Đây là bài tóm tắt kiến thức, lý thuyết môn Hóa đại cương giúp bạn dễ dàng hệ thống toàn bộ kiến thức và ôn tập tốt khi kỳ thi đến gần, bao gồm lý thuyết và các công thức quan trọng của môn hóa đại cương A1. Nếu thấy hay hãy chia sẻ với bạn bè để ôn tập.
1 N o v e m b e r 7 , 2 0 1 0 Chương I: Cấu tạo nguyên tử - Định luật tuần hoàn – Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố 1) Đương lượng: a. Đương lượng một nguyên tố A : Đ = ố b. Đương lượng một hợp chất A: Đ = với + Phản ứng trao đổi: Axit: Z=số nguyên tử Hidro của một axit thực tế tham gia phản ứng Bazơ: Z=số nhóm hydroxyl một phân tử bazơ thự tế tham gia phản ứng Muối: Z=tổng điện tích dương phần kim loại + Phản ứng oxi hóa – khử: Số Electron mà một phân tử chất khử cho hay một phân tử chất oxi hóa nhận c. Đương lượng gam: khối lượng một lượng chất đó tính bằng gam có con số trùng với đượng lượng của nó d. Số đương lượng gam: , = Đ Trong phản ứng hóa học, các chất tác dụng với nhau theo cùng một số đương lượng gam 2) Bước sóng phát ra khi electron của hidro nhảy từ lớp n về lớp m: = − với R=10 973 731 m -1 3) Năng lượng của electron trên quỹ đạo dừng: E= − (au) với 1au=4,3598.10 -18 J hay E= −13,6 (eV) Đối với các e ngoài nhóm 1 có tính đến ảnh hưởng của sự chắn của các e bên trong: E= − () ∗ (au) b: Hằng số chắn có cách tính: + Tách nhóm các electron (1s) (2s2p) (3s3p) (3d) (4s4p) (4d) (4f) (5s5p) (5d) … + Đv e ở 1s: 2 e cùng nhóm chắn nhau 0,3 + Đv e ở ns, np (khác 1s): e cùng nhóm chắn nhau 0,35; e ở (n-1) chắn 0,85; e ở (n-2) trở đi chắn 1 + Đv e ở nd, nf: e cùng nhóm chắn nhau 0,35; e ở nhóm bên trái chắn 1 n*: Số lượng tử chính hiệu dụng 4) Bán kính quỹ đạo dừng: r= với a o =5,292.10 -11 m Các con số cần nhớ: m 1 proton = 1,00728 u = 1,672616.10 -27 kg m 1 notron = 1,00867 u = 1,6749272.10 -27 kg m 1 electron = 0,0005 u = 9,1.10 -31 kg 1 u ≈ 1,66053886.10 -27 kg = 1/N A 5) Sóng vật chất De Broglie: Mọi hạt vật chất có vận tốc v, khối lượng m đều gắn với sóng : = với h= 6,625.10 -34 6) Một hạt vi mô có khối lượng m, tốc độ v đang ở tọa độ x trên trục Ox có độ bất định về vị trí là x, độ bất định về vận tốc là v. Khi đó: Δ.Δ≥ 7) Các số lượng tử: n, l, m, m s . Mỗi số có ý nghĩa riêng. Momen động lượng nội tại của electron có giá trị: ⃗ = ( +1 ) () = với m s = ±s = ±1/2 8) Quy tắc Klechkowski n 1 2 3 4 5 6 n* 1 2 3 3,7 4 4,2 2 N o v e m b e r 7 , 2 0 1 0 Chương II: Liên kết hóa học 1) Trình tự năng lượng từ thấp đến cao của các MO trong phân tử đồng hạch: a) Nếu sự khác biệt năng lượng giữa 2s và 2p là lớn, tức không có tương tác giữa chúng thì: < ∗ < < = < ∗ = ∗ < ∗ (thường áp dụng khi Z ≥12) b) Nếu sự khác biệt năng lượng giữa 2s và 2p không lớn, tức có tương tác đẩy giữa chúng thì: < ∗ < = < < ∗ = ∗ < ∗ 2) Cấu hình MO của một số phân tử dị hạch: a) HF: () ( ) ( ) ( ∗ ) (1lk + 1 plk + 3klk) b) BeH 2 : () ( ) ( ∗ ) ( ∗ ) (2lk + 2plk + 2klk) c) CO 2 : ( )( )( )( ) ∗ ∗ ( ∗ ) ( ∗ ) (4lk + 