Luận án Thạc sĩ khoa học: Hệ thống lý thuyết - bài tập Dung dịch chất điện li dùng bồi dưỡng học sinh giỏi và học sinh chuyên Hóa học

Luận án Thạc sĩ khoa học: Hệ thống lý thuyết - bài tập Dung dịch chất điện li dùng bồi dưỡng học sinh giỏi và học sinh chuyên Hóa học xây dựng hệ thống lý thuyết - bài tập cơ bản, nâng cao Hóa học nhằm giúp cho học sinh giỏi cũng như học sinh chuyên Hóa nắm vững phần này một cách toàn diện về cả lý thuyết và bài tập.

CAO CỰ GIÁC

HỆ THỐNG LÝ THUYẾT - BÀI TẬP DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LI DÙNG BỒI DƯỠNG

HỌC SINH GIỎI VÀ HỌC SINH CHUYÊN HÓA HỌC

Chuyên ngành: PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY HÓA

Mã số : 5 07 02

LUẬN ÁN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học PGS.PTS Nguyễn Xuân Trường

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

CAO CỰ GIÁC

HỆ THỐNG LÝ THUYẾT - BÀI TẬP DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LI DÙNG BỒI DƯỠNG

HỌC SINH GIỎI VÀ HỌC SINH CHUYÊN HÓA HỌC

Chuyên ngành: PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY HÓA

Mã số : 5 07 02

LUẬN ÁN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.PTS Nguyễn Xuân Trường

Hà Nội – 1999

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài 3

2 Mục đích của đề tài 4

3 Nhiệm vụ của đề tài 4

4 Giả thuyết khoa học 5

5 Phương pháp nghiên cứu 5

6 Những đóng góp của đề tài 5

PHẦN II: NỘ I DUNG 6

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 6

1.1 Một số vấn đề lý thuyết trọng tâm bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi Olympic hóa học quốc tế 6

1.2 Nội dung lý thuyết dung dịch chất điện ly cần bồi dưỡng cho học sinh giỏi và học sinh chuyên hóa 14

1.3 Nội dung bài tập dung dịch chất điện li cần bồi dưỡng học sinh giỏi hóa và học sinh chuyên hóa học 15

1.4 Đặc trưng của dạy và học hóa học (cơ bản) hiện nay ở các bậc học nói chung và bậc phổ thông nói riêng [13] 15

1.5 Một số quan niệm bước đầu về học sinh giỏi hóa 18

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LI DÙNG BỒI DƯỠNG CHO HỌC SINH GIỎI HÓA VÀ HỌC SINH CHUYÊN HÓA H ỌC 18

CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG BÀI TẬP DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LI DÙNG BỒI DƯ ỠNG HỌC S INH GIỎ I VÀ HỌC S INH C HUYÊN HÓA H ỌC 84

PHẦN III: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 105

1 Mục đích của thực nghiệm sư phạm (TNSP) 105

2 Nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm 105

3 Đối tượng và cơ sở TNSP 105

4 Nội dung TNSP 105

5 Phương pháp TNSP 106

6 Kết quả thực nghiệm 106

KẾT LUẬN CHUN G 111

PHỤ LỤC 1: Đ Ề K IỂM TR A THỰC NGH IỆM SƯ P HẠM 113

PHỤ LỤC 2: ĐÁNH GIÁ C ÁC BÀI K I ỂM TRA THỰC NGHIỆ M 114

TÀI LI ỆU T HAM KH ẢO 115

LỜI CẢM Ơ N

Công trình đã được hoàn thành nhờ sự giúp đỡ nhiệt tình cùa các thầy cô giáo trong

Bộ môn Phương pháp giảng dạy Hóa và toàn thể các thầy cô giáo Khoa Hóa học trường ĐHSP - ĐHQG Hà Nội Đặc biệt PGS - PTS Nguyễn Xuân Trường, nguyên chủ nhiệm bộ môn - người hướng dẫn đề tài đã dành nhiều thời gian đọc bản thảo, bổ sung và đóng góp nhiều ý kiến quý báu Ngoài ra còn có sự giúp đỡ và ủng hộ nhiệt tình của các thầy cô giáo, các em học sinh trường chuyên PTTH Hà Nội - Amsterđam và Khối phổ thông chuyên Hóa trường ĐHKHTN - ĐHQG Hà Nội trong quá trình thực nghiệm đề tài

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành nhất đến PGS - PTS Nguyễn Xuân Trường về sự hướng dẫn tận tình đầy tâm huyết trong suốt quá trình xây dựng và hoàn thiện

luận án

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô giáo trong Bộ môn Phương pháp giảng dạy Hóa học - Trường Đại học Sư phạm - Đại học Quốc gia Hà Nội, tới các thầy cô giáo, các em

học sinh chuyên Hóa trường thực nghiệm và các bạn đồng nghiệp gần xa

Nhân dịp này, tôi xin chân thành cảm ơn:

Phòng Quản lý Khoa học trường ĐHSP - ĐHQG Hà Nội

Ban chủ nhiệm Khoa Hoa trường ĐHSP - ĐHQG Hà Nội

Ban chủ nhiệm Khoa Hoa trường ĐHSP Vinh Đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành tốt luận án này

Hà Nội, ngày 15 tháng 5 năm 1999

CAO CỰ GIÁC

PHẦN I: MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong những năm gần đây, trước sự nghiệp đổi mới toàn diện của đất nước, nền giáo dục và đào tạo của nước nhà đang đóng vai trò chức năng của một cỗ máy cái nhằm hoạt động "nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bổi dưỡng nhân tài" [1] để hoàn thành tốt công cuộc công nghiệp hóa -hiện đại hóa đất nước, đưa nước ta tiến kịp và hội nhập với các nước trong kku vực nói riêng và toàn cầu nói chung

Kết quả đó bước đầu được khẳng định bởi số lượng học sinh đạt học sinh giỏi quốc gia và quốc tế ở nước ta đang ngày được tăng nhanh Đặc biệt kết quả tham dự các kỳ thi Olympic quốc tế hóa học của đội tuyển học sinh giỏi nước ta trong ba năm đầu tiên đã ghi nhận nhiều thành tích đáng tự hào và khích lệ (Olympiad 28th - 1996 tại Nga, Olympiad 29th -

1997 tại Canada đạt huy chương bạc và đồng, Olympiad 30th - 1998 tại Australia đạt huy chương bạc và đồng)

Từ thực tế đó đặt ra cho ngành giáo dục và đào tạo không những có nhiệm vụ đào tạo toàn diện cho thế hệ trẻ mà còn phải có chức năng phát hiện, bồi dưỡng tri thức năng khiếu của học sinh nhằm dào tạo các em trở thành những nhà khoa học mũi nhọn trong từng lĩnh vực Đây chính là nhiệm vụ cấp thiết trong việc bồi dưỡng học sinh giỏi và tuyển chọn các

em có năng khiếu thực sự của từng bộ môn vào các lớp chuyên ở các trung tâm giáo dục chất lượng cao

Xuất phát lừ thực trạng dạy và học ở các lớp chuyên hóa cũng như việc bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học trong những năm gần đây đang gặp một số khó khăn phổ biến:

- Giáo viên chưa mở rộng được kiến thức hóa học cơ bản phù hợp với học

sinh chuyên hóa và học sinh giỏi hóa Nghiên cứu chương trình thi Olympic quốc gia và đặc biệt là quốc tế cho thấy khoảng cách kiến thức giữa nội dung chương trình học với nội dung chương trình thi Olympic là rất quá xa Để rút ngắn khoảng cách đó cần phải trang bị cho các

em một số kiến thức hóa học cơ bản ngang tầm với chương trình đại học ở nước ta về mức độ vận dụng

