DUNG DỊCH - CÂN BẰNG LỎNG HƠI doc

Sự hòa tan của chất khí trong chất lỏng III.Sự hòa tan của chất lỏng trong chất lỏng Cân bằng lỏng – hơi... SỰ HÒA TAN CỦA CHẤT KHÍ TRONG CHẤT LỎNG Sự hòa tan của chất khí trong chất lỏn

DUNG DỊCH - CÂN BẰNG LỎNG HƠI

Chương V:

DUNG DỊCH CÂN BẰNG LỎNG HƠI

I Đại cương về dung dịch

II Sự hòa tan của chất khí trong chất lỏng III.Sự hòa tan của chất lỏng trong chất lỏng

Cân bằng lỏng – hơi

I ĐẠI CƯƠNG VỀ DUNG DỊCH

Dung dịch là hỗn hợp đồng thể của hai hay nhiều chất hoàn toàn trộn lẫn vào nhau

Dung dịch lỏng Dung dịch rắn

Dung dịch gồm:

Dung môi Ký hiệu 1 ( x 1 )

Chất tan Ký hiệu i = 2, n ( x i )

Dung dịch lý tưởng:

Các cấu tử có tính chất lý, hóa giống nhau lực tương tác giống nhau:

f A-A = f B-B = f A-B Tạo dung dịch không gây hiệu ứng:

ΔU = 0; ΔH = 0; ΔV = 0 Tuân theo các phương trình lý tưởng, như

μi =μ i o + RTlnx i PHÂN LOẠI DUNG DỊCH

Dung dịch vô cùng loãng: x 1 → 1, x i → 0

Tuân theo các phương trình lý tưởng, như:

- Định luật Henry,

- Định luật Raoult,

- μ i =μ i o + RTlnx i

Dung dịch thực (không lý tưởng):

Lực tương tác khác nhau: f A-A ≠ f B-B ≠ f A-B

tạo thành dung dịch ΔU ≠ 0; ΔH ≠ 0; ΔV ≠ 0

Không tuân theo các phương trình lý tưởng, phải sử dụng hoạt độâ: μ i = μ i o + RTlna i

II SỰ HÒA TAN CỦA CHẤT KHÍ

TRONG CHẤT LỎNG Sự hòa tan của chất khí trong chất lỏng phụ thuộc vào các yếu tố:

Bản chất dung môi và chất tan Aùp suất

Nhiệt độ Quá trình hòa tan của chất khí trong chất lỏng gồm các giai đoạn:

Ngưng tụ khí thành lỏng Pha loãng chất tan trong dung dịch Solvat hóa chất tan bởi dung môi

Bậc tự do: C = k – f + 2 = 2

x i = f (T, P)

Khi T= const: x i = f (P) Khi P= const: x i = f (T)

Các thông số cần biết để xác định trạng thái của

hệ: xi, T, P

Xét sự cân bằng:

Khí i = Dung dịch (bão hòa i)

Định luật Henry

Ở nhiệt độ không đổi, độ hoà tan của một khí trong một chất lỏng tỉ lệ áp suất phần trên pha lỏng

xi = kH.Pi

với kH là hằng số Henry, chỉ phụ thuộc nhiệt độ

Khí i (P i ) = Dung dịch (nồng độ x i )

Hằng số cân bằng: i

P

i

x K

P

=

1 ẢNH HƯỞNG CỦA ÁP SUẤT ĐẾN SỰ HÒA TAN CỦA KHÍ TRONG CHẤT LỎNG

Định luật Henry chỉ thật đúng cho dung dịch lý

tưởng

Với dung dịch thực:

- Định luật Henry chỉ đúng khi áp dụng cho các

chất tan dễ bay hơi dung dịch vô cùng loãng

độ tan có thể biểu diễn theo các nồng độ khác nhau

- Dung dịch có nồng độ cao thì phải sử dụng hoạt

độ.

sử dụng phương trình thực nghiệm của độ tan

S = a + b.P + c.P 2

Định luật Siverts

Trong ngành luyện kim, các khí tan vào kim loại lỏng dưới dạng nguyên tử:

X 2 (k) → 2X Hằng số cân bằng: i2

P

i

x K

2 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN SỰ HÒA TAN CỦA KHÍ VÀ RẮN TRONG

CHẤT LỎNG

Xét cân bằng:

Khí i ↔ Dung dịch (nồng độ x i ) + ΔH 1

Rắn i ↔ Dung dịch (nồng độ x i ) + ΔH 2

Hằng số cân bằng:

Áp dụng phương trình đẳng áp Van’t Hoff:

Chất i hoà tan theo các giai đoạn:

i (khí ,rắn) → i lỏng → i dd , nên:

ΔH 1 = λ ngưng tụ + ΔH pha loãng + ΔH solvat hoá ≈ λngưng tụ = λ i

ΔH 2 = λ nóng chảyï + ΔH pha loãng + ΔH solvat hoá ≈ λnóng chảyï = λ i

Tích phân, ta được:

2

T T

i x

1 x

i

T

dT

R

x ln

với λ i = const và P = const.

