›
›

Bài giảng Dung dịch - Ngô Gia Lương

ppt 56 trang huongle 5650
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Dung dịch - Ngô Gia Lương", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pptbai_giang_dung_dich_ngo_gia_luong.ppt

Nội dung text: Bài giảng Dung dịch - Ngô Gia Lương

  1. DUNG DỊCH Solutions ThS Ngô Gia Lương
  2. Khái niệm về hệ phân tán và dung dịch - Hệ phân tán: + Một chất là hạt rất nhỏ được phân bố vào trong chất kia. chất phân tán môi trường phân tán. + Phân loại: ✓Hệ phân tán thô (hệ lơ lửng): d >100m huyền phù. nhũ tương. ✓Hệ phân tán cao (hệ keo): 1m < d < 100m ✓Hệ phân tán phân tử - ion (dung dịch thực): d < 1m Solutions
  3. SỰ TẠO THÀNH DUNG DỊCH Chất tan Chất phân tán DungDung môi dịch Môi trường phân tán Solutions
  4. DUNG DỊCH- là hệ đồng thể bền nhiệt động, gồm không ít hơn hai chất ở trạng thái phân tán phân tử và thành phần có thể biến thiên liên tục trong giới hạn xác định • Dung dịch khí * Không khí • Dung dịch rắn * Thuỷ tinh (Na2O, CaO tan trong SiO2) * Vàng tan trong bạc • Dung dịch lỏng *Dung dịch nước đường(đường(r) +H2O → dung dịch) *Dung dịch H2SO4(SO3(k) + H2O → dung dịch) *Rượu Voka (C H OH (l) + H O → dung dịch) 2 5 2 Solutions
  5. Xác định công thức hóa học của hợp chất Ví dụ 1: Hợp chất của Na, Cl với cấu trúc mạng tinh thể Cl-: mạng fcc của Cl → có 4 nguyên tử Cl trong 1 ô Na+: có 1 Na ở tâm + ¼(12 Na ở cạnh) = 4 Công thức: NaCl Solutions 5
  6. Xác định công thức hóa học của hợp chất Ví dụ 2: Hợp chất của Zn, S với cấu trúc ô đơn vị: Công thức: ZnS Solutions 6
  7. Xác định công thức hóa học của hợp chất Ví dụ 3: Hợp chất của Ca, F với cấu trúc ô đơn vị: Công thức: CaF2 Solutions 7
  8. CẤU TRÚC TINH THỂ RẮN MỚI Daniel Shechtman Nobel Hóa học 2011 Một hình ảnh Quasicrytals các nguyên tử bên trong tinh thể Ag-Al Solutions
  9. DUNG DỊCH LỎNG Cơ chế tạo thành dd lỏng ➢ Quá trình vật lý – quá trình chuyển pha Hcp , Scp ➢ Quá trình hoá học -quá trình solvat hoá tương tác giữa chất tan và dung môi Hsol<0 , Ssol<0 Solvat hoá vật lý Solvat hoá hoá học Tương tác giữa tiểu phân và chất tan là yếu tố hàng đầu quyết định sự tạo thành dd Solutions
  10. QUÁ TRÌNH HOÀ TAN VÀ CÂN BẰNG HOÀ TAN Hoà tan Chất tan (r) + dung môi Dung dịch Kết tinh Q C G = RT ln = RT ln K Cbh Cân bằng Dung dịch bão hoà G=0 c = cbh = độ tan Dd chưa bão hòa G 0 c > cbh Solutions
  11. Khái niệm về độ tan S Độ tan - nồng độ của chất tan trong dd bão hòa CÁC DUNG DỊCH BÃO HOÀ Ở 200C và 500C ĐỘ TAN CHẤT TAN Solutions
  12. Chất tan là chất rắn S- thường biểu diễn số gam chất tan tan tối đa trong100g dung môi • S > 10g - chất dễ tan • S < 1g - chất khó tan • S < 0,01g- chất gần như không tan ĐỘ TAN CỦA CÁC HALOGENUA KIM LOẠI KIỀM TRONG H2O ĐỘ TAN (số gam muối/100g dung môi) Solutions
  13. Chất tan là chất khí S- thường biểu diễn bằng số ml khí (tan tối đa) tan trong 100g dung môi hoặc 100ml dung môi Chất tan là chất điện ly khó tan S – thường biểu diễn bằng số mol chất điện ly khó tan (tan tối đa) trong 1lit dung dịch Solutions
