›
›

Bài giảng Hóa học - Chương 9: Cân bằng trong dung dịch lỏng

ppt 46 trang huongle 5480
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Hóa học - Chương 9: Cân bằng trong dung dịch lỏng", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pptbai_giang_hoa_hoc_chuong_9_can_bang_trong_dung_dich_long.ppt

Nội dung text: Bài giảng Hóa học - Chương 9: Cân bằng trong dung dịch lỏng

  1. Chương 9 Cân bằng trong dung dịch lỏng 9.1 Hệ phân tán và dung dịch 9.2 Quá trình hịa tan 9.3 Độ tan S 9.4 Áp suất hơi của dung dịch 9.5 Nhiệt độ sơi và nhiệt độ đơng đặc dd 9.6 Áp suất thẩm thấu và định luật Van’t Hoff Slide 1 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  2. 9.1 Hệ phân tán và dung dịch 9.1.1 Hệ phân tán: 1. Khái niệm: Hệ phân tán là hệ gồm 2 hay nhiều chất, trong đĩ 1 chất ở dạng hạt rất nhỏ được phân bố vào trong chất kia. LOẠI HỆ VÍ DỤ KHÍ-KHÍ KHƠNG KHÍ KHÍ –LỎNG KHÍ TRONG NƯỚC KHÍ –RẮN H2/Pt LỎNG-LỎNG Xăng Slide 2 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  3. b. PHÂN LOẠI HỆ PHÂN TÁN Dựa vào kích thước các hạt người ta chia thành: • Hệ phân tán thơ: kích thước của các hạt của pha phân tán từ 10-7 – 10-4m. Hệ này khơng bền. Loại hệ này gồm +Huyền phù: Chất phân tán: rắn, mơi trường phân tán: lỏng (phù sa ) +Nhũ tương:Chất phân tán và mơi trường phân tán đều chất lỏng (hạt mỡ trong nước ) • Dung dịch keo:Hạt phân tán cĩ kích thước 10-9 – 10-7m. Hệ này tương đối bền (sương mù:lỏng –khí; khĩi:rắn=khí) • Dung dịch thật: Hạt của pha phân tán bằng kích thước của phân tử hoặc ion (≤ 10-10m), giữa chất phân tán và mơi trường phân tán khơng cĩ bề mặt phân chia, tồn bộ dd là một pha. Vậy dd là một hệ đồng thể Slide 3 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  4. 9.1.2 Dung dịch 1. Khái niệm: Dung dịch là hệ một pha nhiều cấu tử mà thành phần của nĩ cĩ thể biến đổi trong một giới hạn nhất định. • Chất phân tán: gọi là chất tan; • Mơi trường phân tán: gọi là dung mơi 2. Các loại dung dịch: Tùy thuộc vào trạng thái tập hơp chia ra 3 loại: + Dung dịch khí : Ví dụ như khơng khí + Dung dịch rắn: ví dụ như các hợp kim +Dung dịch lỏng: phổ biến nhất Slide 4 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  5. 3 CÁCH BIỂU DIỄN THÀNH PHẦN DUNG DỊCH a. Nồng độ % khối lượng. (C%) là số gam chất tan trong 100g dung dịch. Số gam chất tan (m) C% = x 100% Số gam dung dịch (m') • Ví dụ 1: Cần bao nhiêu gam tinh thể NaOH (độ tinh khiết P=97%) để pha thành 2000g dung dịch NaOH 5%. • Ví dụ 2: Cần bao nhiêu gam tinh thể NaCl (độ tinh khiết P=91%) để pha thành 5000g dung dịch NaCl 9%. Slide 5 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  6. b.Nồng độ phân tử gam hoặc nồng độ mol: (CM) là số mol chất tan cĩ trong 1 lít dung dịch. Số mol chất tan (n) C = M Số lít dung dịch (V) Ví dụ 1 : Cần bao nhiêu gam tinh thể NaOH (độ tinh khiết 97%) để pha thành 1 lít dung dịch NaOH 1M. Ví dụ 2 : Cho dung dịch KMnO4 0.2 M, khi pha lỗng 0.1 l dung dịch trên thành 0.5 l, cho biết nồng độ dung dịch KMnO4 mới? Slide 6 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  7. Ví dụ: Hịa tan dung dịch KMnO4 Slide 7 