Giáo Án Hóa Học Đại Cương

Giáo án môn hóa đại cương cho giảng viên và học sinh tham khảo. Nhằm giúp các giảng viên chắc kiến thức môn hóa đại cương để dạy sinh viên thật tốt.

MỤC LỤC 1 I Phần chung cho học phần Mục tiêu học phần - Mục tiêu kiến thức : Trang bị kiến thức hóa học cho sinh viên, tạo tảng cho việc tiếp thu môn học sau - Mục tiêu kỹ năng: + Có kỹ vận dụng kiến thức hóa học vào giải thích tượng tự nhiên + Trang bị kỹ sống cho sinh viên + Sinh viên giải thành thạo toán hóa cấu tạo nguyên tử, liên kết hóa học, động hóa học, dung dịch chất tan không điện li, dung dịch chất điện li; điện hóa học nhiệt động hóa học - Mục tiêu thái độ: Chủ động tích cực việc học tập, nghiên cứu môn học; tiếp cận giải vấn đề phù hợp với chuyên ngành Chuẩn bị - Giảng viên: Phương tiện dạy học (Bảng viết máy chiếu), Sách tập, Giáo trình - Sinh viên: Đề cương môn học, chuẩn bị tài liệu, tập, thảo luận, phương tiện, dụng cụ học tập… II Phần chi tiết theo chương 2.1 CHƯƠNG I: CÁC KHÁI NIỆM, ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA HOÁ HỌC a) Xác định mục tiêu - Mục tiêu kiến thức : Trang bị kiến thức hóa học cho sinh viên, tạo tảng cho việc tiếp thu phần học sau - Mục tiêu kỹ năng: + Nắm định luật thuyết nguyên tử, phân tử Các khái niệm nguyên tử, phân tử, đơn chất, hợp chất, ký hiệu hoá học, công thức hoá học + Khối lượng nguyên tử, khối lượng phân tử Mol khối lượng mol + Hiểu phản ứng hoá học Biết phân loại phản ứng hóa học Phân loại chất vô - Mục tiêu thái độ: Chủ động tích cực việc học tập, nghiên cứu lại học trước kia; tiếp cận giải vấn đề phù hợp với chuyên ngành b) Chuẩn bị: - Giảng viên: Phương tiện dạy học (Bảng viết máy chiếu), Sách tập, Giáo trình - Sinh viên: Chuẩn bị tài liệu, tập, thảo luận, phương tiện, dụng cụ học tập… c) Nội dung giảng dạy chi tiết - Tên (mục): Chương I CÁC KHÁI NIỆM, ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA HOÁ HỌC - Lượng thời gian: tiết - Chi tiết nội dung hình thức tổ chức dạy học: 2 ND SV phải biết ND SV nên biết 3 (GV bao quát lớp SV đọc giáo trình, thảo luận (GV nhắc lại kiến thức ghi lên bảng tóm tắt nội dung SV ghi chép, nhớ lại lớp) kiến thức) Các định luật, khái niệm thuyết nguyên tử - phân tử 1.1 Định luật bảo toàn khối lượng (M V Lomonosov A L Lavoisier khám phá) - Nội dung: Trong phản ứng hóa học, tổng khối lượng chất tạo thành tổng khối lượng chất tham gia phản ứng VD: A + B=C+D Σ( mA + mB ) = Σ(mC + mD) - Nhận xét: Q = ∆ m.c2 Trong đó: c = 3.108 m/s tốc độ ánh sáng - Ứng dụng: + Cân phương trình hoá học: Theo định luật bảo toàn khối - Nhận xét: Theo vật lý đại, định luật bảo toàn khối lượng hoàn toàn phản ứng hoá học không kèm theo hiệu ứng nhiệt Trong trường hợp ngược lại, phản ứng giải phóng hay hấp thụ lượng nhiệt Q, khối lượng phản ứng phải giảm hay tăng lượng ∆ m thoả mãn định luật Einstein (Anhstanh): Q = ∆ m.c2 Tuy nhiên, hiệu ứng nhiệt phản ứng hoá học vào khoảng 102 KJ/mol, thay đổi khối lượng tương ứng là: 102 Q 103 2 ∆ m = c = (3.10 ) ≈ 10 −11 kg lượng, phản ứng hoá học số nguyên tử nguyên tố bảo toàn, số nguyên tử nguyên tố hai vế phương trình phản ứng hoá học phải + Tính khối lượng chất tham Vì thay đổi khối lượng bé, bỏ qua , hoá học người ta chấp nhận định luật bảo toàn khối lượng - Ứng dụng: (GT) gia phản ứng sản phẩm phản ứng theo quy tắc tỉ lệ thuận dựa theo phương trình phản ứng 1.2 Định luật thành phần không đổi - Ứng dụng: Mỗi hợp chất đặc trưng (do nhà bác học Pháp J L Proust công thức hoá học tìm ra) - Nội dung: “Một hợp chất dù điều Ví dụ: Phân tử nước có công thức: H 2O có chế cách luôn có nhiều cách điều chế: đốt cháy Hydrocacbon; 4 thành phần không đổi” t → CO2 VD: C + O2  t → CO2 Hay: CO + ½ O2  1.3 Định luật tỷ lệ bội (J Dalton tìm ra) - Nội dung: “Nếu hai nguyên tố hóa hợp tạo thành số hợp chất phần khối lượng nguyên tố kết hợp với khối lượng nguyên tố tỉ lệ với số nguyên nhỏ” phản ứng axit với bazơ; khử CuO H2 … thu nước có tỉ lệ H:O = 1:8 - Nhận xét: (GT)  CO2 %O = 72,71% 2CO %O = 57,12% 57,12 Ta có: mO (CO) = 42,88 = 1,33 72, 71 mO (CO2) = 27, 29 = 2,66 VD: C + O2 %C = 27,29% ; 2C + O2 %C = 42,88% ; mO (CO) : mO (CO2) = 1,33 : 2,66 = : Nếu hai nguyên tố hóa hợp tạo thành số hợp chất khối lượng hợp chất kết hợp với số nguyên nhỏ 1.4 Định luật tỷ lệ thể tích (do nhà bác học Pháp J Gay - Lussac tìm ra) Ví dụ: O2 + 2H2 = 2H2O - Nội dung: “Thể tích chất khí Theo PT ta thấy: thể tích khí O2 phản ứng tham gia phản ứng tỷ lệ với với thể tích khí H2 tạo nên thể tích H2O tỷ lệ với thể tích chất khí tạo Như vậy, tỷ lệ thể tích chất khí tham thành dạng số nguyên gia phản ứng là: 1: đơn giản” 1.5 Định luật Avogadrô (hệ giả thuyết phân tử Avogadrô năm 1811) - Nội dung: “Ở điều kiện VD: Ở đktc mol khí chiếm 22,4 lít nhiệt độ áp suất thể tích khí có chứa số phân tử khí nhau” - Hệ quả: Từ định luật Avogadro: + Phân tử hầu hết đơn chất khí chứa nt (trừ O3 -ba nguyên tử khí - đơn nguyên tử) 5 + ĐKTC (P = 1atm; nhiệt độ 00C = 2730K) 22,4l + Số phân tử chứa mol chất gọi số Avogadro: N = 6,023 1023 1.6 Phương trình trạng thái khí lý tưởng PV = nRT - P áp suất khí; V thể tích khí ; n số mol khí; T nhiệt Như định luật Boyle, định luật độ tuyệt đối; R số khí Charles (Sac Lơ) định luật Gay- Lussac - Nhận xét: trường hợp riêng định luật + T = Const PV = Const chung biểu diễn phương trình + P = Const V nR trạng thái khí lý tưởng T = P Const V1 V2 hay T1 = T2 P nR + V = Const T = V = Const P1 P2 hay T1 = T2 * Khi n = 1, PV = RT PV hay T = R = Const điều kiện tiêu chuẩn P0 = atm ; V0 = 22,4 lit; T0 = 273 0K R = 0,082 l.atm.mol K * Khi P tính mmHg; V ml; R= 62 400 mmHg.ml/mol.K * Một đơn vị khác R = 1,987 cal/mol.K 6 1.7 Phương trình trạng thái khí thực Phương trình VandecVan: n a [ P + V ] (V – nb) = nRT Vì phân tử khí thực tích khác không, phân tử khí thực có tương tác, để mô tả tính chất khí thực phương trình trạng thái có a số đặc trưng cho tương tác dạng tương tự phương trình trạng thái khí lý phân tử b số đặc tưởng người ta phải đưa thêm vào số trưng cho kích thước ptử hạng bổ đặc trưng cho yếu tố 1.8 Khái niệm áp suất riêng Khi có hỗn hợp gồm khí lý tưởng, số mol khí i n Tổng số mol khí hỗn hợp là: n = k ∑n i =1 Đại lượng i ký hiệu xi gọi phần mol khí i hỗn hợp i Gọi thể tích hỗn hợp V, áp suất hỗn hợp P thì: PV = nRT = Ta nói áp suất riêng khí tỉ lệ với phần mol hỗn hợp: ∑ n RT i RT n → P= ∑ i V Áp suất riêng phần khí i hỗn RT hợp là: Pi = ni V RT V Pi RT ni ∑ V Suy ra: P = ni hay ∑n Pi = ni P ∑ ni  Pi = xi P Nguyên tử phân tử nguyên tố, đơn chất hợp chất 7 2.1 Nguyên tử - Nguyên tử hạt nhỏ phân chia mặt hoá học, tham gia tạo thành phân tử - Mỗi nguyên tử hệ trung hoà điện - Gồm: + Một hạt nhân mang điện tích dương + Một hay nhiều electron (điện tử) mang điện tích âm quay chung quanh hạt nhân - Hai đại lượng quan trọng • Đồng vị: Đồng vị dạng khác nguyên tố mà nguyên tử có số nơtron N khác có số khối A khác VD: Hidro có đồng vị là: 1H = P hidro nhẹ (proti) (đơtri) 1H = D (triti) H = T Cacbon ( C ) tự nhiên gồm hai đồng vị là: 126C 136C nguyên tử: + Điện tích hạt nhân (Z) + Khối lượng nguyên tử(A) • Hạt nhân nguyên tử: + Cấu tạo: từ hai loại hạt proton (mang điện tích dương) nơtron (không mang điện tích) + Các nguyên tử có điện tích hạt nhân hợp thành nguyên tố hoá học 2.2 Phân tử - Phân tử hạt nhỏ chất có khả tồn độc lập mang tính chất hoá học chất Trong hợp chất hóa học, phân tử nguyên tử tồn dạng sau: - Các nguyên tử nguyên tố tồn độc lập, tương tác yếu với lực Vandecvan VD: He, Ne… - Các nguyên tử liên kết bền với thành phân tử Trong phân tử có số hữu hạn nguyên tử - Các nguyên tử liên kết với thành tập hợp gồm số lớn nguyên tử VD: tinh thể kim loại, tinh thể than chì - Ví dụ: khí ôxi, lưu huỳnh, sắt đơn chất Một nguyên tố tồn 8 dạng số đơn chất khác gọi 2.3 Đơn chất hợp chất - Đơn chất chất hoá học tạo dạng thù hình Ví dụ nguyên tố ôxy có hai thành từ nguyên tố hoá học dạng thù hình ôxy (O2) ôzôn (O3) - Ví dụ nước (H2O) cấu tạo từ hai nguyên tố ôxy hyđro - Hợp