So sánh áp suất hơi và áp suất thẩm thấu

1. Nồng độ của dung dịch Dung dịch là hệ một pha nhiều cấu tử mà thành phần của nó có thể biến đổi trong một giới hạn nhất định. Có thể xem dung dịch như một hỗn hợp gồm dung môi và chất tan. Thành phần dung dịch được biểu diễn thông qua nồng độ dung dịch - là sự thể hiện tỷ lệ giữa lượng dung môi và lượng chất tan – có thể được biểu diễn bằng nhiều cách khác nhau tùy theo mục đích sử dụng. 1. Nồng độ phần trăm, C% (%) Được biểu diễn bằng số gam chất tan có trong 100 g dung dịch, ký hiệu là C%. C %=

mct mdm + mct

100 %

Khối lượng riêng của dung dịch (g/mL): dd dd

m d V



mdd = mdm + mct 1. Nồng độ mol, CM (M) Được biểu diễn bằng số mol chất tan có trong 1 lít dung dịch, ký hiệu là CM.

CM =

nct Vdd

1. Nồng độ phần mol,  i Được biểu diễn bằng tỉ số giữa số mol của một chất với tổng số mol của các trong hỗn hợp. ❑ A =

nA nA + nB

1. Nồng độ molan, Cm Được biểu diễn bằng số mol chất tan có trong 1 kg dung môi, ký hiệu Cm.

( )

ct m dm

n C m kg



Cm =

mct× 1000 Mct×mdm ( g )

1. Nồng độ đương lượng gam, CN (N) (tham khảo) Nồng độ đương lượng gam được biểu diễn bằng số đương lượng gam chất tan có trong 1 lít dung dịch, ký hiệu là CN, đơn vị đlg/lit hay N.

CN =

n'ct Vdd

\=

mct Đct×Vdd

CN = aCM Đ = Mct/a CN,AVA = CN,BVB Cách tính a: Acid: a = số ion H+ điện ly từ một phân tử acid. Base: a = số ion OH- điện ly từ một phân tử base. Muối: a = tổng số điện tích dương của phần kim loại trong một phân tử muối. Chất oxy hóa - khử: a = số electron trao đổi từ một phân tử chất oxy hóa – khử. 2. Pha trộn dung dịch – phương pháp đường chéo Pha trộn dung dịch theo nồng độ phần trăm (C%)

Pha trộn dung dịch theo nồng độ mol (CM)

Pha trộn dung dịch theo tỷ trọng (d)

Lưu ý:

• Trộn chất rắn xem như dung dịch có nồng độ 100%
• Trộn dung môi xem như dung dịch có nồng độ 0% 3. Cách đổi nồng độ:

Ví dụ 1: Một dung dịch được điều chế bằng cách trộn 1,00 g ethanol (C 2 H 5 OH) với nước để đạt được dung dịch có thể tích 100 mL. Hãy tính nồng độ mol, nồng độ phần trăm, nồng độ phần mol và nồng độ molan của dung dịch ethanol. Biết ở 20oC khối lượng riêng của dung dịch này là 0, g/mL. Giải:

C %=

CM. M

1. d

CM = C % __. M d =

m V (g/mL)

Từ thông tin đề bài :

• mct=1,00 g
• Mct=46,07 g/mol
• d = 0,996 g/mL nghĩa là 1 mL dung dịch nặng 0,996 g
• Vdd=100 mL
• mdd=99,6 g
• mdm= mdd – mct = 99,6 -1,00 = 98,6 g

100 mL dung dịch ethanol

1,00 g ethanol

100 mL

H 2 SO 4 là acid có thể phân ly 2 proton nên 1 phân tử acid sulfuric tương đương 2 đương lượng gam  a= CN = aCM = 2 x 3,75 = 7,50 N

4. Độ tan Độ tan (ký hiệu là S) là đại lượng đặc trưng cho khả năng hòa tan của các chất trong dung môi. Độ tan của một chất là nồng độ của dung dịch bão hòa của chất đó ở điều kiện xác định. Thông thường người ta biểu thị độ tan S theo ba cách, tùy theo dạng chất tan:

• Chất rắn: S = số gam chất tan trong 100g dung môi
• Chất khí: S = số ml chất tan trong 100g dung môi
• Chất điện ly ít tan: S = số mol chất tan trong 1 lit dung dịch (nồng độ mol/lit hay M).

