DUNG DỊCH - CÂN BẰNG LỎNG HƠI doc

DUNG DỊCH - CÂN
BẰNG LỎNG HƠI
Chương V:
DUNG DỊCH
CÂN BẰNG LỎNG HƠI
I. Đại cương về dung dòch
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 dòch là hỗn hợp đồng thể của hai hay
nhiều chất hoàn toàn trộn lẫn vào nhau.
 Dung dòch lỏng
 Dung dòch rắn
 Dung dòch gồm:
 Dung môi Ký hiệu 1 (x
1
)

 Chất tan Ký hiệu i = 2, n (x
i
)
 Dung dòch 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 dòch không gây hiệu ứng:
ΔU = 0; ΔH = 0; ΔV = 0
Tuân theo các phương trình lý tưởng, như
μ
i
=μ
i
o
+ RTlnx
i
PHÂN LOẠI DUNG DỊCH
 Dung dòch vô cùng loãng: x
1
→ 1, x
i
→ 0
Tuân theo các phương trình lý tưởng, như:
- Đònh luật Henry,

- Đònh luật Raoult,
- μ
i
=μ
i
o
+ RTlnx
i
 Dung dòch thực (không lý tưởng):
Lực tương tác khác nhau: f
A-A
≠ f
B-B
≠ f
A-B
tạo thành dung dòch 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
 p 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 dòch
 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 đònh trạng thái của
hệ: x
i
, T, P
 Xét sự cân bằng:
Khí i = Dung dòch (bão hòa i)
Đònh 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.
x
i
= k
H
.P

i
với k
H
là hằng số Henry, chỉ phụ thuộc nhiệt độ.
Khí i (P
i
) = Dung dòch (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

Đònh luật Henry chỉ thật đúng cho dung dòch lý
tưởng
Với dung dòch thực:
- Đònh luật Henry chỉ đúng khi áp dụng cho các
chất tan dễ bay hơi dung dòch vô cùng loãng
độ tan có thể biểu diễn theo các nồng độ khác
nhau
- Dung dòch 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
Đònh 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:

2
i
P
i
x
K
P
=

iiHi
x
KP k P==
2. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN SỰ
HÒA TAN CỦA KHÍ VÀ RẮN TRONG
CHẤT LỎNG.
Xét cân bằng:
Khí i ↔ Dung dòch (nồng độ x
i
) + ΔH
1

Rắn i ↔ Dung dòch (nồng độ x
i
)+ ΔH
2
Hằng số cân bằng:
()
()
(/ )
i
Xi
i
x
dungdòch
K x dungdòch
xkhírắn
==
Áp dụng phương trình đẳng áp Van’t Hoff:
(3.19a)
2
ln
X
P
K
H
TRT
∂
Δ
⎛⎞
=
⎜⎟

∂
⎝⎠
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
≈λ
ngưng tụ
= λ
i
ΔH
2
= λ
nóng chả
+ ΔH
pha loãng
+ ΔH
solvat hoá

≈λ
nóng chả
= λ
i

2
ln
ii
P
x
TRT
λ
∂
⎛⎞
=
⎜⎟
∂
⎝⎠
Phương trình Sreder
mô tả hàm x
i
= f(T)
Tích phân, ta được:
2
T
T
i
x
1x
i

T
dT
.
R
xlnd
0
i
i
∫∫
λ
=
=
với λ
i
= const và P = const.
T
o
: là nhiệt độ ngưng tụ (nóng chảy) của chất i
nguyên chất
 ở T = T
0
, x
i
= 1
0
11
ln
i
i
x

R
TT
λ
⎛⎞
−
=−
⎜⎟
⎝⎠

 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
x
h
B
x
Xét dung dòch hai chất A, B cân bằng với
hơi của A, B

