Chương 4 Dung dịch điện ly

Click to edit Master title style Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth level Fifth level ‹#› 1 CHƯƠNG 4 DUNG DỊCH ĐIỆN LY 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 3 4.1. Tính bất thường của dung dịch điện ly Thực nghiệm Lý thuyết  P Tđ Ts ACID – BAZ – MUỐI Phát hiện – Điều chỉnh Arrhenius Van’t Hoff 4 4.1. Tính bất thường của dung dịch điện ly i phụ thuộc vào bản chất và nồng độ chất tan Trong dung dịch loãng, có giá trị từ 2 – 4 Hệ số điều chỉnh i - Van’t Hoff 5 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? Bài tập 1 4.1. Tính bất thường của dung dịch điện ly 6 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? Bài tập 2 4.1. Tính bất thường của dung dịch điện ly 7 Thuyết điện ly Thuyết điện ly Arrhenius Thuyết điện ly hiện đại 4.2. Thuyết điện ly 8 Thuyết điện ly Arrhenius – 1887 Bất thường Giải thích Arrhenius do Quá trình điện ly không giải thích được khả năng dẫn điện khác nhau và nguyên nhân. 4.2. Thuyết điện ly 9 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. 4.2. Thuyết điện ly Thuyết điện ly Arrhenius – 1887 10 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. 4.2. Thuyết điện ly 11 Thuyết điện ly hiện đại Ví dụ NaCl + mH2O = Na+.nH2O + Cl-.(m - n)H2O 4.2. Thuyết điện ly 12 Phân lọai chất điện ly Chất điện ly Chất điện ly mạnh Chất điện ly yếu 4.2. Thuyết điện ly 13 Độ điện ly -  n : là số phân tử phân ly n0 : là số phân tử ban đầu hòa tan. hay 4.3. Độ điện ly và hằng số điện ly   14 Hằng số điện ly - KD 4.3. Độ điện ly và hằng số điện ly Xét phản ứng điện ly sau: AmBn mAn+ + nBm- Hằng số cân bằng: 15 Quan hệ  - KD 4.3. Độ điện ly và hằng số điện ly Xét phản ứng điện ly sau: AmBn mAn+ + nBm- Ban đầu: n0 0 0 Phản ứng: .n0 m.n0 n.n0 Cân bằng: n0(1-) m.n0 n.n0 Nếu chất điện ly 1- 1 (m = 1, n= 1  AB) 16 Quan hệ  - KD 4.3. Độ điện ly và hằng số điện ly 17 4.3. Độ điện ly và hằng số điện ly Quan hệ i –  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. Quan điểm Van’t Hoff: 18 Hệ số Van’t Hoff: i = 1 + (v - 1)α Với  = m + n 4.3. Độ điện ly và hằng số điện ly Quan hệ i –  19 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? Bài tập 3 4.3. Độ điện ly và hằng số điện ly ĐS: 1,026; 0,026 20 Tính áp suất thẩm thấu của dung dịch NaCl 0,15M ở 370C biết độ phân ly của dung dịch là 95%? Bài tập 4 4.3. Độ điện ly và hằng số điện ly ĐS: 7,4 atm 21 Độ hạ điểm kết tinh của dung dịch chứa 6g CH3COOH trong 1000g nước là 0,18850C và hằng số nghiệm lạnh của nước là 1,86. Xác định độ phân ly của dung dịch này? Bài tập 5 4.3. Độ điện ly và hằng số điện ly ĐS: 1,34% 22 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? Bài tập 6 4.3. Độ điện ly và hằng số điện ly ĐS: 0,118 23 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? Bài tập 7 5.3. Độ điện ly và hằng số điện ly ĐS: 0,74 24 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? Bài tập 8 4.3. Độ điện ly và hằng số điện ly ĐS: 0,119 25 Chỉ số pKc của sự phân ly etylamoni bromua (C2H5NH3Br) trong nitrometan ở 250C bằng 3,62. Xác định hệ số đẳng trương i của dung dịch trên ở nồng độ 0,05M? Bài tập 9 4.3. Độ điện ly và hằng số