Xây dựng hệ thống bài tập phần dung dịch và cân bằng hóa học bậc đại học

KHOA HÓA HỌC ====== ĐOÀN THỊ HẢI XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP PHẦN DUNG DỊCH VÀ CÂN BẰNG HÓA HỌC - BẬC ĐẠI HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa lý Người hướng dẫn kho

KHOA HÓA HỌC

======

ĐOÀN THỊ HẢI

XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP PHẦN DUNG DỊCH VÀ CÂN BẰNG

HÓA HỌC - BẬC ĐẠI HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Hóa lý

Người hướng dẫn khoa học ThS NGUYỄN THẾ DUYẾN

LỜI CẢM ƠN

Sau một khoảng thời gian cố gắng tìm tòi, nghiên cứu, khóa luận tốt

nghiệp với đề tài: “ Xây dựng hệ thống bài tập phần dung dịch và cân

bằng hóa học – Bậc đại học ” đã được hoàn thành

Em xin gửi lòng biết ơn sâu sắc tới ThS Nguyễn Thế Duyến người đã

luôn quan tâm, động viên và tận tình hướng dẫn em trong quá trình thực hiện

khóa luận này

Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong khoa hóa học của

Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội 2 đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho

em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Nhân dịp này em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình và bạn bè

đã luôn ở bên giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập vừa qua

Mặc dù đã hết sức cố gắng trong công việc hoàn thành khóa luận nhưng

không thể tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy, em rất mong nhận được những

ý kiến đóng góp của các thầy cô và bạn bè!

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 08 tháng 05 năm 2015

Sinh viên

Đoàn Thị Hải

LỜI CAM ĐOAN

Sau một thời gian nghiên cứu tài liệu cùng với sự hướng dẫn của thầy

giáo ThS Nguyễn Thế Duyến em đã hoàn thành khóa luận của mình Em xin

cam đoan khóa luận này là kết quả của quá trình làm việc nghiêm túc cùng

với sự cố gắng nỗ lực của bản thân dưới sự hướng dẫn chỉ bảo tận tình của

thầy giáo ThS Nguyễn Thế Duyến Trong khóa luận này em đã tham khảo

một số tài liệu ghi trong tài liệu tham khảo

Hà Nội, ngày 08 tháng 05 năm 2015

Sinh viên

Đoàn Thị Hải

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

1.1.Tổng quan về hệ thống bài tập hóa lý 3

1.1.1.Ý nghĩa của hệ thống bài tập 3

1.1.2 Phân loại bài tập 3

1.1.3 Tác dụng của bài tập hóa học 3

1.1.4 Vận dụng kiến thức để giải bài tập 4

1.1.5 Xu hướng phát triển của bài tập hóa học hiện nay 5

1.2 Hệ thống lý thuyết phần dung dịch 5

1.2.1 Một số khái niệm chung 5

1.2.2 Entanpi hòa tan một chất 7

1.2.3 Các định luật về dung dịch lỏng vô cùng loãng 7

1.2.4 Áp suất hơi bão hòa của dung dịch lý tưởng Định luật Raoult 10

1.3 Hệ thống lý thuyết phần cân bằng hóa học 11

1.3.1 Định nghĩa cân bằng hóa học 11

1.3.2 Hằng số cân bằng 11

1.3.3 Hằng số cân bằng trong hệ dị thể 14

1.3.4 Sự chuyển dịch cân bằng hóa học 14

1.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học 15

1.3.6 Nguyên lý chuyển dịch cân bằng Le Chatelier 16

CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG BÀI TẬP PHẦN DUNG DỊCH 17

2.1 Dạng bài tập xác định thành phần của dung dịch 17

2.2 Dạng bài tập liên quan đến nhiệt độ sôi của dung dịch chất tan không bay hơi 19

2.3 Dạng bài tập liên quan đến nhiệt độ đông đặc của dung dịch chất tan

2.4 Dạng bài tập xác định áp suất thẩm thấu của dung dịch 26

CHƯƠNG 3 HỆ THỐNG BÀI TẬP PHẦN CÂN BẰNG HÓA HỌC 29

3.1 Dạng bài tập về sự chuyển dịch cân bằng 29

3.2 Dạng bài tập tính hằng số cân bằng Kp, Kc, Kn, Kx và thành phần cân

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Cuộc cách mạng khoa học kĩ thuật phát triển với những thành tựu vĩ đại