chất chất hoá học tạo thành từ nhiều nguyên tố Mỗi ký hiệu hoá học có ý nghĩa: + Chỉ nguyên tố cho + Chỉ nguyên tử ntố + Chỉ mol nguyên tử ntố 2.4 Ký hiệu hoá học công thức hoá học a Ký hiệu hoá học chữ - Công thức đơn giản hay công thức kinh kết hợp hai chữ dùng để nghiệm: Cho biết tỷ số đơn giản số biểu diễn nguyên tố hoá học nguyên tử nguyên tố hoá học Ví dụ: H, O, C, Na, Zn, Ví dụ: Các chất anken có công thức b Công thức hoá học cách dùng đơn giản CH ký hiệu hoá học để biểu diễn - Công thức phân tử hay công thức nguyên: chất hoá học Cho biết số nguyên tử nguyên tố phân tử chất Ví dụ: Cl2, O2, H2O, C2H4, - Công thức cấu tạo: Cho biết thứ tự liên kết nguyên tử phân tử Ví dụ: H - O – H Khối lượng nguyên tử - khối lượng phân tử Mol - Theo quy ước quốc tế 12 nguyên tử đồng vị cacbon có proton nơtron (được gọi C-12) có khối lượng xác 3.1 Đơn vị khối lượng nguyên tử - Đơn vị: amu (ký hiệu viết tắt 12 amu thuật ngữ tiếng Anh: atomic mass - Như đơn vị khối lượng nguyên tử, 9 unit) tức 1amu khối lượng nguyên tử C-12 - Đơn vị khối lượng nguyên tử gọi dalton (Da) Ví dụ: khối lượng nguyên tử hyđro 1,0079 amu, lấy gần 1,008 amu, lấy gần thô 1,0 amu Ví dụ: Số khối C-12 12 3.2 Khối lượng nguyên tử - Khối lượng nguyên tử (hay nguyên Số khối H tử khối) khối lượng nguyên tử Nguyên tử Cu - 63 có số khối 63 biểu diễn qua đơn vị amu - Số khối (A) hạt nhân nguyên tử số nguyên tử hay xấp xỉ khối lượng nguyên tử - Ví dụ: khối lượng phân tử nước tổng khối lượng nguyên tử hyđro khối lượng nguyên tử ôxi × 1,008 amu + × 16,00 amu = 18,016 ≈ 3.3 Khối lượng phân tử 18,02 amu - Khối lượng phân tử hay phân tử Nếu không cần độ xác cao lấy trị khối khối lượng phân tử tính số 18,0 amu - Khối lượng phân tử tổng khối lượng nguyên tử tạo thành phân tử - Mol - nguyên tử nguyên tố (trước gọi nguyên tử gam) lượng nguyên tố có chứa NA nguyên tử - Mol - phân tử chất lượng chất 3.4 Mol khối lượng mol có chứa NA phân tử - Mol - lượng chất có chứa số - Mol - ion loại ion lượng ion đơn vị cấu trúc số Avogadro có chứa NA ion (NA) - Mol - electron lượng electron có chứa NA electron - Khối lượng mol khối lượng mol vật chất tính gam 10 10 Zn + 2MnO + H 2O → Zn 2+ + Mn 2O3 + 2OH − Sức điện động pin khoảng 1,5V dùng lần * Acqui chì Acqui chì gồm hai điện cực Pb (cực âm) PbO (cực dương) nhúng dung dịch H2SO4 38% - Phản ứng tổng cộng trình phóng điện: - Cực âm: Pb + SO42- = PbSO4 ( Pb = Pb2+ + 2e) Cực dương: PbO + 2H2SO4 = Pb(SO4)2 + 2H2O Pb(SO4)2 + 2e + 2H+ = PbSO4 + H2SO4 (Pb 4+ + 2e = Pb2+) Phản ứng tổng cộng trình nạp điện: Cực âm: PbSO4 + 2e + 2H+ = Pb + H2SO4 Cực dương: PbSO4 + SO42- -2e = Pb(SO4)2 (Pb2+ 2e- = Pb4+) Pb(SO4)2 + 2H2O = PbO2 + 2H2SO4 Như tích điện cực âm biến thành xốp Pb kim loại, cưc dương biến thành PbO nồng độ H2SO4 dung dịch tăng lên Trong acqui trình nạp điện trình phóng điện ngược nhau: Quá trình phóng điện: Pb4+ + Pb = Pb2+ + Pb2+ Quá trình nạp điện: Pb2+ + Pb2+ = Pb4+ + Pb Phản ứng tổng cộng trình phóng điện trình nạp điện sau: Pb + PbO2 + H2SO4 ƒ 2PbSO4 + 2H2O Acqui chì có sức điện động khoảng 2V Nếu nối tiếp cặp điện cực acqui có điện động 6V Trong trình sử dụng điện áp giảm dần Đến 1,85V cần tiến hành nạp lại acqui * Ac qui Kiềm : Ac qui kiềm (Fe-Ni) hay (Cd- Ni) chế tạo sở tính oxi hoá mạnh Ni(OH)3 nhiệt độ thường khử thành Ni(OH)2 bền Ác qui (Fe-Ni) gồm cực làm bột Fe kim loại nén , cực làm niken secqui oxit hydrat hoá, hai cực ngâm dung dịch KOH 23% Quá trình xảy acqui phóng điện nạp điện sau: Fe + 2Ni(OH)3 ƒ 2Ni(OH)2 + Fe(OH)2 Hiệu điện xáp xỉ 1,3V phóng điện 1,8V nạp điện; sau người ta thay Fe Cd trình sản xuất Câu hỏi tập Định nghĩa: Phản ứng oxi - hoá khử, chất oxi - hoá, chất khử Một cặp oxi - hoá khử viết nào? Đại lượng đặc trưng cho khả tham gia phản ứng cặp oxi - hoá khử? Hãy cho biết chiều phản ứng oxi - hoá khử Các phản ứng sau xảy theo chiều điều kiện chuẩn a SnCl + FeCl2 = SnCl + FeCl3 b Br2 + KI = KBr + I d I + KOH = KI + H 2O c FeSO + CuSO = Cu + Fe ( SO ) e KMnO + KNO + H 