Giáo trình Hóa học
GIỚI THIỆU HỌC PHẦN
HÓA HỌC
Đối tượng : Cao Đẳng Điều dưỡng chính quy, liên thông
* Số tín chỉ :
* Số tiết :
+ Lý thuyết:
Lên lớp:
02(01/01)
30 tiết
15 tiết
14 tiết
Kiểm tra, đánh giá: 02 tiết
+ Thảo luận:
+ Tự học:
15 tiết
60 tiết
* Thời điểm thực hiện: Học kỳ I
MỤC TIÊU HỌC PHẦN:
1. Kiến thức:
- Nắm vững các kiến thức cơ bản về Hóa học Vô cơ và Hữu cơ
- Trình bày được các tính chất hóa học và phương pháp điều chế các nguyên
tố Hidro, oxi, các kim loại kiềm, kiềm thổ và các nguyên tố nhóm Halogen.
- Trình bày được tính chất hóa học và phương pháp điều chế các hợp chất
hữu cơ: Hidrocacbon, một số hợp chất có nhóm chức, hợp chất cao phân tử và vật
liệu Polyme.
- Nắm được một số kiến thức cơ bản về Hóa đại cương: Dung dịch, điện hóa học.
- Biết được các ứng dụng của môn học đối với ngành học.
2. Kỹ năng
- Vận dụng kiến thức đã học để giải một số dạng bài tập Hóa vô cơ.
- Viết được công thức phân tử, công thức cấu tạo, đồng phân, gọi tên một số
hợp chất hữu cơ cơ bản.
3. Thái độ
Yêu thích môn học, biết liên hệ các ứng dụng của môn học đối với ngành
chọc, phục vụ cho học tập nghiên cứu chuyên ngành và công việc thực tiễn sau này.
NỘI DUNG HỌC PHẦN
STT
NỘI DUNG
SỐ TIẾT TRANG
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Dung dịch
Điện hóa học
Hydro, oxi và nước
Các kim loại kiềm và kiềm thổ
Nhóm Halogen
Đại cương về hóa hữu cơ
Hydrocacbon
Hợp chất có nhóm chức quan trọng trong sinh học
Hợp chất cap phân tử
Kiểm tra, đánh giá
4
3
3
3
3
3
3
3
3
2
01
24
35
45
56
65
71
74
80
Tổng
́
́
ĐANH GIA
- Hình thức thi: Tự luận
- Thang điểm: 10
Cách tính điểm:
- Điểm TX: 01 bài kiểm tra thường xuyên – Hệ số 1
- Điểm định kỳ: 01 bài kiểm tra định kỳ - Hệ số 2
- Thi kết thúc học phần: thi tự luận trọng số 70%
- Công thức tính:
trọng số 30%
ÐTX ĐĐK x 2)
ĐHP = (
) x 30 % + ĐTKTHP x 70%
3
BÀI 1: DUNG DỊCH
MỤC TIÊU HỌC TẬP
1. Trình bày một số khái niệm về hệ phân tán và tính chất chung của dung dịch.
2. Nêu tính chất của dung dịch chứa chất tan không điện ly, không bay hơi.
3. Nêu tính chất của dung dịch chứa chất điện ly.
4. Phân biệt khái niệm axít, bazơ và nêu cách tính pH một số dung dịch
NỘI DUNG
1. HỆ PHÂN TÁN
1.1. Khái niệm
Khi làm phân tán những hạt rất nhỏ của một chất vào một chất khác (môi
trường) thì hệ thu được gọi là hệ phân tán.
1.2. Phân loại:
Tuỳ theo trạng thái tập hợp chất phân tán và môi trường phân tán có thể có
9 hệ phân tán:
k-k
l-k
r-k
k-l
l-l
k-r
l-r
r-r
r-l
Quan trọng nhất đối với hoá học là hệ phân tán mà môi trường là lỏng độ
bền của hệ phân tán phụ thuộc rất nhiều vào kích thước. Nếu hạt có kích
thước lớn hơn nhiều so với phân tử môi trường thì hệ sẽ không bền, chất phân
tán lắng xuống tương đối nhanh khi nó nặng hơn môi trường; hoặc nổi lên
trên khi nó nhẹ hơn môi trường.
- Các hệ phân tán ít bền gồm các hạt phân tán có kích thước tương đối
lớn (10-5 -10-2 cm) được gọi là hệ lơ lửng, hay hệ thô.
+ Hệ thô được chia làm 2 loại huyền phù và nhũ tương.
Trong huyền phù chất phân tán là rắn/ môi trường là lỏng.
Ví dụ: Nước phù sa: huyền phù.
Mỡ: Dạng nhũ tương.
Cafein: dạng keo
1
Đường: dạng phân tử.
- Nếu chất phân tán ở dạng phân tử hay ion kích thước 10-8 cm hệ sẽ rát
bền và được gọi là dung dịch phân tử hay dung dịch thật → dung dịch.
Sữa là hệ phân tán phức tạp: Các chất chủ yếu trong sữa không kể nước
là mỡ cafein, đường.