đưa nhân loại bước sang một kỉ nguyên mới- kỉ nguyên của nền kinh tế tri

thức Việc trang bị kiến thức nhằm tạo ra những con người có đủ năng lực

trình độ để nắm bắt khoa học kĩ thuật, đủ bản lĩnh để làm chủ vận mệnh đất

nước là vấn đề đặt lên hàng đầu của mỗi quốc gia Bởi vậy, “ Nâng cao dân

trí- Đào tạo nhân lực - Bồi dưỡng nhân tài” luôn là nhiệm vụ hàng đầu của

giáo dục và đào tạo, trong đó việc đào tạo và bồi dưỡng kiến thức cho sinh

viên là nhiệm vụ tất yếu của mỗi trường đại học và của mỗi giảng viên Trong

những năm gần đây, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã khuyến khích sử dụng đa

dạng các phương pháp dạy học tích cực nhằm hoạt động hóa người học

Muốn như vậy thì nguồn bài tập phải thật phong phú và đa dạng

Gần đây người ta đã đi vào nghiên cứu theo phương pháp thi trắc nghiệm

khách quan (TNKQ) Phương pháp này có độ tin cậy cao, kiểm tra được

lượng kiến thức lớn, chấm nhanh, đặc biệt đánh giá nhanh kết quả học tập

Tuy vậy, với môn học có độ tư duy cao và một khả năng vận dụng kiến thức

tổng hợp thì việc chuẩn bị các bài tập TNKQ là dường như chưa thể đầy đủ,

chưa có tính sáng tạo, nhạy bén và phát triển tư duy được Do vậy, trong hoàn

cảnh này sự duy trì và phát triển hệ thống bài tập tự luận là không thể thiếu để

lĩnh hội và tiếp thu tri thức môn học Phần dung dịch và cân bằng hóa học là một trong những phần quan trọng

nhất của học phần Hóa lý, các bài tập phần dung dịch và cân bằng hóa học là

một phần không thể thiếu trong các đề thi Olympic và đề thi tuyển sinh sau

đại học Để giải được bài tập phần này đòi hỏi sinh viên phải biết vận dụng

linh hoạt lý thuyết đã học ở nội dung các chương các bài, quá trình này thực

chất đòi hỏi người học phải có một kĩ năng nhận thức tư duy nhất định

Hiện nay, có rất nhiều tài liệu [1-7] viết về phần dung dịch và cân bằng

này trong các đề thi ở những năm gần đây

Nhận thức được tầm quan trọng của việc duy trì và phát triển hệ thống

bài tập trong xu thế phát triển chung của nền giáo dục Việt Nam và thế giới,

đồng thời giúp sinh viên giải quyết một cách dễ dàng, khoa học các bài tập

phần dung dịch và cân bằng hóa học trong quá trình học tập cũng như trong

các kì thi, em đã chọn đề tài: “Xây dựng hệ thống bài tập phần dung dịch

và cân bằng hóa – Bậc đại học”

2 Mục đích, nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài

2.1 Mục đích nghiên cứu

Xây dựng hệ thống bài tập phần dung dịch và cân bằng hóa học học phần

nhiệt động lực học hóa học góp phần nâng cao hướng dạy và học tích cực để

phát triển năng lực tư duy, sáng tạo, độc lập của người học

2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu

Tổng quan về cơ sở lí thuyết của phần dung dịch và cân bằng hóa học

Nghiên cứu xây dựng hệ thống bài tập phần dung dịch và cân bằng hóa

học học phần nhiệt động lực học hóa học

Nghiên cứu đưa ra cách giải

3 Giả thuyết khoa học

Việc xây dựng hệ thống bài tập phần dung dịch và cân bằng hóa học học

phần nhiệt động lực học hóa học đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc

nâng cao chất lượng giáo dục ở trường đại học Để phát triển và nâng cao

năng lực nhận thức, tư duy sáng tạo, độc lập của người học thì phải xây dựng

hệ thống câu hỏi và bài tập có chất lượng cao

4 Phương pháp nghiên cứu

4.1 Phương pháp đọc sách và tài liệu tham khảo

4.2 Phương pháp chuyên gia

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về hệ thống bài tập hóa lý

1.1.1 Ý nghĩa của hệ thống bài tập

Như chúng ta biết, việc giảng dạy phải thích nghi với người học chứ

không phải buộc người học tuân theo các quy tắc có sẵn từ trước tới nay Do

vậy, người học cần phải có tiếng nói hơn trong các vấn đề liên quan tới giáo

dục Trong những năm trở lại đây, nổi lên một vấn đề mới đó là “ việc giảng

dạy phải đảm bảo cho người học trở thành một công dân có trách nhiệm và

hoạt động hiệu quả” Như vậy, mục đích của việc học tập đã phát triển từ học

để hiểu rồi đến học để hành rồi mới đến học để trở thành một con người tự

chủ, sáng tạo, năng động trong mọi hoạt động Vì vậy, việc học sẽ giải quyết

vấn đề trong học tập, trong thực tế đòi hỏi con người phải có cả kiến thức và

phương pháp tư duy

1.1.2 Phân loại bài tập

Dựa và nội dung và yêu cầu của bài tập để phân loại bài tập hóa học

thành các dạng khác nhau

1.1.3 Tác dụng của bài tập hóa học

 Tác dụng trí lực:

- Bài tập hóa học có tác dụng làm chính xác, cũng như hiểu sâu sắc hơn

các khái niệm và định luật đã học

- Giúp sinh viên năng động sáng tạo trong học tập, phát huy năng lực

nhận thức và tư duy, tăng trí thông minh và là phương tiện để người học vươn

tới đỉnh cao tri thức

- Là con đường nối liền giữa kiến thức thực tế và lý thuyết tạo ra một thể

hoàn chỉnh thống nhất biện chứng trong cả quá trình nghiên cứu Đào sâu, mở

rộng sự hiểu biết một cách sinh động, phong phú không làm nặng nề thêm

khối lượng kiến thức cho người học Chỉ có vận dụng kiến thức vào việc giải

bài tập, sinh viên mới nắm kiến thức sâu sắc

- Là phương tiện để ôn tập, củng cố, hệ thống hóa, kiểm tra đánh giá việc

nắm bắt kiến thức một cách tốt nhất (chủ động, sáng tạo)

- Tạo điều kiện để phát triển tư duy cho người học: khi giải bài tập bắt

buộc người học phải suy luận, quy nạp, diễn dịch hoặc các thao tác tư duy đều

được vận dụng Trong thực tế học tập, có những vấn đề buộc người học phải

đào sâu suy nghĩ mới hiểu được trọn vẹn Thông thường khi giải một bài toán

nên yêu cầu hoặc khuyến khích người học giải bằng nhiều cách – tìm ra cách

giải ngắn nhất hay nhất

 Tác dụng giáo dục:

- Bài tập hóa học có tác dụng giáo dục cho học sinh, sinh viên vì thông

qua bài tập rèn luyện cho SV tính kiên nhẫn, trung thực trong học tập, tính

sáng tạo khi xử lí và vận dụng trong các vấn đề học tập Mặt khác, qua việc

giải bài tập rèn luyện cho các em tính chính xác khoa học và nâng cao hứng

thú học bộ môn

- Các bài tập hóa học còn được sử dụng như một phương tiện nghiên cứu

tài liệu mới, ngoài ra các bài có nội dung thực nghiệm có tác dụng rèn luyện

tính tích cực, tự lực lĩnh hội tri thức và tính cẩn thận, tuân thủ triệt để quy

định khoa học, chống tác phong luộm thuộm, vi phạm những nguyên tắc khoa

học

1.1.4 Vận dụng kiến thức để giải bài tập

Để giải bài tập người học phải biết vận dụng lý thuyết đã học ở nội dung

các chương các bài, quá trình này thực chất đòi hỏi người học phải có một kĩ

năng nhận thức tư duy nhất định Hoạt động nhận thức và phát triển tư duy

của sinh viên trong quá trình dạy học hóa học Nhận thức là một trong ba mặt

cơ bản của đời sống tâm lí con người (nhận thức, tình cảm, lí trí) Nó là tiền

đề của hai mặt kia và đồng thời có mối liên hệ chặt chẽ với chúng và các hiện

tương tâm lí khác Tư duy là một quá trình tâm lí phản ánh những thuộc tính

bản chất, những mối liên hệ bên trong có tính quy luật của sự vật hiện tượng

trong hiện thực khách quan mà trước đó ta chưa biết

1.1.5 Xu hướng phát triển của bài tập hóa học hiện nay

Bài tập hóa học vừa là mục tiêu, vừa là mục đích, vừa là nội dung, vừa là

phương pháp dạy học hữu hiệu do vậy cần được quan tâm, chú trọng trong

các bài học Nó cung cấp cho sinh viên không những kiến thức, niềm say mê

bộ môn mà còn giúp người học giành lấy kiến thức, là bước đệm cho quá

trình nghiên cứu khoa học, hình thành và phát triển có hiệu quả trong hoạt

động nhận thức của sinh viên Bằng hệ thống bài tập sẽ thúc đẩy sự hiểu biết

của sinh viên, sự vận dụng những hiểu biết vào thực tiễn, sẽ là yếu tố cơ bản

của quá trình phát triển xã hội, tăng trưởng kinh tế nhanh và bền vững xã hội

Xu hướng phát triển của bài tập hóa học hiện nay hướng đến rèn luyện khả

năng vận dụng kiến thức, phát triển tư duy hóa học Những bài tập có tính

chất học thuộc trong các câu hỏi lý thuyết sẽ giảm dần mà được thay bằng các

câu hỏi, bài tập đòi hỏi sự tư duy, tìm tòi Dạy học “chú trọng phương pháp

tự học” ở trường đại học được xem là rất quan trọng và được nhiều người coi

trọng áp dụng Ngoài ra, trong thời gian gần đây, một số chiến lược đổi mới

phương pháp dạy học thử nghiệm đó là “ dạy học hướng vào người học” , “

hoạt động hóa người học”

1.2 Hệ thống lý thuyết phần dung dịch

1.2.1 Một số khái niệm chung[2,4]

1.2.1.1 Định nghĩa

- Dung dịch là một hệ đồng thể rắn, lỏng hoặc khí gồm ít nhất hai cấu tử

ở trạng thái phân tán phân tử và thành phần có thể thay đổi trong khoảng xác

định nào đó Ví dụ dung dịch trong tự nhiên: Nước biển, không khí, hợp kim

Dung dịch làm thành một pha Trong trường hợp có thể bỏ qua các hiệu ứng

bề mặt và tác dụng của các trường ngoài như điện trường, từ trường, trọng

trường… thì đối với mọi điểm trong dung dịch là đồng nhất với nhau

- Có 3 loại dung dịch: Dung dịch thực, dung dịch keo, dung dịch cao

- Ở đây chúng ta chỉ nghiên cứu dung dịch thực, người ta chia dung dịch thực

thành hai loại: Dung dịch điện li và dung dịch không điện li

- Trong phạm vi nhiệt động học, chúng ta chỉ nghiên cứu dung dịch không

điện li, còn dung dịch điện li nghiên cứu trong điện hóa học Dung dịch không

điện li có thể là dung dịch khí, lỏng, rắn

1.2.1.2 Thành phần dung dịch - nồng độ

Thành phần dung dịch được biểu diễn bằng nồng độ của các cấu tử trong

dung dịch

Trong hóa lý, chúng ta nghiên cứu các loại nồng độ sau

+ Nồng độ phần trăm khối lượng (C%) của cấu tử i trong dung dịch là số gam

cấu tử đó chứa trong 100 gam dung dịch

+ Nồng độ phân tử gam của cấu tử i trong dung dịch bằng số mol chất i trong

một lít dung dịch Nếu trong V (lít) dung dịch chứa ni (mol) chất i thì nồng độ

phân tử gam của i là: Ci = (mol/l)

+ Nồng độ nguyên chuẩn (nồng độ đương lượng) số đương lượng gam cấu tử

i trong một lít dung dịch

+ Phân số mol xi của cấu tử i trong dung dịch là tỉ số giữa số mol ni của cấu tử

đó chia cho tổng số mol tất cả các cấu tử có mặt trong dung dịch:

xi =

= ∑ Như vậy, ta luôn có xi 1 và: x1+ x2 +… = ∑ = 1

+ Nồng độ molan của cấu tử i trong dung dịch, kí hiệu: mi là số mol của chất i

trong 1000 gam dung môi

mi = 1000 =

1000 = 1000

ni: số mol chất i chứa trong g1 gam dung môi

n1: số mol dung môi ứng với g1 gam

M1: khối lượng mol của dung môi

xi: phân số mol chất i trong hệ

x1: phân số mol dung môi trong hệ

1.2.2 Entanpi hòa tan một chất[5]

Entanpi hòa tan là lượng nhiệt tỏa ra hay thu vào khi hòa tan hoàn toàn

1,0 mol chất trong một lượng dung môi xác định ở nhiệt độ và áp suất xác

định

Ví dụ: entanpi hòa tan của NH4NO3 và của KOH trong một lượng lớn

nước lần lượt là +24,6 và -55,6 kJ.mol-1

1.2.3 Các định luật về dung dịch lỏng vô cùng loãng[2,4,5]

1.2.3.1 Nhiệt độ sôi của dung dịch chất tan không bay hơi Định luật Raoult

Nhiệt độ sôi của dung dịch loại này cao hơn so với dung môi nguyên

chất, ở cùng nhiệt độ áp suất hơi của dung dịch nhỏ hơn Bậc tự do:

v= 2-0-2+2=2 Nhiệt độ sôi của dung dịch chất hòa tan không bay hơi phụ thuộc vào áp

suất bên ngoài và nồng độ của dung dịch

Nếu gọi ts(dd) là nhiệt độ sôi của dung dịch, ts(dm) là nhiệt độ sôi của

dung môi thì:

= ts(dd) – ts(dm) =

= h / A

= const

Trong đó:

- độ tăng nhiệt độ sôi của dung dịch so với dung môi nguyên chất

- hằng số nghiệm sôi, chỉ phụ thuộc vào bản chất dung môi

mB - nồng độ molan của chất tan trong dung dịch

h / A - nhiệt hóa hơi riêng của dung môi

R - hằng số khí

- nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất

1.2.3.2 Nhiệt độ đông đặc của dung dịch không tạo dung dịch rắn với dung

môi

Bậc tự do: v = 2-0-2+2=2

Nhiệt độ đông đặc của dung dịch (không hạn chế chỉ với chất hòa tan

không bay hơi) phụ thuộc vào áp suất bên ngoài và nồng độ dung dịch

Nhiệt độ đông đặc của dung dịch luôn thấp hơn nhiệt độ đông đặc của

dung môi nguyên chất, vì khi hòa tan một chất vào dung môi, thì nồng độ

dung môi giảm xuống và cân bằng:

L ⃗⃗⃗

Chuyển dịch sang trái, tuân theo nguyên lý Le Chatelier, nên cần phải

hạ nhiệt độ cho quá trình đông đặc

Gọi (dm) là nhiệt độ đông đặc của dung môi nguyên chất và (dd) là

nhiệt độ đông đặc của dung dịch thì:

= (dm) - (dd) = Kb mB

Kb =

nc / A

= const

Trong đó:

- độ tăng nhiệt độ đông đặc của dung dịch so với dung môi nguyên chất

- hằng số nghiệm lạnh, chỉ phụ thuộc vào bản chất dung môi

mB - nồng độ molan của chất tan trong dung dịch

nc / A - nhiệt nóng chảy riêng của dung môi

R - hằng số khí

- nhiệt độ đông đặc của dung môi nguyên chất

1.2.3.3 Sự thẩm thấu Áp suất thẩm thấu

- Định nghĩa

Sự thẩm thấu là hiện tượng khuyếch tán một chiều các dung môi qua

màng bán thấm

Màng bán thấm là màng chỉ cho các phân tử dung môi đi qua mà không

cho các phân tử chất hòa tan lọt qua

Hiện tượng thẩm thấu xảy ra khi hai bên của màng bán thấm chứa các

dung dịch có nồng độ khác nhau, hoặc một bên là dung dịch, còn bên kia là

dung môi nguyên chất

Khi đó các phân tử dung môi sẽ khuếch tán từ dung dịch có nồng độ thấp

hơn hoặc từ dung môi nguyên chất sang phía bên kia nhiều hơn so với sự

khuếch tán các phân tử dung môi theo chiều ngược lại, do đó làm tăng thể tích

của phía bên kia

- Áp suất thẩm thấu

Áp suất thẩm thấu của một dung dịch là áp suất cần thiết tác dụng lên

dung dịch để làm ngừng sự thẩm thấu

Áp suất thẩm thấu được tính bằng công thức như đối với khí lý tưởng,

được Van’t Hoff tìm ra bằng thực nghiệm:

- nồng độ phân tử gam chất tan

- khối lượng chất tan trong thể tích V của dung dịch

, - số mol và khối lượng mol chất tan

1.2.4 Áp suất hơi bão hòa của dung dịch lý tưởng Định luật Raoult[4]

Điều kiện cân bằng giữa lỏng và hơi của dung dịch lý tưởng ở nhiệt độ

và áp suất nhất định là hóa thế của mỗi cấu tử i trong pha lỏng và pha hơi phải

Khi = 1 thì ki = là áp suất hơi của cấu tử i nguyên chất:

Pi = (2.1) (2.1) là biểu thức của định luật Raoult

Nếu dung dịch chứa chất hòa tan không bay hơi, thì < 1, từ đó Pi < ,

nghĩa là áp suất hơi của dung dịch (Pi) chứa chất hòa tan không bay hơi luôn

luôn nhỏ hơn áp suất hơi của dung môi nguyên chất ( ) ở cùng nhiệt độ

Giả sử dung dịch chứa chất hòa tan không bay hơi với phần mol là thì

phần mol của dung môi là 1- Theo (2.1)

