Báo cáo bài tập lớn môn hóa lý 1 cho số liệu nhiệt cháy của các chất ở nhiệt độ 298 k trong bảng sau

Trang 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚNMÔN HÓA LÝ 1

LỚP L03 － NHÓM 15 － HK 231Ngày nộp: 17/12/2023

Giảng viên hướng dẫn: Prof Ngô Mạnh Thắng

Thành phố Hồ Chí Minh – 2023

1

Trang 3

chất như trong bảng sau:

−1452 kJ/mol và entropy của các Gibbs chuẩn ΔHG298,reaction

này ở nhiệt độ 298 K.

∆So298 = ∑n × So298(sản phẩm) - ∑n × So298(tham gia)

= (2 × So298,CO2 + 4 × So298,H2O) - (2 × So298,CH3OH + 3 × So298,O2)

= (2×213,74+4×188,83) - (2×126,8+3×205,138)

= 313,786 J/(mol.K) = 0,3138 kJ/(mol.K)

∆Go298 = ∆Ho298 - T∆So298 = -1452 - 298×0,3138 = -1545,5124 kJ/mol

Trang 4

mà ∆Go298 = -RTlnKp,298 = -8,314 × 298 × lnKp,298 = -1545,5124×103 → Kp,298 = e623,8

2

Trang 5

2.2 Coi nhiệt của phản ứng ΔHH0298,reaction= −1452 kJ/mol

không thay đổi trong vùng nhiệt

độ 298K - 338K, tính biến thiên năng lượng Gibbs chuẩn ΔHG

333,reaction = kJ/mol , hằng số cân bằng Kp, 333, reaction = và biến thiên entropy chuẩn ΔHS3330 = kJ/(mol.K) của phản ứng này ở nhiệt độ 333 K.

Trang 6

Tính nhiệt của phản ứng ở nhiệt độ 333 K H 0 =

2.4 Coi pha khí trong hệ phản ứng này là khí lý tưởng, bỏ qua thể

tính công thể tích w = và biến thiên nội năng của hệ U0

Trang 7

hóa hơi 1 mol nước lỏng ở áp suất 1 atm và nhiệt độ 338 K, cho biết nhiệt dung mol đẳng

áp của nước lỏng và hơi nước lần lượt là 75,29 kJ.mol-1.K-1 và 33,58 kJ.mol-1.K-1.

Trang 8

nước nguyên chất).

Trang 9

1.2 Tính độ hạ điểm kết tinh của nước từ dung dịch 0,1 molan sucrose trong nước (so

nước với nước nguyên chất ở nhiệt độ 298K.

Vì nồng độ molan của sucrose quá nhỏ, ta coi sự thay đổi thể tích khi cho sucrose trong nước là không đáng kể, ≈2

Trang 10

Áp suất thẩm thấu hình thành bởi sự chênh lệch nồng độ chất tan giữa hai dung dịch được ngăn cách bởi màng bán thấm Các phân tử dung môi sẽ di chuyển từ vùng có nồng độ chất tan thấp đến vùng có nồng độ chất tan cao cho đến khi các phân tử được trạng thái cân bằng.

Vì dung dịch 0,1 molan sucrose và dung dịch 0,1 molan saccharose có cùng nồng độ và cùng chất tan, tại 298K áp suất thẩm thấu qua màng bán thấm ngăn giữa hai dung dịch bằng 0.

Câu 2: Cho giản đồ cân bằng lỏng hơi hệ 2 cấu tử dưới đây,

2.1 Xác định nhiệt độ sôi của lỏng A nguyên chất, lỏng B nguyên chất.

Nhiệt độ sôi của lỏng A nguyên chất là 15oC.

Nhiệt độ sôi của lỏng B nguyên chất là 95oC.

2.2 Nêu nhận xét về nhiệt độ sôi của các dung dịch lỏng (A+B).

Từ giản đồ ta thấy được tỉ lệ phần trăm khối lượng của B càng cao, nhiệt độ sôi của dung dịch lỏng (A+B) càng tăng.

Trang 11

2.3 Trộn 6 kg A với 4 kg B at 30oC thu được hệ Q1 , Đánh dấu điểm hệ này trên giản đồ pha và nêu đặc trưng của hệ đọc được từ giản đồ.

Tại 30oC, cả hai thành phần của hệ nằm trong pha lỏng với tỉ lệ khối lượng của B bằng 40% và của A bằng 60%.

Tại 30oC, hai thành phần của hệ tồn tại ở dạng lỏng.

Khi gia nhiệt lên xấp xỉ 35oC, dung dịch bắt đầu sôi, ở đó xuất hiện bọt khí đầu tiên Trong pha lỏng, tỉ lệ khối lượng của A và B lần lượt là 60% và 40%, còn trong pha hơi tỉ lệ khối lượng của A và B xấp xỉ bằng 90% và 10%.

