bài giảng hóa đại cương

Đơn vị: g/mol kí hiệu M Vì vậy số mol: n = m/M mol phân tử, mol nguyên tử, mol ion… - Đương lượng: khi nghiên cứu các khối lượng đã kết hợp với nhau của các nguyên tố trong nhiều hợp chấ

BÀI GIẢNG HÓA ĐẠI CƯƠNG I

CHƯƠNG I: MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN TRONG HÓA HỌC

I MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1.1 Nguyên tử

Từ năm 1807, Dalton cho rằng: Nguyên tử là hạt nhỏ nhất cấu tạo nên các chất,

không thể chia nhỏ hơn nữa bằng các phản ứng hóa học.

Cấu tạo: Nguyên tử

Kí hiệu: trong đó: A = số khối A = +

Z = Số hiệu nguyên tử (điện tích hạt nhân) = Nguyên tử ở trạng thái cơ bản trung hòa về điện

1.2 Nguyên tố hóa học

Nguyên tố là tập hợp các nguyên tử có cùng điện tích hạt nhân

Ví dụ: Tất cả các nguyên tử có cùng số đơn vị điện tích hạt nhân là 11 đều thuộc nguyên

tố Natri (Chúng đều có 11p và 11e)

* Phân biệt nguyên tử và nguyên tố:

- Đặc trưng của nguyên tử là điện tích hạt nhân Z và số khối A

- Đặc trưng của nguyên tố hóa học là điện tích hạt nhân Z

1.3 Phân tử, chất

Giả thiết về phân tử được Avogadro đưa vào năm 1811: Phân tử là phần tử nhỏ nhất của

chất,có khả năng tồn tại độc lập, còn giữ nguyên tính chất hóa học của chất.

Ví dụ: H2, H2SO4…

Chất được tạo nên từ phân tử Chất còn chia ra làm 2 loại là đơn chất và hợp chất

Đơn chất: là chất được tạo từ một nguyên tố như H2, O2…

Hợp chất: là chất được tạo từ ít nhất hai nguyên tố như: H2O, HCl, CH3COOH…

1.4 Đơn vị đo trong hóa học

- Đơn vị Cacbon: Hiện nay thường gọi là đơn vị đo khối lượng nguyên tử (u hay đvC)

bằng 1/12 khối lượng của một nguyên tử C

- Số Avogardro: là số nguyên tử C có trong 12g Cacbon (N=6,023.1023 hạt)

- Nguyên tử khối: là khối lượng nguyên tử tính bằng đơn vị Cacbon.

- Phân tử khối: là khối lượng của phân tử tính ra đơn vị Cacbon

- Mol: là lượng chất chứa 6,023.1023 (=N) hạt vi mô vì vậy để chỉ rõ loại hạt vi mô người

ta nói mol phân tử, mol nguyên tử, mol ion…

Ví dụ: 1 mol nguyên tử H gồm 6,023.1023 nguyên tử H

- Khối lượng mol: là khối lương của một mol chất đó tính ra gam Đơn vị: g/mol (kí hiệu

M)

Vì vậy số mol: n = m/M (mol phân tử, mol nguyên tử, mol ion…)

- Đương lượng: khi nghiên cứu các khối lượng đã kết hợp với nhau của các nguyên tố

trong nhiều hợp chất hoá học Dalton nhận thấy các nguyên tố kết hợp với nhau theo những khối lượng nhất định, chứ không phải tuỳ ý

Ví dụ : H2O được tạo thành từ 16 phần khối lượng của Oxi và 2 phần khối lượng của Hidro trong các phản ứng hoá học Dalton gọi các phần khối lượng tương đương với nhau là đương lượng Ngày nay qua thuật ngữ mol tiện dụng, có thể nói 1 mol nguyên tử O tương đương với 2 mol nguyên tử H (hay ½ mol nguyên tử O tương đương với 1 mol nguyên tử H) Nên người ta phát biểu :

* Đương lượng của một nguyên tố là lượng nguyên tố đó có thể kết hợp hoặc

thay thế một mol nguyên tử H trong phản ứng hoá học.