- Trung gian giữa hệ thô và hệ dung dịch được gọi là hệ keo có kích thước
10-7 - 10-5 cm.
2. MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA DUNG DỊCH
2.1. Quá trình hoà tan, nhiệt hoà tan
Khi cho một chất rắn vào trong nước, chất rắn sẽ tan và sau một thời
gian các phân tử của nó sẽ phân bố vào írong toàn bộ thể tích của dung dịch.
Quá trình hoà tan một chất để hình thành dung dịch trải qua 3 giai đoạn sau:
- Quá trình phá vỡ mạng lưới tinh thể (Quá trình lý học)
Bao gồm sự tách rời nhau của các tiểu phân chất tan để đi vào dung
môi. Trong phân tử hoặc tinh thể chất tan có những trung tâm điện tích do sự
phân cực của các liên kêt hoặc các trọng tâm điện tích do sự phân cực của các
phân tử, các phân tử dung môi (H2O) quay các lưỡng cực của mình vào các
trung tâm điện tích song các phân tử dung môi chuyển động liên tục, kết quả
là lực tương tác giữa các phân tử chất tan yếu dần đi, đến một lúc nào đó các
phân tử chất tan tách khỏi mạng lưới tinh thể. Quá trình này tiêu tốn năng
lượng (AH1) (vì cần một năng lượng được iấy từ dung môi để tách các tiểu
phân chất tan):
- Quá trình Solvat hóa (Quá trình hoá học).
Đây là quá trình tương tác giữa cấc tiễu phân chất tan với dung môi tạo
nên các phân tử solvat, nếu dung môi là nước gọi là sự hydrat hoá. Ví dụ: khi
hoà tan muối ăn vào nước, sau khi tách khỏi mạng lưới tinh thể, các ion Na+,
Cl sẽ tạo nên các ion solvat như sau:
Na+ + mH2O=Na+.mH2O Các ion hydrat
Cl + nH2O =Cl-.nH2O
2
Các phân tử dung môi bao quanh phần tử hoặc ion chất tan tạo nên lớp vỏ
solvat, bề dày lớp nước bao quanh phân tử hoặc ion chất tan là bán kính
hidrat. Quá trình này giải phóng năng lượng (+∆H2).
Quá trình hình thành dung dịch
Sau khi tách khỏi mạng lưới tinh thể và hình thành các phận tử solvat là quá
trình vận chuyển các phân tử này vào sâu trong lòng dung môi và hình thành
nên dung dịch. Quá trình này tiêu tốn năng lượng (+∆H3).
Vậy theo định luật Hess nhiệt của quá trình hoà tan là:
∆ Ht = ∆H1 + ∆H2 + ∆H3
Vì | ∆H3| rất nhỏ nên: ∆H1 ≈ ∆Hi + ∆H2
+ Đơn vị tính: cal/mol hoặc Kcal/mol
Tuỳ theo giá trị ∆Hi, ∆H2 mà ∆Ht của một chất có thể dương, âm.
+ Đa số các chất rắn, lỏng có ∆Ht > 0 (phản ứng thu nhiệt)
+ Còn các chất khí và một ít chất lỏng có ∆Ht <0 (Phản ứng phát nhiệt).
+ Khi hoà tan vào dung môi có ∆Ht (-) thì làm cho dung môi nóng lên.
Ngược lại:
+ Ngoài hiệu ứng nhiệt của quá trình hoà tan có thể kèm theo sự thay
đổi thể tích.
Ví dụ: Khi hoà tan một lít rượu vào một lít nước dung dịch thu được
1,931 (25°C) nghĩa là thể tích giảm xuống 3,5%. Sự giảm thể tích chủ yếu
trong trường hợp này là do liên kết giữa các nhóm OH của rượu và nước (liên
kết hydro) bởi sự phá vỡ kiến trúc phân tử của nước.
2.2. Độ hòa tan của các chất
2.2.1. Độ tan của một chất
a. Khái niệm: Độ hoà tan của một chất tại một nhiệt độ nhất định là nồng độ
của dung dịch bão hòa của chất đó. Ký hiệu: S
Người ta quy ước: S> 10: Dễ tan
S < 1: Khó tan
S < 0,01: Coi như không tan
3
Thực tế không có một chất nào là tuyệt đối không tan. Độ tan của một chất
phụ thuộc vào bản chất của chất tan, bản chất của dung môi, nhiệt độ, áp
suất,...
b. Độ tan của chất rắn
Độ tan của chất rắn hầu hết tăng khi nhiệt độ tăng. Độ hoà tan được tính bằng
khối lượng chất tan có trong lóo g dung môi. Các chất rắn khác nhau thì độ
hoà tan của nó phụ thuộc vào nhiệt độ cũng khác nhau.
c. Độ hoà tan của chất lỏng
- Hầu hết các chất lỏng hoà tan tương hỗ vào nhau.
- Hoà tan vô hạn (theo bất cứ tỉ lệ nào). Ví dụ: Hoa-tan Glixerin, rượu vào
H2O.
d. Độ hoà tan của chất khí và định luật Herry
Khí trên bề mặt chất lỏng € khí hoà tan + ∆H “ở nhiệt độ không đổi,
khối lượng chất khí hoà tan vào một thể tích chất lỏng xác định tỷ lệ thuận với
áp suất của nó trên dung dịch”
M = k.P
k: hệ số tỷ lệ, phụ thuộc vào bản chất của chất khí và bản chất của dung
môi.
