Hóa vô cơ Bài 4 nồng độ Hydro

Tính được đương lượng của một chất trong phản ứng 3.. Khi pha người ta hòa tan 0,25 g alizarin trong 100 ml nước, như vậy nồng độ phần trăm C% kl/kl của alizarin sẽ là: • Trong hóa phân

1 Trình bày được cách biểu thị nồng độ dung dịch

2 Tính được đương lượng của một chất trong phản ứng

3 Tính toán để pha dung dịch

• 1 hệ đồng thể gồm hai hay nhiều cấu tử (phân tử, ion)

• Dung dịch = chất tan + dung môi

1.2 Nồng độ

• Lượng chất tan/1 thể tích (hoặc khối lượng) xác định

của dung dịch (hoặc dung môi)

• Vd: dung dịch NaCl 0,9 %; dung dịch glucose 5 %

• Nồng độ phần trăm khối lượng – khối lượng C % (kl/kl)

• Nồng độ phần trăm khối lượng – thể tích C % (kl/tt)

• Nồng độ phần trăm thể tích – thể tích C % (tt/tt)

2.1 Nồng độ phần trăm

khối lượng – khối lượng C % (kl/kl)

• C % (kl/kl ) b iểu thị số gam chất tan có trong 100 g dung dịch

• Ký hiệu: C % (kl/kl)

• Trường hợp hòa tan m gam chất tan vào b gam dung môi

m: Khối lượng của chất tan (gam)

m1: Khối lượng của dung dịch (gam)

2.1 Nồng độ phần trăm khối lượng – khối lượng C % (kl/kl)

• Ví dụ: Tính nồng độ phần trăm C% (kl/kl) của dung dịch natri

carbonat nếu cân 25 g Na2CO3pha trong 250 ml nước (dnước= 1)

Giải:

• m: Khối lượng chất tan = 25 g

• b: Khối lượng dung môi = V x d = 250 x 1 = 250 g

• (m + b): Khối lượng dung dịch = 25 g + 250 g

• Nồng độ phần trăm của natri carbonat:

2.1 Nồng độ phần trăm khối lượng – khối lượng C % (kl/kl)

• Ví dụ: Alizarin được dùng làm thuốc thử Khi pha người

ta hòa tan 0,25 g alizarin trong 100 ml nước, như vậy

nồng độ phần trăm C% (kl/kl) của alizarin sẽ là:

• Trong hóa phân tích, nồng độ phần trăm được coi là gần

đúng, hóa chất được cân trên cân kỹ thuật

2.2 Nồng độ phần trăm

khối lượng – thể tích C % (kl/tt)

• Ví dụ: Khi pha một dung dịch glucose ưu trương, nếu sử

dụng 200 g glucose pha thành 1000 ml, nồng độ dung

dịch glucose tính theo nồng độ phần trăm:

• Ví dụ: Để pha 1 lít dung dịch tiêm truyền NaCl 0,9 %,

lượng NaCl được tính theo công thức:

2.3 Nồng độ phần trăm thể tích – thể tích C% (tt/tt)

• Ví dụ: Nồng độ C% (tt/tt)

chất tan (ml)

Thể tích dung dịch (ml)

2.3 Nồng độ phần trăm thể tích – thể tích C% (tt/tt)

m: Khối lượng của chất tan (g)

M: Khối lượng mol (khối lượng phân tử) của chất tan

V: Thể tích của dung dịch cần pha (ml)

3 NỒNG ĐỘ PHÂN TỬ

(NỒNG ĐỘ MOL) CM

• Ví dụ: Tính nồng độ mol của dung dịch H2SO4, biết rằng để

pha một dung dịch có thể tích là 500 ml, lượng H2SO4đậm

đặc cần dùng là 49 g Khối lượng mol của H2SO4là M = 98 g.

