Giáo trình bài giảng hóa đại cương

1 TRƯỜNGĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH KHOA KỸ THUẬT HĨA HỌC BỘ MƠN KỸ THUẬT HĨA VƠ CƠ * * * BÀI GIẢNG HĨA ĐẠI CƯƠNG SỌAN: TS HÙYNH KỲ PHƯƠNG HẠ (Dựa tài liệu tham khảo sách Hóa Đại Cương GS Nguyễn Đình Soa GS Acmetop) CHƯƠNG I NHỮNG KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH LUẬT CƠ SỞ CỦA HOÁ HỌC Nguyên tử Nguyên tử phần tử nhỏ nguyên tố hoá học, phân chia nhỏ mặt hoá học Trong phản ứng hoá học, nguyên tử không thay đổi Phân tử Phân tử tập hợp nhóm nguyên tử (có thể khác loại) Các nguyên tử liên kết với phân tử theo kiểu liên kết khác Nguyên tố hoá học Là chất tạo thành từ nguyên tử có điện tích hạt nhân giống Chất hoá học Đồng có thành phần cố đònh Đơn chất, hợp chất Khối lượng nguyên tử phân tử Đònh luật bảo toàn khối lượng Đònh luật tỉ lệ bội (Đònh luật Đalton) Nếu hai nguyên tố hóa hợp với tạo thành số hợp chất lượng khối lượng nguyên tố so với lượng khối lượng nguyên tố tỉ lệ với số nguyên đơn giản Ví dụ: FeS, FeS , với 56 đơn vò khối lượng Fe 32:56; 64:56  tỉ lệ S 32:64 = 1:2 N O, NO, N O , NO , N O với 14 đơn vò khối lượng N thì: 16 24 32 40 , , , va  : 16 : 24 : 32 : 40  : : : : 14 14 14 14 14 Đương lượng đònh luật đương lượng: 9.1 Đương lượng: Đ Đương lượng nguyên tố hay hợp chất số phần khối lượng nguyên tố hay hợp chất kết hợp thay vừa đủ với đương lượng nguyên tố hay hợp chất khác 9.2 Cách tính đương lượng: a Đương lượng nguyên tố Đ  A n A: khối lượng nguyên tử n: hóa trò nguyên tố 12 6 12 CO Đ C  3 b Đương lượng axit: Maxit Đa   So H tham gia phan ung Ví dụ: Trong CO Đ C  Ví dụ: axit 1H  Đ = M axit 3H  : H PO c Đương lượng bazơ: M bazơ Đb  SốOH  thamgiaphảnứng d Đương lượng muối: M Đ m  muối n n: Số điện tích ion (anion cation) thay M Fe SO 3 Ví dụ: Đ Fe SO 3  n 2 n = 3 theo SO n =  theo Fe 3 Fe SO 3  2NH OH  2FeOH SO  NH 2 SO Đ NH 4OH  M NH4OH có nhóm OH  Đ Fe SO 3  M Fe SO 3 1SO   400 c Đương lượng chất oxi hóa-khử: Đ  M n M: khối lượng phân tử chất n: số e trao đổi phản ứng Ví dụ: 8Al  3KNO  5KOH  2H O  3NH  8KAlO A 27 Đ Al   9 (số e từ Al  Al 3  ) n Đ KOH  M KOH Đ KNO3  M KNO3 N 5  N 3  8e   9.3 Đương lượng gam: Đương lượng gam chất lượng tính g chất có số đo đương lượng Ví dụ: Đ H 2SO  98 hay 49 Đ lg  98 hay 49g 9.4 Đònh luật đương lượng: -Trong phản ứng hóa học số đương lượng chất tham gia phản ứng phải - Trong phản ứng hóa họa đương lượng chất kết hợp thay đương lượng chất khác mà 9.5 Nồng độ đương lượng: Là số đương lượng gam chất tan lít dung dòch Ký hiệu N hay C N (Nồng độ nguyên chuẩn) m Đ  Đònh luật viết thành A + B = C + D hay A  A m B ĐB N A VA  N B VB Ví dụ: Tìm thể tích H O để pha dung dòch HCl 0.4M (5ml) thành dung dòch HCl 0.01M Ở Đ HCl  M HCl  C M  C N tức : N A VA  N B VB  0.4   VB  0.01  VB  200ml  lượng H O thêm vào VH 2O  200   195ml Ví dụ: Xác đònh xác nồng độ đương lượng nguyên chuẩn HCl cho biết nồng độ nguyên chuẩn xút 0.1N VHCl  25, VNaOH  26ml  HCl  NaOH  NaCl  H O 0.1  26 N A VA  N B VB  N HCl 25  0.1  26  N HCl  N  25 10 Phương trình trạng thái khí lý tưởng: pV = nRT p: áp xuất (mmHg, V: thể tích (ml, lít)   T: nhiệt độ Kenvin T  t C  273 K n: số mol R: Hằng số khí lít.atm ml.mmHg R = 0.082 R = 62400 mol K mol K R = 1.987 cal / mol K  Đònh luật Avogadro: (xác đònh khối lượng