Xây dựng hệ thống bài tập cơ sở lý thuyết hóa vô cơ phần bảng tuần hoàn, chiều hướng diễn biến của phản ứng hóa học và axit – bazơ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC ------ NGUYỄN THỊ NGỌC HÂN XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP CƠ SỞ LÝ THUYẾT HÓA VÔ CƠ PHẦN BẢNG TUẦN HOÀN, CHIỀU HƯỚNG DIỄN BIẾN CỦA PHẢN ỨNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

KHOA HÓA HỌC - -

NGUYỄN THỊ NGỌC HÂN

XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP CƠ SỞ

LÝ THUYẾT HÓA VÔ CƠ PHẦN BẢNG TUẦN HOÀN, CHIỀU HƯỚNG DIỄN BIẾN CỦA PHẢN

ỨNG HÓA HỌC VÀ AXIT – BAZƠ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa học vô cơ

Người hướng dẫn khoa học

TS Nguyễn Văn Quang

HÀ NỘI - 2017

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới thầy giáo - TS

Nguyễn Văn Quang - Giảng viên trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 - người trực

tiếp hướng dẫn luôn nhiệt tình, tận tâm chỉ bảo và tạo mọi điều kiện để đề tài của

em hoàn thành

Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, Ban chủ nhiệm khoa Hóa học và các thầy cô giáo trong khoa đã tạo điều kiện cho

em nghiên cứu và hoàn thiện đề tài này

Do thời gian có hạn và trình độ còn hạn chế, nên khóa luận này không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy,

cô giáo, các bạn để đề tài của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 27 tháng 4 năm 2017

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BÀI TẬP VÀ HỆ THỐNG BÀI TẬP 3

1.1 Bài tập hóa học 3

1.1.1 Định nghĩa 3

1.1.2 Ý nghĩa, tác dụng của bài tập hóa học 3

1.2 Hệ thống bài tập hóa học 4

1.2.1 Ý nghĩa của hệ thống bài tập 4

1.2.2 Nguyên tắc xây dựng hệ thống bài tập hóa học 4

CHƯƠNG II: BẢNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC 5

2.1 Hệ thống cơ sở lý thuyết 6

2.1.1 Nguyên tắc sắp xếp 6

2.1.2 Cấu trúc bảng tuần hoàn 6

2.1.3 Quy luật biến đổi tuần hoàn một số tính chất 7

2.2 Hệ thống bài tập 15

2.2.1 Bài tập có hướng dẫn giải 15

2.2.2 Bài tập tự giải 27

CHƯƠNG III: CHIỀU HƯỚNG DIỄN BIẾN CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC VÀ CÂN BẰNG HÓA HỌC 30

3.1 Hệ thống cơ sở lý thuyết 30

3.1.1 Các yếu tố phản ứng quy định chiều hướng diến biến của phản ứng hóa học 30

3.1.2 Hiệu ứng nhiệt 30

3.1.3 Entropi 32

3.1.4 Năng lượng tự do Gibbs và chiều hướng diễn biến của phản ứng hóa học 32

3.1.5 Cân bằng hóa học 33

3.2 Hệ thống bài tập 36

3.2.1 Bài tập có hướng dẫn giải 36

3.2.2 Bài tập tự giải 48 plus.google.com/+D

ạyKèmQuyNh

ơn

CHƯƠNG IV: AXIT – BAZƠ 52

4.1 Hệ thống cơ sở lý thuyết 52

4.1.1 Một số thuyết axit – bazơ trước Arenius 52

4.1.2 Thuyết axit – bazơ Arenius (còn gọi là thuyết axit – bazơ cổ điển) 52

4.1.3 Thuyết axit – bazơ của Bronsted và Laury 54

4.1.4 Thuyết hệ các dung môi 55

4.1.5 Thuyết axit – bazơ của Lewis 57

4.2 Hệ thống bài tập 58

4.2.1 Bài tập có hướng dẫn giải 58

4.2.2 Bài tập tự giải 64

KẾT LUẬN 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

PHỤ LỤC (Đáp án một số bài tập tự giải) 69

plus.google.com/+D

ạyKèmQuyNh

ơn

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Xuất phát từ đòi hỏi quy trình đào tạo phải tổ chức sao cho mỗi sinh viên có thể tìm được cách học thích hợp nhất cho mình, đồng thời trường đại học phải nhanh chóng thích nghi và đáp ứng được những nhu cầu của thực tiễn cuộc sống, vào năm 1872 Viện Đại học Harvard đã quyết định thay thế hệ thống chương trình đào tạo theo niên chế cứng nhắc bằng hệ thống chương trình mềm dẻo cấu thành bởi các môđun mà mỗi sinh viên có thể lựa chọn một cách rộng rãi Có thể xem sự kiện

đó là điểm mốc khai sinh học chế tín chỉ

Phương pháp đào tạo theo hệ thống tín chỉ hay gọi tắt là Hệ thống tín chỉ là một phương thức đào tạo tiên tiến trong nền giáo dục của nhiều quốc gia trên thế giới, được áp dụng ở cả giáo dục phổ thông và giáo dục đại học Cùng với xu thế phát triển của thế giới, phương pháp đào tạo theo hệ thống tín chỉ dần được áp dụng vào nhiều trường đại học ở Việt Nam, trong đó bao gồm trường Đại học Sư phạm

Hà Nội 2 Phương pháp đào tạo hệ thống tín chỉ đòi hỏi mỗi sinh viên phải có năng lực tự học, năng lực tự tổng hợp tích lũy kiến thức Vì phần lớn các môđun trong học chế tín chỉ được quy định tương đối nhỏ, cỡ 3 hoặc 4 tín chỉ, do đó không đủ thời gian để trình bày kiến thức một cách đầy đủ, bài bản theo một trình tự diễn biến liên tục

Với đặc thù bộ môn hóa học và phương pháp đào tạo hệ thống tín chỉ thì việc

đề xuất những hệ thống bài tập liên quan đến nội dung trong chương trình hóa vô cơ bậc đại học với các dạng và các mức độ khác nhau (kèm theo hướng dẫn) là một công việc cần thiết nhằm giúp sinh viên nắm vững những kiến thức được trang bị trong chương trình hóa học vô cơ, đồng thời đó còn là một tài liệu giúp cho sinh viên trong việc tự học và rèn luyện để nâng cao tầm nhìn về mối quan hệ giữ lý thuyết và thực nghiệm