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  8. c. Nồng độ đương lượng (CN) Nồng độ đương lượng là số đương lượng gam chất tan cĩ trong 1 lít dung dịch. (đv=đlg/l) Số đương lượng gam chất tan (n') C = N Số lít dung dịch (V) Ví dụ : Cần bao nhiêu gam tinh thể Ca(OH)2 (độ tinh khiết 100%) để pha thành 2 lít dung dịch Ca(OH)2 1N. Slide 8 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  9. d. Nồng độ molan ( Cmolan ): là số mol chất tan cĩ trong 1kg dung mơi n (mol) Molan = kilogam dung mơi • Hoặc cĩ thể tính theo cơng thức: a.1000 C = molan M.b Trong đĩ:a là số gam chất tan;b số gam dung mơi M là phân tử gam chất tan Slide 9 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  10. e. Nồng độ phần mol ( phân số mol): () hoặc Ni là tỷ số giữa số mol của cấu tử chia cho tổng số mol chất cĩ trong dung dịch (kể cả dung mơi) Số mol chất i (mol) i= Tổng số mol chất (mol) Slide 10 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  11. Mối quan hệ giữa các loại nồng độ thơng dụng 10d C = C% x trong đó: M : khối lượng phân tử chất tan M M 10d M C = C% x Đ : đương lượng gam chất tan và z = N Đ Đ CN = z*CM Slide 11 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  12. CÁC LOẠI NỒNG ĐỘ KHÁC • Phần trăm thể tích/thể tích (v/v) • Phần trăm khối lượng/ thể tích. (m/v) • Phần trăm thể tích/khối lượng (v/m) Ví dụ – 10% dung dịch Etanol (v/v) – Hịa tan 0.9 g NaCl trong 100 ml nước ta được 0.9% NaCl (m/v) – Số ml tinh dầu/100g nguyên liệu H2O C2H5OH -H2O Slide 12 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  13. CÁC LOẠI NỒNG ĐỘ KHÁC • Khi nồng độ dung dịch nhỏ thì cĩ thể biểu diễn: ppm: phần triệu ppb: phần tỷ Slide 13 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  14. ➢ ➢ Một số ví dụ: 1. Hòa tan 100 g CuSO4.5H2O vào 400g dung dịch CuSO4 4% thì nồng độ C% của dung dịch mới là: a. 14% b. 16% c. 13% d.Câu trả lời khác. 2. Dung dịch NaOH 2N (d= 1,08) có nồng độ % là: a. 6,4 b. 7 c. 6,5 d. 7,4 3. Hòa tan 25 g CaCl2.6H2O vào 300 ml H2O thì có dung dịch d = 1,08 g/l. Nồng độ mol của dung dịch là: a. 0,38 b. 0,48 c. 0,28 d. a,b,c đều sai Slide 14 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  15. 9.2 Quá trình hịa tan 9.2.1 Khả năng hịa tan của các chất Hỗn hợp đồng nhất (dung dịch) cĩ thể được tạo ra phụ thuộc vào: – Tương tác giữa các phân tử dung mơi – Tương tác giữa các tiểu phân chất tan – Tương tác giữa các tiểu phân chất tan-với dung mơi 9.2.2 Các bước của quá trình hịa tan và hiệu ứng nhiệt của quá trình hịa tan – Bước 1: Sự tách rời các tiểu phân chất tan: ΔH1 – Bước 2: Sự tách rời các tiểu phân dung mơi: ΔH2 – Bước 3: Sự tương tác các tiểu phân chất tan và dung mơi: ΔH3 Slide 15 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  16. . Slide 16 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  17. Quá trình hịa tan – Bước 1: ΔH1> 0 (quá trình thu nhiệt) – Bước 2: ΔH2 > 0 (quá trình thu nhiệt) – Bước 3: Sự tương tác các tiểu phân chất tan và dung mơi: ΔH3 ΔH1 + ΔH2 thì ΔHs 0: quá trình hịa tan thu nhiệt cho nên khơng thuận lợi cho hịa tan Slide 17 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  18. Quá trình hịa tan cĩ sự tỏa nhiệt H<O Slide 18 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  19. Quá trình hịa tan cĩ sự thu nhiệt H>0 Slide 19 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  20. • Lưu ý: Đối với quá trình cĩ ΔHs >0 vẫn cĩ thể xẩy ra quá trình hịa tan ví dụ: hịa tan NH4NO3 – Do quá trình hịa tan làm tăng mức độ hỗn độn của hệ tức là tàm tăng entropi của hệ vì vậy quá trình hịa tan cĩ thể xãy ra ngay cả quá trình thu nhiệt (ΔHs >0 ) – Theo nhiệt động lực học một chất tan được khi ΔG = ΔH - TΔS <0 nên + Ở nhiệt độ cao các chất rắn hay chất lỏng dễ tan vì ΔS là đáng kể + Các chất khí tan nhiều ở nhiệt độ thấp vì sự đĩng gĩp của entropi trong biến thiên năng lượng tự do khơng đáng kể Nhiệt lượng thốt ra hay thu vào khi hịa tan một mol chất vào lượng dung mơi đủ lớn gọi là nhiệt hịa tan của chất đĩ Slide 20 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  21. 9.2.3 Các loại dung dịch của quá trình hịa tan 1.Dung dịch lý tưởng Là dung dịch trong đĩ cấu tạo chất tan và dm tương tự nhau nên lực tương tác giữa các thành phần giống nhau. S tăng H nhỏ ΔHs = 0 * Ví dụ benzen-toluen Slide 21 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  22. Dung dịch lý tưởng Slide 22 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  23. 2. Dung dịch khơng lý tưởng • Là dung dịch do sự hịa tan của các chất cĩ độ phân cực khác nhau • Ví dụ trộn axeton với cloroform. Axeton là chất phân cực, cloroform ít phân cực hơn. Khi trộn, axeton tan vào cloroform và tỏa nhiệt ΔHsoln < 0 Slide 23 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  24. Dung dịch khơng lý tưởng • Nếu các chất cĩ độ phân cực khác nhau nhiều với dung mơi thì sẽ khơng tan trong dung mơi đĩ • Ví dụ trộn axeton với CS2. Axeton là chất phân cực, CS2 ít phân cực hơn nhiều . Khi trộn, axeton vào cloroform, thu nhiệt, ΔHs > 0 làm cho dung dịch dị thể Slide 24 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  25. 3. Dung dịch ion • Ví dụ hịa tan muối ăn vào nước, nước phân cực lớn, muối ăn cĩ cấu trúc mạng lưới tinh thể, khi hịa tan ion Na+ bị bao bọc bởi một số phân tử nước: gọi là ion hyđrat • Quá trình hịa tan tinh thể ion vào nước cĩ thể thu nhiệt (NaNO3, NH4NO3) hoặc tỏa nhiệt CaCl2, AlCl3 Slide 25 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  26. 9.3 ĐỘ TAN 9.3.1 Khái niệm Hịa tan Chất rắn Chất tan Kết tinh (dd) Độ tan là đại lượng đặc trưng cho khả năng hịa tan của các chất trong dung mơi.Trong thực tế người ta thường biểu thị độ tan bằng số gam chất tan trong 100g d. mơi Bão hịa Dung dịch ở trạng thái khi quá trình hịa tan và kết tinh đạt cân bằng gọi là dung dịch bão hịa Nồng độ của chất tan trong dd bảo hịa ở những điều kiện xác định được gọi là độ tan của chất đĩ Slide 26 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  27. • Thơng thường những chất cĩ độ tan trong nước +Trên 10g/100g nước là chất dễ tan +Dưới 1 g/100 g nước là chất khĩ tan + Dưới 0,1 g /100g nước coi như khơng tan Slide 27 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  28. Dung dịch bão hịa và chưa bảo hịa • Ví dụ hịa tan: NaCl vào nước ở 200C Dung dịch bão hịa 36.0 g NaCl/100 