Bài giảng hóa học đại cương đại học thủy lợi

CHƯƠNG 18 Cân dung dịch Mục đích chương - Hiểu hiệu ứng ion đồng dạng - Hiểu dung dịch đệm - Quá trình chuẩn độ axít bazơ - Áp dụng cân hố học vào độ hồ tan ion - Tích số hòa tan độ hòa tan chất 18.1 Hiệu ứng ion đồng dạng a Hiện tượng pH 2,7 pH CH3COOH pH 4,85 CH3COONa + - CH3COONa = Na + CH3COO (1) CH3COOH + H2O ↔ H3O+ + CH3COO- (2) Trạng thái cân điện li chất điện li yếu giống trạng thái cân phản ứng hóa học ⇒ Hịa tan CH3COONa → ion CH3COO- làm cân (2) chuyển dịch theo chiều nghịch ⇒ + Nồng độ ion H3O giảm ⇒ làm pH tăng b Hiệu ứng ion đồng dạng “Khi chất dung dịch trạng thái cân điện li, thêm ion loại với ion điện li từ chất đó, làm cân chuyển dịch theo chiều phù hợp với nguyên lí Lechartelier” → Ion thêm vào dạng với ion điện li từ chất điện li yếu gọi ion đồng dạng → Ví dụ 18.1 (325) 18.2 Dung dịch đệm: Xét thay đổi pH (1) thêm 0,01 mol HCl vào lít nước cất, pH giảm từ 7,0 2,0 (2) thêm 0,01 mol NaOH vào lít nước cất, pH tăng từ 7,0 đến 12,0 (3) pH máu 7,4 Thêm 0,01 mol HCl 0,01 mol NaOH vào lít máu, làm thay đổi 0,1 đơn vị pH ⇒ Nguyên nhân dẫn đến khác máu nhiều dung dịch khác thể dung dịch đệm Khái niệm: “Dung dịch đệm có khả chống lại thay đổi pH thêm axit mạnh bazơ mạnh vào dung dịch” Các dung dịch đệm tự nhiên: + Trong nước biển: pH 7,8 ÷ 8,3 + Trong thể người: pH máu = 7,4 Yêu cầu dung dịch đệm: • Có chất thành phần dung dịch: axit để phản - + ứng với ion OH bazơ để phản ứng với ion H3O thêm vào dung dịch • Axit bazơ khơng phản ứng với (Minh họa) ⇒ Ví dụ dung dịch đệm gồm axit axetic ion axetat ⇒ Hai yêu cầu đồng nghĩa với việc dung dịch đệm chuẩn bị từ cặp axit bazơ liên hợp ví dụ: CH3COOH/CH3COO-; NH4+/NH3 Một vài dung dịch đệm thông dụng 10 - Đối với trường hợp đẳng nhiệt, đẳng tích: - Đối với trường hợp đẳng nhiệt, đẳng áp: QV ΔS = T QP ΔS = T T2 ΔH = ∫C P dT T1 d.3 Biến thiên entropi phản ứng hóa học o - Khái niệm: Entropi tiêu chuẩn chất, S , entropi thu K với điều kiện tiêu chuẩn (1 bar, mol chất) - Qui tắc tính: “Biến thiên entropi tổng entropi sản phẩm trừ tổng entropi chất phản ứng” o o o ∆S hệ = ∑S (sản phẩm) - ∑S (chất phản ứng) o Ví dụ 1: Hãy tính ∆S hệ q trình oxi hóa NO O2 NO(k) + O2(k) Biết: SNO2 = 240,0 J/K.mol; → NO2(k) SNO = 210,8 J/K.mol; SO2 = 205,1 J/K.mol o ∆S hệ = (2 mol NO2) (240,0 J/K.mol) – [(2 mol NO) (210,8 J/K mol) + (1 mol O2) (205,1 J/K.mol)] = - 146,7 J/K - 73,35 J/mol K ( tính cho mol NO2 tạo thành) 19.6 Năng lượng tự Gibbs a Đặt vấn đề