Xuất phát từ những lí do trên em đã chọn đề tài: “Xây dựng hệ thống bài tập

cơ sở lý thuyết hóa vô cơ phần bảng tuần hoàn, chiều hướng diễn biến của phản ứng hóa học và axit – bazơ”

plus.google.com/+D

ạyKèmQuyNh

ơn

2 Mục đích của đề tài

Việc thực hiện đề tài nhằm xây dựng hệ thống bài tập về bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học; chiều hướng diễn biến của phản ứng hóa học, cân bằng hóa học

và axit – bazơ có tính chọn lọc cho sinh viên, góp phần nâng cao chất lượng học tập

môn hóa học vô cơ ở trường đại học

3 Nhiệm vụ của đề tài

Nghiên cứu cơ sở lý luận về bài tập và cơ sở lý thuyết hóa học

Xây dựng hệ thống bài tập phần bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học; chiều hướng diễn biến của phản ứng hóa học, cân bằng hóa học và axit – bazơ

Đề xuất bài tập nhằm giúp sinh viên thực hiện quá trình tự bồi dưỡng

4 Phương pháp nghiên cứu

Trong quá trình nghiên cứu đề tài, chúng tôi đã sử dụng kết hợp nhiều phương

pháp:

- Phương pháp đọc sách và tài liệu tham khảo: Tìm hiểu tài liệu có liên quan

đến đề tài: Sách, báo, nội dung chương trình, các đề thi olympic sinh viên hóa học trong nước và quốc tế

- Phương pháp thực nghiệm: Tìm hiểu thực tiễn giảng dạy của giảng viên và

học tập của sinh viên nhằm phát hiện vấn đề khó trong bộ môn Hóa vô cơ

- Phương pháp chuyên gia: Tham khảo ý kiến của các giảng viên có nhiều

kinh nghiệm trong nghiên cứu và giảng dạy

5 Những đóng góp của đề tài

Về mặt lí luận: Bước đầu đề tài góp phần xây dựng được một hệ thống bài tập

vô cơ bậc đại học phần bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, chiều hướng diễn biến của phản ứng hóa học, cân bằng hóa học và axit – bazơ

Về mặt thực tiễn: Nội dung của khóa luận giúp sinh viên có thêm nhiều tư liệu

tham khảo hữu ích trong quá trình học tập và nghiên cứu về bộ môn

plus.google.com/+D

ạyKèmQuyNh

ơn

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BÀI TẬP VÀ HỆ THỐNG BÀI TẬP

1.1 Bài tập hóa học

1.1.1 Định nghĩa

Theo nghĩa chung nhất, thuật ngữ “bài tập”, Tiếng Anh - “Exercise”, Tiếng Pháp - “Exercice” dùng để chỉ một loạt hoạt động rèn luyện thể chất và tinh thần (trí tuệ)

Ở Việt Nam khái niệm “bài tập” được dùng theo nghĩa rộng, bài tập có thể là câu hỏi hay bài toán

Bài tập hoá học là một dạng bài làm gồm những bài toán, những câu hỏi hay đồng thời cả bài toán và câu hỏi thuộc về hoá học mà trong khi hoàn thành chúng, người học nắm được một tri thức hay kĩ năng nhất định

Nội dung của bài tập hoá học bao gồm các kiến thức chính yếu trong bài giảng Đó có thể là những câu hỏi lý thuyết đơn giản chỉ yêu cầu người học tái hiện lại kiến thức vừa học hoặc đã học xong nhưng cũng có thể là những bài tập tính toán liên quan đến đến cả kiến thức hoá học lẫn toán học, đôi khi bài toán tổng hợp yêu cầu người học phải vận dụng các kiến thức đã học từ trước kết hợp với những kiến thức vừa học để giải

1.1.2 Ý nghĩa, tác dụng của bài tập hóa học

 Làm cho người học hiểu sâu và khắc sâu kiến thức đã học

Bài tập hoá học giúp người học nhớ lại tính chất các chất, phương trình phản ứng, hiểu sâu hơn về các nguyên lý và định luật hóa học Những kiến thức (khái niệm, định nghĩa,…) chưa vững thì thông qua giải bài tập sẽ giúp người học hiểu sâu, nhớ lâu hơn

 Cung cấp thêm những kiến thức mới

Ngoài tác dụng củng cố kiến thức đã học, bài tập hoá học còn cung cấp thêm những kiến thức mới, mở rộng sự hiểu biết của người học một cách phong phú, sinh động

mình làm bài tập sẽ củng cố kiến thức cũ một cách thường xuyên

 Thường xuyên rèn luyện các kĩ năng kĩ xảo về hoá học

Trong quá trình giải bài tập hoá học, người học đã tự rèn luyện việc lập công thức, cân bằng phương trình, các thủ thuật tính toán Nhờ việc thường xuyên giải bài tập, lâu dần các kĩ năng sẽ phát triển thành kĩ xảo giúp người học có thể ứng xử nhanh trước những tình huống xảy ra

 Phát triển kĩ năng (so sánh,quy nạp, diễn dịch, phân tích, tổng hợp, loại

suy,khái quát hoá,…)

Mỗi bài tập hoá học đều có những điểm nút, để mở những điểm đó người học bắt buộc phải tư duy để sử dụng hoặc phương pháp quy nạp, diễn dịch, loại suy,…Nhờ vậy tư duy của người học được phát triển, năng lực làm việc độc lập được nâng cao

Trong quá trình giải các bài toán hoá học, người học buộc phải tái hiện lại kiến thức cũ, xác định mối liên hệ giữa các điều kiện đã có và yêu cầu của đề bài thông qua các hoạt động như phân tích, tổng hợp, phán đoán,…để tìm lời giải

