Chương 5 dung dịch và cân bằng dung dịch hơi

Chương 5 dung dịch và cân bằng dung dịch hơi tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất...

Trang 1

Chương 5 DUNG DỊCH VÀ CÂN BẰNG

DUNG DỊCH- HƠI

* Dung dich lý tướng:

— Các cầu tử có tính chất lý hóa học vô cùng giống nhau

— Lực tương tác giữa các phân tử cùng loại và khác loại như nhau

— Khi tạo dung dịch không kèm theo một hiệu ứng nào

— Là dd mà cấu tử của nó tuân theo PT hóa thế ở mọi

nông độ:

— dd các đồng phân, đồng đẳng gần

* Dung dich vô cùng loãng:

— Thành phần các chất tan vô cùng bé so với dung

môi:

— Trong vùng nông độ vô cùng loãng tính chất của

, A 2 A , a , 2

các cầu tử tuân theo các định luật lý tưởng

— Hóa thế các cầu tử trong vùng nồng độ vô cùng

loãng

By: Nguyên Quang Long

Trang 2

2 Sự hòa tan của khí trong chất lỏng

s Xét hệ:

dung dich (bao hoa i) = khii

Qui tac pha Gibbs:

cHk-fp 2= 2-2 2-2

By: Nguyén Quang Long

Chung minh: ụ (Khi) = tụ (Lồng)

p(T) + RTInP, = p,°(T) + RTlnx,

Do 1° va tị” chỉ phụ thuộc T > khi T= const > =

ee 0 *

với: #L—#L —InK„

| 2 Sự hòa tan của khí trong chất lỏng |

— Đối với các khí (X,) tan trong dung dịch dưới dạng

nguyên tử (X):

X, (khi) = 2X (dd)

` , ` 2

* Hằng số cân bằng: = Ă+

mờ x,=/KP, mp [x= KVP

By: Nguyễn Quang Long

— Giới han: DL chi ding voi:

* Dung dich lý tưởng

* Dung dich v6 cing loang

— Voi cac dung dich thuc:

+ Thay néng d6 bing hoat d6:

Áp dụng các PT thực nghiệm (nồng độ độ tan):

S=a+ b.P¡+ c.P?

| 2 Sự hòa tan của khí trong chất lỏng | Xét cân bằng — ¡ (khi) =i (dd) + Ayaan

* Hằng số cân bằng (pha khí chỉ có khí ?):

k, = x, (khi) _ 8 — (44) = x, 1

Ap dung PT Van’t Hoff cho dung dich:

ôlnKÀ AH 6lnx\ _ AH„

[ ar j, RT > (= ) RT?

Trang 3

eS

AH pea tan = Èngtụ Apwy r Asot

Đối với dung dịch lý tưởng: Asw †- soi 0

= OD, sated Bà:

= (4 _ &l

ar RT? (PT Sreder)

= a

— Néu khi phan ly thanh nguyén tt:

AH paatan = Angy +Apay + Aphatoang

Do quá trình phân ly thu nhiều nhiệt, nén: 4, = AHhaatan > Ö

> & P=const, T giảm > x, giảm

| 3 Cân bằng Lỏng - Hơi |

Ap dung qui téc pha Gibbs:

c= ket +2 =2-292=2

> Chỉ có 2 thông số độc lập trong 4 thông số:

T, P, Xp‘ Xp"

, Sra

(=) = a A,

ar ), Re

Do nhiệt ngưng tụ âm nên: 2À; < 0

> o P=const, T tang x; giảm

(a Ìzm

ôT j; Rr

—Khi P = const, néu xem 2, = const thi:

om A

fal ff A, d Inx, 4(7- ¬

J "= Tp š » RỤT 7 (Với T? : nhiệt độ ngưng tụ (nhiệt độ sôi) của chất i)

