HÓA ĐẠI CƯƠNG tài liệu ôn tập cuối kỳ CTCT

ĐỘI CHÚNG TA CÙNG TIẾN Nhóm CTV - Hóa đại cương Chương 1+2+3+4 Các kiến thức cần nhớ:  Nguyên tử cấu tạo từ vỏ hạt nhân: +Vỏ: gồm electron +Hạt nhân: cấu tạo từ proton nơtrôn  Đám mây electron: không gian gần hạt nhân chứa khoảng 90% xác suất có mặt electron  Phương trình sóng Schrưdinger: (nên nhớ đại lượng) Phương trình sóng Schrưdinger mơ tả chuyển động hạt vi mô trường trường hợp trạng thái hệ không thay đổi theo thời gian (trạng thái dừng):       8 m E  V      x y z h2 đó:  - vi phân riêng phần m - khối lượng hạt vi mô h – số Plank E – lượng tồn phần hạt vi mơ (bằng tổng động năng) V - hạt vi mô, phụ thuộc vào toạ độ x, y, z  - hàm sóng biến x, y, z mô tả chuyển động hạt vi mô điểm có tọa độ x, y, z 2 – mật độ xác suất có mặt hạt vi mơ điểm có tọa độ x, y, z 2dv – xác suất có mặt e vùng khơng gian dv  Các loại hiệu ứng: + Hiệu ứng chắn: lớp electron bên biến thành chắn làm yếu lực hút hạt nhân electron bên Hiệu ứng chắn tăng khi: + số lớp electron tăng + số electron tăng + Hiệu ứng xâm nhập: ngược lại với hiệu ứng chắn 40 ĐỘI CHÚNG TA CÙNG TIẾN Nhóm CTV - Hóa đại cương  Bán kính ngun tử: +Trong chu kì từ trái sáng phải bán kính ngun tử giảm dần +Trong nhóm từ xuống bán kính nguyên tử tăng dần  Bán kính ion: +Đối với ion nguyên tử đẳng electron chiều tăng bán kính ngược chiều với trục số điện tích VD: Al3+ tam giác đều; dạng AB2E1=> góc -sp3 có dạng AB4E0=> tứ diện đều; dạng AB3E1=> tháp tam giác; dạng AB2E2=> góc  So sánh góc liên kết: Góc lk lai hóa sp>sp2>sp3 Nếu trạng thái lai hóa thì: Nếu nguyên tố trung tâm khác phối tử Phối tử có độ âm điện cao góc liên kết nhỏ Ví dụ: NF3Br) Nếu phối tử khác nguyên tố trung tâm Nguyên tố trung tâm độ âm điện cao góc liên kết lớn/ Ví dụ: H20>H2S ( Vì độ âm điện O>S)  Sự phân cực liên kết CHT: Những chất có electron dư phân cực (dạng AB2E1, AB3E1, bla…bla…), chất cấu tạo từ nguyên tố phân cực Ví dụ: CH3Cl, SO2, NH3,… Lưu ý: Nên nhớ chất không phân cực để loại trừ đáp án sai: CO2, CS2, CH4,…  Sự phân cực liên kết ion ( ion dương): Tăng Bán kính giảm điện tích tăng  Sự bị phân cực (đối với ion âm): Ngược lại phân cực Ví dụ: Sự phân cực : Na+>K+>Cs+ ( Vì R: NaCa2+>Na+) 42 ĐỘI CHÚNG TA CÙNG TIẾN Nhóm CTV - Hóa đại cương  Xác định liên kết: phi, xích ma, delta: Nếu z trục liên nhân: Thì liên kết có chữ Z AO liên kết pi ( Trừ dz2 dz2 xích ma) cịn lại liên kết delta ( Đối với AO d) Ví dụ: 3dxz 3dxz lk pi 3dxy 3dxy lk delta Ngược lại x trục liên nhân Thì liên kết có chữ X AO liên kết pi ( Kể dz2 dz2 khơng có chữ X) cịn lại liên kết delta ( Đối với AO d) Đặc biệt 3dx2-y2 3dx2-y2 liên kết xích ma  Xác định tồn chất: Nhớ chất ko tồn : CF62- OF62- (giải thích khơng có AO d) 43 ĐỘI CHÚNG TA CÙNG TIẾN Nhóm CTV - Hóa đại cương HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA CÁC Q TRÌNH HĨA HỌC 6.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN: 6.1.1 Hệ ( nhiệt động ) Người ta phân biệt:  Hệ hở: hệ trao đổi chất lượng (Q A) với môi trường  Hệ kín: hệ khơng có trao đổi chất mà có trao đổi lượng với mơi trường, thể tích thay đổi  Hệ cô lập: hệ không trao đổi chất lượng với môi trường  Hệ đồng thể: hệ có tính chất hóa lý giống điểm hệ  Hệ dị thể: hệ có bề mặt phân chia hệ thành phần có tính chất hóa lý khác  Pha: phần đồng thể hệ dị thể, có thành phần, cấu tạo, tính chất định phân chia với phần khác bề mặt phân chia Như hệ đồng thể hệ pha, hệ dị thể hệ nhiều pha  Hệ cân bằng: hệ có T, P, TP giống điểm hệ không