Đánh giá mức độ hòa tan:  S > 10g chất tan /100g dung môi  dễ tan.  S < 1g chất tan /100g dung môi  khó tan.  S < 0,01g chất tan /100g dung môi  gần như không tan.

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan :  Bản chất của chất tan và dung môi.  Nhiệt độ.  Áp suất.  Môi trường, sự có mặt của ion lạ.

4. Ảnh hưởng của bản chất của chất tan và dung môi đến độ tan Thực nghiệm cho thấy: “ Các chất có cấu tạo phân tử giống nhau thì dễ hòa tan vào nhau ”. Nghĩa là, “ chất tương tự tan trong dung môi tương tự ”, chất phân cực tan trong dung môi phân cực, chất kém phân cực tan trong dung môi kém phân cực. 4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ tan Độ tan của chất rắn thường tăng khi nhiệt độ tăng. Độ tan của chất khí thường tăng khi nhiệt độ giảm. 4. Ảnh hưởng của áp suất đến độ tan Áp suất không ảnh hưởng nhiều đến độ tan của chất rắn và chất lỏng nhưng ảnh hưởng đáng kể đến chất khí. Khi nhiệt độ không thay đổi, áp suất tăng cân bằng chuyển dịch theo chiều giảm số mol khí. Nghĩa là quá trình chất khí tan vào dung môi  độ tan tăng. 5. Tính chất của dung dịch Tính chất tập hợp là một trong những tính chất của dung dịch, phụ thuộc vào số lượng phân tử chất tan trong một thể tích dung môi và không liên quan đến tính chất riêng của phân tử tan (ví dụ: kích thước, khối lượng...). Tính chất tập hợp gồm bốn hiện tượng: độ giảm áp suất hơi; độ tăng nhiệt độ sôi ; độ hạ nhiệt độ đông đặc; và áp suất thẩm thấu. Việc đo lường sự biến đổi tính chất của dung dịch loãng chứa chất tan không điện ly, không bay hơi có thể gíup tính toán khối lượng mol của chất tan tương đối chính xác. Đối với chất tan phân ly, việc đo lường có thể cho kết quả về phần trăm ion có mặt trong dung dịch.

Lưu ý trong phần này các công thức của định luật Raoult I, II, vant’ Hoff chỉ đúng đối với dung dịch loãng chứa chất tan không bay hơi, không điện ly và không tạo kết tủa rắn trong dung môi. 5. Áp suất hơi bão hòa 5.1. Áp suất hơi bão hòa của chất lỏng nguyên chất Quá trình bay hơi tự nhiên của bất kỳ chất lỏng nào cũng là quá trình thuận nghịch vì đồng thời với nó bao giờ cũng xảy ra quá trình ngưng tụ.

Hơi tạo thành trên bề mặt chất lỏng gây ra áp suất hơi và khi quá trình thuận nghịch đạt trạng thái cân bằng (Gbh = 0) thì áp suất hơi được gọi là áp suất hơi bão hòa của chất lỏng hay dung môi nguyên chất. Áp suất hơi bão hòa đặc trưng cho sự bay hơi của các chất lỏng. Nó là đại lượng không đổi tại một nhiệt độ nhất định và tăng theo nhiệt độ. Các chất lỏng khác nhau có áp suất hơi bão hòa khác nhau. Ở cùng một nhiệt độ, chất nào dễ bay hơi sẽ có áp suất hơi bão hòa lớn. 5.1. Áp suất hơi bão hòa của dung dịch chứa chất tan không bay hơi. Định luật Raoult 1

Khi thêm chất tan vào dung môi lỏng thì nồng độ dung môi lỏng sẽ giảm, làm cân bằng chuyển dịch về phía chiều tạo thêm dung môi lỏng, nghĩa là giảm sự tạo thành chất hơi. Do đó, áp suất hơi bão hòa trên bề mặt giảm. Định luật Raoult I : “độ giảm tương đối áp suất hơi bão hòa của dung môi trong dung dịch loãng với chất tan không điện ly, không bay hơi, bằng phân số mol chất tan trong dung dịch”.

0 2 0 0

P P P

x P P

 

 

(x 2 : phân số mol của chất tan)

hay

1 0

P x P



(x 1 : phân số mol của dung môi)

5. Nhiệt độ sôi và nhiệt độ đông đặc 5.2. Nhiệt độ sôi của chất lỏng

Nhiệt độ sôi của một chất lỏng là nhiệt độ tại đó áp suất hơi bão hòa của nó bằng áp suất môi trường xung quanh.