DL Raoult

Ap suất hơi bão hòa của mỗi cấu tử

tỉ lệ thuận với phần phân tử của nó

trong dung dịch

b0

Khi x/ = ? : hệ chỉ có 1 cấu tử > lkạ= PP |

mà -/~

Trang 4

3 Cân bằng Lỏng - Hơi 3 Can bang Lỏng - Hơi

DL Raoult

— DL Raoult chi thật đúng đối với dd lý

tưởng

— Với dd thực:

“DL Raoult chi 4p dung cho dung môi của

dd vô cùng loãng:

tà

*ÐL Ilenry chí áp dụng cho chất tan của dd

vô cùng loãng: P,= 1 zy

ky

3 Cân bang Léng — Hoi

Gian do (P-x):

— Ap dung DL Raoult:

tàn xe x, = 1 |,

> |P =P = Po + (Py - Pex,

P,

40 &

= 3 Py _ po

Áp dụng | (A ử 4 6 0.8 N

DuengHenry — - Đường Raoult

3 Cân bằng Lỏng - Hơi

DL Konovalop I

—Theo DL Danton: *X; _ 1"; _ P;

x, nm, BA

— Theo DL Raoult: %

P= Bex A A“A ?

h 0 7

Xp Pz, Xp Xp

— Hệ dd lý tưởng A-B nằm cân bằng với pha hơi

_

P, =P; X5

xt po x! yt | | (BL Konovalop 1) |

> xh P? x! x!

a= P,/P,®: hé s6 tach- hé sé chung cất

3 Cân bang Léng — Hoi 3 Cân bang Léng — Hoi

DLKonovalopI |x* Pp? x! xt

Hé qua:

— Thanh phan pha hoi DONG BIEN voi thanh phan pha léng:

xf tang > x; tang

— Thành phần của chất DẼ SÔI trong pha hơi LỚN HƠN thành

phân của nó trong pha lỏng:

0 9 h (

Gian do (x-x): x Si

— DL Konovalop I: _— = a

x4 XA

h Ỉ t

| X Ke _ đ.x;

h h f ú { f

= Sad Me A.x, fa ie.x, pp)

t xy =

im jx: = B 1+(œ-—1).x} a 2 t a ; of ~“

Xp a uy

a -

4

/ By: Nguyén Quang Long Xz => i "„

Trang 5

3 Cân bằng Lỏng - Hơi 3 Cân bằng Lỏng - Hơi

+ + Mô tả sự phụ thuộc nhiệt độ sôi của dd vào TP của nó

— Ap suat téng: P= P, + Py = Py? xat + Py? xp!

— Dox, +x =J nén: P= Py’ + (Pp? - Py").xpf

— PT Clausius- Clappeyron II: _^

P.=K,e*

=a As -_3

mm |P-kK,‹“ |* me OK ,.e * }*

B

0 Xp! xạ" 1 — Khi sôi: P = Pạ = const 7= ƒ(xz'): “đường lỏng”

— Do: xp”=h(xp) 3 T=g(xg"): “dường hơi”

Gis Ci: T Gian dé (P-x)

L 2 Tạ

t:f; :t 1 Tạ

Q 1 T;

h, ; ha; hs 1 Ty

H 2

& h2 Ql,

(6u ; 8¡a : lượng pha lỏng, pha hơi)

Giản đồ (P-x) DL Konovalop II:

Tại điểm cực trị trên đường (P-x) :

Xp =p

xX =

0 Xz 1 A xy

Hệ có điểm cực đại Hệ có điểm cục tiểu

Trang 6

3 Cân bằng Lỏng - Hơi

Điểm đẳng phí- DD đẳng phí: * La sy tách dung dịch thành những cấu tử tạo thành

dung dịch băng cách hóa hơi & ngưng tụ

BLK lop I (BL Konovalop !) (BL Konovalop II)

Chưng cât hệ lý tưởng và hệ không tạo dd đăng phí: Chưng cất hệ có tạo dd đắng phí:

