TÓM TẮT Lí THUYẾT
Dung dịch lỉ tưởng
Dung dịch lí tưởng là dung dịch mà hóa thế của nó tuân theo định luật tương tự như đối với khí lí tưởng.
Chúng ta coi dung dịch loãng là dung dịch lí tưởng.
Áp suất hơi bão hòa của chất lỏng
Áp suất hơi bão hòa của chất lỏng ở nhiệt độ T là áp suât tạo ra bơi hơi của nó trên mặt thoáng khi giữa chất lỏng và hơi đó năm cân băng vơi nhau ở nhiệt độ T.
Á p suất hơi bão hòa của dung dịch lỏng chứa chất hòa tan không bay hơi
Áp suất hơi bão hòa của dung dịch lỏng chứa chất hòa tan không bay hơi p luôn luôn nhỏ hơn áp suất hơi bão hòa của dung môi nguyên chât P0 ơ cung nhiệt độ. Công thức Raouỉt áp dụng cho chất tan không bay hơi, không điẹn lr.
AP n t p0 ~ n , + n 2
n¡ - số mol chất hòa tan, n2 — sô mol dung môi; AP = Pq - p - độ giam ap suât hơi của dung dịch so với dung môị
Nhiệt độ sôi của chất lỏng
Nhiệt độ sôi của chất lỏng là nhiệt độ ở đó áp suất hơi bão hòa của nó bằng áp suất bên ngoài trên mặt chất lỏng.
Nhiệt độ sôi của chất lỏng nguyên chất
Bậc tự do của hệ cân bằng L ^ H đối với chất nguyên chất là: v = l - 0 - 2 + 2 = 1
V = 1, nghĩa là nhiệt độ sôi của chất lỏng nguyên chất chỉ phụ thuộc vào áp suất bên ngoàị Vậy trong quá trình sôi nhiệt độ sôi của chất lỏng nguyên chất không đổi nếu áp suất bên ngoài không đổị
Cân bằng L ^ H có thể tồn tại ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi, khi đó
V = 1 có nghĩa là ở nhiệt độ xác định áp suất hơi bão hòa của chất lỏng là xác định.
Nhiệt độ sôi của dung dịch chứa chất hòa tan không bay hơi
• Nhiệt độ sôi của dung dịch chứa chất tan không bay hơi cao hơn nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất, vì ở cùng nhiệt độ áp suất hơi của dung .dịch chứa chất tan không bay hơi nhỏ hơn áp suất hơi của dung môi nguyên
chất.
• Nhiệt độ sôi của dung dịch chứa chất tan không bay hơi không phải là hằng số, khác với dung môi nguyên chất. Khi dung dịch loãng sôi, hơi dung môi bay ra khỏi dung dịch làm cho nồng độ dung dịch tăng dần, dẫn đến áp suất hơi của dung dịch giảm dần, do đó nhiệt độ sôi của dung dịch phải tăng dần. Khi đạt đến dung dịch bão hòa thì nhiệt độ sôi không đổi nữa, vì khi đó hơi dung môi bay ra làm cho chất hòa tan kết tinh lại và nồng độ dung dịch sẽ không biến đổị
Bậc tự do của hệ cân bằng L ^ H này là:
+ Khi dung dịch loãng sôi: v = 2 - 0 - 2 + 2 = 2, nghĩa là nhiệt độ sôi của dung dịch chất tan không bay hơi phụ thuộc vào áp suất bên ngoài và nồng độ dung dịch.
+ Khi đạt dung dịch bão hòa, xuất hiện pha thứ ba là chất rắn kết tinh lạị Từ đ ó : v = 2 - 0 - 3 + 2 = 1. Lúc này nhiệt độ sôi chỉ phụ thuộc vào áp suất bên ngoàị
• Công thức Raoult áp dụng cho nhiệt độ sôi của dung dịch chất tan không bay hơi, không điện li:
At = k s^ = k — s M
Ats = ts(đ) - ts(dm) - độ tăng nhiệt độ sôi của dung dịch; ts(dđ) - nhiệt độ bắt đầu sôi của dung dịch;
ts(dm) - nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất;
Yp ~ nồng độ molan: số mol chất tan trong lOOOg dung mội; m - số gam chất tan trong lOOOg dung môi;
M - khối lượng mol chất tan;
Ks - hằng số nghiệm sôi, ks chỉ phụ thuộc vào bản chất của dung môị
Nhiệt độ đông đặc của chất lỏng
Nhiệt độ đông đặc của chất lỏng là nhiệt độ ở đó tồn tại cân bằng giữa lỏng và rắn (tinh thể):
L ^ R (tt)
Nhiệt độ đông đặc của chất lỏng nguyên chất
Đối với chất lỏng nguyên chất bậc tự do của hệ cân bằng L ^ R(tt) là: v= l - 0 - 2 + 2 = 1
V = 1, nghĩa là nhiệt độ đông đặc của chất lỏng nguyên chất chỉ phụ thuộc vào áp suất bên ngoàị Trong quá trình đông đặc nhiệt độ đông đặc không biến đổi, nếu áp suất bên ngoài không biến đổị
Nhiệt độ đông đặc của dung dịch
Bậc tự do của hệ cân bằng L ^ R (tt) đối với dung dịch của chất hòa tan nào đó là:
v = 2 - 0 - 2 + 2 = 2
V = 2, nghĩa là nhiệt độ đông đặc của dung dịch ngoài phụ thuộc vào áp suất bên ngoài, còn phụ thuộc vào nồng độ dung dịch.