 Giáo dục tư tưởng đạo đức

Việc tự mình thường xuyên giải các bài tập hoá học góp phần rèn luyện cho người học tinh thần kỉ luật, tính kiên nhẫn, tự kiềm chế, cẩn thận, cách suy nghĩ và trình bày chính xác khoa học, qua đó nâng cao lòng yêu thích bộ môn

1.2 Hệ thống bài tập hóa học

1.2.1 Ý nghĩa của hệ thống bài tập

Trong những năm trở lại đây, nổi lên một vấn đề mới là đó là “việc giảng dạy phải đảm bảo cho người học trở thành một công dân có trách nhiệm và hoạt động hiệu quả” Như vậy mục đích của việc học tập đã phát triển từ học để hiểu đến học

để hành rồi mới đến học để trở thành một con người tự chủ, sáng tạo, năng động trong mọi hoạt động Vì vậy việc học tập sẽ giải quyết vấn đề trong học tập, trong thực tế đòi hỏi con người phải có cả kiến thức và phương pháp tư duy

1.2.2 Nguyên tắc xây dựng hệ thống bài tập hóa học

 Đảm bảo tính chính xác khoa học

Tính chính xác, khoa học là nguyên tắc cơ bản quyết định một bài tập hóa học

có đạt yêu cầu hay không Theo nguyên tắc này nội dung bài tập hóa học phải đảm plus.google.com/+D

ạyKèmQuyNh

ơn

bảo tính chính xác về ngữ pháp, về chính tả, đảm bảo đúng các thuật ngữ hóa học Nội dung bài tập hóa học cần phải ngắn gọn, súc tích nhưng vẫn đảm bảo tính logic

 Đảm bảo tính đa dạng

Mỗi một bài tập hóa học chỉ rèn luyện được một hoặc một số, do đó ta cần phải đa dạng các bài tập để giúp người học hình thành hệ thống kĩ năng toàn diện Theo nguyên tắc này hệ thống bài tập hóa học sẽ giúp người học rèn luyện được hầu hết các kĩ năng giải bài tập ở 3 mức độ nhận thức: hiểu, biết, vận dụng Bên cạnh đó

hệ thống bài tập còn rèn luyện cho người học các thao tác tư duy như: phân tích, tổng hợp, so sánh, hệ thống hóa, khái quát hóa, trừu tượng hóa …

 Có các bài tập điển hình cho các dạng bài tập

Để giúp người học định hướng phương pháp giải một dạng bài tập nào đó cần phải có các bài tập điển hình

 Giúp người học củng cố và khắc sâu kiến thức

Mỗi bài tập hóa học ứng với một mảng kiến thức nhất định, do đó việc giải quyết các bài tập này sẽ giúp người học khắc sâu mảng kiến thức đó

plus.google.com/+D

ạyKèmQuyNh

ơn

CHƯƠNG II: BẢNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC

2.1 Hệ thống cơ sở lý thuyết

2.1.1 Nguyên tắc sắp xếp

Có 3 nguyên tắc sắp xếp:

- Theo chiều tăng điện tích hạt nhân nguyên tử

- Các nguyên tố mà nguyên tử có cùng số lớp electron được xếp vào cùng một hàng ngang (chu kì)

- Các nguyên tố mà nguyên tử của nó có cùng số electron hoá trị (cấu hình electron nguyên tử tương tự nhau) được xếp vào cùng một cột dọc (nhóm)

٭Chú ý: Electron hóa trị là những electron tham gia hình thành liên kết hóa học,

thường nằm sau lớp bão hòa hoặc giả bão hòa Cách xác định electron hóa trị:

+ Nhóm A (s, p): số electron hóa trị = số electron lớp ngoài cùng + Nhóm B (d, f): (n-1)dcnsd

Nếu 3 c + d 7: số electron hóa trị = c + d

Nếu c + d = 8 → 10: số electron hóa trị = 8

Nếu c + d 10: số electron hóa trị = c + d – 10

2.1.2 Cấu trúc bảng tuần hoàn

Bảng tuần hoàn gồm các ô nguyên tố, các chu kì và các nhóm

Mỗi chu kì bắt đầu bằng một kim loại kiềm và kết thúc bằng một khí hiếm (trừ chu kì 1)

- Chu kì 1: Cấu hình electron 1sa Gồm 2 nguyên tố

- Chu kì 2: Cấu hình electron 2sa2pb Gồm 8 nguyên tố

- Chu kì 3: Cấu hình electron 3sa3pb Gồm 8 nguyên tố

- Chu kì 4: Cấu hình electron 3dc4sa4pb Gồm 18 nguyên tố

- Chu kì 5: Cấu hình electron 4dc5sa5pb Gồm 18 nguyên tố

- Chu kì 6: Cấu hình electron 4fd5dc6sa6pb Gồm 32 nguyên tố

Chu kì 1, 2, 3 là chu kì nhỏ (ngắn) Chu kì 4, 5, 6 là chu kì lớn (dài) Chu kì 7 đang xây dựng

plus.google.com/+D

ạyKèmQuyNh

ơn

Có 2 loại nhóm: nhóm A (phân nhóm chính) và nhóm B (phân nhóm phụ)

- Nhóm A: Gồm những nguyên tố mà nguyên tử của chúng đang được điền electron vào phân lớp ns hoặc np (n là lớp electron ngoài cùng)

2.1.3 Quy luật biến đổi tuần hoàn một số tính chất

2.1.3.1 Năng lƣợng ion hoá

Năng lƣợng ion hoá I1 là năng lƣợng cần thiết, tối thiểu để tách 1 electron ra khỏi nguyên tử khí ở trạng thái cơ bản

Trong đó: E∞ là năng lƣợng của e ở xa vô cùng đối với nguyên tử, E∞ = 0

Ee là năng lƣợng của e bị tách ra khỏi nguyên tử khi bị ion hoá plus.google.com/+D

ạyKèmQuyNh

ơn

I là năng lượng ion hoá ứng với sự tách e xét có mức năng lượng E∞

Z٭ là điện tích hạt nhân hiệu dụng

Nguyên tử chỉ có 1 electron và hạt nhân: I phụ thuộc vào điện tích hạt nhân (Z) và số lớp e (n)