Entropi hiệu ứng nhiệt điều có liên quan đến q trình tự diễn biến Liệu xét hàm nhiệt động để thực mục đích ? b Năng lượng tự Gibbs Năng lượng tự Gibbs, G, (gọi tắt lượng tự do), định nghĩa theo biểu thức toán học: G = H – T.S H entanpi, T nhiệt độ Kelvin S entropi Năng lượng tự hàm trạng thái c ∆G tính tự diễn biến ∆G hệ = ∆H hệ - T∆S hệ Mối quan hệ ∆G hệ tính tự diễn biến: • Nếu ∆G hệ < 0, phản ứng tự diễn biến • Nếu ∆G hệ = 0, phản ứng đạt cân • Nếu ∆G hệ > 0, phản ứng không tự diễn biến Biến thiên lượng tự định nghĩa điều kiện tiêu chuẩn: 25oC, at o ∆G hệ o = ∆H hệ - T∆S o Với phản ứng hóa học: a A + b B hệ U (19.5) cC+dD ∆Go hệ = ∑∆Gos (sản phẩm) - ∑∆Gos (chất phản ứng) (19.6) o ∆G hệ = c ∆GC + d ∆GD – a ∆GA – b ∆GB o d Tính tốn ∆G hệ phản ứng Bài tập: Tính biến thiên lượng tự do, ∆Go, phản ứng tạo metan 298 K: C(graphít) + 2H2(k) → CH4(k) Biết: C(graphít) H2(k) CH4(k) o ∆H s (kJ/mol) o S (J/K.mol) 0 - 74,9 +5,6 +130,7 +186,3 Giải o ∆H hệ o o o = ∆H s [CH4(k)] - ∆H s [C(graphít)] - 2∆H s [H2(k)] = (1 mol) (-74,9 kJ/mol) – (0 + 0) = - 74,9 kJ ∆So hệ = So[CH4(k)] - So[C(graphít)] – 2So[H2(k)] = (1 mol) (- 186,3 J/K.mol) – (1 mol) (- 5,6 J/K.mol) - (2 mol) (- 130,7 J/K.mol) = - 80,7 J/K ∆Go hệ = ∆Ho hệ - T∆So hệ = -74,9 kJ – (298 K) (-80,7 J/K) (1 kJ/ 1000 J) = -74,9 kJ – (24,1 kJ) = - 50,8 kJ o ∆G hệ biến có giá trị âm 298 K, phản ứng tự diễn Cách tính biết ∆G chất phản ứng sản phẩm o ∆G hệ = ∑∆G o s (sản phẩm) - o ∑∆G s (chất phản ứng) CH4(k) + 2O2(k) → 2H2O(k) + CO2(k) o ∆G (kJ/mol) -394,4 -50,8 -228,6 o ∆G hệ o o o = 2∆G s [H2O(k)] + ∆G s [CO2(k)] - ∆G s [CO2(k)] o - 2∆G s [O2(k)] = (2 mol) (-228,6 kJ/mol) + (1 mol) (-394,4 kJ/mol) – (1 mol) (-50,8 kJ/mol) – (2 mol) (0 kJ/mol) = - 801,0 kJ o Giá trị âm ∆G hệ phản ứng tự diễn biến điều kiện tiêu chuẩn Bài tập: giáo trình trang 87 – 88 Ơn tập chương 19 Khái niệm trình tự diễn biến Entropy ... H2O ↔ H3O+ + CH3COO- (2) Trạng thái cân điện li chất điện li yếu giống trạng thái cân phản ứng hóa học ⇒ Hịa tan CH3COONa → ion CH3COO- làm cân (2) chuyển dịch theo chiều nghịch ⇒ + Nồng độ ion... lạnh diễn hai vật thể có nhiệt độ cân nhiệt thiết lập 19.2 Nhiệt khả tự diễn biến Xét phản ứng hóa học tự diễn biến có ∆H < - phản ứng cháy metan tạo thành CO2 H2O - phản ứng Na Cl2 tạo thành NaCl... axit có pKa gần giá trị pH cần có Giá trị pH dung dịch điều chỉnh xác lượng thêm vào axit bazơ 11 Bài tập: Cần chuẩn bị lít dung dịch đệm có pH 4,3 Lựa chọn nhóm sau Tính tỷ số axit bazơ Axit Bazơ