2SO = MnSO + KNO3 + Cân phản ứng oxi - hoá khử sau đây: a KMnO + H 2C2O → b MnO + KI + H 2SO → MnSO + I + c H 2S + HNO3 → S + NO + d KMnO + H 2O + H 2SO → e FeSO + H 2O + H 2SO → Công thức Nec điện cực? Cấu tạo công thức điện cực điện cực: calomen, thuỷ tinh, điện cực oxi - hoá khử sắt Thế nguyên tố Ganvanic? Cho ví dụ Sức điện động nguyên tố Ganvanic tính nào? Tính sức điện động nguyên tố sau 250C Pb / Pb2+ 0,01M // Cu2+ 0,01M / Cu Cr / Cr3+ 0,05M // Ni2+ 0,01M / Ni Nêu nguyên tắc việc xác định pH phương pháp điện hoá Trình bày cách xác định pH dung dịch cặp điện cực thuỷ tinh - calomen Na 2CO3 0,2M Tính điện cực Cu: Cu2+ + 2e-  Cu ; E0 = 0,34V [Cu2+] = 0,01V Tính suất điện động pin Daniell [Zn 2+] = 0,1M [Cu2+] = 1M, biết E0 =1,1V 10 Cho: Fe3+ + e = Fe2+ E0 = 0,771 V Br2 + 2e = 2BrE0 = 1,080 V Cl2 + 2e = 2ClE0 = 1,359 V I2 + 2e = 2IE0 = 0,536 V Hỏi điều kiện chuẩn Fe3+ oxi hóa halogenua thành halogel nguyên tố CHƯƠNG 8: NHIỆT ĐỘNG HOÁ HỌC (Tiết 1,2,3) I – Mục đích: Nắm nội dung: - Nguyên lý thứ động hóa học - Các khái niệm nhiệt hóa học: biến thiên nhiệt entanpi, nhiệt cháy, nhiệt - sinh Nguyên lý hai nhiệt động học Năng lượng tự II – Nội dung: Nhiệt động hoá học môn học nghiên cứu lượng chuyển hoá lượng mà trước hết nhiệt mối tương quan chuyển hoá nhiệt với công dạng lượng khác Nhiệt động học dựa hai nguyên lý rút từ thực tiễn loài người Nguyên lý thứ nhiệt động học chất định luật bảo toàn lượng trình chuyển nhiệt thành công dạng lượng khác Nguyên lý thứ hai nhiệt động học đề cập đến tính chất khác nhiệt dạng lượng khác chuyển hoàn toàn thành nhiệt nhiệt chuyển thành dạng lượng khác mà mát Vì phản ứng hoá học luôn kèm theo biến đổi lượng (chủ yếu dạng nhiệt) việc nghiên cứu nhiệt động học có ý nghĩa định hoá học Nguyên lý thứ nhiệt động học - nhiệt hoá học 1.1 Nội dung nguyên lý Từ lâu người biết sử dụng nguồn lượng tự nhiên, biến chúng thành dạng thích hợp để phục vụ cho sống Từ máy thô sơ cối xay chạy sức gió, cối giã gạo dùng sức nước, họ đến phát minh vĩ đại động nước, nhà máy thuỷ điện Nhưng trước nhiều người mơ ước chế tạo máy sản sinh công cách liên tục mà cần cung cấp cho lượng lượng ban đầu Mọi cố gắng để tạo máy đến thất bại Từ người rút kết luận: Không thể chế tạo động liên tục sinh công mà không cần cung cấp lượng lượng tương đương Động sau gọi động vĩnh cửu loại Kết luận cách phát biểu nguyên lý thứ nhiệt động học Định luật bảo toàn biến hoá lượng Lơmanôxốp phát biểu năm 1787 cách phát biểu khác nguyên lý này: "Năng lượng không tự sinh không tự đi, chuyển từ dạng sang dạng khác theo tỷ lệ tương đương nghiêm ngặt" Những thí nghiệm xác Jun (Joule) (1848 - 1873) biến lượng hay lượng điện tương đương thành nhiệt nhận nhiệt lượng 1.2 Nhiệt hoá học Một phần nhiệt động hoá học nghiên cứu trình nhiệt phản ứng hoá học gọi nhiệt hoá học 1.2.1 Khái niệm dự trữ nhiệt hay entanpi Về chất, tất biến đổi hoá học xảy kèm theo với toả hay hấp thụ lượng mà trước hết dạng nhiệt Sự tăng hay nhiệt xem kết biến đổi đại lượng gọi dự trữ nhiệt (hay entanpi) chất tham gia trình Dự trữ nhiệt ký hiệu H Sự biến đổi dự trữ nhiệt (sự thay đổi entanpi) ∆H viết dạng: ∆H = H (sản phẩm cuối) - H (chất đầu) Trong trường hợp tất sản phẩm cuối chất đầu lấy trạng thái tiêu chuẩn (p = 1at, T = 298 0K) biến thiên entanpi kí hiệu ∆H0 gọi biến thiên entanpi tiêu chuẩn Ví dụ: Đối với phản ứng tạo H2O từ H2 oxi H2 + O2 = H O Có ∆H0 = -285,7 kJ/mol mol: phân tử gam ∆H0 có giá trị âm, dự trữ nhiệt sản phẩm phản ứng nhỏ chất đầu Điều có nghĩa trình có thoát nhiệt Trong trường hợp chung, ta có: Nhiệt thoát ∆H < Nhiệt hấp thụ vào ∆H > Những trình nhiệt toả (∆H < 0) gọi exotecmic ngược lại trình nhiệt hấp thụ vào (∆H > 0) gọi endotecmic 1.2.2 Những định luật nhiệt hoá học Định luật Lavoaziê - Laplax (Lavoisie - Laplas)(1780): Lượng nhiệt cần thiết để phân huỷ hợp chất hoá học lượng nhiệt thoát tạo thành chất Định luật cho phép viết phương trình nhiệt hoá học phản ứng theo chiều thuận hay nghịch tuỳ ý, cần