KỸ THUẬT TỔNG HỢP VẬT LIỆU VÔ CƠ pdf

KỸ THUẬT TỔNG HỢP VẬT LIỆU VÔ CƠMã môn học: 604006 Bộ môn : Công nghệ Vật liệu vô cơ Khoa : Khoa Học Ứng Dụng Trường Đại Học Tôn Đức Thắng Giảng viên: ThS.. -Cung cấp những kiến thức cơ

KỸ THUẬT TỔNG HỢP VẬT LIỆU VÔ CƠ

Mã môn học: 604006

Bộ môn : Công nghệ Vật liệu vô cơ

Khoa : Khoa Học Ứng Dụng

Trường Đại Học Tôn Đức Thắng

Giảng viên: ThS La Vũ Thùy Linh

GIỚI THIỆU MÔN HỌC

-Cung cấp những kiến thức cơ bản về nhiệt động học và động học của các quá trình hóa lý xảy ra khi chế tạo vật liệu.

-Nắm được bản chất và kỹ thuật tiến hành các phương pháp sử dụng trong lĩnh vực chế tạo vật liệu vô cơ

Mục tiêu môn học

Gồm hai phần chính:

- Cơ sở lý thuyết của quá trình tổng hợp vật liệu vô cơ

- Các phương pháp tổng hợp vật liệu vô cơ

Nội dung mơn học

Tổng hợp bằng phương pháp điện hóa

Tổng hợp bằng phản ứng pha khí

Aûnh hưởng của cấu trúc đến tính chất vật liệu

Phương pháp biến tính vật liệu

Phương pháp nấu chảy

Tổng hợp bằng phương pháp thiêu kết

Quá trình thiêu kết

Phản ứng hóa học pha rắn

Quá trình khuếch tán pha rắn

Phương pháp kết tủa từ dung dịch

Quá trình kết tinh

Áp dụng Nhiệt động học và động học vào quá trình tổng hợp

[1] Bài giảng tóm tắt Kỹ thuật tổng hợp vật liệu vô cơ –

Nguyễn Thị Tố Nga

[2] Trịnh Hân ,Quan Hán Khang , và những ngườI khác

Tinh thể học dại cương, NXb đại học và trung học chuyên

nghiệp Hà nội 1979

[3] Nguyễn Quốc Tín, Tổng luận Gốm kỹ thuật, Trung tâm

thông tin KHKT Hóa chất, 1994

[4] Hóa học và khoa học vật liệu – PGS.Ts La Văn Bình

[5] Anthony R West, Solid state chemistry and its

applications, John Willey & Sons LTD, Newyork, 1984

Tài liệu tham khảo

Đánh giá

-Điểm 1: 10% Kiểm tra giữa kì

-Điểm 2: 20% Xemina hay kiểm tra giữa kì

-Điểm 2: 70% Kiểm tra cuối kì

Cách thức học:

-Thảo luận trên lớp

- Xemina

CHƯƠNG 1

ÁP DỤNG NHIỆT ĐỘNG VÀ ĐỘNG HỌC VÀO

TRONG QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP

I MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

II HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA QUÁ TRÌNH

III ΔG CỦA CÁC QTHH

IV.HẰNG SỐ CÂN BẰNG

VI TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG

I MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Hệ

Trạng thái

Thông số trạng thái

Hàm trạng thái

Điều kiện chuẩn của các chất

Chương 1

II HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA QUÁ TRÌNH

Qui ước dấu:

1 Dựa vào ΔH0

tt ( ΔH0

s)

2 Dựa vào ΔH0

đc ( ΔH0

c)

3 Dựa vào ΔH của các phản ứng khác

(áp dụng định luật Hess)

4 ΔH phụ thuộc vào nhiệt độ

Bài tập

1 Xác định hiệu ứng nhiệt của phản ứng:

CaCO3(r) = CaO(r) + CO2(k)

ΔHo

2 Xác định hiệu ứng nhiệt của phản ứng:

CH 3COOH(l)+C2 H 5OH(l)=CH3 COOC 2 H 5(l)+H2O(l)

ΔH o

Kcal/mol

3 Xác định hiệu ứng nhiệt của phản ứng ở đkc.

a C6H6 (l) + 15/2 O2 (k) Ỉ 6CO2 (k) + 3 H2O (l)

b Cl2 (k) + H2O (l) Ỉ HClO (dd) + HCl (dd)

c 3 Cl2(k) + 2 NH3(k) ⇔ N2 (k) + 6 HCl(k)

d 4 HCl(k) + O2(k) ⇔ 2H2O (k) + 2 Cl2 (k)

4 Tính nhiệt tạo thành tiêu chuẩn của MgCO3(r), SO3(k) từ hiệu ứng nhiệt của các phản ứng:

a)C(r) + O2(k) = CO2(k) , ΔH0

298 = -94,1 kcal/mol b) 2Mg(r) + O2(k) = 2MgO(r) , ΔH0

298 = –143,7 kcal/mol c)MgO(r) + CO2(k) = MgCO3(r) , ΔH= – 28,11 Kcal/mol

e) 2SO (k) + O (k) = 2SO (k) , ΔH = – 98,2 KJ/mol d) S(r) + O2(k) = SO2(k) , ΔH = – 297,0 KJ/mol