Hai trong bốn
thông số là độc lập.
Bậc tự do: C = k – f + 2 = 2
 Khi T= const  c=1:
 Khi P= const  c=1:
Các thông số cần biết để xác đònh trạng thái của
hệ:
, , T, P
(
)
(
)
;
hl l
B
BB
x
fx P gx==
(
)
(
)
;
hl l
B
BB
x
fx T gx==
1. HỆ DD LÝ TƯỞNG TAN LẪN VÔ HẠN
Đònh luật Raoult

Áp suất hơi bão hoà của mỗi cấu tử tỉ lệ
thuận với phần mol của nó trong dung dòch.
a. Áp suất hơi, đònh luật Raoult:
l
ii
Pk.x=
Hệ một cấu tử:
loo
iii i
x1PP kP
=
→= →=
ol
iii
PP.x=
Đònh luật Raoult đúng cho dung dòch lý tưởng
Đối với dung dòch thực:
- Đònh luật Raoult đúng cho dung môi của
dung dòch vô cùng loãng,
- Đònh luật Henry đúng cho chất tan của
dung dòch vô cùng loãng.
b. Giản đồ áp suất-thành phần:
 Khi T= const  c=1:
(
)
(
)
;
hl l
B

BB
x
fx P gx==
0
P
(1)
Ax
B B
A
(2)
(3)
B
P
0
P

0l
AAA
0l
BBB
PP.x
PP.x
=
=
()
=
+
=+
=−+
AB

0l 0l
AA BB
0l0l
ABBB
PP P
P.x P.x
P.1 x P.x
000l
ABAB
PP (P P).x=+ −
Xét dung dòch hai cấu tử A và B
c. Thành phần pha hơi - Đònh luật Konovalov
Theo đònh luật Dalton:
A
B
h
A
h
B
h
A
h
B
P
P
n
n
x
x
==

Kết hợp đònh luật Raoult 
h0l l
BBB B
h0l l
AAA A
xPx x

xPx x
==α
0
B
B/A
0
A
P
P
α=
Đònh 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. Giaỷn ủo (x-x) Thaứnh phan hụi Thaứnh phan loỷng
hl
BB
hh l l
AB A B
l

B
l
B
x.x
xx x .x
.x

1( 1).x

=
++

=
+
hl
BB
xf(x)=
x
B
A
l
xB
B
< 1
= 1
> 1
h
h
B
C

e. Nhiệt độ sôi và giản đồ ‘Nhiệt độ – Thành phần’
Kết hợp phương trình Clausius-Clapeyron:
l
B
0
A
0
B
0
A
x).PP(PP −+=
Ta có:
)RT/exp(.KP
)RT/exp(.KP
BB
0
B
AA
0
A
λ−=
λ−=
l
AAB
AABB
P K .exp K .exp K .exp x
RT RT RT
λλλ
⎡
⎤

⎛⎞ ⎛⎞ ⎛⎞
=−+ −+−
⎜⎟ ⎜⎟ ⎜⎟
⎢
⎥
⎝⎠ ⎝⎠ ⎝⎠
⎣
⎦
Phương trình này nêu quan hệ giữa ba biến: P, T,
l
B
x
 Khi P= const 
(
)
=
l
B
Tgx
ñöôøng loûng
hay ñöôøng soâi
ñöôøng hôi
hay ñöôøng söông
l
B
xf(T)=
h
B
xf(T)=
A

l
xB
h
xB
B
Pha loûng
T
B
0
P
h
L = H
l
T
s
Pha hôi
0
T
A
T
Đồ thò trên có ba thành phần:
- Dưới đường lỏng: hệ một pha lỏng
c = k – f + 1 = 2
- Trên đường sương: hệ một pha hơi
c = k – f + 1 = 2
- Vùng giữa hai đường: hệ hai pha lỏng – hơi,
c = k – f + 1 = 1
h1
T
1

T
2
A
B
L
Pha lỏng
l1
0
T
C
Q
T
3
l2
l3
h2
h3
H
Pha hơi
0
T
A
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
22
22
2
2
lQ
hQ
Hơih
Lỏngl

=
Nếu điểm lỏng,
điểm hệ và điểm hơi
thẳng hàng, ta có