nguyên tử phân tử Tự đọc) Một mol khí điều kiện tiêu chuẩn 0 C,760mmHg phải chứa số phân tử 6.023  10 23 N  6.023  10 23 (N số Avogadro) Từ tính khối lượng xác nguyên tử phân tử M pt 31.9988 Ví dụ: m 02  m pt   5.312  10  23 g N N   CHƯƠNGII NGUYÊN TỬ VÀ QUANG PHỔ NGUYÊN TỬ Nguyên tử quang phổ nguyên tử (tự đọc) Thuyết cấu tạo nguyên tử Borh_Xomecphen:  -Tomxơn: Nguyên tử gồm điện tích (+) phân bố đồng toàn thể tích nguyên tử e chuyển động điện tích dương  -Rodơpho: Nguyên tử gồm hạt nhân điện tích dương tập trung phần lớn khối lượng nguyên tử e (-) quay xung quanh hạt nhân  Năm 1913, Bo đưa thuyết mới, dựa Rodơpho Plăng (sau Xomeephen bổ xung phát triển), gồm đònh đề:  Electron quay quanh hạt nhân quỹ đạo mà quỹ đạo tròn, đồng tâm có bán kính đònh gọi nhũng quỹ đạo bền (hay quỹ đạo cho phép)  Khi quay quỹ đạo bền electron không phát lượng điện từ  Năng lượng (E) phát hay hấp thụ electron chuyển từ quỹ đạo bền sang quỹ đạo bền khác hiệu số lượng electron E đ E C E  E đ  E C  h h: số Plăng h  6.625  10 27 erg sec  : tần số xạ  Ưu điểm mẫu Bo: Biểu tượng mẫu Bo dùng Giải thích ý nghóa vật lý quang phổ nguyên tử H Tính bán kính, tốc độ lượng nguyên tử H Từ nguyên tử Hidro áp dụng gần cho nguyên tử nhiều e + Bán kính quỹ đạo bền: n2h2 r A0 4 me n: số lượng tử chính, m: trọng lượng e  9.1  10 28 g e: giá trò tuyệt đối điện tích e  4.8  10 10 đơn vò tónh điện  r1  0.529A * đơn vò tónh điện Cm / g1 / s 1 với r1 : r2 : r3  12 : 2 :   + Tính lượng: 2 me E  eV n h2 1eV  1.6  10 12 erg  3.8  10 20 cal + Tốc độ chuyển động e quỹ đạo bền: 2e   n h Về sau, Xomecphen bổ xung rằng: quỹ đạo bền e nguyên tử tròn hay clip Trong đó: a  n r (bán kính trục lớn) b = nlr (bán kính trục nhỏ) n: số lượng tử l: số lượng tử phụ e: bán kính ứng với n  Nhược điểm: + Không xác đònh vò trí e chuyển quỹ đạo + Không giải thích đặc trưng quang phổ quang trọng cường độ độ bội + Không với nguyên tử nhiều e r b a Cấu tạo nguyên tử theo quan niệm đại học lượng tử: Ba luận điểm sở học lượng tử: Vật vi mô có tính chất hạt sóng Lui dơ Brơi (1924) đưa giả thuyết tính chất qua hệ thức h  mV  Hạt vi mô có khối lượng m chuyển động với tốc độ V tạo nên sóng truyền với bước sóng  Nguyên lý bất đònh Hâyxenbec (1927) Không thể đồng thời xác đònh xác vò trí lẫn tốc độ vật vi mô h x.V  m 2 x : Độ bất đònh vò trí V : Độ bất đònh tốc độ  Không biết xác tốc độ vật vi mô, biết xác xuất có mặt chỗ không gian Phương trình sóng Sơrôđingơ (1926)  2  2  2 8 m    E  V  x y z h2  : Hàm số sóng tương ứng với biên độ sóng ba chiều V: Thế hạt x, y, z : tọa độ hạt e2 Với Hydro thay V   ta có: r  2  2  2 8 m  e2     E  r x y z h       : dương để biểu xác xuất có mặt e  đơn vò: mật độ xác xuất e đơn vò thể tích dV Trạng thái e nguyên tử đám mây e: Theo học lượng tử, e không nằm mặt phẳng mà no nằm vò trí không gian xung quanh hạt nhân Trong đó, mặt thời điểm vớ i xác suất có mặt khác vùng không gian đám mây electron “Đám mây electron vùng không gian gần hạt nhân bao gồm 90% điện tích, khối lượng electron hình dáng đám mây electron bề mặt bao quanh vùng không gian này” Các số lượng tử ý nghóa: Có số lượng tử để biểu thò trạng thái electron nguyên tử 4.1 Số lượng tử chính, ký hiệu n (số lớp electron) -Số lượng tử n biểu thò kích thước nguyên tử, n lớn kích