HÓA ĐẠI CƯƠNG B1 - CHƯƠNG 5 ppsx

Chương 5 Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNGNỘI DUNG KHÁI NIỆM VỀ DUNG DỊCH DUNG DỊCH CHẤT KHÔNG ĐIỆN LI VÀ CÁC TÍNH CHẤT DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LI SỰ ĐIỆN LI CỦA NƯỚC VÀ CHỈ SỐ HYĐRO pH SỰ ĐIỆN LI CỦA

Trang 1

Chương 5 Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG

CHƯƠNG V DUNG DỊCH

Trang 2

NỘI DUNG

KHÁI NIỆM VỀ DUNG DỊCH

DUNG DỊCH CHẤT KHÔNG ĐIỆN LI VÀ CÁC TÍNH CHẤT DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LI

SỰ ĐIỆN LI CỦA NƯỚC VÀ CHỈ SỐ HYĐRO pH

SỰ ĐIỆN LI CỦA CHẤT ĐIỆN LI KHÓ TAN

SỰ THỦY PHÂN MUỐI

Trang 3

5.1 KHÁI NIỆM VỀ DUNG DỊCH

5.1.1 Hệ phân tán và dung dịch:

- Hệ phân tán là hệ trong đó có 1 chất phân bố (chất bị phân tán) vào 1 chất khác (môi trường phân tán) Các chất có

thể là khí (K), lỏng (L), rắn (R)

- Các loại hệ phân tán (theo kích thước hạt bị phân tán):

• Hệ phân tán thô (thể lơ lững): 10−5 cm Hệ không bền, bị

sa lắng

Ví dụ : huyền phù đất sét trong nước (hệ R−L), nhủ tương

sữa (hệ L−L)

Trang 4

• Hệ phân tán cao (hệ keo): 10−5 − 10 −7 cm Hệ cũng không bền do các hạt liên hợp với nhau và sa lắng

Ví dụ: gelatin, keo dán, sương mù (hệ L−K), khói (hệ

R−K)

• Hệ phân tử− ion (dung dịch phân tử − ion):

10 −7 −10 −8 cm Hệ này chính là dung dịch bền

5.1.2 Khái niệm về dung dịch:

- Định nghĩa: Là hệ đồng thể gồm 2 hay nhiều chất

mà thành phần của chúng có thể thay đổi trong giới hạn rộng

Trang 5

Dung dịch giống với hợp chất hóa học ở tính đồng

nhất và với hỗn hợp cơ học ở có thành phần thay đổi,

chiếm vị trí trung gian, gần với hợp chất hóa học hơn

- Đối với dung dịch: chất bị phân tán là chất tan, còn môi trường phân tán là dung môi

- Dung dịch có thể là khí (ví dụ: không khí), lỏng (ví dụ: nước biển), rắn (ví dụ: hợp kim Ag − Au) Chủ

yếu khảo sát dung dịch lỏng trong nước

5.1.3 Lý thuyết tạo thành dung dịch:

Trang 6

- Quá trình hòa tan và cân bằng hòa tan:

Hòa tan chất rắn trong chất lỏng tạo dung dịch lỏng Có 2 quá trình ngược nhau xảy ra đồng thời:

Tách các tiểu phân chất tan ra khỏi tinh thể chất

tan và phân bố chúng vào dung môi (quá trình hòa tan);

Kết tủa các tiểu phân chất tan trong dung dịch lên

bề mặt tinh thể chất tan (quá trình kết tủa)

Quá trình hòa tan sẽ diễn ra cho đến khi đạt được trạng

thái cân bằng hòa tan (ΔG = 0):

Tinh thể chất tan X ⇔ Dung dịch chất tan X

Trang 7

- Cơ chế tạo thành dung dịch:

Cơ chế tạo thành dung dịch bao gồm:

• Quá trình vật lý (quá trình chuyển pha): phá vở

mạng tinh thể chất tan và phân bố các tiểu phân chất tan tạo thành trong dung môi

• Quá trình hóa học (quá trình sonvát hóa): tương

tác của các tiểu phân chất tan với dung môi tạo thành hợp chất sonvát

Dung môi là nước thì đó là quá trình hyđrát hóa và tạo thành hợp chất hyđrát.