• Giải: m = 49 g

M = 98 g

V = 500 ml

4 NỒNG ĐỘ ĐƯƠNG LƯỢNG

4.1 Đương lượng gam (E)

4.2 Số đương lượng gam (eq)

M: phân tử lượng của chất cần xác định (g)

n: tùy thuộc bản chất của phản ứng hóa học

4 NỒNG ĐỘ ĐƯƠNG LƯỢNG

4.1 Đương lượng gam (E)

 Trường hợp phản ứng acid – base

• Đối với một acid: đương lượng gam là phân tử mol của

acid đó chia cho n là số proton hoạt tính (H+) tham gia

phản ứng của một phân tử acid

• Vd:

4 NỒNG ĐỘ ĐƯƠNG LƯỢNG

4.1 Đương lượng gam (E)

 Trường hợp phản ứng acid – base

• Đối với 1 base: Đương lượng gam là phân tử gam của

base chia cho n là số proton hoạt tính (H+) cần thiết để

trung hòa nó

• Vd: HCl + NaOH => NaCl + H2O

H2SO4+ Ba(OH)2=> BaSO4+ H2O

4 NỒNG ĐỘ ĐƯƠNG LƯỢNG

4.1 Đương lượng gam (E)

 Trường hợp phản ứng oxy hóa – khử

• n là tổng số điện tử cho hay nhận trong phản ứng

• Cation: n là tổng hóa trị của các cation trong phân tử muối

• Anion: khối lượng gam của anion chia cho số đương lượng

của ion kim loại tương ứngđể tạo tủa hoặc phức chất

+ Cation và anion có cùng số điện tích

+ Cation và anion có số điện tích khác nhau

+ Trường hợp tạo phức giữa cation và anion

4.1 Đương lượng gam (E)

 Bài tập: Tính đương lượng gam của các chất tham gia

phản ứng trong các phản ứng sau

• 2 NaOH + H2C2O4 = Na2C2O4 + 2 H2O

• HCl + AgNO3 = AgCl + HNO3

• Ba(OH)2+ H2SO4= BaSO4 + 2 H2O

• KMnO4+ 5 FeCl2+ 8 H2SO4=> 5 FeCl3+ Mn2++ 4 H2O

• CuCl2+ 2 KOH = Cu(OH)2+ 2 KCl

4 NỒNG ĐỘ ĐƯƠNG LƯỢNG

4.2 Số đương lượng gam

• Số đương lượng gam của chất A bằng số gam chất A

chia cho đương lượng gam của chất đó

4 NỒNG ĐỘ ĐƯƠNG LƯỢNG

)(5,361

5,36

)(40140

g n

M

E

g n

5 , 36

1 40 40

NaOH

NaOH NaOH

E

m eq

E m eq

4 NỒNG ĐỘ ĐƯƠNG LƯỢNG

4.3 Nồng độ đương lượng

• Nồng độ đương lượng được biểu diễn bằng số đương lượng

gam của chất tan có trong 1 lít (1000 ml) dung dịch.

• Ký hiệu: CN

eq(A): số đương lượng gam của chất tan

E: Đương lượng gam của chất tan

V: Thể tích của dung dịch (ml)

4 NỒNG ĐỘ ĐƯƠNG LƯỢNG

4.3 Nồng độ đương lượng

• Ví dụ: Xác định nồng độ đương lượng của dung dịch HCl

khi hòa tan 3,65 g HCl thành 500 ml dung dịch

• Biết khối lượng mol acid hydrocloric = 36,5, đương lượng

gam của acid hydrocloric = 36,5 (số proton H+= 1)