- Vì chưa chuẩn bị tốt hệ thống lý thuyết cơ bản nên cũng chưa xây dựng được một hệ thống bài tập nâng cao và chuyên sâu phù hợp với năng khiếu tư duy của các em

Xây dựng một hệ thống lý thuyết - bài tập hóa học cơ bản chuyên sâu từng vấn đề một

để cho giáo viên bồi dưỡng và học sinh chuyên hóa tham khảo thiết nghĩ là rất cần thiết Đề tài này mong muốn được góp một phần nhỏ bé vào mục đích to lớn đó

2 Mục đích của đề tài

(i) Xây dựng hệ thống lý thuyết - bài tập cơ bản, nâng cao về chương dung dịch chất điện li nhằm bồi dưỡng học sinh giỏi cũng như học sinh chuyên hóa nắm vững phần này một cách toàn diện về cả lý thuyết và bài tập - phương pháp giải với mục đích giúp các em chuẩn

bị tốt các kỳ thi Olympic hóa học

(ii) Đề nghị tiếp tục mở lộng phạm vi nghiên cứu các vấn đề trọng tâm khác của hoa học thường hay đề cập đến trong các kỳ thi Olympic hóa học cũng như trong vấn đề bồi dưỡng học sinh giỏi hóa hiện nay

3 Nhiệm vụ của đề tài

(i) Tổng kết và mở rộng lý thuyết cơ bản về dung dịch chất diện li

(ii) Xây dựng hệ thống bài tập chuyên sâu nhằm khai thác khả năng vận dụng kiến

thức dung dịch chất điện li đối với học sinh giỏi và học sinh chuyên hóa, đặc biệt có phân

tích và tham khảo đề thi Olympic hóa học của một số quốc gia và quốc tế có liên quan đến vấn đề này

(iii) Tổng kết một số phương pháp giải chọn lọc

4 Giả thuyết khoa học

Nếu có một hệ thống lý thuyết - bài tập cơ bản, kết hợp với phương pháp bồi dưỡng đúng hướng của giáo viên, chắc chắn sẽ thu được kết quả cao trong việc bồi dưỡng học sinh giỏi và học sinh chuyên hóa học

5 Phương pháp nghiên cứu

Trong quá trình tiến hành làm luận án, chúng tôi đã sử dụng các phương pháp:

(i) Phương pháp tìm hiểu thực tiễn dạy và bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học ở các lớp chuyên hóa nhằm phát hiện vấn đề nghiên cứu

(ii) Phương pháp làm việc với các tài liệu có liên quan tới luận án như: sách, báo, tạp chí, nội dung chương trình chuyên hóa, hướng dẫn bồi dưỡng đội tuyển Olympic hóa học, các

đề thi Olympic hóa học trong nước và quốc tế nhằm đề ra giả thuyết khoa học và đề ta nội dung luận án

(iii) Phương pháp trao đổi kinh nghiệm với giáo viên ở các lớp chuyên hóa, đặc biệt các giáo sư chuyên bồi dưỡng đội tuyển hóa học dự thi Olympic Hóa học quốc tế như: PGS.PTS Trần Thành Huế, GS.PTS Nguyễn Tinh Dung, GS.PTS Trần Quốc Sơn, PGS.PTS Đào Hữu Vinh, PGS.PTS Từ Vọng Nghi,

(iv) Phương pháp thực nghiệm sư phạm nhằm góp phần chứng minh cho các vấn đề đặt ra là đúng đắn và tính khả thi của luận án khi áp dụng vào thực tế giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi và học sinh chuyên hóa học

6 Những đóng góp của đề tài

(i) Về mặt lý luận: Bước đầu đề tài đã xác định và góp phần xây dựng được một hệ

thống lý thuyết - bài tập về dung dịch chất điện li tương đối phù hợp với yêu cầu và mục đích bồi dưỡng học sinh giỏi hóa ở trường phổ thông và giảng dạy ở các lớp chuyên hóa hiện nay

(ii) Về mặt thực tiễn: Nội dung của luận án giúp cho giáo viên có thêm nhiều tư liệu

bổ ích trong việc giảng dạy lớp chuyên và bồi dưỡng đội tuyển Nội dung của luận án cũng có thể là những gợi ý hữu ích cho các tác giả viết sách giáo khoa, sách bài tập chuyên hóa và các tài liệu bồi dưỡng học sinh giỏi hóa ở trường PTTH

PHẦN II: NỘI DUNG

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Một số vấn đề lý thuyết trọng tâm bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi Olympic hóa học quốc tế

(Trích tài liệu của Hội giảng dạy hóa họcViệt nam)

A HÓA LÝ THUYẾT VÀ HOÁ LÝ

(Biên soạn: GS.TS Quách Đăng Triều; PGS.PTS Trần Thành Huế; PGS.PTS Vũ Ngọc Ban)

Giải thích ký hiệu:

1- Là các vấn đề trọng tâm trong sách giáo khoa hóa học phổ thông

2- Là các vấn đề nâng cao ở mức độ vừa phải so với mức 1

3- Là các vấn đề nâng cao hơn so với mức 2 Các vấn đề cụ thể:

Cân bằng hóa học:

l- Mô hình động lực học về cân bằng hóa học Cân bằng hóa học được biểu diễn theo: 1- Nồng độ tương đối

2- Áp suất riêng phần tương đối

3- Mối liên hệ hằng số cân bằng của các khí lí tưởng được biểu thị theo các cách khác nhau (nồng độ, áp suất, phân số mol)

4 Quan hệ giữa hằng số cân bằng với ΔG°(năng lượng Gibbs chuẩn)

CÂN BẰNG ION:

1- Lý thuyết Areniunyt về axit – bazơ

2- Thuyết Brönsted- lowry; các axit - bazơ liên hợp

1 - Định nghĩa pH

1 - Tích số ion của nước

1- Quan hệ giữa Ka và Kb của các axit - bazơ liên hợp

1 - Sự thủy phân của các muối

1 - Tích số tan - định nghĩa

1 - Tính độ tan trong nước từ tích số tan

1 - Tính pH của một axit yếu từ Ka

2- Tính pH của dung dịch HC1

2- Tính axit của dung dịch đa axit

2- Định nghĩa hệ số hoạt đô

2- Phương trình động học (sự phụ thuộc của nồng độ vào thời gian)

2- Thời gian/ chu kì bán hủy

2- Liên hệ giữa chu kỳ bán hủy với hằng số tốc độ

3- Tính năng lượng hoạt động hóa từ số liệu thực nghiệm

3- Các khái niệm cơ bản của thuyết va chạm

3- Các khái niệm cơ bản của thuyết trạng thái chuyển tiếp

3- Phản ứng thuận nghịch, nối tiếp và song song

Nhiệt động học:

2- Hệ và môi trường của hệ

2- Năng lượng, nhiệt và công

2- Liên hệ giữa entanpi và năng lượng

2- Nhiệt dung (định nghĩa)

3- Sự khác nhau giữa và Cv

2- Định luật Hess

3- Chu trình Born- Habber cho các hợp chất ion

3- Năng lượng mạng lưới - các sự tính gần đúng (chẳng hạn phương trình kapustinski) 2- Dùng entanpi sinh tiêu chuẩn

2- Nhiệt hoà tan và nhiệt pha loãng

2- Năng lượng liên kết: Định nghĩa và sử dụng

CÁC HỆ PHA

1- Định luật các khí lí tưởng

3- Định luật chất khí của Vandecva

1- Định nghĩa về áp suất riêng phần

2- Sự phụ thuộc nhiệt độ của áp suất hơi của chất lỏng

3- Phương trình Claudius - Clapeyron

3- Hệ lý tưởng và không lý tưởng 3- Dùng sự cất phân đoạn

2- Định luật Henry, địnhluật Raoult

3- Sự lệch khỏi định luật Raoult

2- Định luật về tăng điểm sôi (hay sự tăng phí điểm)