Trang 8

Ví dụ : khi hòa tan CuSO4 vào nước thì trong quá trình vật lý (chuyển pha) sẽ tạo

thành các ion Cu 2+ và , sau đó ion Cu 2+ tác

dụng với nước tạo thành ion hyđrát Cu 2+ 5H 2 O

trong quá trình hóa học (sonvát hóa)

−

2 4

SO

Trang 9

- Nhiệt hòa tan:

• Quá trình hòa tan tự xảy ra (ΔG < 0) và

có thể là thu nhiệt hay phát nhiệt tùy thuộc vào

quá trình vật lý (thu nhiệt) hay quá trình hóa học (phát nhiệt) chiếm ưu thế:

ΔH ht = ΔH cp + ΔH sh

• Định nghĩa: Nhiệt hòa tan là lượng nhiệt

thu vào hay phát ra khi hòa tan một mol chất tan

Trang 10

Trang 11

5.1.4 Nồng độ dung dịch và cách biểu diễn Độ tan và các yếu tố ảnh hưởng

Tự đọc:

Nắm vững về nồng độ và các cách biểu diễn nồng độ quan trọng như: mol, phần trăm khối lượng, đương lượng, phần mol, molan

Hiểu được về độ tan và các yếu tố có ảnh hưởng đến độ tan như: bản chất chất tan và dung môi, nhiệt độ, áp suất

Trang 12

5.2 DUNG DỊCH CHẤT KHÔNG ĐIỆN LI VÀ CÁC TÍNH CHẤT

- Trong quá trình tạo thành dd tính chất của chất tan, dm thay đổi và khác với tính chất của dd thu được

Nguyên nhân do sự tương tác giữa các tiểu phân chất tan và dm và sự giảm nồng độ tiểu phân tự do của dm khi tạo thành dung dịch

Trang 13

- Khi tăng nồng độ chất tan ảnh hưởng của 2 yếu tố trên tăng lên mạnh làm cho các tính chất của dd trở nên phức tạp.

Khi giảm nồng độ chất tan, đặc biệt ở những nồng độ rất loãng, ảnh hưởng của những yếu tố trên giảm mạnh đến mức có thể bỏ qua

Khi đó có một số tính chất của dd không phụ thuộc vào bản chất chất tan mà chỉ phụ thuộc vào nồng độ chất tan, như: áp suất hơi bão hòa, nhiệt độ sôi, nhiệt độ đông đặc, áp suất thẩm thấu.

Trang 14

5.2.1 Áp suất hơi bão hòa:

- Chất lỏng nào (nguyên chất hay dd) cũng đều bay hơi, hơi này gây trên bề mặt chất lỏng của nó một áp suất gọi là áp suất hơi bão hòa

Như vậy, áp suất hơi bão hòa là:

đại lượng đặc trưng cho cân bằng L ⇔ H đại lượng không đổi tại nhiệt độ nhất định đối với chất lỏng (nguyên chất) nhất định.

Ví dụ: áp suất hơi bão hòa của nước ở 25o C là 23,7 mmHg.

Trang 15

-Xét tính chất này đối với dd chứa chất tan khó bay

hơi (có nhiệt độ sôi cao hơn dm khoảng 150 o C)

Kết quả khảo sát cho thấy:

• Ở cùng nhiệt độ áp suất hơi bão hòa của dd (áp

suất hơi dd P 1) luôn luôn nhỏ hơn áp suất hơi bão

hòa của dm nguyên chất (áp suất hơi dm P 0 ).

Trang 16

Trang 17

5.2.2 Nhiệt độ sôi:

- Nhiệt độ sôi của chất lỏng nguyên chất là nhiệt độ ở đó áp suất hơi bão hòa của chất lỏng

bằng áp suất khí quyển và là đại lượng không đổi

đối với áp suất bên ngoài nhất định Như vậy nhiệt

độ sôi là đại lượng đặc trưng cho cân bằng L ⇔ H

Ví dụ: nước lỏng có nhiệt độ sôi là 100 o C, ứng với áp suất khí quyển là 1 atm

- Xét dung dịch chứa chất tan khó bay hơi:

Trang 18

• Ở cùng áp suất bên ngoài nhất định nhiệt độ sôi

của dung dịch luôn luôn cao hơn nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất.