4plk + 4klk) 3) Độ xen phủ các AO: s-s: 1 s-p: √ 3 p-p: 3 4) Năng lượng mạng tinh thể liên kết ion: U=− [ ] ( ) 1 − N: hằng số Avogadro A: Hằng số Madelung: Tùy thuộc vào cấu trức mạng tinh thể e: điện tích nguyên tử = 1,6.10 -19 C n: Hệ số đẩy Born, nằm trong khoảng từ 910, giá trị phụ thuộc cấu tạo vỏ e Z + , Z - : Điện tích thực ở anion và cation r A , r C : bán kính anion và cation 5) Năng lượng lien kết Van Der Waals: + Tương tác lưỡng cực-lưỡng cực: đị ướ =− + Tương tác lưỡng cực - lưỡng cực cảm ứng: ả ứ =− + Tương tác lưỡng cực cảm ứng – lưỡng cực cảm ứng: â á =− Trong đó: µ: Momen lưỡng cực của phân tử r: khoảng cách giữa các tâm lưỡng cực α: Khả năng phân cực của phân tử K: hằng số Bolzmann = 1,38.10 -23 J/K T: Nhiệt độ (k) Chương III: Phức chất Chương IV: Nhiệt hóa học và hiệu ứng nhiệt của các quá trình hóa học I- Các khái niệm mở đầu: 1) Khí lý tưởng 2) Hệ và môi trường: a. Hệ cô lập: Không trao đổi vật chất và năng lượng, hệ có V không đổi b. Hệ kín: Chỉ trao đổi năng lượng, hệ có V thay đổi c. Hệ đoạn nhiệt: Chỉ trao đổi năng lượng dưới dạng công d. Hệ mở: Trao đổi vật chất lẫn năng lượng Quy ước về dấu: Hệ nhận E thì dấu (+), hệ nhường E thì dấu (-) 3) Trạng thái của hệ và thông số trạng thái a. Trạng thái: Được đặc trưng bởi những thông số trạng thái b. Thông số trạng thái: i. Thông số dung độ: Phụ thuộc vào lượng chất (vd: thể tích, khối lượng…) ii. Thông số cường độ: Không phụ thuộc vào lượng chất (vd: nồng độ, độ nhớt…) 4) Trạng thái cân bằng của hệ: Là trạng thái các thông số không biến đổi theo thời gian 5) Biến đổi thuận nghịch và biến đổi bất thuận nghịch 3 N o v e m b e r 7 , 2 0 1 0 a. Thuận nghịch: Hệ biến đổi từ trạng thái này sang trạng thái khác vô cùng chậm qua các trạng thái cân bằng lý tưởng, không gặp trong thực tế b. Bất thận nghịch: Xảy ra với vận tốc nhanh, là quá trình gặp trong thực tế 6) Hàm trạng thái: Hàm chỉ phụ thuộc và trạng thái đầu và trạng thái cuối 7) Công và nhiệt: Là 2 hình thức trao đổi năng lượng, không phải là hàm trạng thái vì giá trị của chúng phụ thuộc vào quá trình biến đổi Công W (J), Nhiệt Q(J) Công giãn nở (công chuyển dịch): =− Nếu quá trình hữu hạn: =− ∫ o Giãn nở trong chân không: P n =0 W=0 o Giãn nở bất thuận nghịch chống lại P n không đổi: W btn = - P n V o Giãn nở thuận nghịch: P n = P hệ : =− ∫ Nếu khí là lý tưởng: =− ∫ =− ∫ ệ =− ∫ ⟹ =− =− II- Nguyên lý I áp dụng vào hóa học 1) Khái niệm nội năng (U) 2) Nguyên lý I nhiệt động lực học: Sự biến đổi nội năng bằng tổng tất cả các dạng năng lượng hệ trao đổi với môi trường: Đối với biến đổi vô cùng nhỏ: dU = W + Q Đối với biến đổi hữu hạn: Δ= ∫ = + a. Nếu trạng thái đầu và trạng thái cuối như nhau: U =0 -W = Q tất cả nhiệt hấp thu được chuyển thành công giãn nở b. Nếu hệ cô lập: U = W = Q = 0 3) Nhiệt đẳng áp, nhiệt đẳng tích a. Nhiệt đẳng áp: hệ thực hiện ở cả T, P = const W = -p(V 2 -V 1 ) U = U 2 -U 1 = Q p +A = Q p –p(V 1 -V 2 ) Q p : Nhiệt đẳng