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.

Trang 1

MỤC LỤC

1

Trang 2

+ Trang bị kỹ năng sống cho sinh viên

+ Sinh viên giải thành thạo các bài toán hóa như cấu tạo nguyên tử, liên kếthóa học, động hóa học, dung dịch chất tan không điện li, dung dịch các chất điện li;điện hóa học và nhiệt động hóa học

- Mục tiêu về thái độ: Chủ động tích cực trong việc học tập, nghiên cứu môn học;tiếp cận và giải quyết các vấn đề phù hợp với chuyên ngành

2 Chuẩn bị

- Giảng viên: Phương tiện dạy học (Bảng viết và máy chiếu), Sách bài tập, Giáo trình

- Sinh viên: Đề cương môn học, chuẩn bị tài liệu, bài tập, thảo luận, phương tiện,dụng cụ học tập…

II Phần chi tiết theo từng chương

2.1 CHƯƠNG I: CÁC KHÁI NIỆM, ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA HOÁ HỌC a) Xác định mục tiêu

- Mục tiêu về kiến thức : Trang bị các kiến thức cơ bản về hóa học cho sinh viên,tạo nền tảng cho việc tiếp thu các phần học sau

- Mục tiêu về kỹ năng:

+ Nắm được các định luật cơ bản của thuyết nguyên tử, phân tử Các kháiniệm 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 loạicác chất vô cơ

- Mục tiêu về thái độ: Chủ động tích cực trong việc học tập, nghiên cứu lại những gì

đã học trước kia; tiếp cận và giải quyết các vấn đề phù hợp với chuyên ngành

b) Chuẩn bị:

- Sinh viên: Chuẩn bị tài liệu, bài tập, thảo luận, phương tiện, dụng cụ học tập…

c) Nội dung giảng dạy chi tiết

CÁC KHÁI NIỆM, ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA HOÁ HỌC

- Lượng thời gian: 3 tiết

- Chi tiết nội dung chính và hình thức tổ chức dạy học:

2

Trang 3

ND SV phải biết ND SV nên biết

3

Trang 4

(GV nhắc lại kiến thức và ghi lên bảng

tóm tắt nội dung SV ghi chép, nhớ lại

kiến thức)

(GV bao quát lớp SV đọc giáo trình, thảo luận trên lớp)

1 Các định luật, khái niệm cơ bản

của thuyết nguyên tử - phân tử

1.1 Định luật bảo toàn khối lượng

(M V Lomonosov và A L.

Lavoisier khám phá).

- Nội dung: Trong một phản ứng hóa

học, tổng khối lượng của các chất

tạo thành bằng tổng khối lượng các

+ Cân bằng các phương trình hoá học:

Theo định luật bảo toàn khối

lượng, trong phản ứng hoá học số

nguyên tử của mỗi nguyên tố được

bảo toàn, do đó số nguyên tử của mỗi

nguyên tố ở hai vế của phương trình

phản ứng hoá học phải bằng nhau

+ Tính khối lượng của các chất tham

- Nội dung: “Một hợp chất dù điều

chế bằng cách nào cũng luôn luôn có

- Nhận xét: Theo vật lý hiện đại, định luật bảo

toàn khối lượng chỉ hoàn toàn đúng khi các

phản ứng hoá học không kèm theo hiệu ứng

nhiệt Trong trường hợp ngược lại, khi phản

ứng giải phóng hay hấp thụ lượng nhiệt Q, khốilượng của phản ứng phải giảm hay tăng mộtlượng ∆m thoả mãn định luật Einstein

(Anhstanh): Q = ∆m.c2

Tuy nhiên, do hiệu ứng nhiệt của các phản ứnghoá học chỉ vào khoảng 102 KJ/mol, sự thayđổi khối lượng tương ứng là:

∆m = 2

Q

2 3

8 2

1010(3.10 ) ≈10− 11

kg

Vì sự thay đổi khối lượng là rất bé, có thể bỏqua , trong hoá học người ta vẫn chấp nhậnđịnh luật bảo toàn khối lượng

Trang 5

những phần khối lượng của nguyên

tố này kết hợp với cùng một khối

lượng của nguyên tố kia sẽ tỉ lệ với

nhau như những số nguyên nhỏ”.

1.5 Định luật Avogadrô (hệ quả

của giả thuyết phân tử Avogadrô

- Hệ quả: Từ định luật Avogadro:

+ Phân tử của hầu hết các đơn chất

khí đều chứa 2 nt (trừ O3 -ba nguyên

tử và khí hiếm - đơn nguyên tử)

phản ứng giữa axit với bazơ; khử CuO bằng H2

… vẫn thu được nước có tỉ lệ giữa H:O = 1:8

mO (CO2) =

72,7127,29 = 2,66

mO (CO) : mO (CO2) = 1,33 : 2,66 = 1 : 2Nếu hai nguyên tố hóa hợp tạo thành một số hợpchất thì các khối lượng của một hợp chất kết hợpvới nhau như những số nguyên nhỏ

Ví dụ: O2 + 2H2 = 2H2OTheo PT ta thấy: 1 thể tích khí O2 phản ứngvới 2 thể tích khí H2 tạo nên 2 thể tích hơi H2O.Như vậy, tỷ lệ thể tích của các chất khí thamgia phản ứng là: 1: 2

