KIẾN THỨC GIÁO KHOA HÓA ĐẠI CƯƠNG VÕ HỒNG THÁI VIETSCIENCES 2006 KIẾN THỨC GIÁO KHOA HÓA ĐẠI CƯƠNG VÕ HỒNG THÁI VIETSCIENCES 2006 KIẾN THỨC GIÁO KHOA HÓA ĐẠI CƯƠNG VÕ HỒNG THÁI VIETSCIENCES 2006 KIẾN THỨC GIÁO KHOA HÓA ĐẠI CƯƠNG VÕ HỒNG THÁI VIETSCIENCES 2006 KIẾN THỨC GIÁO KHOA HÓA ĐẠI CƯƠNG VÕ HỒNG THÁI VIETSCIENCES 2006
Vấn đề IV vơ Vietsciences- Nguyễn Thị Chân Quỳnh 26/12/2006 Vietsciences-Võ Hồng Thái 31/12/2006 ƠN MỘT SỐ KIẾN THỨC HĨA ĐẠI CƯƠNG I Cách biểu thị ngun tử để biết cấu tử bền ngun tử Ngun tử đồng vị I.1 Cách biểu thị ngun tử I.2 Ngun tử đồng vị II Cấu hình electron ngun tử II.1 Định nghĩa II.2 Qui tắc Klechkowski II.3 Qui tắc Hund (Sự phân bố điện tử vào obitan, orbital, vân đạo) III Vận tốc phản ứng IV Cân hóa học IV.1 Định nghĩa IV.2 Ngun lý chuyển dịch cân (Ngun lý Le Châtelier) V Liên kết ion VI Liên kết cộng hóa trị VII Sự thủy phân muối VIII Các định nghĩa axit, bazơ VIII.1 Định nghĩa axit, bazơ theo Arrhénius VIII.2 Định nghĩa axit bazơ theo Bronsted – Lowry Các kiến thức hóa đại cương thuộc chương trình lớp 10 phổ thơng Chúng ta ơn kiến thức như: Sự đồng vị; Cấu hình electron ngun tử; Sự phân bố điện tử vào obitan (orbital, vân đạo); Vị trí ngun tố bảng hệ thống tuần hồn; Cân hóa học; Vận tốc phản ứng; Liên kết ion; Liên kết cộng hóa trị; Sự thủy phân muối; Định nghĩa axit, bazơ (acid, baz, base) theo Arrhenius, theo Bronsted – Lowry; Cách tính pH dung dịch axit, bazơ mạnh yếu; Pin điện hố học ăn mòn kim loại; Nước cứng cách làm mềm nước cứng; Phân bón hóa học;… I Cách biểu thị ngun tử để biết cấu tử bền ngun tử Ngun tử đồng vị I.1 Cách biểu thị ngun tử Để biết hạt bền có ngun tử (proton, neutron, electron) ngun tử, người ta dùng ký hiệu sau: A Z X X: ký hiệu ngun tử ngun tố (như Na, H, Cl, O, Fe) Z: số thứ tự ngun tử (bậc số ngun tử, số hiệu ngun tử, số điện tích dương hạt nhân), có Z proton nhân, có Z electron (điện tử) ngồi nhân (nếu khơng phải ion), ngun tố X thứ Z bảng hệ thống tuần hồn Sở dĩ Z gọi số thứ tự ngun tử hay bậc số ngun tử người xếp ngun tố hóa học bảng phân loại tuần hồn theo chiều tăng dần trị số Z Z gọi số hiệu ngun tử vào Z người ta biết ngun tử ngun tố (số nhãn hiệu, đặc hiệu) Z gọi số điện tích dương hạt nhân có Z proton nhân điện tích proton điện dương nhỏ biết A: số khối (số khối lượng), có tổng số A proton neutron (nơtron) nhân Do khối lượng proton, xấp xỉ khối lượng neutron, xấp xỉ đơn vị cacbon (đvC, đơn vị Cacbon, đơn vị khối lượng ngun tử, amu, u, atomic mass unit); khối lượng electron khơng đáng kể so với khối lượng proton neutron (khối lượng electron