2.2.2.Các yếu tố ảnh hưởng tới độ tan của một chất
- Bản chất chất tan và bản chất dung môi
Người ta đã tìm ra quy luật về sự hoà tan các chất vào nhau như sau: Các chất
có xu hướng tan nhiều trong chất lỏng giống với chúng. Tức là:
+ Chất phân cực dễ hoà tan trong dung môi phân cực.
Ví dụ: Đường, muối, axít dễ tan trong H2O
+ Chất không phân cực dễ hoà tan trong dung môi không phân cực.
Ví dụ: Mỡ, benzen tan nhiều trong dầu....
-
ảnh hưởng của nhiệt độ
Thường độ tan của các chất tăng theo nhiệt độ.
2.2.2. Dung dịch bão hòa, chưa bão hoà, quá bão hoà
4
- Dung dịch chưa bão hoà là dung địch còn khả năng hoà tan thêm chất
tan (ở t° = const).
- Dung dịch bão hoà là dung dịch không còn khả năng hoà tan thêm chất
tan ở một nhiệt độ xác định.
- Dung dịch quá bão hoà: là dung dịch có nồng độ chất tan vượt quá
nồng độ chất tan trong dung dịch bão hoà.
Dung dịch này được tạo nên khi làm nguội chậm và cẩn thận một dung
dịch bão hoà ở nhiệt độ cao. Đối với những chất không tạo nên dung dịch quá
bão hoà thì khi làm nguội như vậy lượng dư của chất ían sẽ kết tinh. Còn với
những chất có khả năng tạo dung dịch bão hoà như Na2SO3, CH3COONa thì
lượng của chất tan sẽ không kết tinh.
Trạng thái quá bão hoà có thể tồn tại hàng năm nên cũng là trạng thái cân
bằng nhưng là cân bằng giả (∆G > 0). Cân bằng náy bị phá vỡ dễ dàng nếu bỏ
vào dung dịch này một tinh thể chất tan hay một chất khác đồng hình với chất
tan hoặc khi dùng đũa thuỷ tinh cọ vào thành bình chứa lúc đó lượng dư của chất
tan sẽ két tinh (dung dịch trở về dạng cân bằng thật). Hiện tượng bão hoà được
giải thích là do trong dung dịch khó xuất hịện các trung tâm kết tinh lúc đầu.
3. NỒNG ĐỘ CỦA DUNG DỊCH
3.1.Khái niệm
Nồng độ của dụng dịch là lượng chất tan có trong một thể tích xác định
của dung môi hoặc của dung dịch.
3.2.Các cách biểu diễn nồng độ của dung dịch
3.2.1. Nồng độ phần trăm (C%)
- Khái niệm: Nồng độ phần trăm theo khối lượng được tính bằng số g
chất tan có trong 100 g dung dịch.
퐦
Biểu thức: C%= 퐜퐭 . 100%
퐦
퐝퐝
Ví dụ: Dung địch NaOH 30% có nghĩa là trong 100 g dung dịch có 30 g
NaOH và 70g H2O.
- Nồng độ phần trăm theo thể tích được tính bằng số ml chất tan có trong
5
100ml dung dịch.
Ví dụ: Dung dịch rượu 20% V có nghĩa là 100 ml dung dịch này có 20 ml
rượu etylic nguyên chất và 80 ml H2O.
3.2.2. Nồng độ mol (CM)
Khái niệm: Nồng độ mol được tính bằng số mol chất tan có trong một lít
dung dịch.
푛
푐푡
- Biểu thức: CM =
(2)
푉
푑푑
Ví dụ: Dung dịch NaOH 0,1M có nghĩa là trong một lít dung dịch có 0,1 moi
NaOH.
3.2.3. Nồng độ đương lượng (CN)
- Khái niệm: nồng độ đương lượng được tính bằng số đương lượng gam
chất tan có trong một lít dung dịch.
퐦
퐜퐭
- Biểu thức: CN=
(3)
Đ.퐕
퐝퐝
Ví dụ: HCl 0.1N có nghĩa là trong một lít dung dịch có 0,1 đương lượng gam
HCl hay 0.365 (g) HCl.
3.2.4. Nồng độ phần mol (nồng độ phân số mol)
- Khái niệm: Nồng độ phần mol là tỷ số của số mol chất tan hay dung
môi và tổng số mol chất tan và dung môi có trong dung dịch. Hay được xác
định bằng số mol chất tan (hoặc dung môi) có trong một mol dung dịch.
Biểu thức: Ni= ni/∑ni = ni/n (4).
Trong đó n là tổng số mol của dung môi và chất tan
Nồng độ phân số mol của dung môi và chất tan.
Nồng độ phân số mol của dung môi: Na = na/na+nb
Nồng độ phân số mol của chất tan: Nb = nb/na+nb
Khi đó: Na+Nb = 1 (5)
3.2. Nồng độ molan
- Khái niệm: Nồng độ molan được biểu thị bằng số mol chât tan có trong
1000g dung môi.