thước nguyên tử lớn - n số nguyên dương từ   electron số lượng tử có mức lượng E  E  E  E n - Các electron lớp có ký hiệu gọi lớp lượng tử Số lượng tử chính: Ký hiệu lớp lượng tử tương ứng: K L M N O P Q 4.2 Số lượng tử ocbitan l hình dạng đám mây electron (l: gọi số lượng tử phụ hay phương vò) - Nó cho biết hình dạng đám mây electron Có n giá trò l từ  n  Nó cho biết phân mức lượng (phân lớp electron) Số lượng tử ocbitan: Ký hiệu phân lớp lượng tử s p đ f g h E s  E p   E h (hình dạng đám mây s, p d sách giáo khoa trang 56)  Kết luận: Chỉ qua hai số lượng tử ta mô tả trạng thái electron dựa vào kích thước hình dạng 4.3 Số lượng tử m ocbitan nguyên tử: - Có (2l + 1) giá trò m giá trò m ocbitan nguyên tử Các giá trò từ  l   l Ví dụ: n l m 0 có 10N s 0,1 0,  có 30N p x ,y ,z … 0,1,2 0,1,2 có ON d xy,xz,z ,x y  4.4 Số lượng tử spin s: Xác đònh trạng thái riêng electron có hai giá trò  1/ - Quy ước: s = ½ quay thuận chiều kim đồng hồ, s = -1/2 ngược lại  Tóm lại: Trạng thái electron nguyên tử hoàn toàn xác đònh số lượng tử n, l, m s Trạng thái lượng electron nguyên tử nhiều electron: Tìm hiểu điều để đưa quy luật xếp electron vào nguyên tử, từ biết công thức electron nguyên tử Kết nghiên cứu từ phương trình sóng Sơrôdingơ cho thấy trạng thái electron phụ thuộc vào số lượng tử n, l, m s Tuy nhiên tương tác electron mà trạng thái lượng phụ thuộc vào n l Ví dụ:Z=11 + Từ xuất hai hiệu ứng quan trọng: 5.1 Hiệu ứng chắn: Gây electron bên chuyển động tạo nên chắn electron với hạt nhân, làm giảm lực hút hạt nhân với electron Hiệu ứng chắn tăng số electron tăng (tức số z tăng) n, l tăng 5.2 Hiệu ứng xâm nhập: Ngược lại với hiệu ứng chắn: Nó làm tăng lực hút hạt nhân với electron xâm nhập vào gần hạt nhân electron bò chắn Khả xâm nhập electron bên giảm theo chiều l tăng Công thức electron theo thực nghiệm: 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < ơ3… Các quy luật xếp electron nguyên tử nhiều electron:  Nguyên lý vững bền: Các electron xếp vào nguyên tử từ mức lượng thấp đến mức lượng cao, mức lượng thấp bền vững  Nguyên lý loại trừ Paoli: Trong nguyên tử có electron có số lượng tử e , n  1( K ), l  0( s ), m  0, s  / Ví dụ: He e2 , n  1( K ), l  0( s ), m  0, s  1 /  giá trò m 1ON ON có electron có spin ngược gọi electron ghép đôi Còn electron ON gọi electron độc thân Số electron tối đa phân lớp là: s : , p : , d : 10 , f : 14 Tức là: Số electron phân lớp là: (2l + 1) Số electron tối đa lớp là: 2n  Quy tắc Hun: Trạng thái bền nguyên tử ứng với xếp electron cho giới hạn phân mức lượng giá trò tuyệt đối tổng spin phải cực đại (hay số electron độc thân cực đại) Mỗi electron biểu diễn mũi tên, orbital biểu diễn ô vuông Ví dụ: minh họa  Quy tắc Clescovxki: Quy tắc 1: Sự xếp electron vào ô ON điện tích hạt nhân nguyên tử tăng lên xảy theo thứ tự từ ON có tổng n + l nhỏ đến lớn Ví dụ: 1s 2s 2 p 3s p  Quy tắc 2: Sự xếp electron vào ON có tổng số n + l xảy theo hướng tăng dần giá trò n Ví dụ: Cu Z = 21 3d, cón  l  5, n  3chọn 2 6 2 1s 2s p 3s 3p 4s 4 p, cón  l  5, n  chọn 5s, cón  l  5, n  5chọn  Tóm lại: Trong công thức electron nguyên tử: Số thứ tự số electron (n) Chữ số phân lớp electron (l) Số mũ số electron có mặt (hoặc tối đa) ytong phân lớp SƠ ĐỒ TRẬT TỰ SẮP XẾP ELECTRON VÀO CÁC ORBITAL NGUYÊN