Bài tập hoá lý đại cương

Câu 1:
1. Định nghĩa dung dịch rắn?
2. Phân biệt dung dịch rắn và hệ phân tán rắn? Trình bày điều kiện hình thành dung dịch
rắn?
Trả lời:
* Dung dịch rắn là hệ chứa các chất rắn phân tán trong nhau ở dạng phân tử, nguyên tử hoặc ion
- Khi có sự kết tinh, dung dịch rắn được gọi là tinh thể hỗn hợp, là dạng kết tinh trong mạng lưới
tinh thể có các phân tử khác loại
* Phân biệt dung dịch rắn và hệ phân tán rắn:
Hệ phân tán rắn là khái niệm bao gồm cả dung dịch rắn cũng như hỗn hợp các chất rắn nói chung
(tinh thể có các phân tử cùng loại)
* Điều kiện hình thành dung dịch rắn:
•

2 chất phải có cùng kiểu công thức hoá học, cùng kiểu cấu trúc tinh thể là những chất
đồng hình

•

Tỷ lệ tương đối của các đơn vị cấu trúc các nguyên tử hay ion phải gần như nhau

•

Đặc tính liên kết hoá trị của các liên kết trong phân tử phải tương tự nhau

Câu 2:
Trình bày đặc điểm cấu tạo của chất diện hoạt? Viết công thức thức tính HLB của một chất
diện hoạt và hỗn hợp hai chất diện hoạt? Kể tên 2 lĩnh vực sử dụng các chất diện hoạt theo HLB?
Trả lời:
Định nghĩa: Chất hoạt động bề mặt là chất
•

Có khả năng tập tung trên bề mặt phân cách

•

Làm giảm sức căng bề mặt phân cách

Đặc điểm cấu tạo: phân tử gồm 2 phần
•

Phần thân dầu (gốc hydrocacbon R)

•

Phần thân nước (các nhóm phân cực: -HSO3, -COOH, -OH, -R-NH2)

Quan hệ giữa hoạt tính bề mặt và đặc điểm cấu tạo
•

Gốc R tăng, hoạt tính bề mặt tăng (R ≈ 10 - 18C)


•

Cùng R, độ phân cực tăng, hoạt tính bề mặt tăng (-SO3H > COOH > OH phenol > OH
alcol)

•

Tương quan giữa 2 phần thân dầu - thân nước biểu thị bằng chỉ số HLB

Công thức tính HLB:
HLB = ∑(chỉ số nhóm thân nước) - ∑(chỉ số nhóm thân dầu) + 7
Ý nghĩa của HLB: giúp chọn lĩnh vực sử dụng chất HĐBM
•

Chống tạo bọt:

HLB 1 - 3

•

Nhũ hoá N/D: HLB 3 - 8

•

Gây thấm:

•

Nhũ hoá D/N: HLB 8 - 16

•

Tẩy rửa:

•

Tăng độ tan: HLB 16 - 30, 40

HLB 7 - 9

HLB 13 - 16

Câu 3:
1. Tính tuổi thọ thuốc A khi bảo quản ở 30º C
Phản ứng tuân theo quy luật động học của phản ứng bậc 1 nên hằng số tốc độ phản ứng được
tính theo công thức:
k=

2,303 C0
lg
t
Ct

Trong đó C0 là nồng độ ban đầu của thuốc (C0= 102,3mg) ; Ct là nồng độ thuốc
còn lại tại thời điểm t
* Xét quá trình phân hủy thuốc tại nhiệt độ T1 = 50º C. Sau 120 ngày Ct = 97,2mg
k50 =

2,303 102,3
lg
120
97,2
≈ 0,426.10-3 (ngày-1)

* Xét quá trình phân hủy thuốc tại nhiệt độ T2 = 60º C. Sau 120 ngày Ct= 90,1mg
k60 =

2,303 102,3

lg
120
90,1
≈ 1,058.10-3 (ngày-1)