nhỏ khối lượng proton hay neutron khoảng gần 840 lần) proton, neutron nhân ngun tử nên, cách gần đúng, coi khối lượng ngun tử khối lượng nhân ngun tử ngun tử có khối lượng ngun tử A đvC (Do vào A mà biết ngun tử nặng hay nhẹ, nên A gọi số khối) Còn tổng qt, số khối ln ln số ngun dương khối lượng ngun tử thường khơng số ngun đvC = đơn vị Cacbon = u = 1amu = đơn vị khối lượng ngun tử = ngun tử đồng vị 126C = khối lượng 12 gam 6,022.1023 Thí dụ: (Z = 1; A = 1): H thứ bảng hệ thống tuần hồn (BHTTH), có proton, 1H electon, có điện tích dương hạt nhân, khơng có neutron (nơtron), H có khối lượng ngun tử (ngun tử lượng, ngun tử khối) đvC 23 11 Na (Z = 11; A = 23): Na thứ 23 BHTTH, Na có 11 proton, có 11 điện tích dương hạt nhân, có 11 electron Na có 23 proton neutron Na có 23 – 11 = 12 neutron Na có khối lượng ngun tử 23 đvC 35 17 Cl (Z = 17; A = 35): Cl thứ 17; 17 proton; 17 điện tích dương hạt nhân; 17 electron; 35 – 17 = 18 neutron; khối lượng ngun tử ngun tử Cl 35 đvC 23 11 Na + có 11 proton, có 10 electron, 12 neutron, ion 23 11 Na + có khối lượng 23 đvC O 2− có proton, có 10 electron, neutron, ion 168 O 2− có khối lượng 16 đvC (Do khối lượng electron khơng đáng kể so với khối lượng proton, neutron nên coi khối lượng ion khối lượng ngun tử tương ứng) 16 I.2 Ngun tử đồng vị Ngun tử đồng vị ngun tử ngun tố hố học có khối lượng khác nhau, ngun tử đồng vị có số thứ tự ngun tử Z khác số khối A, nói cách khác ngun tử đồng vị có số proton khác số neutron nhân (Các ngun tử đồng vị có số thứ tự ngun tử Z nên BPLTH, ngun tử gọi đồng vị, vị trí) Thí dụ: 1 H Z=1 A=1 proton, neutron đvC H ( 12 D) Z=1 A=2 proton, neutron 2đvC H ( 31T ) Z=1 A=3 proton, neutron 3đvC Trên ba ngun tử đồng vị ngun tố Hiđro (Hidrogen) (D: Deuterium, Đơteri; T: Tritium, Triti) 35 17 Cl Z = 17 A = 35 17 proton, 18 neutron 35 đvC 37 17 Cl Z = 17 A = 37 17 proton, 20 neutron 37 đvC Trên hai ngun tử đồng vị ngun tố Clo (Clor) Ngun tố hố học loại ngun tử (thứ ngun tử) mà ngun tử ngun tố có số thứ tự ngun tử Z Còn ngun tử phần nhỏ ngun tố hóa học mà giữ tính chất ngun tố Thí dụ phân tử H2SO4 tạo ngun tố hố học (3 loại ngun tử hiđro, lưu huỳnh, oxi), ngun tử (2 ngun tử H, ngun tử S, ngun tử O) Có 92 ngun tố hóa học tự nhiên (Z: - 92), có khoảng 300 ngun tử đồng vị tự nhiên (Có khoảng 000 ngun tử đồng vị nhân tạo) Như trung bình ngun tố hóa học tự nhiên có khoảng ngun tử đồng vị Khối lượng ngun tử dùng để tính tốn hóa học khối lượng ngun tử trung bình ngun tử đồng vị diện tự nhiên với tỉ lệ xác định Thí dụ: Clo (Cl) có ngun tử đồng vị tự nhiên 35 17 Cl (chiếm 