thay đổi dấu nhiệt phản ứng (∆H) Ví dụ viết: 1 H2 + I2 = HI ∆H = + 6,2 kcalo Hay 1 HI = H2 + I2 ∆H = - 6,2 kcalo Định luật Getxow (Hess) (1840): Nhiệt phản ứng phụ thuộc vào chất trạng thái chất đầu cuối mà không phụ thuộc vào cách thức diễn biến phản ứng Ví dụ: Thực phản ứng đốt cacbon đường CO +1/2O2 C H2 H3 +1/2O2 H1 CO2 +O2 Kết đo nhiệt tỏa trình cho thấy: ∆H1 = -94,05 kcalo ∆H2 = -26,42 kcalo ∆H3 = -67,63 kcalo Như số liệu rõ: ∆H1 = ∆H2 + ∆H3 Như vậy, thí nghiệm chứng tỏ từ trạng thái đầu (cacbon oxi đến trạng thái - cacbon đioxit) dù đường nhiệt trình không đổi Định luật Getxow định luật nhiệt hoá học, cho phép tính nhiệt nhiều phản ứng đo trực tiếp Chẳng hạn ví dụ ta tính ba đại lượng ∆H1, ∆H2, ∆H3 biết hai đại lượng lại Điều có ý nghĩa quan trọng nghiên cứu chuyển hoá lượng thức ăn thể Như biết thức ăn đưa vào thể chịu biến đổi qua hàng loạt phản ứng phức tạp khác Qua phản ứng lượng giải phóng để cung cấp cho thể Nhiệt phản ứng đo trực tiếp Tuy nhiên, dựa vào định luật Getxow, ta tính giá trị lượng loại thức ăn Ví dụ: Sacaroza vào thể qua nhiều phản ứng sản phẩm cuối cacbon dioxit nước Vì vậy, theo định luật Getxow lượng nhiệt chất toả đốt với oxi bên thể, mà lượng xác định phép đo nhiệt lượng Dựa vào định luật Getxow tính nhiệt phản ứng biết nhiệt sinh nhiệt cháy chất tham gia tạo thành phản ứng Tính nhiệt phản ứng dựa vào nhiệt sinh chất Nhiệt sinh chất nhiệt phản ứng tạo mol chất từ nguyên tố trạng thái bền vững Ví dụ: H ( k ) + / 2O2 ( k ) = H 2O ( 1) ∆H o = − 68,3Kcalo Nhiệt phản ứng ∆H = − 68,3Kcalo, nhiệt sinh nước o Từ định nghĩa ta thấy nhiệt sinh tất nguyên tố trạng thái bền vững Nhiệt sinh nhiệt phản ứng phụ thuộc vào điều kiện phản ứng Vì thống tiện so sánh, chúng quy điều kiện tiêu chuẩn: Áp suất 1atm 298 K Nhiệt sinh tiêu chuẩn kí hiệu ∆HS o Dưới nhiệt sinh tiêu chuẩn số chất Bảng Nhiệt sinh tiêu chuẩn số hợp chất Hợp chất Công thức Trạng thái ΔH oS Kcalo / mol Nước Nước Cacbon oxit Cacbon dioxit Anhidrit sunfuric Hidroclorua Hidroiodua Natri hidroxit Natri clorua Nhôm oxit Nhôm sunfat Metan Axetylen Benzen Ancol etylic Axit axetic H2O H2O CO CO2 SO3 HCl HI NaOH NaCl Al2O3 Al2(SO4)3 CH4 C2H2 C6H6 C2H5OH CH3COOH K L K K K K K R R R R K K L L L -57,8 -68,3 -26,4 -91,05 -91,15 -22,06 +6,29 -102,3 -98,6 -399,09 -820,98 -17,89 +54,20 +11,72 -66,35 -115,7 Dựa vào nhiệt sinh tiêu chuẩn chất, tính nhiệt phản ứng Ví dụ: Tính nhiệt phản ứng sau: Al2O3(r) + 3SO3(r) = Al2(SO4)3(r) ∆HSo : -399,09 -273,45 -820,98 Phản ứng diễn theo sơ đồ: Al2O3 + 3SO3 H2 2Al + 6O2 + 3S H1 H3 Al2(SO4)3 Theo định luật Getxow ta có: ∆H1 + ∆H2 = ∆H3 - ∆H1 nhiệt phản ứng cần xác định - ∆H2 tổng nhiệt sinh Al2O3 SO3 tức chất tham gia phản ứng ∆H3 nhiệt sinh Al2(SO4)3 tức sản phẩm phản ứng Từ ta có: ∆H1 = ∆H3 - ∆H2 ∆H1 = -820,98 + 273,45 + 399,09) = -148,44 kcal Như rút quy tắc sau: Nhiệt phản ứng tổng nhiệt sinh chất sản phẩm phản ứng trừ tổng nhiệt sinh chất tham gia phản ứng, nhiệt sinh chất nhân lên với hệ số tỷ lượng tương ứng ∆H = Σ∆H(s)sp - Σ∆H(s)tg Tính nhiệt phản ứng dựa vào nhiệt cháy chất Nhiệt cháy chất nhiệt phản ứng đốt cháy mol chất với oxi để tạo oxit cao Ví dụ: Phản ứng đốt cháy ancol etylic: C H 5OH ( l ) + 3O 2( k ) = 2CO 2( k ) + 3H 2O( l ) o Nhiệt phản ứng này: ∆H = − 327Kcal nhiệt cháy ancol etylic Từ định nghĩa ta thấy nhiệt cháy oxi cao nguyên tố phải 0.Nhiệt cháy chất không cháy với oxi coi Dưới nhiệt cháy tiêu chuẩn số chất Dựa vào nhiệt cháy chất tính nhiệt nhiều phản ứng hoá học Bảng Nhiệt cháy tiêu chuẩn số hợp chất Hợp chất Metan Axetylen Benzen Ancol etylic Fenol Axeton Axit axetic Cacbon tetraclorua Clorofom Anilin Hydro Oxitcac bon ∆H(c) kcal/mol -212,8 -810,62 -780,98 -326,7 -372,0 -430,9 -208,3 -37,3 -89,2 -811,9 -117,08 133,81 Công thức CH4 C2H2 C6H6 C2H5OH C6H5OH (CH3)2CO CH3COOH CCl4 CHCl3 C6H5NH2 H2 CO Ví dụ: Tính nhiệt phản ứng 2CO(k) + 4H2 (k) = H2O(l) + C2H5OH(l) ∆H oC − 267,63 − 468,32 − 326,66 Theo định luật Getxow ta có: ∆H1 + ∆H2 = ∆H3 - ∆H1 