5 Xác định hiệu ứng nhiệt của phản ứng tạo thành muối Clorua của các kim loại kiềm từ kim loại và khí Clo Phản ứng tổng cộng

có thể chia nhỏ thành các giai đoạn cơ bản theo chu trình Born – Haber như sau:

ΔHpu

M (r) + ½ Cl2 (k) MCl (r)

Cl (k) Cl- (k)

+

M (k) M+ (k)

Bài tập

7 Xác định hiệu ứng nhiệt của phản ứng ở 1000C

a C6H6 (l) + 15/2 O2 (k) Æ 6CO2 (k) + 3 H2O (l)

b Cl2 (k) + H2O (l) Æ HClO (dd) + HCl (dd)

c 3 Cl2(k) + 2 NH3(k) ⇔ N2 (k) + 6 HCl(k)

d 4 HCl(k) + O2(k) ⇔ 2H2O (k) + 2 Cl2 (k)

6 Xác định hiệu ứng nhiệt của phản ứng

CO2 (k) + ½ O2 (k) Æ CO2 (k) ở điều kiện 3980C Cho biết ΔH0

298 = -67,64 kcal ; nhiệt dung mol đẳng áp của CO (k) ,

O2(k), CO2 (k) có giá trị tương ứng là 6,97; 7,05; 8,96 cal/mol.K

Bài tập

III ΔG CỦA CÁC QTHH

Tính ΔG của các phản ứng ở điều kiện chuẩn về P, C

Tính ΔG của các phản ứng ở điều kiện không chuẩn

Tính ΔG của các phản ứng đồng thể, dị thể pha lỏng,

dị thể pha khí

1 Tính giá trị ΔG của các phản ứng sau và xác định chúng có thể tự xảy ra theo hướng nào trong những điều kiện tiêu chuẩn ở 250C:

a Pb(r ) + CuO(r ) = PbO(r ) + Cu (r )

b 4HCl(k) + O2(k) = 2Cl2(k) + 2H2O(l)

Bài tập

2 Dựa vào các bảng nhiệt tạo thành tiêu chuẩn, entropi tiêu chuẩn của các chất tính toán xác định khí CO có thể khử được FeO (r) ở

25 0 C và 1500K được không theo phản ứng:

FeO(r) + CO(k) = Fe (r) + CO 2 (k)

3 Viết biểu thức tính ΔG của các phản ứng ở điều kiện khác chuNn

a N H3(k) + HCl(k) = N H4Cl(r)

b 2H2S(k) + 3O2(k) = 2H2O(l) + 2SO2(k)

c C (r) + O2(k) = CO2(k)

d C2H5OH(l) + 3O2(k) → 2CO2(k) +3H2O(k)

e FeO(r) + H2(k) = Fe(r) +H2O(k)

f C6H12O6(r) + 6O2(k) → 6CO2(k) + 6H2O(k)

g FeO(r) + CO(k) = Fe (r) + CO 2 (k)

1 2

2 ( ) 2 ( ) 2 (

CaCO3(r) = CaO(r) + CO2(k)

Bài tập

5 Có thể dùng Mg hay Ca kim loại để điều chế kim loại Y từ YCI3 theo phản ứng sau đây được không:

2YCl3(r)+ 3Mg(Ca)(r) = 3MgCl2 (CaCl2)(r) + 2Y(r)

Hãy tiến hành tính toán ở điều kiện 250C và kết luận về khả năng xảy ra của phản ứng ở nhiệt độ này cũng như ở nhiệt độ cao Cho:

Chất Ca(r ) CaCl2(r) Mg(r) MgCl2(r) Y(r) YCl3(r)

ΔH 0

kcal/mol

S 0

298 9,95 27,2 7,77 21,4 10,5 32,7

Cal/mol.độ

Bài tập

IV.HẰNG SỐ CÂN BẰNG

Hằng số cân bằng, ý nghĩa

Các loại hằng số cân bằng khác: T, hằng số bền, hằng

số điện ly

Sự phụ thuộc của K vào T

V CHIỀU HƯỚNG VÀ HIỆU QUẢ CỦA PHẢN ỨNG

Xét chiều của các quá trình ở đk chuẩn và không chuẩn

Ở đk chuẩn phản ứng không xảy raÆ Thay đổi các

thông số nào để phản ứng xảy ra

quả của quá trình

Tính hằng số cân bằng của phản ứng :

Biết:

Biết Tích số tan của AgCl là TAgCl = 10 -10 ; hằng số bền của phức [Ag(N H3)2]=

10 7,3

AgCl r + NH dd ←⎯ ⎯⎯ ⎯ → Ag NH + dd + Cl dd−

←⎯⎯

⎯⎯→

VI TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG

Định nghĩa tốc độ phản ứng

Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào các yếu tố nào?

Æ Nồng độ - nhiệt độ - xúc tác

Mối quan hệ giữa nhiệt động và động học

- Phản ứng tỏa nhiệt

- Phản ứng thu nhiệt