6
푛
푐푡
-Biểu thức: C=
. 1000(6)
푚
퐻
2푂
3.3. Mối liên hệ giữa các loại nồng độ
3.3.1. Khối lượng riêng
- Khái niệm
Muốn chuyển từ nồng độ khối lượng sang nồng độ thể tích hoặc ngược lại thì
ta cần biết khối lượng riêng của dung dịch.
-
Khối lượng riêng (d) của 1 dung dịch là khối lượng 1 (1) dung dịch tính
theo kg hay khối lượng 1 ml dung dịch tính theo (g).
-
-
Biểu thức d = mdd/Vdd (7)
Trong đó: m (g) là khối lượng dung dịch, V (ml) là thể tích dung dịch).
Liên hệ giữa C% và CM
퐦
Ta có C%= 퐜퐭 . 100% = nct.M.100/Vmld = nct.M/Vl.10d = M.CM/10d
퐦
퐝퐝
M
Vậy: C%=
. CM
(8)
10d
3.3.2. Liên hệ CN và CM
m
m
ct
ct
Ta có CN =
= z.
= z.nct =>CN = z.CM (9)
Đ.V
MV
dd
dd
Vậy nồng độ đương lượng lớn gấp z lần nồng độ mo1(CM).
Ví dụ: Hoà tan 13,32g CaCl2 vào 500g H20 thu được dung dịch có khối lượng
riêng bằng 1,02679 g/ml. Tính C%, CM; CN; Ni, C của dung dịch?
Giải:
Ta có: mdd= 500 + 13,32 = 513,3 (g)
:
+ C% = 13.32 .100/315.32 = 2,6%
Số mol dung môi nước: nH2O = n1 = 500:18 = 27,8 (mol)
Số mol chất tan: nCaCl2 = n2 = 13,32 : 111 = 0,12 (mol)
Số lít dung dịch: Vdd = V = 513,32 : 1,0267 = 500 ml = 0,5 (lít)
+ CM = 0,12 : 0,05 =0,24 M
Số đương lượng của CaCl2 theo đầu bài: 3=13,32 : 55,5 = 0,24
+ CN = 0,24/0,5 = 0,48 N hay CN =2.0,24 = 0,48 (N)
7
+ NCaCl2 = 0,12/0,12+27.8 = 0,0043
+ C = 0,12.1000/500 = 0,24 M
IV. TÍNH CHẤT CỦA DUNG DỊCH CHỨA CHẤT TAN KHÔNG
ĐIỆN LY VÀ KHÔNG BAY HƠI
Khi tạo thành dung dịch rất loãng, sự biến đổi về năng lượng và thể tích
coi như bằng 0. Trong các dung dịch này các hạt chất tan ở cách xa nhau,
tương tác giữa chúng không đáng kể và dung môi thực tế không biến đổi tính
chất cho nên dung dịch loãng gần với dung địch lý tưởng.
1. Áp suất hơi bão hòa của dung dịch
1.1. Khái niệm
-
Ta xét dung môi là chất lỏng có thể bay hơi được cho vào một bình kín
thì khi. chuyển động nhiệt sẽ có một số phân tử ở bề mặt dung dịch có động
năng lớn sẽ tách khỏi bề mặt dung dịch và chuyển thành thể hơi. Đồng thời
các phân tử hơi này luôn luôn chuyển động và va chạm vào bề mặt chất lỏng
và có một số phân tử có thể ngưng tụ và trở lại trạng thái ban đầu. Khi hai quá
trình này đạt vận tốc bằng nhau ta có cân bằng: lỏng hơi + H (∆H > 0): Thu
nhiệt. Hơi nằm cân bằng với lỏng gọi là hơi bão hoà.
-
Áp suất do hơi bão hoà gây ra gọi là áp suất hơi bão hoà (Phbh)
1.2. Độ giảm áp suất hơi bão hòa
Qua hình trên sự giảm áp suất hơi bão hoà là do: Tại bề mặt thoáng của
dung môi chỉ gồm các phân tử dung môi. Còn tại mặt thoáng của dung dịch
gồm cả các phân tử dung môi và phân tử chất tan.
Vậy trong cùng một đơn vị thời gian, ở một nhiệt độ nhất định, số phân tử bay
hơi từ dung môi lớn hơn số phân tử bay hơi từ dung dịch. Vậy Phbh củạ dung
môi lớn hơn Phbh của dung dịch. Đây là nguyên nhân gây ra sự giảm Phbh của
đung môi trên dung dịch.