áp, là hàm trạng thái Q p = (U 2 +pV 2 ) –(U 1 +pV 1 ) Đặt H=U+pV là hàm trạng thái Q p = H b. Nhiệt đẳng tích: Hệ thực hiện ở cả T, V = const W = 0 U = Q v Q v : Nhiệt đẳng tích, là hàm trạng thái c. Liên hệ giữa Q p và Q v H = U+pV Q p = Q v + nRT III- Nhiệt phản ứng hóa học 1) Nhiệt phản ứng 2) Nhiệt sinh chuẩn của một chất 3) Nhiệt cháy chuẩn của một phản ứng IV- Định luật Hess và các hệ quả V- Sự phụ thuộc của hiệu ứng nhiệt vào nhiệt độ - Định luật Kirchhoff Năng lượng Động năng chuyển động của toàn hệ Th ế năng do hệ nằm ngoài môi trường Nội năng Động năng các phân tử, nguyên tử, hạt Thế năng tương tác (hút, đầy) của các phân tử, nguyên tử, hạt 4 N o v e m b e r 7 , 2 0 1 0 1) Nhiệt dung mol một chất: Là lượng nhiệt cần thiết để nâng nhiệt độ một mol chất lên 1K, trong suốt quá trình này không có sự biến đổi trạng thái Ký hiệu: C (J.K -1 .mol -1 ) a. Nhiệt dung mol đẳng áp: Thực hiện ở P=const = = ⇒= ⇒ = ⇒Δ= b. Nhiệt dung mol đẳng tích = = ⇒= ⇒ = ⇒Δ= 2) Nhiệt chuyển pha H cf : Là lượng nhiệt trao đổi với môi trường khi 1 mol chất chuyển pha. ở P = const, trong suốt quá trình chuyển pha thì nhiệt độ không thay đổi 3) Định luật Kirchhoff: Δ =Δ + ∫ Δ với Δ = ∑ () − ∑ (ư) Trong khoảng hẹp của nhiệt độ, coi C p =const thì H T2 = H T1 + C p T Chương V: Chiều hướng và giới hạn của các quá trình hóa học I- Nguyên lý II –Hàm Entropi 1) Nguyên lý II - Tồn tại một hàm trạng thái là entropi (S), và S là đại lượng dung độ - Ở nhiệt độ T không đổi, trong sự biến đổi vô cùng nhỏ thì: o Quá trình thuận nghịch: = o Quá trình bất thuận nghịch: > ≥ Δ≥ ∫ ** Chú ý: Vì S là hàm trạng thái nên S chỉ phụ thuộc và trạng thái đầu và trạng thái cuối của hệ. Xét 2 quá trình TN và BTN có cùng trạng thái đầu và cuối. Kho đó: Δ =Δ = ∫ = > ∫ Q TN > Q BTN Do đó, để xác định S BTN , trước hết hình dung một quá trình TN có cùng trạng thái đầu và cuối, sau đó dùng công thức: Δ = ∫ 2) Nguyên lý II áp dụng cho hệ cô lập Đối với hệ cô lập: Q TN = 0 S = 0 Q BTN = 0 S 0 Như vậy, đối với hệ cô lập: + Trong quá trình thuận nghịch (cân bằng), entropi của hệ không đổi + Trong quá trình bất thuận nghịch (hệ tự diễn biến), emtropi của hệ tăng đến cực đại thì ngừng lại. Lúc đó quá trình đạt trạng thái cân bằng 3) Ý nghĩa hàm entropi a. Hàm entropi là thước đo độ hỗn độn của hệ b. Ý nghĩa thống kê của S: S= Kln; với k: hằng số Boltzmann, : xác suất nhiệt động 4) Biến thiên entropi của một số quá trình a. Của quá trình biến đổi trạng thái chất đơn chất: (P=const) Δ= = Δ b. Của quá trình giãn nở đẳng nhiệt khí lý tưởng Δ= = 5 N o v e m b e r 7 , 2 0 1 0 Nếu P 1 >P 2 S>0 quá trình tự diễn biến Chất khí có thể tự chuyển dời từ nơi có P cao P thấp c. Biến thiên entropi của chất nguyên chất theo nhiệt độ: Trong điều kiện P=const: Δ = ∫ Trong điều kiện V=const: Δ = ∫ Nếu coi C p hoặc C v không đổi theo nhiệt độ T thì: Δ = Δ = II- Nguyên lý III (tiên đề Nernst) 1) Nguyên lý III Entropi của một chất nguyên