Theo phương trình Arrhenius:


k 
Ea  1
1 
lg 60  = −
−

2,303R  333 323
 k 50 

Với R = 8,314 J.mol-1k-1 là hằng số khí tuyệt đối. Từ đó

ta tính được năng lượng hoạt hóa:
Ea = 81.363 J mol-1
Tại nhiệt độ 30o C áp dụng phương trình Arrhenius:
k 
Ea  1
1 
lg 50  = −
−
2,303R  323 303
 k 30 

= 0,868. Từ đó ta tính được k30 = 0,577.10-4 (ngày-1)

Tuổi thọ của thuốc A tại thời điểm T9/10 là:
t = x ln() = 1.826 ngày.
2. Ta thấy thời gian phân hủy của thuốc không phụ thuộc vào nồng độ đầu mà chỉ phụ thuộc vào
hằng số tốc độ phản ứng nên khi thay đổi nồng độ đầu thì T9/10 không thay đổi hay tuổi thọ của
thuốc không thay đổi.
Câu 4:
1. Khái niệm áp suất thẩm thấu? Đơn vị đo áp suất thẩm thấu trong y dược? Quy chế nhãn thuốc
yêu cầu viết áp suất thẩm thấu của dung dịch theo đơn vị độ nào?
2. Nêu đặc điểm quá trình trương nở hòa tan của các chất cao phân tử (polymer) trong dung môi?
Trả lời:
1. Áp suất thẩm thấu là áp suất gây ra bởi sự có mặt của chất tan trong dung dịch, làm giảm hóa
thế của dung môi trong dung dịch so với trong dung môi nguyên chất.
Công thức tính áp suất thẩm thấu: πV = nB. RT
- Đơn vị đo áp suất thẩm thấu trong y dược là độ Osmol hoặc Osmolan. Đơn vị osmol (Osm): Là
áp suất thẩm thấu của dung dịch chứa mol chất tan lý tưởng không ion hoá trong 1lít dung dịch.
- Nồng độ Osmol và nồng độ Osmolan: Biểu thị số mol chất tan lý tưởng không ion hoá có trong
1lít dung dịch (nồng độ Osmol) hay trong 1kg dung môi (nồng độ Osmolan).
Nồng độ Osmol = (nồng độ Osmolan đo được) x (tỷ trọng dung dịch g/ml) - (nồng độ chất tan
khan g/ml)
* Quy chế viết nhãn thuốc yêu cầu viết ASTT của dụng dịch theo đơn vị độ Osmol (osm.L-1)
2. Đặc điểm quá trình trương nở hòa tan của các chất cao phân tử trong dung môi:


•

Là quá trình tự diễn biến tạo hệ đồng thể bền vững nhiệt động học

•

Quá trình hoà tan CPT xảy ra nhiều giai đoạn:
–

GĐ1: trương nở CPT nhờ sự solvat hoá. Thể tích toàn hệ co ngót do các PT dung
môi sắp xếp có trật tự trong lớp solvat

–

GĐ2: CPT trương nở mạnh nhờ sự khuếch tán 1chiều của dung môi vào pha CPT

–

GĐ3: hoà tan CPT tạo dung dịch CPT

•

Loại CPT có liên kết cầu nối quá trình hoà tan dừng ở GĐ2 (CPT trương nở hữu hạn)

•

Loại CPT không có liên kết cầu nối hoà tan đến GĐ3 (CPT trương nở vô hạn)

•

Quá trình hoà tan tạo dung dịch CPT đạt đến cân bằng rất chậm so với quá trình hoà tan
PT nhỏ tạo dung dịch thật.

Câu 5: Trình bày mô hình cấu tạo của tiểu phân keo? Cho ví dụ nhân keo tích điện âm và nhân
keo tích điện dương?

* Mô hình cấu tạo tiểu phân keo

- Bề mặt rắn của hạt keo là bề mặt tiếp xúc giữa 2 pha rắn - lỏng của nhân rắng và môi trương
phân tán. Nhân rắn được hình thành gồm tập hợp rất nhiều các phân tử, nguyên tử kết hợp lại tạo
thành bề mặt hạt keo.