• Định luật Raoult II:

Độ tăng nhiệt độ sôi của dung dịch tỉ lệ thuận với nồng độ chất tan trong dung dịch

m s

o sdm

o sdd

Δ

Δt s : độ tăng nhiệt độ sôi; k s : hằng số nghiệm sôi;

C : nồng độ molan của dung dịch

Trang 19

• Đối với dd nhiệt độ sôi của thực tế là nhiệt độ

bắt đầu sôi của dd

5.2.3 Nhiệt độ đông đặc:

- Nhiệt độ đông đặc là nhiệt độ ở đó áp suất hơi bão hòa của pha lỏng bằng áp suất hơi bão hòa của pha rắn và là đại lượng không đổi tại áp suất bên

ngoài nhất định

Nhiệt độ đông đặc là đại lượng đặc trưng cho cân bằng L ⇔ R.

Trang 20

Ví dụ: nước có nhiệt độ đông đặc 0o C, áp suất hơi bão hòa của nước đá và nươc lỏng là 0,006 atm

- Xét dd chứa chất tan khó bay hơi:

• Ở cùng áp suất bên ngoài nhất định nhiệt độ

đông đặc của dd luôn luôn thấp hơn nhiệt độ đông

đặc của dm nguyên chất.

• Định luật Raoult II:

Độ hạ nhiệt độ đông đặc của dd tỉ lệ thuận với nồng độ chất tan trong dd:

Trang 21

molan của dung dịch

• Cũng giống như nhiệt độ sôi, nhiệt độ đông đặc của dung dịch là nhiệt độ bắt đầu đông đặc của dung dịch.

5.2.4 Áp suất thẩm thấu:

Khi cho dung dịch chất tan trong nước tiếp xúc trực tiếp với nước sẽ xảy ra sự khuếch tán 2 chiều: các tiểu phân chất tan chuyển từ phần dung dịch sang phần nước và các tiểu phân nước từ phần nước chuyển sang phần dung dịch;

m đ

o đdm

o đdd

Δ

Trang 22

còn khi không cho dung dịch chất tan và nước tiếp xúc trực tiếp mà cho tiếp xúc qua 1 màng đặc biệt chỉ cho các tiểu phân nước dung môi đi qua thì chỉ xảy ra sự khuếch tán 1 chiều của các tiểu phân nước từ phần nước sang phần dung dịch.

Màng đặc biệt đó được gọi là màng bán thẩm (màng colođion, nguyên sinh chất, bong bóng động vật…); sự khuếch tán 1 chiều được gọi là sự thẩm thấu và hiện tượng thẩm thấu được gây ra bởi một áp suất mà được gọi là ápsuất thẩm thấu

Trang 23

- Áp suất thẩm thấu:

Áp suất thẩm thấu đặc trưng cho khả năng thẩm thấu của dd

• Định nghĩa: Là áp suất gây ra sự thẩm thấu và

bằng áp suất cần tác dụng lên dd để cho sự thẩm thấu không xảy ra

• Định luật Van’t Hoff: Áp suất thẩm thấu của dd

tỉ lệ thuận với nồng độ chất tan và nhiệt độ tuyệt đối của dd

Trang 24

π: áp suất thẩm thấu; C: nồng độ mol của chất tan;

R: hằng số khí; T: nhiệt độ tuyệt đối.

5.2.5 Xác định phân tử lượng chất tan:

Tự đọc, nắm được cách xác định phân tử lượng chất tan trong dd dựa trên việc đo các tính chất của

dd vừa trình bày ở trên

5.3 DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LI

5.3.1 Khái niệm về sự điện li:

a- Các đặc điểm của dd axit, baz, muối trong nước:

Trang 25

• Các dd axit, baz, muối trong nước không tuân theo

các định luật Raoult, Vant’Hoff ở trên: các đại lượng

ΔP , Δt, π của những dd này có giá trị xác định bằng

thực nghiệm luôn luôn lớn hơn so với tính toán theo các định luật đó

Ví dụ: dd chứa 1g NaCl trong 100 g nước có:

(Δt đ ) đo lớn hơn công thức Raoult II (Δt đ ) gần 2 lần

Muốn áp dụng phải thêm hệ số điều chỉnh gọi là

hệ số Van’t Hoff hay hệ số đẳng trương i:

Trang 26

ΔP’ = i P o NB = i ΔP; Δt’ = i k Cm = i Δt;

π’ = i R C T = i π ; i = ΔP’/ΔP = Δt’/Δt = π’/π

ΔP’,Δt’,π’: đo bằng thực nghiệm; ΔP,Δt,π : tính

theo các định luật Raoult,Van’t Hoff

• Các dd axit, baz, muối trong nước có tính

dẫn điện trong khi bản thân axit, baz, muối

nguyên chất không dẫn điện

Để giải thích người ta đưa ra lý thuyết điện li.