2- Sự hạ băng điểm - và việc xác định khối lượng phân tử

2- Áp suất thẩm thấu

3- Hệ số phân bố

2- Sự chiết dung môi

2- Các nguyên tắc cơ sở của sắc kí

3- Bậc liên kết trong O2 , , ,

3- Phương pháp MO – Hucken cho các hợp chất vòng

2- Các axit và bazơ Liuxơ

3- Các axit Liuxơ mạnh, yếu

2- Các electron độc thân và tính thuận từ

3- Cấu trúc tinh thể ion

2- Cấu trúc các bộ phân tử đơn giản có nguyên tử trung tâm; sự vượt quá quy tắc bát

tử (octet)

Các dồng vị:

1 - Tính số nucleon

1 - Sự phân rã phóng xạ

2- Phản ứng hạt nhân

(Các vấn đề cấu tạo hợp chất hữu cơ được đề cập trong phần hóa hữu cơ)

Các phương pháp công cụ xác định cấu trúc:

PHỔ UV-VIS (tử ngoại - nhìn thấy)

3- Tín hiệu đặc trưng của các hợp chất vòng, của nhóm mang màu Khối phổ xác định được:

Phân cực kế:

3- Tính các góc quay đặc biệt

B- HOÁ VÔ CƠ (Biên soạn: GS Hoàng Nhâm)

Ị- Lý thuyết đại cương:

- Thế ôxi hóa - khử Phản ứng ôxi hóa - khử Sức điện động và cân bằng hóa học

- Năng lượng: năng lượng liên kết, nhiệt phản ứng, nhiệt tạo thành, nhiệt đốt cháy, nhiệt hòa tan, năng lượng mạng lưới tinh thể

II- Hạt nhân nguyên tử

- Hiện tượng phóng xạ Đồng vị phóng xạ Độ phóng xạ Sự phân rã α, β , γ Phản ứng hạt nhân

III Nguyên tố hóa học:

a) Phi kim Cần xét thêm:

- Các axit và muối của : HOCl, HClO2, HClO3, HClO4

- Hợp chất giữa Halogen và giả Halogen

- Các oxi axit của lưu huỳnh và muối của: H2S2O3, H2SO5, H2S2O8

-Các nitrua kim loại, HNO2, N2H4, H2N2O2, HN3,

-Cacbua kim loại, cacbonyl kim loại

-Các hợp chất: HCN, HSCN

b) Kim loại Cần xét thêm:

Sn, Pb, Sb, Bi, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Ag, Au, Zn, Hg

Chú ý xét kỹ phản ứng của cation kim loại

c) Chú ý nhiều đến ứng dụng thực tế, những vật liệu và đối tượng thường gặp trong đời sống hàng ngày

IV Hóa học phức chất:

Định nghĩa: Cấu tạo phức chất, Hằng số tạo phức Phức chất spin thấp, spin cao Từ

tính và mùa sắc của phức chất Phức chất π

C HÓA HỮU CƠ: (Biên soạn: GS Trần Quốc Sơn)

I Thực hành hóa hữu cơ

- Các thao tác và kỹ năng cơ bản

- Thực hành tổng hợp hữu cơ

- Thực hành phân tích nhóm chức hữu cơ

- Các bài thực hành theo tài liệu chuẩn bị thi

II Lý thuyết hóa hữu cơ

a) Một số vấn đề đại cương:

- Danh pháp hữu cơ

- Cấu trúc không gian và đồng phân lập thể -Hiệu ứng cấu trúc

- Quan hệ giữa cấu trúc và một số tính chất

- Ứng dụng của một số phương pháp hóa lý trong khảo sát hợp chất hữu cơ

- Lý thuyết về phản ứng hữu cơ

b) Phản ứng của hyđrocacbon

Các phản ứng: thế, cộng, tách, ôxi hóa

c) Phản ứng của các dẫn xuất hidro cacbon:

- Phản ứng của dẫn xuất halogen, ancol, phenol, ete

- Phản ứng của andehit, xeton, axit và dẫn xuất

- Khái niệm về phản ứng của dẫn xuất của axit cacbonic

- Phản ứng của hợp chất cơ nguyên tố

- Phản ứng của hợp chất chứa nitro

d) Một số vấn đề hóa sinh học:

- Hóa học và sinh hóa gluxit

- Hóa học và sinh hóa lipit

- Hóa học và sinh hóa protit

- Hợp chất chứa lưu huỳnh

1.2 Nội dung lý thuyết dung dịch chất điện ly cần bồi dưỡng cho học sinh giỏi và học sinh chuyên hóa

Dựa vào nội dung chương trình chuyên hóa học được Bộ Giáo dục và Đào tạo ban hành năm 1996 [5] và nội dung chương trình thi Olympic hóa học quốc tế [25], chúng tôi đề xuất một số nội dung lý thuyết về dung dịch chất điện li dùng bồi dưỡng học sinh giỏi hóa, bao gồm các phần:

I Đại cương về dung dịch:

Các hệ phân tán Nồng độ dung dịch Độ tan S Dung dịch bão hòa, chưa bão hòa và quá bão hòa Quá trình hidrat hóa - tinh thể ngậm nước Nhiệt hòa tan Tích số lan T Tính

chất của dung dịch loãng - Định luật Raoult Áp suất thẩm thấu - Định luật Vant Hoff

II Sư điện li:

Định nghĩa Chất điện li mạnh - Chất điện li yếu - Chất không điện li Tính chất bất thường của dung dịch chất điện li so với dung dịch chất

không điện li: hệ số Vant Hoff Độ điện li α Hằng số cân bằng K Liên hệ giữa hằng số điện

li K và độ điện li α Liên hệ giữa độ điện li α và hệ số Vant hoff i Thuyết axit - bazơ của Bionsted Tích số ion của nước - pH dung dịch Hằng số điện li axit (Ka), bazơ (Kb) và mối liên hệ giữa Ka và Kb Cách tính pH của các dung dịch axit, bazơ và muối Dung dịch đệm pH- đệm năng

III Đánh giá phản ứng xảy ra trong dung dịch chất điện li

- Dự đoán định tính chiều hướng phản ứng trong dung dịch

- Đánh giá bán định lượng

- Đánh giá định lượng

- Đánh giá và dự đoán phản ứng trong các hệ phức tạp

1.3 Nội dung bài tập dung dịch chất điện li cần bồi dưỡng học sinh giỏi hóa và học sinh chuyên hóa học

Chúng tôi đã xây dựng, tuyển chọn hơn 30 bài tập và ví dụ thuộc phần này nhằm bồi dưỡng học sinh giỏi hóa và học sinh chuyên hóa nắm vững kiến thức lý thuyết được trang bị

ở chương 2 và hình thành các kỹ năng tính toán hóa học, đặc biệt là các phép tính phân tích được dùng nhiều trong các kỳ thi Olympic hóa học

1.4 Đặc trưng của dạy và học hóa học (cơ bản) hiện nay ở các bậc học nói chung và bậc phổ thông nói riêng [13]

1.4.1.Gắn liền với thực nghiệm.