mL 4.0 gNaCl khơng hịa tan Dung dịch cĩ lượng chất tan thấp hơn lượng chất tan chứa trong dung dịch bão hịa gọi dung dịch chưa bão hịa, cịn dung dịch chứa chất tan lớn hơn lượngchất tan trong dung dịchbão hịa gọi là dung dịch quá bảo hịa Slide 28 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  29. Dung dịch quá bão hịa chưa bão hịa bão hịa chưa bão hịa Làm lạnh chậm bão hịa Quá bão hịa Slide 29 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  30. 9.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan 1.Ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ tan • Đối với chất rắn nĩi chung t0 tăng độ tan tăng. • Trong một số trường hợp đặc biệt như Na2SO4 độ tan tăng khi tăng t0 đến 32,380C, sau đĩ giảm khi tăng nhiệt độ Slide 30 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  31. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ tan • Đối với chất lỏng + Các chất lỏng tan hồn tồn vào nhau: nhiệt độ nĩi chung khơng ảnh hưởng + Các chất lỏng tan hạn chế với nhau: khi tăng nhiệt độ, độ tan tăng đến nhiệt độ mà chúng tan với nhau bất kỳ tỉ lệ nào. Nhiệt độ đĩ gọi là nhiệt độ tới hạn + Các chất lỏng khơng hồn tồn tan vào nhau Slide 31 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  32. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ tan • Đối với chất khí: Độ tan của chất khí giảm khi nhiệt độ tăng Tuy nhiên, khi hịa tan chất khí vào dung mơi hữu cơ thường thu nhiệt, trong trường hợp như vậy tăng nhiệt độ thì độ tan tăng Slide 32 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  33. 2 Ảnh hưởng của áp suất tới độ tan • Định luật Henry: Ở nhiệt độ khơng đổi, độ tan của chất khí tỷ lệ thuận với áp suất khí Định luật Dalton: Độ tan của chất khí vào chất lỏng tỉ lệ thuận với áp suất riêng phần của khí đĩ C = k Pkhí C là nồng độ khí trong dd bão hịa,k hằng số. P là áp suất riêng phần Slide 33 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  34. 9.4 Áp suất hơi của dung dịch 9.4.1 Áp suất hơi bão hịa của chất lỏng nguyên chất Bay hơi ( H>0) Chất lỏng Chất hơi Ngưng tụ ( H<0) Hơi cân bằng với chất lỏng gọi là hơi bảo hịa Áp suất do hơi bão hịa gây ra trên bề mặt chất lỏng gọi là áp suất hơi bão hịa. Slide 34 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  35. 9.4.2 Áp suất hơi bão hịa của dung dịch chứa chất tan khơng bay hơi Nước lỏng Hơi Khi thêm chất tan khơng bay hơi vào dung mơi lỏng (vd nước) thì áp suất hơi bão hịa của nước giảm Do đĩ cân bằng phải chuyển dịch về phía trái và áp suất hơi nước giảm tức là áp suất hơi bảo hịa của dd giảm • ΔP= Po- P1: là độ giảm tuyệt đối áp suất hơi bão hịa • ΔP/Po: là độ giảm tương đối áp suất hơi bão hịa Slide 35 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  36. Áp suất hơi của dung dịch • Định luật Raoult 1: Độ giảm tương đối áp suất hơi bão hồ của dung dịch lỗng chứa chất hồ tan khơng bay hơi tỷ lệ với số mol của chất hồ tan cĩ trong một lượng dung mơi xác định (bằng phần mol chất tan trong dung dịch) số mol chất tan A  = A số mol dung mơi • Do đĩ ΔP ≈ A P0 , Slide 36 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  37. 