P = Po(1- ) = Đặt Po – P = P là độ giảm áp suất hơi của dung dịch so với dung môi nguyên

chất, ta có:

=

n2 – số mol chất hòa tan không bay hơi

n1 – số mol của dung môi

1.3 Hệ thống lý thuyết phần cân bằng hóa học[2,3,5]

1.3.1 Định nghĩa cân bằng hóa học

Cân bằng hóa học là trạng thái của phản ứng thuận nghịch khi G = 0

hoặc khi tốc độ của phản ứng thuận bằng tốc độ của phản ứng nghịch Cân

a, b, c, d- hệ số tỉ lượng của các chất A, B, C, D trong phương trình hóa học

Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng thì G = 0:

= - RTln(

)cb (3.2) – áp suất riêng phần (atm) của A, B, C, D trong phản ứng lúc

cân bằng

Ở trạng thái cân bằng thành phần các chất trong phản ứng không biến

đổi, nên tỉ số sau là hằng số:

(

)cb = (3.3) – hằng số cân bằng áp suất chỉ phụ thuộc vào bản chất phản ứng và

nhiệt độ

Thay (3.3) vào (3.2) : = - RT ln (3.4)

: J/mol-1 ; R = 8.314 J.K-1.mol-1 ;T= (toC + 273)K

Thay (3.4) vào (3.1) = RTln (3.5) (3.4) và (3.5) là các phương trình đẳng nhiệt Van’t Hoff

Kc – hằng số cân bằng nồng độ; Kc chỉ phụ thuộc bản chất phản ứng và nhiệt

độ

xi – phần mol của cấu tử i ở trạng thái cân bằng

- Mối liên hệ giữa các hằng số cân bằng

Giữa các hằng số cân bằng của phản ứng xác định ở cùng nhiệt độ có mối liên

hệ như sau:

Kp = Kc = Kn ∑ = Kx (3.9)

R – hằng số khí lý tưởng, ở đây R = 0,082 (l.atm.K-1.mol-1);

– hiệu số số mol khí ở vế sản phẩm và số mol khí ở vế các chất phản ứng

trong phương trình hóa học;

P – (atm) áp suất của hệ lúc cân bằng;

∑ – tổng số mol khí (kể cả các khí không phản ứng) của hệ lúc cân bằng

Vậy các hằng số Kn và Kx không những phụ thuộc vào bản chất phản ứng

và nhiệt độ như các hằng số Kp và Kc, mà còn phụ thuộc vào áp suất và tổng

số mol khí trong hệ lúc cân bằng

Khi số mol khí ở hai vế của phương trình hóa học bằng nhau hoặc phản

ứng không có chất khí ( , thì:

Kp = Kc = Kn = Kx Riêng trường hợp khi áp suất của hệ lúc cân bằng Pcb = 1,0 atm, thì:

Kp = Kx

1.3.3 Hằng số cân bằng trong hệ dị thể

Hệ dị thể là hệ có bề mặt phân chia trong hệ, qua bề mặt này có sự thay

đổi đột ngột tính chất Thí dụ: hệ gồm chất rắn và chất khí, hệ gồm chất rắn và

chất tan trong dung dịch

Vì áp suất ảnh hưởng rất ít đến chất ngưng tụ (chất rắn, chất lỏng), nên

nếu chất ngưng tụ không hòa lẫn với các chất khác trong phản ứng ( như tạo

dung dịch rắn), thì hóa thế của nó chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, nghĩa là hóa thế

của chất ngưng tụ trùng với hóa thế chuẩn của nó Vì vậy trong các biểu thức

hằng số cân bằng K không có mặt thành phần của chất ngưng tụ Ví dụ:

C(gr) + CO2(k) ⃗⃗⃗ 2CO(k)

Kp = (

)cb ; Kc = (

)cb;

1.3.4 Sự chuyển dịch cân bằng hóa học

Sự chuyển dịch cân bằng là sự di chuyển từ trạng thái cân bằng này sang

trạng thái cân bằng khác do các tác động của các yếu tố từ bên ngoài lên cân

bằng

1.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học

1.3.5.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến cân bằng

Phương trình đẳng áp Van’t Hoff :