T o : là nhiệt độ ngưng tụ (nóng chảy) của chất i

Áp dụng để tính độ hòa tan của chất khí nếu

biết T s và λ ngưmgtụ

III SỰ HOÀ TAN CỦA CHẤT LỎNG

TRONG CHẤT LỎNG

CÂN BẰNG DUNG DỊCH

LỎNG – HƠI

Trộn hai chất lỏng vào nhau xảy ra 3 trường hợp:

- Hoàn toàn tan lẫn vào nhau,

- Hoàn toàn không tan lẫn vào nhau

- Tan có giới hạn

l B

Định luật Raoult đúng cho dung dịch lý tưởng

Đối với dung dịch thực:

- Định luật Raoult đúng cho dung môi của dung dịch vô cùng loãng,

- Định luật Henry đúng cho chất tan của dung dịch vô cùng loãng.

b Giản đồ áp suất-thành phần:

c Thành phần pha hơi - Định luật Konovalov

Theo định luật Dalton:

A

B h

A

h B h

A

h B

P

P n

n x

A

P P

Định luật Konovalov-I

gọi là hệ số tách hay hệ số chưng cất

Các hệ quả

+ Thành phần pha hơi đồng biến thành phần

pha lỏng.

+ Thành phần chất dễ sôi trong pha hơi lớn

hơn trong pha lỏng.

d Giản đồ (x-x) ‘ Thành phần hơi – Thành phần lỏng’

l B

.x

e Nhiệt độ sôi và giản đồ ‘Nhiệt độ – Thành phần’

Kết hợp phương trình Clausius-Clapeyron:

l B

0 A

0 B

exp(

K P

) RT /

exp(

K P

B B

0 B

A A

0 A

h B

Đồ thị trên có ba thành phần:

- Dưới đường lỏng : hệ một pha lỏng

Nhiệt độ:

T L →T 1 → T 2 →T 3 Điểm hệ:

L → l 1 → Q 2 → h 3 Điểm lỏng:

l 1 → l 2 → l 3 Điểm hơi:

h 1 → h 2 → h 3

2 2

2 2 2

2

l Q

h

Q Hơih

Lỏngl

=

Nếu điểm lỏng, điểm hệ và điểm hơithẳng hàng, ta có

2 HỆ DUNG DỊCH THỰC TAN LẪN VÔ HẠN

a Áp suất hơi:

Trong dung dịch thực: Phơi thực ≠ Phơi theo Raoult

Nếu Phơi thực > Phơi theo Raoult : hệ sai lệch dương Nếu Phơi thực < Phơi theo Raoult : hệ sai lệch âm

Nguyên nhân: f A-A ≠ f A-B ≠ f B-B

b Thành phần pha hơi

Định luật Konovalov II

Đối với những hệ có thành phần ứng với điểm cực trị trên đường áp suất hơi tổng cộng thì pha lỏng và pha hơi cân bằng có cùng thành phần.

d P = 0

T = co n st P

4 HỆ HAI CHẤT LỎNG HOÀN TOÀN

KHÔNG TAN LẪN

a Tính chất của hệ:

) T ( f P

P P

P

B

0 A B

=

)T(

fP

PP

Px

x

0 A

0 B A

B h

Thành phần pha hơi cũng chỉ phụ thuộc nhiệt độ

Nhiệt độ sôi nhỏ hơn nhiệt độ sôi mỗi cấu tử nguyên

chất.

Xác định áp suất hơi bão hòa và nhiệt độ sôi của hệ:

Áp hơi bão hòa của nước khi sôi, là 760mmHg

Áp suất hơi bão hòa chất A theo nhiệt độ

Nhiệt độ sôi và áp hơi bão hòa của A

khi hỗn hợp sôi

Xác định áp suất hơi bão hòa và nhiệt độ sôi của hệ

Cơ sở của phương pháp này là dùng hơi nước sục qua một hệ chứa một chất A không tan trong nước, lôi kéo nó ra khỏi hỗn hợp.

b Chưng cất lôi cuốn hơi nước:

Ta quan tâm lượng hơi nước tối thiểu để chưngcất được một kg chất A, tính như sau:

5 HỆ HAI CẤU TỬ TAN LẪN CÓ GIỚI

HẠN:

a Sự tan lẫn có giới hạn của hai chất lỏng:

Ví dụ: Hệ phenol – nước

Cho phenol vào nước, có 2 trường hợp xảy ra:

* Tan hoàn toàn

* Phân thành hai lớp:

- Lớp nước bão hòa phenol

- Lớp phenol bão hòa nước

có 1 thông số độc lập

Nếu T thay đổi

x 1 = f(T)

x 2 = g(T)

Giản đồ (T-x )

Điểm K = điểm tới hạn

biểu diễn hai hệ liên hợp có cùng thành phần

Đường aKb: đường giới hạn.

Vùng đồng thể

Vùng dị thể

Hệ Q1 phân thành hai hệ n1, b1.

Khi tăng nhiệt độ, thì:

2 2 2

2

n Q

b

Q lượngb

lượngn

=

Xét hệ Q1 có phần mol B là b%, nhiệt độ T1

Tính lượng các pha tại T2:

V.3.5.b Phương pháp xây dựng giản đồ

‘nhiệt độ – thành phần’

V.3.5.c Các giản đồ cân bằng lỏng hơi của hệ hai cấu tử tan lẫn có giới hạn

TỰ ĐỌC

V.3.6 Hệ ba cấu tử tan lẫn có giới hạn

BÀI TẬP

Trang 180 – 183

2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 11 / 1, 9, 16

12, 14 / 10,13, 15