  14. Độ tan của một số ion thông dụng trong nước TAN KHÔNG TAN Ngọai trừ Ngọai trừ Ngọai trừ Solutions 14.2
  15. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ TAN • Bản chất của dung môi và chất tan • Nhiệt độ, áp suất • Môi trường Solutions
  16. ẢNH HƯỞNG CỦA BẢN CHẤT CHẤT TAN VÀ DUNG MÔI Chất tương tự tan trong chất tương tự. • Các hợp chất có cực tan tốt trong dung môi có cực hơn là dung môi không cực – NaCl thì : Độ phân • Tan tốt trong nước cực của • Tan ít trong ethyl alcohol dung môi • Không tan trong ether và benzene Solutions
  17. • Các chất không cực thì tan tốt trong dung môi không cực hơn là các dung môi có cực. – Benzene thì Độ phân • Không tan trong nước cực của dung môi • Tan trong ether. Solutions
  18. Tương tác hút giữa chất tan và dung môi càng mạnh thì quá trình hoà tan càng thuận lợi Ví dụ - ethanol tan tốt trong nước Ethanol = CH3CH2OH Lực tương tác=liên kết hydro;lưỡng cực-lưỡng cực; khuếch tán Solutions
  19. Glucose có liên kết hydro nên tan rất tốt trong nước. Cyclohexane chỉ có lực khuếch tán không tan trong nước. Solutions
  20. Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất Khí + dung môi ⇌ dung dịch Hcp<0 Hs<0 S G= 0 P K = độ tan S H < 0 ht P ht Định luật Henry T không đổi, áp suất riêng phần của khí tăng →S tăng Solutions
  21. Khí + dung môi ⇌ dung dịch Hht<0 T tăng → độ tan chất khí giảm SolutionsEOS
  22. Chất rắn + dung môi ⇌ dung dịch Hht Áp suất hầu như không ảnh hưởng đến độ tan của chất rắn ở đk bình thường. Hht 0 T↑thì S↑ Khoảng 95% hợp chất ion có độ tan tăng theo nhiệt độ. Solutions
  23. Ảnh hưởng của năng lương Quá trình hòa tan một chất đi kèm biến đổi năng lượng tự do : G° = H − T S° Ảnh hưởng của S : Sự hòa tan một chất (rắn, lỏng hay khí) trong một dung môi lỏng là biến đổi làm tăng entropy S> 0. Ảnh hưởng của H°: H > 0 H1 > 0 2 Dung môi Chất tan H3 < 0 H° = H1 + H2 + H3 Dung dịch Solutions
  24. Ảnh hưởng của năng lương Ảnh hưởng của H°: ▪ Hỗn hợp hai khí: H rất nhỏ do lực hút giữa các phân tử khí rất nhỏ. Tất cả các khí đều hòa tan lẫn nhau dễ dàng. ▪ Hỗn hợp hai chất lỏng : Ví dụ 1: giải thích độ tan của benzen trong nước Lực liên kết giữa benzen với nhau hay giữa benzen với H2O rất yếu H2 và H3 rất nhỏ Lực liên kết giữa H2O với H2O khá mạnh (liên kết hydro H1 > 0 khá lớn) H° cùng dấu H1 > 0 và khá lớn G° cùng dấu H > 0 benzen tan rất ít trong nước Ví dụ 2: giải thích độ tan của benzen trong toluen Lực liên kết giữa benzen với nhau hay giữa benzen với toluen rất yếu H° rất nhỏ (âm hay dương) Solutions G° cùng dấu -T S° < 0 benzen tan tốt trong toluen
  25. Ảnh hưởng của năng lương Ảnh hưởng của H°: ▪ Hỗn hợp rắn + nước: H° = H1 + H2 + H3 H1 > 0, H2 = U > 0, H3 0 H2 > 0 Dung môi Chất tan H3 < 0 H° = H1 + H2 + H3 Dung dịch Solutions Ví dụ: so sánh độ tan của NaCl và C trong nước.