Trang 27

b- Lý thuyết điện li:

• Thuyết Arrhénius:

* Ngay khi hòa tan vào nước các chất axit, baz, muối phân li thành những ion dương (cation) và âm (anion) Axit phân li thành cation H + và anion gốc axit, baz phân li thành cation kim loại và anion OH − , còn muối phân li thành cation kim loại và anion gốc axit

* Sự phân li thành ion của chất tan trong dung dịch (hay khi nóng chảy) được gọi là sự điện li, còn chất có khả năng phân li như trên được gọi là chất điện li

Trang 28

* Giải thích các đặc điểm khác biệt của dd axit, baz, muối nêu trên:

+ Sự điện li tạo ion của axit, baz, muối làm tăng số tiểu phân trong dd đưa đến tăng ΔP, Δt, π

Từ đây: hệ số Van’t Hoff i cho biết tỉ số giữa số tiểu phân có thực trong dd so với số tiểu phân hòa tan

Nếu i = 1: không có điện li, i > 1: có điện li

Khi pha loãng vô cùng dd thì giá trị của i tiến đến những số nguyên 2, 3, 4 … tương ứng số ion có trong phân tử chất tan

Trang 29

Ví dụ: Ở 25o C các dd KCl và Ca(NO 3 ) 2 nồng độ 0,2N có i tương ứng là 1,8 và 2,5, nhưng khi pha loãng vô cùng chúng có i tương ứng là 2 và 3

+ Các dung dịch axit, baz, muối dẫn điện được là

do sự có mặt các ion đóng vai trò chất chuyển điện

• Thuyết Kablukov:

Sự điện li là sự phân li của chất tan dưới tác dụng của các tiểu phân dm thành những ion sonvát hóa.

Trang 30

Ví dụ: Phương trình điện li của NaCl:

Theo Arrhénius: NaCl = Na + + Cl−

Theo Kablukov:

NaCl(r) + (m+n)H 2O(l) = Na+ mH 2 O(d) + Cl−.nH 2 O(d)

c- Cơ chế điện li:

• Đối với hợp chất ion: quá trình phân li các ion

có sẵn trong tinh thể hợp chất

• Đối với hợp chất cộng hóa trị: quá trình ion

hóa phân tử hợp chất

Trang 31

d- Độ điện li α:

• Định nghĩa: Độ điện li của chất điện li là tỉ số

giữa số phân tử đã phân li thành ion (n) trên tổng số phân tử đã hòa tan trong dd (n o ).

α = n/n0 ( 0 α 1 )

• Độ điện li được biểu diễn bằng phần đơn vị

hay phần trăm

Ví dụ: dd axit HF 0,1 N ở 25o C có

α = 0,09 hay α = 9%

Trang 32

• Các yếu tố ảnh hưởng đến độ điện li:

+ Bản chất chất tan và dm

+ Nồng độ dd: nồng độ tăng độ điện li giảm và ngược lại

Khi pha loãng dd α sẽ tăng lên và tiến đến 1 khi pha loãng vô cùng

+ Nhiệt độ: nhiệt độ tăng độ điện li tăng

Trang 33

• Cách xác định:

+ Dựa vào hệ số Van’t Hoff i:

α =(i-1)/(m-1),

với m: số ion trong phân tử chất điện li.

+ Dựa vào độ dẫn điện: α =λ/λ∞, với λ, λ∞ : độ dẫn điện đương lượng của dd ở nồng độ khảo sát và khi pha loãng vô cùng.

Trang 34

• Phân loại các chất điện li:

Dựa theo độ điện li α phân loại như sau:

- Lý thuyết: chia làm 2 nhóm:

+ Mạnh: phân li hoàn toàn (α = 1), gồm muối trung tính, axit và baz vô cơ mạnh

+ Yếu: phân li không hoàn toàn (α< 1), gồm axit và baz hữu cơ, axit và baz vô cơ yếu, muối axit và muối baz.

