bài giảng hóa đại cương De cuong generalchemistry CDIO

Khoa: Kỹ Thuật Hóa Học Bộ mơn : KT Hóa Vơ Đề cương Mơn học Đại học HĨA ĐẠI CƯƠNG A (General Chemistry A) Mã số MH : 604001 - Số tín : - Số tiết - Tổng: - Đánh giá : Thang điểm 10/10 - Môn tiên : - Môn học trước : - Môn song hành : - CTĐT ngành : - Trình độ : (khối kiến thức-KT) - Ghi khác : Tc (LT.BT&TH.TựHọc) TCHP: 40 LT: 30 BT: 10 TH: 20 ĐA: Seminar: Kiểm tra kỳ: 30% Điểm thí nghiệm Thi cuối kỳ: 70% Thi viết trắc nghiệm - 90' MS: MS: MS: Đề cương xây dựng áp dụng cho ngành cơng nghệ hóa học ngành cần kiến thức hóa học mơn học Mơn học thuộc khối kiến thức đại cương Mục tiêu môn học: Môn học cung cấp kiến thức đại có hệ thống ngành hóa học để sinh viên tiếp thu mơn hóa học sở (vơ cơ, hữu cơ, hóa lý, phân tích) Aims: This subject supplies the basic knowledge of Chemistry generally to students then they can understand other foundation chemistry subjects (Inorganic, Organic, Physico-Chemistry, Analyses) Nội dung tóm tắt mơn học: Phần - Cấu tạo chất: Gồm chương 1, Cung cấp kiến thức đại cấu tạo nguyên tử, quy luật tuần hoàn nguyên tố sở cấu trúc electron nguyên tử, loại liên kết phân tử cấu tạo phân tử Phần 2- Cơ sở lý thuyết trình hóa học: Gồm chương từ đến Cung cấp cho sinh viên khái niệm kiến thức tảng cho q trình hóa học: Nhiệt hóa học, entropy lượng tự Gibbs Khái niệm cân hóa học yếu tố ảnh hưởng đến cân hóa học Các loại cân dung dịch chất điện ly Cân hệ dị thể chất tan Chiều mức độ phản ứng khơng có thay đổi trạng thái oxy hóa Chiều mức độ phản ứng có thay đổi trạng thái oxy hóa Tốc độ phản ứng yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng Course outline: Part 1- Matter Structure: Consist of chapters 1,2 and This part supplies the modern knowledge on atom, cycle rules of atoms base on their electron structure, bonding types in molecules and molecular structure Part 1- Basic Theories of Chemical Engineering Process: Consist of chapters to These chapters supply basic concept of foundation theories on Chemistry Process: Thermochemistry, entropy and Gibbs energy, concept of chemical equilibrium and factors affect it, equilibrium types in electrolyte solutions, equilibrium in heterogeneous system, the direction and reaction intensity of non-change oxidation state reactions, the direction and reaction intensity of variation of oxidation state reactions, reaction rate and effect factors Tài liệu học tập: [1] Nguyễn Đình Soa, Hóa Đại Cương, NXB Đại học quốc gia HCM , 2000 [2] Lê Mậu Quyền, Hóa học Đại cương, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội, 2003 [3] Hồng Nhâm, Hóa học vơ cơ, Tập 1, NXB Giáo dục, Hà Nội, 1994 [4] Huỳnh Kỳ Phương Hạ, Nguyễn Sơn Bạch, Trần Minh Hương, Nguyễn Thị Bạch Tuyết, Nguyễn Minh Kha, Nguyễn Lệ Trúc, Bài tập trắc nghiệm Hóa đại cương, NXB Đại học quốc gia Tp.HCM, 2013 [5] N Akhmetov, General and Inorganic Chemistry, Pub Mir , Moscow, 1983 [6] David W Oxtoby, H.P Gillis, Alan Campion, Principles of Modern Chemistry, 6th edition, Thomson Brooks/Cole, 2008 [7] Darrell D Ebbing and Steven D Gammon, General Chemistry, 9th edition, Houghton Mifflin Company, New York, 2009 [8] Lucy T.Eubanks, Preparing for your ACS examination in General Chemistry, ACS Chem Ed Exams, 1998 Các hiểu biết, kỹ cần đạt sau học môn học STT L.O.1 L.O.2 L.O.3 L.O.4 L.O.5 Chuẩn đầu mơn học Cấu tạo ngun