  26. Quá trình hoà tan NaCl trong nước Khi lực hút giữa các ion yếu đi, các ion sẽ tách ra và bị bao quanh các lưỡng cực nước Các phân tử nước có cực sẽ hút các ion Na+ và Cl- trong mạng tinh thể muối,làm yếu lực hút giữa các ion . Các ion bị hydrat sẽ khuếch tán từ từ ra khỏi tinh thể và tan trong dung dịch. Solutions
  27. • Vitamin A tan trong dung môi không cực (chất béo) • Vitamin C tan trong nước. Solutions
  28. Vitamin nào tan trong nước và vitamin nào tan trong chất béo? Solutions
  29. SỰ THAY ĐỔI TÍNH CHẤT NHIỆT ĐỘNG KHI TẠO THÀNH DUNG DỊCH Ght = Hht -T Sht Khí - Lỏng Rắn - Lỏng Khí + dmôi (l) = dung dịch (l) Rắn + dmôi (l) = dung dịch (l) H = H (+)+ H (-) 0 Sht= Scp(-) + Ssol (-) 0, 0
  30. Biểu diễn nồng độ dung dịch m a. Nồng độ phần trăm: C% = i 100% mi n b. Nồng độ mol: C = ct M 1000ml dd n c. Nồng độ molan: C = ct m 1000g dm d. Nồng độ phần mol: ni N i =  ni e. Nồng độ đương lượng: CN - số đương lượng gam chất tan / 1lit dd Solutions
  31. Biểu diễn nồng độ dung dịch Nồng độ đương lượng gam: Đơn vị N. n’A Số đương lượng gam CN = Vdd L A + 2B → C Số mol: nA = nB/2 nB Số đương lượng gam: n’A n’A = n’B n’A = nB = 2nA ; n’B = nB CN (A) = 2CM (A) ; CN (B) = CM (B) Ví dụ : H3PO4 + 2NaOH → Na2HPO4 + 2H2O Một dung dịch H3PO4 0,1M trong phản ứng trên có nồng độ đương lượng là 0,2N. - 2+ + 2+ 3+ MnO4 + 5Fe + 8H → Mn + 5Fe + 4H2O Solutions Một dung dịch KMnO4 0,1M trong phản ứng trên có nồng độ đương lượng là 0,5N.
  32. ÁP SUẤT HƠI BÃO HOÀ CỦA CHẤT LỎNG Bay hơi H > 0 Lỏng Hơi Ngưng tụ H < 0 T, G = 0 P =P (T) Kp = (P)cb = P0 cb 0 Cân bằng pha Áp suất hơi bão hoà của chất lỏng là hằng số ở nhiệt độ xác định và tăng theo nhiệt độ Solutions
  33. Áp suất thẩm thấu Sự thẩm thấu và áp suất thẩm thấu Ndm=1 Ndm<1 Màng bán thẩm Định luật Van’t Hoff = CM RT Solutions
  34. Sự khác biệt của dd điện ly so với dd lỏng phân tử ➢ Dung dịch điện ly không tuân theo định luật Raoult định luật Van’t Hoff ➢ Dung dịch điện ly dẫn điện Solutions
  35. Ứng dụng địng luật Raoult làm thay đổi nhiệt độ đông đặc của nước Propylene glycol Dùng làm phụ gia Ethylene pha trong nước glycol – có (làm nguội động cơ hại với gia súc ô tô) nhằm khắc phục nước đông Solutions đặc vào mùa đông.