Hóa học vẫn là khoa học thực nghiệm Trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển như vũ bão hiện nay, thực nghiệm hóa học có những nét chủ yếu sau đây:

- Có thêm các phương tiện hiện đại Các kết quả thực nghiệm nhờ các phương tiện hiện đại như phổ hổng ngoại, tử ngoại, cộng hưởng từ hạt nhân, khối phổ, sắc ký, thu được,

đã trở thành tư liệu

học tập và nội dung các dề nghị Olympic hóa học phổ thông Ngoài ra còn có sự vi tính hóa

- Sự mini hóa thể hiện trong việc dùng các lượng chất rất ít (cỡ vài phần mười mililit hay microgam) với các dụng cụ rất nhỏ

- Sự thực hóa các đối tượng nghiên cứu Chẳng hạn một trong hai đề thí thực nghiệm Olympic hóa học quốc tế lần thứ 29 (thi ngày 13/7/1997 -Canada) là định lượng canxi, magie trong nước đóng chai EDTA

1.4.2 Cơ sở lý thuyết vững vàng

Cơ sở lý thuyết thực hiện ở các quy luật định tính, định lượng dể giải quyết kết quả thực nghiệm và phần nào dó hướng dẫn thực nghiệm Các quy luật đó là nội dung ở mức độ dại cương các định luật nhiệt động lực hóa học, động hóa học, điện hóa học, hóa học lượng

tử, phân tích định tính, định lượng, mối liên hệ giữa cấu tạo với tính chất, cơ chế phản ứng Nội dung các quy luật đó được thể hiện trong các bài tập chuẩn bị hay trong đề thi chính thức của Olympic hoá học quốc tế ở hai mức độ:

Mức 1: Các quy luật đó được hỏi riêng

Mức 2: Vận dụng đan xen vào các bài tập có nội dung hóa học nguyên tố hay hóa học hữu cơ

Hai số liệu sau đây minh họa cho thực tế đó:

- Trong 8 bài thi lý thuyết (làm trong 5 giờ) của Olympic hóa học quốc tế lần thứ 29

lại Canada (thi ngày 15/7/1997) có 4 bài ở mức 1, 4 bài ở mức 2

- Trong 25 bài tập hướng dẫn chuẩn bị cho kỳ thi Olympic hóa học quốc tế lần thứ 30

lại Australia (dự kiến thi từ ngày 4 - 15/7/l998) có 14 bài ở mức I và 1 1 bài ở mức 2

Sự có cơ sở lý thuyết vững vàng trong giảng dạy và học tập hóa học, ngay cả bậc phổ thông - là kết qủa tất yếu của sự phát triển nội tại của khoa học hóa học trong suốt chiều dài

hình thành và phát triển của nó

1.4.3 Gắn liền với các vấn đề công nghệ, môi trường, kinh tế xã hội, phòng chống AIDS,

Đặc điểm này thể hiện ở chỗ nội dung, phương pháp nghiên cứu hóa học phải bắt nguồn từ thực tế Việc phải thí nghiệm ở mức vi lượng vì tiết kiệm (kinh tế), vì chống ô nhiễm môi trường, đối tượng làm thí nghiệm phải có thực như nước đóng chai thì kết quả thu được mới có ý nghĩa thực tế Các vấn đề toàn cầu như lỗ thủng ôzôn, mưa axit, điều chế và sử dụng dược phẩm, khai thác quặng, năng lượng hạt nhân đều có trong nội dung bài tập chuẩn bị cũng như các đề thi

Đặc điểm này xuất phát từ bản chất của khoa học hóa học Hóa học có mặt ở mọi nơi, mọi lúc

tự lực cá nhân vươn lên đóng góp ở mức nhiều nhất có thể được cho xã hội cho đất nước

Có thể rút ra một đặc điểm của học sinh Việt Nam qua các kỳ thi quốc gia và bước đầu dự thi I.Ch.O, đặc điểm quan trọng nhất, có ý nghĩa nhất là các em tự vươn lên, tự vượt

được chính mình ở thời điểm cần thiết

1.5 Một số quan niệm bước đầu về học sinh giỏi hóa

Bàn về học sinh giỏi hóa khi chúng ta chưa có một tiêu chí rõ ràng về thế nào là một học sinh giỏi hóa thì quả là thiếu sót Vấn đề này gần đây đã được một số tác giả quan tâm, đặc biệt những người làm công lác bồi dưỡng học sinh giỏi hóa trong giai đoạn hiện nay

1.5.1 Theo PGS.PTS Trần Thành Huế [13,14]: Nếu dựa vào kết quả bài thi để

đánh giá thì một học sinh giỏi hóa cần hội đủ các yếu tố sau đây:

(1) Có kiến thức cơ bản tốt; thể hiện nắm vững các khái niệm, định nghĩa, định luật, qui tắc đã được quy định trong chương trình; không thể hiện thiếu sót về công thức, phương trình hóa học Số điểm phần này chiếm khoảng 50% toàn bài

(2) Vận dụng sắc bén, có sáng tạo, đúng các kiến thức cơ bản trên Phần này chiếm khoảng 40% toàn bài

(3) Tiếp thu và dùng được ngay một số ít vấn đề mới do đầu bài đưa ra Những vấn

đề mới này là những vấn đề chưa được đề cập hoặc đã đề cập một mức độ nào đó trong chương trình hóa học phổ thông, nhưng nhất thiết vấn đề đó phải liên hệ mật thiết với các nội dung của chương trình Số điểm phần này chiếm khoảng 6% toàn bài

(4) Bài làm cần được trình bày rõ ràng, càng sạch và đẹp càng tốt Phần này chiếm khoảng 4% toàn bài

1.5.2 Theo các tài liệu về tâm lý học, phương pháp dạy học hóa học và những tài liệu, bài viết về vân đề học sinh giỏi hóa học thì học sinh giỏi hóa được thể hiện qua những năng lực sau đây:

a) Có năng lực tiếp thu kiến thức và có kiến thức cơ bản tốt:

- Có khả năng tiếp thu nhanh các kiến thức bài mới, luôn hào hứng trong các tiết học

- Nắm vững kiến thức cơ bản một cách sâu sắc, có hệ thống

- Có ý thức tự bổ sung, hoàn thiện kiến thức ngay ở dạng sơ khởi

b) Có năng lực tư duy tốt và sáng tạo:

- Biết phân tích các sự vật và hiện tượng qua các dấu hiệu đặc trưng của chúng

- Biết thay đổi góc nhìn khi xem xét một sự vật hiện tượng

- Biết cách tìm ra con đường ngắn nhất để sớm đi tới kết luận cần thiết

- Biết xét đủ các điều kiện cần thiết để đạt được kết quả mong muốn

- Biết xây dựng các phần ví dụ để loại bỏ một số miền tìm kiếm vô ích

- Biết quay lại điểm vừa xuất phát để tìm đường đi mới

c) Có năng lực trình bày và diễn đạt:

- Biết diễn đạt chính xác, gọn gàng, logic điều mình muốn

- Biết sử dụng thành thạo hệ thống ký hiệu, quy ưóc để diễn đạt vấn đề một cách ngắn gọn, nổi bật điều quan trọng nhất

d) Có năng lực lao động sáng tạo:

- Biết vận dụng kiến thức cơ bản một cách cơ bản, sáng tạo vào những tình huống mới

- Biết tổ hợp các yếu tố, các thao tác để thiết kế một dãy hoạt động, nhằm đạt kết quả mong muốn

e) Có năng lực kiểm ch ứng:

- Biết suy xét đúng sai từ một loại sự kiện

- Biết tạo ra các tương tự hay các tương phản để khẳng định hoặc bác bỏ một đặc trưng nào đó trong sản phẩm do mình làm ra

- Biết chỉ ra một cách chắc chắn các dữ kiện cần phải kiểm nghiệm sau khi thực hiện một số lần kiểm nghiệm

f) Có năng lực thực hành thí nghiệm:

- Biết thực hiện tốt, chính xác những động tác cần thiết trong thực hành thí nghiệm

- Có khả năng vận dụng những vấn đề lý thuyết vào thực hành một cách hợp lý, khoa học

- Có tính kiên nhẫn có khả năng khéo léo trong thực hành

g) Có năng lực ghi nhớ: Có khả năng ghi nhớ nhanh, chính xác và ghi nhớ nhiều vấn