Ví dụ : trong HCl, NH3, CH4 đương lượng của các nguyên tố Cl, N, C lần lượt

là : 1 mol nguyên tử Cl, 1/3 mol nguyên tử N và 1/4 mol nguyên tử C

* Đương lượng gam của một nguyên tố là khối lượng tính ra gam của một đương

lượng nguyên tố đó

Đương lượng gam của nguyên tố (Đ) được tính từ khối lượng mol nguyên tử (M) và hóa trị n của nó

Chú ý: Nếu nguyên tố có nhiều trạng thái hóa trị thì nó có nhiều trị số đương lượng

* Đương lượng của 1 chất là lượng chất đó tương tác (hay thay thế) vừa đủ với 1

đương lượng của nguyên tử hidro hay của một chất bất kỳ.

Ví dụ CuO + H2 → Cu + H2O

Đương lượng CuO bằng ½ mol phân tử CuO

* Đương lượng gam của một chất là khối lượng của chất đó tính ra gam

(với n là hóa trị, nó phụ thuộc vào từng phản ứng)

- Cách tính đương lượng của chất:

+ Đối với axit thì n bằng số ion H+ mà một phân tử axit đó tham gia trong phản ứng

+ Đối với bazo thì n bằng số ion OH- mà một phân tử bazo đó tham gia trong phản ứng

+ Đối với các muối, oxit trong các phản ứng trao đổi thì n bằng tổng số điện tích của ion dương hoặc âm trong phân tử

+ Đối với các phản ứng oxi hóa khử thì n bằng số electron mà một phân tử chất

đó trao đổi với các chất khác

Ví dụ:

Đương lượng của Fe2O3 bằng 1/6 mol phân tử Fe2O3

Đương lượng gam của Fe2O3 = (g/mol)

Ví dụ:

Trong phản ứng này ta thấy H2SO4 trao đổi ( hoặc thay thế) 2 nguyên tử H

Vậy đương lượng gam của H2SO4 trong phản ứng này: Đ = = 49 (g/mol)

Trong khí phản ứng:

Thì đương lượng gam của H2SO4 trong phản ứng này : Đ = = 98 g/mol

Với phản ứng oxi hóa khử :

2KMnO4 + 5SO2 + 2H2O → 2MnSO4 + K2SO4 + 2H2SO4 thì KMnO4 có hóa trị 5 vì trong phản ứng này mỗi phân tử KMnO4 đã trao đổi 5 electron:

MnO4- + 5e + 8H+ → Mn2+ + 4H2O

II MỘT SỐ ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN

2.1 Định luật bảo toàn khối lượng: “Tổng khối lượng của các chất tham gia phản

ứng bằng tổng khối lượng các chất thu được sau phản ứng”

A + B → C + D

mA + mB = mC + mD

2.2 Định luật thành phần không đổi: “ Một hợp chất hóa học dù điều chế bằng

cách nào cũng đều có thành phần không đổi”

Ví dụ: 18g nước được tạo thành từ 2g hidro vs 16g oxi Dù nước được điều chế theo bất cứ cách nào và bất kì nơi nào thì thành phần vẫn không thay đổi (mH:mO = 1:8)

2.3 Định luật tỉ lệ bội

Dalton đưa ra định luật này (1803): “Nếu hai nguyên tố tạo thành với nhau nhiều hợp

chất hóa học, thì những khối lượng của nguyên tố này để kết hợp với cùng khối lượng của nguyên tố kia trong các hợp chất đó tỉ lệ với nhau như những số nguyên

nhỏ”

Ví dụ: Trong cacbon oxit: 12g C sẽ kết hợp với 16g oxi, tỉ lệ mC : mO = 3:4, còn trong cacbonic: thì cứ 12g C kết hợp với 32g oxi, tỉ lệ : mC : mO = 3:8

Ta thấy thành phần khối lượng O cùng kết hợp với một phần khối lượng C trong hai chất ấy ( cacbon oxit và cacbonic) tỉ lệ 1:2