Nguyên tử có nhiều electron: I còn phụ thuộc vào hiệu ứng chắn (tương tác đẩy giữa các electron) và hiệu ứng xâm nhập (hình dạng của obitan)

Mức độ xâm nhập càng lớn thì e càng khó tách

Mức độ xâm nhập của electron s > p > d > f

b) Quy luật biến đổi

Trong một chu kì nói chung, I1 tăng dần từ trái sang phải và đạt giá trị cao nhất

ở khí trơ Vì trong một chu kì từ trái qua phải Z tăng 1 đơn vị đồng thời hằng số chắn b tăng 0,35 đơn vị làm Z٭ tăng Mà n٭ không đổi nên lực hút giữa hạt nhân với electron ngoài cùng tăng, khả năng tách electron ngoài cùng khó Ngoại lệ trường hợp năng lượng ion hoá của bo (Z = 5) và oxi (Z = 8) có giảm đi chút ít so với năng lượng ion hoá của nguyên tố đứng trước

Trong một nhóm A từ trên xuống dưới I1 giảm dần Theo chiều Z tăng mạnh đồng thời hằng số chắn b cũng tăng mạnh vì vậy Z*

tăng ít hoặc không thay đổi Mà

n* tăng nên lực hút giữa hạt nhân với electron ngoài cùng giảm, khả năng tách electron ngoài cùng khó

Các nguyên tố chuyển tiếp I1 ít thay đổi và có trị số lớn hơn nguyên tố nhóm

plus.google.com/+D

ạyKèmQuyNh

ơn

Bán kính cộng hoá trị có tính chất cộng tính : dA – B =

2

1

(dA – A + dB – B) Tuy nhiên một số trường hợp có sự sai lệch so với cách xác định trên

r là khoảng cách từ tâm hạt nhân đến chỗ có mật độ e nhiều nhất

Quy luật biến đổi:

- Trong một chu kì bán kính nguyên tử giảm từ trái sang phải cho đến khi đạt cấu

Những yếu tố ảnh hưởng tới kích thước ion:

Nguyên tử + ne → Anion

- Khi kết hợp e vào nguyên tử thì tác dụng chắn của các e tăng lên làm Z٭ giảm Vì vậy bán kính tăng

Quy luật biến đổi:

- Đối với các ion có cùng điện tích và lớp vỏ e có kiến trúc như nhau, nếu số lớp e càng nhiều thì bán kính càng lớn

2.1.3.3 Tính kim loại, phi kim

Thực ra không có ranh giới rõ giữa kim loại và phi kim, vì có những đơn chất vừa thể hiện tính kim loại, vừa thể hiện tính phi kim Tuy nhiên sự phân chia này vẫn có lợi và trong những trường hợp này ta gọi là kim loại nếu chất đó có tính kim loại trội hơn và gọi là phi kim nếu tính phi kim của nó trội hơn

Nguyên tố là kim loại nếu nguyên tử của nó có số e ở lớp ngoài cùng nhỏ hơn

4 (trừ B) Như vậy, tất cả các nguyên tố nhóm IA, IIA, IIIA (trừ Bo) và tất cả các nguyên tố nhóm B đều là kim loại

Một số nguyên tố ở chu kì 5 và 6, nguyên tử của chúng có số e lớp ngoài cùng lớn hơn 3 cũng là kim loại Đó là Sn và Pb ở nhóm IVA, Sb và Bi ở nhóm VA, Po ở nhóm VIA Ge ở chu kì 4 nhóm IVA có vị trí trung gian giữa kim loại và phi kim Nguyên tử các nguyên tố phi kim có số e lớp ngoài cùng lớn hơn 3, trừ B và các nguyên tố kim loại kể trên Vậy tất cả các nguyên tố nhóm VIIA, bốn nguyên tố đầu nhóm VIA, ba nguyên tố đầu nhóm VA và hai nguyên tố đầu nhóm IVA là phi kim

Trong một chu kì theo chiều điện tích hạt nhân tăng dần, tính kim loại giảm dần và tính phi kim tăng dần

Trong phân nhóm A theo chiều điện tích hạt nhân tăng dần, tính kim loại giảm dần và tính phi kim tăng dần

plus.google.com/+D

ạyKèmQuyNh

ơn

Trong nhóm B, tính kim loại giảm dần từ trên xuống

2.1.3.4 Độ âm điện

Độ âm điện đặc trưng cho khả năng của một nguyên tử trong phân tử hút

electron về phía mình khi tạo liên kết hoá học

Cách xác định độ âm điện theo Pauling:

- Trong phân tử AB, nếu liên kết giữa A và B là liên kết cộng hoá trị thuần tuý thì

năng lượng liên kết đơn: EA – B =

2

1

(EA - A + EB - B)

- Nhưng thường A – B là liên kết cộng hoá trị phân cực Sự chênh lệch giữa năng

lượng cộng hưởng ion cộng hoá trị và cộng hoá trị thuần tuý là:

∆ = EA – B -

2

1

(EA - A + EB - B) + ∆ = 0: Liên kết cộng hoá trị

+ ∆ ≠ 0: Liên kết tính chất ion

|χA – χB| = √ = 0,208√

Trong đó: χ là độ âm điện của mỗi nguyên tử

Đơn vị của ∆ là kcal / mol

- Pauling đề nghị lấy độ âm điện của flo bằng 4,0 làm trị số chuẩn để so sánh xác

định độ âm điện của các nguyên tố khác

Quy luật biến đổi:

- Trong 1 nhóm A: Độ âm điện giảm dần từ trên xuống dưới khi Z tăng

- Trong 1 chu kì: Độ âm điện tăng từ trái sang phải khi Z tăng

- Đối với các nguyên tố chuyển tiếp: Độ âm điện tăng khi Z tăng

2.1.3.5 Ái lực với electron

Ái lực với e của một nguyên tố là năng lượng toả ra (hay thu vào) khi nguyên

tử ở trạng thái tự do nhận e để tạo thành ion âm

Nguyên tử (khí) + e → ion- + E

Hay: X + e → X- + E (eV, kcal/mol, kJ/mol)