Trang 35

-Thực tế:

Quy ước chia làm 3 nhóm đối với dd nước nồng độ 0,1 N:

Mạnh với α > 30%, Yếu với α< 2% và Trung bình với 2% < α < 30%

Trang 36

5.3.2 Dung dịch chất điện li yếu:

- Tính chất: Có α < 1 và α , λ tăng lên khi

pha loãng dung dịch Điều này được giải thích:

Do chất điện li yếu điện li không hoàn toàn nên khi pha loãng chúng tăng lên

Trang 37

- Cân bằng điện li và hằng số điện li K:

Quá trình điện li của chất điện li yếu là thuận−nghịch: ion hóa (thuận) và phân tử hóa (nghịch), khi tốc độ của 2 quá trình này bằng nhau

có cân bằng điện li:

A m B n ⇔ m A n + + n B m−

Cân bằng điện li là cân bằng hóa học, hằng số cân

bằng gọi là hằng số điện li ký hiệu là K:

Trang 38

] B A

[

] B

[ ] A

[

K

n m

3 a

3

] COOH CH

[

] H ][

COO CH

[ K

; H COO

CH COOH

7 3

2

3 1

3 3

] CO H

[

] HCO ][

H

[ K

; HCO H

CO

H ⇔ + + − = + − = −

11 3

2 3 2

3

3 5 , 6 10

] HCO [

] CO

][

H

[ K

; CO H

17

2 3

2

2 ; K [H ] [CO ] 2 , 44 10 CO

H 2 CO

Trang 39

5 4

4 b

4

] OH NH

[

] OH ][

NH

[ K

; OH NH

OH

4 2

1

] ) OH (

Pb [

] OH ][

PbOH

[ K

; OH PbOH

) OH

(

8

2 2

]PbOH[

]OH][

Pb

[K

;OHPb

PbOH+ ⇔ + + − = + + − = −

Đối với chất điện li đa bậc: K 1 > K 2 > K 3 … và K =

K 1 × K 2 × K 3 … thường chỉ xét nấc điện li thứ nhất,

Trang 40

- Mối liên hệ giữa hằng số điện li và độ điện li:

Xét dung dịch chất điện li yếu AB có nồng độ

C, độ điện li α, hằng số điện li K:

AB ⇔ A + + B−

Lúc cân bằng nồng độ các chất và ion:

[A + ]= [B−]= Cα ; [AB] = C−Cα = C (1−α) mol/lit.

Trang 41

α

−

α

= α

1 ( C

C x

C ]

AB [

] B

Đây là biểu thức toán học của định luật

pha loãng Ostwald.

Trang 42

- Ví dụ tính toán về điện li:

Hòa tan 0,1 mol chất điện li yếu XY trong nước tạo thành 1 lit dd ở 25 o C

a) Tính độ điện li α của XY trong dd ở 25 o C, biết nồng độ ion X+ trong dd bằng 0,0013 mol/lit b) Tính hằng số điện li K của XY ở 25 o C

c) Tính độ điện li của XY trong dd ở 25 o C khi pha loãng dd 4 lần

Trang 43

d) Tính [X + ] trong dd ở 25 o C khi thêm vào dd không pha loãng một lượng chất điện li mạnh AY tương ứng nồng độ 0,1 M [X +] trong dd sau khi thêm AY tăng hay giảm bao nhiêu lần?

Giải: a) Tính α trong dd ban đầu:

Trang 44

* Tính gần đúng :

K = Cα 2 = 0,1× (0,013) 2 = 0,0000169 = 1,69.10 −5

So sánh kết quả tính toán thấy 2 giá trị K thu được hầu như không khác nhau, nên trong thực tế khi chất điện li quá yếu (khi có C/K ≥ 10 2 ) thường dùng cách tính gần đúng

Trang 45

* Tính α trong dd khi pha loãng:

Nồng độ dd sau khi pha loãng:

C’ = C/4 = 0,1/4 = 0,025 mol/lit

Vì nhiệt độ không thay đổi nên K = 0,0000169 Từ đây:

2 '

10

6 , 2 026

,

0 025

, 0

0000169 ,

0 C

→

α

=

Tiêu đề	Hóa Đại Cương B1 - Chương 5 ppsx
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Hóa học
Thể loại	Bài giảng
Năm xuất bản	2010
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	78
Dung lượng	342,31 KB