  36. Để chống hiện tượng đóng băng tuyết vào mùa đông trên các con đường giao thông, theo bạn ta nên chọn các giải pháp nào sau đây : a) Cát, SiO2 b) Muối mỏ, NaCl c) CaCl2 Solutions
  37. Độ điện ly số phân tử phân ly thành ion = Tổng số phân tử hoà tan trong dung dịch 0 1 =0 dd lỏng phân tử =1 điện ly hoàn toàn i −1  Công thức xác định độ điện ly = = m −1  n- số mol chất tan hoà tan n- số mol chất tan điện ly (n - n) số mol chất tan không điện ly nm - số mol ion n m + (n − n ) i = =1+ (m −1) n Solutions
  38. Quy ước đánh giá độ điện ly Trong dd nước 0,1N ở 250C. > 30% chất điện ly mạnh 3%< < 30% chất điện ly trung bình < 3% chất điện ly yếu Solutions
  39. CÂN BẰNG TRONG DD CHẤT ĐIỆN LY YẾU Qt ion hoá n+ m- AmBn(dd) mA (dd) + nB (dd) Qt phân tử hoá m n Biểu thức của An+ . Bm− Hằng số điện ly K =     đl tác dụng khối lượng AmBn  Hằng số điện ly là hs cân bằng của qt điện ly nên là đlg đặc trưng cho mỗi chất điện ly và dung môi, phụ thuộc vào nhiệt độ. Axit – hsđly ký hiệu Ka Đặc trưng cho cường độ Baz – hsđly ký hiệu Kb Acid - base -4 Trong dd nước: Ka,Kb < 10 → acid yếu, base yếu Solutions
  40. QUAN HỆ GIỮA K và AB (dd) A+ (dd) + B-(dd) Ban đầu C0 Điện ly C0 C0 C0 Cân bằng C0(1 - ) C0 C0 2 Biểu thức toán Hằng số điện ly: C + .C − C K = A B = 0 học của đl pha CAB 1− loãng Ostwald Khi << 1 : (1 - ) 1→ K C0 Solutions
  41. QUAN HỆ GIỮA K và Solutions
  42. QUAN HỆ GIỮA K và Solutions
  43. ACID- BAZ YẾU ĐA BẬC ➢ Hằng số điện ly các bậc giảm dần theo trật tự sau: K1>K2 >K3 >K4 ➢ Hằng số điện ly chung : K=K1.K2.K3.K4 Trong thực tế thường chỉ chú ý đến sự phân ly bậc thứ nhất Muối Đa số muối thuộc loại điện ly mạnh: KCl, NaF Các muối điện ly kém : muối axit (H+),muối baz(OH-),muối phức. Solutions
  44. HẰNG SỐ ĐIỆN LY CỦA CÁC ACID ĐA BẬC Solutions
  45. CÂN BẰNG TRONG DD CHẤT ĐIỆN LY MẠNH ➢Lập luận: thực nghiệm cho thấy trong dd không có phân tử trung hòa điện → Chất điện ly mạnh: điện ly hoàn toàn = 1 Lập luận Thực tế Độ điện ly = 1 < 1 Hệ số đẳng trương i Là số nguyên Không nguyên Độ dẫn điện khi pha Không đổi Tăng lên loãng dung dịch Solutions
  46. Lý thuyết chất điện ly mạnh Trong dung dịch xuất hiện lực hút tương hỗ giữa các ion → bầu khí quyển ion. Khi pha loãng, lực hút tương hỗ giảm, độ dẫn điện tăng. Trong dd chất điện ly mạnh có liên hiệp ion, khi pha loãng các liên hiệp ion phân ly thành các ion đơn giản. → độ điện ly trên thực tế : độ điện ly biểu kiến. → dùng hoạt độ a thay cho nồng độ: a = fC Solutions
  47. HOẠT ĐỘ (a) – là nồng độ hoạt động mang tính tổng quát hơn hơn nồng độ và áp dụng đl tác dụng khối lượng cho mọi dd chất tan ở các nồng độ khác nhau a = fc f- hệ số hoạt độ 0 < f 1 Dd loãng f =1 → a = c Dd có nồng độ cao f<1 → a = c f phụ thuộc vào : bản chất dung môi, nhiệt độ, điện tích và nồng độ các ion. Solutions