VD: Ở đktc 1 mol khí bất kỳ chiếm 22,4 lít

5

Trang 6

+ ở ĐKTC (P = 1atm; nhiệt độ 00C =

2730K) bằng 22,4l

+ Số phân tử chứa trong 1 mol chất

được gọi là số Avogadro: N = 6,023

ở điều kiện tiêu chuẩn P 0 = 1

atm ; V 0 = 22,4 lit; T 0 = 273 0 K khi

6

Trang 7

1.7 Phương trình trạng thái của

] (V – nb) = nRT

a là hằng số đặc trưng cho tương tác

giữa các phân tử b là hằng số đặc

trưng cho kích thước của các ptử

1.8 Khái niệm về áp suất riêng.

i

hay Pi =

P n

n i

Đại lượng ∑n iký hiệu là xi được gọi làphần mol của khí i trong hỗn hợp

Ta nói áp suất riêng của một khí tỉ lệ vớiphần mol của nó trong hỗn hợp:

7

Trang 8

2.1 Nguyên tử

- Nguyên tử là hạt nhỏ nhất không

thể phân chia về mặt hoá học, tham

gia tạo thành phân tử

- Mỗi nguyên tử là một hệ trung

hoà về 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 nhất

của nguyên tử:

+ Điện tích hạt nhân (Z)

+ Khối lượng nguyên tử(A)

hai loại hạt cơ bản là proton (mang

điện tích dương) và nơtron (không

VD: Hidro có các đồng vị là:

1H = P hidro nhẹ (proti) 2

1H = D (đơtri)

3 H = T (triti) Cacbon ( C ) trong tự nhiên gồm haiđồng vị là: 12

- Các nguyên tử liên kết bền với nhauthành phân tử Trong mỗi phân tử chỉ có một

số hữu hạn nguyên tử

- Các nguyên tử liên kết với nhau thànhnhững tập hợp gồm một số rất lớn nguyên

tử VD: tinh thể kim loại, tinh thể than chì

- Ví dụ: khí ôxi, lưu huỳnh, sắt là những đơnchất

Một nguyên tố có thể tồn tại dưới

8

Trang 9

a Ký hiệu hoá học là những chữ cái

hoặc kết hợp hai chữ cái dùng để

biểu diễn một nguyên tố hoá học.

Ví dụ: H, O, C, Na, Zn,

b Công thức hoá học là cách dùng

ký hiệu hoá học để biểu diễn một

chất hoá học.

3 Khối lượng nguyên tử - khối

lượng phân tử Mol

3.1 Đơn vị khối lượng nguyên tử

- Đơn vị: amu (ký hiệu viết tắt của

thuật ngữ tiếng Anh: atomic mass

dạng một số đơn chất khác nhau gọi là các

dạng thù hình Ví dụ nguyên tố ôxy có hai

- Công thức đơn giản hay công thức kinhnghiệm: Cho biết tỷ số đơn giản giữa sốnguyên tử của các nguyên tố hoá học

Ví dụ: Các chất anken đều có công thứcđơn giản là CH2

- Công thức phân tử hay công thức nguyên:Cho biết số nguyên tử của mỗi nguyên tốtrong phân tử một chất

- Như vậy một đơn vị khối lượng nguyên tử,

9

Trang 10

unit)

- Đơn vị khối lượng nguyên tử còn

được gọi là dalton (Da)

3.2 Khối lượng nguyên tử

- Khối lượng nguyên tử (hay nguyên

tử khối) là khối lượng của nguyên tử

biểu diễn qua đơn vị amu

- Số khối (A) của hạt nhân nguyên

tử là số nguyên tử bằng hay xấp xỉ

bằng khối lượng nguyên tử đó.

3.3 Khối lượng phân tử

- Khối lượng phân tử hay phân tử

khối là khối lượng của phân tử tính

ra amu

- Khối lượng phân tử bằng tổng khối

lượng các nguyên tử tạo thành phân

tử đó

3.4 Mol và khối lượng mol

- Mol - là lượng chất có chứa số

đơn vị cấu trúc bằng số Avogadro

(N A )

tức là 1amu bằng khối lượng nguyên tử C-12

Ví dụ: khối lượng nguyên tử hyđro là 1,0079amu, lấy gần đúng là 1,008 amu, lấy gầnđúng thô hơn là 1,0 amu

Ví dụ: Số khối của C-12 là 12

Số khối của H là 1Nguyên tử Cu - 63 có số khối là 63

- Ví dụ: khối lượng phân tử nước là tổngkhối lượng của 2 nguyên tử hyđro và khốilượng của 1 nguyên tử ôxi

2 × 1,008 amu + 1 × 16,00 amu = 18,016 ≈18,02 amu

Nếu không cần độ chính xác cao thì lấy trị

Trang 11

d) Củng cố, tổng kết:

+ Các định luật cơ bản của 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 loạicác 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

Trang 12

2.2 CHƯƠNG II: CẤU TẠO NGUYÊN TỬ

+ Khái 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 vềnguyên tử

- Tên bài (mục):

Chương 2 CẤU TẠO NGUYÊN TỬ

(Phần 1)

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

nghị hoá học thế giới họp ở Thuỵ Sĩ

• Chỉ đến cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20 với những thành tựu của vật lí, cácthành phần cấu tạo nên nguyên tử lần lượt được phát hiện

kiến thức và lĩnh hội kiến thức mới)

12

Trang 13

1 Thành phần cấu tạo của nguyên

tử

- Gồm phần:

+ Vỏ: hạt e: Mang điện tích âm,

+Hạt nhân:

hạt p:mang điện tích dương

hạt n: không mang điện

cùng số proton nhưng khác nhau số

notron => Tính chất hóa học giống

nhân hay số proton trong hạt nhân

nguyên tử của nguyên tố đó

2 Những mẫu nguyên tử cổ điển

2.1 Mẫu Rơzơfo (Anh) 1911.

- Nguyên tử gồm một hạt nhân ở giữa

và các electron quay xung quanh

giống như các hành tinh quay xung

quanh mặt trời

Về mặt vật lí, nguyên tử không phải

là hạt nhỏ nhất mà có cấu tạo phức tạp,gồm ít nhất là hạt nhân và các electron.Trong hạt nhân nguyên tử có hai hạt cơbản: proton và nơtron được gọi chung làNucleon

Hạt Khối lượng (g)

Electron (e) 9,1 10 proton (p) 1,673 10

- me ≈ 1/1840 mp

- Nhờ hiểu được tính chất này nên ngàynay người ta đã tạo ra được nhiều đồng vịphóng xạ của nhiều nguyên tố Được ứngdụng trong khoa học và kỹ thuật

Ví dụ: Xác định nguyên tử O được tách ratrong phản ứng este hoá là của nhóm -OHrượu hay của nhóm -OH axit Người ta đãdùng O18 đưa vào -OH của rượu hoặc củaaxit sau đó xác định bằng máy đo O củanước tạo ra sẽ xác định được liên kết O-Hnào được tách ra

RCO-O-R + H-O18-H →RCOOH +

R-O18-H → RCO-O18-H + ROH

13

Trang 14

z

d

MLKr2r3

2 1

- Nhược điểm: không giải thích được

sự tồn tại của nguyên tử cũng như

hiện tượng quang phổ vạch của

nguyên tử

2.2 Mẫu Bohr (Đan Mạch), 1913.

- Trong nguyên tử, electron quay trên

- Năng lượng electron trên mỗi quỹ

- Ưu điểm: giải thích được hiện tượng

quang phổ vạch của nguyên tử hidro

- Nhược điểm: Không giải thích được

quang phổ của các nguyên tử phức

bộ khối lượng của nguyên tử

- Như vậy các quỹ đạo thứ nhất, thứ hai lầnlượt có các bán kính như sau:

- Điều đó cho thấy rằng đối với những hạthay hệ hạt vi mô như electron, nguyên tửthì không thể áp dụng những định luật của

cơ học cổ điển Các hệ này có những đặctính khác với hệ vĩ mô và phải đượcnghiên cứu bằng phương pháp mới đượcgọi là cơ học lượng tử

14

Trang 15

15

Trang 16

+ Dựa vào thành phần cấu tạo nguyên tử để tìm nguyên tố, phân tử cần xácđịnh

+ Khái 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

- Đọc trước chương 2, tìm hiểu cách điền các electron theo mức năng lượng

và ô lượng tử

2.2 CHƯƠNG II: CẤU TẠO NGUYÊN TỬ

a) Xác định mục tiêu

- Mục tiêu về kiến thức :

+ Biết được các quy luật phân bố các electron trong nguyên tử

+ Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố 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 bảngHTTH

Chương 2 CẤU TẠO NGUYÊN TỬ

(Phần 2)

Yêu cầu SV nhắc lại kiến thức đã học ở giờ trước

16

Trang 17

5 Quy luật phân bố các electron

trong nguyên tử.

5.1 Nguyên lí ngăn cấm (Paoly

-Thuỵ Sĩ).

Mỗi AO chỉ có thể có tối đa hai

electron có chiều tự quay ngược chiều

(spin) là +1/2 và -1/2

5.2 Nguyên lí vững bền Cấu hình

electron của nguyên tử.

Trong nguyên tử, các electron

chiếm lần lượt các obitan có năng

và ms = -2

1

=> Lớp K có nhiều nhất 2 e : + e thứ nhất có giá trị n = 1, l = 0, m = 0,

ms = 2

1+

+ e thứ hai có giá trị n = 1, l = 0, m = 0,

ms = -2

1

Hệ quả: Dựa vào nguyên lý Pauli có thể

tính được số e tối đa trong một ô lượng tử,một phân lớp hay một lớp

+ Số e tối đa trong một ô lượng tử là 2e(vì trong 1 ô lượng tử các e có 3 số lượng

tử giống nhau, số lượng tử thứ 4 ms phảikhác nhau, nhận giá trị là +1/2 và -1/2).+ Trong một phân lớp, số e nhiều nhấtbằng 2 lần số obitan, tức bằng: 2.(2l + 1)electron

+ Trong một lớp, số e nhiều nhất có thể cóđược tính theo công thức:

∑−

=

=+

) 1 ( 0

2

2)12(2

n l

l

n l

=> Có sự xáo trộn thứ tự phân mức năng

17

Trang 18

- B1: Điền dần các electron vào bậc

thang năng lượng của các AO

- B2: Sắp xếp lại theo từng lớp AO

5.3 Quy tắc Hund (Hund - Đức).

Cấu hình electron dạng ô lượng tử

- Quy tắc phân bố các electron vào

các ô lượng tử:Trong một phân mức,

các electron có xu hướng phân bố

đều vào các ô lượng tử sao cho số

electron độc thân là lớn nhất

lượng giữa một vài phân lớp, từ lớp thứ batrở ra, vì trong nguyên tử nhiều e xảy rahiệu ứng chắn và hiệu ứng thâm nhập e

ns2(n-1)d9 thì có sự chuyển 1e ở ns sang(n-1)d thành ns1(n-1)d5 hoặc ns1(n-1)d10.Nguyên nhân là do hiệu năng lượng (E(n-1)d