* Là sự tách dung dịch thành những cấu tử tạo thành dung dịch * Chi tach được một câu tử nguyên chât và một dd đăng phí có

băng cách đun nóng & ngưng tụ thành phân xác định

CCl, By: Nguyén Quang Long

Chung cất hệ có tạo dd đắng phi (tt): ì Giản đồ cân bằng Léng- Hoi

> Ky thuật chưng cất:

& Thay đôi áp suât ngoài Reg Á xã tối LỎNG P : Dị thể : P ế

* Thêm câu tử thứ ba 3)

> Ví dụ hệ có tạo dd đẳng phí:

Hệ(AB) Nhiệtđộsôiở1atm %KLBcủa A X.> R

| _C) | hh Dang Phi Anna cia P

A | B | HH®P đến điểm cực tri

H;O/C;H,OH | 100,00 | 78,30 | 78,15 95,57 C,H,OH X H,0 C,H,OH X H„O

H;O/n-C2H,OH | 100,00 97,19 87,72 71,69

HạO/HCI 100,00 85/00 1085 20,24

Trang 7

Gian dé can bang Léng- Hoi (tt)

H„O

(h)

b a n⁄9%

ay a

a lòng)

) By: Nguyén Quang Long

4 CB L-L của hai chất tan lẫn có giới hạn

Xét! hệ: butanol-nước (tt)

- Tại vùng di thé:

>

vc BON the 2 dd liên hợp

kK + - Tại K (điểm hòa tan giới hạn):

120 ns i b,; iT; f= 2

80 + n Q; ` P= const

[ Di thẻ \ dT=0 > T= const

4oln : Ọ b, IT; c=k-f+0=0

> 2 dd liên hợp có cùng

0 20 40 60 80 100 thành phần (= đồng thẻ)

HO 2%C,H,OH C;H„OH

Vi du:

Phenol — nước ; butanol - nước; Trinetylamin — nusc,

° Xé/ hệ: butanol-nước lf= 2;k=2

Do: P= const c=k-f +1=1

\

_(Tx);:Chỉ có 1 `

| thông sô độc lập

LB bão hòa N Ì |

|NbaohdaB | ì

=>| Khi T = const , x, = const |

Xét hệ: butanol-nước (ft)

Không còn phaN

A

Wes oòng f# Q,: Sv _ Qsb,

K: a § 2 n,Q,

120 nà i by T:

"9, Ất tao nhiệt độ Tạ > T;

80 ‡ n Qị \kb; h: Q,: Se Dab,

[ Dị thé \ : g, 7,0,

40 +n Q bị JT;

Ấ tao nhiệt độ T; > T;

0 20 a 60 80 100 QO Sy _ 4,

HzO %C,H,OH — C¿H,OH 1 zg, nQ,

Xét hệ: butanol-nước (ff)

es ong the Hé Q,: Pha N: x, na

120 nà i b,; IT;

"a; Tăng nhiệt độ Tạ > T;

80†n GÌ \b fr - Hé Q,: Pha N: x, = n,

[ Di thẻ \ Pha B: xgtP) = b„

40‡n : Q bị ỊT:

| tT Tang nhiét 46 T, > T,

0 20 40 60 80 100 -Hé Q,: Pha N: xgf! = nạ

HO 2%C,H,OH C;H„OH Pha B: x, = b,

Phương pháp xây dựng giản đồ (T-x)

a Phương pháp hóa học:

Trộn lẫn 2 cấu tử ở nhiệt độ không đổi cân bằng

tách 2 pha > tách riêng từng pha * định phân xác

định thành phan

a Phuong phap hoa ly:

Đường cong (T-x): hệ chuyền từ TRONG sang ĐỤC (hay ngược lại)

>2 Ở các gia trị x¡ khác nhau, xác định nhiệt độ T,

mà hệ chuyên từ TRONG > DUC (hay ngược lại)