( )Po =

(3.10) Nếu phản ứng thu nhiệt ( H > 0), khi tăng nhiệt độ Kp tăng, nghĩa là

cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận

Nếu phản ứng tỏa nhiệt ( H < 0), khi tăng nhiệt độ Kp giảm, nghĩa là cân

bằng chuyển dịch theo chiều nghịch

Lý luận tương tự cho trường hợp giảm nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch

theo chiều ngược lại

Trong khoảng hẹp nhiệt độ, nếu coi Ho

là hằng số đối với nhiệt độ, thì

từ (4.10) ta được:

ln =

- Nếu n > 0, khi Pcb tăng thì Kx tăng, nghĩa là cân bằng chuyển dịch

theo chiều thuận

- Nếu n = 0, áp suất không làm chuyển dịch cân bằng

1.3.5.3 Ảnh hưởng của nồng độ đến cân bằng

Xét cân bằng sau trong một bình kín ở nhiệt độ không đổi:

C(gr) + CO2(k) ⃗⃗⃗ 2CO(k)

Kc = (

)cb (3.12)

Vì Kc là hằng số ở nhiệt độ không đổi, nên việc thêm hoặc bớt một

lượng CO2 hoặc CO vào hệ cân bằng đều làm cho tỉ số (3.12) biến đổi, do đó

cân bằng phải chuyển dịch cho tới khi tỉ số (3.12) trở lại giá trị ban đầu

Do đó, nếu thêm CO2 vào hệ cân bằng, thì CO2 phải phản ứng thêm với

C để giảm bớt lượng CO2 và tăng thêm lượng CO Tương tự, với trường hợp

lấy bớt lượng CO2, cho thêm hoặc lấy bớt lượng CO

Việc thêm hoặc bớt một lượng nhỏ chất rắn hoặc lỏng (ở dạng nguyên

chất) không ảnh hưởng đến cân bằng, vì thành phần chất ngưng tụ không có

mặt trong biểu thức của hằng số cân bằng K

1.3.6 Nguyên lý chuyển dịch cân bằng Le Chatelier

Một hệ đang ở trạng thái cân bằng, khi chịu một tác động từ bên ngoài,

như làm biến đổi nhiệt độ, áp suất, nồng độ, thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo

chiều làm giảm tác động bên ngoài đó

Nguyên lý Le Chatelier áp dụng cho cả cân bằng vật lý

CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG BÀI TẬP PHẦN DUNG DỊCH

2.1 Dạng bài tập xác định thành phần của dung dịch

Bài 1[7]: Hòa tan 3,42 g MgCl2; 2,63 g NaCl vào 88,20 g nước Tìm nồng độ

% về khối lượng của NaCl , MgCl2 và nước

- Nồng độ phần trăm khối lượng:

C% =

100% =

100% = 35%

Bài 3[1]: Dung dịch NaBr trong nước 25% có khối lượng riêng là 1,223

g/cm3 Tính thành phần dung dịch biểu thị qua phân số mol, nồng độ molan

- Nồng độ molan:

MNaBr =

1000 =

1000 = 3,236 (mol/1000g)

Bài 4[1]: Dung dịch H3PO4 trong nước 50% có khối lượng riêng bằng 1,332

g/cm3 Tính nồng độ chất tan trong dung dịch theo nồng độ mol thể tích và

nồng độ molan Cho thể tích của dung dịch bằng 1 lít

= =

= 6,796 (mol) Nồng độ mol thể tích: CM = =

Bài 1 [5]: Nhiệt độ sôi của CS2 là 319,2K Dung dịch chứa 0,217 (g) S hòa

tan trong 19,31 (g) CS2 ban đầu sôi ở 319,304K Hằng số nghiệm sôi của CS2

bằng 2,37 Xác định số nguyên tử lưu huỳnh trong một phân tử khi tan trong

Số nguyên tử S trong một phân tử: 256/32 = 8 (nguyên tử)

Bài 2 [5]: Xác định được khối lượng mol của đinitrobenzen, biết nếu hòa tan

1,0 (g) chất này trong 50,0(g) benzen thì điểm sôi tăng 0,30oC Cho

= 2,53

Giải:

Ta có: = mB =

= = 0,119 (mol/1000g)

Bài 3[1]: Benzen nóng chảy 5,42oC, sôi ở 80,1oC dưới áp suất tiêu chuẩn

Nhiệt hóa hơi của nó ở nhiệt độ sôi bằng 399,40 J/g Dung dịch chứa 12,8 (g)

naphtalen (C10H8) trong 1000(g) benzen nóng chảy ở 4,918oC Xác định :

a) Nhiệt độ sôi của dung dịch

b) Nhiệt nóng chảy riêng của benzen

= 0,1 (mol/1000g) = = 2,595 0,1 = 0,2595o

C = ts(dd) – ts(dm)

ts(dd) = + ts(dm) = 0,2595 + 80,1 = 80,36oC

b) = 5,42 – 4,918 = 0,502oC

= KS =

= = 5,05

Knc =

= 5,02

= 5,02 = 128,38 (J/g)