• Nhiệt độ đông đặc của dung dịch thấp hơn nhiệt độ đông đặc của dung môi nguyên chất. Có thể giải thích hiện tượng này dựa vào nguyên lí Lơ Satơliê:
Xét cân bằng của dung môi nguyên chất: L ^ R(tt).
Khi hòa tan một chất vào pha lỏng, nồng độ của dung môi ở pha lỏng giảm xuống, nên cân bằng chuyển dịch từ pha R sang pha L. Để khôi phục lại cân bằng phải hạ nhiệt độ xuống thấp hơn so với khi là dung môi nguyên chất.
• Tronu quá trình đôna đặc của dung dịch loãng, chất rắn thoát ra trước tiên là chất rắn của dung môi, nên nồng độ dung dịch tăng dần và nhiệt độ đông đặc của dung dịch giảm dần. Khi đạt đến dung dịch bão hòa thì cả tinh thể dung môi và tinh thể chất hòa tan cùng kết tinh. Khối chất rắn gồm cả hai loại tinh thể này gọi là ơtectị Nhiệt độ ở đó tạo thành ơtecti là nhiệt độ ơtecti và thành phần ứng với khi tạo otecti là nồng độ ơtectị
Nhiệt độ đông đặc khi tạo ơtecti là không đổi cho tới khi toàn khối lỏng chuyển hết thành tinh thể.
Trong quá trình đang tạo ơtecti thì nhiệt độ đông đặc không đổi nếu áp suất bên ngoài không đổi; vì khi đó bậc tự do bằng 1, do xuất hiện pha thứ ba là tinh thể của chất hòa tan (f = 3):
• Độ giảm nhiệt độ đông đặc của dung dịch chất hòa tan không điện li so với dung môi nguyên chất được tính theo công thức Raoult:
Atđ = tđ(dm) - tcJ(đd), tđ(dm) - nhiệt độ đông đặc của dung môi nguyên chất, tđ(đ) - nhiệt độ bắt đầu đông đặc của dung dịch; kd -hằngsố nghiệm đông, kd chỉ phụ thuộc vào bản chất của dung môi, m, M có ý nghĩa giống trong công thức tính Àts.
BAI TẠP ^ ^
7.1. Entanpi của quá trình hòa tan KCl(tt) là 17,2 k l.m o r 1. Năng lượng mạng lưới của KCl(tt) là 702,5 kl.mol 1. Tính entanpi hiđrat hóa của quá trình sau: ^ v = 2 - 0 - 3 + 2 = l Atd = kd^ = kd^ . M K+(k) + C1 (k) + aq —» K+.aq + c r .a q Bài giải
17,2 = 702,5 + AHh => AHh = -685,3 kJ .
7.2. Ở nhiệt độ 298 K áp suất hơi nước bão hòa là 3159,68 Pạ Tính áp suất hơi của dung dịch chứa 10% khối lượng glixerol (M = 92g).
Bài giải 0,10 P ọ - P „ n2 p0 n j + n 18 92 3159,6 8 - P 3159,68 = 0,02 => p = 3096,49 Pạ
7.3. Áp suất hơi nước bão hòa ở 70°c bằng 233,8 mmHg. ở cùng nhiệt độ này áp suất hơi của dung dịch chứa 12g chất tan không bay hơi, không điện li trong 270 g nước bằng 230,73 mmHg. Tính khối lượng mol của chất tan. Pọ__p ___n_2 p0 n2 +n, 270 p0 - p = 233,8 - 230,73 mmỉỉg; n, = — = 15mol 18 ■ML = - 3 _ => n = 0,1996 233,8 n2 +15
7.4. Nhiệt độ sôi của benzen nguyên chất là 80,1 c . Nhiệt độ SÓI cua dung dịch chứa 3,24g lưu huỳnh trong 40g benzen sôi ở nhiệt độ 80,9°c. Hỏi trong dung dịch này, một phân tử lưu huỳnh gồm mấy nguyên tử? Cho biết ks (benzen) = 2,53.
Bài giải m , , m n 9 = — => M = — 2 M n , m 12 — = ——— = 60g. n2 0,1996 Bài giải 6 9
At = 80,9 - 80,1 = 0,8°c ; m = — .1000 = 81g.
s 40
M = ks — = 2,53— = 256,16 .
Ats 0,8
= 8 . Phân tử lưu huỳnh trong C6H6 gồm 8 nguyên tử (Sg). 32
7.5. Xác định công thức phân tử của một chất chứa 50,69% cacbon, 4,23% hiđro và 45,08% oxi, biết rằng dung dịch chứa 2,13 g chất này trong 60g benzen bắt đầu đông đặc ở 4,25°c và nhiệt độ đông đặc của benzen nguyên chất là 5,5°c.
Cho biết kđ(benzen) = 5,12.
Bài giải . . m Ald' k đ M m = — .1000 = 35,5; At = 5,5 - 4,25 = l,25°c 60 s 35 5 M = 5,12— = 145,4 1,25 CxHyOz = 145,4 50,69 4,23 45,08 12 : 1 : 16 = X: y : z = 4,224:4,23:2,82 X : y : z = 1,5 : 1,5 : 1 = 3 : 3 : 2 , , 145 4 (C ,H ,0 2)n = 145,4 => n = — = 2 Công thức phân tử là C6H60 4.
C h ư ơ n g 8