ÔN TẬP CHƯƠNG III : CÂN BẰNG HOÁ HỌC

Chia sẻ: Nguyễn Văn Quang | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:30

Thêm vào BST

Báo xấu

321
lượt xem 50
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương trước xét nguyên lý II dùng để xác định chiều hướng của pưhh và chiều tự diễn biến của một phản ứng hoá học. Ở chương này, chúng ta sẽ xét ứng dụng của nguyên lý II đối với phản ứng hoá học.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: ÔN TẬP CHƯƠNG III : CÂN BẰNG HOÁ HỌC

CHƢƠNG III : CÂN BẰNG HOÁ HỌC Chƣơng trƣớc xét nguyên lí II dùng để xác định chiều hƣớng của pƣhh và chiều tự diễn biến của một phản ứng hóa học. Ở chƣơng này, chúng ta sẽ xét ứng dụng của nguyên lí II đối với phản ứng hóa học. Hoạt động của thầy và trò Nội dung Về nguyên tắc, mọi pƣhh đều là pƣ 3.1. Khái niệm về cân bằng. thuận nghịch. Tuy nhiên nếu vận tốc Một phản ứng hh xảy ra theo một chiều của một chiều nào đó lớn hơn hẳn xác định nào đó và sẽ đạt tới TTCB. VD: a A+b B+…  g G+d D+… vận tốc của chiều kia thì pƣ đƣợc xem nhƣ 1 chiều Trong đó: A tác dụng với B tạo ra G và + Tuỳ theo cách tiến hành mà một D gọi là pƣ thuận có vận tốc vT; G tác pƣhh có thể là một quá trình thuận dụng với D tạo ra A và B gọi là pƣ nghịch hay bất thuận nghịch nghịch có vận tốc vn + KhivT=vN thì pư đạt tới TTCBHH *Các tính chất của cbhh:  + Không thay đổi theo tgian. Nếu các đk bên ngoài thay đổi thì cb bị dịch chuyển theo  + Cbhh là một cân bằng động: nghĩa là ở đk thông số của hệ tuy không thay đổi theo tg nhƣng pƣ vẫn xảy ra, nhƣng tốc độ phản ứng thuận và nghịch bằng nhau.  + Cân bằng hóa học có thể tiến hành theo hai chiều. 3.2. Định luật tác dụng khối lƣợng và
hằng số cân bằng. VD: Xét pư A + B  C 3.2.1. Định luật tác dụng khối lượng. Tại thời điểm ta xét, ký hiệu nồng độ Tốc độ phản ứng tỉ lệ với tích số các chất lần lƣợt là A] , B] , C] nồng độ của các chất tác dụng (theo lũy + Nếu gọi v là tốc độ phản ứng ta thừa của các hệ số tỉ lượng) có: v = k . A] . B] Trong đó: k là hằng số tốc độ phản ứng Trƣờng hợp tổng quát. mA + nB  cC v = k . [A]m . [B]n VD: 2NO + O2  2NO2 v = k . [NO]2 . [O2] C + O2 = CO2 v = k . [O2] . [C] = k . [O2] [C] = 1vì cacbon là chất rắn. 3.2.2 Hằng số cõn bằng. VD: A+B C+D Gọi vt là tốc độ phản ứng thuận vn là tốc độ phản ứng nghịch vt = kt . [A] . [B] vn = kn. [C] . [D] Tại lúc cân bằng vt = vn  kt . [A] . [B] = kn. [C] . [D] [C] . [D] kt  kn = =K [A] . [B]