đề kể cả những vấn đề phức tạp, lắt léo

Trên cơ sở đó, qua trao đổi với một số giáo viên trực tiếp bồi dƣỡng học sinh giỏi và giảng dạy ở các lớp chuyên hóa, theo chúng tôi, một học sinh giỏi hóa phải là:

(i) Có kiến thức cơ bản tốt: Thể hiện nắm vững kiến thức cơ bản một cách sâu sắc, có

hệ thống

(ii) Có khả năng tư duy tốt và tính sáng tạo cao: Trình bày và giải quvết vấn đề một

cách linh hoạt, rõ ràng, khoa học

(iii) Có khả năng thực hành thí nghiệm tốt: Hóa học là khoa học vừa lý thuyết vừa

thực nghiệm, do đó không thể tách rời lý thuyết với thực nghiệm, phải biết vận dụng lý thuyết

để điều khiển thực nghiệm và từ thực nghiệm kiểm tra các vấn đề của lý thuyết, hoàn thiện lý thuyết ở mức cao hơn

CHƯƠNG 2

HỆ THỐNG LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LI

DÙNG BỒI DƯỠNG CHO HỌC SINH GIỎI HÓA VÀ HỌC SINH CHUYÊN

b) Nhũ tương: hệ này chỉ khác hệ huyền phù ở chỗ chất phân tán là lỏng Ví dụ, sữa

trong đó chất phân tán là những hạt mỡ lơ lửng

c) Dung dịch keo: là hệ phân tán trong đó các hạt của chất phân tán có đường kính từ

10-5 cm đến 10-7 cm Dung dịch keo tương đối bền Các hạt keo chỉ có thể nhìn thấy dưới kính siêu hiển vi

d) Dung dịch thật thường được gọi tắt là dung dịch mà trong đó chất phân tán và môi trường phân tán được phân bố trong nhau dưới dạng phân tử hoặc ion (kích thước hạt cỡ 10- 8

cm)

Trong dung dịch, các hạt phân tán và các phân tử của môi trường có kích thước xấp

xỉ nhau, không còn bề mặt phân chia nữa do đó toàn bộ

dung dịch là một hệ đồng th ể Hệ này rất bền Chất được phân bô gọi là chấ t tan còn môi trường trong dó chất tan phân bố gọi là dung môi Hiểu rộng ra dung dịch có thể là khí (ví

dụ không khí) hoặc rắn (ví dụ hợp kim) hoặc lỏng Tuy nhiên trong chương trình phổ thông cũng như trong thực tế ta thường nghiên cứu nhiều về dung dịch lỏng

Vậy có thể định nghĩa dung dịch một cách đẩy đủ như sau:

- Dung dịch là một hệ đồng thể bao gồm chất tan, dung môi và sản phẩm tương tác của chất tan với dung môi

Ví dụ: Dung dịch CuSO4 thì CuSO4 là chất tan, H2O là dung môi, Cu2+ và Cu2+.5H2O

là sản phẩm tương tác giữa CuSO4 với H2O

- Dung môi quan trọng và phổ biến nhất là nưóc Từ đây trở di, trong luận án, nếu không ghi chú ý gì thì dung dịch được ngầm hiểu dung môi là H2O, còn muốn nói dung môi

là chất lỏng khác thì sẽ ghi cụ thể, ví dụ KOH trong rượu etylic, I2 trong benzen

- Chất tan có thể là chất rắn (NaCl, đường ), chất khí (HC1, NH3 ) hoặc chất lỏng (rượu, H2SO4 ) Dung dịch có thể chứa một loại chất tan hoặc nhiều loại chất tan (dung dịch hỗn hợp)

- Tên các chất tan được lấy làm tên của dung dịch

2.1.2 Nồng độ dung dịch

Nồng độ là một đại lượng dùng để biểu diễn lượng chất tan trong một đơn vị thể tích hay một dơn vị khối lượng dung dịch Khi lượng chất tan nhỏ ta có dung dịch loãng, còn khi lượng chất tan lớn la có dung dịch đặc

Nồng độ có thể là một đại lượng không thứ nguyên (nồng độ % về khối lượng hoặc thể tích) hoặc một đại lượng có thứ nguyên (nồng độ mol, molan)

Sau đây là một số loại nồng độ dung dịch thông dụng:

a) Nồng độ phần trăm khối luông (C%): biểu diễn số gam chất tan trong

100 gam dung dịch Công thức tính:

(2.1)

Một số lưu ý khi sử dụng công thức (2.1):

- Khối lượng chất tan (m1) và khối lượng dung dịch (mdd) phải có cùng đơn vị đo

- Khối lượng dung dịch: mdd = m1 + mdm

- Khối lượng chất tan bằng khối lượng chất nguyên chất cho vào nước và nếu chất tan phản ứng với nước thì chính là khối lượng chất tham gia phản ứng:

m1 = mchất nguyên chất = mchất tham gia phản ứng

- Khối lư ợn g ri êng của dung dị ch (d): là khối lượng của mội đơn vị thể tích

dung dịch Thường biểu diễn khối lượng riêng theo g.ml-1 Công thức liên hệ giữa khối lượng riêng (d), khối lượng dung dịch (m) và thể tích dung dịch (v) là :

(2.2)

Nói chung nồng độ dung dịch càng đặc, khối lượng riêng càng tăng Tuy nhiên khi quá đặc thì quy luật đó không còn đúng Đối với các dung dịch có d < 1 như dung dịch NH3, rượu etylic thì khi nồng độ tăng, khối lượng riêng càng giảm Với H2O nguyên chất ta có d

= 1g.ml-1

- Có những chất khi hòa tan vào nước thì khối lượng m1 không đổi, ví dụ NaCl, HCl… nhưng cũng có những chất khi hoa tan a gam thì lượng chất tan 1 giảm (ví dụ khi hòa tan a gam CuSO4 .5H2O thì m1 = 160a/ 250) hoặc tăng (đối với trường hợp chất đem hòa tan tác dụng với H2O tạo thành chất mới, ví dụ hòa tan a gam SO4 vào H2O thì do SO3 + H2O →

H2SO4 nên phải hiểu chất tan là H2SO4 có m1 = 98a/ 80) Nếu chất ion trong dung dịch được tạo thành từ nhiều nguồn thì lượng chất m1 phải tính theo tổng các

nguồn Ví dụ khi hòa tan a gam phân tử CuSO4.5H2O vào b gam dung dịch CuSO4 c% thì

Bài tập này sẽ đặt học sinh vào tình huống "không phù hợp", nghĩa là đa số các em sẽ nhận ra sự bất hợp lý là không có dung dịch axit nào 30% khi pha loãng lại thu được dung dịch axit đặc 100%(!) Song đối với học sinh giỏi hóa hoặc học sinh chuyên hóa các em sẽ nghĩ ngay ra đây là dung dịch oleum H2SO4.nSO3 trong đó H2SO4, chiếm 30% về khối lượng đóng vai trò chất tan còn SO3 là dung môi chiếm 70% Từ dung dịch oleum này người ta có thể điều chế dung dịch H2SO4 theo các nồng độ khác nhau bằng cách pha vào các lượng nước khác nhan, khi đó SO3 phản ứng với nước cho ta H2SO4 Theo bài ra khi thêm nước vào là được dung dịch axit 100%, nghĩa là axit H2SO4 nguyên chất Một số kim loại hoạt động vừa như AI, Fe, Cr bị thụ động hóa trong oleum cũng như trong, axit nguyên chất hay đặc nguội Tiếp tục thêm H2O vào ta thu được đung dịch 30% nghĩa là H2O đóng vai trò dung môi chiếm 70% về khối lượng → đây là dung dịch axit loãng → chiếc đinh sắt bị hòa tan giải phóng khí H2 Các phương trình phản ứng xảy ra:

H2SO4.nSO3 + nH2O → (n+1 )H2SO4

c) Nồng độ mol (C M ): Biểu diễn số mol chất tan trong 1 lít dung dịch

(2.4)

d) Nồng độ molan (Cm) biểu diễn số mol chất tan có trong 1kg dung môi

Nghĩa là:

(2.5)

Ví dụ : Hòa tan 54g glucozơ ( = 180) vào 25g H2O Tính nồng độ molan của dung dịch đó

Trước hết cần tính khối lượng glucozơ trong 1 kg H2O :

trong 106 gam đung địch

Ví dụ: Biểu diễn hàm lượng I2 theo phần triệu có trong một lít nước biển (d = l,03.g.cm3) chứa 0,0015 gam I2

Khối lượng một lít nưóc biển = 1000 cm3 1,03g.cm3 = 1030g

Khối lượng I2 trong 106 g nước biển =

= 1,45g nghĩa là nồng độ I2 trong nước biển bằng l,45ppm

- Đối với các nguyên tố vi lượng thì nồng độ ppm biểu diễn khối lượng (g, mg, f.ig) của nguyên tố trong l06 khối lượng (g, mg, μg) của chất rắn

Ví dụ, hàm lượng Coban (Co) trong đất là 0,2ppm điều đó có nghĩa là trong 106gam đất có 0,2g Coban

- Đối với các khí có hàm lượng rất nhỏ trong không khí như các khí hiếm, các khí độc thường dùng ppm theo nghĩa thể tích Ví dụ nồng độ tối đa cho phép của SO2 trong thành phố là 0,01 ppm có nghĩa là trong 106 dm3 hàm lượng SO2 không vượt quá 0,01dm3

Hàm lượng theo phần triệu thường được dùng để đánh giá độ ô nhiễm môi trường

Ghi chú: Trước đay còn dụng khái niệm nồng độ đương lượng (N), nhưng vì khái

niệm đó nhiều khi rất phức tạp và dễ tính toán sai nên biện nay ít được sử dụng

Từ công thức (2.1), (2.4) và (2.2) ta dễ dàng suy ra mối liên hệ giữa CM và C%:

Độ tan của một chất tan trong nước ở một nhiệt độ nhất định là số gam chất đó có thể tan tối đa trong l00g nước

- Ngoài ra còn có thể biểu diễn độ tan theo nồng độ mol

Ví dụ S của BaSO4 ở 20oC là 10-5 mol.l-1

Độ tan S phụ thuộc vào bản chất của chất tan Có những chất tan tốt trong nước (như muối ăn, đường, dấm ) nhưng cũng có những chất không tan trong nước (như đá, sỏi, gỗ, chất dẻo ) Độ tan S còn phụ thuộc vào dung môi: muối ăn tan tốt trong nước nhưng không tan trong dầu hỏa, benzen Ngoài ra độ tan còn phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất (nếu chất tan là chất khí Độ tan của chất rắn tăng khi nhiệt độ tăng và độ tan của chất khí tăng khi nhiệt độ giảm, áp suất tăng

Hiện nay chưa có thể dự đoán được độ tan của các chất theo tính toán lý thuyết Tuy nhiên người ta có thể đúc kết được thành quy luật chung về độ tan, tính tan của các chất như sau: các chất "tương tự" tan trong dung môi "tương tự ", nghĩa là các chất phân cực tan trong dung môi phân cực và ngược lại, các chất không phân cực tan trong dung môi không phân cực Ví dụ NaSO4, NaCl… dễ tan trong nước nhưng không tan trong benzen, dầu hỏa; dầu thực vật, mỡ không tan trong nước nhưng dễ tan trong trong benzen, xăng, dầu hỏa Ở đây không nói tới những chất tác dụng với H2O, thí dụ Na kim loại cho vào nước, ta có phản ứng:

Na + H2O → NaOH +1/2 H2 ↑

Và chất tan bây giờ là NaOH chứ không phải Na Có thể tóm tắt chất tan của các hợp chất

vô cơ thông thường như sau:

1 Axit: các axit thường gặp tan hết trừ H2SiO3

2 Bazơ: chỉ có các hidroxit của kim loại kiềm, bari tan tốt, NH3 tan tốt; Sr(OH)2, Ca(OH)2 tan vừa, các hidroxit kim loại khác không tan

3 Muối : - Các muối ni trat tan hết

- Các muối Cl- ,Br-, I- : đa số tan tốt, chỉ có muối của các cation Ag+, Pb2+ Cu+ Hg+ ít tan Đặc biệt các muối chì tan nhiều trong nước nóng; HgI2 màu đỏ không tan trong nước, tan trong KI thành K2(HgI4)

- Các muối sunfat SO42- tan tốt, trừ PbSO4, BaSO4 không tan, CaSO4 ít tan

- Các muối sunfua S2- của kim loại kiềm, NH4+ tan tốt còn hầu hết không tan

- Các muối cacbonat, sunfit, photphat trung hòa: tất cả đều ít tan, trừ các muối kim loại kiềm và amoni NH4+

- Các muối axit (hidrocacbonat, hidrosunfat, đihidro photphat) tan tốt, riêng NaHCO3

tan vừa

Chú ý : Không tồn tại các muối cacbnonat kim loại từ hoa trị III trở lên

Đối với chất lỏng có thể phân thành ba nhóm:

Nhóm 1: Các chất lỏng tan vô hạn trong nước, nghĩa là tan với bất kỳ tỉ lệ nào, thí dụ

rượu ctylic, axit axetic

Nhóm 2: Chỉ tan một phần trong nước, ví dụ rượu n - butylic có độ tan là 9 gam ở

15°C, nếu lượng rượu lớn hơn sẽ tạo thành 2 lớp (phân lớp)

Nhóm 3: Các chất lỏng thực tế không tan trong nước, tạo thành 2 lớp Ví dụ khi trộn

benzen với nước thì tạo thành hai lớp chất lỏng: benzen nhẹ hơn nước nổi lên trên

Đối với chất khí, độ tan được biểu diễn theo số thể tích khí có thể tan tối đa trong một thể tích dung môi ở nhiệt độ nhất dịnh Thí dụ: 1 thể

tích nước có thể hòa tan 0,03 thể tích O2; 0,08 thể tích CO2 và 700 thể tích NH3 ở nhiệt độ phòng Lưu ý áp suất càng tăng thì S càng tăng

Lợi dụng độ tan khác nhau, người ta có thể tách các chất ra khỏi nhau bằng phương pháp kết tinh phân đoạn: chất nào có độ tan nhỏ hơn sẽ kết tinh nhanh hơn khi cô dung

dịch Ví dụ khi điện phân muối ăn sản xuất NaOH, dung dịch thu được còn lẫn NaCl,

người ta cô dung dịch (làm cho nước bay hơi) gần tới bão hoà NaOH, lúc đó NaCl tách ra dưới dạng tinh thể vì SNaCl nhỏ hơn SNaOH và ta sẽ thu được dung dịch chỉ chứa NaOH

Ngoài ra người ta có thể làm giảm độ tan của một chất nào đó trong nước dựa vào độ tan khác nhau trong các dung môi khác nhau Ví dụ CaSO4 có tan trong nước, nhưng nếu thêm rượu etylic vào thì có thể làm kết tủa hết CaSO4

2.1.4 Dung dịch bão hòa, chưa bão hòa và quá bão hòa

Dung dịch bão hòa là dung dịch không thể hòa thêm chất tan ở một nhiệt độ nhất định, nghĩa là lượng chất tan đúng bằng độ tan s Khi đó ta có mối liên hệ giữa nồng độ % của dung dịch bão hòa và độ tan s theo công thức:

C% =

x 100%

Dung dịch chưa bão hòa là dung dịch còn có thể hòa thêm chất tan nghĩa là lượng

chất tan bé hơn độ tan S, còn nếu lượng chất tan vượt quá độ tan S ta có dung dịch quá bão hòa Trường hợp dung dịch quá bão hòa xảy ra khi hòa tan chất tan ở nhiệt độ cao sau đó làm nguội từ từ Dung dịch quá bão hoà là một hệ kém bền Khi có trung tâm kết tinh thì lượng chất tan dư tách ra khỏi dung dịch dưới dạng chất kết tinh

2.1.5 Quá trình hidrat hóa - Tinh thể ngậm nước

Khi hòa tan, các phân tử hoặc ion chất tan liên kết với các phân tử dung

môi tạo thành các sonvat và quá trình đó gọi là quá trình sonvat hóa: khi dung môi là nước,

đó là các hidrat và quá trình hiclrat hóa

Đối với các ion, sự hidiat hóa là do lực hút tĩnh điện giữa ion và phân tử nước phân cực; trường họp đặc biệt vói ion H+ là tạo thành ion hidroxoni H3O+ Đối với các chất tan dạng phân tử, thì sự tạo thành hidrat hóa cũng do nước, nhưng cũng có những hidrat rất bền nên khi cô cạn dung dịch ta thu được các hidrat tinh thể gọi là tinh thể ngậm nước Và nước trong phân tử đó gọi là nước kết tinh Tinh thể ngậm nước thường gặp dưới dạng muối ngậm nước gọi là muối kết tinh [21]

Ví dụ: CuSO4.5H2O, CaCl2.6H2O, Na2CO3.10H2O, CoSO4.7H2O,

K2SO4.A12(SO4)3.24H2O (phèn chua) Lượng muối trong muối ngậm nước gọi là muối khan

Chú ý : Khi hòa tan muối ngậm nước vào nước thì lượng nước kết tinh sẽ tham gia

vào thành phần của dung môi, do đó lượng chất tan còn lại chỉ là lượng muối khan Điều này cần được lưu ý khi tính nồng độ dung dịch hòa tan muối kết tinh với nước

Ví dụ : hòa tan 25g CaCl2.6H2O trong 300ml nước Tính C% và CM dung dịch thu được

2.1.6 Nhiệt hòa tan

Khi hòa tan một chất rắn hoặc một chất lỏng vào nước thì có hai quá trình xảy ra:

1 Các phân tử hoặc ion tách khỏi mạng lưới tinh thể hoặc tách khỏi lực tương tác

của các phân tử khác trong chất lỏng, quá trình này tiêu tốn năng lượng (H1 > 0)

2 Các phân tử hoặc ion tiến lại gần các phân tử nước do tương tác lĩnh điện tạo nên quá trình hidrat hóa, quá trình này tỏa năng lượng (H2 < 0)

Kết quả quá trình hoà tan tỏa nhiệt hay thu nhiệt phụ thuộc vào H1 hay H2 lớn hơn Các muối amoni khi tan thu nhiệt mạnh, nghĩa là làm dung dịch trở nên lạnh hơn nhiều (H1 > H2) Ngược lại NaOH, H2SO4 khi tan lại tỏa ra nhiều nhiệt làm cho dung dịch nóng lên nhiều, thậm chí sôi (H1 > H2) Đây cũng là nguyên nhân giải thích tại sao khi pha loãng H2SO4 đặc người ta lại phải cho rất từ từ axit vào nước mà không là ngược lại

Vậy: Lượng nhiệt tỏa ra hay hấp thụ khi hòa tan một mol chất tan vào một dung môi

nào đó gọi là nhiệt hòa tan của chất đó

Ví dụ: Nhiệt hoà tan trong nước ở 20oC của NH4NO3 là H = + 26,4 KJ và của KOH

là H = -55,6 KJ

2.1.7 Tích số tan

Khi hòa tan dần dần một chất rắn vào nước thì đến một lúc nào đó chất rắn không thể tan thêm được nữa, nghĩa là đạt tới giá trị độ tan và dung dịch thu được lúc đó gọi là dung dịch bão hòa Tại thời điểm này tốc độ phản ứng hoà tan bằng tốc độ tạo thành kết tủa, tức là

hệ dạt tới cân bằng dị thể: Pha rắn Dung dịch bão hoà

MX M+

+ XHằng số cân bằng của phản ứng MX M+

+ X- được biểu diễn bởi biểu thức

Vì nồng độ [MX] được xem như không đổi có thể nhập vào với hằng số K tạo ra một

giá trị mới T gọi là tích số tan:

T= [M+] [X-] là một hằng số đối với mỗi chất ở một nhiệt độ nhất định Chất nào có tích số tan càng nhỏ thì càng ít tan Tích số tan của một số chất ghi ở bảng 2.1

Bảng 2.1 Tích số tan một số chất trong dung dịch nước ở 25 o c

AgCl 1,8.10-10 CaC03 4,8 l0-9 FeS 5.10-18

AgBr 6.10-10 CaS04 6,26 l0-5 Mg(OH)2 5,5 10-12

AgI 1.10-16 Ca3(P04)2 1.10-2 5 MgC03 5,05 10-10 AgN02 7,2 10-4 CaS04.2H20 1,3 10-4 PbCl2 1,7 10-5

Ví dụ TFe(oh)3 = [Fe3+ ] [OH ]3 ; TAg2S = [Ag+]2 [S2 -]

V ậ y : Tích số tan T của một chất ít tan bằng tích nồng độ của các ion thành phần

với số mũ là hệ số tỉ lượng tương ứng

Một số chú ý khi giải bài tập:

1 Quan hệ giữa tích số tan và độ tan mol.l -1

Nếu độ hòa tan của AgCl trong nước ở một nhiệt độ nào đó là s mol.l-1 thì nồng độ

Ag+ và Cl-1 nằm cân bằng với AgCl cũng là s mol.l-1

Nghĩa là: TAgCl = [Ag+] [Cl-] = S2 → S = √

Một phân tử CaF2 tan trong nước tạo ra một ion Ca2+ và hai ion F-, nên nếu độ tan của CaF2 là S mol.l-1 thì: [Ca2+] = S và [F’] = 2S

Vậy : Biết độ tan S ta sẽ tính được tích số tan T và ngược lại

2 Điều kiện tạo kết tủa chất diện li ít tan:

Vì dung dịch bão hòa AgCl có [Ag+] [Cl-] = TAgCl nên nếu trong dung dịch nào đó lại có: AgCl có [Ag+] [Cl-] > TAgCl thì sẽ xảy ra sự kết tủa AgCl

Tương tự như vậy nếu trộn hai dung dịch mà có :

[Ca2+] [F-]2+ > thì sẽ có kết tủa CaF2

Vậy: Điều kiện để xuất hiện kết tủa một chất là tích số nồng độ các ion của chất đó

trong dung dịch phải lớn hơn tích số tan của nó

3 Điều kiện hòa tan kết tủa chất diện li ít tan:

Trong dung dịch Mg(OH)2 bão hòa có cân bằng sau:

Mg(OH)2 Mg2+

+ 2OH- có = [Mg2+] [OH-]2 Nếu thêm axil HCl chẳng hạn vào dung dịch này thì:

HCl + H2O → CL

H3O+ Các ion H3O+ sẽ phản ứng với OH- trong dung dịch Mg(OH)2

H3O+ + OH- → 2H2O làm cho [OH-] giảm xuống và cân bằng hòa tan Mg(OH) sẽ chuyển dịch từ trái sang phải, nghĩa là Mg(OH)2 bị hòa tan Hay nói cách khác muốn hòa tan Mg(OH)2 phải thêm vào dung dịch chứa nó chất có khả năng kết hợp với một trong các ion của Mg(OH)2 để làm cho tích số nồng độ ion [Mg2+] [OH-]2 luôn luôn nhỏ hơn tích số tan của nó

Vậy: Điều kiện để hòa tan một chất là phải giảm nồng độ các ion của nó sao cho trong

dung dịch tích số nồng độ ion nhỏ hơn tích số tan

Kết luận: Trong dung dịch chứa các ion An+ và Xm-

- Nếu : [An+]m [X-m]n = ta có dung dịch bão hoà (bắt đầu xuất hiện kết tủa

AmXn trong dung dịch)

- Nếu [An+]m [X-m]n < ta có dung dịch chƣa bão hòa (kết tủa AmXn bị hoà tan)

- Nếu [An+]m [X-m]n > ta có dung dịch quá bão hòa (kết tủa hoàn toàn AmXn)

Ví dụ 1: Từ thực nghiệm xác định đƣợc ở 20oC, trong 100 ml dung dịch bão hòa

BaSO4 có 0,295 mg BaSO4 Tính ?

