Chuong 1 hdc (1)

10/10/2021 Chương MỘT SỐ VẤN ĐỀ CƠ BẢN CỦA HÓA HỌC 1 1.1 Các đơn vị hệ SI Phép đo Nhiệt độ Đơn vị Độ K (K) Thời gian Chiều dài Khối lượng Số lượng vật chất Áp suất Năng lượng (cơng, nhiệt) Hằng số khí Giây (s) Mét (m) Kilogam (kg) Dòng điện Ampe (A) Mole (mol) N/m2 Joule (J) J/mol.K 2 10/10/2021 1.2 Các định luật hóa học định luật ĐL bảo toàn khối lượng ĐL thành phần không đổi ĐL tỷ lệ bội Học thuyết ngun tử - phân tử Tính tốn định lượng hóa học ĐL tỷ lệ thể tích Hóa học đại ĐL Avogadro 3 1.2.1 Định luật bảo toàn khối lượng (M.V Lomonosov, 1748) Khối lượng sản phẩm phản ứng khối lượng chất tham gia phản ứng VD 1.1: Mg + 1/2O2 mMg + mO2 MgO = mMgO - Cân phản ứng hóa học Ứng dụng: - Tính khối lượng chất phản ứng hóa học - Cân vật chất nhà máy hóa chất Phản ứng hạt nhân có phải phản ứng hóa học khơng? 4 10/10/2021 1.2.2 Định luật thành phần không đổi (G Prust, 1808) Một hợp chất, dù điều chế cách ln có thành phần khơng đổi Ví dụ 1.2 : khí carbonic điều chế cách: C + O2 CO2 T CaCO3 CO2 có tỷ lệ khối lượng C O tương ứng 27,3% 72,7% Mỗi hợp chất đặc trưng cơng thức hóa học CHÚ Ý: Với số chất rắn, thành phần thay đổi Ví dụ: sắt sunfua: Fe1-xS; x dao động từ đến 0,005, phụ thuộc phương pháp điều chế 5 1.2.3 Định luật tỷ lệ bội (D Dalton, 1803) Nếu nguyên tố tạo thành với số hợp chất hóa học phần khối lượng ngun tố kết hợp với khối lượng nguyên tố tỷ lệ với tỷ lệ số nguyên đơn giản N Ví dụ: N 2O NO NO2 O mO = 16 g mN1 = 28 g mN2 = 14 g mN3 = g mN1 : mN2 : mN3 = 28 : 14 : = : : 1.2.4 Định luật tỷ lệ thể tích (Gay-Lussac, 1808) Ở điều kiện nhiệt độ áp suất, thể tích khí phản ứng với nhau, thể tích khí tạo thành phản ứng, tỷ lệ với tỷ lệ số nguyên đơn giản 6 10/10/2021 1.2.5 Định luật Avogadro (1811) Ở điều kiện nhiệt độ áp suất, thể tích khí chứa số phân tử Hệ quả: mol = 6,023.1023 hạt - Số Avogadro: N = 6,023.1023 - Thể tích mol khí nhiệt độ áp suất có thể tích mol khí đktc (P = atm, T = 273K) tích 22,4 L - Có thể dùng quy tắc tam suất để tính V khí tham gia p/ư khí tạo thành 7 VD 1.3: Xác định CTPT HC khí, biết để đốt thể tích khí cần thể tích oxy đốt thể tích khí cần thể tích clo (sản phẩm C HCl) Các khí đo nhiệt độ áp suất CxHy + (x + y/4)O2 xCO2 + y/2H2O Theo phản ứng: 1V (x + y/4) V Theo đề: 1V 5V Suy ra: (x + y/4) = (1) CxHy + y/2Cl2 Theo phản ứng: 1V y/2 V Theo đề: 1V 4V Suy ra: xC + yHCl y/2 = (2) Từ (1) (2) suy x = y = Vậy CTPT HC C3H8 8 10/10/2021 1.3 Phương trình trạng thái khí 1.3.1 Phương trình trạng thái khí lí tưởng Khí lí tưởng: Là loại khí tưởng tượng, có kích thước vơ nhỏ (thể tích thực = 0) so với thể tích khối khí khơng tương tác với Phương trình trạng thái khí lí tưởng: PV = nRT 𝑁 𝑃𝑉 101325 𝑚 𝑥 22,4 10 (𝑚 ) 𝐽 