=>

1 Từ đặc tính nguyên tử hydro, giải thích năng lượng liên

kết, tính khử và oxy hóa của nguyên tố hydro

2 Biết điều chế hydro, thu khí hydro

3 Trình bày các ứng dụng của hydro trong đời sống

1 CẤU TẠO NGUYÊN TỬ

1.1 Cấu tạo nguyên tử

• Nguyên tử H có cấu trúc đơn giản nhất: 1s1

• Bán kính nguyên tử nhỏ

• E hóa trị bị hạt nhân hút trực tiếp mà không có lớp e

nào chắn

• Năng lượng ion hóa thứ nhất lớn

Hình Cấu tạo nguyên tử H

1 CẤU TẠO NGUYÊN TỬ

1.2 Đồng vị

Bền 99,984 %

Bền 0,016 %

Phóng xạ

 10 -7 %

• Tính chất của hydro là tính chất của proti vì tỷ lệ deuteri

và triti trong hỗn hợp là không đáng kể

Hình Các đồng vị của hydro

1 CẤU TẠO NGUYÊN TỬ

1.3 Liên quan cấu tạo nguyên tử - tính chất hóa học

Cấu tạo e 1s1 + bán kính nguyên tử nhỏ + e hóa trị bị

hạt nhân hút trực tiếp  H có khả năng

• Cho 1 e thành ion H+ : khó hơn kim loại kiềm

1 CẤU TẠO NGUYÊN TỬ

1.3 Liên quan cấu tạo nguyên tử - tính chất hóa học

nóng chảy (-259,1 o C), nhiệt độ sôi (-252,6 o C) rất thấp

• H2 là chất khí không màu, không mùi, không vị

• Nhẹ nhất so với mọi khí khác  khuếch tán nhanh nhất

( khuếch tán nhanh hơn không khí 3,5 lần), có thể khuếch tán

qua kim loại, dẫn nhiệt tốt

2 TÍNH CHẤT VẬT LÝ

• Rất ít tan trong nước và dung môi hữu cơ

• Tan tốt trong một số kim loại

• Khí hydro chuyển thành dạng kim loại dưới áp suất

3.000.000 atm ở -270 oC, độ dẫn điện cao

3 TÍNH CHẤT HÓA HỌC

3.1 Tính bền của phân tử

3.2 Tính khử

3.3 Tính oxy hóa

 Hydro rất kém hoạt động ở nhiệt độ thường, khi đun

nóng hydro kết hợp với nhiều nguyên tố

3 TÍNH CHẤT HÓA HỌC

3.2 Tính khử

 Tính khử thể hiện qua các phản ứng

• H2 + CuO  H2O + Cu(Điều chế một số kim loại Cu, Mo, W , định lượng H2)

• H2 + Cl2  2 HCl (Điều chế HCl)

• 3 H2 + N2  2 NH3 (Điều chế NH3)

t o

3 TÍNH CHẤT HÓA HỌC

3.2 Tính khử

 Tính khử thể hiện qua các phản ứng

H2(k) + O2 (k)  H2O H o = - 241,82 kj/mol

• Hỗn hợp H2:O2(2:1) ở nhiệt độ thường hầu như không phản ứng

Khi tiếp xúc với ngọn lửa hoặc có tia lửa điện thì nổ mạnh, phản

ứng tỏa nhiều nhiệt Tại sao?

2 Hiện tượng khi đốt hydro tinh khiết trong không khí

3 Hiện tượng khi đốt hydro tinh khiết trong oxy tinh khiết

4 Hiện tượng khi đốt hydro mới sản xuất có lẫn oxy trong

không khí

5 Hiện tượng khi đốt H2và O2tỷ lệ 2:1

3 TÍNH CHẤT HÓA HỌC

• Khi muốn đốt nóng khí hydro, cần phải thử xem trong khí

hydro có lẫn oxy không khí hay không

• Cách thử: thu đầy khí H2vào 1 ống nghiệm rồi bịt ngón

tay cái vào miệng ống nghiệm, đem miệng ống kề sát

ngọn lửa và mở ngón tay cái ra, nếu có tiếng nổ thì khí

H2còn lẫn O2không khí Tiếp tục thử như vậy cho đến

khi không còn tiếng nổ thì mới đảm bảo trong H2không

còn O2nữa

3 TÍNH CHẤT HÓA HỌC

• Khí cầu bơm khí H2

Thảm họa Hindenburg

3 TÍNH CHẤT HÓA HỌC

Bóng bay bơm khí hydro

3 TÍNH CHẤT HÓA HỌC

• Bóng thám không bơm khí H2

Ngoài ra: H mới sinh còn có thể khử

SO2  H2S ( trong môi trường acid)