Bài 4[1]: Xác định giá trị thực nghiệm của hằng số nghiệm sôi đối với nước

biết rằng dung dịch chứa 0,45 (g) ure (NH2)2CO trong 22,5 (g) H2O có điểm

sôi cao hơn điểm sôi của H2O nguyên chất là 0,17oC

- So sánh kết quả này với việc tính hằng số nghiệm sôi của nước từ nhiệt hóa

hơi riêng của nước ở nhiệt độ sôi tiêu chuẩn (100o

- Tính từ nhiệt hóa hơi riêng:

=

h / A

=

= 0,51

Kết luận: Hai kết quả phù hợp nhau

Bài 5[1]: Cho 10 (g) một chất hòa tan vào 100 g benzen thì dưới cùng một áp

suất không đổi, nhiệt độ sôi của hệ tăng từ 80,10oC đến 80,90o

C

a) Xác định hằng số nghiệm sôi KS của benzen?

b) Xác định khối lượng mol của chất tan?

Biết nhiệt hóa hơi của benzen là Hhh = 30,8 kJ/mol

Thay các giá trị vào ta được:

Gọi MB là khối lượng mol chất tan:

mB =

.1000 = 0,304 (mol/1000g)

MB =

= 329 (g/mol)

Vậy phân tử lượng chất tan bằng 329 đvC

Bài 6[1]: Nhiệt độ sôi của benzen (C6H6) là 80oC, nhiệt hóa hơi của nó là

30773,32 J/mol Xác định hằng số nghiệm sôi của benzen?

Đ/s: Ks(C6H6) = 2,63

Bài 7[5]: Một dung dịch chứa 17,1 (g) chất tan không bay hơi, không điện li

trong 0,500kg nước bắt đầu đông đặc ở -0,186o

C Tính khối lượng mol của chất tan và nhiệt độ bắt đầu sôi của dung dịch

Cho: Kđ(H2O) = 1,86 ; Ks(H2O) = 0,52

Đ/s: M = 342 g/mol; ts = 100,052oC

2.3 Dạng bài tập liên quan đến nhiệt độ đông đặc của dung dịch chất tan

không bay hơi

Bài 1[1]: Hãy xác định hằng số nghiệm lạnh Kb và hằng số nghiệm sôi Ks đối

với tetraclorua cacbon; cho biết các dữ kiện sau:

a) Ứng với nhiệt độ nóng chảy 250,3K, nhiệt nóng chảy Hnc = 2,5 kJ/mol

b) Ứng với nhiệt độ sôi 350K, nhiệt hóa hơi Hhh = 30,3 kJ/mol phân tử lượng

của tetraclorua cacbon là 153,8 g/mol

Hhh = 30,3.103.153,8-1 (J/g)

Ks =

hh/ A

= = 5,17

Bài 2[1]: Xác định nhiệt độ đông đặc của dung dịch gồm 100 gam H2O chứa

2 gam NaCl Biết hằng số nghiệm lạnh của nước là: Kb = 1,85

Bài 3[5]: Etilen glicol (CH2OH-CH2OH) là một chất chống đóng băng dùng

cho ôtô Đó là chất tan trong nước và không bay hơi (nhiệt độ sôi 197o

C)

Tính nhiệt độ bắt đầu đóng băng và nhiệt độ bắt đầu sôi của dung dịch chứa

651,0 gam hợp chất này trong 2505 gam nước

mB =

1000 = 4,1916 (mol/1000g)

= Kb mB = 1,86 4,1916 = 7,796o

C = tđ(dm) – tđ(dd) 7,796 = 0 - tđ(dd)

tđ(dd) = -7,796oC

- Nhiệt độ bắt đầu sôi:

= Ks mB = 0,52 4,1916 = 2,18o

C = ts(dd) – ts (dm) 2,18 = tđ(dd) – 0

mB =

1000 mB =

1000 0,01 =

. 1000 M = 92 (g/mol)

Bài 5[1]: Một dung dịch gồm 100 gam benzen hòa tan 10 gam một chất tan

không bay hơi có nhiệt độ đông đặc là -0,74o

C

Nhiệt độ đông đặc của benzen nguyên chất dưới cùng áp suất bằng 5,5oC

a) Tính hằng số nghiệm lạnh Kb đối với benzen, cho nhiệt hóa hơi riêng của

dung môi bằng 125,947 J/g

b) Xác định khối lượng mol của chất tan trong dung dịch