75% số ngun tử) 37 17 Cl (chiếm 25% số ngun tử) Do khối lượng ngun tử Cl là: 35(75) + 37(25) ≈ 35,5 MCl = M đồng vị Cl = 100 35 37 (Lấy khối lượng 17 Cl 35; khối lượng 17 Cl 37 lấy gần đúng, khối lượng thật đồng vị khơng số ngun) II Cấu hình electron ngun tử II.1 Định nghĩa Cấu hình electron (Cấu hình điện tử) ngun tử cách xếp electron ngun tử lớp phân lớp thích hợp Thí dụ: Cấu hình electron natri (Na, Z = 11) là: 1s2 2s2 2p6 3s1 (11 electron Natri vào lớp điện tử, lớp 1, lớp lớp Lớp có điện tử, lớp có điện tử, lớp có điện tử Có điện tử phân lớp s lớp 1, có điện tử phân lớp s lớp 2, có điện tử phân lớp p lớp 2, có điện tử phân lớp s lớp thứ 3) Viết cấu hình electron ngun tử nhằm mục đích qua biết tính chất hóa học ngun tử, kim loại hay phi kim, có tính khử hay tính oxi hóa, có hóa trị bao nhiêu, có số oxi hóa bao nhiêu,….Đồng thời vào cấu hình electron ngun tử biết vị trí ngun tố ngun tử bảng phân loại tuần hồn (bảng hệ thống tuần hồn) Thí dụ: Qua cấu hình electron Na cho thấy Natri có điện tử hóa trị, nên Na kim loại mạnh, có tính khử mạnh Na dễ cho điện tử hóa trị để tạo ion Na+ Do Na có hóa trị I, có số oxi hóa +1 hợp chất Natri thứ 11 BPLTH, Natri có lớp điện tử nên Na chu kỳ 3, Na phân nhóm nhóm I (IA) II.2 Qui tắc Klechkowski (qui tắc giúp viết cấu hình electron ngun tử) Điện tử vào phân lớp có mức lượng thấp trước, phân lớp có mức lượng thấp đủ điện tử mà dư điện tử tiếp điện tử vào phân lớp có mức lượng cao hơn;… Điện tử xếp vào phân lớp để ngun tử có lượng thấp (nên ngun tử bền nhất) Phân lớp có tổng trị số số lượng tử n số lượng tử phụ l nhỏ có mức lượng thấp Nếu phân lớp có tổng trị số (n + l) phân lớp có số lượng tử n nhỏ có mức lượng thấp Thí dụ: 1s có (n + l) = (1+ 0) = 1; 2s có (n + l) = (2 + 0) = 2; 2p có (n + l) = (2 + 1) = 3; 3d có (n + l) = (3 + 2) = 5; 4p có (n + l) = (4 + 1) = 5; 5s có (n + l) = (5 + 0) = 5; 4f có (n + l) = (4 + 3) = 7;….Số lượng tử n lớp (tầng) Số lượng tử phụ l phân lớp (phụ tầng) Số lượng tử phụ (l) Tên phân lớp (phụ tầng) s p d f g h i j k Trong phân lớp có chứa obitan (orbital, vân đạo) Số điện tử tối đa obitan 2, ký hiệu ↑↓ hay ↑↓ Phân lớp s có obitan, phân lớp p có obitan, phân lớp d có obitan, phân lớp f có obitan, phân lớp g có obitan,… Tổng qt lớp điện tử thứ n có n phân lớp Thí dụ lớp (lớp K) có phân lớp, phân lớp s Phân lớp s có obitan nên phân lớp s chứa tối đa điện tử; Lớp (lớp L) có phân lớp, phân lớp s phân lớp p Phân lớp p có obitan nên phân lớp p chứa tối đa điện tử; Lớp thứ (lớp M) có phân lớp, phân lớp: s, p d Phân lớp d có obitan nên phân lớp d