Bài giảng Hóa lý - Chương 4: Dung dịch điện ly - Nguyễn Trọng Tăng

Nội dung text: Bài giảng Hóa lý - Chương 4: Dung dịch điện ly - Nguyễn Trọng Tăng

1. CHƯƠNG 4 DUNG DỊCH ĐIỆN LY 1
2. Nội dung 4.1. Tính bất thường của dung dịch điện ly 4.2. Thuyết điện ly 4.3. Độ điện ly – Hằng số điện ly 4.4. Sự solvat hóa các ion 4.5. Hoạt độ và hệ số hoạt độ 4.6. Lực ion 2
3. 4.1. Tính bất thường của dung dịch điện ly P Thực nghiệm Lý thuyết Tđ Ts Phát hiện – Điều chỉnh Arrhenius Van’t Hoff 3 ACID – BAZ – MUỐI
4. 4.1. Tính bất thường của dung dịch điện ly Hệ số điều chỉnh i - Van’t Hoff T = i.K.Cm ΔP ΔT ΔT π i = tn = S,tn = D,tn = tn ΔP ΔT ΔT π π = i.C.R.T lt S,lt D,lt lt ➢ i phụ thuộc vào bản chất và nồng độ chất tan 4 ➢ Trong dung dịch loãng, có giá trị từ 2 – 4
5. 4.1. Tính bất thường của dung dịch điện ly Bài tập 1 Dung dịch chứa 7,308g NaCl trong 250g nước cho biết ở 291K áp suất thẩm thấu của dung dịch là 2,1079.106 N/m2, khối lượng riêng của dung dịch là 1 g/cm3, hằng số nghiệm lạnh của nước 1,86. Xác định nhiệt độ kết tinh của dung dịch? 5
6. 4.1. Tính bất thường của dung dịch điện ly Bài tập 2 Dung dịch 2,45g H2SO4 trong 500g nước đông đặc ở - 0,20550C. Hằng số nghiệm lạnh của nước là 1,86. Xác định hệ số đẳng trương i? 6
7. 4.2. Thuyết điện ly Thuyết điện ly Thuyết điện ly Thuyết điện ly Arrhenius hiện đại 7
8. 4.2. Thuyết điện ly Thuyết điện ly Arrhenius – 1887 Bất thường Giải thích Arrhenius do không giải thích được khả năng dẫn điện khác nhau và nguyên nhân. Quá trình điện ly 8
9. 4.2. Thuyết điện ly Thuyết điện ly Arrhenius – 1887 Arrhenius cho rằng: Khi hòa tan trong nước các dung dịch bị phân ly thành các phần tử nhỏ hơn mang điện tích gọi là các ion. Ion dương gọi là cation và ion tích điện âm được gọi là anion. 9
10. 4.2. Thuyết điện ly Thuyết điện ly hiện đại Sự điện ly là do có tác dụng tương hỗ giữa chất điện ly và các phân tử dung môi để tạo thành các ion bị solvat hóa. 10
11. 4.2. Thuyết điện ly Thuyết điện ly hiện đại Ví dụ + - NaCl + mH2O = Na .nH2O + Cl .(m - n)H2O 11
12. 4.2. Thuyết điện ly Phân lọai chất điện ly Chất điện ly Chất điện ly mạnh Chất điện ly yếu 12
13. 4.3. Độ điện ly và hằng số điện ly Độ điện ly - n n : là số phân tử phân ly hay α = n0 n0 : là số phân tử ban đầu hòa tan. 13
14. 4.3. Độ điện ly và hằng số điện ly Hằng số điện ly - KD Xét phản ứng điện ly sau: n+ m- AmBn mA + nB Hằng số cân bằng: m n An+  Bm−  K D = 14 AmBn 
15. 4.3. Độ điện ly và hằng số điện ly Quan hệ - KD Xét phản ứng điện ly sau: n+ m- AmBn mA + nB Ban đầu: n0 0 0 Phản ứng: .n0 m .n0 n .n0 Cân bằng: n0(1- ) m .n0 n .n0 (m+n−1) (m+n) n0 .α m n K D = m .n 15 (1− α)