TỬ: 10 l n 1 1s 3 Tổng số n+l 3d 4d 4f 2s 2p 3s 3p 4s 4p 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 6f 7s 7p 7d 7f 10 CHƯƠNGIII ĐỊNH LUẬT TUẦN HOÀN, HỆ THỐNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC VÀ CẤU TẠO NGUYÊN TỬ Đònh luật tuần hoàn Mendeleev: Năm 1869 Mendeleev phát biểu đònh luật tuần hoàn sau: “ Tính chất đơn chất dạng tính chất hợp chất nguyên tố hóa học phụ thuộc tuần hoàn vào trọng lượng nguyên tử nguyên tố” Ngày nay, nhà khoa học đại phát biểu sau: “Tính chất đơn chất dạng tính chất hớp chất nguyên tố hóa học phụ thuộc tuần hoàn vào điện tích hạt nhân nguyên tử nguyên tố” Hệ thống tuần hoàn nguyên tố hóa học cấu trúc electron nguyên tử.(Bảng ngắn) 2.1 Chu kỳ: Bố trí theo hàng ngang, có thứ tự từ đến Khởi đầu chu kỳ nguyên tố kim loại kiềm (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) kết thúc nguyên tố khí trơ (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rr) - Ba chu kỳ đầu chu kỳ nhỏ, gồm dãy nguyên tố, chu kỳ gọi chu kỳ đặc biệt, có H He - Chu kỳ 2, gọi chu kỳ điển hình, có nguyên tố - Bốn chu kỳ lại có hai dãy nguyên tố, gọi chu kỳ lớn: 49 2.2 Tính pH dung dòch điện ly: a pH dung dòch axit mạnh:   Axit mạnh điện ly hoàn toàn: HA  H   A  có H   C HA  pH   lg C H    lg C a b pH axit yếu đơn bậc Đầu HA  H   A  Ca 0 Phân ly x  x x Cân C a  x x x Ka  Ka  x2 Ca  x   Do HA yếu  x  C a  C a  x  C a  x  K a C a  H   pH   lg H    lg K a  lg C a    c pH dung dòch axit yếu đa bậc: K  K  K , bỏ qua K , K ta có: pH   lg K1  lg C a  d pH dung dòch bazơ mạnh: MOH  M   OH  C OH   C b pOH   lg C OH    lg C b  pH  14  lg C b e pH dung dòch bazơ yếu đơn bậc: 1 pOH   lg K b  lg C b   pH  14  lg K b  lg C b  2 f pH dung dòch bazơ yếu đa bậc: 1 pOH   lg K b1  lg C b   pH  14  lg K b1  lg C b 2   Chất thò màu: - Thường Axit hay Bazơ yếu, chất có màu sắc thay đổi tùy pH + Ký hiệu chất thò màu Axit yếu HInd HInd  H + Ind  dạngAxit dạngBazơ Dạng HInd có màu khác với dạng Ind  Ví dụ: phenolphtalein HP, q HQ HP H + P  Axit không màu Bazơ màu hồng  HQ H +  Q Axit đỏ Bazơ xanh 50  Hằng số điện ly chất thò màu: C C  C MàudạngAxit K Ind  H Ind  C H   K Ind HInd  K Ind C HInd C Ind MàudạngBazơ C H  tăng màu dạng axit chiếm ưu thế, pH giảm ngược lại Chuyển qua pH pH  pK Ind  lg C Ind  C HInd pH tăng màu Bazơ chiếm ưu thế, ngược lại Dung dòch đệm: Đònh nghóa: Dung dòch đệm dung dòch có giá trò pH xác đònh không thay đổi pha loãng, hay thêm vào lượng nhỏ axit hay bazơ mạnh - Nói chung dung dòch đệm tạo thành cách trộn axit yếu với muối (hệ đệm axit) trộn bazơ yếu với muối (hệ đệm bazơ) Ví dụ: CH COOH  CH COONa, NH OH  NH Cl - Cơ chế tác dụng đệm:   CH COOH  CH COO  H Xét hệ:  CH COONa  CH COO   Na  - Khi thêm axit mạnh HA  H   A  H   CH COO   CH COOH Kém điện ly pH thay đổi - Khi thêm MOH  M   OH  ta có: OH   H  cósẵn   H O, lúc lại có CH 3COOH  H   CH COO   pH thay đổi - Tính pH dung dòch đệm: Hệ đệm axit: Ví dụ hệ axetat Ta có lúc đầu có CH COOH C h  K a C CH3COOH C CH COO Thêm CH COONa vào ta có: CH COONa phân ly hoàn toàn  Na   CH COO  CH COOH phân ly không đáng kể CH 3COO  lớn  C CH 3COOH  C a  C a   C a C CH COO  C m  C a   C m  C h  K a Ca Cm  pH  pK a  lg Cm Ca Hệ đệm bazơ: Lý luận tương tự trên, ta có:  C  pH  14   pK b  lg m  Cb   51 Pha chế dung dòch đệm pH: Trước hết chọn axit bazơ có pK a , 14  pK b gần với pH cần có, sau tính tỉ số nồng độ muối axit (bazơ) để có pH cần thiết Chương XII CÂN BẰNG TRONG DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LY KHÓ TAN Chất điện ly khó tan – cân dung dòch – tích số tan - Trong dung dòch nước bão hòa chất điện ly khó tan có cân dò thể: A m B n r   mA  n dd   nB m dd  K a mA n a nA  m a A m Bn hoạt độ chất rắn không đổi, nên: K.a A m Bn  a mA n a nBm  const Đặt T: Tích số tan T  a mA n a nBm Xem dung dòch bão hòa có nồng độ hoạt độ TA m Bn  C mA n C nB m fAmmBnn Ta có: G  RT ln TA m Bn  H  TS0 Tích số tan độ tan: (bảng 28) Gọi S độ tan tính theo mol/l A m Bn  TA m Bn  mS nS  m m n n S m  n  m Hay độ tan S  m  n  n TA m Bn mm nn Điều kiện tan kết tủa: C mA n C nB m  TA m Bn Điều kiện tạo kết tủa: C mA n C nBm  TA m Bn Ảnh hưởng ion dung dòch đến S: Trong dung dòch chất tan khó điện ly, có mặt chất điện ly mạnh, ta thay nồng độ hoạt độ, ta có: TA B S  m  n  m nm nm  n  m n f A m Bn 52 3.1 Khi thêm chất lạ ion chung với chất điện ly: - lực ion I tăng, làm hệ số hoạt độ f giảm dẫn đến làm tăng độ tan chất điện ly Ví dụ: Tích số tan Ag CrO  10 12 t C nước    Ag CrO  Ag  CrO 2 T Ag2CrO4  C Ag  2C  C  4C C CrO   C CrO   T  10 12   7.9  10 5 mol / l 4 Mà nồng độ [CrO4-2] dung dòch độ tan Ag 2CrO4, tức S = 7.9x10-5 M Trong dung dòch KNO 0.01N I '  C Ag   12  CCrO  2  / 2(C K   12  C NO )  C K   C NO  0.01 '  f Ag2CrO  0.79    S'     10   0.79  1.4  10 4 mol / l 1.4  10 4  1.77 lần 7.9  10 5 Chú ý lập luận gần đúng, cho ion lạ vào độ tan thay đổi , không dựa tích số tan mà dựa tích số ion thực tế  Độ tan tăng 3.2 Khi thêm chất lạ có ion chung với chất điện ly khó tan: - I f tăng, nồng độ ion chung tăng mạnh nên làm cho độ tan phải giảm xuống theo nguyên lý chuyển dòch can Trong dung dòch AgNO 0.01M AgNO  Ag   NO 3 I, f  I = 0.01, f = 0.79 2 Nhưng T Ag2CrO4  C Ag  0.01 CCrO2 C CrO  4 8 Do C CrO2   T Ag2CrO4  10   10 mol / l Ở nồng độ [CrO4-2] dung dòch độ tan Ag2CrO4 8.22  10 5  Độ tan giảm  4.11  10 lần 8  10 53 Chương XIII PHẢN ƯNG TRAO ĐỔI ION VÀ CÂN BẰNG THỦY PHÂN – TRUNG HÒA Phản ứng trao đổi ion dung dòch điện ly: Ax  By  Ay  Bx - Theo nhiệt động học, ta có: G  RT ln K  Điều kiện xảy phản ứng trao đổi ion là: + Một sản phẩm chất kết tủa, chất điện ly yếu hay chất bay Ví dụ: PbNO 2  Na SO  PbSO  2NaNO KCN  HNO  HCN  KNO Na S  2HCl  H S  2NaCl - Trong trường hợp hai vế có chất khó tan, điện ly yếu, dễ bay Ví dụ: AgCl   KI  AgI   KCl Ta phải dựa vào số điện ly, tích số tan để so sánh Phản ứng thủy phân cân thủy phân Đònh nghóa: “Sự thủy phân muối phản ứng trao đổi ion muối với ion nước” Ví dụ: MA  H O  MOH  HA Phản ứng thủy phân phản ứng ngược phản ứng trung hòa phản ứng T – N Sau xét thủy phân cụ thể số loại muối khác 2.1 Muối tạo thành axit mạnh bazơ yếu: Ví dụ: NH Cl  H O  NH OH  HCl Phương trình ion phân tử rút gọn: NH 4  H O  NH OH  H  n Độ thủy phân: h  n0 n: số phân tử muối bò thủy phân n : số phân tử muối hòa tan dung dòch 54 Hằng số thủy phân: K T M   H O  MOH  H  C C  K b  OH M C MOH  KT  với C H  Kn C OH  C MOH K n K  n C M  C OH  K b Gọi C m nồng độ muối h độ thủy phân C MOH  C H   C m h CM   Cm  Cm h K C m h.C m h h2  Cm C m  Cm h 1 h Nếu độ thủy phân nhỏ   h  Ta có: Kt Kn K t  Cm h2  h   Cm K