tử, hệ thống tuần hồn, kiểu liên kết hóa học L.O.1.1 số lượng tử cấu hình electron nguyên tử L.O.1.2 Cấu tạo bảng hệ thống tuần hồn tính chất tuần hồn nguyên tố (bán kính nguyên tử, ion, lượng ion hóa, lực electron ) L.O.1.3 Các loại liên kết hóa học (cộng hóa trị, ion, kim loại, van der waals, hydro) chất loại liên kết Nhiệt hóa học ứng dụng L.O.2.1 Ý nghĩa nhiệt hóa học, entropy, lượng tự Gibbs L.O.2.2 Đánh giá khả diễn q trình hóa học Tốc độ phản ứng ảnh hưởng yếu tố L.O.3.1 Hiểu tốc độ phản ứng bậc phản ứng L.O.3.2 Ứng dụng giải thích chiều hướng q trình hóa học Cân hóa học điều kiện thay đổi cân L.O.4.1 Khái niệm cân hóa học, cân đồng thể, dị thể L.O.4.2 Chiều hướng phản ứng thuận nghịch yếu tố ảnh hưởng đến cân Dung dịch lỏng dung dịch điện ly L.O.5.1 Nắm khái niệm dung dịch lỏng, dung dịch điện ly L.O.5.2 Ứng dụng giải thích tính tóan q trình diễn dung dịch CDIO 1.2, 2.4 1.1.6, 2.4.4 1.1, 1.2 1.1.6, 1.2.11 1.1, 2.1 1.1.6, 2.1.5 1.1, 2.4 1.1.6, 2.4.4 1.1, 1.2, 2.1 1.1.6, 1.2.5, 2.1.5 L.O.6 Phản ứng oxy hóa khử điện hóa học L.O.6.1 Phản ứng Oxy hóa khử pin điện hóa L.O.6.2 Sử dụng thành thạo khử, phương trình Nernst giải tốn liên quan đến phản ứng oxy hóa khử dung dịch nước 1.1, 2.4 1.1.6, 2.4.4 STT L.O.1 Course learning outcomes Atom’s structure, Periodic table, chemical bondings L.O.1.1 quantum numbers and electron’s configuration L.O.1.2 Periodic table and periodic properties of elements (radius of atoms and ions, ionization, electron affinity…) L.O.1.3 Chemical bondings (co-valent, ionic, metallic, va der waals, hydrogen) and their properties Thermochemistry and applications L.O.2.1 Thermochemistry, enthalpy, entropy, Gibbs free energy L.O.2.2 Evaluation of a chemical process/reaction Reaction rate and effect of other factors L.O.3.1 Reacton rate and reaction’s oder L.O.3.2 Explain the trend of reactions Chemical equilibrium and effect of other factors L.O.4.1 Chemical equilibrium concept, homogeneous and heterogeneous equilibrium L.O.4.2 Direction and effect factors on equilibrium Liquid solution and electrolyte solution L.O.5.1 Liquid solution with solvent as water and elctrolyte solution L.O.5.2 Apply to explain and calculate for processes in solutions Redox reaction and electrochemistry L.O.6.1 Redox reaction and electrochemical cells L.O.6.2 Using of Reduction potential, Nernst’s equation and redox process in water solution CDIO 1.2, 2.4 L.O.2 L.O.3 L.O.4 L.O.5 L.O.6 1.1.6, 2.4.4 1.1, 1.2 1.1.6, 1.2.11 1.1, 2.1 1.1.6, 2.1.5 1.1, 2.4 1.1.6, 2.4.4 1.1, 1.2, 2.1 1.1.6, 1.2.5, 2.1.5 1.1, 2.4 1.1.6, 2.4.4 Hướng dẫn cách học - chi tiết cách đánh giá môn học: Sinh viên phải lên lớp thường xuyên Sinh viên phải làm tập tự luận trắc nghiệm theo yêu cầu giáo viên nộp cho giáo viên Điểm: Kiểm tra kỳ: 30% (điểm thí nghiệm) , Thi cuối kỳ: 70% (bao gồm chuyên cần) Sinh viên có điểm tổng kết < 5/10 khơng đạt yêu cầu môn học điểm môn học tổng điểm kiểm tra điểm thi Learning Strategies & Assessment Scheme: Students have to go to the class usually They must tests and exercises at home depend on their lecturers then submit the results completely Grade: Mid term exam 30% (experiment), final exam 70% Students have final score below 5/10 will be fail and the final score will be calculated base on mid term and final exam 6 Dự kiến danh sách Cán tham gia giảng dạy:         PGS.TS