𝑅= = = 8,314 𝑛𝑇 𝑚𝑜𝑙 𝑥273(𝐾) 𝑚𝑜𝑙 𝐾 𝑅= 𝑃𝑉 𝑎𝑡𝑚 𝑥 22,4(𝐿) 𝑎𝑡𝑚 𝐿 = = 0,082 𝑛𝑇 𝑚𝑜𝑙 𝑥273(𝐾) 𝑚𝑜𝑙 𝐾 9 Đơn vị P, V N/m2, m3 Atm, L mmHg, mL Giá trị R (/mol.K) 8,314 (J) 0,082 (L.atm) 62400 (mmHg.mL) Với n xác định: - Khi T = const - Khi P = const PV = const V1/T1 = V2/T2 - Khi V = const P1/T1 = P2/T2 10 10 10/10/2021 1.3.2 Phương trình trạng thái khí thực n2a Phương trình van der Waals )(V  nb)  nRT V2 a: Hằng số đặc trưng cho tương tác phân tử khí b: Hằng số đặc trưng cho kích thước phân tử khí (P  Nếu khơng có thích xem khí thực lí tưởng 11 11 1.3.3 Khái niệm áp suất riêng phần Hỗn hợp khí lí tưởng có: k Tổng số mol: i 1 Áp suất: P Thể tích: V k PV  nRT   ni RT i 1 n   ni k nRT P  V  n RT i 1 i V Áp suất riêng phần khí i hỗn hợp là: Pi  PiV  ni RT Pi  P niTR / V k  ni k  n RT / V  n i 1 i i 1 i ni RT V Pi  ni k n i 1 P  xi P i xi: nồng độ phần mol (phần mol: mole fraction) khí i hỗn12hợp 12 10/10/2021 Áp suất riêng phần khí: O2: x mol N2: y mol Thể tích bình: V lít Nhiệt độ: T độ K 𝑃 = 𝑥𝑅𝑇 𝑉 𝑃 = 𝑦𝑅𝑇 𝑉 Áp suất tổng: 𝑃 =𝑃 +𝑃 = (𝑥 + 𝑦)𝑅𝑇 𝑉 Phần mol khí: 𝑥 = 𝑥 (𝑥 + 𝑦) 𝑥 = ( ) = 1- 𝑥 Nếu gắn đồng hồ đo áp suất vào bình đo giá trị áp suất nào? 13 13 VD 1.4: Một bình 10L chứa 0,2 mol methane, 0,3 mol hydrogen, 0,4 mol nitrogen 25oC a) Tính áp suất bình (đơn vị atm) b) Tính áp suất riêng phần cấu tử khí hỗn hợp a) Từ phương trình trạng thái khí lí tưởng: PV = nRT Suy ra: P = nRT/V Trong đó: n = 0,2 + 0,3 + 0,4 = 0,9 mol R = 0,082 atm.L/mol.K (do đề yêu cầu đơn vị P atm) T = 25 + 273 = 298K V= 10 L Thay số vào ta có: P = 0,9.0,082.298/10 = 2,2 atm b) Ta có cơng thức: Pi = Xi.P, Xi phần mol chất bình: XCH4 = nCH4/n = 0,2/0,9 XH2 = nH2/n = 0,3/0,9 XN2 = nN2/n = 0,4/0,9 Ở câu a ta tính P = 2,2 atm Từ ta tính PCH4 = (0,2/0,9).2,2 = 0,49 atm; PH2 = (0,3/0,9).2,2 = 0,73 atm; PN2 = (0,4/0,9).2,2 = 0,98 atm 14 14 10/10/2021 VD 1.5: Một bình 15L chứa 6,65g N2 nối với bình tích 6L chứa 5g O2 Mở van nối bình để khí trộn lẫn vào Hãy xác định áp suất riêng phần khí áp suất tổng cộng nhiệt độ 25oC Khi mở van nối bình khí có mặt bình nên thể tích mà khí chiếm chổ tổng thể tích bình: V = 15 + = 21 L; T = 25 + 273 = 298K Ta có cơng thức: Pi = Xi.P, Xi phần mol chất bình nN2= mN2/MN2 = 6,65/28 = 0,2375 mol; nO2= mO2/MO2 = 5/32 = 0,156 mol n = nN2+ nO2= 0,2375 + 0,156 = 0,3935 mol XO2 = nO2/n = 0,156/0,3935 = 0,4 XN2 = nN2/n = 0,2375/0,3935 = 0,6 (= 1- XO2) Ta tính áp suất tổng theo công thức: P = nRT/V = 0,3935.0,082.298/21 = 0,458 atm Từ ta tính PO2 = XO2.P = 0,4.0,458 = 0,183 atm; PN2 = XN2.P = 0,6.0,458 = 0,275 atm 15 15 1.4 Cách biểu diễn nồng độ dung dịch 1.4.1 Nồng độ phần trăm Là số gam chất tan có 100 gam dung dịch 𝐶% = 𝑚 𝑚 x100 = 𝑚 𝑚 +𝑚 x100 mct, mdm, mdd khối