nhiệt phản ứng cần xác định - ∆H2 tổng nhiệt cháy H2O C2H5OH tức chất sản phẩm phản ứng ∆H3 tổng nhiệt cháy CO H2 tức chất tham gia phản ứng Từ ta có: ∆H1 = ∆H3 - ∆H2 ∆H1 = -267,63 – 468,32 + 326,66 = -409,29 kcal Vậy ta rút quy tắc sau: Nhiệt phản ứng tổng nhiệt cháy chất tham gia phản ứng trừ tổng nhiệt cháy chất sản phẩm phản ứng nhiệt cháy chất nhân lên với hệ số tỉ lượng ∆H = Σ ∆H(c)tg - Σ ∆H(c)sp Nguyên lý thứ hai nhiệt động học - lượng tự 2.1 Nội dung nguyên lý Trong tự nhiên có loại trình: Quá trình cưỡng (tốn lượng), trình ma sát (không tốn lượng), trình tự diễn (không tốn lượng mà sinh công) Nguyên lý thứ II quan tâm đến trình tự diễn Nó xét khả trình tự diễn có xảy hay không? Chiều hướng giới hạn trình tự diễn xảy theo chiều dừng lại? Để phân biệt chiều trình, nguyên lý thứ II dựa vào khác công nhiệt Thực tế cho thấy công chuyển hoàn toàn thành nhiệt (toàn công sinh dành cho việc làm nóng hệ)nhưng nhiệt chuyển hoàn toàn thành công luôn có lượng tiêu phí cho hệ môi trường( làm nóng hay thay đổi trạng thái hệ, gọi bổ hay đền bù Vì máy nhiệt phải có nguồn lạnh, nhận phần nhiệt từ nguồn nóng sinh công được, hiệu suất nhiệt động (tỉ lệ công lượng nhiệt cấp cho hệ 1) A η = Q ∠1 Nguyên lý thứ II đưa hàm lượng tự khẳng định: ∆G η = ∠ ∆H Như vậy, nguyên lý thứ I khẳng định tương đương công nhiệt mặt số lượng nguyên lý II khẳng định không tương đương chúng chất lượng Nguyên lý II cho biết chiều tự diễn hệ cô lập, nhờ đưa hàm trạng thái entropi S Biểu thức toán học nguyên lý II: Nhiệt công hình thức truyền lượng Vì nhiệt phải biểu thi tích thừa số cường độ biến thiên thừa số khuếch độ tương ứng Thừa số cường độ chuyển động nhiệt nhiệt độ T Người ta gọi thừa số khuyếch độ chuyển động nhiệt entropi, ký hiệu S Trong trình thuận nghịch ta có : Qtn = T ∆ S hay δ Qtn = T.d S Vi phân entropi vi phân toàn phần entropi hàm trạng thái thừa số khuyếch độ khác Từ ta suy luận: δ Atn 〉 δ Abtn (Công trình thuận nghịch phải lớn công trình bất thuận nghịch) Nên δ Qtn 〉 δ Qbtn (nhiệt trình thuận nghịch phải lớn nhiệtcủa trình bất thuận nghịch) δQbtn Nên ta có: dS = T δQbtn dS 〉 T δQ suy dS ≥ T dấu bất đẳng thức dùng cho trình tự diễn, dấu dùng cho trình cân bằng, nghĩa không tự diễn biến (giới hạn trình tự diễn) Đó biểu thức toán học nguyên lý II, biểu thị ba nội dung: khả năng, chiều hướng giới hạn trình tự diễn Biểu thức có ý nghĩa áp dụng hệ cô lập , hệ có δ Q = Khi ta có dS ≥ (dạng vi phân) ∆ S ≥ (dạng tích phân) Từ nguyên lý II phát biểu sau: Trong hệ cô lập , trình tự diễn xảy theo chiều tăng entropi hệ Quá trình dừng lại entropi đạt giá trị cực đại Entropi có tính chất: - Vì thừa số khuyếch độ nên S có cộng tính: Shệ = ∑S i i - Là hàm trạng thái nên biến thiên entropi phản ứng tổng entropi sản phẩm trừ tổng entropi chất tham gia - Trong hệ cô lập nên entropi tăng theo trình tự diễn, đạt giá trị cực đại đạt trạng thái cân Entropi coi thước đo mức độ hỗn loạn hệ đó: Schất rắn 〈 Schất lỏng 〈 Schất khí 2.2 Năng lượng tự Nguyên lý thứ hai nhiệt động học cho thấy dạng lượng (cơ năng, điện năng, hoá ) chuyển hoá hoàn toàn thành nhiệt, trái lại nhiệt chuyển hoàn toàn thành dạng lượng khác Điều dẫn tới kết luận phần lượng dự trữ hệ (dự trữ nhiệt) có khả chuyển thành dạng lượng khác, mà phần khác khả mà chuyển thành nhiệt Phần dự trữ nhiệt có khả chuyển thành công có ích hay lượng khác gọi lượng tự do, ký hiệu G, phần lại gọi lượng ràng buộc, ký hiệu B Như theo định nghĩa ta có: H = G + B hay G=H-B Việc nghiên cứu sâu nhiệt động học cho thấy giá trị B xác định tích hai đại lượng T S Ở T nhiệt độ tuyệt đối (nhiệt độ K), S đại lượng gọi entropi Ứng với chất hay hệ có tồn giá trị entropi Khi chất hay hệ chuyển sang chất hay hệ khác biến thiên entropi (∆S) đo tỷ số lượng nhiệt toả hay hấp thu vào nhiệt độ xảy trình biến đổi Từ ta có: G = H - TS Khi chất hay hệ biến đổi từ trạng thái sang trạng thái khác, ta có: ∆G = ∆H - T ∆S Việc tính toán biến thiên lượng tự có ý nghĩa to lớn nghiên cứu khả