chứa tối đa 10 điện tử; Lớp điện tử thứ (lớp N) có phân lớp, phân lớp: s, p, d f Phân lớp f có obitan nên phân lớp f chứa tối đa 14 điện tử Lớp điện tử thứ (lớp O) có phân lớp, phân lớp: s, p, d, f g; Lớp điện tử thứ (lớp P) có phân lớp, phân lớp: s, p, d, f, g h; Lớp thứ (lớp Q) có phân lớp…Tuy nhiên thực tế, số ngun tố biết khơng nhiều, Z khơng lớn, số điện tử khơng nhiều nên chưa đủ điện tử để xếp vào phân lớp g, h, i, j… mà cần phân lớp s, p, d f Khi viết 1s2 (đọc “một s hai”) hiểu có điện tử phân lớp s lớp thứ (số thứ tự lớp điện tử, chữ s phân lớp, số viết bên phía phải s cho biết số điện tử có mặt phân lớp); Khi viết 2p5 (đọc “hai p năm”) hiểu có điện tử phân lớp p lớp thứ hai; viết 3d8 (đọc “3 d 8”) hiểu có điện tử phân lớp d lớp thứ ba; Khi viết 4f12 (đọc “bốn f mười hai”) hiểu có 12 điện tử phân lớp f lớp 4… Phân lớp Số obitan phân lớp Số điện tử tối đa phân lớp Số thứ tự lớp điện tử n Tên lớp K L M N O s Tên phân lớp 1s 2s; 2p 3s; 3p; 3d 4s; 4p; 4d; 4f 5s; 5p; 5d; 5f; 5g p d 10 Số obitan (orbital) 16 25 n2 f 14 g 18 h 11 22 Số điện tử 18 32 50 2n2 Như lớp điện tử thứ n có n2 obitan 2n2 điện tử Giản đồ cách nhớ sau giúp biết thứ tự mức lượng tăng dần phân lớp 10s … 9s 9p 9d 9f 9g 9h 9i 9j 9k 8s 8p 8d 8f 8g 8h 8i 8j 7s 7p 7d 7f 7g 7h 7i 6s 6p 6d 6f 6g 6h 5s 5p 5d 5f 5g n + l = 4s 4p 4d 4f n+l=8 3s 3p 3d n + l = 2s 2p n + l = n+l=3 1s n+l=1 Thứ tự mức lượng tăng dần phân lớp sau: 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p 2a Bài tập 74 (Bộ đề TSĐH mơn hóa, đề 24) Điện phân nóng chảy hồn tồn a gam muối A tạo kim loại M halogen X ta thu 0,96 gam kim loại M catot 0,896 lít khí (ở đktc) anot Mặt khác hòa tan a gam muối A vào nước, sau cho tác dụng với AgNO3 dư thu 11,48 gam kết tủa Hỏi X halogen nào? Trộn 0,96 gam kim loại M với 2,242 gam kim loại M’ có hóa trị nhất, đốt hết hỗn hợp oxi thu 4,162 gam hỗn hợp hai oxit Để hòa tan hồn tồn hỗn hợp oxit cần 500 ml dung dịch H2SO4 nồng độ c mol/l a Tính % số mol oxit hỗn hợp chúng b Tính tỉ lệ khối lượng ngun tử M M’ c Tính c (nồng độ dung dịch H2SO4) (F = 19; Cl = 35,5; Br = 80; I = 127; Ag = 108; O = 16) ĐS: Cl a 66,67% oxit M; 33,33% oxit M’ b M : M’ = 12 : 56,05 c 0,12 mol/l Bài tập 75 (Bộ đề TSĐH mơn hóa) Viết phương trình phản ứng xảy điện phân dung dịch hỗn hợp gồm HCl, CuCl2, NaCl với điện cực trơ, có màng ngăn Bài tập 76 (Bộ đề TSĐH mơn hóa, đề 35) Hòa tan 1,12 gam hỗn hợp Ag Cu 19,6 gam dung dịch H2SO4 đặc, nóng (dung dịch A) thu SO2 dung dịch B Cho SO2 hấp thụ hết vào nước Br2, sau http://vietsciences.free.fr http://vietsciences.org Võ Hồng