lượng chất tan, khối lượng dung môi khối lượng dung dịch 1.4.2 Nồng độ mol (molarity) Là số mol chất tan có lít dung dịch 𝐶𝑀 = 𝑛 𝑉 n, V số mol chất tan thể tích dung dịch (lít) 16 16 10/10/2021 1.4.3 Nồng độ molan (molality: m): Là số mol chất tan kg dung mơi 𝑚 = ( ) VD 1.6: Tính nồng độ molan dung dịch chứa 128 g CH3OH 108 g H2O Số mol CH3OH dung dịch: nCH3OH = 128/32 = mol Khối lượng dung môi nước (Kg): m = 108.10-3 = 0,108 kg Vậy, nồng độ molan dung dịch: m = 4/0,108 = 37 m VD 1.7: Cần dùng g H2O để hòa tan 50 g sucrose (C12H22O11) để tạo thành dung dịch sucrose có nồng độ 1,25 m nsucrose = 50/(12.12 + 22.1 + 16.11) = 0,146 mol Ta có: m = n/mdm Suy ra: mdm = n/m = 0,146/1,25 = 0,1168 kg Vậy cần dùng 0,1168 kg nước 17 17 1.4.4 Khái niệm đương lượng 1.4.4.1 Đương lượng nguyên tố Đương lượng nguyên tố số phần khối lượng nguyên tố kết hợp hay thay 1,008 phần khối lượng hydro phản ứng hóa học H2 + 1/2O2 H2O ĐLO = (1 đương lượng) Fe + 2HCl FeCl2 + H2 ĐLFe = 28 Đương lượng nguyên tố KLNT nguyên tố chia cho hóa trị ĐL = A/n Nguyên tố có nhiều hóa trị khác có nhiều giá trị đương lượng khác Đương lượng gam: khối lượng chất biểu diễn gam có trị số đương lượng VD: ĐLO = 8g Số đương lượng gam = Khối lượng/đương lượng gam 18 18 10/10/2021 1.4.4.2 Đương lượng hợp chất a) Trong phản ứng trao đổi: Đương lượng acid HnX KLPT acid chia cho số proton trao đổi Đương lượng base M(OH)n KLPT hydroxide chia cho số nhóm hydroxyl trao đổi Đương lượng muối MpXq KLPT muối chia cho tổng số điện tích dương ion kim loại (hay tổng số điện tích âm ion gốc acid) Ca(OH)2 + 2H3PO4  Ca(H2PO4)2 + 2H2O ĐLCa(OH)2 = 74/2 = 37 ĐLH3PO4 = 98/1 = 98 19 19 KHP: 20 20 10 10/10/2021 b) Trong phản ứng oxy hóa – khử: Đương lượng hợp chất KLPT hợp chất chia cho số electron mà trao đổi 2KMnO4 + 5H2O2 + 3H2SO4  K2SO4 + 2MnSO4 + 5O2 + 8H2O ĐLKMnO4 = 158/5 = 31,6 ĐLH2O2 = 34/2 = 17 1.4.4.3 Nồng độ đương lượng Nồng độ đương lượng biểu diễn số đương lượng gam chất tan lít dung dịch Kí hiệu N Nồng độ đương lượng (gam) = số đương lượng (gam)/thể tích dung dịch (L) Trong phản ứng hóa học: Các chất phản ứng với theo đương lượng Tức đương lượng chất phản ứng với đương lượng chất kia: N1V1 = N2V2 21 21 VD 1.8: Xác định đương lượng kim loại lưu huỳnh biết 3,24g kim loại tạo thành 3,48g oxide 3,72g sulfua Biết đương lượng O = Tính đương lượng kim loại: Khối lượng oxy oxide: 3,48 – 3,24 = 0,24 g Số đương lượng oxy: 0,24/8 = 0,03 Vậy số đương lượng kim loai: 0,03 Suy đương lượng kim loại là: 3,24/0,03 = 108 22 22 11 10/10/2021 VD 1.9: Asen tạo thành oxide, oxide chứa 65,2% As oxide cịn lại chứa 75% As Biết đương lượng oxy = Xác định đương lượng As oxide Giả sử có 100 g oxide tính 23 23 HẾT CHƯƠNG 24 24 12