tự xảy phản ứng hoá học Năng lượng tự phản ứng hoá học Trước Bectơlo (Berthelot) nêu lên nguyên lý nói phản ứng hoá học xảy ∆H < nghĩa phản ứng phát nhiệt xảy Nhưng thực tế có nhiều phản ứng với ∆H > tự xảy Điều chứng tỏ lấy nhiệt phản ứng làm tiêu chuẩn đánh giá khả xảy phản ứng Nhờ công trình nghiên cứu Hemhon, Gib (Helmholtz, Gibbo), người ta lấy biến thiên lượng tự làm tiêu chuẩn xem xét phản ứng tự xảy hay không Theo phản ứng xảy nếu: ∆G < tức phản ứng kèm theo giảm lượng tự Để minh hoạ cho điều nói trên, ta lấy ví dụ: Cho phản ứng: CaCO3(r) Biết ∆Hos (kcal/mol) So (cal/mol) = CaO(r) + CO2(k) -288,5 -151,9 -94,0 22,2 9,5 51,1 - Xác định chiều tự xảy phản ứng điều kiện chuẩn - Xác định nhiệt độ CaCO3 bắt đầu bị phân huỷ Giải: ∆G op/ tr = ∆H op/ tr − T ∆Sop/ tr ∆H op/tr = −151,9 − 94,0 + 288,5 = 42,6 Kcal / mol ∆Sop/tr = − 51,1 + 9,5 − 22,2 = 38,4 Cal / mol ∆ G0pư = 42,6 – 298 38,4 10-3 = 42,6 – 11,44 = 31,16 Kcal/mol Vậy phản ứng thuận không tự xảy điều kiện chuẩn Phản ứng xảy nhiệt độ T khi: ∆G Tp/tr = ∆H Tp/tr − T ∆STp/tr < tức T ∆STp/ tr > ∆H Tp/tr T> ∆H T ∆ST Nếu bỏ qua ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu ứng nhiệt biến thiên entropi phản ứng tức coi: ∆H 0p/ tr ≈ ∆H Tp/tr ∆S0p/ tr ≈ ∆STp/ tr 42,6.10 T 〉 38,4 = 1109,4 0K = 811,4 0C , ta có: Câu hỏi tập Thế nội hệ? Nội phụ thuộc vào yếu tố nào? Nội dung biểu thức nguyên lý thứ nhiệt động học Hiệu ứng nhiệt phản ứng Phát biểu định luật Hess hiệu ứng nhiệt phản ứng Tại nói định luật Hess hệ nguyên lý thứ nhiệt động học Định nghĩa nhiệt sinh, nhiệt cháy chất Công thức tính hiệu ứng nhiệt phản ứng dựa vào nhiệt sinh, nhiệt cháy Định nghĩa nhiệt nguyên tử hoá chất Năng lượng liên kết gì? Chúng có quan hệ với nào? Tính ∆H s Ca(OH)2 biết hiệu ứng nhiệt phản ứng: CaO + H2O = Ca(OH)2 ∆H = - 15,26 kcal/mol ∆H s0 CaO H O tương ứng là: -151,8 - 68,3 kcal/mol Khi đốt cháy mol glucoza thấy thoát 673 kcal Tính ∆H s glucoza biết ∆H s CO2 H2O tương ứng là: -94,1 -68,3 kcal/mol Nội dung cách phát biểu nguyên lý thứ hai nhiệt động học Entropi gì? ý nghĩa hàm số Năng lượng tự gì? Dựa vào phản ứng tự diễn biến? 10 Tác động yếu tố entanpi entropi lên chiều hướng diễn biến phản ứng 11 Các phản ứng sau có xảy không điều kiện chuẩn? (không cần tính) a 3O2 = 2O3 ∆H > 15 b C6H6(h) + O2 (k) = 6CO2 + 3H2O ∆H = - 718,6 kcal/mol c CaCO3(r) = CaO(r) + CO2 ∆H = 42,6 kcal/mol d SO2(k) + O2 = SO3(k) ∆H = - 23,7 kcal/mol 12 Phản ứng sau xảy theo chiều điều kiện tiêu chuẩn: H2S(k) + 0,5 O2 = H2O(h) + S(r) Biết ∆H s -4,8 S0298 -57,8 49,1 13 Cho phản ứng: Biết ∆G s S0298 49,0 kcal/mol 45,1 7,6 cal/mol C2H4 + H2O(h) = C2H5OH(h) 16,3 -54,6 -40,3 kcal/mol 52,5 45,1 54,5 cal/mol Hỏi: Ở 25oC phản ứng diễn theo chiều nào? Toả nhiệt hay thu nhiệt 14 Xác định entropi tạo thành chuẩn NH4Cl Cho biết: S(0N ) = 191,5 J/mol.K; S(0H ) = 130,6 J/mol.K; S(0Cl2 ) = 223,7 J/mol.K; S(0NH 4Cl ) = 94,6 J/mol.K 1 Phản ứng: N2 + 2H2 + Cl2  NH4Cl 15 Xác định biến thiên entropi phản ứng: 2CH3OH (l) + 3O2 (k)  2CO2 (k) + 4H2O (k) S(0H 2O ,l ) Cho biết: S(0CO2 ) = 213,6 J/mol.K S ( CH 3OH ;l ) S ( O2 ) 16 = 188,6 J/mol.K = 126,8 J/mol.K = 205 J/mol.K Xác định biến thiên lượng tự ∆G298 phản ứng HCN từ phản ứng: 1 H2 + C + N2 Cho biết: S 298( H ) S 298( N ) 17 ∆Η 298( HCN ) = 105,5 kJ/mol = 130,6 J/mol.K ; = 191,5 J/mol.K ; S298( C) S = 5,74 J/mol.K 298( HCN ;l ) = 112,9 J/mol.K Xác định biến thiên lượng tự ∆G298 phản ứng: C2H4 + 3O2  2H2O (l) + 2CO2 Cho biết: ∆G298( H O ;l ) ∆G 298( C2 H ) 18  HCN Phản ứng: H2 = -237,2 kJ/mol ; ∆G298( CO2 ) = -394,4 kJ/mol = 68,1 kJ/mol + O2  H2O xảy 250C Hãy tính ∆S , cho biết ∆H = -241,8 kJ/mol ; ∆G = -228,6 kJ/mol 19 Tính biến thiên lượng tự phản ứng: CO + Biết rằng: H2O  CO2 + H2 CO + O2  CO2 H2 + O2  H2O Tổ trưởng môn nhóm trưởng (1) (2) ∆G = ? ∆G1 ∆G2 = -257,3 kJ = -228,6 kJ Người biên soạn [...]