Thái Giáo khoa hóa vô 166 Biên soạn: Võ Hồng Thái thêm Ba(NO3)2 dư thu 1,864 gam kết tủa Cơ cạn dung dịch B, lấy muối khan hòa tan thành 500 ml dung dịch, sau điện phân 100 ml thời gian phút 43 giây với điện cực trơ cường độ dòng điện I = 0,5A Tính khối lượng Ag Cu hỗn hợp đầu a Tính nồng độ % axit H2SO4 A, biết có 10% H2SO4 phản ứng với Ag Cu b Nếu lấy dung dịch A pha lỗng để có pH = thể tích dung dịch sau pha lỗng bao nhiêu? (Coi axit H2SO4 điện li hồn tồn tạo 2H+, SO42- dung dịch) a Tính khối lượng kim loại catot b Nếu điện phân với anot Cu dung dịch khơng ion Ag+ khối lượng catot tăng gam khối lượng anot giảm gam? Biết anot xảy q trình: Cu - 2eCu2+ (Cu = 64; Ag = 108; Ba = 137; O = 16; S = 32) ĐS: 0,864g Ag; 0,0256g Cu a H2SO4 80% b 16 lít a 0,1728g Ag; 0,256g Cu b Catot tăng 0,1728g; Anot giảm 0,0512g Bài tập 77 (Bộ đề TSĐH mơn hóa) a Hãy nêu chất q trình điện phân b Những q trình xảy bề mặt điện cực platin điện phân dung dịch AgNO3? Viết sơ đồ điện phân phương trình dạng tổng qt c Nếu mơi trường dung dịch sau điện phân có pH = 3, hiệu suất điện phân 80% (so với lượng AgNO3 lúc đầu), thể tích dung dịch coi khơng đổi (1 lít) nồng độ chất dung dịch sau điện phân bao nhiêu? Khối lượng AgNO3 dung dịch ban đầu bao nhiêu? (Ag = 108; N = 14; O = 16) ĐS: HNO3 0,001M; AgNO3 0,00025M; 0,2125g AgNO3 Bài tập 78 (Bộ đề TSĐH mơn hóa) Điện phân nóng chảy muối AX (A kim loại kiềm, X Cl, Br I) ta thu chất rắn A khí B Cho A tác dụng với nước dung dịch A’ khí B’ Cho B’ tác dụng với B khí D Cho D tác dụng với A’ dung dịch E Cho q tím vào dung dịch E Viết phương trình phản ứng xảy giải thích q tím có màu gì? Các q trình điện phân phản ứng xảy với hiệu suất 100% Bài tập 79 (Bộ đề TSĐH mơn hóa, đề 61) Cho 9,16 gam bột A gồm Zn, Fe, Cu vào cốc đựng 170 ml dung dịch CuSO4 1M Sau phản ứng hồn tồn, thu dung dịch B kết tủa C’ Nung C’ khơng khí nhiệt độ cao đến khối lượng khơng đổi, 12 gam chất rắn Chia B thành hai phần nhau: - Thêm dung dịch NaOH dư vào phần 1, lọc kết tủa, rửa, nung khơng khí đến khối lượng khơng đổi, thu 5,2 gam chất rắn D http://vietsciences.free.fr http://vietsciences.org Võ Hồng Thái Giáo khoa hóa vô 167 Biên soạn: Võ Hồng Thái - Điện phân phần với điện cực trơ 10 phút với dòng điện cường độ 10 ampe a Tính khối lượng chất bề mặt điện cực b Tính thể tích dung dịch HNO3 5M để hòa tan hết hỗn hợp A, biết phản ứng tạo khí NO Các phản ứng xảy hồn tồn (Zn = 65; Cu = 64; Fe = 56; O = 16) ĐS: 1,9896g Cu; 0,4974g O2; 96 ml dd HNO3 5M CÂU HỎI ƠN PHẦN ĐIỆN PHÂN Điện phân gì? Sự điện phân khác với điện ly nào? Cho thí