chất dưới dạng tinh thể hoàn hảo ở 0K bằng không S(0K) = kln = 0 (tinh thể hoàn hảo ở 0K ứng với 1 trạng thái vĩ mô chỉ có một trạng thái vi mô) 2) Entropi tuyệt đối của các chất nguyên chất ở nhiệt độ T ** Nhận xét: S nguyên chất luôn >0, trừ khi xét cho ion trong dd có thể có S ion <0 3) Biến thiên entropi của các phản ứng hóa học III- Hàm thế nhiệt động. Tiêu chuẩn xét chiều của quá trình - Hệ cô lập: S ≥0: Tiêu chuẩn tự diễn biến và giới hạn của quá trình - Hệ không cô lập: gồm hệ + môi trường đưa về một hệ cô lập mới gồm hệ và mội trường thành một hệ cô lập tiêu chuẩn tự diễn biến của hệ mới: S+S mt ≥ 0 - Hàm thay thế cho (S+S mt ) gọi là hàm thế nhiệt động. Thường gặp hệ: o Đẳng nhiệt, đẳng áp hàm thế đẳng nhiệt đẳng áp o Đẳng nhiệt, đẳng tích hàm thế đảng nhiệt đẳng tích 1) Hàm thế đẳng nhiệt đẳng áp a. Định nghĩa: T, P = const Hệ thực hiện biến đổi nào đó ( Δ+Δ ) =ΔS + Δ =ΔS − Δ ≥0 ⇒Δ ( − ) ≤0 Đặt H –TS = G là hàm trạng thái ⇒Δ≤0 G được gọi là năng lượng Gibbs, Entanpi tự do hay thế đẳng áp b. Ý nghĩa vật lý của G G = H –TS = U + PV –TS dG = dU + PdV + VdP –TdS –SdT áp dụng nguyên lý I và II: dU = Q + W mà dW = -PdV + W’ (W’: Công hữu ích) Q ≤ TdS; dU ≤ TdS –PdV + W’ dG ≤ W’ + PdV – SdT (phương trình cơ bản của nhiệt động học) Nếu quá trình là thuận nghịch và dT=0, dP=0 (do T, P =const) thì: dG T,P = W’ max G T,P = W’ max G biểu thị công hữu ích của quá trình thuận nghịch đẳng nhiệt đẳng áp 2) Hàm thế đẳng nhiệt đẳng tích (làm tương tự G) a. Định nghĩa: T, V = const Hệ thực hiện biến đổi nào đó ( Δ+Δ ) =ΔS + Δ =ΔS − Δ ≥0 ⇒Δ ( − ) ≤0 Đặt U –TS = A là hàm trạng thái ⇒Δ≤0 A được gọi là năng lượng Helmholtz hay thế đẳng tích b. Ý nghĩa vật lý của A A = U –TS dA = dU–TdS –SdT áp dụng nguyên lý I và II: dU = Q + W mà dW = -PdV + W’ (W’: Công hữu ích) 6 N o v e m b e r 7 , 2 0 1 0 Q ≤ TdS; dA ≤ W’ –PdV – SdT Nếu quá trình là thuận nghịch và dT=0, dV=0 (do T, V =const) thì: dA= W’ max A= W’ max A biểu thị công hữu ích của quá trình thuận nghịch đẳng nhiệt đẳng tích - Tóm tại, tiêu chuẩn tự diễn biến và giới hạn của quá trình là: o T, P = const dG 0 o T, V = const dA 0 - Mối liên hệ giữa G và A: G = A+PV 3) Biến thiên thế đẳng áp a. Thế đẳng áp sinh chuẩn 1 chất ở nhiệt độ T: G o T,s (đơn chất) =0 b. Tính biến thiên thế đẳng áp của phản ứng hóa học IV- Các yếu tố ảnh hưởng đến thế đẳng áp: 1) Ảnh hưởng của nhiệt độ Xét hệ chỉ có biến đổi thuận nghịch, không sinh công có ích, có P=const =−⇒ ( Δ ) =−Δ Thay vào biểu thức G = H -TS và chia 2 vế cho T 2 , ta có: =− (Phương trình Gibbs – Helmholtz) =− Lấy tích phân 2 vế − =− ∫ Với H 0 T = (T) = a + bT + … G 0 = (T) 2) Ảnh hưởng của áp suất: Xét hệ thuận nghịch, không sinh công hữu ích, T=const = ⇒ ∫ = ∫ ⇒Δ − Δ = ∫ a. Đối với chất rắn và chất lỏng, coi V = const G = V(P 2 –P 1 ) b. Đối với khí lý tưởng, V=nRT/P Δ= − = 3) Ảnh hưởng của thành phần các chất. Khái niệm thế hóa 4) Mối quan hệ giữa dấu G và độ lớn H, S và T