bCm 2.2 Muối tạo axit yếu bazơ mạnh H 2O Ví dụ: CH 3COONa   NaOH  CH COOH  A   H O  HA  OH  C A C OH  K n Kt   C A Ka h Kn K aCm 2.3 Muối tạo axit yếu bazơ yếu Ví dụ: NH CN  H O  HCN  NH OH NH 4  CN   H O  NH OH  HCN Nếu K a  K b  môi trường axit, ngược lại K a  K b  trung tính Tổng quát: M   A   H O  HA  MOH C C K t  HA MOH nhân hai vế cho K n  C H  C OH  C M C A  Kt  C MA C MOH Kn C HA C MOH  Kn C M C A  C H  C OH  C H  C A  C M C OH   Kt  Kn K aK b , h Với thủy phân nhiều bậc CO 32  H O  HCO 3  OH  Kn K aK b 55 HCO 3  H O  H CO  OH  K K K t  n , K t1  n K a1 K a2 Do K a1  K a  K t1  K t Kết luận: Axit, bazơtạo thành điện ly thủy phân lớn  Nồng độ tăng độ thủy phân giảm  Nhiệt độ tăng độ thủy phân tăng  K t phụ thuộc vào nhiệt độ 2.4 Tính pH dung dòch muối thủy phân 1) M   H O  MOH  H   axit mạnh bazơ yếu pH  pK n  pK b  lg C m  2) Axit yếu, bazơ mạnh A   H O  HA  OH  pH  pK n  pK a  lg C m  3) Axit yếu, bazơ yếu M   A   H O  MOH  HA pH  pK n  pK a  pK b  Với muối thủy phân nhiều bậc, áp dụng công thức vào bậc thủy phân thứ nhất, cần lưu ý sử dụng K a2 hay K b (ứng với K t1 ) Chuẩn độ axit, bazơ - Để chuẩn độ axit bazơ, ta sử dụng tương quan sau: C V (nồng độ đương lượng) C HA  MOH MOH VHA Điểm axit bazơ vừa phản ứng đủ với gọi điểm tương đương Ta xây dựng đường cong chuẩn độ để xác đònh màu thích hợp 3.1 Chuẩn độ axit mạnh bazơ mạnh Ví dụ: Chuẩn độ HCl  NaOH 56 pH Bước nhảy pH VNaOH Bước nhảy: lúc mà VNaOH làm pH tăng nhiều Chọn chất thò màu thích hợp cho khoảng đổi màu nằm bước nhảy Ở đây, ta có da cam metyl, đỏ metyl, lam bromtimol, đỏ crezol phenol phatalein 3.2 Chuẩn độ acid yếu baz mạnh: Ví dụ: Chuẩn độ CH3COOH NaOH Ở pH này, chọn chất thò màu phenol phtalein đỏ crezol pH Bước nhảy pH VNaOH 3.3 Chuẩn độ base yếu acid mạnh: Ví dụ: Chuẩn độ NH4OH HCl Trong khoảng ta chọn màu da cam metyl hay đỏ metyl 57 pH Bước nhảy pH (3.2 ÷ 6.5) VHCl Chương XIV ĐIỆN HÓA HỌC Phản ứng oxy hóa – khử dòng điện 1.1 Phản ứng oxy hóa – khử: (O – K) Khái niệm: Phản ứng oxy hóa khử phản ứng có trao đổi electron nguyên tử nguyên tố tham gia phản ứng làm thay đổi số oxy hóa nguyên tố - Quá trình cho electron gọi trình oxy hóa, chất cho electron gọi chất khử (chất bò oxy hóa) Ví dụ: Zn  2e  Zn 2 - Quá trình nhận electrongọi trình khử, chất nhận electron gọi chất oxy hóa Ví dụ: Cu 2  2e  Cu Tổng quát: Kh I  Ox I  ne Ox II  ne  Kh II 58  Kh I  Ox II  Ox I  Kh II Cặp oxy hóa – khử Ox I / Kh I , Ox II / Kh II 1.2 Cân phản ứng O – K: Nguyên tắc 1: Tổng số electron cho chất khử phải tổng số electron chất oxy hóa nhận vào Các bước tiến hành cân + Bước 1: Xác đònh thay đổi số oxy hóa chất + Bước 2: Lập phương trình electron – ion, với hệ số cho qui tắc + Bước 3: Thiết lập phương trình ion phản ứng + Bước 4: Cân theo hệ số tỉ lượng Ví dụ: Al  CuSO  Al SO 3  Cu  Al  3e  Al 3   2 Cu  2e  Cu   Al  3Cu 2  2Al 3  3Cu 2Al  3CuSO  Al SO 3  3Cu - - Nguyên tắc 2: Thiếu O bên nào, thêm nước bên đó, bên H  Đối với phản ứng O – K xảy môi trường axit dạng Ox chất Ox có chứa nhiều nguyên tử Oxy dạng khử phải thêm H  vào vế trái (dạng Ox) thêm nước vào vế phải (dạng khử) Nếu dạng khử chất Kh chứa nguyên tử Oxy dạng Ox thêm nước vào vế trái (dạng K) H  vào vế phải (dạng Ox) Ví dụ: KMnO  KNO  H SO  MnSO  KNO  K SO  H O MnO 4  5e  Mn 2 