Với các phản ứng thuận nghịch: cân bằng sẽ đạt đƣợc khi tích số nồng độ của các chất tạo thành sau phản ứng chia cho tích số nồng độ các chất tham gia phản ứng là một hằng số tại một nhiệt độ cho trƣớc. TQ: mA + nB pC + qD [C]p. [D]q K= [A]m . [B]n K:Hằng số cân bằng của pƣ thuận nghịch Nếu K lớn:pƣ xảy ra theo1 chiều ( thuận) VD 1: Cho pư K không phụ thuộc nồng độ các chất mà N2 +O2   2NO 0 tC phụ thuộc nhiệt độ. Tại các nhiệt độ khác nhau kt và kn có các giá trị khác nhau và 1mol 1mol 2mol Tại nhiệt độ xác định nồng độ cân chỉ bằng vận tốc khi nồng độ bằng đơn vị. Khi nồng độ thay đổi thì vận tốc cũng bằng của 3 chất là: thay đổi nhƣng K không đổi. Do đó K [N2]cb = [O2]cb = 3M ; [NO] chỉ phụ thuộc nhiệt độ. cb = 2M. Tính hằng số cân bằng K và nồng độ ban đầu của [N2] ; [O2] [NO]2 22 4 K= = 3.3 =9 = [N2] . [O2] 0,44. Theo phƣơng trình trên: 1mol N2 + 1mol O2 = 2mol NO Muốn tạo 4mol NO cần 2mol N2 + 2mol O2
Nồng độ ban đầu của N2 và O2 [N2]bđ = [N2]cb+[N2]đã p = 3M + 1M = 4M [O2]bđ =[O2]cb + [O2]đã p = 3M + 1M = 4M VD 2: Cho biết ở một nhiệt độ nhất định, hằng số cân bằng của phản ứng. CO2 + H2  CO + H2O có K=2 Tính nồng độ khi cân bằng biết [CO2]bđ =5M, [H2]bđ = 1M Giải: Phƣơng trình phản ứng: CO2 + H2  CO + H2O 1 mol 1 mol 1 mol 1 mol 1 mol CO2 +1 mol H2  1 mol CO + 1 mol H2O Theo đl tác dụng khối lƣợng: [CO] . [H2O] K = = [CO2] . [H2] x2 x.x (5 - x) . (1 - x)= (5 - x) . (1 - x) = 2 Điều kiện : 1 > x > 0 Biến đổi ta có: x2 – 12x + 10 = 0  x1=11,1(loại); x2=0,9
Vậy tại lúc cân bằng : [CO]cb = [H2O]cb = 0,9M [CO2]cb = 5 – 0,9 = 4,1M [H2]cb = 1 – 0,9 = 0,1M *Hằng số cân bằng biểu diễn qua một số gd PG PD ... Chú ý: a b là áp suất riêng phần đại lƣợng. Cho pt: a A+ b B d D+ g G PA .PB ... pg .pd của chất ở đ k ban dầu khảo sát,khác + Kp = [ G D ]cb .Trong đó pi là áp suất pa .p B b với Kp là bt chứa các p ở đkcb.Kí A riêng phần của các chất gd PG PD ... hiệu: a b = K’p thì ni PA .PB ... Theo đl Đantơn: Pi = .p (ni là số  ni  Gpƣ= - RT ln Kp + RT ln K’p mol chất i trong hệ; p là áp suất chung VD: Ở 4200C của hệ) 2HI Kc = 50. Xét chiều H2 + I2 Cg .Cd hƣớng của pƣ khi nồng độ các chất + Kc = [ G D ]cb . Trong đó Ci là nồng Ca .CB b trong hh đầu có gtrị sau đây: A độ mol chất I ở TTCB. 1. [H2 ] = 2M; [I2 ]=5M; [HI]=10M nd .n g 2. [H2 ]=1,5M;[I2 ]=0,25M;[HI]=5M + Kn =( D G )cb . Trong đó ni là số mol na .nb 3. [H2 ]=1M;[I2 ]=2M; [HI]=10M AB Giải: Áp dụng pt Van’tHoff ở T, khí I ở TTCB V=const :  G=RT(ln K’c – ln Kc) + Mối liên hệ giữa Kp và Kc : 10 2 1. K’c= =10 < Kc . Vậy pƣ tự xảy Thay pi V = ni RT vào Kp ta đƣợc: 2.5 K = K . RT  . Trong đó ra theo chiều thuận. p c 2. K’c=52 / 1,5.0,25 = 66,67>Kc. Vậy  = (g+ d+…) – ( a+b+…) pƣ tự xảy ra theo chiều nghịch. + Mối liên hệ giữa Kp và Kn: 3. K’c=100/1.2=50=Kc. pƣ đạt ttcb.