Khi tạo anion bền thì quá trình giải phóng năng lượng E < 0

plus.google.com/+D

ạyKèmQuyNh

ơn

E1 thường có giá trị âm, E2, E3… bao giờ cũng có giá trị dương vì cần cung cấp năng lượng để thắng lực đẩy ion âm

Các hợp chất khí hidrua:

Hoá trị cao nhất trong hợp chất với O = STT nhóm

Quy tắc xác định số oxi hoá:

- Quy tắc 1: Trong các đơn chất, số oxi hoá của các nguyên tố bằng không

- Quy tắc 2: Trong một phân tử, tổng số số oxi hoá của các nguyên tố nhân với số nguyên tử của từng nguyên tố bằng không

plus.google.com/+D

ạyKèmQuyNh

ơn

- Quy tắc 4: Trong hầu hết các hợp chất, số oxi hoá, số oxi hoá của hidro bằng +1

và số oxi hoá của O bằng -2

2.1.3.7 Tính axit của hiđrua (H n X)

Các yếu tố ảnh hưởng:

- Độ phân liên kết H – X : phụ thuộc vào độ âm điện của X Nếu X có độ âm điện

càng lớn thì độ phân cực liên kết H – X càng lớn Vì vậy tính axit càng mạnh và ngược lại

- Độ bền liên kết H – X: phụ thuộc vào mật độ điện tích âm = đ ệ í

liên kết H – X càng bền thì tính axit càng giảm và ngược lại

Quy luật biến đổi:

- Chu kì (nhóm A) theo chiều điện tích hạt nhân tăng thì tính axit tăng

2.1.3.8 Tính axit – bazơ của hiđroxit (MOH)

M – O – H → MO - + H + tính axit (1)

M – O – H → M + + OH - tính bazơ (2)

Các yếu tố ảnh hưởng:

- Độ phân cực của liên kết M –O và O - H: phụ thuộc vào độ âm điện của M

+ Độ phân cực M – O lớn hơn độ phân cực của O – H thì thể hiện tính bazơ

+ Độ phân cực M – O nhỏ hơn độ phân cực của O – H thì thể hiện tính axit

+ Độ phân cực M – O bằng độ phân cực của O – H thì thể hiện tính axit hay bazơ tuỳ vào môi trường

plus.google.com/+D

ạyKèmQuyNh

ơn

- Độ bền liên kết M – O và O – H: phụ thuộc vào mật độ điện tích dương của M

Nếu mật độ điện tích dương của M càng lớn thì liên kết M – O càng bền làm tính

bazơ giảm, tính axit tăng (khả năng đẩy H+

tăng) và ngược lại

Quy luật biến đổi:

- Với MOx(OH)y:

+ x = 0: axit yếu Ví dụ: HClO, H3PO3,…

+ x = 1: axit trung bình Ví dụ: H2CO3, H2SO3, HClO2,…

+ x = 2: axit mạnh Ví dụ: HNO3, H2SO4, HClO3,…

+ x = 3: axit rất mạnh Ví dụ: HClO4, HMnO4,…

- Trong một chu kì theo chiều điện tích hạt nhân tăng thì tính bazơ giảm, tính axit tăng

- Trong một nhóm A theo chiều điện tích hạt nhân tăng thì tính bazơ tăng, tính axit

giảm

- Đối với các hidroxit của nguyên tố có nhiều số oxi hoá, nếu số oxi hoá dương của

nguyên tố đó tăng thì tính axit tăng và tính bazơ giảm

2.2 Hệ thống bài tập

2.2.1 Bài tập có hướng dẫn giải

Dạng 1: Xác định tên nguyên tố, vị trí nguyên tố trong bảng tuần hoàn

Câu 1: Không viết cấu hình electron, không dựa vào bảng tuần hoàn mà chỉ

dựa vào cách sắp xếp lớp, phân lớp hãy xác định vị trí nguyên tố có số hiệu

→ Nguyên tố thuộc chu kì 3 (Vì 10Ne kết thúc chu kì 2 và 18Ar kết thúc chu kì 3)

→ Số electron điền vào lớp ngoài cùng là :

→ Nguyên tố thuộc ô thứ 17, chu kì 3, nhóm VIIA

b) 18 < Z = 25 < 36

2e 3s

17 – 10 = 7e 5e 3p plus.google.com/+D

ạyKèmQuyNh

ơn

→ Nguyên tố thuộc chu kì 4 (Vì 18Ar kết thúc chu kì 3 và 36Kr kết thúc chu kì 4)

→ Số electron điền vào lớp ngoài cùng là :

→ Nguyên tố thuộc ô thứ 25, chu kì 4, nhóm VIIB

c) 18 < Z = 35 < 36

→ Nguyên tố thuộc chu kì 4 (Vì 18Ar kết thúc chu kì 3 và 36Kr kết thúc chu kì 4)

→ Số electron điền vào lớp ngoài cùng là:

→ Nguyên tố thuộc ô thứ 35, chu kì 4, nhóm VIIB

d) 36 < Z = 53 < 54

→ Nguyên tố thuộc chu kì 5 (Vì 36Kr kết thúc chu kì 4 và 54Xe kết thúc chu kì 5)

→ Số electron điền vào lớp ngoài cùng là : 54 – 53 = 1e

→ Nguyên tố thuộc ô thứ 53, chu kì 5, nhóm IB

Câu 2: Chỉ ra nguyên tố có đặc điểm:

plus.google.com/+D

ạyKèmQuyNh

ơn

+ n = 3 → Electron cuối cùng được xếp vào lớp 3

+ l = 2 → Electron cuối cùng được xếp vào phân lớp d

+ ml = - 2 → Electron cuối cùng được xếp vào ô thứ nhất của phân lớp d

+ ms = - 1/2 → Electron cuối cùng hướng xuống

↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ -2 -1 0 +1 +2 Như vậy, phân lớp 3d có tất cả 6 electron

→ Cấu hình: 1s2

2s22p63s23p63d64s2

→ Nguyên tố Fe

b)

