Bài giảng Giản đồ pha: Chương 5 - Nguyễn Văn Hòa

Bài giảng Giản đồ pha - Chương 5: Giản đồ độ tan đẳng nhiệt của các hệ bậc 3 muối nước trình bày giản đồ độ tan đẳng nhiệt của các hệ bậc 3 muối nước có ion chung; ví dụ tính toán dựa trên giản đồ độ tan đẳng nhiệt hệ bậc 3 muối – nước. Mời các bạn cùng tham khảo.

1 GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC

HỆ BẬC 3 MUỐI - NƯỚC CÓ ION CHUNG

• Hệ bậc 3 muối – nước có ion chung là hệ gồm 2 muối có

ion chung và nước: AX – AY – H2O

nồng độ của 2 muối Từ đây giản đồ độ tan đa nhiệt phải

có dạng không gian 3 chiều Đó là lăng trụ 3 mặt, thànhphần hệ được biểu diễn trên tam giác phẳng đáy và nhiệt

độ được biểu diễn trên các trục thẳng góc với mặt đáy

• Giản đồ đa nhiệt không gian cho

phép tính toán các quá trình xảy

ra khi thay đổi nhiệt độ

• Giản đồ độ tan đẳng nhiệt và

cho phép tiến hành các tính toán

nhiều quá trình khác nhau ở

nhiệt độ khảo sát

• Khi biểu diễn thành phần theo % (khối lượng, mol) hay

phần đơn vị thì có thể biểu diễn giản đồ ở dạng tam giác

đều (phương pháp Ghipxơ – Rôzêbom) hay tam giác vuông (phương pháp Xcơrâynơmake) mà được gọi là tam

giác thành phần hay tam giác nồng độ

• Khi biểu diễn thành phần theo

gam muối đối với 100 hoặc

thì dùng tọa độ vuông góc để biểu

diễn giản đồ độ tan đẳng nhiệt

(phương pháp Xcơrâynơmake).

Theo phương pháp này chỉ có thể áp dụng quy tắc đònbẩy để tính lượng nước bay hơi khi cô đẳng nhiệt dungdịch hay để tính toán đối với quá trình hòa tan, kết tinhmuối hydrat

1.1 Giản đồ độ tan đẳng nhiệt hệ tạo thành hỗn hợp eptonic

a Trường hợp 2 muối kết tinh dạng khan:

Đường cong độ tan: nhánh aE biểu diễn độ tan của AX

(trong sự có mặt của AY), nhánh bE biểu diễn độ tan của

AY (trong sự có mặt của AX) ở nhiệt độ khảo sát

Điểm vô biến tương hợp eptonic: E, tại đây xảy ra sự kết

Vùng pha: (1) – vùng 1 pha lỏng; (2) và (3) – vùng 2 pha

lỏng + rắn; (5) – vùng 3 pha lỏng + rắn AX + rắn AY

dung dịch M:

b Trường hợp 1 trong 2 muối kết tinh dạng hyđrat:

Giản đồ độ tan đẳng nhiệt có 2 dạng: dạng (I) - muối khankhông có nhánh đường cong độ tan trên giản đồ và dạng (II)

- muối khan có nhánh đường cong độ tan

Đường cong độ tan: nhánh độ tan EP của muối AY.

Điểm vô biến: ngoài điểm vô biến eptonic E tương ứng cân

chuyển), tại đây xảy ra quá trình kết tinh vô biến không

Vùng pha: (1) – vùng 1 pha dung dịch chưa bảo hòa; (2),

(3), (4) - vùng 2 pha: dung dịch bảo hòa 1 muối và tinh thểmuối rắn đó; (5), (6) - vùng 3 pha: dung dịch bảo hòa 2 muối

và tinh thể 2 muối rắn đó; (7) - vùng 3 pha rắn (tinh thể 3muối rắn)

• Xét quá trình cô đẳng nhiệt dung dịch N:

AX

2

x W(H O)