VD2. Trộn 0,292 mol H2 (k); 0,292 K = K .( P )n  n cb p n mol I2(k) và 3,96 mol HI(k) vào một Pt đẳng nhiệt của pƣhh( Van’t bình dung tích 2 lít ở 4300C xảy ra 3.3. Hoff) và chiều của pƣhh pƣ sau: H2+I2 2HI; Kc = 54,3 Việc chứng minh pt này liên quan đến 1. Hỏi chiều của pƣ này? thế hh (đại lƣợng xuất hiện trong chƣơng 2. Tính nồng độ các khí lúc đạt tới II. Các yếu tố ảnh hƣởng của  G ttcb. (đọc thêm trong giáo trình) Giải: [H2 ]=0,292/2=0,146 M=[I2 ] [HI]=3,96/2=1,98M gd PG PD ...  Gpƣ = - RT ln Kp + RT ln a b K’c = 0,1462/1,98=183,9>Kc. Vậy pƣ PA .PB ... tự xảy ra theo chiều nghịch. Trong đó: GT0 = - RT lnKp 2. H2 + I2 2HI Dựa vào pt này có thể xét đƣợc chiêù Nđbđ 0,146 0,146 1,98 hƣớng và giới hạn của pƣ Nđcb 0,146+x 0,146+x 1,98-2x *ở đk T, P=const X=0,096; [H2 ]=[I2 ]=0,242 M; . Nếu  G Kp thì pƣ tự xảy ra theo chiều nghịch. . Nếu  G=0 hay K’p = Kp thì pƣ đạt tt cân bằng. * Ở đk T, V=const: thay Kp bằng Kc và K’p = K’c ta có tƣơng tự: VD: Ở 500K, hằng số cân bằng của .  G=-RT ln Kc + RT ln K’c SO3 Kp=2,138.105 pƣ:SO2 + ½ O2 Tính Kp của pƣ ở 700K biết rằng trong khoảng nhiệt độ đó,  H= 97,906 kJ/mol. Giải. Áp dụng pt đẳng áp Van’T
 ln K p H )p  Hoff : ( ) T RT 2 Lấy tích phân 2 vế với  H không đổi theo nhiệt dộ ta có: H T2 T2 1  ln K p dT  T dT 2 R T1 T1 H 1 1 ( K p )T2 (  ) với T2=700K;  ln ( K p )T1 R T1 T2 T1=500K => Kp,700 = 1,78.108 3.4. Pt đẳng áp và đẳng tích Van’t Hoff. Ảnh hƣởng của nhiệt độ tới cbhh. Để xét sự phụ thuộc của nhiệt độ tới cbhh, lấy vi phân pt đẳng nhiệt theo nhiệt độ, trong đó, K’p không phụ thuộc vào nhiệt độ.  ln K p G ) P  R ln K p  R ln K p  RT ( ' ) p (1) ( T T Mặt khác: G=H-TS=U+PV-TS dG=dU+PdV+VdP-TdS-SdT(2) Và dS=  Q/T =>  Q = dU + A = dU + PdV = TdS Thay TdS vào (2) ta đƣợc: dG=dU+PdV+VdP-dU-PdV-SdT  dG = VdP – SdT  (  G/  T)p=-S( dP=0; dT=1)
 (   G/  T)p= -  S Vậy:  G=  H-T  S=  H+T(   G/  T)p Thay (1) vào đó, ta đƣợc:  G=  H+TRlnK’p-RTlnKp- RT2(  lnKp/  T)p (3) Mặt khác:  G=-RTlnKp+RTlnK’p (4) Ghép (3) và (4) ta đƣợc:  ln K p H )p  ( ) T RT 2 Tƣơng tự với vcác pƣhh xảy ra ở V Áp suất tỉ lệ thuận với tỉ lệ các chất  ln K U trong hệ pƣ. Khi tăng áp suất , cb sẽ không đổi: ( T )v  RT 2 c chuyển dịch theo chiều làm giảm số 3.5. Sự chuyển dịch cân bằng. Nguyên mol các chất trong pƣ lí chuyển dịch Le Chatelier Bt Kp cũng cho chiều tƣơng 1.Phát biểu.Khi pƣhh đã đạt ttcb, chịu tác tự phù hợp động của nhiệt độ, áp suất hoặc nhiệt độ thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm tác dụng của các yếu tố đó. 2. Sự ảnh hƣởng của nhiệt độ đến chuyển dịch cân bằng: Khi tăng nhiệt độ của pƣ, cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm nhiệt độ của pƣ. - Phản ứng toả nhiệt: Khi tăng nhiệt độ, cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều thuận. Ngƣợc lại, khi giảm nhiệt độ, cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều nghịch. - Pƣ thu nhiệt: khi tăng nhiệt độ, cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều thuận.