+ n = 3 → Electron cuối cùng được xếp vào lớp 3

+ l = 1 → Electron cuối cùng được xếp vào phân lớp p

+ ml = 0 → Electron cuối cùng được xếp vào ô thứ hai của phân lớp p

plus.google.com/+D

ạyKèmQuyNh

ơn

+ ms = - 1/2 → Electron cuối cùng hướng xuống

↑↓ ↑↓ ↑ -1 0 +1 Như vậy, phân lớp 3p có tất cả 5 electron

→ Cấu hình: 1s2

2s22p63s23p5

→ Nguyên tố Cl

c)

+ n = 2 → Electron cuối cùng được xếp vào lớp 3

+ l = 1 → Electron cuối cùng được xếp vào phân lớp p

+ ml = 0 → Electron cuối cùng được xếp vào ô thứ hai của phân lớp p

+ ms = + 1/2 → Electron cuối cùng hướng lên

↑ ↑ -1 0 +1 Như vậy, phân lớp 2p có tất cả 2 electron

Câu 5: Hợp chất A tạo từ hai đơn ion X và Y đều có cấu hình electron lớp ngoài cùng là 3s 2 3p 6 Tổng số các loại hạt cơ bản trong A là 164 Xác định X, Y

Dạng 2: Bài tập liên quan đến năng lượng ion hoá

Câu 6: Tính hằng số chắn: b 3p , b 3d , b 4s của 29 Cu

Câu 7: Trên cơ sở so sánh năng lượng ion hoá, viết cấu hình electron của ion

Câu 8: Sự biến đổi năng lượng ion hoá thứ nhất của các nguyên tố chu kì 2 có như sau:

eV 5,39 9,3 8,29 11,26 14,54 13,61 17,41 21,55 Nhận xét và giải thích?

Hướng dẫn

Trong chu kì 2, nói chung, I1 tăng dần từ trái sang phải Vì trong một chu kì từ trái qua phải Z tăng 1 đơn vị đồng thời hằng số chắn b tăng 0,35 đơn vị làm Z٭tăng Mà n٭ không đổi nên lực hút giữa hạt nhân với electron ngoài cùng tăng, khả năng tách electron ngoài cùng khó

Ngoại lệ trường hợp năng lượng ion hoá của bo (Z = 5) và oxi (Z = 8) có giảm

đi chút ít so với năng lượng ion hoá của nguyên tố đứng trước Sở dĩ như vậy là vì:

5B:

↑↓ ↑↓ ↑ 1s 2s 2p

B có 1 electron ở phân lớ 2p nằm sau phân lớp bão hoà nên mức độ chắn hạt

nhân mạnh Mặc dù Z tăng nhưng thực tế Z* giảm nên năng lượng ion giảm đi chút

ít

8O:

↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ 1s 2s 2p

O ở obitan 2p có 2 electron đã ghép đôi phát sinh tương tác đẩy trong cùng

một obitan làm một trong hai electron dễ tách ra Kết quả là điện tích hiệu dụng

giảm đi, do đó năng lượng ion hoá giảm

Dạng 3: Bài tập liên quan đến bán kính nguyên tử, bán kính ion

Câu 9: a) So sánh bán kính nguyên tử Na và bán kính cation Na + Giải thích?

b) So sánh bán kính nguyên tử Cl và bán kính anion Cl - Giải thích?

- Xét các nguyên tử của các nguyên tố cùng chu kì: 13Al, 11Na, 12Mg:

Trong một chu kì, theo chiều tăng điện tích hạt nhân (chiều điện tích hiệu dụng tăng) thì bán kính nguyên tử giảm dần

plus.google.com/+D

ạyKèmQuyNh

ơn

ơn

= 431-

2

1

(432 + 239) = 95,5 (kJ/mol)

٭Chú ý: Sự chênh lệch giữa năng lượng cộng hưởng ion cộng hoá trị và cộng hoá

trị thuần tuý là: ∆ = E A – B -

2

1

(E A - A + E B - B ) A – B tính bằng kcal/mol 0,208 √ = |χ A – χ B |

1 cal/mol = 4,184 J/mol

Câu 13:

a) Giải thích vì sao F là phi kim mạnh hơn Cl nhƣng ái lực với electron của nó (- 332,7 kJ/mol) lại lớn hơn của clo (- 348,7 kJ/mol)? Li là kim loại yếu hơn Na nhƣng ái lực với electron của nó (- 57 kJ/mol) lại lớn hơn của Na (- 71,4 kJ) b) Ái lực với electron thứ nhất của oxi bằng - 142 kJ/mol với electron thứ hai bằng 844 kJ/mol Giải thích Tính tổng ái lực hai electron Kết quả này có mâu thuẫn gì với sự tồn tại thực tế của ion O 2- không?

Do kích thước nguyên tử F và Li đều nhỏ nên electron thêm vào chịu tương tác đẩy mạnh hơn của những electron đang có sẵn

(k)

Dạng 5: So sánh tính axit của các hidurua và tính axit – bazơ của các hidroxit

Câu 14: Lực axit (xét K 1) thay đổi thế nào trong các dãy sau:

a) HMnO 4 , H 2 SeO 4 , H 6 TeO 6

b) HBrO, HClO 2 , HMnO 4 , H 2 SO 4

c) HNO 3 , HNO 2 , H 3 BO 3 , HClO 4

NO(OH): x = 1

B(OH)3: x = 0

ClO3(OH): x =3

→ Lực axit giảm dần theo thứ tự: HClO4, HNO3, HNO2, H3BO3

Câu 15: Dựa vào ảnh hưởng của độ âm điện, ảnh hưởng của mật độ điện tích của nguyên tử trung tâm , hãy giải thích nguyên nhân sự thay đổi tính axit của dãy hợp chất sau:

a) CH 4 , NH 3 , H 2 O, HF

b) HF, HCl, HBr, HI

Hướng dẫn

Giải thích tính axit của hiđrua H – X:

a) Trong cùng chu kì 2 theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân (từ C đến F):

- Độ âm điện tăng → độ phân cực liên kết H – X tăng → khả năng tách H+tăng

- Độ bền liên kết H- X giảm (do điện tích âm giảm, bán kính thay đổi không đáng kể) → khả năng tách H+

tăng → tính axit tăng

b) Trong nhóm VIIA theo chiều tăng điện tích hạt nhân (từ F đến Cl):