... thuyết nguyên tử, phân tử + Các khái niệm nguyên tử, phân tử, đơn chất, hợp chất + Ký hiệu hoá học, công thức hoá học + Khối lượng nguyên tử, khối lượng phân tử Mol và khối lượng mol + Hiểu được phản ứng hoá học Biết phân loại phản ứng hóa học Phân loại các chất vô cơ f) Giao bài tập: - Xem lại toàn bộ kiến thức vừa học - Đọc trước chương 2, tìm hiểu các mẫu nguyên tử, thành phần cấu tạo của nguyên tử 11... Tính toán và nhận biết được các loại lien kết trong phân tử - Mục tiêu về thái độ: Chủ động tích cực trong việc học tập, nghiên cứu sâu về nguyên tử b) Chuẩn bị: - Giảng viên: Phương tiện dạy học (Bảng viết và máy chiếu), Sách bài tập, Giáo trình - Sinh viên: Chuẩn bị tài liệu, bài tập, thảo luận, phương tiện, dụng cụ học tập… c) Nội dung giảng dạy chi tiết - Tên bài (mục): Chương 3 LIÊN KẾT HOÁ HỌC VÀ... việc học tập, nghiên cứu sâu về nguyên tử b) Chuẩn bị: - Giảng viên: Phương tiện dạy học (Bảng viết và máy chiếu), Sách bài tập, Giáo trình - Sinh viên: Chuẩn bị tài liệu, bài tập, thảo luận, phương tiện, dụng cụ học tập… c) Nội dung giảng dạy chi tiết - Tên bài (mục): Chương 3 LIÊN KẾT HOÁ HỌC VÀ CẤU TẠO PHÂN TỬ (Phần 2) - Lượng thời gian: 3 tiết - Chi tiết nội dung chính và hình thức tổ chức dạy học: ... niệm cơ bản về cơ học lượng tử + Ý nghĩa của các số lượng tử n, m, l, s + Orbital nguyên tử và hình dạng các Orbital nguyên tử - Mục tiêu về thái độ: Chủ động tích cực trong việc học tập, nghiên cứu sâu về nguyên tử b) Chuẩn bị: - Giảng viên: Phương tiện dạy học (Bảng viết và máy chiếu), Sách bài tập, Giáo trình - Sinh viên: Chuẩn bị tài liệu, bài tập, thảo luận, phương tiện, dụng cụ học tập… c) Nội... 19 70 Yb 102 No V 2 H 10 N 18 A 36 K 54 X 86 Rn 71 Lu 10 Lr 2.3 CHƯƠNG III: LIÊN KẾT HOÁ HỌC VÀ CẤU TẠO PHÂN TỬ a) Xác định mục tiêu - Mục tiêu về kiến thức : + Một số đại lượng đặc trưng cơ bản của liên kết hoá học: Độ âm điện, độ bội liên kết, góc liên kết, cấu hình hình học của một số loại phân tử + Một số đại lượng có liên quan đến liên kết: Độ phân cực của liên kết, mômen lưỡng cực + Những thuyết... Chuẩn bị tài liệu, bài tập, thảo luận, phương tiện, dụng cụ học tập… c) Nội dung giảng dạy chi tiết - Tên bài (mục): Chương 2 CẤU TẠO NGUYÊN TỬ (Phần 2) - Lượng thời gian: 3 tiết - Chi tiết nội dung chính và hình thức tổ chức dạy học: Yêu cầu SV nhắc lại kiến thức đã học ở giờ trước ND SV phải biết ND SV nên biết 16 16 (GV bao quát lớp SV đọc giáo trình, thảo (GV nhắc lại kiến thức và ghi lên bảng tóm... nội dung chính và hình thức tổ chức dạy học: Yêu cầu SV nhắc lại kiến thức đã học ở giờ trước ND SV phải biết 1 Á kim trong tiếng Anh là metalloid, Phi kim là nonmetal ND SV nên biết (GV bao quát lớp SV đọc giáo trình, thảo (GV nhắc lại kiến thức và ghi lên bảng tóm tắt nội dung SV ghi chép, nhớ lại luận trên lớp) kiến thức và lĩnh hội kiến thức mới) 1 Một số đại lượng có liên quan đến liên kết 1.1... hoá học + Định luật tuần hoàn + Bảng hệ thống tuần hoàn - Mục tiêu về kỹ năng: + Viết được cấu hình electron theo mức năng lượng và ô lượng tử + Tìm nguyên tố và các tính chất tuần hoàn của các nguyên tố trong bảng HTTH - Mục tiêu về thái độ: Chủ động tích cực trong việc học tập, nghiên cứu sâu về nguyên tử b) Chuẩn bị: - Giảng viên: Phương tiện dạy học (Bảng viết và máy chiếu), Sách bài tập, Giáo. .. hình thức tổ chức dạy học: SV tự tìm hiểu qua những gì đã biết từ trước và qua sách tham khảo: • Khái niệm nguyên tử (atom - không thể phân chia) đã được các nhà triết học cổ Hy Lạp đưa ra cách đây hơn hai nghìn năm Tuy nhiên mãi đến thế kỉ 19 mới xuất hiện những giả thuyết về nguyên tử và phân tử • Năm 1861 thuyết nguyên tử, phân tử chính thức được thừa nhận tại Hội nghị hoá học thế giới họp ở Thuỵ... chất này nên ngày nay người ta đã tạo ra được nhiều đồng vị - Đồng vị: Là những nguyên tử có phóng xạ của nhiều nguyên tố Được ứng cùng số proton nhưng khác nhau số notron => Tính chất hóa học giống dụng trong khoa học và kỹ thuật nhau Ví dụ: Xác định nguyên tử O được tách ra VD: O818 ; O817; O816 trong phản ứng este hoá là của nhóm -OH 35 37 Cl17 ; Cl17 rượu hay của nhóm -OH axit Người ta đã 1 2 3