9.5 Nhiệt độ sơi và nhiệt độ đơng đặc dd 9.5.1 Nhiệt độ sơi của một chất lỏng –Nhiệt độ sơi của chất lỏng là nhiệt độ tại đĩ áp suất hơi bão hịa của nĩ bằng áp suất ngồi. • Nhiệt độ sơi của dung dịch cĩ chất tan khơng điện ly –Dung dịch cĩ áp suất hơi bão hịa nhỏ hơn dung mơi nguyên chất , do đĩ: Tsdd > Tsdm Slide 37 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  38. • Định luật Raoult : Độ tăng nhiệt độ sơi của dung dịch lỗng chứa chất tan khơng điện ly tỷ lệ với lượng chất tan cĩ trong một lượng dung mơi xác định ( tỉ lệ với nồng độ molan của dung dịch) Ts = Tdd - Tdm ( Ts = nhiệt độ sơi dd- nhiệt độ sơi dm) Ts = ks .Cm ks hằng số nghiệm sơi dung mơi (độ.kg/mol) Cm nồng độ molan Slide 38 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  39. 9.5.2 Nhiệt độ đơng đặc của một chất lỏng –Là nhiệt độ tại đĩ áp suất hơi trên bề mặt pha lỏng bằng áp suất hơi trên bề mặt pha rắn. • Nhiệt độ đơng đặc của dung dịch –Định luật Raoult: Độ hạ nhiệt độ đơng đặc của dung dịch lỗng chứa chất tan khơng điện ly tỷ lệ với lượng chất tan cĩ trong một lượng dung mơi xác định (tỉ lệ thuận với nồng độ molan của dung dịch) T = Tdm - Tdd ( Tđ = nhiệt độ đơng đặc dm- nhiệt độ đơng đặc dd) Tđ = kđ Cm Kđ:hằng số nghiệm lạnh dung mơi (độ.kg/mol) Cm : nồng độ molan Slide 39 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  40. • Định luật Raoult II: Độ tăng nhiệt độ sơi hay độ hạ nhiệt độ đơng đặc của dung dịch lỗng chất tan khơng bay hơi (khơng điện ly) tỷ lệ thuận với nồng độ molan chất tan trong dung dịch Ts = ks.Cm Tđ = kđCm Slide 40 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  41. 9.6 Áp suất thẩm thấu và định luật Van’t Hoff Dung dịch đường Nước Slide 41 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  42. 9.6.1 Khái niệm về sự thẩm thấu • Màng bán thấm là màng cĩ tính chất chỉ cho sự khuếch tán một chiều • Sự thẩm thấu: là hiện tượng khuyếch tán một chiều các tiểu phân dung mơi qua màng bán thấm Slide 42 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  43. 9.6.2 Áp suất thẩm thấu và định luật Van’t Hoff 1. Áp suất thẩm thấu: Áp suất thẩm thấu của dung dịch bằng áp suất bên ngồi tác dụng lên dung dịch để cho hiện tượng thẩm thấu khơng xảy ra – Áp suất thẩm thấu của dung dịch khơng phụ thuộc vào bản chất tan và dung mơi mà chỉ phụ thuộc vào số lượng tiểu phân chất tan – Áp suất thẩm thấu của dung dịch tỉ lệ thuận với nồng độ chất tan và nhiệt độ tuyệt đối của dung dịch π = R C T Slide 43 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  44. Áp suất thẩm thấu và định luật Van’t Hoff π = R C T Thay C = n/V ta cĩ: π V= nRT Trong đĩ π: áp suất thẩm thấu (atm) C: nồng độ mol chất tan; T: nhiệt độ tuyệt đối R: hằng số khí lý tưởng (~0,082 l.atm.K-1) Slide 44 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  45. 2. Định luật Van’t Hoff • Áp suất thẩm thấu của dung dịch cĩ độ lớn bằng áp suất gây ra bởi chất tan, nếu như ở cùng nhiệt độ đĩ, nĩ ở trạng thái khí và chiếm thể tích bằng thể tích dung dịch Slide 45 of 48 General Chemistry: HUI© 2006
  46. Ứng dụng của hiện tượng thẩm thấu Nước Nước muối màng Slide 46 of 48 General Chemistry: HUI© 2006