Tiếp tục gia nhiệt lên xấp xỉ 77 oC, giọt lỏng cuối cùng của hỗn hợp bay hơi Tại pha hơi, tỉ lệ khối lượng của A và B lần lượt là 60% và 40% Trong pha lỏng tỉ lệ khối lượng của A và B là 10% và 90%.

Tại điểm Q, tức nhiệt độ bằng 90 oC, cả hai cấu tử trong hệ đều tồn tại ở trạng thái hơi với tỉ lệ khối lượng A là 60% và của B 40%.

hệ này là Q55.

Quá trình làm lạnh:

Trang 12

Tại 90 oC, 2 cấu tử ở trạng thái khí Khi nhiệt độ hạ xuống xấp xỉ 77 oC, bắt đầu xuất hiện những giọt lỏng đầu tiên Trong pha hơi, phần trăm khối lượng A chiếm 60% và phần trăm khối lượng B chiếm 40% Trong pha lỏng, phần trăm khối lượng A chiếm 10% và phần trăm khối lượng B chiếm 90%.

Khi hạ nhiệt tới 55 oC, trong pha hơi, tỉ lệ khối lượng của A và B lần lượt là 85% và 15%, còn trong pha hơi tỉ lệ khối lượng của A và B xấp xỉ bằng 30% và 70%.

Tiếp tục hạ nhiệt xuống 35 oC, trong pha lỏng, tỉ lệ khối lượng của A và B lần lượt là 60% và 40%, còn trong pha hơi tỉ lệ khối lượng của A và B xấp xỉ bằng 90% và 10% Cuối cùng khi hạ nhiệt xuống 30 oC, 2 cấu tử đều ở thể lỏng.

2.6: Xác định các điểm thể hiện các pha trong hệ Q55 lên giản đồ và xác định thành phần

Tại pha hơi, ta có phần trăm khối lượng A và B xấp xỉ lần lượt là 85% và 15% (8,5 kg và 1,5 kg)

Tại pha lỏng, ta có phần trăm khối lượng A và B xấp xỉ lần lượt là 30% và 70% (3 kg và 7 kg)

2.7: Nêu nhận xét về khả năng tách 2 cấu tử A và B từ dung dịch (A+B) bằng phương

pháp chưng cất phân đoạn.

Phương pháp chưng cất phân đoạn dùng để tách biệt hỗn hợp các chất lỏng hòa tan vào nhau Để tăng hiệu suất chưng cất, nên dùng cột cất phân đoạn.

Trang 13

càng cao sẽ càng giàu cấu tử có nhiệt độ sôi thấp, còn chất lỏng chảy trở lại vào bình

sẽ giàu cấu tử có nhiệt độ sôi cao Vậy phương pháp chưng cất phân đoạn hiệu quả với

việc tách 2 cấu tử trong hệ này

2.8: Qui trình thực nghiệm

6

Trang 14

Dụng cụ thí nghiệm như hình trên gồm một bình cất (1) có hai cổ, một cổ cắm nhiệt kế

(2), cổ thứ hai hơi nghiêng cắm sinh hàn (3) Vì sinh hàn gắn với cổ bình bằng nút

nhám (4) nên có thể xoay sinh hàn sang vị trí khác (hình chấm chấm) để lấy hơi

ngưng Hơi ngưng được thu vào cốc cân nhỏ có nút nhám (5) Đổ một dung dịch có

thành phần xác định ở trên vào bình (1) Bỏ vào bình vài viên đá bọt Đun cách thuỷ

cho đến khi dung dịch sôi đều, chú ý không để sôi mạnh quá Có thể dùng cách đếm

Trang 15

độ sôi trước khi ngưng) Xoay nhanh ống sinh hàn về vị trí lấy mẫu, lấy 5 ÷ 6 giọt hơi

ngưng vào cốc cân (5) đã sấy khô Đậy ngay nắp cốc và quay sinh hàn về vị trí ban

đầu đồng thời ghi nhiệt độ trên nhiệt kế (nhiệt độ sôi sau khi ngưng) Xác định chiết

suất của hơi ngưng thu được Đổ hỗn hợp lỏng trong bình (1) vào lọ chứa hỗn hợp thu

hồi trong phòng thí nghiệm Lặp lại quá trình chưng cất đối với các hỗn hợp đã pha ở

trên (Đối với các chất tinh khiết chỉ cần xác định nhiệt độ sôi mà không cần lấy hơi

ngưng).

Trang 16

M

Trang 17

3.1: Xác định độ tan của AX trong nước, độ tan của BX trong nước.

Độ tan AX trong nước được xác định bởi đường biểu thị từ Ax tới H2O tại điểm M độ tan của Ax trong nước, tương tự với BX độ tan trong nước tại điểm N

3.2: Chỉ ra điểm thể hiện dung dịch lỏng bão hòa đồng thời cả AX và BX, xác

định thành phần của dung dịch này.