– Ens) nhỏ và các phân lớp d10 và d5 là cácphân lớp bão hoà và nửa bão hoà là cácphân lớp bền => khi ở (n-1)d có số e gầnbằng 10 (hoặc gần bằng 5) thì 1e ở ns sẽchuyển sang (n-1)d để tạo thành các phânlớp bền

18

Trang 19

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 bảngHTTH

Be

5B

6C

7N

8O

9F

10Ne12

Mg

Al

14Si

15P

16S

17Cl

18Ar20

Ca

21

Sc

22Ti

23V

24Cr

25Mn

26Fe

27Co

28Ni

29Cu

30Zn

31Ga

32Ge

33As

34Se

35Br

36Ke38

Sr

39

Y

40Zr

41Nb

42Mo

43Tc

44Ru

45Rh

46Pd

47Ag

48Cd

49In

50Sn

51Sb

52Te

53I

54Xe56

Ba

57

La

72Hf

73Ta

74W

75Re

76Os

77Ir

78Pt

79Au

80Hg

81Tr

82Pb

83Bi

84Po

85At

86Rn88

Ra

89

Ac

104Ku

105

58Ce

59Pr

60Nr

61Pm

62Sm

63Eu

64Gd

65Tb

66Dy

67Ho

68Er

69Tm

70Yb

71Lu98

Cf

99Es

100Fm

101Md

102No

103Lr90

Th

91Pa

92U

93Np

94Pu

95Am

96Cm

97Bk

19

Trang 20

2.3 CHƯƠNG III: LIÊN KẾT HOÁ HỌC VÀ CẤU TẠO PHÂN TỬ

- Mục tiêu về kỹ năng: Tính toán và nhận biết được các loại lien kết trong phân tử

Chương 3

LIÊN KẾT HOÁ HỌC VÀ CẤU TẠO PHÂN TỬ

(Phần 1)

1 Á kim trong tiếng Anh là metalloid, Phi kim là nonmetal

Trang 21

1 Một số đại lượng có liên quan

đến liên kết

kappa).

- Độ điện âm là đại lượng cho biết

khả năng hút cặp e liên kết của

nguyên tử trong phân tử

- Kí hiệu: χ

- Nhận xét:

+ Trong một chu kì, từ trái sang phải độ

âm điện của các nguyên tố tăng dần

+ Trong một phân nhóm chính, từ

trên xuống dưới độ âm điện giảm dần

+ Các nguyên tố kim loại kiềm có χ <

1, Fr có χ nhỏ nhất

+ Các nguyên tố phi kim có χ > 2, F

có χ lớn nhất

1.2 Năng lượng liên kết (E).

- Là năng lượng cần thiết để phá vỡ

mối liên kết và tạo ra các nguyên tử ở

thể khí

- Kí hiệu: E

- Đơn vị: kcal/mol liên kết

1.3 Độ dài liên kết (r 0 )

- Là khoảng cách giữa hai nhân

nguyên tử khi đã hình thành liên kết

- Kí hiệu: r0

- Đơn vị: Α0 ; (1Α0 = 10-8 cm)

1.4 Độ bội của liên kết

- χ càng lớn thì nguyên tử càng dễ thuelectron

- Trong liên kết giữa 2 nguyên tử A và B

để tạo ra phân tử AB Nếu χA > χB thìelectron liên kết sẽ lệch hoặc di chuyển vềphía nguyên tử A

- Quy ước lấy độ âm điện của Li là 1 thìcác nguyên tố khác sẽ có độ âm điệntương đối

Ví dụ: EH-H = 104 Kcal/mol, EO-H trong

Trang 22

O H

- Số liên kết hay bậc liên kết được

tính bằng số cặp electron liên kết tạo

thành giữa 2 nguyên tử liên kết

1.5 Góc liên kết (góc hoá trị).

- Là góc tạo bởi hai mối liên kết

giữa một nguyên tử với hai nguyên

tử khác

1.6 Cấu hình hình học của một số

loại phân tử.

1.6.1 Phân tử loại AB 2 :

- Dạng đường thẳng:BeF2; CO2; BeH2

công thức cấu tạo:F- Be – F;O=C = O

AB2E2

hoá trị; 2 cặp e liên kết , 1 cặp e tự do,

3 cặp e được phân bố theo kiểu tam

giác phẳng, cấu hình phân tử dạng

gãy góc

+ Dạng AB2E2: A có 4 cặp e

hoá trị ( 2cặp e liên kết , 2 cặp e tự

do) được sắp xếp theo kiểu tứ diện,

nhưng hình học phân tử là gãy góc

nguyên tử C trong etan, etilen, axetilen lầnlượt là 1, 2, 3; C:C; C::C ; C:::C hay C -

- B – A – B Nguyên tử A có 2 cặp e liên

kết, không có cặp e tự do, nên 2 cặp e liênkết hướng về 2 phía ngược chiều nhau trêncùng một đường thẳng nên 2 nguyên tử Bcùng nằm trên 2 phía đối diện nhau trêncùng một đường thẳng