16. 4.3. Độ điện ly và hằng số điện ly Quan hệ - KD n (m+n−1).α(m+n) K = 0 mm.nn D (1− α) Nếu chất điện ly 1- 1 (m = 1, n= 1 → AB) 2 n0.α K D = 16 (1− α)
17. 4.3. Độ điện ly và hằng số điện ly Quan hệ i – Quan điểm Van’t Hoff: Theo Van’t Hoff, hệ số i trong hiện tượng điện ly là số phần tử sau khi điện ly so với các phần tử hòa tan. 17
18. 4.3. Độ điện ly và hằng số điện ly Quan hệ i – Hệ số Van’t Hoff: i = 1 + (v - 1)α i −1 T = i.K.Cm α = ν −1 π = i.C.R.T 18 Với  = m + n
19. 4.3. Độ điện ly và hằng số điện ly Bài tập 3 Dung dịch 0,66g CH3COOH trong 100g nước đông đặc ở -0,2100C. Hằng số nghiệm lạnh của nước bằng 1,86. Xác định hệ số Vant’ Hoff và độ phân ly? ĐS: 1,026; 0,026 19
20. 4.3. Độ điện ly và hằng số điện ly Bài tập 4 Tính áp suất thẩm thấu của dung dịch NaCl 0,15M ở 370C biết độ phân ly của dung dịch là 95%? ĐS: 7,4 atm 20
21. 4.3. Độ điện ly và hằng số điện ly Bài tập 5 Độ hạ điểm kết tinh của dung dịch chứa 6g 0 CH3COOH trong 1000g nước là 0,1885 C và hằng số nghiệm lạnh của nước là 1,86. Xác định độ phân ly của dung dịch này? ĐS: 1,34% 21
22. 4.3. Độ điện ly và hằng số điện ly Bài tập 6 Dung dịch nước của chất điện ly yếu ở nồng độ molan bằng 0,1. Độ hạ điểm đông đặc 0,2080C. Hằng số nghiệm đông của nước 1,86. Xác định độ phân ly của acid bậc 1 trong dung dịch này? ĐS: 0,118 22
23. 5.3. Độ điện ly và hằng số điện ly Bài tập 7 Dung dịch chứa 4,355 mol đường mía trong 5 lít dung dịch ở 291K có cùng áp suất thẩm thấu với dung dịch chứa 2 mol NaCl trong 4 lít dung dịch. Xác định độ phân ly của dung dịch NaCl? ĐS: 0,74 23
24. 4.3. Độ điện ly và hằng số điện ly Bài tập 8 Dung dịch nước của một chất điện ly yếu bậc hai có nồng độ molan bằng 0,1m đông đặc ở -0,2080C. Biết hằng số nghiệm lạnh của nước là 1,86, xác định độ phân ly? ĐS: 0,119 24
25. 4.3. Độ điện ly và hằng số điện ly Bài tập 9 Chỉ số pKc của sự phân ly etylamoni bromua 0 (C2H5NH3Br) trong nitrometan ở 25 C bằng 3,62. Xác định hệ số đẳng trương i của dung dịch trên ở nồng độ 0,05M? 25
26. 4.4. Hoạt độ - Hệ số hoạt độ ➢ Dung dịch rất loãng, dung dịch chất điện ly yếu giống dung dịch lý tưởng. ➢ Dung dịch có nồng độ cao hơn không sử dụng được như dung dịch lý tưởng. Do đó, cần hiệu chỉnh: + Nồng độ: C, m, x → Hoạt độ: ac, am, ax + Áp suất: P → Hoạt áp. ap 26
27. 4.4. Hoạt độ - Hệ số hoạt độ Xét quá trình phân ly của M+A-: + - M+A- =  M +  A Trong đó: + -  =  +  : chỉ số trong công thức chất M+A- a , a+,a-: hoạt độ trung bình, hoạt độ ion của ion M+ và A- a : hoạt độ chất điện ly m , m+,m-: molan trung bình và molan thành phần của ion M+ và A-  , +, -: hệ số hoạt độ trung bình, ion của ion M+ và A- 27
