Chuyển pha trong hệ 1 cấu tử | Bài giảng môn Hóa lý | Đại học Bách khoa hà nội
Nhiệt độ sôi của 1 chất lỏng là nhiệt độ tại đó Pbh hoà của nó bằng với áp suất khí quyển. Tài liệu trắc nghiệm môn Hóa lý giúp bạn tham khảo, ôn tập và đạt kết quả cao. Mời bạn đọc đón xem!
Preview text:
CÂN BẰNG PHA HỆ 1 CẤU TỬ
- Sự chuyển pha hệ 1 cấu tử
- PT chuyển pha loại I
- Giản đồ pha hệ 1 cấu tử
Chuyển pha trong hệ 1 cấu tử (1)
C=k-f+2=1-f+2=3-f ≥0 à f ≤3 à Tối đa 3 pha nằm CB Các quá trình LỎNG ảy Hoá h chuyển pha hệ Ng ơ 1 cấu tử Nóng ch ưng t i Kết tinh ụ Thăng hoa RẮN HƠI Ngưng kết
NẾU: 2 pha cân bằng à Số bậc tự do C=3-
2=1 à T hoặc P biến thiên tuỳ ý. Tức là Tcp= f(Pngoài) hoặc Pbh=f(T)
Phương trình chuyển pha loại I Pha 1! Pha 2
TTCB thì G1 = G2 ở T, P xác định
T biến thiên dT; P biến thiên dPà dG1 và dG2 à 1 TTCB mới dG1 = dG2 (2) (1)
dG = −S dT + V dP = −S dT + V dP = dG 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 (3)V − V
−S dT + V dP = −S dT + V dP ⇒ dT = 2 1 = ΔV 1 1 2 2 dP S − S ΔS 2 1 ΔH (4) cp dT T ΔV ΔS = = cp PT Clausius Tcp dP ΔH cp Clapeyron I
Phương trình chuyển pha loại I Pha 1! Pha 2
TTCB thì G1 = G2 ở T, P xác định
T biến thiên dT; P biến thiên dPà dG1 và dG2 à 1 TTCB mới dG1 = dG2
dG = −S dT + V dP = −S dT + V dP = dG 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 V − V
−S dT + V dP = −S dT + V dP ⇒ dT = 2 1 = ΔV 1 1 2 2 dP S − S ΔS 2 1 ΔHcp dT T ΔV ΔS = = cp PT Clausius Clapeyron I Tcp dP ΔH cp T ΔV
Hệ ngưng tụ (R-L; R-R): dT ≈ ΔT = cp (5)
Ảnh hưởng của P rất nhỏ dP ΔP ΔH cp
Ảnh hưởng của P đến Tcp PT Clausius Clapeyron I dT T ΔV = cp (1) dP ΔH cp
VD: qt nóng chảy: ∆Hn/c >0; ∆V=Vl-Vr >0 TRỪ Bi, H2O, Ga, Ge.
∆V>0: dT/dP>0 à P tăng à T0n/c tăng
∆V<0: dT/dP<0 à P tăng à T0n/c giảm
VD: qt hóa hơi hoặc thăng hoa: ∆Hhh >0 và ∆V=Vh-Vl>0
nên dT/dP>0 à P tăng àTs tăng.
Hệ số dT/dP à mức độ ả/h của P đến Tcp
Xác định hệ số ảnh hưởng dT/dP
Ví dụ: Ở 0°C, nhiệt nóng chảy của nước đá là ∆Hn/c
=1434,6 (cal.mol-1); Vr=1,098 ml/g; Vl=1,001ml/g. Xác
định hệ số ảnh hưởng của áp suất đến nhiệt độ nóng chảy của nước đá. dT(1) T ΔV cp PT Clausius Clapeyron I ≈ ΔT = dP ΔP ΔH cp ⎛ 18 g ⎞ 273K − 18 g dT T (2) ΔV
⎝⎜ 1,001ml / g 1,098 ml / g⎠⎟ ≈ ΔT = cp = dP ΔP ΔH 1436,6 cal cp K (3) Bài toán đơn vị = K.ml ? atm cal
Xác định hệ số ảnh hưởng dT/dP
Ví dụ: Ở 0°C, nhiệt nóng chảy của nước đá là ∆Hn/c =1434,6 (cal.mol-1); Vr=1,098 ml/g;
Vl=1,001ml/g. Xác định hệ số ảnh hưởng của áp suất đến nhiệt độ nóng chảy của nước đá dT T ΔV PT Clausius Clapeyron I ≈ ΔT = cp dP ΔP ΔH cp ⎛ 18 g ⎞ 273K − 18 g dT T ΔV
⎝⎜ 1,001ml / g 1,098 ml / g⎠⎟ ≈ ΔT = cp =
= −0,00082(K / atm) (4) dP ΔP ΔH 41,3.1436,6 cal cp K (3) = K.ml ? = K.ml atm cal 41,3.ml.atm
Giá trị của Hằng số khí LT R (1)
0,082 l.atm/mol.K = 1,987 cal/mol.K = 8,314 J/mol.K (2)
82 ml.atm = 1,987 calà 1 cal = 41,3 ml.atm
Ảnh hưởng của T đến Pbão hoà Quá trình hoá Lỏng = Hơi (bay hơi) hơi/thăng hoa Rắn = Hơi (thăng hoa) Ko CB Cân bằng Hệ kín Phơi L,R
Áp suất hơi bão hòa: là áp suất của pha hơi khi
cân bằng với pha rắn/lỏng của 1 chất nguyên chất.