Ví dụ: SO2; NO2 ; góc OSO = 109,50

B B O O

Ví dụ: H2O; H2S ; H2Se ; TeCl2 ; PoCl2 Góc hoá trị HOH = 104,50 ; HSH = 920 ;

A

B B

Trang 23

H

O O

- A có 3 cặp e liên kết tạo 3 liên kết với3B; góc liên kết 1200 ; 3B nằm trên 3 đỉnhcủa tam giác đều, A ở tâm tam giác

- A có 4 cặp e hoá trị( 3 cặp liên kết với

3B; 1 cặp tự do); được phân bố theo kiểu

tứ diện Phân tử có dạng hình tháp tamgiác, nguyên tử A ở đỉnh tháp, 3B ở đáytháp;

- A có 5 cặp e hoá trị ( 3 cặp liên kết với

3B; 2 cặp e tự do) sắp xếp theo kiểu lưỡngtháp tam giác Dạng hình học phân tử códạng chữ T

- Nguyên tử A có 6 cặp e hoá trị; 4 cặp eliên kết với 4B; 2 cặp e tự do Các cặp ehoá trị sắp xếp theo kiểu bát diện , hìnhhọc phân tử là hình vuông phẳng;

- thường có dạng bát diện 8 mặt đều; hìnhbát diện được tạo thành khi gắn kết 2 hìnhtháp vuông;

A ở tâm của đáy hình vuông, 6 B nằm ở 6đỉnh

Trang 24

Độ phân cực của liên kết được

đánh giá qua mômen lưỡng cực µ

(muy).µ =l qr. : µ thường được tính

bằng đơn vị gọi là Đơ bai (D)

- Ưu điểm: Việc xác định được

mômen lưỡng cực của phân tử cho

- Trong phân tử những hạt nhân nguyên tửmang điện tích dương, các electron mangđiện tích âm Nên có thể nói trong phân tử

có 2 trọng tâm mang điện tích trái dấu,nếu 2 trọng tâm đó trùng nhau thì phân tử

đó không có cực còn nếu không trùngnhau thì phân tử đó có mômen lưỡng cựcvĩnh cửu

- Trong phân tử nhiều nguyên tử, mômenlưỡng cực của phân tử được tính bằngtổng vectơ của các mômen liên kết

Ví dụ: Mô men lưỡng cực của các dẫnxuất 2 nhóm thế ở benzen: Phân tử benzen

có µ = 0 nhưng các dẫn xuất mono củabenzen đều là những lưỡng cực Chẳnghạn ở mono nitro benzen µ = 1,53 D;

Nitrobenzen µ = 3,90 D; Anilin µ = 1,60

D

Trang 25

- Trường hợp một vec tơ hướng vào

nhân, một véc tơ hướng từ nhân ra

Nhận xét: Nguyên tử của hai nguyên

tố có độ chênh lệch độ điện âm càng

lớn thì liên kết giữa chúng càng phân

không liên kết với nhau và hầu như

không liên kết với những nguyên tử

khác để tạo thành phân tử, tồn tại

trong tự nhiên dưới dạng nguyên tử tự

Dựa trên quy tắc này người ta đãđưa ra một số thuyết về liên kết như sau:

Trang 26

2.2 Liên kết ion (Kotxen - Đức),

1916.

* Điều kiện hình thành: Khi hai

nguyên tử tham gia liên kết có sự

chênh lệch về độ âm điện là ∆χ ≥ 2

* Bản chất của liên kết ion là lực tĩnh

điện giữa các ion trái dấu

=> Xảy ra bởi 1 kim loại điển hình và

1 phi kim điển hình

- Liên kết ion không có tính bão hoà,

- Liên kết ion là liên kết bền,

- Những hợp chất ion thường ở dạng

tinh thể bền vững và có nhiệt độ nóng

chảy rất cao

=> Bản chất của liên kết ion là lực

hút tĩnh điện giữa các ion trái dấu

Khi đó cặp e hoá trị sẽ chuyể hẳn từnguyên tử có độ âm điện nhỏ hơn, do đó

sẽ hình thành ra các ion ngược dấu Sau

đó các ion ngược dấu sẽ liên kết với nhaubằng lực hút tĩnh điện của các ion ngượcdấu

- Mỗi ion có thể tạo ra 1 điện trường xungquanh nó, do đó liên kết ion được hìnhthành theo mọi hướng

- mỗi ion có thể hút được nhiều ion xungquanh nó

- năng lượng của liên kết ion cỡ kJ trở lên

Do các đặc điểm trên ở điều kiệnthường các hợp chất liên kết ion là cácchất rắn Gồm vô số các ion âm và dươngliên kết với nhau theo những trật tự nhấtđịnh

- Ví dụ: Các muối, các oxit và hydroxitkim loạị

ví dụ: H2, O2 (∆χ = 0) hoặc HCl, H2O (∆χ nhỏ)

Trang 27

* Nhược điểm: không giải thích được

sự hình thành phân tử

2.3 Liên kết cộng hoá trị (Liuyt

-Mỹ), 1916.

