KỸ THUẬT TỔNG HỢP VẬT LIỆU VÔ CƠ pdf

12/7/2010 604006 - Chương 1 1
KỸ THUẬT TỔNG HỢP VẬT LIỆU VÔ CƠ
Mã môn học: 604006
Bộ môn : Công nghệ Vậtliệuvôcơ
Khoa : Khoa Học Ứng Dụng
Trường ĐạiHọcTônĐứcThắng
Giảng viên: ThS. La Vũ Thùy Linh
GIỚI THIỆU MÔN HỌC
12/7/2010 604006 - Chương 1 2
-Cung cấpnhững kiếnthứccơ bảnvề nhiệt động họcvà
động họccủa các quá trình hóa lý xảy ra khi chế tạovật
liệu.
-Nắm đượcbảnchấtvàkỹ thuậttiến hành các phương
pháp sử dụng trong lĩnh vựcchế tạovậtliệuvôcơ
Mụctiêumônhọc
Gồmhaiphầnchính:
-Cơ sở lý thuyếtcủa quá trình tổng hợpvậtliệuvôcơ
-Cácphương pháp tổng hợpvậtliệuvôcơ
12/7/2010 604006 - Chương 1 3
Nội dung mơn học
Tổng hợp bằng phương pháp điện hóa
Tổng hợp bằng phản ứng pha khí
nh 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
Phảnứnghóahọcpharắn
Q trình khuếch tán pha rắn
Phương pháp kết tủa từ dung dòch
Q trình kết tinh

Áp dụng Nhiệt động học và động học vào quá trình tổng hợp
12/7/2010 604006 - Chương 1 4
[1] Bài giảng tóm tắtKỹ thuậttổng hợpvậtliệuvôcơ –
NguyễnThị Tố Nga
[2] Trịnh Hân ,Quan Hán Khang , và những ngườIkhác.
Tinh thể họcdạicương, NXb đạihọcvàtrunghọc chuyên
nghiệpHànội1979
[3] NguyễnQuốcTín, Tổng luậnGốmkỹ thuật, Trung tâm
thông tin KHKT Hóa chất, 1994
[4] Hóa học và khoa họcvậtliệu–PGS.TsLa VănBình
[5] Anthony R. West, Solid state chemistry and its
applications, John Willey & Sons LTD, Newyork, 1984
Tài liệuthamkhảo
12/7/2010 604006 - Chương 1 5
Đánh giá
-Điểm 1: 10% Kiểmtragiữakì
-Điểm 2: 20% Xemina hay kiểm tra giữakì
-Điểm 2: 70% Kiểmtracuốikì
Cách thứchọc:
-Thảoluậntrênlớp
-Xemina
12/7/2010 604006 - Chương 1 6
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 CỦACÁC QTHH
IV.HẰNG SỐ CÂN BẰNG
VI. TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG

12/7/2010 604006 - Chương 1 7
I. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Hệ
Trạng thái
Thông số trạng thái
Hàm trạng thái
Điềukiệnchuẩncủacácchất
Chương 1
12/7/2010 604006 - Chương 1 8
II. HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA QUÁ TRÌNH
Hiệu ứng nhiệt: V=const P = const
Qui ướcdấu:
Phương pháp xác định ΔH :
1. DựavàoΔH
0
tt
(ΔH
0
s
)
2. DựavàoΔH
0
đc
(ΔH
0
c
)
3. DựavàoΔH củacácphản ứng khác
(áp dụng định luậtHess)
4. ΔH phụ thuộc vào nhiệt độ

12/7/2010 604006 - Chng 1 9
Bi tp
1. Xaực ủũnh hieọu ửựng nhieọt cuỷa phaỷn ửựng:
CaCO
3
(r) = CaO(r) + CO
2
(k)
H
o
298(TT)
kcal/mol -288,5 -151,9 -94,1
2. Xaực ủũnh hieọu ửựng nhieọt cuỷa phaỷn ửựng:
CH
3
COOH(l)+C
2
H
5
OH(l)=CH
3
COOC
2
H
5
(l)+H
2
O(l)
H
o