- Mặc dù, độ phân cực liên kết giảm (do độ âm điện giảm) nhưng độ bền liên kết H – X giảm (do điện tích âm không đổi và bán kính tăng) → khả năng tách H+tăng → tính axit tăng

Câu 16: Dựa vào ảnh hưởng của độ âm điện, ảnh hưởng của mật độ điện tích của nguyên tử trung tâm , hãy giải thích nguyên nhân sự thay đổi tính axit – bazơ của dãy hợp chất sau:

a) LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH

b) NaOH, Mg(OH) 2 , Al(OH) 3 , Si(OH) 4 , H 3 PO 4 , H 2 SO 4 , HClO 4

c) Mn(OH) 2 , Mn(OH) 3 , H 2 MnO 4 , HMnO 4

Hướng dẫn

Giải thích tính axit – bazơ của hidroxit M-O-H:

a) Trong nhóm IA theo chiều điện tích hạt nhân tăng dần (từ Li đến Cs):

plus.google.com/+D

ạyKèmQuyNh

ơn

- Độ âm điện giảm → độ phân cực liên kết M - O nói chung tăng (độ phân cực liên kết O – H giảm) → tính bazơ tăng (tính axit giảm)

- Bán kính tăng → mật độ điện tích dương của M giảm → độ bền M – O càng kém bền → tính bazơ tăng ; khả năng đẩy H+ giảm → tính axit giảm

b) Trong chu kì 3 theo chiều điện tích hạt nhân tăng dần (từ Na đến Cl):

- Độ âm điện tăng → độ phân cực liên kết M - O giảm (độ phân cực liên kết O-H tăng) → tính bazơ giảm (tính axit tăng)

- Mật độ điện tích dương của M tăng (bán kính thay đổi không nhiều, điện tích dương M tăng) → độ bền M – O càng bền → tính bazơ giảm; khả năng tách H+

Câu 19 (Trích đề thi olympic các trường đại học Việt Nam lần thứ ba, 2005, phần Hóa cơ sở, bảng B)

Hãy dự đoán số nguyên tố của chu kì 7 nếu nó được điền đầy đủ các ô nguyên

tố Viết cấu hình electron nguyên tử của nguyên tố có Z = 107 và 117 và cho biết chúng được xếp vào những phân nhóm nào trong bảng tuần hoàn ?

Câu 20 (Trích đề thi olympic hóa học sinh viên các trường đại học và cao đẳng toàn quốc lần thứ VII, phần thi lý thuyết, bảng C)

plus.google.com/+D

ạyKèmQuyNh

ơn

Tính số electron cực đại có thể có trong một nguyên tử thỏa mãn những điều kiện sau:

a) Các electron này có cùng số lƣợng tử chính n = 3

b) Các electron này có cùng số lƣợng tử chính n = 3 và số lƣợng tử phụ l = 1

c) Các electron này có cùng các số lƣợng tử: n = 3, l = 1 và số lƣợng tử từ ml = -1 d) Các electron này có cùng 4 số lƣợng tử: n = 3, l = 1, ml = -1 và ms = -1/2

Câu 21: Xác định tên nguyên tố có electron cuối cùng có bộ 4 số lƣợng tử nhƣ sau:

Câu 24 : Viết tên các nguyên tố đƣợc mô tả nhƣ sau:

- Các nguyên tố với 2 electron phân lớp 6p chƣa ghép đôi

- Một kim loại kiềm với 1 electron hoá trị ở lớp n = 5

- Nguyên tố với năng lƣợng ion hoá thứ nhất thấp nhất

- Nguyên tử của nguyên tố A có cấu hình: [khí hiếm](n – 1)dans1

Câu 25: Hai nguyên tố A và B ở hai nhóm A liên tiếp của bảng tuần hoàn có tổng

ZA + ZB = 19 Chúng tạo hợp chất có tổng số proton là 70 Xác định A, B và hợp

chất của chúng

Câu 26: Hợp chất A tạo từ Cation X+, anion X2- Cation X+ gồm 5 nguyên tử của 2 nguyên tố có tổng số electron là 10 Anion Y2- gồm 5 nguyên tử của 2 nguyên tố kế tiếp nhau trong nhóm A có tổng số electron là 500 Xác định X, Y, A

Câu 27: Trên cơ sở so sánh năng lƣợng ion hoá, viết cấu hình electron của ion Cu+,

a) Hãy giải thích sự khác biệt về giá trị năng lượng ion hóa thứ nhất và thứ hai của Ca và K Cho biết:

Năng lượng ion hóa thứ nhất (I1)

Câu 31: Dựa vào ảnh hưởng của độ âm điện, ảnh hưởng của mật độ điện tích của

nguyên tử trung tâm , hãy giải thích nguyên nhân sự thay đổi tính axit của dãy hợp chất sau:

a) H2O, H2S, H2Se, H2Te

b) PH3, H2S, HCl

Câu 32: Dựa vào ảnh hưởng của độ âm điện, ảnh hưởng của mật độ điện tích của

nguyên tử trung tâm , hãy giải thích nguyên nhân sự thay đổi tính axit – bazơ của dãy hợp chất sau:

a) HClO, HClO2, HClO3, HClO4

b) HClO4, HBrO4, HIO4

c) H2SO4, H2SeO4, H2TeO4

plus.google.com/+D

ạyKèmQuyNh

ơn

CHƯƠNG III: CHIỀU HƯỚNG DIỄN BIẾN CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC

Hầu hết các phản ứng xảy ra theo chiều phản ứng toả nhiệt (∆Hᴼ < 0)

Một số phản ứng thu nhiệt tự xảy ra

3.1.2.2 Một vài tên gọi hiệu ứng nhiệt

Nhiệt tạo thành (sinh nhiệt) tiêu chuẩn ∆H ᴼ của một chất là hiệu ứng nhiệt của phản ứng tạo thành một mol chất đó từ các đơn chất ở trạng thái bền vững ở điều kiện tiêu chuẩn Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn ∆Hᴼ của đơn chất bền ở trạng thái bền vững ở điều kiện tiêu chuẩn bằng không