* Điều kiện hình thành: Liên kết

cộng hoá trị được hình thành giữa các

nguyên tử của cùng một nguyên tố

(∆χ = 0) hay giữa nguyên tử của các

nguyên tố có sự chênh lệch nhỏ về độ

điện âm (thường ∆χ = 2)

* Đặc điểm liên kết:

- Trong liên kết cộng các nguyên tử

tham gia liên kết bỏ ra 1, 2, 3 hay 4

electron dùng chung để mỗi nguyên tử

đạt được cấu trúc 8 electron (hoặc 2e) ở

giữa một nguyên tử của nguyên tố đó

với các nguyên tử khác hoặc bằng số

electron mà nguyên tử đưa ra góp

chung

- Liên kết cộng hoá trị tương đối bền

* Phân biệt hai loại liên kết cộng

hoá trị:

- Liên kết cộng hoá trị không phân

cực hay liên kết cộng thuần tuý

=> Trong đó cặp electron liên kết

&& && && &&

- một cặp electron góp chung tạo ra mộtliên kết và cũng được biểu diễn bằng mộtgạch

- Ví dụ: Trong phân tử CO2 hoá trị của O

là 2 và của C là 4, trong phân tử NH3 hoátrị của N là 3 của H là 1

- Năng lượng liên kết cỡ hàng chụckcal/mol

- Ví dụ: + Liên kết trong các phân tử H2,

Trang 28

H :N: H H

phân bố đều giữa hai nguyên tử

- Liên kết cộng hóa trị phân cực

=> Trong đó cặp electron liên kết bị

lệch về phía nguyên tử có độ điện âm

lớn hơn

2.4 Liên kết cho nhận

*Điều kiện hình thành chất cho phải

có ít nhất một đôi electron chưa liên

- Liên kết hidro được hình thành ở

những hợp chất trong đó hidro liên

kết với nguyên tử của nguyên tố khác

- Hoặc trong cùng một phân tử gọi là

liên kết hidro nội phân tử

+ Liên kết O-H trong phân tử H2O,N-H trong NH3

Liên kết cho nhận còn gọi là liên kết phốitrí có thể xem là một dạng đặc biệt củaliên kết cộng hoá trị

Nguyên tử N trong NH3 còn một đôielectron chưa liên kết (đóng vai trò chấtcho) Ion H+ có obitan trống do đó có thểnhận đôi electron của N

- Các liên kết này bị phân cực và trênnguyên tử H có một phần điện tích dương.Trong khi đó các nguyên tử N, O, F mangmột phần điện âm và do đó ngoài liên kếtcộng hoá trị nó còn có thể tương tác vớicác nguyên tử H của phân tử bên cạnhhình thành một liên kết yếu gọi là liên kếthidro

- Liên kết hidro có ảnh hưởng nhiều đếntính chất vật lí và hoá học của phân tử

Ví dụ:

+ Do có liên kết hidro, H2O có nhiệt độ sôicao hơn H2S có cấu tạo tương tự với nó + Các phân tử hữu cơ mang nhóm O - H

có nhiệt độ sôi cao hơn các đồng phân củachúng không chứa liên kết này: ancol sovới ete; axit so với este

Trang 29

- Liên kết hidro là liên kết yếu, năng

lượng liên kết nhỏ và độ dài liên kết

lớn

- Nhược điểm:

- Nhiều hợp chất hay ion không

thoả mãn quy tắc bát tử nhưng vẫn

tồn tại một cách bền vững, ví dụ: NO,

NO2, Fe2+

- Chưa nói được bản chất của

lực liên kết giữa các nguyên tử trong

phân tử là gì

- Không cho biết cấu trúc

không gian của các phân tử

+ Ancol tan vô hạn trong nước là do tạođược liên kết hidro với nước

+ Liên kết hidro tạo ra giữa các nhóm -C

= O và -NH của axit amin trong các chuỗipolypeptit đã duy trì được cấu trúc khônggian của phân tử protein

Tóm lại, các thuyết cổ điển về liênkết cho phép mô tả và phân loại một cáchđơn giản liên kết hoá học, từ đó giải thíchđược một số tính chất của phân tử Tuynhiên các thuyết này có một số hạn chếsau đây:

- Phân tử là những hệ hạt vi mô, vì vậy líthuyết về liên kết và cấu tạo phân tử phảiđược xây dựng trên cơ sở của cơ họclượng tử (CHLT)

Năm 1927 ra đời hai thuyết CHLT

về liên kết bổ sung cho nhau, đó là thuyếtliên kết hoá trị (viết tắt là VB - valencebond) và thuyết obitan phân tử (viết tắt là

d) Củng cố, tổng kết: Phân biệt và xác định được các loại liên kết

- Làm bài tập chương 3

Trang 30

2.3 CHƯƠNG III: LIÊN KẾT HOÁ HỌC VÀ CẤU TẠO PHÂN TỬ

- Liên kết π không định cư

Mục tiêu về kỹ năng: + Phân biệt được các loại liên kết

+ Giải thích được góc lien kết trong phân tử

Chương 3

LIÊN KẾT HOÁ HỌC VÀ CẤU TẠO PHÂN TỬ

(Phần 2)

Trang 31

3 Thuyết liên kết cộng hoá trị

3.1 Sự hình thành liên kết trong

phân tử H 2

Mỗi nguyên tử H có một

electron ở trạng thái cơ bản 1s Khi

hai nguyên tử H tiến lại gần nhau sẽ

có hai khả năng xảy ra

- Nếu hai electron có spin cùng

dấu, khi khoảng cách r giảm, năng

lượng của hệ tăng liên tục, đó là trạng

thái không bền, không tạo ra liên kết

hoá học

- Nếu hai electron có spin khác

dấu nhau, năng lượng của hệ giảm

dần, và tại khoảng cách r0 = 0,74

o

giá trị cực tiểu tương ứng với năng

lượng Es < 2E0 khi đó hệ ở trạng thái

bền vững, trạng thái hình thành liên

kết (hình 1)

- Thuyết liên kết hoá trị (còn gọi là thuyếtcặp electron liên kết) do Haile, Lơnđơn(Đức) đề xướng năm 1927, sau đó đượcPoling và Slâytơ (Mỹ) phát triển

- Thuyết VB được đề ra trên cở sở nghiêncứu sự hình thành liên kết trong phân tử

ra sự hút hai hạt nhân và liên kết chúngvới nhau

Trang 32

- Liên kết cộng hoá trị được hình

thành do sự ghép đôi hai electron độc

thân có spin ngược dấu của hai nguyên

tử liên kết, khi đó có sự xen phủ hai AO.

