NGUN DUY ÁI i m HỌ íơ ’ H V» * • NGUYỄN DUY ÁI MỘT SỐ PHẢN ỨNG TRONG HỐ HỌC v (Tái hản lấn thứ hai) NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DUC VIÊT NAM LỊI NĨI ĐẨU Vì phản ứng hố học xảy ? động lực ? Ngày người ta biết có hai động lực trình tự diễn biến Trước hết, hệ chất có khuynh hướng liến tới trạng thái có lượng dự trữ thấp (nguyên lí cực tiểu) Muốn cho phản ứng hố học tự xảy ra, phản ứng phải toả nhiệt Như vậy, biết phản ứng thu nhiệt hay toả nhiệt dự đốn gần phản ứng có khả xảy hay khơng ; cịn lí giải nhiều điều quan trọng chương trình hố học trường trung học Chẳng hạn thuyết điện li : Vì muối NaCl phải đưa lên 800 ° c nóng chảy, liên kết tinh thể bị phá vỡ ; mà cần hoà tan nước, NaCl dễ dàng bị vỡ thành hai mảnh (Na^ C1 ) Vì hồ tan NH4 NO nước, dung dịch trở nên lạnh ngắt ; ngược lại phải cẩn thận hoà tan xút rắn dung dịch nóng bỏng lên đột ngột Bằng vài quy tắc đơn giản kèm theo bảng số*, ta tính nhiệt hầu hếl ếe phản ứng vô Cỡ trỡng sách giấô khờâ Chẳng hạn, ta dễ dàng biết nhiệt lượng toả đốt cháy than đá hay nhiệt lượng cần thiết để nung tạ vôi Trong việc giảng dạy hoá học trường trung học, ta quen dùng khái niệm lượng biến đổi lượng q trình hố học Song, dựa vào tiêu chuẩn "toả nhiệt, thu nhiệt" đoán khoảng 90% nhiệt độ không cao nhiột độ cao, đoán ta sai lớn Vì ? Phụ lục xếp cuối sách M ột hệ chấí hất kì vừa có khuynh hướng clìUYẻn đến trạ/ìỊỊ thái có náng lượng thấp đồn^ thời vừa có khuynh lìướnẹ chuyển tới trạng thái cở dộ m ất trật tự cao mà entropi thước đo độ trật tự Chỉ đồng thời dựa vào hai động lực qua biến biến đổi entropi dự đoán đắn khả nãng nữa, cịn xác định nhiệt độ nào, áp nồng độ chất phản ứng tốt đổi lượng xảy phản ứng ; suất bao nhiêu, xảy xảy Mặt khác, biết entropi phản ứng tăng hay giảm ta xác định dễ dàng cần tãng hay giảm nhiệt độ để phản ứng diẻn có lợi cho ta phản ứng tổng hợp NH SO3 , phản ứng nung vôi, phán ứng lò cao v.v Đành có thể’ dựa vào nhiệt phản ứng thường phải qua tính tốn (dù đơn giản) Còn tăng hay giảm entropi phản ứng nhiều trường hợp chiỉ cÀn nhìn vào phương trình phản ứng xác định Trong việc giảng dạy hoá học, việc sử dụng hàm entropi không phiải điều mẻ, rõ ràng chưa thành thói quen * * * Xác định phản ứng cho trước có khả xảy hay khômg việc hàng đầu Nếu phản ứng khơng có khả xảy vể nguỉn tác đừng uổng cơng mày mị, thí nghiệm (như nhà giả kim thuật !) Nhưng phản ứng có khả xảy ra, thực tế khơng xẳy la Vậy có yếu tố ngăn cản ? Thật ra, phương trình phản ứng cho ta biết chất thaiTn gia phản ứng ? Tạo chất ? Tỉ lệ chất ? Chứ kchông cho ta biết "đường đi, nước bước" phản ứng diễn v/ì giai đoạn trình tổng họíp, H SO4 hay HNO phải tiến hầnh nhiệt độ cao, giai đoạn khác lại phải phun nước làm nguội lị, smo lại phải chia thành giai đoạn ? Xúc tác có vai trị ? Vì hoỉá học xúc tác lại ngành mũi