Kí hiệu: áp suất hơi bão hoà của dung môi nguyên chất: P0
áp suất hơi bão hoà của dung môi trong dung dịch:P
Ta có: Độ giảm tuyệt đối Phbh của dung dịch là: ∆P = P0 - P
8
Độ giảm tương đối Phbh của dung dịch là:
ퟎ
∆퐏
퐏
퐏 −퐏
퐏
퐏
=
- ퟎ = 1-
ퟎ
ퟎ
ퟎ
퐏
퐏 퐏
1.3. Định luật Raoult 1
- Biểu thức:
Ta có thể chứng minh được:
∆P P0 - P
− =
n2
=
= N2
P0
P0
n1+n2
Trong đó: n1 là số mol dung môi trong dung dịch
n2: là số mol chất tan trong dung dịch
Vậy:
∆P
= N2 (1)
P0
(1) là biểu thức của định luật Raoult 1
Nếu dung dich loãng n2 ≈ n1. Khi đó
∆P
− =
P0
n2
n1
m
=
n1.M
m: Khối lượng chất hoà tan có trong n1 mol dung môi.
M: Khối lượng phân tử chất tan
- Nội dung định luật:
Độ giảm Phbh tương đối của dung dịch loãng chứa chất tan không bay hơi không
điện ly tỷ lệ với số mol của chất tan có trong một lượng dung môi xác định.
1.4. Ứng dụng:
Nếu đo được Phbh của dung dịch ta có thể xác định được khối lượng phân tử
của chất tan. Sự giảm Phbh dẫn đến kết quả trực tiếp là làm tăng nhiệt độ sôi và
giảm nhiệt độ hoá rắn của dung dịch so với dung môi nguyên chất.
2. Nhiệt độ sôi và nhiệt độ đông đặc của dung dịch
2.1. Khái niệm
a. Nhiệt độ sôi
-
Nhiệt độ sôi của một chất lỏng, là nhiệt độ tại đó áp suất hơi bão hoà
của nó bằng áp suất khí quyển.
9
VD: Ở áp suất khí quyển, t°SH20 = 100° tại đó áp suất hơi bão hoà của H2O =
760 mmHg = áp suất khí quyển.
- Tại một nhiệt độ, Phbh của các chất khác nhau thì nhiệt độ sôi khác nhau.
Chất nào đễ bay hơi thì nhiệt độ sôi thấp hơn và ngược lại.
VD: t°s (C2H5OC2H5) = 34.5°C; t°s C6H6 = 80°C
-
Nhiệt độ sôi của chất phụ thuộc vào bản chất của chất lỏng và phụ
thuộc vào áp suất bên ngoài.
Ví dụ: Đối với H2O sự phụ thuộc vào nhiệt độ sôi vào áp suất bên ngoài như sau:
Áp suất bên ngoài (tor)
Nhiệt độ sôi của H2O
730
760
100
760x2
120
760x4
143
98,9
-
Vậy ở 100°c Phbh (H2O) = 760 (mmHg). Nếu p bên ngoài = 760 mm Hg
nước sôi.
-
Nhưng cũng ở 1000C nếu Phbh < 760 mmHg nước chưa sôi. Muốn cho
Phbh = 760 (mmHg) -> phải tăng nhiệt độ. Muốn tăng nhiệt độ phải có dung dịch.
Vậy: Dung dịch sôi ở nhiệt độ cao hơn so với dung môi nguyên chất.
-
Gọi nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất, nhiệt độ sôi của dung dịch
lần lượt là t°s, ts.
Ta có : ts
b, Nhiệt độ đông đặc
Dung dịch sẽ đông đặc khi Phbh của dung dịch nhỏ hơn Phbh của dung
>
t°s
-
môi nguyên chất và nhiệt độ đông đặc của dung dịch luôn luôn thấp hơn so
với dung môi nguyên chất.
-
Gọi nhiệt độ đông đặc của dung môi nguyên chất, nhiệt độ đông đặc
của dung dịch lần lượt là t°đ, tđ.
Ta có: t°đ > tđ
2.2. Định luật Raoult 2
Nếu gọi: ∆ts = ts - t°s : là độ tăng nhiệt độ sôi của dung dịch
-
∆tđ= t°đ - tđ
: là độ giảm nhiệt độ đông đặc của dung dịch
: là nồng độ molan của dung dịch
C
Ta có: ∆ts - Ks. C = ks.풏 (2)
푴
10
풏
∆td = Kđ.C = kđ . (3)
푴
Trong đó ks, kđ là các hằng số chỉ phụ thuộc vào dung môi. Không phụ thuộc
vào chất tan.
(2)và (3) là các biểu thức của định luật Raoult 2
-
Nội dung định luật:
Độ giảm nhiệt độ đông đặc và độ tăng nhiệt độ sôi cửa dung địch loãng chứa
chất tan không bay hơi, không điện ly tỷ lệ với lượng chất tan có trong một
lượng dung môi xác định.
2.3. Quá trình sôi và quá trình đông đặc của dung dịch
-
Quá trình sôi của dung dịch: Trong khi sôi chỉ có dung môi bay hơi mà
chất tan khộng bay hơi do đó nồng độ của dung dịch tăng dần. Muốn cho dung
địch sôi thì phải tăng nhiệt độ dần, nhưng nhiệt độ sôi của dung dịch không
tăng mãi. Khi dung dịch đạt bão hoà bắt đầu tách ra tinh thể chất tan thì nhiệt
độ sôi của đung dịch không tăng nữa cho tới khi dung môi bay hơi hết.