Huỳnh Kỳ Phương Hạ TS-GVC Lê Thanh Hưng TS-GV Lê Minh Viễn ThS-GVC Trần Minh Hương ThS-GVC Nguyễn Thị Bạch Tuyết CN-GV Nguyễn Sơn Bạch TS-GV Nguyễn Tuấn Anh ThS-GV Nguyễn Trương Xuân Minh - Khoa Kỹ thuật Hóa học - Khoa Kỹ thuật Hóa học - Khoa Kỹ thuật Hóa học - Khoa Kỹ thuật Hóa học - Khoa Kỹ thuật Hóa học - Khoa Kỹ thuật Hóa học - Khoa Kỹ thuật Hóa học - Khoa Kỹ thuật Hóa học Nội dung chi tiết: Tuần/ Chương 1 Nội dung Giới thiệu môn học: - Giới thiệu giảng viên - Giới thiệu nội dung chương trình - Giới thiệu tài liệu tham khảo - Trình bày cách đánh giá môn học - Hướng dẫn sinh viên cách học lớp/ nhà/ làm tập trắc nghiệm - Giới thiệu ý nghĩa tính liên quan mơn học đến chương trình đào tạo Cấu tạo nguyên tử − Thành phần nguyên tử − Lưỡng tính sóng hạt hạt vi mơ − Hàm sóng Mây electron Phương trình sóng Schrưdinger − Bốn số lượng tử đặc trưng cho trạng thái electron nguyên tử − Orbital nguyên tử Chuẩn đầu chi tiết Hoạt động dạy học L.O.1- Nắm chương trình tổng qt Nắm cách học mơn Hóa Đại Cương Hiểu rõ cách đánh giá môn học Nắm ý nghĩa môn học Thầy/Cô: Giới thiệu cho SV Sinh viên: Đặt câu hỏi, hiểu rõ vấn đề L.O.1-Hiểu thơng tin ngun tử thơng qua cấu hình electron  Thầy/Cơ: − Trình bày slide chương − Thảo luận cấu tạo nguyên tử thuyết cấu tạo nguyên tử  Sinh viên: − Liệt kê đặc điểm cấu tạo nguyên tử − Làm tập áp dụng xác định số lượng tử PP đánh giá CDIO 1.1.6 1.1.6, 2.4.4 − Sự phân bố electron nguyên tử trạng thái L.O.1-Thiết lập cấu hình electron nguyên tử Bảng hệ thồng tuần hoàn tuần hồn tính chất ngun tố: − Định luật tuần hồn ngun tố hóa học cấu trúc bảng hệ thống tuần hoàn − Sự thay đổi tính chất ngun tố hệ thống tuần hồn − Năng lượng ion hóa Ái lực electron Độ âm điện − Bán kính ngun tử ion L.O.1-Có cách nhìn tổng qt, có quy luật cấu tạo bảng hệ thống tuần hồn Nắm vững tính tuần hồn số tính chất quan trọng nguyên tố 3,4 Liên kết hóa học cấu tạo phân tử: − Những khái niệm liên kết hóa học − Liên kết cộng hóa trị: Thuyết VB Thuyết lai hóa Thuyết MO − Liên kết ion − Liên kết kim loại Thuyết miền lượng − Liên kết Van Der Waals − Liên kết hydro L.O.1-Hiểu mối quan hệ chất liên kết tính chất vật lý chất Hiệu ứng nhiệt q trình hóa học: L.O.2-Nắm vững cách phân biệt loại hệ hóa học, mối quan hệ đại lượng nhiệt động học Dự đoán cấu hình phân tử số phân tử cộng hóa trị đơn giản L.O.1-Xây dựng lớp vỏ electron hóa trị phân tử nguyên tử theo phương pháp MO  Thầy/Cơ: − Trình bày khác lượng nguyên tử electron nhiều electron − Các quy luật phân bố electron vào nguyên tử  Sinh viên: − Thảo luận khác biệt lượng nguyên tử electron nhiều electron − Làm tập áp dụng viết cấu hình electron Về nhà: làm tập trắc nghiệm chương  Thầy/Cô: Giảng lịch sử phát triển, cấu trúc hệ thống tuần hịan Các tính chất tuần hòan theo bảng Đặt vấn đề giải thích tượng tự nhiên phản ứng hóa học có liên quan tính chất  Sinh viên: Nắm vững kiến thức cung cấp Ứng dụng giải tập trắc nghiệm thảo luận nhà vấn đề giảng viên đặt 1.1.6 Thầy/Cô: Gỉang lọai liên kết chất Nêu vấn đề có liên quan liên kết hóa học tính chất vật chất Sinh viên: Hiểu vấn đề liên kết vả chất Giải thích mối tương quan liên kết- chất Thảo luận nhà vấn đề lớp Làm tập trắc nghiệm Thầy/Cô: Giảng nội dung chương giảng 1.1.6 1.1.6 1.1.6 − Nhiệt phản ứng: Các khái niệm Nhiệt phản ứng − Phương trình nhiệt hóa học: Định luật Hess Nhiệt trình Ứng dụng định