NO2-, NO3- NH3 ( trong môi trường kiềm)

3 TÍNH CHẤT HÓA HỌC

3.3 Tính oxy hóa: thể hiện qua phản ứng tạo hydrid

 Hydrid là hợp chất của hydro với nguyên tố khác

 Phân loại hydrid dựa vào bản chất của liên kết hóa học

trong hợp chất

• Hydrid ion: hydrid của kim loại kiềm, kiềm thổ

• Hydrid cộng hóa trị: hydrid của hầu hết các nguyên tố

không kim loại và nửa kim loại

• Hydrid kiểu kim loại: hydrid của kim loại chuyển tiếp

Vd: UH3, PdHx

3 TÍNH CHẤT HÓA HỌC

3.3.1 Tạo hydrid ion với kim loại IA, IIA

• Điều chế: đun nóng kim loại tương ứng trong khí H2

2 Li (r) + H2 (k)  2 LiH (r)

Ca (r) + H2(k)  CaH2 (r)

• Trong nước, ion hydrid H- là một base mạnh phản ứng

với H+ của H2O tạo ra H2 và OH

3 TÍNH CHẤT HÓA HỌC

3.3.3.Tạo hydrid kiểu kim loại với nguyên tố chuyển

tiếp d, f

• Nhiều kim loại chuyển tiếp có khả năng hấp thụ khí

hydro tạo nên hydrid kiểu kim loại

• Hydrid này so với kim loại: khả năng phản ứng với O2 và

H2kém hơn, dòn hơn, là chất dẫn điện hoặc bán dẫn

nhưng bề ngoài giống kim loại

• Hydrid kim loại được xem như các dung dịch rắn

• Trong mặt trời, các hạt nhân H kết hợp với nhau thành hạt

nhân He ( Z = 2) và giải phóng năng lượng cho Trái đất

• Trên Trái đất, một lượng nhỏ hydro tồn tại ở dạng H2, hầu hết

kết hợp với oxy tạo thành nước

• Hydro ở dạng hợp chất hữu cơ với carbon có trong dầu mỏ,

than đá, khí thiên nhiên và mọi sinh vật

• Trộn khí than nước với hơi nước dư và cho đi qua chất xúc

tác ( Fe2O3 được hoạt hóa bằng Cr2O3hay NiO) ở 450 o C

CO + H2 O  CO2 + H2 H o = - 42 kJ

• Rửa hỗn hợp khí thu được với nước ở 25 atm, CO và CO2

tan trong nước còn lại H2, thu khí H2

• Khí thu được cho đi qua dd NaOH trong NH3 để loại lượng

nhỏ CO và CO2còn lại

Khí than nước

4 TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN

VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ

4.2 Phương pháp điều chế

4.2.2 Phương pháp đi từ khí thiên nhiên

• Cho khí thiên nhiên và hơi nước đã được đốt nóng đến

1000oC đi qua xúc tác niken

4.2.2 Phương pháp đi từ khí thiên nhiên

• Khí thiên nhiên có thể được đốt cháy không hoàn toàn

trong O2 hay không khí giàu O2 tạo thành khí than

2 CH4 + O2  2 CO + 4 H2 Ho = -71 kJ

• Quy trình tiếp theo với khí than nước giống phương

pháp 4.2.1

• Điện phân dd NaOH hay KOH 25% trong nước: H2bay

lên ở cực âm, O2bay lên ở cực dương

• Anod (+): 4 OH-  O2+ 2 H2O + 2 e

-• Catod (-): 4 H2O + 4 e- 2 H2+ 4 OH

-4 TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN

VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ

4.2 Phương pháp điều chế

4.2.4 Điều chế H 2 trong phòng thí nghiệm

• Cho Zn hạt tác dụng với dd HCl hoặc H2SO4 loãng trong

• Tổng hợp methanol, aldehyd, aceton từ olefin

• Hydro hóa các hợp chất hữu cơ chưa no

• Điều chế H2O2

• Điều chế kim loại từ oxyd

• Chế hóa dầu mỏ