2.4 Đinh luật Avogadro “Ở cùng điều kiện (nhiệt độ, áp suất) như nhau những thể

tích bằng nhau của mọi chất khí đều chứa cùng một số phân tử” (1811)

Cũng từ định luật này kết hợp với định nghĩa về số mol ta có thể nói: Một mol của bất kì chất khí nào cũng đều chiếm cùng một thể tích, ta có thể dễ dàng suy ra: 1 mol của bất kì chất khí nào ở điều kiện tiêu chuẩn cũng chiếm được một thể tích khí, khi

nó cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất Và bằng cách cân 1 lít của bất kì chất khí nào ở điều kiện tiêu chuẩn (1 atm, 0oC), mà người ta đã biết được khố lượng mol của nó

Từ đó dễ dàng suy ra: 1 mol bất kì của chất khí nào ở điều kiện tiêu chuẩn cũng chiếm một thể tích là 22,4 lít

Hoặc xác định V lít khí ở một điều kiện bất kì (dĩ nhiên phải biết áp suất P và nhiệt

độ T) dựa vào phương trình trạng thái khí:

P.V=n.R.T Trong đó:

P: áp suất (atm); V: thể tích (lít); n: số mol khí; T: nhiệt độ Kenvin;

R hằng số (R=0.082 L.atm/mol.K)

2.5 Đinh luật đương lượng: “Các chất tương tác với nhau hay thay thế nhau theo

những lượng tỉ lệ với đương lượng của chúng”

Vậy nếu mA gam chất A tác dụng vừa đủ với mB gam chất B và nếu trong mA gam chất A có n đương lượng chất A thì trong mB gam chất B cũng có n đương lượng chất

B Nếu ta kí hiệu ĐA và ĐB lầ lượt là đương lượng gam chất A và B

Ta đã có : mA = n.ĐA và mB = n.ĐB suy ra:

Ví dụ:

- Hòa tan 16,86g kim loại cần 14,g axit Tính đương lượng gam của kim loại ĐKL

biết đương lượng của axit Đaxit = 49

Giải: Từ => ĐKL = 49

- Xác định đương lượng gam của kim loại ĐM biết MCl3 chứ 28,2% kim loại M và

ĐCl = 35,5

Giải: Từ => ĐM = 35,5

III CÁC CÔNG THỨC, ĐƠN VỊ THƯỜNG SỬ DỤNG TRONG QUÁ TRÌNH GIẢI BÀI TẬP HÓA

1, Đơn vị:

Hệ đơn vị hợp pháp và thông thường hiện này là hệ đơn vị SI

Chiều dài: m

Khối lượng: kg

Thời gian: s (giây)

Nhiệt độ: K (Kenvin) (0oC = 273oK)

Công A: J

Quy đổi: 1 atm = 1,013.10-5 Pa, 1 bar = 105 Pa ≈ 1 atm, 1mmHg = atm

2, Một số công thức thường sử dụng:

CM = (n: số mol, V: thể tích (lít), CM = nồng độ mol)

C% = .100% (mct: khối lượng chất tan, mdd: khối lượng dung dịch, C%: nồng độ %)

D = (mdd: khối lượng dung dịch, V: thể tích (ml), D: khối lượng riêng)

V = n.22,4 (n: số mol, V: thể tích)

( dX/A: tỉ khối của chất khí X so với chất khí A)

3 Số oxi hóa

- Số oxi hóa của các nguyên tử trong đơn chất bằng 0 (ví dụ: N2, O2…)

- Kim loại luôn luôn có số oxi hóa dương Số oxi hóa kim loại kiềm luôn bằng +1

- Hydro có oxi hóa luôn là +1 (trừ các hợp chất hydrua NaH, CaH2…là -1)

- Oxi luôn có số oxi hóa là -2 (trừ các hợp chất peoxit H2O2, Na2O2…là -1)

