Đang tải... (xem toàn văn)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢl KHOA HÓA VÀ MÔI TRƯỜNG TS ĐINHTHỊ LAN PHƯƠNG (Chù biên) TS HÀ THỊ HIỄN, ThS TRÀN THỊ MAI HOA, ThS TRẢN KHẢNH HÒA, Ths LÉTHỊ THẲNG, TS LÉ MINH THÀNH GIÁO TRÌNH HGAHọcĐẠicươNG TR[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢl KHOA HĨA VÀ MƠI TRƯỜNG TS ĐINHTHỊ LAN PHƯƠNG (Chù biên) TS HÀ THỊ HIỄN, ThS TRÀN THỊ MAI HOA, ThS.TRẢN KHẢNH HÒA, Ths LÉTHỊ THẲNG, TS LÉ MINH THÀNH GIÁO TRÌNH HGAHọcĐẠicươNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA HĨA VÀ MỊI TRƯỜNG TS Dinh Thị Lan Phưong (Chu hiên) I S Hà Thị Hiển ThS Trần Thị Mai Hoa ThS Trần Khảnh Hòa ThS Lê Thị Thắng, TS Lê Minh Thành GIÁO TRÌNH HĨA HỌC ĐẠI CƯƠNG NHÀ XUÁT BÁN BÁCH KHOA HÀ NỘI Biên mục xuất bân pliầm cùa Thư viện Quốc gia Việt Nam Đinh Thị Lan Phương Giáo trinh Hóa học đại cương / Đinh Thị Lan Phương (ch.h), llà Thị Hiển, Trần Thị Mai Hoa - H : Bách khoa Hà Nội 2023 - 376 tr.: hình vê, báng : 27 cm Hóa học đại cưong Giáo trinh 540.711 - dc23 BKHOI33p-CIP LỜI NÓI ĐÀU Cuốn "Giáo trình Hóa học dụi cương” biên soạn bời nhóm giáng viên Bộ mơn Kỹ thuật Hóa hục, Trường Đại học Thủy lợi TS Dinh Thị Lan Phương làm biên Cuốn sách biên soạn lại làm tải liệu học tập lưu hành nội cho em sinh viên cua Trưởng Dại học Thủy lợi Giáo trình gơm 09 chương dược trinh bày rõ ràng, cụ thê vi dụ vói lời giái chi tiết, dề hiếu giúp cãc cm cỏ the chu động học tập đáp ững yêu cầu cua dè cương học Trong cn giáo trình này, danh pháp vã thuật ngữ sứ dụng theo khuyến nghị cũa IUPAC, có tham kháo TCVN 5530:2010 theo chương trinh giáo dục phị thơng dược Bộ Giáo dục & Dào tao cõng bò ngày 26/12/2018 Cảu trúc chương tên tác giá biên soạn bao gồm: - Chương I: cấu tạo nguyên tư hệ thõng tuân hoàn - ThS Lê Thị Thăng - Chương 2: Liên kết hóa học cầu tạo phân tư - ThS Trằn Khánh Hòa TS Lê Minh Thành Chương 3: Các trạng thái lập hợp cùa vật chất TS Hà Thị Hiền Chương 4: Các nguyên lỷ cùa Nhiệt động học ThS Lẽ Thị Thăng - Chtrong 5: Dung dịch - TS Hà Thị Hiền' Chương 6: Động hóa học TS Đinh Thị Lan Phương Chương 7: Càn băng hóa học ThS Trân Th) Mai