- Trên bề mặt nhân rắn có sự hấp phụ chọn lọc các chất điện ly tạo ra lớp Ion tạo thế. Những ion
đối dấu với lớp Ion tạo thế ở d 2 bị hút lại tạo ra lớp điện thế kép. Cả nhân rắn và lớp điện kép tạo
ra Miixen keo. Vì thế Mixen keo trung hòa về điện
* Ví dụ: Điều chế keo AgI theo phản ứng sau
AgNO3 + KI → AgI↓ keo + KNO3
- Nếu nồng độ KI > AgNO 3 thì sau PƯ ngoài AgI còn có các ion K +, I-, và NO3-; khi đó nhân rắn
ưu tiên hấp phụ I- làm ion tạo thế. Hạt keo mang điện âm và Mixen keo cấu tạo như sau
[m(AgI) .

n I- .

(n-x)K+]x- . xK+

Nhân keo Lớp hấp Lớp Ion Lớp khuếch tán
phụ

đối

- Nếu nồng độ KI nhỏ hơn AgNO3 thì trong hệ ngoài AgI còn có các Ion Ag + , K+ và NO3- hạt keo sẽ mang
điện dương. Mixen keo có cấu tạo như sau
[m(AgI) . n Ag+ . (n-x)NO3-]x+ . xNO3Nhân keo Lớp hấp
phụ

Lớp Ion Lớp khuếch tán
đối

Câu 6:
1. Chứng minh chất A phân hủy theo quy luật động học bậc 1
Giả sử quá trình phân hủy A tuân theo động học bậc 1 khi đó ta có
k = x ln Với C0 là nồng độ ban đầu của chất A; Ct là nồng độ của A tại thời điểm t.
* Xét quá trình phân hủy chất A tại T = 50º C:
- Thời điểm t = 2 giờ ta có: k2 = x ln ≈ 0,237 giờ-1
- Thời điểm t = 5 giờ ta có: k5 = x ln ≈ 0,220 giờ-1
- Thời điểm t = 10 giờ ta có: k10 = x ln ≈ 0,226 giờ-1
Hằng số tốc độ phản ứng trung bình ở 50º C:
k50 = = 0,227 giở-1
* Xét quá trình phân hủy chất A tại T = 70º C
- Thời điểm t = 2 giờ, ta có k'2 = x ln ≈ 0,332 giờ -1
- Thời điểm t = 5 giờ, ta có k'5 = x ln ≈ 0,331 giờ-1
- Thời điểm t = 10 giờ, ta có k'10 = x ln ≈ 0,328 giờ-1


Hằng số tốc độ phản ứng trung bình ở 70º C:
k70 = = 0,331 giờ -1
* Như vậy ta thấy trong sự phân hủy chất A ở 50º C hay 70º C thì các giá trị hằng số tốc độ phản
ứng tại các thời điểm t = 2 giờ, 5 giờ, 10 giờ là xấp xỉ nhau ( k2 ≈ k5 ≈ k10) và ( k'2 ≈ k'5 ≈ k'10). Do
đó A phân hủy theo quy luật động học bậc 1, điều giả sử là đúng.
2. Theo phương trình Arrhenius ta có:
k 
Ea  1
1 
lg 7 0  = −
−



2,303R  343 323
 k 50 

Trong đó Ea là năng lượng hoạt hóa của A. R là hằng số tuyệt đối khí = 8,314 J.mol-1k-1
Với k50 = 0,227 giờ-1 ; k70 = 0,331 giờ-1 thay số vào ta tính được Ea
Ea = 17.373 J. mol-1
Tại nhiệt độ 30º C hằng số tốc độ phản ứng là k30 được xác định từ phương trình Arhenius:
k 
Ea  1
1 
lg 50  = −
−


2,303R  323 303
 k 30 

k 
lg 50 
 k 30 

Thay các giá trị Ea và R vào phương trình ta tìm được:

k50
k30

≈ 0,1854 →

= 1,532 → k30 = 0,148.