ngƣợc lại. - Áp dụng pt đẳng áp Van’t Hoff cũng phù hợp với nguyên lí. 3. Ảnh hƣởng của nồng độ đến chuyển dịch cân bằng: Kc của pƣ xác định chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, nên khi tăng hoặc giảm đẳng nhiệt nồng độ một chất nào đó có mặt trong bt của Kc, thì cân bằng sẽ chuyển dịch sang phía làm giảm hoặc tăng chất đó để giữ cho Kc không đổi.Sự thêm bớt lƣợng chất rắn hay lỏng nguyên chất không làm cân bằng chuyển dịch 4. Ảnh hƣởng của áp suất đến chuyển dịch cân bằng. Áp suất tỉ lệ thuận với số mol chất khí. Dựa vào bt của Kx thấy: Khi tăng áp suất thì cb chuyển dịch về phía giảm áp suất và ngƣợc lại. BÀI TẬP CHƢƠNG III Bài 1. Cho pƣ: C(gr) + CO2 (k)  2COk Kp = 1,41 ở 7270C Cho 1 mol CO2 và một lƣợng dƣ C vào trong một bình chân không kín ở 7270C. Tính phần trăm CO2 đã pƣ khi pƣ ở TTCB biết rằng áp suất lúc cân bằng là 1 atm C(gr) + CO2 (k)  2COk Kp = 1,41 ở 7270C Giải. Số mol lúc đầu 1 0 1-  2 Số mol ở cân bằng
= 1+  Tổng số mol khí lúc cb (2 ) 2 1, 0 4 2 4 2    0,51 hay  =51% CO2 đã pƣ Kp  )  1, 41  ( 1 1  1 2 1 2 Na2CO3 tt + CO2 k + H2O k H 298 =129,7 kJ 0 Bài 2. 2NaHCO3 tt a. Thiết lập pt Kp = f(P), P là áp suất của hệ lúc cb, biết rằng lúc đầu chỉ có NaHCO3 tt b. Cho a mol NaHCO3 vào bình chân không dung tích 22,4 l. Khi cb ở 47 0 C đo đƣợc P=30 mmHg. Tính Kp, Kc của pƣ và số mol tối thiểu NaHCO3 cần có trong bình để đạt đƣợc áp suất 330,0 mmHg c. Tính G 0 và S 0 của pƣ ở 47 0C, coi  H0 và  S0 là hằng số đối với nhiệt độ Giải. a. PCO2=PH2O khi pƣ ở TTCB Kp = (P/2)2 = P2 /4 30, 0 2 1 -4 Kp  ( b. ) . =3,9.10 760, 0 4 3,9.104 =5,7.10-7 Kc = 2 (0, 082.320) Để tạo ra 1,0 mol CO2 và 1,0 mol H2O cần 2,0 mol NaHCO3. Vậy số mol NaHCO3 cần có là: n=PV/RT=30.22,4/760.0,082.320=3,4.10-2 mol c.  G0 = -RT ln Kp = -8,314. 320 ln 3,9.10-4 = 20,9 kJ 0  S = (129,7 – 20,9) / 320 = 0,34 kJ/K 2NO2 k .  H0 = 57 kJ Bài 3.Có hệ cb sau: N2O4 k 1.Tính Kp của pƣ ở 300K,biết rằng Kp ở 320K là 0,674 và  H0 là không đổi trong khoảng nhiệt độ nghiên cứu. 2.Xác định  S0 của pƣ, coi  S0 là hằng số trong khoảng 300K đến 320K H 0 1 1 K p (T2 ) Giải. a. ln (  ) Thay số ta có:  K p (T1 ) R T1 T2 57.103 1 1 0, 674   ln ( ) => Kp (T1) = 0,162 K p (T ) 8,314 300 320 1
H 0  G 0 b.  G0 =  H0 - T  S0 =>  S0 = T CH4 k ở 250C, biết hiệu ứng nhiệt Bài 4. Tính Kp của pƣ Ctc + 2H2 hình thành tiêu chuẩn của CH4 =-74848 J/mol; entropi tiêu chuẩn của C, H2 , CH4 lần lƣợt bằng: 5,69; 130,58; 186,19 J/mol.K Giải.  S0 = 186,19 – 2.130,58 – 5,69=-80,66 J/K  GT =  H T - T  ST = -74848 – 298.(- 80,66) = -50811 J 0 0 0 G0 50811   8,91=> Kp = 8,0.108 lgKp = 2,303.RT 2,303.8,314.298 Bài 5. Cho khí H2 vào bình chân không dung tích 4,0 lít sao cho áp suất trong bình bằng 0,82at ở 527 0C. Sau đó cho thêm 0,2mol khí HI vào bình. Cân bằng sau đƣợc thiết lập: H2 k + I2 (k) 2HI (k). Ở 527 0 C, hằng số cân bằng K=37,2. Tính: a.Áp suất của hệ lúc cân bằng b.Độ phân li  của HI thành H2 và I2 c.Tính áp suất riêng phần của các khí lúc cân bằng Giải. a. Vì  n=0 nên áp suất của hệ lúc cân bằng bằng áp suất ban đầu. 0, 2.0, 082.800 P=0,82+ =4,1 atm 4 0,82.4 b. nH  = 0,050mol 0, 082.800 2 H2 k + I2 k 2HI (k) Số mol ban đầu 0,05 0 0,2 Lúc đầu, pƣ thuận diễn ra đến TTCB, sau đó cho thêm HI vào thì cân bằng bị phá vỡ và xảy ra pƣ nghịch Số mol lúc cân bằng: 0,05+0,1  0,1  0,2 – 0,2   n = 0 => Kp =Kn = K (0, 2  0, 2 ) 2 = >  =0,13 37,2 = (0, 05  0,1 )0,1