NO 2  2e  NO 3 MnO 4  5e  8H   Mn 2  4H O NO 2  2e  H O  NO 3  2H  2 5 2MnO 4  5NO  6H   2Mn   5NO 3  3H O  2KMnO  5KNO  3H SO  2MnSO  5KNO  K SO  3H O Nguyên tắc 3: Thiếu O bân thêm OH  bên đó, bên nước - Phản ứng O – K xảy môi trường bazơ, dạng Ox chất Ox chứa nhiều Oxy dạng khử phải thêm nước vào vế trái, OH  vào vế phải - Nếu dạng K chất K chứa Oxy dạng Ox phải thêm OH  vào vế trái, nước vào vế phải Ví dụ: KClO  CrCl3  KOH  K CrO  KCl   H O 59 ClO 3  6e  3H O  Cl   6OH  Cr 3   3e  8OH  CrO 2  4H O 1 2 ClO 3  2Cr 3  OH   Cl   2CrO 42  5H O KClO  2CrCl  10KOH  7KCl  2K CrO  5H O   Nguyên tắc 4: Thêm nước vế trái hết, vế phải: OH  thêm e, H  e - Phản ứng môi trường trung tính Nếu dạng Ox chất Ox chứa nhiều nguyên tử Oxy dạng Kh phải thêm nước vào vế trái, OH  vào vế phải - Nếu dạng Kh chất Kh chứa nguyên tử Oxy dạng Ox phải thêm nươc vào vế trái, H  vào vế phải Ví dụ: KMnO  KNO  H O  MnO  KNO  KOH MnO 4  3e  2H O  MnO  4OH    NO  2e  H O  NO  2H 2  3 2MnO 4  3NO 2  H O  MnO  3NO 3  8OH   6H   6H O  2OH  2MnO 4  3NO 2  H O  2MnO  3NO 3  2OH   2KMnO  3KNO  H O  2MnO  3KNO  2KOH 1.3 Phản ứng O – K dòng điện Nguyên tố ganvanic điện cực: - Ở điều kiện bình thường, phản ứng O – K xảy nơi hóa biến thành nhiệt - Ở điều kiện đặc biệt phản ứng O – K xảy gián tiếp hai nơi khác hóa biến thành điện (qua dây dẫn) Nguyên tố ganvanic: Là thiết bò chuyển hóa sang điện Cấu tạo gồm hai kim loại, nhúng dung dòch muối nó, nối với qua sợi dây dẫn kim loại Zn (-) Cu (+) Màng xốp Zn2+ ZnSO4 SO42CuSO4 Ở điện cực kẽm: Zn  2e  Zn  gọi âm cực (Catod) Điện cực đồng: Cu 2  2e  Cu gọi dương cực (Anod) 60 Tức âm cực xảy trình Oxy hóa, Zn chất khử Ở dương cực xảy trình khử, Cu chất Ox Phương trình ganvanic Zn  Cu 2  Zn 2  Cu Người ta ký hiệu nguyên tố ganvanic: Zn ZnSO CuSO Cu  hay  Zn Zn 2 Cu 2 Cu  1.4 Sức điện động nguyên tố ganvanic: Thế hiệu cực đại xuất hai cực nguyên tố ganvanic gọi sức điện động nguyên tố ganvanic, mà nguyên tố ganvanic hoạt động T – N Kí hiệu: VMax  E Sức điện động tiêu chuẩn nguyên tố gavanic E đo p = atm, C M (hay a) = A 'm  G  nFE -  G  nFE  G  RT ln C CC C Dd C Aa C Bb Với aA  bB  cC  dD   nFE   RT ln K  RT ln C Cc C dD C aA C Bb Khi C A  C B  C C  C D   nFE  RT ln K Và G  nFE  E  E  RT C cC C dD ln nF C aA C bB Trong đó: n: Số đương lượng gamchất tham gia vào phản ứng Nếu tính với ion gam chất phản ứng n điện tích ion hay số electron trao đổi F = 96500 (nếu A 'm J) F = 23062 (cal) Ví dụ: RT C Cu C Zn  ECu / Zn  ECu ln / Zn  F C Zn C Cu  Do C Cu C Zn không đổi: RT C Zn   E Cu / Zn  E 0Cu / Zn  ln 2F C Cu Ta có: E  E  RT Ox ln nF Kh E     E   0   0 Ví dụ: E 0Cu / Zn   0   0  0.337   0.763  1.1V Thế điện cực chiều trình O – K: 2.1 Thế điện cực:   Là đại lượng hiệu so với điện cực hydro tiêu chuẩn  H0  61 Ký hiệu:   : Thế điện cực tiêu chuẩn n: Số electron trao đổi trình điện cực Phương trình Nec: Chất khử  Ox  ne RT Ox  0  ln nF Kh 0.059 Ox     00  lg n Kh Thay T  298 K F  96500 R  8.31   phụ thuộc: Bản chất chất tham gia trình điện cực  , n nhiệt độ T, nồng độ chất tham gia trình điện cực C  gọi  Ox – K hay Oxy hóa  G  nF  G  nF 2.2 Chiều trình O – K: - Xét cặp O – K Ox / Kh1 vàOx / Kh  Kh1  Ox1  ne 1 Kh  Ox  ne 2 Khi trộn cặp này, có phản ứng O- K Kh1  Ox  Kh  Ox - Phản ứng xảy theo chiều thuận