  48. Cân bằng trong dung dịch chất điện ly khó tan và tích số tan. + − K = C + .C − = T AgCl(r)  Agdd + Cldd Ag Cl AgCl n+ m− m n A B  mA + nB T = C n+ C m− m n(r) (dd) (dd) AmBn A B G0 = −RT ln T = H 0 −T S 0 AmBn ➢Tích số tan của một chất phụ thuộc: ✓Bản chất của dung môi và chất tan ✓ Nhiệt độ Solutions
  49. Tích số tan và độ tan của chất điện ly khó tan. n+ m− Am Bn(r)  mA(dd) + nB(dd) S[mol/l] mS nS m n T = C n+ C m− AmBn A B = (mS)m (nS)n = m m n n S (m+n) Độ tan T (m+n) AmBn trong nước S = m n m n Solutions
  50. Tích số tan và độ tan của chất điện ly khó tan. oC -5 Bài tập 1 : Độ tan của Ag3PO4 ở 18 là 1,6 x 10 M. Tính tích số tan + 3- Ag3PO4 (r) ⇌ 3Ag (dd) + PO4 (dd) 4,8 x 10-5 1,6 x 10-5 M + 3 3- Ag3PO4 = [Ag ] [PO4 ] -5 3 -5 -18 Ag3PO4 = (4,8 x10 ) (1,6 x10 ) = 1,77 x 10 Solutions
  51. Tích số tan và độ tan của chất điện ly khó tan. o Bài tập 2 : 1 lit dung dịch Ca3(PO4)2 bão hòa ở 18 C chứa 0,0002215 g Ca3(PO4)2. Tính tích số tan của Ca3(PO4)2 (M=310) -7 SCa3(PO4)2 = 0,0002215/310 = 7,145.10 M 2+ 3 3- 2 Ca3(PO4)2 = [Ca ] [PO4 ] 2 3 5 -7 5 -29 Ca3(PO4)2 = 3 .2 .S = 108 x (7,145.10 ) = 2.011.10 Solutions
  52. Tích số tan và độ tan của chất điện ly khó tan. o -11 Bài tập 3 : Tính tích số tan của Mg(OH)2 ở 25 C là 1,2 x 10 . Tính độ tan tại nhiệt độ phòng 2+ - Mg(OH)2 (r) ⇌ Mg (dd) + 2 OH (dd) x x 2x + - 2 Mg(OH)2 = [Mg ][OH ] 2 3 -11 = (x) (2x) = 4x = 1,2 x 10 3 -11 -4 x = 0,3 x 10 x = 1,4 x 10 M S = 1,4.10-4 M Mg(OH)2 Solutions
  53. Tích số tan và độ tan của chất điện ly khó tan. Bài tập 4 : Tính tích số tan của Pb3(PO4)2 ở nhiệt độ phòng là 7,9 x 10-43. Tính độ tan tại nhiệt độ phòng 2+ 3- Pb3(PO4)2 (r) ⇌ 3 Pb (dd) + 2 PO4 (dd) x 3x 2x 2+ 3 3- 2 Pb3(PO4)2 = [Pb ] [PO4 ] 3 2 5 -49 = (3x) (2x) = 108x = 7,9 x 10 5 -45 -9 x = 7,3184 x 10 x = 1,488 x 10 M S = 1,5.10-9 M Pb3(PO4)2 Solutions
  54. Điều kiện hoà tan và kết tủa của chất đ ly khó tan. n+ m− Am Bn(r)  mA(dd) + nB(dd) Q G = RT ln T AmBn m n ➢ Dung dịch bão hòa T = C n+ C m− AmBn A B ➢Chất điện ly sẽ kết tủa khi m n C n+ C m− T A B AmBn ➢Chất điện ly sẽ tan hết khi m n C n+ C m− T A B AmBn Solutions
  55. Điều kiện hoà tan và kết tủa của chất đ ly khó tan. o -7 Bài tập 1: Ở 25 C, tích số tan của SrSO4 là 3,6.10 . Trộn 1 thể tích dung dịch SrCl2 0,01M với cùng một thê tịch dung dịch K2SO4 0,01M thì kết tủa SrSO4 có xuất hiện không ? Khi trộn hai dung dịch, nồng độ giảm đi một nửa nên 2+ -4 2- -4 [Sr ] = 5 x 10 ; [SO4 ] = 5 x 10 2+ 2- -7 -10 [Sr ] [SO4 ] = 2,5 x 10 < 3,6.10 Kết tủa không xuất hiện Solutions
  56. Điều kiện hoà tan và kết tủa của chất đ ly khó tan. o -10 Bài tập 2: Ở 25 C, tích số tan của BaSO4 là 1,1.10 . Trộn 200 ml dung dịch BaCl2 0,004M với 600 ml dung dịch K2SO4 0,008M thì kết tủa BaSO4 có xuất hiện không ? Solutions