Tại thời điểm 10% chất A bị phân hủy tức là thời điểm t = T9/10. Lúc đó Ct = 9/10 C0 , khi đó ta
có
t = x ln = 0,712 giờ.
Câu 7:
1. Viết phương trình Arrhenius về ảnh hưởng của nhiệt độ tới hằng số tốc độ phản ứng?
2. Nêu các biện pháp cơ bản nâng cao độ bền trạng thái tập hợp của hỗn dịch?
Trả lời:
1. Phương trình Arrhenius về ảnh hưởng của nhiệt độ tới hằng số tốc độ phản ứng
k = A.e − Ea / RT


Trong đó:
- A: là hệ số tần số (hệ số trước lũy thừa)
- e-Ea/RT là thừa số Boltzmann
- R: là hằng số tuyệt đối khí = 8,314 J.mol-1.k-1
- T: Nhiệt độ tuyệt đối (ºC + 273)
- Ea: là năng lượng hoạt hóa
2. Các biên pháp cơ bản nâng cao độ bền trạng thái tập hợp của hỗn dịch:
Câu 8:
Trình bày khái niệm, phân loại nhũ tương? Phân tích điều kiện hình thành và bền vững của nhũ
tương?
* Khái niệm: Nhũ tương là " những hệ phân tán cơ học vi dị thể, tạo thành bới 2 chất lỏng không
đồng tan, trong đó 1 chất lỏng được phân tán đồng đều vào chất lỏng thứ 2 (môi trường phân tán)
dưới dạng các tiểu phân có đường kính từ 0,1 đến hàng chục micromet.
Nhũ tương có 3 thành phần chính: Pha nội (pha phân tán); Pha ngoại (môi trường phân tán); Chất
nhũ hóa (chất gây phân tán). 2 chất lỏng không đồng tan trong thành phần nhũ tương được quy
ước là pha dầu và pha nước.
* Phân loại nhũ tương

- Theo nguồn gốc: gồm có nhũ tương thiên nhiên ( sữa, lòng đỏ trứng...) và nhũ tương nhân tạo
- Theo nồng độ pha phân tán: Nhũ tương đặc và nhũ tương loãng
- Theo kiểu nhũ tương:
+ Nhũ tương kiểu dầu trong nước, ký hiệu D/N
+ Nhũ tương kiểu nước trong dầu, ký hiệu N/D
+ Nhũ tương kép D/N/D hay N/D/N
- Theo đường sử dụng: có nhũ tương dùng trong và nhũ tương dùng ngoài
* Điều kiện hình thành và bền vững của nhũ tương:
- Sự hình thành một nhũ tương bao gồm sự tăng bề mặt liên pha kèm theo sự tăng năng lượng tự
do. Sức căng bề mặt liên pha càng nhỏ thì nhũ tương thu được càng dễ dàng.
- Sự ổn định của hệ nhũ tương có thể được xác định bằng: tốc độ phân lớp của nhũ tương và thời
gian tồn tại của chúng. Tính bền vững của tập hợp nhũ phụ thuộc rất nhiều vào bản chất và chất
lượng nhũ hóa về mặt nhiệt động hóa học. Chất nhũ hóa bị hấp thụ trên bề mặt phân cách pha
làm sức căng bề mặt giảm do đó nó ngăn cách sự kết dính các hạt. Như vậy chất nhũ hóa không
chỉ xác định được độ bền hệ nhũ tương mà còn xác định được loại nhũ tương.