1.2 Giản đồ độ tan đẳng nhiệt hệ tạo thành muối kép

Muối kép tạo thành là khan (AX.AY) hòa tan tương hợp (I)

tan tương hợp (III) hay không tương hợp (IV)

bảo hòa; (2) - vùng 2 pha: dung dịch bảo hòa 1 muối vàtinh thể muối rắn đó; (3) - vùng 3 pha: dung dịch bảo hòa

2 muối và tinh thể 2 muối rắn đó; (4) - vùng 3 pha rắn:tinh thể 2 muối đơn và muối kép

2

1 E

S(AX.AY) 3

3 o

E E O

a 2 3

AX

3

AY (AX.AY)

b

S (AX.AY)

2

2

P 1

E

AY 2

a

4 3

b

p

AY

S (AX.AY.nH O)2

Đường cong độ tan: aE1, bE2 (bP) là của muối đơn;

E1E2(E1P) là của muối kép (S)

vô biến tương hợp: LE1 ⇌ AX + S và LE2 ⇌ S + AY

P là điểm chuyển, tương ứng quá trình kết tinh vô biến

O là giao điểm của E1E2 với tia WS Dung dịch O có tỉ lệthành phần 2 muối AX và AY ứng đúng tỉ lệ thành phần 2muối đó trong muối kép Tia WS chia giản đồ thành 2 giản

đồ đơn giản thứ cấp

• Xét quá trình hòa tan muối kép S vào trong nước để được

dung dịch có điểm hệ tại M, sau đó thực hiện quá trìnhbay hơi đẳng nhiệt dung dịch M trong 2 trường hợp hìnhIII và IV

• Xét quá trình hòa tan hỗn hợp 2 muối AX và AY có điểm

hệ tại K (hình IV) vào trong nước cho đến khi được dungdịch tại I, sau đó cô đẳng nhiệt dung dịch I cho đến khiđược muối kép S tinh khiết cực đại

 Khảo sát quá trình cô đẳng nhiệt trên giản đồ

vuông góc:

1.3 Giản đồ độ tan đẳng nhiệt hệ tạo thành dung dịch rắn

a Trường hợp taọ thành dung dịch rắn liên tục:

AX, AY khi kết tinh tạo thành một dãy dung dịch rắn liên tục

cạnh AXAY Vùng WabW là vùng 1 pha, tương ứng dungdịch chưa bảo hòa, vùng abAYAXa là vùng 2 pha, tương ứngdung dịch bảo hòa  và các tinh thể  nằm cân bằng

Xét quá trình cô đẳng nhiệt dung

dịch M:

b Trường hợp tạo thành dung dịch rắn hạn chế:

b L

P E

Điểm eptonic E tương ứng dụng dịch bảo hòa đồng thời, 

và AX.nH2O nghĩa là tại E sẽ xảy ra quá trình kết tinh vôbiến tương hợp LE ⇌  + AX.nH2O

(có thành phần là Q) và  (có thành phần là R) Tại P xảy raquá trình kết tinh vô biến không tương hợp: LP + Q ⇌ R

• Xét quá trình bay hơi đẳng nhiệt dung dịch M:

2 VÍ DỤ TÍNH TOÁN DỰA TRÊN GIẢN ĐỒ

ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT HỆ BẬC 3 MUỐI – NƯỚC

2.1 Ví dụ 1: Trộn nước ót (nước biển sau khi tách NaCl,

tinh NaCl Hãy dựa trên giản đồ độ tan đẳng nhịêt hệ NaCl –MgCl2 – H2O ở 25oC để giải thích và tính lượng NaCl tách

ra khi trộn dung dịch NaCl gần bảo hòa gồm 23,5 kg NaCl

và 66,5 kg H2O với dung dịch MgCl2 có thành phần là 84,0

kg MgCl2 và 156,0 kg H2O ở 25oC

2.2 Ví dụ 2: Cho giản đồ hệ NaCl – KCl – H2O với 2đường độ tan đẳng nhiệt ở 25o và 100oC Hãy sử dụng giản

đồ này để tách 2 muối NaCl, KCl ra dưới dạng nguyên chấttrong hỗn hợp: 7,5 kg NaCl, 15,0 kg KCl và 100 kg H2O