Hoa - Chương 8: Tinh chất cùa acid, base muối - TS Dinh Thị Lan Phương - Chương 9: Điện hóa học - ThS I ran Khánh Hòa Mặc dù nhỏm tác già đà cố gang q trình biên soạn song khơng the tránh khoi sai sót mong em sinh viên quý bạn đọc thõng cam đón nhặn Mọi góp ý cho sách xin giri vè: Bộ mịn Kỹ thuật Hóa học, phịng 313-A5, Trường Đại hục Thúy lợi 175 Tày Sơn Dồng Da Hà Nội; Chúng sử nghiêm túc tiếp thu chinh sứa lân tái ban gàn nhât •: Bộ mơn Hỏa Sinh, khoa Tự nhiên vã Còng nghệ, Trưởng Dại học Khảnh Hòa Tập thề tác giá MỤC LỤC LỜI NÓI DÀU Chương CÁU TẠO NGUYÊN TỬ VÀ HỆ THỐNG TUÀN HOÀN 13 1.1 Sơ hrợc lịch sử phát triển cấu tạo nguyên tứ 13 1.2 Bữc xạ điện từ vật chầt 15 1.2.1 Bức xọ điện từ 15 1.2.2 Thuyết lượng tứ Planck 17 1.2.3 Lường tính sóng hụt cùa ánh sáng 18 1.3 Phố vạch nguyên tứ mõ hình nguyên tử hydrogen cùa Bohr 19 1.3.1 Phô vạch cúa nguyên tứ 19 1.3.2 Mơ hình ngun từ hydrogen cùa Bohr 21 1.3.3 Giái thích quang phơ vạch cúa ngun tứ 23 1.4 Mó hinh học lưọng tứ nguyên tứ 25 1.4.1 sỏng vật chất de Broglie 25 1.4.2 Nguyen lý hất định Heisenberg 26 1.4.3 Mơ hình ngun tứ hydrogen cùa Schrodinger hàm sóng 26 1.5 Nguyên tử nhiều electron 33 1.5.1 Orbital mức nàng lượng 33 1.5.2 Spin electron từ tính 34 1.5.3 Nguyên lý ngoại trừ Pauli 35 1.5.4 Quy luật phàn bố electron nguyên từ 36 1.6 Mơ hình học lượng tứ báng hệ thống tuần hoàn 37 1.6.1 Cấu hĩnh electron nguyên tứ 37 1.6.2 Cấu hĩnh electron cùa nguyên tổ báng hệ thống tuần hoán 39 1.6.3 Câu hĩnh electron cùa ion 43 1.7 Các tinh chát cùa nguyên tứ biến dổi tuần hoàn 44 1.7.1 Kích thước nguyên từ 44 1.7.2 Năng lượng ion hóa 46 1.7.3 Ái lực electron 47 1.7.4 Kích thước ion 50 1.7.5 Tinh chát hóa học co bán biên đói tn hồn 51 Bài tập chưoìig 53 Chưong LIÊN KẾT HÓA HỌC VÀ CÁU TẠO PHÂN TỬ 55 2.1 Liên kết hóa học cấu tạo phân tử 55 2.1.1 Sự hình thành liên kết hóa học 56 2.1.2 Liên kết cộng hóa trị 57 2.1.3 Liên kết ion 65 2.2 Hình học phân tử 67 2.2.1 Thuyết lực đầy cặp electron hóa trị VSEPR (Valence Shell Eleclorn Pair Repulsion) 67 2.2.2 Hĩnh học phân lữ 68 2.3 Ái lực electron, phán cực liên kết phân cục phân từ 74 