượng tự, độ hạ điểm
đông đặc của dung dịch
so với dung môi nguyên
chất là Tđ
7
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
“Độ tăng điểm sôi và độ hạ điểm kết tinh của các dung dịch có
chất tan khó bay hơi tỷ lệ thuận với nồng độ của dung dịch.”
∆T = K . Cm
Trong đó:
∆T = |T0 – T|
Cm là nồng độ molan của dung dịch.
K là hằng số nghiệm đông Kđ hoặc hằng số nghiệm sôi Ks
của dung môi nguyên chất.
8
Trong đó:
– R: hằng số khí lý tưởng
– T0: nhiệt độ sôi hay nhiệt độ kết tinh của dung môi
nguyên chất.
– λ1: nhiệt hoá hơi hay nhiệt nóng chảy của dung môi
nguyên chất.(J/Mol, Cal/Mol)
– M1: phân tử khối của dung môi.
1
1
2
0
1000.
.MR.T
K
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
Mối quan hệ giữa hằng số K với các tính chất hóa
lý của dung môi:
39
Ví dụ:
Tính nhiệt độ sôi của dung dịch chứa 5g urê trong 75g
nước. Biết khối lượng phân tử urê là 60, hằng số nghiệm
sôi của nước là 0,51.
Áp dụng công thức:
Giải
mss C.KT
566,0
7560
10005
51,0Ts
Vậy dưới áp suất 1 atm, dung dịch sẽ sôi ở nhiệt độ:
C566,100566,0100T 0
10
7.1. Tính chất của dung dịch loãng chất tan không bay hơi.
7.1.3. Áp suất thẩm thấu
Xét mô hình thí nghiệm:
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
phân cách giữa dung dịch và dung môi nguyên chất để
dung dịch này có thể nằm cân bằng thủy tỉnh với dung môi.
11
Định luật VantHoff: Áp suất thẩm thấu của dung dịch
loãng tỷ lệ thuận với nồng độ chất tan và nhiệt độ tuyệt
đối của dung dịch.
= CRT
Trong đó:
C - nồng độ chất tan (mol/l)
T - nhiệt độ tuyệt đối của dung dịch (K)
R - hằng số khí
7.1. Tính chất của dung dịch loãng chất tan không bay hơi.
7.1.3. Áp suất thẩm thấu
12
Các phương pháp xác đĩnh KLPT chất tan:
1. Phép nghiệm áp: là phương pháp xác định khối lượng
phân tử của các chất tan bằng phép đo độ giảm áp suất
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
sôi của dung dịch.
3. Phép nghiệm lạnh: xác định khối lượng phân tử chất tan
không bay hơi dựa vào độ giảm điểm đông đặc.
4. Phép nghiệm thẩm thấu: là phương pháp xác định khối
lượng phân tử chất tan không bay hơi dựa và áp suất thẩm
thấu của dung dịch.
7.1. Tính chất của dung dịch loãng chất tan không bay hơi.
7.1.3. Áp suất thẩm thấu
413
7.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ hòa tan của chất rắn
7.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ tan của các khí trong chất lỏng
Xét cân bằng:
i (rắn) = i (dung dịch có nồng độ xi) + Hhòa tan
Nếu pha khí chỉ có khí i thì xi(khí) = 1 thì: iix xddxK
Phương trình Sreder: mô tả ảnh hưởng của nhiệt độ
đến độ hòa tan của chất rắn trong dung môi lỏng.
2
i
P
i
RTT
lnx
i
i 0
λ 1 1
lnx = - -
R T T
Hay
Trong đó: + xi: là độ tan của khí trong dung dịch.
+ T0: nhiệt độ ngưng tụ hay nhiệt độ sôi của khí khi
nguyên chất.
14
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
hơi
Theo PT Sreder:
Trong dung dịch loãng: x = xi rất nhỏ nên ta có:
ln xi=ln(1-x) =-x -
x2
2
-
x3
3
-.
Chuyển sang Cm: x=
𝑀1𝐶𝑚
1000
Đặt :
Ta chứng minh được: ∆T = K . Cm
i
i 0
λ 1 1
lnx = - -
R T T
1
1
2
0
1000.
.MR.T
K
15
Khi làm lạnh dung dịch hai cấu tử thì xảy ra quá trình kết tinh.
Tùy theo thành phần của dung dịch mà cấu tử này hoặc cấu tử
kia sẽ kết tinh ra trước và có tồn tại một thành phần mà cả hai
cấu tử đồng thời kết tinh ra.
Trường hợp phức tạp hơn, ở một thành phần thích hợp, khi kết
tinh không phải là cấu tử nguyên chất mà là một hợp chất hóa
học (thường là các muối kép, muối ngậm nước), hoặc cũng
có sau khi kết tinh ra các dung dịch rắn
7.3. Sự kết tinh của dung dịch hai cấu tử
16
Ta xét những hệ khi kết tinh sẽ cho các pha rắn
nguyên chất và các chất này không tạo thành
hợp chất hóa học với nhau.