nhọn ? • T ó m lại, phải làm th ể đ ể hiến khả thành thực ? Đ ó vấn đê thuộc tốc độ phản ứng, c h ế phản ứng * * * Trong loại phản ứng học trường trung học phản ứng axit - bazơ có tầm quan trọng lớn quen thuộc Nhưng mào axit ? Thế bazơ ? Thế phản ứng trung hoà ? Thật ch(0 đến chưa có câu trả lời thống Vậy lí thuyết axit - bazơ chương trình phổ thơng sở, phổ thơng trung học thuyết ? cịn có hạn chế ? Lại cịn vấn đé khác pH dung dịch axit, bazơ, muối, tác dụng dung dịch đệm, chuẩn độ axit - bazơ đểu vấn đé có ý nghĩa lí thuyết thực tiễn quan trọng Xung quanh phản ứng oxi hố - khử có nhiểu vấn đề đáng quan tâm Tính kim loại, phi kim nguyên tố khả nãng tham gia phản ứng oxi hoá - khử đơn chất có hồn tồn đồng với khơng ? Thứ tự hoạt động kim loại dãy hoạt động hoá học (thường gọi dãy Bêkêtốp) dãy điện cực phù hợp với đến mức ? Vé sản phẩm phản ứng ; Vì cho sắt vào H SO4 loãng lại tạo thành FeS mà Fe',(S0 ) ? HNO đặc, lỗng, nóng, nguội với kim loại lại cho oxil nitơ khác ? Vì điện phân dung dịch NaCl đậm đặc với catot sắt lại giải phóng H2 cịn với catot thuỷ ngân lại natri giải phóng v.v Chỉ có dựa vào điện cực cập oxi hoá - khử giảiquyết thoả đáng vấn để Hơn nữa, có dựa vào điện cực xác định hai vấn để khác : - Chiều phản ứng oxi hoá - khử - Trạng thái oxi hoá bền nguyên tố Tất vấn đề nêu đcu dể cập đến irong sách Sách gồm bảy chương Ba chương dầu nhàm giải đáp ba câu hỏi lớn (trong phạm vi chương trình phổ thơng trung học) - Làm để tính nhiệt phản ứng hoá học ? - Làm để biết phản ứng hố học có khả xảy hay không ? nhiệt độ, áp suất, nồng độ ? - Làm để phản ứng có khả xảy có th ể xảy ? Bốn chương sau dành cho loại phản ứng Thật khơng có ranh giới phần sở lí thuyết phản ứng cụ thể Mỗi trình bày sở lí thuyết đểu có vận dụng đê xem xét phản ứng C!Ụ thể ngược lại, nêu lên phản ứng quan trọng đểu có sở lí thuyết làm Phần lớn phản ứng sách chọn sách giáo khoa hoá học trường phổ thơng trung học (phẩn hố vơ cơ) Phần mở đầu chương nêu nét chương để hướng bạn đọc vào vấn đề quan trọng nghiên cứu nội dung Cuối chương có tập vận dụng cuối sách có phần hướng dẫn giải tập Cuốn sách nhằm mở rộng phần lí thuyết phản ứng chương trình hố học trường phổ thơng trung học Sách dùng làm tài liệu tham khảo cho giáo viên hoá học trường trung học, sinh viên khoa Hoá trường Đại học Sư phạm, Cao đẳng Sư phạm, học sinh lớp chuyên hoá học Tác giả chân thành tiếp nhận ý kiến đóng góp bạn đọc TÁ C G IẢ Chương BIỂN DỔI NĂNG iưỌNG CỦA CAC QUÂ TRỈNH HOẤ HỌC NHỮNG NÉT CHÍNH TRONG CHƯƠNG §1.1 Định luật bảo tồn chun hố lượng - Các dạng nâng lượng Nàng lượng hoá học đâu mà có - Sự truyền lượng ; Nhiệl cơng - Định luật bảo tồn lượng (ngun lí thứ nhiệt động học) §1.2 Entanpi : Nhiệt phản ứng hoá học Sự biến đổi nội (AE) biến đổi entanpi (AH) q trình hố học § 1.3 Xác định nhiệt phản ứng hoá học Định luật