luật Hess L.O.2-Biết sử dụng hệ định luật Hess tính hiệu ứng nhiệt q trình hóa học Chiều q trình hóa học: − Entropy: Tính chất Entropy Sự biến thiên entropy phản ứng hóa học − Biến thiên lượng tự Gibbs L.O.2-Tính biến thiên entalpy biến thiên lượng tự Gibbs q trình hóa học L.O.2-Đánh giá khả xảy phản ứng hóa học sở nhiệt phản ứng, biến thiên entalpy biến thiên lượng tự Gibbs Tốc độ chế phản ứng hóa học: − Các khái niệm − Tốc độ phản ứng hóa học − Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng hóa học − Cơ chế phản ứng hóa học L.O.3, L.O.4-Nắm rõ tính chất loại phản ứng hóa học vận dụng xác định vận tốc phản ứng Đồng thời, đánh giá ảnh hưởng yếu tố đến tốc độ phản ứng hóa học Lý giải chế phản ứng có khơng có mặt xúc tác 6,7 Cân hóa học: − Phản ứng chiều phản ứng thuận nghịch − Hằng số cân bằng: Định luật tác dụng khối lượng Các số cân KP KC Ảnh hưởng nhiệt độ đến số cân − Nguyên lý Le Chatelier 8,9 Dung dịch: − Một số khái niệm − Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan − Tính chất dung dịch lỗng chất tan khơng điện ly, khơng bay − Tính chất dung dịch chất điện ly − Cân ion nước dung dịch L.O.4-Sử dụng thành thạo số cân (tích số ion nước, số acid, số base, số bền phức, tích số tan, số thủy phân) để giải toán liên quan đến trình thuận nghịch dung dịch điện ly L.O.4-Dự đốn chiều hướng dịch chuyển cân thay đổi thông số trạng thái L.O.5- Hiểu rõ chất q trình hịa tan yếu tố ảnh hưởng đến độ tan Tính áp suất bão hịa, nhiệt độ sôi, nhiệt độ kết tinh áp suất thẩm thấu dung dịch L.O.5-Phân biệt loại acid, base tính pH dung dịch Hướng dẫn sinh viên giải vấn đề hóa học có liên quan đến khái niệm nhiệt hóa học Sinh viên: Hiểu vấn đề lý thuyết Vận dụng giải tập, trắc nghiệm Thầy/Cơ: Trình bày giảng lý thuyết Nêu ví dụ ứng dụng, hướng dẫn giải tập Sinh viên: Nắm vấn đề lý thuyết Giải tập nhà Giải thích chiều diễn biến q trình hóa học 1.1.6, 2.1.5 Thầy /Cơ: Trình bày vấn đề lý thuyết trọng tâm Hướng dẫn sinh viên ứng dụng lý thuết vào thực tế khảo sát phản ứng hóa học Sinh viên: Nắm vững lý thuyết Có thể tự xây dựng quy trình khảo sát phản ứng Giải tập trắc nghiệm nhà Thầy/Cô: Giảng lý thuyết Nêu ứng dụng Hướng dẫn giải tập Sinh viên: Nắm vững lý thuyết Tìm ví dụ tính tóan Giải tập nhà 1.1.6, 2.1.5 Thầy/Cơ: Giảng lý thuyết Làm rõ vấn đề thực tế có liên quan đến dung dịch Hướng dẫn sinh viên tìm hiểu thêm số tính chất khác dung dịch Sinh viên: Hiểu rõ lý thuyết Tự đọc thêm vấn đề thầy nêu Giải tập, trắc nghiệm nhà 1.1.6, 1.2.5, 2.1.5 1.1.6 10 Week/ Chapter 1 Phản ứng Oxy hóa - Khử trình điện hóa: − Phản ứng oxy hóa khử − Cân phương trình oxy hóa khử − Ngun tố Galvanic: Thế điện cực Phương trình Nernst Nguyên tố Galvanic − Chiều phản ứng oxy hóa khử: Thế khử Sức điện động L.O.6-Phân biệt rõ loại điện cực, áp dụng viết sơ đồ pin cho số loại pin điện Content Lerning Outcome Teaching & learning activities L.O.1- Understand program in general Understand how to learn well this subject Know evaluation method of this subject Understand meaning of the subject Lecturer: Intruduce to student Student: Make questions, understand all problems Introduction: - Lecturere - Content of the course - References - Method to evaluate of subject - Guide for student how to study in class/ at home/ problems - Effect of subject on all program as well on industry Struture of Atoms − Atom’s compositions − Properies wave-particle of micro particle − Wave function, electron cloud, Schrödinger equation − quantum numbers − Atom Orbital − Distribution of electron in base state L.O.6-Sử dụng thành thạo khử, phương trình Nernst giải tốn liên quan đến phản ứng oxy hóa khử dung dịch nước L.O.1-Understand information of atoms base on its electron structure L.O.1-Set up the electron’s configuration Thầy/Cô: Giảng lý thuyết Nêu ví dụ ứng dụng Thực tiễn: Giới thiệu trình điện hóa sản xuất Sinh viên: Nắm vững lý thuyết Hiểu biết ứng dụng thực tế Giải tập, trắc nghiệm  Lecturer: − Introduce slides of chapter − Discuss about atom structure and theories of atom structure  Students: − Understand of atom structure − Solve problems about quantum numbers  Lecturer: − The principles of electron distribution in atom  Students: − Discuss about the diferrence in energy level of electrons − Solve problems of electron’s configuration Home work: Problems of chapter1 1.1.6 Assessment CDIO 1.1.6 1.1.6, 2.4.4 1.1.6 Periodic Table and atom’s properties base on periodic table − Periodic law base on atom’s composition − Properties changing base on periodic table − Ionization energy Electron affinity Eletronegativity − Radius of atom and ion L.O.1-Know in general about periodic table in its law Understand well of important periodic properties of elements  Lecturer: Introduce of development history of periodic table The periodic properties base on the table Give the natural problems that can be explained by those properties  Students: Understand this chapter Apply to solve problems of this chapter at home and the problems from lecturer 1.1.6 3,4 Chemical Bonding and Mulecule’s atructure − Chemical bonding concepts − Co-valence bonding: VB theory Hybrid bonding MO theory − Ion bonding − Metallic bonding Energy field theory − Van Der Waals bonding − Hydrogen bonding L.O.1- Understand the relationship between essence of bondings and physical properties of substances L.O.1- Estimate the electron structure of simple valence compounds 1.1.6 Enthalpy of Chemical Processes − Reaction’s heat: Concepts Enthalpy − Reaction Equation and Enthalpy Hess’s Law Enthalpy of processes Hess’s Law applications L.O.2-Understand how to classify chemical systems, the relationship among thermochemistry concepts L.O.2- Know how to use consequences of Hess’s Law to calculate calorific effect of chemical processes Chemical process direction − Entropy: Entropy’s properties Entropy changing in chemical reaction − Gibbs free energy change L.O.2Calculate the enthalpy change, Gibbs free energy of chemical processes L.O.2Estimate the occurring trend of a chemical reaction base on reaction heat, enthalpy change and Gibbs free energy Lecturer: Teach about chemical bondings Introduce the relationship between chemical bonding and properties of substances Student: Understand the relationship of chemical bondingproperties Can be explained this relationship Discuss at home about theory in class Solve the multiple choice problems Lecturer: Introduce main content of chapter Guide for student how to solve the thermochemistry problems Students: Understand well about the theory Apply to solve problems of this chapter Lecturer: Introduce the Theory of chapter Give application examples and guide for students in problem solving Students: Understand