Nhiệt cháy (thiêu nhiệt) của một chất: là hiệu ứng nhiệt của phản ứng đốt cháy

một mol chất đó bằng O2 để tạo thành các sản phẩm ở dạng bền vững nhất ở điều kiện tiêu chuẩn

Nhiệt hòa tan của một chất: là hiệu ứng nhiệt của quá trình hòa tan một mol chất đó

3.1.2.3 Định luật Hess

Là phương pháp xác định gián tiếp hiệu ứng nhiệt của các quá trình

Nội dung: “Hiệu ứng nhiệt của một phản ứng hóa học chỉ phụ thuộc vào trạng

thái đầu của các chất phản ứng và trạng thái cuối của sản phẩm phản ứng, không phụ thuộc vào các giai đoạn trung gian, nghĩa là không phụ thuộc vào con đường từ trạng thái đầu tới trạng thái cuối”

Ứng dụng:

- Tính dựa vào sinh nhiệt hoặc thiêu nhiệt của các chất:

= - = -

- Tính nhiệt chuyển pha

- Tính nhiệt phân ly (nhiệt nguyên tử hóa):

X2(k) → 2X(k) Epl >0

- Tính năng lượng liên kết (năng lượng tỏa ra khi hình thành liên kết từ nguyên tử tự do): Hiệu ứng nhiệt của phản ứng bằng tổng năng lượng phân ly liên kết của tất cả các liên kết trong các chất tham gia trừ tổng năng lượng phân ly liên kết của tất cả các liên kết trong các chất sản phẩm (có nhân với hệ số tỉ lượng tương ứng)

٭Chú ý: Nhiệt phân ly: = -

- Tính năng lượng mạng lưới tinh thể ion (năng lượng giải phóng ra khi hình thành

1 mol tinh thể từ những ion riêng rẽ ở thể khí)

٭Chú ý: < 0

plus.google.com/+D

ạyKèmQuyNh

ơn

→ Năng lượng phá vỡ mạng lưới tinh thể ion: = -

Công thức tính: Uml = 1201

( –

) kJ Trong đó: là tổng số ion mà phân tử phân ly

là số đơn vị điện tích của anion và cation

là biến thiên nhiệt dung đẳng áp của các chất trong phản ứng

Nếu nhiệt dung của các chất không phụ thuộc vào nhiệt độ thì = const, khi đó:

= + ( - )

3.1.3 Entropi

Về ý nghĩa vật lý, entropi (S) là đại lượng đặc trưng cho mức độ hỗn độn phân

tử của hệ cần xét Mức độ hỗn độn của hệ càng cao thì entropi của hệ có giá trị càng lớn

Đối với quá trình thay đổi trạng thái vật lý của các chất thì nhiệt độ không thay đổi và nếu áp suất cũng không thay đổi thì biến thiên entropi của quá tình là:

3.1.4 Năng lượng tự do Gibbs và chiều hướng diễn biến của phản ứng hóa học

Biến thiên thế đẳng áp (entanpi tự do hay năng lượng tự do Gibbs) là tiêu chuẩn để đánh giá quá trình có xảy ra hay không?

plus.google.com/+D

ạyKèmQuyNh

ơn

= - T Chiều diễn biến của phản ứng

Trong đó: là biến thiên thế đẳng nhiệt, đẳng áp của phản ứng

là hoạt độ cấu tử i ở trạng thái bất kì

- Nếu i là chất khí thì = ( là áp suất tiêu chuẩn và bằng 1 atm)

- Nếu i là chất tan trong dung dịch thì = ( là nồng độ tiêu chuẩn và bằng 1M)

- Nếu i là dung môi hoặc chất rắn thì = 1

Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng thì = 0, do đó:

= - (Các cấu tử đều ở trạng thái cân bằng) (2) Đối với một phản ứng nhất định, tại một nhiệt độ nhất định, là một hằng

số nên từ (2) suy ra đại lƣợng sau dấu ln cũng là một hằng số, đại lƣợng này gọi là hằng số cân bằng nhiệt động, kí hiệu là Ka

= (Các cấu tử đều ở trạng thái cân bằng) (3)

= (5)

Do đó:

٭ Nếu Q < Ka, phản ứng xảy ra theo chiều thuận

٭ Nếu Q > Ka, phản ứng xảy ra theo chiều nghịch

٭ Nếu Q = Ka, phản ứng đang ở trạng thái cân bằng

3.1.5.2 Các biểu thức tính hằng số cân bằng

a) Hằng số cân bằng theo áp suất (K p )

Xét phản ứng thuận nghịch xảy ra trong pha khí:

b) Hằng số cân bằng theo nồng độ mol (K C )

Xét phản ứng đồng thể (xảy ra trong dung dịch hoặc pha khí):

aA + bB cC + dD

KC = [ ] [ ]

[ ] [ ]

Trong đó: [ ] là nồng độ của cấu tử I ở trạng thái cân bằng

٭ Chú ý: Đối với phản ứng xảy ra trong pha khí thì:

= (P là áp suất chung của hệ)

Gọi K1 và K2 lần lƣợt là hằng số cân bằng của phản ứng ở T1K và T2K

Giả sử: ∆Hᴼ và ∆Sᴼ của phản ứng không phụ thuộc vào nhiệt độ thì:

ạyKèmQuyNh

ơn

hệ Nếu người ta thay đổi một hoặc nhiều thông số này thì trạng thái của hệ bị thay đổi, cân bằng hóa học của hệ bị phá vỡ Sau một thời gian, hệ sẽ chuyển đến trạng thái cân bằng mới Hiên tượng này gọi là chuyển dịch cân bằng

b) Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học

- Kết luận: Khi tăng áp suất của hệ ở trạng thái cân bằng, cân bằng sẽ chuyển dịch

về phía có số phân tử khí ít hơn và ngược lại

Nguyên lý chuyển dịch cân bằng Le Chatelier:

- Một phản ứng đang ở trạng thái cân bằng khi tác động các yếu tố bên ngoài (nồng

độ, nhiệt độ, áp suất) thì cân bằng chuyển dịch theo chiều chống lại các tác động đó