2.3.1 Ái lực electron phân cực liên kết 74 2.3.2 Sự phân cực phân tứ 76 2.4 Các đặc trung CO’ hãn cúa lien kết 78 2.4.1 Bậc liên kết 78 2.4.2 Dô dài liên kết 79 2.4.3 Năng lưọng liên kết 81 2.5 Thuyết liên kềt hóa trị lai hóa 81 2.5.1 Thuyết liên kết hóa trị 82 2.5.2 Sự xen phú orbital nguyên tứ 84 2.5.3 Sự lai hỏa orbital nguyên tứ 86 2.5.4 Thuyểt VB vã liên kết bội 93 2.6 Thuyết orbital phân tir 95 2.6.1 Sự hĩnh thảnh orbital phân tứ bảng phương pháp tô họp tuyến tinh orbital nguyên lử (LCAO| 96 2.6.2 Điểu kiện tồ họp AO 98 2.6.3 Cấu hình electron phân tư số đặc điểm lien ket 99 2.6.4 Gián đỏ nảng lượng MO cùa sỏ phân lử đỏng hạch đơn giãn (Mì Bài tập chirong 103 Chương CÁC TRẠNG THÁI TẠP HỢP CỦA VẬT CHÁT 107 3.1 Giửi thiệu chung 107 3.2 Trạng thái khí 107 3.2.1 The tích mol phản tứ cua chất 107 3.2.2 Các định luật chất khí 108 3.2.3 /\p suất toàn phần vã ãp suất riêng phần 110 3.2.4 Khối lượng riêng cùa khí 112 3.2.5 Thuyết động học chất khí 113 3.2.6 Sự khuếch tán phóng lưu khí 115 3.2.7 Khi thực 115 3.3 Trạng thái lòng 117 3.3.1 Đặc diêm cùa chât lóng 117 3.3.2 Tính chất cùa chất lóng 117 3.4 Trạng thái rắn 121 3.4.1 Đặc diem cùa chất rần 121 3.4.2 Phân loại chát rân 121 3.4.3 Sụ đồng hĩnh đa hĩnh 122 3.4.4 Cầu trúc cùa chất rắn 122 3.4.5 Tính chải vật lý cua chất rắn .127 3.5 Giãn đỗ trạng thái nước 128 Bài tập chưimg 129 Chương CÁC NGUYÊN LÝ CÙA NHIỆT DỘNG HỌC 133 4.1 Năng hrựng sụ bién dổi lượng 134 4.1.1 Các khái niệm bán liên quan tới lượng 134 4.1.2 Nhiệt dung vã truycn nhiệt 139 4.1.3 Nàng lượng vả trinh biến đồi trụng (hái 143 4.2 Nguyên lý thứ cúa nhiệt dộng học 145 4.2.1 Nội nàng vả nguyên lý thú nhắt nhiệt động học 145 4.2.2 Enthalpy biến thiên enthalpy 147 4.2.3 Hàm trạng thái 148 4.3 Nhiệt hỏa hục 148 4.3.1 Biền thiên enthalpy cùa phan ứng hóa học 149 4.3.2 Phép đo nhiệt lượng 151 4.3.3 Định luật Hess 156 4.3.4 Enthalpy tạo thành chuản cua chàt 158 4.4 Nguyên lý thứ hai nhiệt dộng học 162 4.4.1 Quá trinh tự diễn biến trạng thãi cân băng 162 4.4.2 Nhiệt nâng tựdicn biên 163 4.4.3 Sự phân tản nâng lượng vật chất 164 4.4.4 Entropi nguyên lý thứ hai