3.3 Sự định hướng liên kết Liên kết

σ (xích ma) và liên kết π (pi).

a Các loại liên kết σ

b Các loại liên kết π

Khi tạo ra liên kết σ thì đạt

Từ nghiên cứu của Haile và Lơnđơn

về phân tử H2, Poling và Slâytơ đã pháttriển thành thuyết liên kết hoá trị

Như vậy, theo VB khi hình thànhphân tử, các nguyên tử vẫn giữ nguyêncấu trúc electron, liên kết được hình thànhchỉ do sự tổ hợp (xen phủ) của cácelectron hoá trị (electron độc thân)

Trong thuyết VB, hoá trị củanguyên tố bằng số e độc thân của nguyên

tử ở trạng thái cơ bản hay trạng thái kíchthích

Trang 33

được sự xen phủ lớn nhất, vì vậy liên

kết xích ma là liên kết bền Nếu giữa

hai nguyên tử chỉ có một liên kết thì

liên kết đó luôn luôn là liên kết σ

- Liên kết hoá học tạo ra do sự

xen phủ các đám mây electron ở hai

bên của trục nối hai nhân nguyên tử,

được gọi là liên kết π (pi) Liên kết π

có thể hình thành do sự xen phủ các

đám mây p - p (hình 2), p - d (được

gọi là xen phủ bên)

So với liên kết π thì liên kết σ

bền hơn vì mức độ xen phủ lớn hơn

và vùng xen phủ nằm trên trục nối hai

nhân nguyên tử

Khi giữa hai nguyên tử có từ

hai liên kết trở lên thì chỉ có một liên

- Liên kết hoá học tạo ra do sự xenphủ các đám mây electron trên trục nối hainhân của nguyên tử được gọi là liên kếtxích ma Liên kết σ có thể hình thành do

sự xen phủ các đám mây s s, s p hay p

-p theo trục liên kết được gọi là xen -phủtrục (hình 2)

Ví dụ: Trong phân tử H2 có 1 liên kết σ do

sự xen phủ 2 đám mây s

Phân tử Cl2 có một liên kết σ do sựxen phủ 2 đám mây p

Phân tử HCl có một liên kết σ do sự

của Cl

Phân tử O2 có một liên kết σ do sựxen phủ đám mây px - px và một liên kết π

do sự xen phủ 2 đám mây py - py của 2nguyên tử oxi

Tương tự, phân tử N2 có một liênkết σ và hai liên kết π

Trong các trường hợp trên liên kếthình thành do sự xen phủ các đám mâythuần khiết s - s hay p - p

tử C sử dụng 4AO (1 mây s và 3 mây p)xen phủ với 4 mây s của 4 nguyên tử H(một liên kết hình thành do sự xen phủ s -

s và 3 liên kết do sự xen phủ p - s) Như vậy

Trang 34

-Lai hoá là sự tổ hợp các AO

khác loại để tạo ra các AO lai hoá

giống nhau về hình dạng, kích thước

và năng lượng nhưng có hướng khác

nhau

* Lai hoá sp: Sự tổ hợp một AO s với

một AO p tạo ra 2 Obt lai hoá sp hướng

theo 2 hướng trong không gian Trục

của 2 Obt này tạo ra góc 180o Còn gọi

là lại hoá đường thẳng

* Lai hoá sp 2 : Sự tổ hợp một AO s

với hai AO p tạo ra 3 OBT lai hoá sp2

hướng theo 3 đỉnh của một tam giác

đều Trục của 3 OBT này tạo ra góc

120o Còn gọi là lai hoá tam giác

* Lai hoá sp 3 : Sự tổ hợp một AO s

với ba AO p tạo ra 4 OBT lai hoá sp3

có trục hướng theo 4 đỉnh của một tứ

diện đều Trục của các OBT này tạo

ra góc 109o28' Còn gọi là lai hoá tứ

lẽ ra các liên kết phải khác nhau, nhưngtrong thực tế chúng lại hoàn toàn giốngnhau Điều này được Poling giải thích bằng

sự lai hoá các AO

Khi liên kết các nguyên tử có thểkhông sử dụng các AO s, p thuần màchúng có thể tổ hợp với nhau tạo thànhnhững AO mới giống nhau (gọi là các AOlai hoá ) và sau đó các AO lai hoá này sẽtham gia liên kết Như vậy:

Khi có n AO tham gia lai hoá sẽ tạo

ra n AO lai hoá Để có sự lai hoá các AOphải có năng lượng khác nhau không lớn

Ví dụ: 2s - 2p; 3s - 3p - 3d

Ví dụ: Sự lai hoá của nguyên tử C

để hình thành liên kết trong phân tử C2 H2

và trong phân tử hydrocac chưa bon chưa

no có chứa liên kết ba

s + p

Hình 3

để hình thành liên kết trong phân tử C2 H4

và trong phân tử hydrocac bon chưa no cóchứa liên kết đôi

s + p + p

sp2

Hình 4

Trang 35

để hình thành liên kết trong phân tử CH4

và trong phân tử hydrocacbon no

Ví dụ 3: H2O (Nước)

- O có lai hoá sp3 2 obitan lai hoá xen phủvới 2AO s của H tạo 2 liên kết σ

- Hình học phân tử có dạng góc Góc liênkết là 104o30' (Hình 8)

Phân tử benzen có cấu trúc như thấy

ở hình 9 Cả 6 nguyên tử C đều có lai hoá

sp2 Mỗi C tạo 2 liên kết σ với 2 C bêncạnh và 1 liên kết σ với H Các obitan pthuần còn lại (có trục vuông góc với mặtphẳng của các liên kết σ) xen phủ với

Trang 36

tả bằng những dấu chấm thay cho các gạch

d) Củng cố, tổng kết: Phân biệt và xác định được các loại liên kết

- Làm bài tập chương 3

- Đọc trước chương 4

Trang 37

2.4 CHƯƠNG IV: ĐỘNG HOÁ HỌC

- Mục tiêu về kỹ năng: Áp dụng công thức để giải bài tập

- Mục tiêu về thái độ: Chủ động tích cực trong việc học tập, nghiên cứu sâu về phảnứng hóa học

Chương 4

ĐỘNG HOÁ HỌC

(Phần 1)

Động hoá học nghiên cứu về tốc độ của các phản ứng hoá học và các yếu tốảnh hưởng đến tốc độ như: nồng độ chất phản ứng, nhiệt độ, các chất xúc tác Trên

cơ sở đó cho phép tìm hiểu về cơ chế của các phản ứng

Trang 38

1 Một số khái niệm

1.1 Tốc độ phản ứng.

- Tốc độ của phản ứng là đại lượng

biểu diễn sự biến đổi nồng độ của

chất phản ứng trong một đơn vị thời

∆

∆ = - dt

dC

Tốc độ của phản ứng hoá học

tại một thời điểm chính là đạo hàm

của nồng độ chất phản ứng theo thời

gian tại thời điểm đó.

ứng nối tiếp Sản phẩm của phản

ứng này là chất tham gia của phản

Ví d : ụ

( ) ( ) ( )

sở trong một phản ứng phức tạp

Trang 39

và nghịch.

+ k1, k2 là hằng số tốc độ của phản

ứng thuận và phản ứng nghịch và là

những đại lượng không đổi chỉ phụ

thuộc vào nhiệt độ và bản chất của

chất phản ứng chứ không phụ thuộc

vào nồng độ

2.2 Bậc và phân tử số của phản ứng

* Bậc phản ứng: Bậc phản ứng là

tổng các số mũ của nồng độ viết trong

biểu thức của định luật tác dụng khối

Xuất phát từ quan điểm cho rằngmuốn có phản ứng xảy ra thì các phân tửhay nguyên tử phản ứng phải va chạm vàonhau, vì vậy nếu số va chạm càng lớn thìtốc độ phản ứng càng lớn mà số va chạmlại phụ thuộc vào nồng độ

Vào những năm 1864 - 1867,Guybec và Oagơ (Na Uy) đã nêu ra địnhluật

Trong động hoá học, các phản ứngđược phân loại theo bậc và phân tử số

m1A1 + m2A2 + ……miAi ƒ n1 B1 + n2B2

+ ….niBi

v1 = k1.Cm1

A1.Cm2 A2 … Cmi

Ai ;

N1 = m1 + m2 + ….+ mi

Trang 40

* Phân tử số của phản ứng: Phân tử

số là số loại tiểu phân (phân tử,

nguyên tử hay ion) đồng thời tương

tác với nhau trong một phản ứng đơn

Bi ;

N2 = n1 + n2 + … + ni

Trong một số trường hợp bậc phảnứng lại thấp hơn so với công thức lýthuyết Ví dụ phản ứng thuỷ phân este:

R1COOR2 + H2O ƒ R1COOH + R2OH

V1 = k1CRCOOR.CH2O ( Phản ứng bậc 2)

Khi nồng độ este nhỏ hơn rất nhiều

so với nồng độ nước thì nước là môitrường hoà tan este nên v1 = k1CRCOOR

(Phản ứng chỉ còn là bậc 1)

Ví dụ: Trong phản ứng:

CH − = −N N CH →CH −CH +NTham gia vào tương tác chỉ có một phân

tử

→ Vì vậy phản ứng có phân tử số là một

hay phản ứng đơn phân tử

Trong phản ứng: H2 + =I2 2HI để tạothành sản phẩm hai phân tử H và 2 I phải2

đồng thời giam gia vào một tương tác, vìvậy phản ứng có phân tử số bằng hai hayphản ứng lưỡng phân tử Những phản ứng

có phân tử số bằng 3 hay cao hơn thường

ít gặp vì xác suất để đồng thời 3 phân tửphản ứng với nhau rất nhỏ

Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độđến tốc độ phản ứng cho phép tìm hiểubản chất của những tương tác hoá họcđồng thời tìm được chế độ nhiệt tối ưu chophản ứng hoá học

Định dạng
Số trang	124
Dung lượng	1,13 MB