Trang 8

5 Cân bằng của hai chất lỏng không tan lẫn

£ 7 Tsa¡ nạ không phụ thuộc thành \

phan, chỉ phụ thuộc Pagoại

Ý⁄ T;a¡ nạ nhỏ hơn Ta từng cầu tử

Ý'Tsa¡np SẼ giữ nguyên cho đến

khi một trong 2 cấu tử chuyển hết

thành hoi, sau do Tsing SE tang

\ vot dén T,5, cau tử còn lại }

` :

| 5 Cân bằng của hai chất lỏng không tan lẫn |

Vi du:

nước - benzen; cloroform - metanol; nước - nitrobenzen

xh Xn

#=F =7)

P, ~~]

P, Pe

h

Xa =

=g(T)

x

h

((T, P x):Chỉ có 1)

| thông số độc

lập _

Pa

0

Pre

0 TỶ (hhJ 7

Py

mmm=> [Temn<T,| [ Te%meT, |

Í Dùng hơi nước đẻ lôi kéo

> P (mmHg)

một câu tử không tan trong l|uo—— > | T | I T T ry T

nước ra khỏi hỗn hợp của » ch]

x 400

0 )

"0 10 40 60 8 1M 20 140 160 im 200.4

(Xác định T,4; chưng theo hơi nước)

| 5 Cân bằng của hai chất lỏng không tan lẫn |

Lượng hơi nước tối thiêu (kg) cần thiết để lôi cuốn 1kg chất A:

„Áp suất hơi của H;O /ở T, của hỗn hợp

Fo, 18

CA ˆ

l#z,o =

„ Áp suất hơi của A ở

”T, của hỗn hợp

Trang 9

6 CB L-L của ba chất tan lẫn có giới hạn

Ví dụ: « Giản đồ (x-x-x) Tớ

Vinylacetat- nước- axit acetic; cloroform- axit \

, 1

1

xạ= hạ/h \

h \

X= h,/h \

By: Nguyễn Quang Long By: Nguyễn Quang Long

6 CB L-L của ba chất tan lẫn có giới hạn 6 CB L-L của ba chất tan lẫn có giới hạn

« Giản đồ (x-x-x) « Giản đồ (x-x-x) (tt)

(A,€: tan lần vô hạn; B,C: tan lần vô hạn; A,B: tan lần có giới hạn) (A,€: tan lần vô hạn; B,C: tan lần vô hạn; A,B: tan lần có giới hạn)

»> : dị thể, gồm 2 dd liên hợp

> Bên ngoài aK<b: đồng thể Những đường thẳng nói các cặp

> Điểm K : điểm hòa tan tới hạn, 2 dung dịch liên hợp sẽ gặp nhau

dd liên hợp cùng thành phần tại một điêm (S)

* Giản đồ (x-x-x) (tt) 6 CB L-L của ba chất tan lẫn có giới hạn

« Giản đồ (x-x-x) (tt)

(A;€: tan lần vô hạn; B,C: tan lần vô hạn; A,B: tan lân có giới hạn) (A;€: tan lần vô hạn; B,C: tan lần vô hạn; A,B: tan lân có giới hạn)

Khi thêm C vào hệ Q (A+B):

> Điểm biéu dién hé : Q> Q1 > a2

> Điểm pha a: :

> Điểm pha b:

>S6 pha: f=2> c=k-f=3-2=1

Trang 10

| 6 CB L-L của ba chất tan lẫn có giới hạn |

E

-

-“

ca

_~

Định luật phân bố Nernst (f()

Nếu trong dm A chất Y ở dạng phân tử liên hợp (Y„)

còn trong dm B chất Y ở dạng đơn phân tử (Y) thì:

n

Y/A =K Cop

Định luật phân bố Nernst

Cyi4 Y/B

=

CY

Xét quá trình chiết dd Vụ chứa a zmø! chất tan Y, mỗi lần dùng V, dung môi để chiết

C

K =—" = const >]

Yidd

Số mol chat tan Y con lại sau lần chiết thứ m:

ƒ

X„=4| —————

F,+E°Đ£2

10

Trang 11

Bài tập

Bài tập 3,4,5,7,9,10,14

sách “nhiệt động hóa học”

11

Định dạng
Số trang	11
Dung lượng	3,04 MB