cùa nhiệt động học 165 4.4.5 Nảng lượng tụ Gibbs 171 Bài tập chương 177 Chương DƯNG DỊCH 181 5.1 Giới thiệu chung 181 5.2 Nồng độ dung dịch 182 5.2.1 Nồng dộ phần trăm 182 5.2.2 Nồng độ molan 183 5.2.3 Nồng độ moi 183 5.2.4 Nong dộ phan mol 183 5.3 Quá trinh hỏa tan nhiệt hòa tan 1X4 5.4 Dộ hịa tan yếu tó anh hướng 1X5 5.4.1 Độ hỏa tan cùa chãi rân vào chất lóng .1X5 5.4.2 Dộ hỏa tan cua chất lỏng vào chắt lóng 1X6 5.4.3 Độ hòa tan cùa chất khí vào chất lịng .187 5.5 Tính chat cúa dung dịch 1X9 5.5.1 Ap suất băo hòa cũa dung dịch 189 5.5.2 Nhiệt độ sôi dung dịch 191 5.5.3 Nhiệt độ dông dặc cùa dung dịch 193 5.5.4 Ap suất thâm thau cùa dung dịch 194 5.5.5 Quá trinh sỏi vả trình đơng đặc cùa dung mơi tinh khiết dung dịch 196 5.5.6 ưng dụng tính chât cùa dung dịch .196 5.6 Dung dịch điện ly 19X 5.6.1 Khái niệm dung dịch điện ly .198 5.6.2 Tính chât bãt thường cùa dung dịch điện ly 198 5.6.3 Độ điện ly a mỏi quan hệ giửa i Br2 6.4 X 10 23 MnCO? 2.3 X 10-" HgíCh 1.4 X 10"18 Mn(OHh 1.9 X 10 ' Hg2Ií 2,9 X 10 29 Mn(OHh 1,0 X 10 M Hg2SƠ4 6.5 X 10 Hg’CO 8.9 X 10 17 Hợp elicit cua AI AIAsO 1.6 X 10 16 Hg2CrO4 5.0 X 10 Al(OH), 1.9 X 10 33 Hg(OH)í 2.5 X 10 ?* A1PƠ4 1.3 X 10 20 Hợp chat Sr Help chat Ni SrCOi 5.6 X 10-'° NiCOi 1.4 X 10 ’ SrF’ 4,3 X 10 NỈ(OH)ỉ 5.5 X 10-|fi SrSOi 3,4 X 10-7 NilCNh 3.0 X 10 23 SrSO) 4.0 X 10 * SrCrOí 3,6 X 10 1.0 X 10 ” Hợp c hắt Fe FeCOi 3.1 X 10 " Sn(PO4h Fc(OH)2 4,9 X 10 17 Help chat cùa Au FcS 4,9 X IO1* AuBr 5,0 X 1017 Fe(OH).i 6,3x10-” AuCI 2.0 X 10 13 Aul 1.6 X 10 23 Họp chất cùa 77 TIBr 3,7 X 10* AuBrs 4,0 X 10 36 TICI 1,9 X 10 AuCl 3,2 X 10 25 TU 5.5 X 10* Allh 1,0 X 10 46 366 Bàng 8B Hàng số K tống cùa sổ muối sulfide 25 °C (2) Hợp chất /ỉựp chut HgS(đỏ) X 10 54 PbS X 10“ HgS (đen) X I0"5’ CdS s X 10-2* AgiS X 10 ' SnS X 10-“ CuS X 10-” FeS X I0-” PHỤ LỤC G HÀNG SỐ TẠO PHỨC Bâng Hảng số tạo phức cũa số phức chất dung dịch (2} Cân bùng tựu phức Ag’ + 2Br [AgBnl A 2,1 X 10’ Ag’ + 2CI ^[AgChr 1.1 X 10' Ag‘ + 2CN ?í[Ag(CNhJ 1.3 X102’ Ag’ + 2S2O?-^(Ag(S2O.)2p- 2.9 X IOl' Ag“ + 2NH.^ |Ag(NH.