ni c.Pi= => P  ni 0, 05  0,1 .4,1  1, 0 atm => PI2= 0,1  /0,25.4,1=0,21 atm;PHI = 2,9atm PH2 = 0, 25
CHƢƠNG IV : CÂN BẰNG PHA CỦA HỆ MỘT CẤU TỬ ( 3: 2; 1) 4.1. Một số khái niệm và định nghĩa: 1. Pha: - Khái niệm: Pha là tập hợp mọi phần đồng thể của hệ có thành phần và tính chất vật lí, hoá học giống nhau đƣợc ngăn cách với những phần đồng thể khác bởi những bề mặt phân chia. Bề mặt phân chia là những bề mặt vật lí mà khi đi qua nó có sự thay đổi đột ngột những tính chất vật lí vĩ mô nào đó của hệ. VD: Xét hệ dị thể gồm 2pha: nƣớc lỏng và nƣớc đá. Khi đi từ nƣớc đá sang nƣớc lỏng qua bề mặt phân cách thì khối lƣợng riêng giảm. CHú ý: phân biệt pha với tt tập hợp. Ngƣời ta thƣờng nhắc đến 3 TTTH là Rắn – lỏng – khí . Còn pha thì có nhiều hơn. VD: Một hệ gồm benzen – nƣớc không tan vào nhau. Đó là hệ gồm hai pha lỏng. Hay S có các dạng thù hình Sthoi ; S đơn tà . Đó là hai pha rắn của S 2. Hợp phần: các đơn chất, hợp chất hoá học cấu tạo nên hệ gọi là hợp phần. 3. Cấu tử: Là các hợp phần mà thành phần các pha trong hệ đƣợc xác định bởi nồng độ của nó. Việc chọn hợp phần nào làm cấu tử phụ thuộc vào mỗi trƣờng hợp cụ thể. VD1. Xét hệ gồm 3khí Ar; He; H2 ( không pƣ với nhau). Tp của hệ phải xác định bởi nồng độ của cả 3 khí một cách riêng biệt. Số hợp phần=số cấu tử = 3. Số pt liên hệ q=0 VD2. Xét hệ gồm 3 khí H2; I2; HI (với C 0  CI0  CHI ). 0 H2 2 2 CHI Ta biết I2 và H2 có pƣ với nhau . Khi pƣ đạt TTCB: Kc = . Khi CI 2  CH 2 biết nồng độ của 2 chất tuỳ ý ta có thể tính đƣợc nồng độ của chất còn lại.Do đó nồng độ của 2 trong 3 chất đủ xđ thành phần của hệ. Số hợp phần=3; Số cấu tử = 2; Số pt liên hệ = 1.
VD3. Xét 1bình pƣ chứa HI và đun nóng. Khi đun nóng HI bị phân huỷ 2HI H2 + I2 . CI 2 .CH 2 Khi pƣ đạt TTCB ta có: Kc = và CI2 = CH2. 2 CHI Nhƣ vậy chỉ cần biết 1 trong 3 nồng độ là có thể suy ra nồng độ 2 cháất còn lại do đó chỉ cần nồng độ 1chất là đủ xác định thành phần của hệ. Số hợp phần=3; Số cấu tử=1; Số pt liên hệ =2 Từ các VD trên ta suy ra quy tắc tính số cấu tử: K= R - q Số hợp phần Số ptlh 4. Hoá thế( thế hóa học) . *. Định nghĩa: Thế hoá học của cấu tử I là đạo hàm riêng của các hàm G, F theo số mol cấu tử I khi các thông số tƣơng ứng với các hàm đó và số mol của mọi cấu tử khác(j  i) là không đổi. Thƣờng các qt đƣợc nghiên cứu trong đk T, P = const nên thế hoá học thƣờng đƣợc đn theo hàm G G * Bt:  I = ( ) P ,T ,n j ( ji ) ( xem thêm t63) ni 5. Áp suất hơi bão hoà: Ở nhiệt độ xác định hơi nằm cân bằng với lỏng và rắn có áp suất hơi nhất định gọi là áp suất hơi bão hoà. 4.2. Điều kiện cân bằng pha. Các pha muốn cb nhau phải có các đk: a. Nhiệt độ các pha phải nhƣ nhau b. Áp suất chung trên các pha phải nhƣ nhau c. Hoá thế của mỗi cấu tử trong các pha phải = nhau VD. Xét TH tổng quát nhất: Hệ dị thể gồm K cấu tử( 1…K) và mỗi cấu tử đều có mặt trong tất cả  (  ,  , …,  ) khác nhau. Ba đk trên đƣợc viết là: (1). T   T   ...  T  ( cân bằng nhiệt) (2). P  P  ...  P ( cân bằng cơ)