dụ cụ thể để minh họa So sánh giống khác q trình oxi hóa, q trình khử phản ứng oxi hóa điện phân Cho thí dụ minh họa Tại điện phân nước cần dung dịch axit, dung dịch bazơ dung dịch muối (như dung dịch H2SO4; dung dịch NaOH; dung dịch KNO3)? Viết q trình xảy điện cực điện phân dung dịch (dùng điện cực trơ) Trình bày điện phân dung dịch sau (điện cực khơng tan, có vách ngăn): KCl; KOH; CuCl2; FeSO4; HCl; Mg(NO3)2; AgNO3; NaBr; NiSO4; ZnCl2 Sự điện phân dung dịch với điện phân nóng chảy, điện phân tốn hơn? Tại sao? Sự điện phân nóng chảy thường dùng để làm gì? Trình bày điện phân nóng chảy chất sau đây: KCl; KOH; Al2O3 Trong điện phân Al2O3 nóng chảy nhằm thu kim loại nhơm (Al) catot, người dùng thêm chất criolit (Na3AlF4, AlF3.3NaF) để làm gì? Phát biểu định luật Faraday Viết biểu thức định luật Faraday nêu ý nghĩa đại lượng biểu thức Theo dõi định phân dung dịch hỗn hợp gồm HCl NaCl, dùng điện cực trơ, có vách ngăn pH dung dịch thay đổi q trình điện phân dung dịch hỗn hợp trên? Tại điện phân mà dùng điện cực anot tan, anot có q trình oxi hóa điện cực mà khơng có q trình oxi hóa khác? Cho thí dụ minh hoạ 10 Tại điện phân dung dịch NaCl; dung dịch K2SO4; dung dịch CaCl2; dung dịch Mg(NO3)2 catot có q trình nước bị khử mà khơng có q trình khử khác? http://vietsciences.free.fr http://vietsciences.org Võ Hồng Thái Giáo khoa hóa vô 168 Biên soạn: Võ Hồng Thái 11 Tại có nước bị khử catot hay nước bị oxi hóa anot khơng có q trình khác điện phân dung dịch? 12 Cho vài giọt dung dịch chất thị màu phenolptalein vào dung dịch KI đem điện phân dung dịch điện cực than chì (carbon graphit), ta thấy có sủi bọt khí điện cực, vùng dung dịch quanh điện cực có màu tím hồng, vùng dung dịch quanh điện cực lại thấy có màu vàng Hãy giải thích tượng Cho biết phenolptalein khơng có màu mơi trường axit trung tính, có màu tím hồng mơi trường kiềm http://vietsciences.free.fr http://vietsciences.org Võ Hồng Thái ... http:/ /vietsciences. free.fr http:/ /vietsciences. org Võ Hồng Thái 27 Giáo khoa hóa vô Biên soạn: Võ Hồng Thái Ghi G.1 Phản ứng tự oxi hóa khử (Phản ứng tự oxi hóa tự khử) loại phản ứng oxi hóa khử... 3xNO + 3yN2O + © http:/ /vietsciences. free.fr http:/ /vietsciences. org Võ Hồng Thái 24 Giáo khoa hóa vô Biên soạn: Võ Hồng Thái Thí dụ 7: +2y/x +2 FexOy +2m/n + CO Chất oxi hóa ⇐ Chất khử +2y/x +2m/n... 4H2SO4 3CH3-CHO + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O © http:/ /vietsciences. free.fr http:/ /vietsciences. org Võ Hồng Thái 25 Giáo khoa hóa vô Biên soạn: Võ Hồng Thái Thí dụ 10: +7 C6H12O6 + Chất khử 6C Mn 6C