Ví dụ: Như các hệ muối NaCl - H2O, KCl - LiCl,
MgO - CaO, Ag - Pb.
Ở áp suất không đổi, giản đồ pha (T - x) của hai
hệ cấu tử A - B có dạng như trong hình 7.3.
7.3.1. Hệ không tạo dung dịch rắn, không tạo
hợp chất hóa học
7.3.1.1. Giản đồ “nhiệt độ - thành phần” (T - x)
517
Hình 7.3. Giản đồ T - x của hệ 2
cấu tử cân bằng lỏng rắn
7.3.1. Hệ không tạo dung dịch rắn, không tạo
hợp chất hóa học
7.3.1.1. Giản đồ “nhiệt độ - thành phần” (T - x)
Đường aeb: đường lỏng.
Đường arr’b: đường rắn.
Đường cong ae: mô tả
nhiệt độ bắt đầu kết tinh
của rắn A từ những dung
dịch có thành phần nằm
trong khoảng AE:
𝑥𝐴 = 𝑘𝐴. 𝑒
−
𝐴
𝑅.𝑇
Nên: đường ae gọi là
đường hòa tan của A
(đường kết tinh của A) mô
tả cân bằng giữa rắn A và
dung dịch bão hòa A.
Nhiệt độ kết tinh của
A và B nguyên chất
Điểm eutecti
18
7.3.1. Hệ không tạo dung dịch rắn, không tạo
hợp chất hóa học
7.3.1.2. Khảo sát quá trình đa nhiệt
Xét quá trình đa nhiệt của hệ Q:
+ Nhiệt độ : T1 T2 Te
+ Điểm hệ: l1 Q2 H
+ Điểm pha lỏng: l1 l2 e
+ Điểm pha rắn: r1 r2 RB
c= 1
c= 0
Xét hệ Q2: Hệ Q2 = lỏng l2 + rắn r2
Tương tự: Hệ H = lỏng e + rắn A + rắn B
Hay: Hệ H = lỏng e + rắn chung RC
19
7.3.1. Hệ không tạo dung dịch rắn, không tạo
hợp chất hóa học
7.3.1.2. Khảo sát quá trình đa nhiệt
Quan sát sự thay đổi nhiệt độ của hệ Q theo thời gian ta sẽ
xây dựng được “đường nguội lạnh” (T - t)
Điểm gãy
khúc
1 pha 2 pha: B kết tinh
2 pha 3 pha: thêm A
kết tinh
3 pha 2 pha: A, B
kết tinh hoàn toàn
20
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) ta thấy hỗn hợp eutecti có tính chất giống như
một hợp chất hóa học, song nó không phải là một hợp
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
tinh xen kẽ vào nhau.
Nếu thay đổi áp suất (c = 1) 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 (như vậy nó không phải
là một chất).
7.3.1. Hệ không tạo dung dịch rắn, không tạo
hợp chất hóa học
7.3.1.3. Hỗn hợp eutecti
621
7.3.1. Hệ không tạo dung dịch rắn, không tạo
hợp chất hóa học
7.3.1.4. Khảo sát quá trình kết tinh đẳng nhiệt (T = const)
Xét hệ Q: 30% NaNO3 trong nước
ở 550C .
+ Bay hơi nước đẳng nhiệt bằng
cách hút chân không dung dịch
đặc dần.
+ Khi điểm lỏng chạy đến điểm l,
dung dịch trở nên bão hòa muối, tinh
thể muối NaNO3 đầu tiên kết tinh ra.
c= 0
Hình 7.5. Quá trình kết
tinh đẳng nhiệt hệ Q 22
Các đường trên giản đồ (T - x) là quỹ tích những
điểm có sự thay đổi số pha của hệ, còn đường lỏng
trên giản đồ là quỹ tích những điểm bắt đầu có sự kết
tinh ra một pha rắn từ dung dịch.
Thành lập được các đường nguội lạnh (T - t) thì
căn cứ vào các điểm gãy khúc, ta sẽ suy ra đường
cong (T - x).
Phép phân tích nhiệt là một phương pháp thực
nghiệm trong hóa lý nhằm xây dựng giản đồ (T - x)
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
7.3.1.5. Phép phân tích nhiệt
23
7.3.1. Hệ không tạo dung dịch rắn, không tạo
hợp chất hóa học
7.3.1.5. Phép phân tích nhiệt
Hình a (T – t) Hình b (T – x)
Te
T2
T4
T5
T1
T6
24
Nếu nồng độ nào đó, dung dịch hai cấu tử A - B khi kết
tinh thành hợp chất hóa học D, chỉ bền ở nhiệt độ nhỏ hơn
nhiệt độ nóng chảy của nó, thì giản đồ ‘’nhiệt độ - thành
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).