Bay hơi (H>0)

Ng ng t (H<0)ư ụ

Chất lỏng Chất hơi

Bay hơi (H>0)

Ngưng tư (H<0)

Chất lỏng Chất hơi

Bay hơi (H>0)

Ngưng tư (H<0)

Dung môi ( l ) + Chất tan Chất hơi

Dung dịch

dung môi tách khỏi dung dịch, nồng độ chất tan dung dịch tăng lên và nhiệt độ dung dịch tiếp tục giảm. Đến khi bắt đầu xuất hiện tinh thể chất tan (khi dung môi tách ra khỏi dung dịch làm nồng độ chất tan tăng dần đến khi dung dịch đạt bão hòa, chất tan kết tinh tách khỏi dung dịch) làm cho thành phần dung dịch không thay đổi nữa (hệ đạt cân bằng), dung dịch tiếp tục giữ nhiệt độ đông đặc này đến khi toàn bộ dung dịch đông đặc thành một hỗn hợp rắn. Ví dụ 3: Một nhà hóa học tìm cách xác định một hormone kiểm soát quá trình chuyển hóa bằng cách tìm khối lượng phân tử của nó. Thí nghiệm được thực hiện là hòa tan 0,546 g mẫu trong 15,0 g benzene, xác định độ giảm nhiệt độ đông đặc của dung dịch là 0,240oC. Hãy tính toán khối lượng phân tử của hormone. Biết hằng số nghiệm đông của benzene là 5,12oC/mol. Giải: Nồng độ molan của dung dịch là: Cm = ∆ t Kđ

\=0,

5,

\=4,69 × 10 − 2 mol / kg

Cm =

mct× 1000 Mct×mdm ( g ) Khối lượng phân tử của hormone là: Mct =

mct× 1000 Cm× mdm

\= 0,546 × 1000

4,69 × 10 − 2 × 15,

\=776,12 g / mol

5. Áp suất thẩm thấu Khi cho hai dung dịch có nồng độ khác nhau tiếp xúc với nhau, ta quan sát thấy chất tan khuếch tán từ dung dịch có nồng độ đậm đặc sang dung dịch có nồng độ loãng hơn, kết quả dẫn đến sự phân bố đồng đều chất tan trong toàn bộ thể tích của hệ, đó là sự san bằng nồng độ. Nếu đặt một màng bán thấm (chỉ cho phép phân tử dung môi đi qua, còn phân tử chất tan không thể đi qua) thì sự khuếch tán xảy ra một chiều. Gọi là sự thẩm thấu. Vậy áp suất thẩm thấu của dung dịch bằng áp suất bên ngoài tác dụng lên dung dịch để cho hiện tượng thẩm thấu không xảy ra.  Áp suất thẩm thấu của dung dịch không phụ thuộc bản chất chất tan và dung môi mà chỉ phụ thuộc vào số lượng tiểu phân chất tan.  Áp suất thẩm thấu của dung dịch tỷ lệ thuận với nồng độ chất tan và nhiệt độ tuyệt đối của dung dịch  = CRT  : áp suất thẩm thấu (atm) T : nhiệt độ tuyệt đối. C : nồng độ mol chất tan. R=0,082 lit.atm-1K-1. Khi thay C = n/V sẽ có V = nRT, có dạng tương tự phương trình trạng thái khí lý tưởng.

Từ đây, định luật van’t Hoff được phát biểu: “ Áp suất thẩm thấu của dung dịch có độ lớn bằng áp suất gây bởi chất tan, nếu như ở cùng nhiệt độ đó, nó ở trạng thái khí và chiếm thể tích bằng thể tích dung dịch ”

A

Dung dịch đậm đặc Dung môi

Màng bán thấm

Dung dịch loãng hơnDung dịch loãng hơn Áp suất thẩm thấu

Màng bán thấm Màng bán thấm, C Dung dịch loãng B : dung môi từ phía có nồng độ dung môi cao hơn nên di chuyển qua màng bán thấm nhiề

Dung dịch đậm đặc A : dung môi từ phía có nồng độ dung môi thấp hơn nên di chuyển qua màng bán thấm

Màng bán thấm C

Dung dịch đậm đặc Dung dịch loãngDung dịch loãng hơn Áp suất thẩm thấu

A

B

D h

A B

16. Cho 27,6 g glycerol C 3 H 5 (OH) 3 vào 3,0 kg acid acetic CH 3 COOH thu được dung dịch A. Tính nhiệt độ sôi và nhiệt độ đông đặc của dung dịch A. Biết ở điều kiện khảo sát, nhiệt độ sôi và nhiệt độ đông đặc của CH 3 COOH lần lượt là 118,4oC và 16,6oC, hằng số nghiệm sôi và hằng số nghiệm đông của CH 3 COOH lần lượt là ks=3,1 độ/mol và kđ=3,9 độ/mol.