khi: G  nFE /  nF  1      1 Quy tắc: “Phản ứng O – K xảy theo chiều dạng Ox cặp O – K có  lớn Ox dạng Kh cặp O – K có  nhỏ hơn” - Thực tế dùng  0 , 0 để xét Nhưng  0   0 bé phải tính toán   ,  Sự điện phân – Điện phân dung dòch chất điện ly nước: Đònh nghóa: Sự điện phân trình O – K xảy bề mặt điện cực cho dòng điện chiều qua dung dòch chất điện ly qua chất điện ly nóng chảy có làm theo biến đổi nhiệt thành hóa - Ở ta xét trình điện phân dung dòch chất điện ly nước 3.1 Các trình Catod: Ở dạng Ox cation kim loại hydro dung dòch chất điện ly Ta cần so sánh điện cực kim loại hydro  H  0.059pH  0.059   0.41V Tức điều kiện trung tính  H  0.41V 62 - Nếu  kl   H  kim loại kết tủa: Từ Sn  cuối dãy - Nếu  kl   H  H  : Từ Ti  đầu dãy 2H   2e  H  (Trong môi trường axit) 2H O  2e  H  2OH  (Môi trường trung tính hay bazơ) - Nếu  kl  0.41V tùy vào nồng độ điều kiện tiến hành (Từ Zn  Ni) 3.2 Các trình anod: Dạng khử anion, góc axit OH  dung dòch, tùy theo vật liệu, điện cực bò ăn mòn: Có anod trơ (graphit, platin….) anod tan (Ni… )  Anod trơ: Khả cho electron theo thứ tự: + Anion không chứa Oxy I  , Br  , Cl  , S  + Kế đến OH  + Anion chứa Oxy: SO 32 , MnO 4 , SO 2 Ví dụ: 2Cl   2e  Cl ;4OH   4e  O  2H O môi trường kiềm 2H O  4e  O  4H  (trung tính hay axit)  Anod tan: Hoặc anod phóng điện, hòa tan anod Nếu kim loại anod có  nhỏ  cặp O – K anod bò hòa tan M  ne  M  n Ngược lại A  OH  bò oxy hóa Một số ví dụ minh họa: 1) Điện phân CuCl , anod trơ:  Cu2 / Cu  0.337  0.41  Catod Cu 2  2e  Cu  Anol 2Cl   2e  Cl  2) Điện phân dung dòch K SO với anod trơ:  K  / K  2.924  0.41  H  bò khử Catod: 4H O  4e  4OH   2H  K   OH   KOH     Anod: SO không bò Ox, nước OH  bò Ox  2H O  4e  4H  O  2H    SO 24  H SO  Hay nói khác trình điện phân nước 3) Điện phân dung dòch nước NiSO với anod tan Ni ken  Ni 2 / Ni  0.25  0.41, 2H O  O  4H   4e,  1.228 Nên catod: Ni 2  2e  Ni  Anod: Ni  2e  Ni 2 Ni 2  SO 42  NiSO   Thế phân giải thế: (đọc thêm SGK) - Thế phân giải hiệu tối thiểu cần thiết để tiến hành trình điện phân cho 63 Ký hiệu: E P Nói chung với hệ T – N E P sức điện động nguyên tố Ganvanic tạo thành từ sản phẩm điện phân - Hiệu số phân giải E P sức điện động nguyên tố Ganvanic tương ứng phản ứng nghòch gọi điện phân (bảng 33)   EP  E Đ ònh luật điện phân: Đònh luật Faray: 1) Lượng chất tạo thành hay hòa tan điện cực điện phân tỉ lệ thuận với lượng điện qua chất điện ly 2) Những lượng điện tạo thành hay hòa tan điện cực điện phân đương lượng chất Công thức cho đònh luật: Đ.Q AIt hay n  m F nF F: Hằng số Farây 96500 (culông) m: khối lượng chất điện phân A: Nguyên tử gam n: Hóa trò chất biến đổi I: Cường độ dòng điện (Ampe) t: Thời gian điện phân (sec) ... động hóa học: + Nhiệt động hóa học nghiện cứu quy luật chuyển biến tương hổ hóa dạng lượng khác, hiệu ứng nhiệt trình hóa học, điều kiện bền vững hệ quy luật thay đổi trình hóa học + Nhiệt hóa. .. áp Các trình: Khi hệ chuyển từ trạng thái sang trạng thái khác: thực trình - Quá trình T – N: Xảy theo hai chiều ngược tương đối chậm, trình đạt đến cân động - 26 - Quá trình bất TN: Là trình. .. Với hệ cô lập thì: + Quá trình TN S  + Quá trình BTN S  Nghóa entropi tăng  hệ cô lập, trình tự xảy trình có kèm theo tăng S Đơn vò entropi: cal / mol K đvc Ý nghóa vật lý: - Entropi thước