DUNG DỊCH CÂN BẰNG LỎNG HƠI (HÓA LÝ SLIDE CHƯƠNG 5) (chữ biến dạng do slide dùng font VNI times, tải về xem bình thường)

Chương V:

DUNG DỊCH
CÂN BẰNG LỎNG HƠI
I. Đại cương về dung dịch
II. Sự hịa 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 dịch là hỗn hợp đồng thể của hai hay
nhiều chất hoàn toàn trộn lẫn vào nhau.

 Dung

dịch lỏng
 Dung dịch rắn


Dung dịch gồm:
 Dung môi
Ký hiệu 1
(x1)
 Chất

03/22/21

tan
= 2, .. n (xi)

Ký hiệu i

607010 - Chương 5

2


PHÂN LOẠI DUNG DỊCH
 Dung

dịch lý tưởng:
Các cấu tử có tính chất lý,
hóa giống nhau
lực tương tác giống nhau:
fA-A = fB-B = fA-B
Tạo

03/22/21

dung dịch không gây
hiệu ứng:
U = 0; H = 0; V = 0
Tuân theo các phương trình lý
tưởng, nhö
 i = io+ RTlnxi
607010 - Chương 5

3


 Dung

03/22/21

dịch lý tưởng:

607010 - Chương 5

4


 Dung

dịch vô cùng loãng: x1
1, xi  0
Tuân

theo các phương trình lý
tưởng, như:
- Định luật Henry,
- Định luật Raoult,
 Dung- dịch
 i = iothực
+ RTlnx
(không
lý tưởng):
i

Lực tương tác khác nhau: fA-A  fB-B
 fA-B
tạo

thành dung dịch U  0; H 
0; V  0

03/22/21

607010 - Chương 5

5


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

03/22/21

607010 - Chương 5

6




Xét sự cân bằng:
Khí i = Dung dịch (bão hòa i)

Các thông số cần biết để xác
định trạng thái của hệ: xi, T, P
Bậc tự do: C = k – f
+2

x=
=2
f (T, P)
i

03/22/21

Khi

T= const: xi = f (P)

Khi

P= const: xi = f (T)

607010 - Chương 5

7


1. ẢNH HƯỞNG CỦA ÁP SUẤT
ĐẾN SỰ HÒA TAN CỦA KHÍ
TRONG CHẤT LỎNG
Khí i (Pi) = Dung dịch (nồng độ xi)
xi
Hằng số cânKbằng:
P 
Pi
Định 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.

xi = kH.Pi
với kH là hằng số Henry, chỉ phụ
03/22/21

607010 - Chương 5

8


Định luật Henry chỉ thật đúng
cho dung dịch lý tưởng
Với dung dịch thực:
- Định luật Henry chỉ đúng khi áp
dụng cho các chất tan dễ bay hơi
dung dịch vô cùng loãng
độ tan có thể biểu diễn theo
các nồng độ khác nhau
- Dung dịch có nồng độ cao thì
phải sử dụng hoạt độ.
sử dụng phương trình thực
nghiệm của độ tan
S = a + b.P + c.P2
03/22/21

607010 - Chương 5

9


Định luật Siverts
Trong ngành luyện kim, các khí
tan vào kim loại lỏng dưới dạng
nguyên tử:
X2(k)  2X

xi2
KP 
Pi
Hằng số cân baèng:



03/22/21

xi  K .Pi  kH . Pi

607010 - Chương 5

10


2. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ
ĐẾN SỰ HÒA TAN CỦA KHÍ VÀ
RẮN TRONG
CHẤT LỎNG.
Xét cân bằng:
Khí i  Dung dịch (nồng độ
xi) + H1
Rắn i  Dung dịch (nồng độ
xi) + H2
Hằng số cân bằng:

xi (dungd�
ch)
KX 

 xi (dungd�
ch)
xi (kh�ra�
/ n)

03/22/21

607010 - Chương 5

11


Áp dụng phương trình đẳng áp
Van’t Hoff:
��ln K X � H
(3.19a)
�
�
2
T
� �

�
P

RT

Chất i hoà tan theo các giai đoạn:
i(khí ,rắn)  ilỏng  i dd
, nên:

H1 =  ngưng tụ + Hpha loãng + Hsolvat hoá 
 ngưng tụ =  i
H2 =  nóng chả + Hpha loãng + Hsolvat hoá 
 nóng chả =  i

��ln xi � i

��
�
2
RT
� T �
P
03/22/21

Phương trình
Sreder mô tả
hàm xi = f(T)