-
Quá trình đông đặc của dung dịch: Khi dung dịch đông đặc thì dung
môi kết tinh trước làm cho nồng độ dung dịch tăng lên và nhiệt độ đông đặc
của dung dịch giảm xuống. Tuy nhiên nhiệt độ đông đặc không giảm mãi.
Khi dung dịch bão hoà thì đồng thời với sự xuất hiện của các tinh thể dung
môi có sự kết tinh của tinh thể chất tan. Nhiệt độ đông đặc không giảm nữa
cho tới khỉ tất cả các dung dịch đông đặc thành một khối.
2.4. Ứng dụng
Đo nhiệt độ sôi và nhiệt độ đông đặc của đung dịch có thể xác định được khối
lượng của chất tan.
3. Áp suất thẩm thấu
3.1. Sự thẩm thấu
Mực
Nước
Ta quan sát thí nghiệm sau:
Trong một ống hình chữ U có khoá ở giữa. Đổ mực
xanh vào ống A. Đổ nước vào nhánh B. Sau đó mở khoá,
sau một thời gian t ta thấy dung dịch ở cả hai
11
nhánh đều có cùng một màu xanh nhưng màu xanh
nhạt hơn màu xanh lúc ban đầu ở A. Điều này chứng tỏ rằng các phân tử mực
đã khuyếch tán từ nhánh A sang B. Đồng thời các phân tử nước cũng nhánh B-
> A.
Hiện tượng này được gọi là sự khuếch tán hai híều. Kết quả dẫn đến sự
san bằng nồng độ .
Qua thí nghiệm trên ta thấy: Giữa chất khí và chất hoà tan có điểm
giống nhau là: Chất khí chiếm toàn bộ thệ tích của bình chứa; Chất hoà tan
chiếm toàn bộ thể tích của dung dịch.
Nếu ta ngăn 2 dung dịch trên bằng một màng ngăn, màng này cho các
phân tử dung môi đi qua không cho phân tử chất tan đi qua thì màng đó được
gọi là màng bán thẩm.
Hiện tượng các dung môi đi qua màng bán thẩm gọi là sự thẩm thấu.
3.2. Áp suất thẩm thấu
Ta xét thí nghiệm:
Bình A đựng dung dịch muối, nhúng vào cốc nước
B, máng bán thẩm C. Sau một thời gian thấy dung dịch
trong ống A dâng cao đến thời gian thấy dung dịch trong
ống A dâng cao đến h thì dừng lại chiều cao h này không phụ thuộc vào hình
dạng bình A mà chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ của chất hoà tan. Ta
giải thích hiện tượng này như sau:
Như ta đã biết 2 dung dịch có nồng độ khác nhau khi tiếp xúc với nhau
sẽ xảy ra sự san bằng nồng độ. Các phân tử chất tan của dung dịch có nồng độ
lớn hơn đi vào dung dịch có nồng độ nhỏ hơn còn các phân tố dung môi lại đi
từ dung môi có nồng độ loãng hơn vào dung dịch có nồng độ lớn hơn.
Nhưng các phân tử chất tan ở A không đi qua được màng bán thẩm.
Ngược lại các phân tử dung môi ở B đi qua được màng bán thẩm vào A làm
cho thể tích dung dịch A tăng do đó cột dung dịch A tăng lên, và các phân tử
dung môi ở A cũng qua được màng thẩm vào B nhưng ít hơn.
12
Khi chiều cao A đạt tới một giới hạn nào đó sẽ gây ra áp suất thuỷ tĩnh đủ
lớn để làm cho số phân tử dung môi từ A —> B bằng từ B —> A trong một đơn
vị thời gian thì sự thẩm thấu sẽ dừng, lại và cột h không dâng lên nữa.
Tính chất thẩm thấu của dung dịch được đặc trưng bằng một đại lượng
gọi là áp suất thẩm thấu.
Vậy: Lực cần tác dụng lên lcm2 màng bán thẩm để ngăn cản không cho
dung môi đi qua nó nghĩa là làm cho hiện tượng thẩm thấu ngừng lại được gọi
là áp suất thẩm thấu.
3.3. Đinh luật Van Hop (Van't Hoff)
-
Khi nghiên cứu về áp suất thẩm thấu của dung dịch loãng người ta thấy
áp suất thẩm thấu không phụ thuộc vào bản chất tan mà tỷ lệ với nồng độ
của dung dịch và nhiệt độ tuyệt đối (T).
Ta có: 휋 = CRT (4)
Trong đó: 휋 là áp suất thẩm thấu
C là nông độ mol của chất tan có trong dung dịch (c = 푛)
푣
Ta thấy: 휋. V = nRT giống phương trình khí lý tưởng (4) là biểu thức của định
luật Van Hop
- Nội dung định luật:
Nhà hoá lý người Hà Lan Van Hop (1887) phát biểu thành định luật mang tên ông:
Áp suất thẩm thấu trong dung dịch loãng bằng áp suất khí của chất đó nếu như ở
trạng thái khí và ở cùng nhiệt độ nó chiếm cùng một thể tích như dung dịch.