1  1  ...  1 2  2  ...  2   ( cân bằng hoá thế) (3). ..........................  K   K  ...   K    4.3. Cân bằng lỏng – hơi . Áp suất hơi bão hoà. 1. Phương trình Clapeyron – Clausius ( chỉ áp dụng cho các quá trình chuyển pha của chất nguyên chất có sự thu hoặc toả nhiệt và có sự thay đổi thể tích riêng hoặc thể tích mol) Xét 1 hệ gồm 2pha  và  nằm cân bằng   Giả sử có sự chuyển pha xảy ra ở T, P =const. Nhƣ vậy đkcb pha là hoá thế của các cấu tử ở các pha phải = nhau. Nhƣng hệ chỉ có một cấu tử nên hoá thế đồng nhất với thế đẳng nhiệt đẳng áp. G  G        - Nếu thay đổi áp suất từ P đến P+dP thì T chuyển pha cũng thay đổi tƣơng ứng từ T đến T+dT( mặc dù dấu và giá trị không phải =nhau). Khi đó thế đẳng nhiệt đẳng áp cũng sẽ có giá trị mới G+dG. Khi hệ đạt TTCB G +d G = G  +d G  => d G =d G  mới ta có: => V  dp - S  dT = V  dp - S  dT => ( S  - S  )dT = ( V  - V  )dp  S. dT =  Vdp => dP/dT =  S/  V Mặt khác:  Scp = (  Hcp / Tcp ) =  H/T  H : Nhiệt chuyển pha. T: nhiệt độ tại đó xảy ra sự chuyển pha. H dP Vậy ta có: Là pt Clapeyron – Clausius . Pt này áp (4-1) = dT TΔV dụng nhiều trong việc khảo sát quá trình chuyển pha. Cho biết sự phụ thuộc của nhiệt độ chuyển pha vào áp suất tác dụng lên hệ. 2.Áp dụng pt Clapeyron – Clausius cho quá trình hoá hơi. L H a.Quá trình hoá hơi thu nhiệt  Hhh > 0 =>  V = Vh – Vl  Vh H dP dP b. Từ pt (4-1) suy ra: > 0 luôn đồng biến nghĩa là => = dT TΔV dT Phơi chất lỏng bao giờ cũng tăng theo T
c. Với đặc điểm riêng của qt hh ta tìm dạng cụ thể. Coi hơi là khí lí tƣởng. Vh = RT/P ( xét với 1 mol chất) H H .P dP H .P H dP   Thay vào (4-1): = => (4-2) = dT TΔV T . 2 RT 2 RT RT dT P dP H dT d ln p H Lấy tích phân không xác định bt trên:   . 2 => RT 2 P RT dT H 1 => lnp = - . + const RT Lấy tích phân xác định bt (4-2) ở hai nhiệt độ T1 và T2 tƣơng ứng với áp suất P1 và P2 thu đƣợc: H hh 1 1 P2  (  ) (4-3) lg P 2,303R T1 T2 1 VD: Ở 100 độ C áp suất hơi bão hoà của nƣớc là 1,013.10 5 Pa(1 atm) và nhiệt hoá hơi  Hhh = 40,65 kJ/mol. Tính áp suất hơi bão hoà của nƣớc ở 90 độ C. 40, 65.103 P2 1 1 Áp dụng pt (4-3) : lg   ) = > P2 = 0,697 atm ( 1, 013 2,303.8,314 373, 2 363, 2 Bài tập: Bài 1. Tính nhiệt hoá hơi trung bình của CH4 trong khoảng nhiệt độ từ 88,2K đến 112,2K, biết rằng áp suất hơi của CH4 ở hai nhiệt độ này lần lƣợt là 8,0.13 và 1.0013.105 Pa. H hh 1 1 P2 Giải. lg  () P 2,303R T1 T2 1 1,013.10 5 8,314.112, 2.88, 2  H= = 8,7 kJ/mol .lg (112, 2  88, 2).2,303 8.10 3 Bài 2. Áp suất hơi của photgen ở t1 =9,910C bằng 804,1 mmHg và ở t2 = 1,35 0C bằng 578,8 mmHg. Xác định nhiệt hoá hơi của hệ trong khoảng nhiệt độ trên. ĐS: 24,827 kJ/mol.