(a) áp suất hơi trên bề mặt lỏng Ph/l
(b) áp suất hơi trên bề mặt rắn Ph/r
Ảnh hưởng của T đến Pbão hoà PT Clapeyron-Clausius I dP ΔH = cp (1) dT TΔV
Vl<<Xét 1 mol hơi:
∆V=Vh-Vl≈Vh>0 ΔV ≈ V = RT 1mol h P dP ΔH .P (2 Δ ) H = cp → dlnP = cp PT Clapeyron- dT RT2 dT RT2 Clausius II Nhận xét:
∆Hhh>0; ∆Hth>0 à dlnP/dT>0; khi T tăngà Pbh tăng
Ảnh hưởng của T đến Pbão hoà Định lượng dlnP ΔH ΔH = cp lnP = cp dT (1) dT RT2 ∫ + J RT2 ü ∆H lnP (2) cp= f(T) = f(T) dT ∫ + J = g(T) RT2 ΔH 1 ü ∆H cp cp= const lnP = − . + J (3) R T
Lấy cận ở 2 nhiệt độ ln P xác định, ΔH=const ΔH J tgα = − cp R P (4) 1 ln 2 = − ΔH( − 1 ) P R T T 1 2 1 1/T
X/đ nhiệt độ sôi của chất lỏng
Nhiệt độ sôi của 1 chất lỏng là nhiệt độ tại đó Pbh
hoà của nó bằng với áp suất khí quyển Pkq lnP = f(T) dT ∫ + J = g(T ) kq RT2 s
VD: Áp suất hơi bão hòa của axit HCN phụ thuộc vào T
theo pt: lgP (mmHg) = 7,04- 1237/T
Xác định Ts và ΔHhh của HCN ở đk thường.
lg760 = 7,04- 1237/Tsà Ts = 297 K hay 24,4°C dlnP(1 Δ ) H
lnP=2,303.lgP = 2,303(7,04- 1237/T) = cp dT RT2 Δ dlnP 1237 H = RT2 = 8,314.T2.2,303. cp dT T2
Giản đồ pha hệ 1 cấu tử (1)
Giản đồ có 3 đường, 3 vùng, 1 điểm dlnP ΔH = hh P, atm dT RT2 B C 218 atm dP Δ (2) H Rắn Lỏng OB: ng = nc dT TΔV (3) ΔH 4,579 mmHg − hh O Hơi OC: RT D P = K e h/l 1 ΔH A (4) − th OA: RT 0,0099°C 374°C t°C P = K e h/r 2
Đường OD (kéo dài của OC): sự phụ thuộc áp suất
của nước lỏng quá lạnh vào nhiệt độ à xảy ra hiện tượng chậm đông.
Giản đồ pha hệ 1 cấu tử Theo quy tắc pha: 3 vùng P, atm B C 218 atm Rắn Lỏng 4,579 mmHg O Hơi D M A 0,0099°C 374°C t°C
OAB, OBC, OCA: hệ 1 pha à C=k-f+2=1-1+2=2
→ 2 thông số P, T được phép thay đổi tùy ý trong 1
giới hạn mà số pha vẫn không đổi.
Giản đồ pha hệ 1 cấu tử Theo quy tắc pha: 3 đường P, atm dP ΔH B C OB: ng = nc 218 atm dT TΔV Rắn Lỏng ΔH − hh OC: = K e RT 4,579 mmHg Ph/l 1 O Hơi ΔHth D − OA: = K e RT A Ph/r 2 0,0099°C 374°C t°C
Đường OA, OB, OC: 2 pha cân bằng C= 1-2+2=1
à chỉ có 1 thông số được thay đổi, thông số kia là
thông số phụ thuộc (mô tả bởi PT Clapeyron- Clausius).
Giản đồ pha hệ 1 cấu tử Theo quy tắc pha: 1 điểm ba P, atm B C 218 atm Rắn Lỏng 4,579 mmHg O Hơi D A 0,0099°C 374°C t°C
Điểm O: 3 pha CB à C= 1-3+2=0 à P, T hoàn
toàn xác định. Nếu thay đổi 1 thông số bất kì à số pha hệ thay đổi KẾT LUẬN - PT chuyển pha
- Ảnh hưởng của T đến Pbh
- Ảnh hưởng của P đến Tcp
- Giản đồ pha hệ 1 cấu tử