3.4. Ý nghĩa của hiện tượng thẩm thấu
Hiện tượng thẩm thấu có ý nghĩa rất lớn đối với khoa học thực nghiệm
và đối với tự nhiên.
Cấu tạo tế bào động thực vật tuy khác nhau. Song màng tế bào của chúng
đóng vai trò như một màng bán thẩm thấu, nước dễ dàng thấm qua, nhưng các chất
tan trong dịch tế bào hầu như không thấm qua. Vì đó là bộ rễ cây xanh mới hấp thụ
được nước, cơ thể động vật mới chuyển được nước vào tế bào.
VD: Hạt giống ngâm nước trương lên, phơi khô teo đi
13
+ Áp suất thẩmthấu làm cho tế bào cơ thể sinh vật có độ bền cơ học xác định.
+ Áp suất thẩm thấu của môi trường cũng phải phù hợp cho từng sinh vật.
VD: Đất mặn làm cho Ptt cao —> làm cho cây bị héo.
Nước ngọt làm cho Ptt nhỏ —> không phù hợp với cá nước mặn.
-
Tương tự như vậy khi ngã xuống nước ngọt —> mí mắt cay đau, nhưng
xuống nước biển thì không do nồng độ của muối trong nước biển gần bằng
nồng đệ của muối trong tế bào giác mạc.
-
Trong y học người ta ứng dụng hiện tượng thẩm thấu để truyền huyết
thanh hoặc chất bồi dưỡng trợ sức cho cơ thể.
Ví dụ 1: Hoà tan 2,76 glixerol vào 200 g H2O, nhiệt độ hoá rắn của
dung dịch giảm xuống 0,297°c. Hằng số nghiệm lạnh của nước là 1,86. Tính
khối lượng phân tử của glycerin.
Giải: Số gam glycerin có trong 1000 g H2O là:
M= 267.1000 = 13.8 (g)
200
Δtđ = kđ . 풎 → M = 풌
=
ퟏퟖ,ퟔ.ퟏퟑ,ퟖ = 92
풅풎
푴
Δt
ퟎ,ퟐퟕퟗ
đ
Ví dụ 2: Hoà.tan 17,1 g Sacaroza (C12H22O11) vào 250g nước thu được
một dung dịch có khối lượng riêng là 1,068 g/ml (25°C).
1. Tính Phbh của dung dịch ở 25°C. Biết rằng Phbh của H2O ở 25°C =
23,7mmHg.
2. Tính t°s, t°d của dung dịch. Biết Ks = 0,53, Kđ = 1,86
3. Tính 흅 của dung dịch ở 25°C
Giải
a. Tính Phbh của dung dịch
∆P P0 – P n2
− =
= − ta có
P0
P0
n1
17,1
342
250
Nct =
=0,05 = n2; ndm =
13,89 = n1
18
14
n2
0,05
—> P = P0 -
. P = 23,7 -
23,7 = 23,61mmHg
n1
13,89
b. Tính nồng độ molan:
0,05
C =
. 1000 = 0,2
250
∆ts = tst – t0s = ks. C =0,52 x 0,02 = 0,104
-> ts = t°s+∆ts= 100 + 0,104= 100,104° C
∆tđ = t°đ – tđ = kđ . C = 1,82 x 0,2 = 0,372
-> tđ = t0 - ∆tđ = 0 – 0,372 = - 0,3720C
đ
c.
m RT
.
M V
250 + 17.1
1.0684
휋 =
휋 =
; V =
= 250 = 0,25l
= 4,88 atm
17,1
.
342
0,082 (237 + 25)
1,0684
V.
TÍNH CHẤT CỦA DUNG DỊCH ĐIỆN LY.
1. Tính bất thường của dung địch đỉện ly, kệ số VANHOP
Khi xác định độ giảm Phbh, độ tăng nhiệt độ sô (ATs) độ hạ nhiệt độ
đông đặc (∆Tđ), và áp suất thẩm thấu (휋) của một số dung dịch axít, bazơ,
muốiv.. người ta thấy các giá trị thực nghiệm Phbh, ∆t's, ∆t'đ, 휋 luôn lớn hơn
các giá trị tính theo định luật Van - Hop và các khí nồng độ càng loãng thì tỉ
số các đại lượng tương ứng đó dẫn tới các số nguyên. Vì vậy Van - Hop bổ
sung thêm hệ số điều chỉnh (hệ số Van - hop).
∆P’ ∆’ts ∆’tđ 휋′
i =
=
=
=
∆P’ ∆’ts ∆’tđ
휋
Trong đó: ∆P’, ∆’ts, ∆’tđ, 휋′ : Giá trị xác định từ thực nghiệm
∆P’, ∆’ts, ∆’tđ, 휋 : Giá trị tính theo lý thuyết
I: Chỉ phụ thuộc vào bản chất của chất điện ly và dung môi
Đối với dung dịch loãng của dung dịch chất không điện ly I = 1
15
Đối với dung dịch loãng của axít, bazơ, muối, i>1
* Tại sao có sự sai lệch đó: Vì dung dịch chứa chất tan điện ly có tổng số các
tiểu phân bằng tổng số các phân tử chia phân ly thành các ion cộng với tổng
các ion đã được phân ly ra, lớn hơn tổng các tiểu phân của dung dịch không
điện ly (chỉ gồm các phân tử ban đầu).