CHƢƠNG V: ĐẠI CƢƠNG VỀ DUNG DỊCH( 6: 4; 2) 5.1. Sự hình thành dung dịch và các loại dung dịch 5.1.1.Định nghĩa: Dung dịch là hỗn hợp đồng thể của hai hay nhiều cấu tử có thể ở trạng thái rắn, lỏng, khí. VD: dd lỏng: dd nƣớc đƣờng, dd muối ăn,…( những dd thu đƣợc khi cho chất khí, rắn hoặc lỏng hoà tan vào dung môi lỏng) - dd khí: Không khí hay một hh khí bất kì đều là một dd khí vì các chất khí có khả năng hoà tan vào nhau vô hạn - dd khí – rắn: H2 trong kim loại Plađi ( do kim loại Pd hấp thụ khí H2 – khí H2 khuếch tán vào trong kim loại và chiếm các chỗ khuyết trong hốc. * Chú ý: phân biệt chất tan và dung môi. Đối với sự htan chất rắn và chất khí vào trong chất lỏng thì chất rắn và chất khí là chất tan, chất lỏng là dung môi vì chất rắn và chất khí thƣờng hoà tan hữu hạn vào chất lỏng. Khi 2 chất lỏng hoặc khí hoà tan vào nhau, thƣờng chất nào có lƣợng tƣơng đối lớn hơn là dung môi, ít hơn là chất tan. VD: Không khí là 1 dd khí thì dung môi là N2; các khí khác là các chất tan. 5.1.2. Quan điểm phân tử về sự hình thành dd Tƣởng tƣợng quá trình hình thành dd gồm ba bƣớc: - Bƣớc 1: Là sự phân tách riêng rẽ các phân tử dung môi (  H1) - Bƣớc 2. Là sự phân tách riêng rẽ các phân tử chất tan (  H2) - Bƣớc 3. Các phân tử dung môi và chất tan hoà trộn vào nhau.(  H3) Trong 3 quá trình trên thì hai bƣớc 1 và 2 đòi hỏi phải cung cấp năng lƣợng để phá lực hút giữa các phân tử và nhƣ vậy đây là quá trình thu nhiệt. Ở bƣớc 3 quá trình này có thể toả nhiệt hoặc thu nhiệt. Các tiểu phân chất tan dễ dàng thay thế các phân tử dung môi trong cấu trúc dung môi phụ thuộc vào độ mạnh tƣơng đối của 3 dạng tƣơng tác: - Tƣơng tác dung môi – dung môi - Tƣơng tác chất tan – chất tan
- Tƣơng tác dung môi – chất tan Và nhƣ vậy thì nhiệt hoà tan  Hht =  H1 +  H2 +  H3. 5.1.3. Các loại dung dịch : Ở phƣơng diện NĐH phân thành 2 loại dd: dd lí tƣởng và dd thực - Dung dịch thực: Là dd tạo thành từ các cấu tử có cấu tạo và tính chất hoá lí khác nhau nhiều. Khi hình thành có kèm theo HƢN  H  0 và biến thiên thể tích  V  0 - Dung dịch lí tƣởng: Là dd đƣợc hình thành từ các cấu tử có cấu tạo và tính chất hoá lí gần giống nhau(  H = 0;  V = 0) VD: Nói một cách chặt chẽ thì chỉ có hỗn h ợp những đồng phân quang học, hh các đồng vị mới có thể xem là ddlis tƣởng . Tuy vậy trong thực tế nhiều dd thực xử sự gần nhƣ lí tƣởng( VD: dd khí lí tƣởng; dd lỏng vô cùng loãng…) và vì tính đơn giản của các quy luật áp dụng đƣợc đối với dd lí tƣởng nên việc khảo sát dd lí tƣởng có 1 ý nghĩa quan trọng. 5.2. Thành phần dung dịch : Một khía cạnh khác khi nghiên cứu mặt định lƣợng của dd đó là nồng độ . 5.2.1. Khái niệm nồng độ: Nồng độ dd là lƣợng chất tan có mặt trong một lƣợng đã cho của dd. Có nhiều cách biểu diễn nồng độ, mỗi loại có ƣu điểm và nhƣợc điểm của nó. Sau đây xét một số khía cạnh biểu thị nồng độ. 5.2.2. Nồng độ phần trăm khối lƣợng *. ĐN: Là số gam chất tan chứa trong 100 gam dd mct .100% . Nồng độ phần trăm không có đơn vị. *.CT: % = m do 5.2.3. Nồng độ molal (m): Là số mol chất tan có mặt trong 1kg(1000g) dung môi CT: m= số mol chất tan / khối lƣợng dung môi (kg) VD: Để điều chế dd Na2SO4 1m , ta lấy 1mol (142 g) chất tan hoà tan vào 1000 g nƣớc.
