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.
CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI NƯỚC GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI - NƯỚC CĨ ION CHUNG • Hệ bậc muối – nước có ion chung hệ gồm muối có ion chung nước: AX – AY – H2O • Hệ nghiên cứu P = cons nên Tmax = 3, tương ứng với thông số xác định trạng thái cân t0 nồng độ muối Từ giản đồ độ tan đa nhiệt phải có dạng khơng gian chiều Đó lăng trụ mặt, thành phần hệ biểu diễn tam giác phẳng đáy nhiệt độ biểu diễn trục thẳng góc với mặt đáy Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI NƯỚC • Giản đồ đa nhiệt khơng gian cho phép tính tốn q trình xảy thay đổi nhiệt độ • Giản đồ độ tan đẳng nhiệt cho phép tiến hành tính tốn nhiều q trình khác nhiệt độ khảo sát Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI NƯỚC • Khi biểu diễn thành phần theo % (khối lượng, mol) hay phần đơn vị biểu diễn giản đồ dạng tam giác (phương pháp Ghipxơ – Rôzêbom) hay tam giác vuông (phương pháp Xcơrâynơmake) mà gọi tam giác thành phần hay tam giác nồng độ Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI NƯỚC • Khi biểu diễn thành phần theo gam muối 100 1000g H2O, hay theo mol muối 100 1000 mol H2O, dùng tọa độ vng góc để biểu diễn giản đồ độ tan đẳng nhiệt (phương pháp Xcơrâynơmake) Theo phương pháp áp dụng quy tắc đòn bẩy để tính lượng nước bay cô đẳng nhiệt dung dịch hay để tính tốn q trình hòa tan, kết tinh muối hydrat Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI NƯỚC 1.1 Giản đồ độ tan đẳng nhiệt hệ tạo thành hỗn hợp eptonic a Trường hợp muối kết tinh dạng khan: Các yếu tố hình học: Đường cong độ tan: nhánh aE biểu diễn độ tan AX (trong có mặt AY), nhánh bE biểu diễn độ tan AY (trong có mặt AX) nhiệt độ khảo sát Điểm vô biến tương hợp eptonic: E, xảy kết tinh đồng thời muối AX, AY từ dung dịch: LE ⇌ AX + AY Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI NƯỚC Vùng pha: (1) – vùng pha lỏng; (2) (3) – vùng pha lỏng + rắn; (5) – vùng pha lỏng + rắn AX + rắn AY Xét q trình kết tinh cách bay (cơ) đẳng nhiệt dung dịch M: Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI NƯỚC b Trường hợp muối kết tinh dạng hyđrat: Giản đồ độ tan đẳng nhiệt có dạng: dạng (I) - muối khan khơng có nhánh đường cong độ tan giản đồ dạng (II) - muối khan có nhánh đường cong độ tan Các yếu tố hình học: Đường cong độ tan: nhánh độ tan EP muối AY Điểm vơ biến: ngồi điểm vơ biến eptonic E tương ứng cân LE ⇌ AX + AY, giản đồ (II) có điểm P (điểm chuyển), xảy q trình kết tinh vơ biến khơng tương hợp tương ứng cân LP + H (AY.nH2O) ⇌ AY Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI NƯỚC Vùng pha: (1) – vùng pha dung dịch chưa bảo hòa; (2), (3), (4) - vùng pha: dung dịch bảo hòa muối tinh thể muối rắn đó; (5), (6) - vùng pha: dung dịch bảo hòa muối tinh thể muối rắn đó; (7) - vùng pha rắn (tinh thể muối rắn) AX I II a W(H2O) Giản đồ pha b H(AY.nH2 O) AY nvhoa102@yahoo.com CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI NƯỚC • Xét trình đẳng nhiệt dung dịch N: AX a E N x W(H2O) Giản đồ pha Ns P N1 b N4 N2 N3 N6 N5 R3 H(AY.nH2O) nvhoa102@yahoo.com N7 N8 R7 AY CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI NƯỚC 1.2 Giản đồ độ tan đẳng nhiệt hệ tạo thành muối kép Muối kép tạo thành khan (AX.AY) hòa tan tương hợp (I) hay khơng tương hợp (II) hyđrat (AX.AY.nH2O) hòa tan tương hợp (III) hay không tương hợp (IV) Các yếu tố hình học: (1) - vùng pha: dung dịch chưa bảo hòa; (2) - vùng pha: dung dịch bảo hòa muối tinh thể muối rắn đó; (3) - vùng pha: dung dịch bảo hòa muối tinh thể muối rắn đó; (4) - vùng pha rắn: tinh thể muối đơn muối kép Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 10 CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI NƯỚC AX AX I S(AX.AY) I a E1 o E2 E1 O E2 b W(H2O) a S(AX.AY) b W(H2 O) AY AX AX II a II E E a P S (AX.AY) W(H2O) Giản đồ pha b S (AX.AY) p AY W(H2 O) nvhoa102@yahoo.com b 11 CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI NƯỚC AX III III a x S (AX.AY.nH2O) E1 Mx o E2 M b W(H2O) AY AX AX IV a E I x x M W(H2O) Giản đồ pha IV P M2 M1 b a K E S (AX.AY.nH2O) AY S (AX.AY.nH2O) p W(H2 O) nvhoa102@yahoo.com b AY 12 CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI NƯỚC Đường cong độ tan: aE1, bE2 (bP) muối đơn; E1E2(E1P) muối kép (S) Điểm: E1, E2 điểm eptonic, tương ứng q trình kết tinh