298ủc
-208,2 -326,7 -545,9 0
Kcal/mol
12/7/2010 604006 - Chương 1 10
3. Xác định hiệu ứng nhiệt của phản ứng ở đkc.
a. C
6
H
6
(l) + 15/2 O
2
(k) Ỉ 6CO
2
(k) + 3 H
2
O (l)
b. Cl
2
(k) + H
2
O (l) Ỉ HClO (dd) + HCl (dd)
c. 3 Cl
2
(k) + 2 NH
3
(k) ⇔ N
2
(k) + 6 HCl(k)
d. 4 HCl(k) + O
2

(k) ⇔ 2H
2
O (k) + 2 Cl
2
(k)
4. Tính nhiệt tạo thành tiêu chuẩn của MgCO
3
(r), SO
3
(k) từ hiệu
ứng nhiệt của các phản ứng:
a)C(r) + O
2
(k) = CO
2
(k) , ΔH
0
298
= -94,1 kcal/mol
b) 2Mg(r) + O
2
(k) = 2MgO(r) , ΔH
0
298
= –143,7 kcal/mol
c)MgO(r) + CO
2
(k) = MgCO
3
(r) , ΔH= – 28,11 Kcal/mol

e) 2SO
2
(k) + O
2
(k) = 2SO
3
(k) , ΔH = – 98,2 KJ/mol.
d) S(r) + O
2
(k) = SO
2
(k) , ΔH = – 297,0 KJ/mol
12/7/2010 604006 - Chương 1 11
5. Xác định hiệu ứng nhiệtcủaphản ứng tạo thành muốiClorua
của các kim loạikiềmtừ kim loại và khí Clo. Phản ứng tổng cộng
có thể chia nhỏ thành các giai đoạncơ bản theo chu trình Born –
Haber như sau:
ΔHpu
M (r) + ½ Cl
2
(k) MCl (r)
Cl (k) Cl
-
(k)
+
M (k) M
+
(k)
Bài tập
12/7/2010 604006 - Chương 1 12

7. Xác định hiệu ứng nhiệt của phản ứng ở 100
0
C
a. C
6
H
6
(l) + 15/2 O
2
(k) Æ 6CO
2
(k) + 3 H
2
O (l)
b. Cl
2
(k) + H
2
O (l) Æ HClO (dd) + HCl (dd)
c. 3 Cl
2
(k) + 2 NH
3
(k) ⇔ N
2
(k) + 6 HCl(k)
d. 4 HCl(k) + O
2
(k) ⇔ 2H
2

O (k) + 2 Cl
2
(k)
6. Xác định hiệu ứng nhiệtcủaphản ứng
CO
2
(k) + ½ O
2
(k) Æ CO
2
(k) ởđiềukiện 398
0
C
Cho biết ΔH
0
298
= -67,64 kcal ; nhiệt dung mol đẳng áp của CO (k) ,
O
2
(k), CO
2
(k) có giá trị tương ứng là 6,97; 7,05; 8,96 cal/mol.K
Bài tập
12/7/2010 604006 - Chương 1 13
III. ΔG CỦACÁC QTHH
Tính ΔG củacácphản ứng ởđiềukiệnchuẩnvề P, C
Tính ΔG củacácphản ứng ởđiềukiệnkhôngchuẩn
Tính ΔG củacácphản ứng đồng thể, dị thể pha lỏng,
dị thể pha khí
12/7/2010 604006 - Chương 1 14