Ộ2r 1.1 X 101 Ap’ + 6F #[A1F6]’ 6,9 X 10” ai3’+ 4OH~ — |AI(OH)41" 1.1 X 10” Au‘ + 2CN ^|Au(CNh] 2,0 X ló” Cd’+4CN #[Cd(CN)4|2- 6.0 X 1O!* Cd’ + 4NH.Ỉ |Cd(NHj)4|2’ 1,3 X I07 Co2’ +■ 6NHị - |Co(NH.)6|2’ 1,3 X 10' Cu’ + 2CN 5à[Cu(CN)2] 1.0 X I024 Cu’ + 2CI- # ICuCh]- 3,2 X 10' Cu2’ + 4NH1 # [Cu(NH.»4]2’ 2.1 X 10” 367 Cân tạo phức Ấ Fe2, + 6CN #(Fe(CN)d* I.Ox I0’5 Hg2* + 4C1 ^|IIgCI4]2 l.2x IO,S Ni-'+4CN ^[Ni(CN)«|2- 2,0 X 10“ Nr* + 6NH.^|Ni(NH-,)6|2* 5.5 X 10* Zn2*’ + 4OH ^|Zn(OH)4|2 4.6 X 10IT Zn2* + 4NHi 2,9 X I09 |Zn lìr-(aq) + 3H:O 1,44 Cl2(g) + 2e“ —♦ 2CI(aq) 1,36 CrĩO2 (aq) + 14H*(aq) + 6c’ -* 2Cru(aq) + 7H’O 1,33 NíH$*(aq) + 3H4(aq) + 2«- -> 2NH4’(aq) 1.24 MnOỉ(s) + 4H*(aq) + 2c — Mn’-’(aq) + 2H?O 1,23 02(g) + 4H4(aq) + 4c- — 2112O 1.229 Pr’(aq) + 2c — Pt(s) 1,20 10r(aq) + 6H*(aqì + 5c -.1/2 li(aq) + 3H2O 1.195 CIO4 (aq) + 2H’ + 2c’ — CIO (aq) + H:O 1,19 Br’(l) + 2e —♦ 2Br (aq) 1.08 AuCLr(aq) + 3e” —• Au(s) + 4CI (aq) 1,00 Pd2-(aq) + 2e -> Pd(s> 0.99 NO.-(aq) + 4H4(aq) + 3e — NO(g) + 2H.O 0,96 NO (aq) + 31 ỉ’(aq) + 2c - I INOz(aq) + II2O 0,94 2Hg:‘(aq) + 2e~ 0.92 Hgj?*(aq) Hg-\aq) + 2c -Hg(l) 0,86 Ag‘(aq)i-e - Ag(s) 0,80 HgAaq) + 2e ->2Hg(l) 0,79 Fe’*(aq) + e — Fe2’(aq) 0.77 369 Dune dịch acid Thề khừ tiêu chuẩn E" (V) SbClí (aq) + 2e~ — SbCh (aq) + 2crO + 4e 0.05 2NH?OH’(aq) Pb2’(aq) + 2c -Pb(s) -0,13 Sn?4(aq) + 2c -0.14 370 Sn(s) Dung dịch acid AgI(s) + e »Ag(s) + r(aq) SnFfil2 (aq) + 4e —» Sn(s) + 6F (aq) Thê khứ tiêu chuẩn, hv (V) -0,15 0.25 Ni’*(aq) + 2e — Ni(s) -0,25 v”(aq) + e-^v2’(aq) -0.26 Co2’(aq) + 2c" -* Co(s) -0,28 n'(aq) + e —’Tlfs) -0,34 PbSO4(s) + 2c- -» Pb(s) + SO? (aq) -0,36 Se(s) + 2H*(aq) + 2e -0.40 H2Se(aq) Cd?*(aq) + 2c — Cd(s) -0,40 Cr'*(aq) + e — Cr?*(aq) -0.41 Fc?’(aq) + 2c — Fc(s) -0,44 2002(g) + 2H*(aq) + 2e - IhCjOliaq) -0.49 Ga”(aq) + 3c- — Ga(s) -0,53 HgS(s) + 2H*(aq) + 2e • - Hg(l) + H2S(g) -0.72 Cr'(aq) + 3c — Crfs) -0.74 Zn2*(aq) + 2e -> Zn(s) -0.76 Cr‘(aq) + 2c — Crfs) -0.91 FcS(s) + 2c — Fe(s) + s- (aq) -1,01 Mn:*(aq) + 2e~ -• Mn(s) -1,18 v-’(aq) + 2c — V(s) -1,18 CdS(s) + 2e -* Cd(s) + s2 (aq) -1.21 ZnS(s) + 2c - Zn(s) + s2 (aq) -1,44 Zr^faql+Je — Zr(s) -1.53 371 Dung dịch acid