28. 4.4. Hoạt độ - Hệ số hoạt độ Theo định nghĩa, ta có: a+ = +. m+ a- = -. m- a =  . m 28
29. 4.4. Hoạt độ - Hệ số hoạt độ Công thức a+ = +. m+ a- = -. m- a =  . m ν+ ν− Hoạt độ chất điện ly hòa tan: a = a+ .a− ν 1 a = a Hoạt độ trung bình của ion là:  +  −  a = (a+ .a− ) 1 ν+ ν− ν Molan trung bình của ion là: m = (m+ .m− ) 1 Hệ số hoạt độ trung bình của ion là:  +  −   = ( + . − ) 34
30. 4.4. Hoạt độ - Hệ số hoạt độ Một số quan hệ chuyển đổi m c x = = 1000 (100.ρ − M2.c) νm + νc + M1 M1 Trong đó: M1; M2: KLPT của dung môi và chất tan; - khối lượng riêng dung môi. 35
31. 4.4. Hoạt độ - Hệ số hoạt độ Ý nghĩa vật lý hệ số hoạt độ Sự khác biệt của hệ so với trạng thái lý tưởng là do lực tương tác giữa các phần tử trong dung dịch. Lực tương tác bao gồm: + Lực tương tác với dung môi (sự solvat hoá) + Lực tương tác tĩnh ion khác. Phương trình biểu diễn: 36 Năng lượng tương tác
32. 4.4. Hoạt độ - Hệ số hoạt độ Bài tập 10 Xác định hoạt độ của BaCl2 trong dung dịch 0,1m nếu  BaCl2 = 0,501? ĐS: 5,03.10-4 37
33. 4.4. Hoạt độ - Hệ số hoạt độ Bài tập 11 Xác định hoạt độ (a) và hoạt độ trung bình (a ) của ZnSO4 trong dung dịch 0,1m nếu  = 0,148? ĐS: 2,19.10-4; 1,48.10-2 38
34. 4.4. Hoạt độ - Hệ số hoạt độ Bài tập 12 Dung dịch Ca(NO3)2 có nồng độ molan bằng 0,2 và hệ số hoạt độ ion trung bình ở nồng độ này bằng 0,426. Xác định m , a và a? ĐS: 0,317; 0,135 và 2,55.10-3 39
35. 4.5. Lực ion Định nghĩa Là một nửa tổng của tích số nồng độ của mỗi ion với bình phương của số điện tích (hóa trị) của tất cả các ion có mặt trong dung dịch. 40
36. 4.5. Lực ion Công thức 1 2 1 2 Im = miZi IC =  CiZi 2  2 Trong đó: i - ký hiệu của tất cả các ion trong dung dịch mi hay Ci - nồng độ thực của các ion 41
37. 4.5. Lực ion Định luật thực nghiệm về lực ion (Lewis - Randall) Trong vùng nồng độ loãng của các dung dịch, hệ số hoạt độ trung bình của một chất điện ly mạnh có giá trị như nhau của tất cả các dung dịch có cùng lực ion. 42
38. 4.5. Lực ion Bài tập 13 Dung dịch nước của BaCl2 có nồng độ 0,002m ở 298K. Hãy xác định lực ion của dung dịch? ĐS: 0,006 43
39. 4.5. Lực ion Bài tập 14 Môt dung dịch chứa 0,08 mol Na2SO4 và 0,02 mol Cr2(SO4)3 trong 1000g nước. Tính lực ion của dung dịch? ĐS: 0,54 44
40. 4.5. Lực ion Bài tập 15 Cho dung dịch chứa 0,01 mol MgSO4, 0,005 mol NaCl và 0,001 mol MgCl2 trong 1000g nước. Thực nghiệm việc đo lực ion và hệ 2- số hoạt độ ion hoá trị hai (SO4 ) ta được số liệu sau: Lực ion 0,001 0,01 0,02 0,05 0,1 ion hoá trị 2 0,77 0,58 0,50 0,40 0,30 a. Xác định lực ion? 2- b. Hệ số hoạt độ SO4 ? 45 ĐS: 0,048; 0,41