Tuỳ thuộc vào bản chất của tƣơng tác dung môi – chất tan mà thể tích của dd thu đƣợc có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn 1000 ml . 5.2.4. Nồng độ mol phần( phần mol) Kí hiệu: Xi ni X Biểu thức: X i  ; ni là số mol các chất I trong dung dịch => =1 n i Nồng độ phần mol đƣợc sử dụng nhiều trong các biểu thức nhiệt động lực để mô tả các thuộc tính nhiệt động lực của các chất trong hệ nhiệt động. n P Chú ý: Đối với khí lí tƣởng: X = i = i i n P i 5.3. Độ tan. Để đánh giá định lƣợng sự hình thành dd, ngƣời ta sử dụng khái niệm độ tan. Đó là độ đo khả năng hoà tan một chất tan trong dung môi tại một nhiệt độ xác định 3.1. Ảnh hƣởng của áp suất tới độ tan. Định luật Henry. Áp suất không ảnh hƣởng đến độ tan của chất lỏng và chất rắn mà chỉ ảnh hƣởng đến chất khí. Mối quan hệ định lƣợng giữa độ tan của khí và áp suất đƣợc W. Henry thiết lập năm 1802. Khi hoà tan chất khí vào chất lỏng, có cân bằng sau: Khí trên mặt chất lỏng Khí hoà tan P Biểu thức của định luật Henry: C= k -1.P = . Trong đó H k H C: nồng độ mol/l của chất khí hoà tan ( độ tan). P là áp suất của khí trên mặt chất lỏng( atm) KH : Hằng số Henry, chỉ phụ thuộc nhiệt độ( mol/ atm.l) VD1. Tại 250C và 1 atm, độ tan của N2 trong nƣớc là 6,8.10-4 mol/l. Xác định nồng độ N2 tan trong nƣớc ở điều kiện khí quyển biết rằng áp suất riêng của N2 trong khí quyển là 0,78 atm.
P 1 .P= 6,8.10-4 khi P= 1 atm Giải. Áp dụng CT của đl Henry: C= = k k H H 1 = 6,8.10-4 . => k H Vậy nồng độ N2 trong nƣớc khi P = 0,78 atm là 1 .P = 6,8.10-4 .0,78 = 5,3.10-4 mol/l C= k H VD2. Giải thích tại sao khi mở nắp chai bia có hiện tƣợng sủi bọt? TL: Khi đóng chai ngƣời ta tạo ra dd bão hoà khí CO2 dƣới một áp suất lớn hơn áp suất riêng phần của CO2 trong khí quyển ( > 4.10-4 atm). Khi mở nắp, áp suất riêng phần của CO2 trên dd giảm dần đến 4.10-4 atm thì đạt TTCB. Do đó độ tan của khí CO2 giảm dần và có khí thoát ra ( Tại sao không tạo ra dd bão hoà khí CO2 dƣới áp suất bằng áp suất riêng phần của CO2 trong khí quyển?) VD3. Một chai nƣớc ngọt đƣợc bão hoà bằng CO2 với P=4 atm ở 00C. Sau đó chai đƣợc mở nắp để cho cân bằng với áp suất khí quyển chứa CO2 là 4.10-4 atm ở 250C. Tính nồng độ của CO2 trong nƣớc ngọt khi mới pha chế và sau khi đạt TTCB với PCO2 trong kq. Cho: k -1 ở 00C là 7,7.10-2 k -1 ở 250C là 3,2.10-2 H H Giải. Ở 00C, C= 7,7.10-2 . 4 = 0,31 M Ở 250C , C = 3,2.10-2 . 4.10-4 = 1,3. 10-5 M Chú ý: Chỉ dd của các khí không pƣ với dmôi mới tuân theo nghiêm ngặt đluật Henry 3.2. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến độ tan a. Đối với chất tan là chất rắn. Trong phần lớn trƣờng hợp, độ tan tăng theo nhiệt độ tuy rằng không có tƣơng quan rõ nét giữa dấu của  Hht và biến thiên độ tan theo nhiệt độ