1. Tính giá trò ΔG của các phản ứng sau và xác đònh chúng có thể
tự xảy ra theo hướng nào trong những điều kiện tiêu chuẩn ở 25
0
C:
a. Pb(r ) + CuO(r ) = PbO(r ) + Cu (r )
b. 4HCl(k) + O
2
(k) = 2Cl
2
(k) + 2H
2
O(l)
Bài tập
2. Dựa vào các bảng nhiệt tạo thành tiêu chuẩn, entropi tiêu chuẩn
của các chất tính toán xác đònh 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)
12/7/2010 604006 - Chương 1 15
3. ViếtbiểuthứctínhΔG của các phản ứng ởđiềukiện khác chuNn
a. N H
3
(k) + HCl(k) = N H
4
Cl(r)

b. 2H
2
S(k) + 3O
2
(k) = 2H
2
O(l) + 2SO
2
(k)
c. C (r) + O
2
(k) = CO
2
(k)
d. C
2
H
5
OH(l) + 3O
2
(k) → 2CO
2
(k) +3H
2
O(k)
e. FeO(r) + H
2
(k) = Fe(r) +H
2
O(k)

f. C
6
H
12
O
6
(r) + 6O
2
(k) → 6CO
2
(k) + 6H
2
O(k)
g. FeO(r) + CO(k) = Fe
(r)
+ CO
2
(k)
1
2
222
() () ( Hk Ok HO+=l)
CaCO
3
(r) = CaO(r) + CO
2
(k)
Bài tập
12/7/2010 604006 - Chương 1 16
5 .Có thể dùng Mg hay Ca kim loại để điều chế kim loại Y từ YCI

3
theo phản ứng sau đây được không:
2YCl
3
(r)+ 3Mg(Ca)(r) = 3MgCl
2
(CaCl
2
)(r) + 2Y(r).
Hãy tiến hành tính toán ở điều kiện 25
0
C 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 ) CaCl
2
(r) Mg(r) MgCl
2
(r) Y(r) YCl
3
(r)
ΔH
0
298,tt
0 – 189,50 0 –153,40 0 –232,69
kcal/mol
S
0
298
9,95 27,2 7,77 21,4 10,5 32,7
Cal/mol.độ

Bài tập
12/7/2010 604006 - Chương 1 17
IV.HẰNG SỐ CÂN BẰNG
Hằng số cân bằng, ý nghĩa
Các loạihằng số cân bằng khác: T, hằng số bền, hằng
sốđiệnly
Sự phụ thuộccủa K vào T
12/7/2010 604006 - Chương 1 18
V. CHIỀU HƯỚNG VÀ HIỆU QUẢ CỦA PHẢN ỨNG
Quan hệ giữa ΔG và hằng số cân bằng, suất điện động.
Xét chiềucủa các quá trình ởđkchuẩn và không chuẩn
Ởđkchuẩnphản ứng không xảyraÆ Thay đổicác
thông số nào để phản ứng xảyra
Hiệuquả của quá trình – quan hệ giữa ΔG và hiệu
quả của quá trình .
12/7/2010 604006 - Chương 1 19
Tính hằng số cân bằng củaphản ứng :
Biết:
BiếtTíchsố tan củaAgCllàT
AgCl
= 10
-10
; hằng số bềncủaphức[Ag(N H
3
)
2
]
=
10
7,3

.
332
() 2 ( ) [ ( )]( ) ( )
A
gCl r NH dd Ag NH dd Cl dd
+−
⎯⎯→
++
←⎯⎯
332
() () ()
()2 () [ ( )]()
AgCl r Ag dd Cl dd
A
gdd NHdd AgNH dd
+−
++
⎯
⎯→
+
←⎯⎯
⎯⎯→
+
←⎯⎯
12/7/2010 604006 - Chương 1 20
VI. TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG
Định nghĩatốc độ phản ứng
Tốc độ phản ứng phụ thuộcvàocácyếutố nào?
Æ Nồng độ - nhiệt độ -xúctác
Mối quan hệ giữa nhiệt động và động học

-Phản ứng tỏa nhiệt
-Phản ứng thu nhiệt