Thể khù tiêu chuần, t" (V) AlH(aq) + 3e~ — Al(s) -1.66 Bc:*(aq) + 2e — Bc(s) -1.85 Sc?,(aq) + 2c —• Sc(s) -2.09 Mg2,(aq) + 2e — Mg(s) 2.37 > *7 -2./1 Na (aq) + e -* Na(s) Ca2*(aq) + 2e -»Ca(s) 2.87 Sr'(aq) + 2c’ -»Sr(s) -2.89 Ba2’(aq) + 2c -• Ba(s) -2.90 Cs‘(aq) + c — Cs(s) -2,92 Rb’faq» + e -* Rb(s) 2,93 K*(aq) + e -♦ K(s) -2.93 Li’(aq) + c -» Li(s) -3,05 Dung dịch base Thể khử tiêu chuẩn E" (V) CIO (aq) + u>o + 2c — Cl (aq) + 2OH (aq) 0,89 OOH-(aq) + ILO + 2e — 3OH(aq) 0.88 2NH>OH(aq) + 2e -> NiHrfaq) + 2OH (aq) 0.74 CIO.» (aq) + 3H’O + 6c — Cl (aq) + 6ƠH (aq) 0,62 MnO i (aq) + 2H’O + 3c -» MnOa(s) + 4OH (aq) 0,588 Mdơ4 (aq) + c — MnO? (aq) 0,564 NiOXs) + 2H-0 + 2e -»Ni(OH)'(s) + 2OH (aq) AgaCiOiCs) + 2e -> 2Ag(s) - CrOr(aq) 0,49 0,446 o.(g) + 21LO + 4e - 4OH (aq) 0.40 CIO; (aq) + 11-0 + 2e" -* CIO (aq) + 2OH~(aq) 0.36 AgaO(s) + H>o + 2c — 2Ag(s) + 2OH (aq) 0.34 372 Dung dịch nase Thềkhừ i r» lieu chuan, f 2NO’-(aq) + 3H’O + 4e — N’O(g) + 6OH (aq) 0,15 N2H*(aq) + 2H2O + 2c — 2NH’(aq> + 2OH (aq) 0,10 |Co(NH.t>61u(aq) + e’ — (Co(NH,)612‘(aq) 0.10 HgO(s) + H2O + 2c — I Ig(l) + 2OH (aq) 0,0984 O2(g) +11’0 + 2e" — OOH (aq) + OH (aq) 0.076 NO’ (aq) + H>0 + 2c — NO’ (aq) + 2OH (aq) 0,01 MnO’(s) + 2H’O + 2c — Mn(Ollh(s) + 2OH (aq) -0,05 CrO? (aq) + 4H O + 3e’ -»Cr(011)j(s) + 5OH’(aq) -0.12 Cu(OHh(s) + 2c - Cu(s) * 2011 (aq) -0,36 S(s) + 2e- -> s:-(aq) -0,48 Fe(OH)>(s) + e - Fc(OH)2(s) + OH (aq) 2H’O + 2e- -» H’(g) + 2OH (aq) 0,56 -0.8277 2N0j-(aq) + 2HjO + 2c — N2O.(g) + 4OH (aq) -0,85 Fe(OH>’(s) + 2e -0.877 Fe(s) + 2OH (aq) SOr(aq) + H’O + 2c — SOr (aq) + 2OH (aq) -0,93 N2(g) + 41hO + 4e- — N2I14(aq) + 4OH(aq) -1.15 IZnlOH)4J2 (aq) + 2e’ — Zn(s) + 4OH (aq) -1,22 Zn(Ol l)’(s) + 2e — Zn(s) + 2OH (aq) -1,245 |Zn(CN).i]2 (aq) + 2c — Zn(s) + 4CN (aq) -1,26 Cr(OHh(s) + 3e — Cr(s) + 3011 (aq) -1,30 SiOr (aq) + 3H’O + 4e — Si(s) + 6011 (aq) -1,70 373 0â đ sac - Đ w X CM ’5| *•* g 1•í 1í a □□□ 2 £ ffS 8® ill s6 X X es - = | isas « r? n Ũ ƠJ C 1?2 !2 Lô ãT C o r* ** s —* 3fl| ầ o ^4 2ii spjs Ị Oj I Cl £ ỷỈ »1 ” “ s fl SO s Q r- t, **> r s? Ỉ co - ’ a - X ệ CJ ó |s z S3 a * J ĩ ỉ 3