vơ biến tương hợp: LE1 ⇌ AX + S LE2 ⇌ S + AY P điểm chuyển, tương ứng trình kết tinh vô biến không tương hợp: LP + AY ⇌ S O giao điểm E1E2 với tia WS Dung dịch O có tỉ lệ thành phần muối AX AY ứng tỉ lệ thành phần muối muối kép Tia WS chia giản đồ thành giản đồ đơn giản thứ cấp Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 13 CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI NƯỚC • Xét q trình hòa tan muối kép S vào nước để dung dịch có điểm hệ M, sau thực q trình bay đẳng nhiệt dung dịch M trường hợp hình III IV • Xét q trình hòa tan hỗn hợp muối AX AY có điểm hệ K (hình IV) vào nước dung dịch I, sau đẳng nhiệt dung dịch I muối kép S tinh khiết cực đại Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 14 CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI NƯỚC Khảo sát q trình đẳng nhiệt giản đồ vng góc: Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 15 CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI NƯỚC 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 kết tinh tạo thành dãy dung dịch rắn liên tục () Trên giản đồ đường cong ab biểu diễn thành phần dung dịch bảo hòa dung dịch rắn Thành phần dung dịch rắn tương ứng dung dịch bảo hòa nằm cạnh AXAY Vùng WabW vùng pha, tương ứng dung dịch chưa bảo hòa, vùng abAYAXa vùng pha, tương ứng dung dịch bảo hòa tinh thể nằm cân Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 16 CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI NƯỚC Xét q trình đẳng nhiệt dung dịch M: Từ M M1: bay nước Từ M1 M3: bay nước, tách dung dịch rắn Điểm pha lỏng từ M1 L3, điểm pha rắn từ R1 M3 Ví dụ M2: dung dịch lỏng L2, dung dịch rắn R2 Khi điểm pha lỏng đến L3, điểm hệ dung dịch rắn đến M3 trình kết tinh kết thúc Giản đồ pha W(H2O) a Mx M1 L 2L3 b M2 AX nvhoa102@yahoo.com R R2 M3 AY 17 CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI NƯỚC b Trường hợp tạo thành dung dịch rắn hạn chế: Các muối AX.nH2O AY kết tinh tạo nên dãy dung W(H2O) dịch rắn • Các yếu tố hình học Nhánh aE biểu diễn thành phần dung dịch bảo hòa muối AX.nH2O, nhánh EP tương ứng dung dịch bảo hòa , nhánh Pb tương ứng dung dịch bảo hòa Giản đồ pha x a (AX.nH2O) H AX nvhoa102@yahoo.com M b E L P M1 M M M4 R M5 Q R1 AY 18 CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI NƯỚC Điểm eptonic E tương ứng dụng dịch bảo hòa đồng thời, AX.nH2O nghĩa E xảy q trình kết tinh vơ biến tương hợp LE ⇌ + AX.nH2O Điểm chuyển P tương ứng dung dịch bảo hòa đồng thời (có thành phần Q) (có thành phần R) Tại P xảy q trình kết tinh vơ biến khơng tương hợp: LP + Q ⇌ R • Xét q trình bay đẳng nhiệt dung dịch M: Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 19 CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI NƯỚC VÍ DỤ TÍNH TỐN DỰA TRÊN GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT HỆ BẬC MUỐI – NƯỚC 2.1 Ví dụ 1: Trộn nước ót (nước biển sau tách NaCl, chứa nhiều MgCl2) vào nước biển gần bảo hòa NaCl để kết tinh NaCl Hãy dựa giản đồ độ tan đẳng nhịêt hệ NaCl – MgCl2 – H2O 25oC để giải thích tính lượng NaCl tách trộn dung dịch NaCl gần bảo hòa gồm 23,5 kg NaCl 66,5 kg H2O với dung dịch MgCl2 có thành phần 84,0 kg MgCl2 156,0 kg H2O 25oC Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 20 CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI NƯỚC Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 21 CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI NƯỚC 2.2 Ví dụ 2: Cho giản đồ hệ NaCl – KCl – H2O với đường độ tan đẳng nhiệt 25o 100oC Hãy sử dụng giản đồ để tách muối NaCl, KCl dạng nguyên chất hỗn hợp: 7,5 kg NaCl, 15,0 kg KCl 100 kg H2O Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 22 ... phần 84,0 kg MgCl2 156 ,0 kg H2O 25oC Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 20 CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI NƯỚC Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 21 CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT... muối muối kép Tia WS chia giản đồ thành giản đồ đơn giản thứ cấp Giản đồ pha nvhoa102@yahoo.com 13 CHƯƠNG – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC HỆ BẬC MUỐI NƯỚC • Xét q trình hòa tan muối kép S vào... Vùng pha: (1) – vùng pha dung dịch chưa bảo hòa; (2), (3), (4) - vùng pha: dung dịch bảo hòa muối tinh thể muối rắn đó; (5) , (6) - vùng pha: dung dịch bảo hòa muối tinh thể muối rắn đó; (7) - vùng