well of theory Solve home works Can explain the trend of a reaction Chemical kinetics − The basic concepts − The rate of a reaction − Factors that affect on reaction rates L.O.3, L.O.4Understanding the properties of the chemical reactions and applied to determine reaction rate Invetigate the factors that affect on the reaction rate Lecturer: Introduce the important point in this chapter Help students know how to apply the theory to investigate a chemical reaction 1.1.6, 2.1.5 L.O.1- Build the shell of valence electrons of diatomic molecules using MO method 1.1.6 1.1.6, 2.1.5 − Reaction mechanisms and the Rate-Law expression Explain the mechanism of the reaction with and without the catalyst 6,7 Chemical equilibrium − Reversible and irreversible reaction − Equilibrium constant Gunberg-Waas Law Equilibrium constants KP and KC Effect of temperature on equilibrium − Le Chatelier’s principle − 8,9 Solutions: − Basic concepts of solution − Factors that effect on solubility − Properties of low concentration with solutes as nonelectrolyte, nonvaporization − Properties of electrolytes soluition in water − The Autoionization of Water L.O.4-Use fluently the Equilibrium Constants (autoionization constant of water, acid-base constants, stability constants of complexon compounds, solubility products, hydrolysis constants) to solve the problems of reversible processes in electrolytic solutions L.O.4- Predict the direction of balance when some factors affect on equilibria L.O.5- Understand the essence of the dissolution process and the factors that affect on solubility L.O.5-Calculate the saturation vapor pressure, boiling temperature, crystallization temperature and osmotic pressure of the solutions L.O.5- Classify types of acids, bases and calculate pH of the solution 10 Oxidation – Reduction Reactions and Electrolysis − Oxidation – Reduction Reactions − Balance of Oxidation – Reduction Reactions − Electrochemical battery Electrode Potential Nernst Equation − Redox Reactions direction Redox Potential Voltage L.O.6- Classify types of electrodes, and set up the diagram that apply for some kind of batteries L.O.6Use fluently Reduction Potentials, Nernst Equation to solve the problems of oxidationreduction reactions in water solution Students: Understand well of theory Can build a process to investigate a chemical reaction Solve home work and multiple choice at home Lecturer: Introduce the theory Give some applications Introduce how to solve problems Students: Understand well the theory Try to give some calculation examples Solve home works Lecturer: Introduction of theory Use theory of solution to solve real problems on solutions Ask students seftstudy about some more properties of solutions Students: Understand well this chapter Read some problem from lecturer Solve problems, home work Lecturer: Introduction of theory Give some applications Industry: Eclectrochemical engineering- application in factory Student: Understand well this chapter Know how to apply theory to reality Solve problems, home work Thông tin liên hệ: + Khoa kỹ thuật hóa học, B2 ĐT: 8647256 - 5689 + Bộ mơn kỹ thuật Hóa Vơ cơ, P 112B2 Phụ trách môn học: PGS.TS Huỳnh Kỳ Phương Hạ ĐT: 8647256 - 5688 TRƯỞNG KHOA Tp Hồ Chí Minh, ngày 19/3/2014 CB PHỤ TRÁCH LẬP ĐỀ CƯƠNG PGS.TS Hùynh Kỳ Phương Hạ 1.1.6 1.1.6, 1.2.5, 2.1.5 1.1.6