điện ly 26 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 4.4. Hoạt độ - Hệ số hoạt độ 27 Xét quá trình phân ly của M+A-: M+A- = +M + -A 4.4. Hoạt độ - Hệ số hoạt độ 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- 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 28 a+ = +. m+ a- = -. m- a = . m 4.4. Hoạt độ - Hệ số hoạt độ Theo định nghĩa, ta có: 29 4.4. Hoạt độ - Hệ số hoạt độ Khảo sát hệ dung dịch có hai thành phần dung môi (1) và chất tan (2). Ta có phương trình: n1.d1 + n2.d2 = 0 hay: n1.dlna1 + n2.dlna2 = 0 Xét dung dịch chứa 1000g dung môi nên: n1 = 1000/M1; n2 = m (molan) Ta có: 1000/M1.dlna1 + mdlna2 = 0 Tính theo chất tan điện ly thành cation và anion: 1000/M1.dlna1 + m+.dlna+ + m–.dlna– = 0 30 4.4. Hoạt độ - Hệ số hoạt độ Vì sự biến đổi 1 không phụ thuộc vào việc muối có phân ly hay không, nên ta có: m+.dlna+ + m–.dlna– – m.dlna2 = 0 khi muối M+A- phân ly hoàn toàn thì: m+ = +.m ; m– = –.m Thay vào phương trình trên, ta được: +.dlna+ + –.dlna– – dlna2 = 0 Hay: 31 4.4. Hoạt độ - Hệ số hoạt độ Ở trạng thái chuẩn, các đại lượng hoạt độ được xác định: lima+ (m 0 ) = m+ = +.m lim a- (m 0) = m– = –.m const = 1 Do đó: Hoạt độ chất điện ly hòa tan: 32 4.4. Hoạt độ - Hệ số hoạt độ Hoạt độ trung bình của ion là: Ta có:     Thế hoá học trung bình của ion (tính cho 1 ion – mol):       33 4.4. Hoạt độ - Hệ số hoạt độ Molan trung bình của ion là: Hệ số hoạt độ trung bình của ion là: Đặc trưng cho sự sai lệch nồng độ dung dịch so với lý tưởng Tương tự ta có kết quả: 34 4.4. Hoạt độ - Hệ số hoạt độ Molan trung bình của ion là: Hệ số hoạt độ trung bình của ion là: Hoạt độ chất điện ly hòa tan: Công thức Hoạt độ trung bình của ion là: a+ = +. m+ a- = -. m- a = . m 35 4.4. Hoạt độ - Hệ số hoạt độ Trong đó: M1; M2: KLPT của dung môi và chất tan;  - khối lượng riêng dung môi. Một số quan hệ chuyển đổi 36 4.4. Hoạt độ - 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: Ý nghĩa vật lý hệ số hoạt độ   Năng lượng tương tác 37 4.4. Hoạt độ - Hệ số hoạt độ Xác định hoạt độ của BaCl2 trong dung dịch 0,1m nếu BaCl2 = 0,501? Bài tập 10 ĐS: 5,03.10-4 38 4.4. Hoạt độ - Hệ số hoạt độ Xác định hoạt độ (a) và hoạt độ trung bình (a) của ZnSO4 trong dung dịch 0,1m nếu  = 0,148? Bài tập 11 ĐS: 2,19.10-4; 1,48.10-2 39 4.4. Hoạt độ - Hệ số hoạt độ 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? Bài tập 12 ĐS: 0,317; 0,135 và 2,55.10-3 40 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. 41 Trong đó: i - ký hiệu của tất cả các ion trong dung dịch mi hay Ci - nồng độ thực của các ion Công thức 4.5. Lực ion 42 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. 43 4.5. Lực ion Dung dịch nước của BaCl2 có nồng độ 0,002m ở 298K. Hãy xác định lực ion của dung dịch? Bài tập 13 ĐS: 0,006 44 4.5. Lực ion Môt dung dịch chứa 0,08 mol Na2SO4 và 0,02 mol Cr2(SO4)3 trong 1000g nước. Tính lực ion của dung dịch? Bài tập 14 ĐS: 0,54 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 số hoạt độ ion hoá trị hai (SO42-) ta được số liệu sau: Xác định lực ion? Hệ số hoạt độ SO42-? ĐS: 0,048; 0,41 45 4.5. Lực ion Bài tập 15 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