607010 - Chương 5

12


xi

T

Tích phân, ta được: dlnx   i . dT
i



2
R
T
x 1
T
i



i
ln xi 
R

0

�1 1 �
�  �
�T T0 �

với  i = const và P = const.
To: là nhiệt độ ngưng tụ (nóng
chảy) của chất i nguyên chất
 ở T = T0 , xi = 1
 Áp dụng để tính độ hòa tan
của chất khí nếu biết Ts và
 ngưmgtụ

03/22/21

607010 - Chương 5

13


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
03/22/21

607010 - Chương 5

14


1. HỆ DD LÝ TƯỞNG TAN LẪN

VÔ HẠN
Xét dung dịch hai chất A, B
cân bằng với hơi của A, B
Các thông số cần biết để xác
định trạng thái của hệ:
l
B

h
B

x x ,

, T, P

Bậc tự do: C = k – f
+2=2
Khi

T= const 
c=1:

Khi

03/22/21

P= const 

Hai trong
bốn thông

số là độc
l lập.
l

 
 
 f  x  ;T  g x 

x  f xB ; P  g xB
h
B

h
B

x

607010 - Chương 5

l
B

l
B

15


a. Áp suất hơi, định luật Raoult:
Định luật Raoult

Áp suất hơi bão hoà của mỗi
cấu tử tỉ lệ thuận với phần
mol của nó trong dung dịch.

Pi  k.x

l
i

l
o
o
Hệ một cấu tử:
xi  1� Pi  Pi � k  Pi

Pi  P .x
o
i

03/22/21

607010 - Chương 5

l
i

16


Định luật Raoult đúng cho dung

dịch lý tưởng
Đối với dung dịch thực:
- Định luật Raoult đúng cho
dung môi của dung dịch vô
cùng loãng,
- Định luật Henry đúng cho
chất tan.

03/22/21

607010 - Chương 5

17


b. Giản đồ áp suất-thành phần:
Khi

T= const 

 

 

x  f x ;P  g x

h
c=1:
B

l
B

l
B

Xét dung dịch hai cấu tử A và B

PA  P .x
0
A

l
A

PB  P .x
0
B

l
B

P  PA  PB
 P .x  P .x
0
A

l
A

0
B

l
B

 PA0. 1 xBl   PB0.xBl



P  P  (P  P ).x

03/22/21

0
A

0
B

0
A

l
B

607010 - Chương 5

18

Thành phần pha hơi - Định luật Konov
h
h
x
n
Theo định luật Dalton: B  B  PB
h
h
xA nA PA

Kết hợp định luật Raoult
h
B
h
A

0
B
0
A

l
B
l
A

l
B
Định

l
A

x
P x
x
 .  .
x
P x
x
 B/ A
03/22/21

PB0
 0
PA



luật Konovalo

gọi là hệ số tách hay
hệ số chưng cất
607010 - Chương 5

19


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.

03/22/21

607010 - Chương 5

20


ản đồ (x-x) ‘Thành phần hơi – Thành phần

x  f(x )
h
B

l
B

x
.x
 l
h
h
l
xA  xB xA  .xB
h
B

l
B

.x

l
1 (  1).xB
l
B

03/22/21

607010 - Chương 5

21


t độ sôi và giản đồ ‘Nhiệt độ – Thà
Ta có: P PA0  (PB0  PA0 ).xlB

Kết hợp phương trình Clausius-Clapeyro
PA0 K A .exp(  A / RT )
PB0 K B .exp(  B / RT )

�l
� A � �
� A �
� B �
P  K A .exp�


K A .exp�


xB
� �
� K B .exp�
�
�
� RT � �
� RT �
� RT �
�
Phương trình này nêu quan hệ giữal
xB
ba biến: P, T,
03/22/21

607010 - Chương 5

22


Khi

 

l
P= const 
T  g xB

T

x  f(T)
h
B

đường hơi
hay đường
sương

x  f(T)
l
B

đường lỏng
hay đường sôi
03/22/21

607010 - Chương 5

23


Đồ thị 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
03/22/21

607010 - Chương 5

24


TL T1  T2
T3
Điểm hệ:
L  l1  Q2 
h3
Điểm lỏng:
l1  l 2  l 3
Điểm
hơi:
Nếu điểm
h1 h2điểm
 h3 hệ
lỏng,
và điểm hơi
thẳng hàng, ta
có
Lỏngl
Q2h2
2


Hơih2 Q2l 2
03/22/21

607010 - Chương 5

25