- Để làm cho nhũ tương bền ta dùng các chất khử nhũ hóa:
+ Thê các chất điện ly vô cơ vào để làm cho các giọt tích điện và đẩy nhau
+ Thêm các chất HĐBM có cấu trúc lưỡng cực để chúng hướng 2 cực háo nước và ưa nước của
chúng vào 2 phía của bề mặt liên pha dầu/nước do đó làm giảm sức căng bề mặt của 2 pha
+ Hoặc những chất cao phân tử hòa tan được vào trong pha liên tục polysacarit để làm tăng độ
nhớt của pha liên tục, hoặc như Protein để hấp thụ vào bề mặt liên pha
Câu 9:
1. Dung dịch đẳng trương (với máu) là dung dịch có áp suất thẩm thấu và độ hạ băng điểm
giống như của máu (7,4 atm và 0,52º C) và không làm thay đổi thể tích hồng cầu (khi trộn hồng
cầu vào dung dịch)
2. Trong 500ml d2 Pilocarpin 0,5% có m = C% x Vdd = 500 x 0,5% = 2,5 g
- Lượng 2,5 g Pilocarpin trong 500ml d2 tạo áp suất thẩm thấu tương đương : 2,5 x 0,23 = 0,575
g NaCl.

- Để pha 500ml d2 NaCl đẳng trương (0,9%) cần 4,5 g NaCl.
- Ta đã biết trong 500ml d2 Pilocarpin đã có 2,5 g dược chất tương đương với 0,575 g NaCl → để
d2 đẳng trương cần thêm vào 4,5 - 0,575 = 3,925 g NaCl. Trong trường hợp này ta dùng Acid
Boric để pha cùng Pilocarpin.
→ Lượng Acid Boric tương đương với 3,925 g NaCl = = 7,85 g
Lượng Pilocarpin Nitrat (M=271) chứa 2,5 g Pilocarpin = ≈ 3,257 g
Như vậy pha 3,257 g Pilocarpin Nitrat và 7,85 g Acid Boric trong vừa đủ 500ml d2 H2O ta thu
được d2 đẳng trương.

Câu 12:
Người ta nghiên cứu độ ổn định của thuốc theo phương pháp lão hóa cấp tốc ở nhiệt độ 60oC và
70oC. Ở nhiệt độ 60oC sau 120 ngày thì hàm lượng thuốc còn lại 96,0 mg. Ở nhiệt độ 70oC sau 64
ngày hàm lượng thuốc còn lại 95,8 mg. Tính tuổi thọ của thuốc khi bảo quản ở 30oC, biết hàm
lượng ban đầu của thuốc là 100 mg, thuốc chỉ được dùng khi hàm lượng không dưới 97 mg và sự
phân hủy của thuốc trên theo quy luật động học đơn giản bậc 1
Giải:


Phản ứng tuân theo quy luật động học của phản ứng bậc 1 nên hằng số tốc độ phản ứng được tính
theo công thức:
k=

2,303 C0
lg
t
Ct

Trong đó C0 là nồng độ ban đầu của thuốc (C0= 100mg) ; Ct là nồng độ thuốc
còn lại tại thời điểm t
* Xét quá trình phân hủy thuốc tại nhiệt độ T1 = 60º C. Sau 120 ngày Ct = 95,8mg

k60 =

2,303 100
lg
120
96

≈ 3,4.10-4 (ngày-1)

* Xét quá trình phân hủy thuốc tại nhiệt độ T2 = 70º C. Sau 64 ngày Ct= 90,1mg
k70 =

2,303 100
lg
64
95,8
≈ 6,7.10-4 (ngày-1)

Theo phương trình Arrhenius:
k 
Ea  1
1 
lg 7 0  = −
−

2,303R  343 333
 k 60 

Với R = 8,314 J.mol-1k-1 là hằng số khí tuyệt đối. Từ đó

ta tính được năng lượng hoạt hóa:
Ea = 64.415 J mol-1
Tại nhiệt độ 30o C áp dụng phương trình Arrhenius:
k 
Ea  1
1 
lg 60  = −
−

2,303R  333 303
 k 30 

= 1. Từ đó ta tính được k30 = 0,34.10-4 (ngày-1)

Tuổi thọ của thuốc A tại thời điểm hàm lượng còn 97% là:
t = x ln() = 895,8 ngày.