2. Khái niệm về chất điện ly mạnh, chất điện ly yếu
- Chất điện ly mạnh là những chất điện ly gần như hoàn toàn trong dung
dịch tạo thành các ion. Như: muối, axít, bơzơ.
- Chất điện ly yếu: là những chất chỉ điện ly một phần trong dung dịch như
các axít, bơzơ yếu và các muối ít tan.
3. Độ điện ly α
Là tỷ số giữa số phân tử điện ly trên số phân tử hoà tan
Số phân tử phân ly
α =
Số phân tử hoà tan
0≤ α≤ 1
α càng lớn chất điện ly càng mạnh
Với dung dịch 0.1 N ở nhiệt độ thường:
α ≥ 0,3: Chất điện ly mạnh
0,03 < α < 0,3: Chất điện ly yếu
* Quan hệ giữa độ điện ly α và hệ số Van - Hop i
-
Nếu hoà tan N phần tử chất tan vào 1 thể tích nước nào đó.
α: là độ điện ly của chất tan ở nồng độ đó
Q: Số ion do 1 phân tử phân ly ra Vậỵ:
-
-
-
-
Số phân tử điện ly là: Nα
Số phân tử không bị điện ly là: N - Nα
Số ion có trong dung dịch: q. N. α
Số tiểu phân có trong dung dịch (ion và phân tử): q.N. α + N - N α = N'
N' = (q. α +l- α)N
N’ (q. α + 1- α)N
-> i =
=
=(q. α+ 1 – α)
16
N
N
i -1
-> α =
q-1
4. Hằng số điện ly (K)
Xét cân bằng AB → A+ + B-
[A+][B-]
Ta có: K=
[AB]
K: Được gọi là hằng số cân bằng với chất nhất định K chỉ phụ thuộc vào nhiệt
độ.
* Quan hệ giữa K và α
Xét chất điện ly AB có nồng độ ban đầu C (mol/1), độ điện ly α:
A+ + B'
AB
Ban đầu:
C
0
0
Phân ly:
α C
αC αC
Cân bằng: C(l- α ) Cα Cα
a.c.ac a2.c cα2
Kcb =
=
=
(1-a) 1- α 1- α
Nếu dung dịch vô cùng loãng (α « 1) —> K = cα 2 —> α =
5. Áp dụng
Bài 1: Một dung dịch chứa 8g NaOH trong 1000g nước, hoá rắn ở -
0,677°C. Tính độ điện ly của NaOH trong dung dịch đó biết rằng hằng số
nghiệm lạnh của nước: Kđ = 1,86
Giải:
At’d
Muốn tính α, trước hết ta tính i: i= —— mà:
Atd
m
8
∆tđ = Kđ — = 1,86. — = 0,372; ∆t=0-(-0,677)
M
40
Vậy ta có:
17
0,677
0,372
i - 1 1,82 -1
i=
= 1,82 => α =
=
= 0,82
q - 1
2 - 1
Ví dụ 2: Hoà tan 13,32g CaCl2 vào 500g nước thu được dung dịch có
d=1,0267. Tính nhiệt độ sôi, nhiệt độ đông đặc, áp suất hơi bão hoà, áp suất
thẩm thấu của dung dịch trên ở 25°C.
Biết αCaCl2 = 0,7, áp suất hơi bão hoà của H2O nhỏ nhất ở 25°C là
23,7mmHg.
Giải: Ta tính được Số n CaCl2
= 0,12(mol)
500
số nH;0 =
=27,7(mol)
18
Cmolan = 0,24
Tính i =? CaCl2 = Ca2+ + 2C1- —> q = 3
i - 1
a =
->i =α (q - l) +l =0,7(3-l)+l=2,4
q – 1
’ts=i.ks.C = 2,4 .0,52 . 0,24= 0,3°C
∆
ts= 0,3 +100= 100,3°C
∆t’đ=i.kđ.C = 2,4.1,86.0,24 = l,07°C
tđ=0 - l,07= - l,07°C
푛
푛
0,12
∆P0 = i.
→
∆P - i.
.P = 2,4.
1+ 푛
2
= 0,24mmHg
2
2
푃
푛
푛
27,7+0,12
1+ 푛
2
P’=i.C.R.T=2,4.0,082.0,24(373+25) =14atm
6. Cân bằng hóa học trong dung địch điện ly
6.1. Nước và sự điện ly của nước
-
Nước nguyên chất điện ly ra H+ và OH- nhưng rất yếu
H20 → H+OH- (a) O- + OH- (b)
H20 + H20 → H
3
Dù xảy ra kiểu (a) hay (b) nhưng đều là cân bằng động học, ta có:
[H+][OH-]
K điện ly =
[H2O]
Giá trị k điện ly của H2O đo bằng thực nghiệm ở 22°C bằng 1,8.10-16 còn
18
Tải về để xem bản đầy đủ
85 trang
05/05/2022
6160
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Hóa học", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_hoa_hoc.pdf