17. Cho dung dịch chứa 250 g dung môi hữu cơ và a gam chất tan không điện ly. Biết hằng số nghiệm đông của dung môi bằng K, khối lượng phân tử của chất tan là M. Thiết lập biểu thức tính độ hạ nhiệt độ đông đặc của dung dịch tđ theo các đại lượng đã cho.

18. Hòa tan glucose (C 6 H 12 O 6 ) vào nước thu được dung dịch loãng A có nồng độ a%. Biết áp suất hơi bão hòa của nước ở nhiệt độ đang xét là p 0 , hằng số nghiệm sôi của nước là Ks. Hãy thiết lập biểu thức tính áp suất hơi bão hòa p của dung dịch A, nhiệt độ sôi t của dung dịch A ở áp suất 1atm theo các đại lượng đã cho.

19. Cho hai dung dịch với dung môi là nước, hằng số nghiệm sôi của nước là Ks Dung dịch 1: dung dịch đường glucose (C 6 H 12 O 6 ) Dung dịch 2: dung dịch đường saccarose (C 12 H 22 O 11 ) Gọi t 1 , m 1 , t 2 , m 2 lần lượt là nhiệt độ sôi và nồng độ molan của hai dung dịch trên ở cùng một áp suất. a) Lập biểu thức liên hệ giữa t 1 và t 2 dựa vào các đại lượng đã cho. b) Tính sự chênh lệch nhiệt độ sôi của hai dung dịch trên nếu hai dung dịch đều có cùng nồng độ 10%, biết Ks=0,52.

20. Ở nồng độ C 1 dung dịch CH 3 COOH có độ điện ly a 1. Ở nồng độ C 2 độ điện ly đạt giá trị a 2. Lập biểu thức tính C 2 theo các giá trị đã cho.

21. Lập biểu thức liên hệ giữa nồng độ phần mol với nồng độ molan, nồng độ mol/lit, nồng độ phần trăm.

22. Cho hai dung dịch loãng với dung môi là nước:

• Dung dịch 1: dung dịch glucose có nồng độ molan m 1.
• Dung dịch 2: dung dịch saccharose có nồng độ molan m 2. Gọi t 1 và t 2 lần lượt là nhiệt độ sôi của hai dung dịch 1 và dung dịch 2. Biết t 1 -t 2 = 1oC ở một áp suất xác định. a) Tìm mối liên hệ giữa m 1 và m 2 biết hằng số nghiệm sôi của nước Ks=0,51 độ/mol. b) So sánh độ giảm tương đối áp suất hơi bão hòa của hai dung dịch này ở một nhiệt độ xác định. Biết phân tử lượng của glucose, saccharose và nước lần lượt là 180; 342 và 18 đvC. ĐS: m 1 -m 2 =1,96; độ giảm tương đối áp suất hơi bão hòa của dung dịch 1 lớn hơn dung dịch 2

23. Công thức phân tử của glucose và saccharose lần lượt là C 6 H 12 O 6 và C 12 H 22 O11. Hằng số nghiệm sôi của nước ở điều kiện đang xét là 0,52 độ/mol. Cho 4 dung dịch loãng sau đây với dung môi là nước:

• Dung dịch 1: dung dịch glucose có nồng độ a%.
• Dung dịch 2: dung dịch glucose có nồng độ molan m 2.
• Dung dịch 3: dung dịch glucose có nồng độ molan m 3. Dung dịch 4: dung dịch saccharose có nồng độ a%. a) Tìm mối liên hệ giữa a và m 2 sao cho nhiệt độ sôi của dung dịch 1 và dung dịch 2 bằng nhau. b) Tìm mối liên hệ giữa m 2 và m 3 sao cho nhiệt độ sôi của hai dung dịch 2 và 3 kém nhau 2 oC. c) So sánh nhiệt độ sôi của dung dịch 1 và 4. ĐS: m 2 =50a/[9(100-a)]; m 2 -m 3 =2/0, t 4