Ví dụ: hệ CuSO4 - H2O, hợp chất D là muối đồng ngậm
nước CuSO4.5H2O.
7.3.2. Hệ hai cấu tử không tạo thành dung dịch
rắn, khi kết tinh tạo thành hợp chất hóa học bền
725
7.3.2. Hệ hai cấu tử không tạo thành dung dịch
rắn, khi kết tinh tạo thành hợp chất hóa học bền
Hình 7.7. Giản đồ (T - x) hệ 2 cấu tử tạo hợp chất hóa học bền
Điểm eutecti
hệ A - D
Điểm eutecti
hệ D - B
Đường kết tinh A
Đường kết tinh B
Đường kết tinh D
26
7.3.2. Hệ hai cấu tử không tạo thành dung dịch
rắn, khi kết tinh tạo thành hợp chất hóa học bền
Quá trình kết tinh đa nhiệt
Khi hạ nhiệt độ:
điểm Q1 d
Tương tự
như hệ
không tạo
thành hợp
chất hóa
học.
Tương tự
như hệ không
tạo thành hợp
chất hóa học.
27
7.3.2. Hệ hai cấu tử không tạo thành dung dịch
rắn, khi kết tinh tạo thành hợp chất hóa học bền
Quá trình kết tinh đẳng nhiệt, đẳng áp
Cho A bay hơi đẳng nhiệt,
đẳng áp ra khỏi hệ Q: Q l1
rD l2 l3 rB
c=0
28
7.3.3. Hệ hai cấu tử không tạo thành dung dịch rắn,
khi kết tinh tạo thành hợp chất hóa học không bền
Hình 7.8. Giản đồ (T - x): Giản đồ đa nhiệt của hệ Q
Điểm eutecti
Điểm peritecti
Đường kết tinh A
Đường kết tinh B
Đường kết tinh D
Tương tự
như hệ
không tạo
thành hợp
chất hóa
học.
829
73.3. Hệ hai cấu tử không tạo thành dung dịch rắn,
khi kết tinh tạo thành hợp chất hóa học không bền
Quá trình đa nhiệt của hệ Q: thành phần từ D B
c = 1
Điểm hệ: Q l H
c = 0
Hệ H = rắn chung rC + lỏng p
Hệ rC = rắn B (rB) + rắn D (d)
30
7.3.3. Hệ hai cấu tử không tạo thành dung dịch rắn,
khi kết tinh tạo thành hợp chất hóa học không bền
Quá trình đa nhiệt của hệ Q1, Q2: thành phần từ p D
c = 1
Hệ d = rắn chung rC + lỏng p
Hệ rC = rắn B (rB) + rắn D (d)c = 0
31
Trong thực tế có những hệ khi kết tinh không tách ra các
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
của các chất có thể nằm trên cùng một mạng tinh thể. Về
nguyên tắc dung dịch rắn cũng có thành phần thay đổi,
nhưng về mặt động học sự thay đổi này thường xảy ra
rất chậm, phải đòi hỏi một thời gian rất dài mới đạt được
cân bằng.
Ví dụ: các hệ Ag - Au, Ag - Pd, Cu - Ni, LiCl - NaCl,
NaCl - NaBr, Al2O3 - Cr2O3
7.3.4. Hệ hai cấu tử tạo thành dung dịch rắn tan
lẫn vô hạn
32Hình 7.10. Giản đồ (T - x) của hệ Ag - Au
7.3.4. Hệ hai cấu tử tạo thành dung dịch rắn tan
lẫn vô hạn
Đường lỏng
Đường rắn
Nếu ta hạ nhiệt độ của hệ
Q đến nhiệt độ t, thì tinh
thể đầu tiên của dung dịch
rắn sẽ kết tinh ra và được
biểu diễn bởi điểm r, nghĩa
là nó sẽ giàu cấu tử Au
hơn dung dịch lỏng l.
933
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
- Ag (hệ có điểm peritecti). Giản đồ pha của các hệ này
có dạng như trong hình 7.12 và 7.13.
7.3.5. Hệ hai cấu tử tạo thành dung dịch rắn tan
có giới hạn
34
7.3.5.1. Loại giản đồ (T - x) có điểm eutecti
Hình 7.12. Giản đồ (T - x) và (T - t) của hệ Pb - Sn
(P) là dung dịch rắn
của Sn tan trong Pb.
(S) là dung dịch rắn
của Pb tan trong Sn
Đường lỏng
Đường rắn
35
7.3.5.2. Loại giản đồ (T - x) có điểm peritecti
Hình 7.13. Giản đồ (T - x) và (T - t) của hệ Pt - Ag
(P) là dung dịch rắn
của Ag tan trong Pt
(A) là dung dịch rắn
của Pt tan trong Ag
Đường lỏng
Đường rắn
CHÚC CÁC EM HOÀN THÀNH
XUẤT SẮC MÔN HỌC!!!
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- chuong_7_cb_l_r_4912.pdf