- Tổng các sô oxy hóa của các nguyên tử trong một phân tử bằng 0

BÀI TẬP

1 Dùng định luật đương lyượng để giải thích các bài toán sau:

a, Oxit của một nguyên tố hóa trị 5 chứa 43,67% nguyên tố đó Tính nguyên tử khối của nguyên tố đó

b, Xác định hóa trị của một kim loại Biết nguyên tử khối của kim loại bằng 204,4 và clorua của kim loại đó chứa 14,8% clo

c, Xác định khối lượng axit oxalic ( đương lượng 45) vừa đủ để làm mất màu 0,79g thuốc tím (đương lượng 31,6)

2 Biết nồng độ đương lượng là số đương lượng gam chất tan có trong V lít dung dịch Kí

hiệu: CN (đơn vị: N)

CN = Trong đó: m: số gam chất ta của V lít dung dịch

Đ: số đương lượng của chất đó Mối quan hệ giữa CM và CN:

CM = (*)

Trong đó: n là hóa trị

Hỏi: Chứng minh công thức (*), áp dụng công thức vào câu 3.

3 Để phản ứng hoàn toàn với một dung dịch chứa FeSO4 được axít hóa bằng H2SO4

loãng cần dùng 20ml dung dịch KMnO4 0,1N Viết phương trình phản ứng, tính lượng FeSO4 trong dung dịch đó

4 Tính đương lượng của Fe trong phản ứng hòa tan Fe vào dung dịch HCl và phản ứng

hòa tan Fe vào dung dịch HNO3 (NO) Tính đương lượng axit trong mỗi phản ứng đó

5 Canxiclorua chứa 36% Ca và 64% Clo Xác định đương lượng canxi biết rằng đương

lượng của Clo bằng 35,5

6 Một kim loại tạo với oxi tạo hai oxit Khi đun nóng 3g mỗi oxit trong một luồng khí

hidro dư, người ta thu được lần lượt 0,679g và 0.377g H2O

a/ Tính đương lượng của kim loại trong từng oxit

b/ Xác định tên kim loại.

7 Xác định đương lượng của từng nguyên tố dưới đây trong các phản ứng

a/ S + O2 → SO2 ĐS =?

b/ Fe + Cl2 → FeCl3 ĐFe =?

c/ C + O2 → CO ĐC =?

d/ C + O2 → CO2 ĐC =?

8 Xác định đương lượng của từng axit, từng bazo trong các phản ứng sau:

a/ H3PO4 + NaOH → NaH2PO4 + H2O

b/ H3PO4 + 3NaOH → Na3PO4 + 3H2O

c/ 2HCl + Cu(OH)2 → CuCl2 + H2O

d/ HCl + Cu(OH)2 → Cu(OH)Cl + H2O

9 Xác định đương lượng gam của chất gạch dưới:

a/ 2FeCl3 + SnCl2 → 2FeCl2 + SnCl4

b/ 2KMnO4 + 5HNO2 + 3H2SO4 → 2MnSO4 + K2SO4 + 5HNO3 + 3H2O

c/ K2Cr2O7 + 3H2S + 4H2SO4 → Cr2(SO4)3 + 3S + K2SO4 + 7H2O

10 Định lượng KMnO4 trong từng quá trình bị khử thành :

a MnSO4

b MnO2

c K2MnO4

11 Xác định số oxi hóa các nguyên tử gạch dưới:

a MnO, MnO2, Mn(OH)2, MnO4

-b NH3, NO, NO2, NH4 , NH4Cl

12 Quy ra số mol các lượng nguyên tố sau: 5,4g nhôm; 16g lưu huỳnh; 6,4g oxi; 71g clo.

13 Hòa tan 0,023g kim loại hóa trị 2 bằng H2SO4 loãng dư thì thu được 8,8ml khí ở 23oC,

áp suất 744,4mmHg Xác định đương lượng và nguyên tử khối của kim loại

14 Đốt cháy hoàn toàn 13,8 gam một hợp chất hữu cơ được 26,4 gam CO2 16,2 gam

H2O Tỷ khối hơi của hợp chất so với hidro bằng 23 Định CTPT hợp chất