Ta có cân bằng trong dung dịch: BaSO4 + S

Gọi S là số mol BaSO4 tan trong 1lít dung dịch ta có:

S =

= 1,05.10-5 mol.l-1

Vậy : TBaSO4 = [Ba2+] [SO42+] = S.S = (1.05.10-5)2 = 1,1.10-10

Ví dụ 2: Tính độ tan của CaSO4, biết TCaSO4 = 6.10-5

Ta có : CaSO4 Ca2+

+ SO42-

= [Ca2+] [SO-2] = S.S = S2 → S = √ = √ = 7,75.10-3 mol.l-1

Ví dụ 3: Có thể thu đƣợc bao nhiêu gam PbSO4 khi trộn 100 ml dung dịch Pb(NO3)20,02M với 100 ml dung dịch Na2SO4 0,02M, biết = 2.10-8

Ta tính nồng độ của các ion Pb2+ và SO42- sau khi trộn 2 dung dịch:

[Pb2+] = [[SO42-] =

= 0,01 mol.l

-1

Như vậy tích số nồng độ các ion trong dung dịch:

[Pb2+] = [[SO42-] = 10-2 10-2 = 10-4 > = 2.10-8 nên có kết quả tạo thành phần còn lại trong dung dịch

S = [Pb2+] = [SO42-] = √ = √ = 1,4.10-4 mol.l-1

Vậy khối lượng kết tủa: = (10-2 – 1,4.10-4) 02.303 = 0,598 gam

Cũng đề bài trên, hãy xác định nồng độ Pb2+

còn lại trong dung dịch nếu nồng độ ban đầu của dung dịch NaSO4 là 0,1M?

Khi đó ta cần tính nồng độ của SO42- trong trường hợp:

4 Kết tủa phân đoạn (thứ tự kết tủa)

Trong một dung dịch có hai hoặc nhiều ion A,B,C cùng tạo kết tủa với ion trái dấu

M thì ion nào đòi hỏi nồng độ ion M nhỏ nhất để đạt tới giá trị tích số tan của nó thì ion đó kết tủa đầu tiên

Ví dụ: Thêm từ từ dung dịch AgNO3 vào dung dịch chứa đồng thời các ion Cl- 0,01 M

và I- 0,01 M thì AgCl hay AgI kết tủa trước, khi nào cả hai chất cùng kết tủa? Biết TAgCl = 1.10-10 và TAgI = 1.10-6

Như trên đã nói, kết tủa bắt đầu xuất hiện khi tích số nồng độ các ion đúng bằng tích

số tan T Như vậy để kết tủa AgI xuất hiện chỉ cần

[Ag+] =

= 10-14mol.l-1 , trong khi đó để có kết tủa cần [Ag+] =

= 10-8mol.l-1 Vậy AgI kết tủa trước

Nếu ta tiếp tục thêm Ag+ vào thì I- bị tiếp tục kết tủa cho tới khi [Ag+] đạt giá trị = 10

nghĩa là cả AgCl và AgI cùng khử thì

[Cl-] lớn hơn [I-] một triệu lần, nói cách khác khi AgCl bắt đầu kết tủa thì [I-] =

= 10

-3

mol.l-1, nghĩa là I- đã kết tủa hết

5 Quá trình hòa tan các chất rắn thực chất là chuyển dịch cân bằng hóa học

Ví dụ 1 : Hòa tan Fe(OH)3 bằng dung dịch HCl Fe(OH)3 Fe3+

HCl → Cl

Vì nước là chất điện li yếu, nên cân bằng (3) thực tế chuyển hoàn tòan thành nước và kéo theo cân bằng (1) chuyển hoàn toàn về phía phải

Ví dụ 2: Hòa tan CaCO3 bằng dung dịch HCl

CaCO3 Ca2+

+ CO3-2 (1) HCl H+

CO3-2 + H+ HCO3- (3) HCO3- + H+ CO2 ↑ + H2O

Do có khí CO2 bay ra nên cân bằng (4) do đó kéo theo (3) chuyển hoàn toàn sang phải rồi cả cân bằng (1) cũng chuyển sang phải, nghĩa là CaCO3 tan dần

Ví dụ 3: Hoà tan AgCl bằng dung dịch NH3:

2.1.8 Tính chất của dung dịch loãng - Định luật Raoult

1 Áp suất hơi bão hòa của dung dịch:

a) Ở mỗi nhiệt độ luôn luôn có một lượng chất lỏng bay hơi Ví dụ, cho một lượng nước lỏng vào một bình kín, luôn luôn có một số phân tử nước bay hơi chiếm phần thể tích còn trống của bình, đó là quá trình bay hơi với vận tốc Vbh Các phân tử hơi nước luôn luôn chuyển động nhiệt hỗn loạn, một số phân tử nước đó va chạm vào bề mặt nước lỏng và có thể

bị ngưng tụ trở lại với vận tốc Vnt Lúc ban đầu chưa có hơi nước nên Vbh> Vnt Sau đó, dần

dầ lượng hơi nước tăng lên làm cho Vnt tăng lên Đến khi Vnt = Vbh thì

ì nồng độ hơi nước trong bình không đổi Hệ đạt tới trạng thái cân bằng :

(H2O)lỏng (H2O)hơi

Hơi nước nằm ở trạng thái cân bằng với nước lỏng được gọi là hơi nước bão hòa, gây

ra một áp suất gọi là áp suất hơi nước bão hòa Vì quá trình bay hơi nước là quá trình thu

nhiệt (H > 0), nên nhiệt độ càng cao áp suất hơi nước bão hoà càng lớn

Đối với chất lỏng có thể nêu lên qui luật tổng quát: hơi bão hòa của một chất lỏng là hơi nằm cân bằng với chất lỏng đó Hơi bão hòa gây ra áp suất hơi bão hòa

b) Người ta đã chứng minh được rằng: dung dịch chứa chất tan khó bay hơi có áp suất: hơi bão hòa của dung dịch (Pdd) nhỏ hơn áp suất hơi bão hòa của dung môi nguyên chất (Pdm) : Pdd < Pdm

Hiệu số Ph = Pdm – Pdd gọi là độ giảm áp suất hơi bão hoà của dung dịch dung dịch càng đặc thì Ph càng lớn

c) Có thể tính Ph theo số mol chất tan và số mol dung môi:

Trong đó nt là số mol chất tan, ndm là số môi dung môi Đối với dung dịch loãng, vì

2 Độ tăng nhiệt độ sôi của dunq dịch

a) Định nghĩa nhiệt độ sôi: Nhiệt độ sôi của chất lỏng là nhiệt độ tại áp suất hơi bão hòa của chất lỏng bằng áp suất khí quyển bên ngoài Khi đó quá trình bay hơi xảy ra trong toàn bộ thể tích của chất lỏng

Dung môi (nước) nguyên chất có nhiệt, độ sôi t =100°c vì lại nhiệt độ này Ph,H 2 O =

760 mm Hg = 1atm