Tại điểm G, là điểm thể hiện dung dịch lỏng bão hòa đồng cả AX và BX, trong đó có 32% Ax, 18%B(x) và 50% H2O

3.3: Trên giản đồ, hãy đánh dấu điểm Q thể hiện hệ 2 cấu tử rắn 6 kg AX + 4 kg BX.

Trang 18

%mBX(s) =6+44100% = 40% => Chọn điểm Q tại 40% trên đoạn AX - BX %mAX(s) =6+46100%= 60%

3.4: Khi từng bước thêm nước lỏng vào hệ Q, cấu tử rắn nào sẽ hoàn toàn tan hết

trước? Tính lượng nước tối thiểu cần để đạt mục đích này và lượng cấu tử rắn còn lại chưa tan hết.

Khi thêm nước vào hệ Q, điểm của hệ sẽ di chuyển theo hướng Q – Q1 – H2O Khi hệ đạt tới điểm Q1, AX sẽ bị tan hoàn toàn trước khi hê đạt đến vùng chỉ tồn tại BX thể rắn và dung dịch, hệ lúc này gồm có BX rắn và dung dịch bão hòa AX-BX.

Trang 19

Lượng cấu tử rắn còn lại chưa tan:

3.5: Từ góc độ kỹ thuật tách chất, mô tả khả năng ứng dụng nước lỏng để tách cấu tử

rắn AX hay BX từ hỗn hợp 2 cấu tử rắn này.

Đầu tiên nhóm phải tính lượng nước cần thiết để thêm vào hệ thống để điểm hệ thống chỉ vượt qua Q1 Tiếp theo nhóm tăng nhiệt độ để đảm bảo tất cả chất rắn AX hòa tan hoàn toàn vào dung dịch Sau đó, nhóm làm nguội xuống nhiệt độ tính toán, chúng ta có thể thu được chất rắn B nguyên chất bằng cách lọc.

3.6: Xác định điều kiện để tách rắn AX từ hỗn hợp với rắn BX bằng phương pháp hòa tan “phân đoạn” trong nước lỏng.

Để tách một số AX rắn nguyên chất ra khỏi hỗn hợp của nó, nhóm kiểm soát khối lượng ban đầu theo phần trăm khối lượng của khối BX sao cho nó nằm bên trái điểm eutectic, điểm ban đầu càng xa eutectic thì thu được AX rắn hơn.

tan “phân đoạn” trong nước lỏng.

Để tách một số BX rắn nguyên chất ra khỏi hỗn hợp của nó, nhóm kiểm soát khối

lượng ban đầu theo phần trăm khối lượng của khối AX sao cho nó nằm bên phải điểm eutectic, điểm ban đầu càng xa eutectic thì thu được BX rắn hơn.

Trang 20

3.8: Xác định điều kiện để tách hoàn toàn 1 cấu tử rắn từ hỗn hợp với cấu tử rắn khác bằng cách thêm nước lỏng vào hỗn hợp này.

Không có cách nào nhóm có thể tách hoàn toàn một thành phần rắn nguyên chất ra khỏi hỗn hợp của nó với một thành phần khác rắn hoàn toàn bằng cách thêm nước vào hệ.

Trang 21

KẾT LUẬN CHUNG

Ở bài t p lớn này, nhóm chúng em đã có cơ hội áp dụng kiến thức đã học để xây dựng các mối liên hệ thông số nhiệt động của một hệ, cũng như hiểu rõ hơn về các nguyên lý nhiệt động học, giản đồ pha , giúp nhóm ôn kỹ bài hơn trước khi thi cuối kỳ Nhân đây, bọn em xin gửi lời cảm

ơn tới thầy Ngô Mạnh Thắng đã t n tình giảng dạy lý thuyết hết sức kĩ càng để bọn em có một nền tảng vững chắc nhằm giải quyết các bài t p Trong suốt quá trình thực hiện bài t p lớn này, mặc dù nhóm chúng em đã cố gắng để hoàn thiện nhưng chắc chắn vẫn còn vài sai sót trong bài báo cáo Vì thế nhóm chúng em mong nh n được sự góp ý từ thầy cô để có thể hoàn thiện hơn, chúng em xin chân thành cảm ơn!

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Yunus A Cengel and Michael A Boles (2015) Thermodynamics: An Engineering Approach 8th ed New York: The McGraw-Hill Education.

2 Peter Atkins and Julio de Paula (2006) Atkins' Physical Chemistry 8th ed Great Britain: Oxford University Press.

3 Donald A McQuarrie, John D Simon (1997) Physical Chemistry: A Molecular Approach, Sausalito, Calif.: University Science Books.