Hess Biểu thức toán học định luật Hess Áp dụng định luật Hess - Tính nhiệt phản ứng hố học - Tính nãng lượng mạng lưới tinh thể - Tính nhiệt hiđrat hố §1 ĐỊNH LUẬT BẢO TỒN VÀ CHUYỂN HOÁ nàng LƯỢNG 1.1 Khối lượng lượng Các phản ứng hố học q trình khác xảy giới tuân theo định luật bảo loàn khối lượng, định luật bảo toàn lượng Năng lượng khối lượng hai thuộc tính quan trọng vật chất Khối lượng số đo qn tính vật châì, Năng lượng số đo vận động vật chất Không th ể quan niệm vật chất không vận độn^ không th ể quan niệm vận động tách rời vật chất Hệ thức Anh-xianh (Einstein) sau đày khẳng định đặc sắc mặt khoa học tự nhiên luận điểm nêu E = mc^ E dạng lượng đó, m khối lượng vật chất, c tốc độ ánh sáng Khối lượng dễ xác định Định luật bảo toàn khối lượng vận dụng hàng ngày để cân sô' nguyên tử phương trình phản ứng Các hiệu ứng lượng khó xác định thường ghi phương trình hố học Nhưng hiệu ứng lượng thành phần khơng thể thiếu phương trình phản ứng hố học 1.2 Các dạng lượng Năng lượng hoá học Hình thái vận động vật chất diễn mn hình mn vẻ chuyển hố lẫn vơ vô tận Mỗi dạng lượng đặc trưng cho hình thái vận động Chẳng hạn : - Năng lượng học (cơ năng) gắn liền với chuyển động khối lượng vĩ mô (gồm số lớn tiểu phân) - Năng lượng chuyển động nhiệt (nhiệt năng) gây nên chuyển động hỗn loạn nguyên tử, phân tử hay ion chất rắn, chất lỏng hay chất khí Chuyển động nhanh, lượng nhiệt vật thể lớn - Năng lượng điện (điện nãng) gây nên chuyển động có hướng tiểu phân tích điện (electron, ion ) - Năng lượng ánh sáng (quang năng) chủ yếu phát từ mặt trời đến đất - Năng lượng hoá học (hoá năng) gắn liền với biến đổi từ chất sang chất Khoa học phát triển, ngày khám phá dạng vận động tương ứng dạng lựợng nẫng luợng hạt nhân nguyên tử:., Thật phân chia phần có tính quy ước dạng lượng khơng ngừng chuyển hố lẫn Các dạng nãng lượng động nãng (như lượng chuyển động nhiệt), (như lượng hố học, lượng hạt nhân), gồm động (như iượng học )Động năng lượng gắn liền với chuyển động vật hay liểu phân so với vật chọn làm chuẩn T h ế nâng lượng mà vật thể có vị trí trường lực hay thành phần Sau số ví dụ minh hoạ cho biến đổi từ sang động năng, từ động sang nhiệt công Những biến đổi ln tn theo định luật bảo toằn lượng ... hoỉá học xúc tác lại ngành mũi nhọn ? • T ó m lại, phải làm th ể đ ể hiến khả thành thực ? Đ ó vấn đê thuộc tốc độ phản ứng, c h ế phản ứng * * * Trong loại phản ứng học trường trung học phản ứng. .. trữ thấp (nguyên lí cực tiểu) Muốn cho phản ứng hố học tự xảy ra, phản ứng phải toả nhiệt Như vậy, biết phản ứng thu nhiệt hay toả nhiệt dự đốn gần phản ứng có khả xảy hay không ; cịn lí giải... chất phản ứng tốt đổi lượng xảy phản ứng ; suất bao nhiêu, xảy xảy Mặt khác, biết entropi phản ứng tăng hay giảm ta xác định dễ dàng cần tãng hay giảm nhiệt độ để phản ứng diẻn có lợi cho ta phản