thay đổi theo t a) Trạng thái, thông số trạng thái, hàm trạng thái :  Trạng thái hệ xác định tập hợp thơng số biểu diễn tính chất hóa lý hệ Các thơng số gọi thông số trạng thái chúng liên hệ với thơng qua phương trình trạng thái Có loại thông số trạng thái:  Thông số cường độ: thông số không phụ thuộc vào lượng chất T, P, C, thành phần, khối lượng riêng, Các thơng số cường độ đặc trưng cho hệ khơng có tính cộng  Thơng số dung độ thông số phụ thuộc vào lượng chất, m, V, U, H, S Các thông số dung độ có tính cộng  Trạng thái cân bằng: trạng thái tương ứng với hệ cân thông số trạng thái giống điểm hệ không thay đổi theo thời gian  Hàm trạng thái: đại lượng nhiệt động có giá trị phụ thuộc thông số trạng thái hệ mà không phụ thuộc vào cách biến đổi (đường đi) hệ: T, P, V, U, H, S, G,… 44 ĐỘI CHÚNG TA CÙNG TIẾN Nhóm CTV - Hóa đại cương  Hàm q trình: thơng số phụ thuộc vào đường trình: Q, A… b) Quá trình: biến đổi xảy hệ gắn liền với thay đổi thơng số trạng thái  Q trình thuận nghịch: q trình xảy theo chiều ngược Hệ không gây biến đổi môi trường xung quanh Là trình hệ chuyển từ trạng thái cân sang trại thái cân khác cách vô chậm qua liên tiếp trạng thái cân gần Ngược lại trình bất thuận nghịch Tất trình tự diễn tự nhiên bất thuận nghịch khơng tiêu tốn lượng  Q trình đẳng áp: p = const  Q trình đẳng tích: V = const  Quá trình đẳng nhiệt: T = const  Q trình đoạn nhiệt : Q = const Hệ khơng trao đổi nhiệt song trao đổi cơng với môi trường xung quanh  Năng lượng, nhiệt công: - Năng lượng thước đo chuyển động chất - Nhiệt thước đo chuyển động nhiệt hỗn loạn tiểu phân tạo nên hệ -Cơng thước đo chuyển động có trật tự, có hướng tiểu phân trường lực **Quy ước: + Hệ thu nhiệt +Q ; hệ tỏa nhiệt –Q + Hệ sinh công +A; hệ nhận công –A 6.2 NGUYÊN LÝ I NHIỆT ĐỘNG HỌC VÀ HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA CÁC Q TRÌNH HĨA HỌC: 6.2.1 Áp dụng nguyên lý I nghiên cứu hiệu ứng nhiệt: *Nội U: - Nội chất dự trữ lượng chất đó, bao gồm lượng tất dạng chuyển động nguyên tử (tịnh tiến, quay, dao động), electron hạt nhân, lượng chứa đựng hạt nhân nguyên tử trọng trường Nói cách khác, nội năng lượng toàn phần hệ trừ động toàn hệ - Đơn vị đo: J/mol; cal/mol cal = 4,184J 45 ĐỘI CHÚNG TA CÙNG TIẾN Nhóm CTV - Hóa đại cương - Nội hệ thông số dung độ, tỉ lệ với lượng chất - Nội U hàm trạng thái Người ta xác định trị tuyệt đối nội (vì khơng thể đưa hệ nhiệt độ tuyệt đối), dựa vào lượng phát hay thu vào hệ người ta suy cách xác độ biến thiên nội U hệ chuyển từ trạng thái có nội U1 sang trạng thái có nội U2:  U = U2 – U1 *Cơng A: A==+QT đẳng tích: V = const  A=0 +QT đẳng áp: P = const  A = -P  Nếu hệ ngưng tự A =  Nếu hệ khí lý tưởng T = const A = -P∆V = +QT đẳng nhiệt : T = const P1V1 = P2V2 A= = = +QT đun nóng hay làm lạnh đẳng áp n mol khí lý tưởng: A= *Nguyên lý I, nội công: - Khi hệ (kín) chuyển từ trạng thái sang trạng thái trao đổi lượng với môi trường dạng nhiệt (Q) công (A) Lượng lượng trao đổi đại lượng không đổi dù cách chuyển hệ có Trong đó: ∆U độ biến đổi nội U hệ *Nội nhiệt đẳng tích: Với V = const A = thì: QV = ∆U = U2 – U1 Ở QV gọi nhiệt đẳng tích  Lượng nhiệt mà hệ trao đổi q trình đẳng tích QV dùng để biến đổi nội U hệ *Entanpi H nhiệt đẳng áp : - Trong trường hợp P = const ta có: Qp = U + PV mà U = U2 – U1 V = V2 – V1 46 ĐỘI CHÚNG TA CÙNG TIẾN Nhóm CTV - Hóa đại cương Qp = (U2 – U1) + P(V2 – V1) = (U2 + PV2) – (U1 + PV1) đặt : H = U + PV H gọi entanpi thông số dung độ hàm trạng thái hệ H bao gồm U khả sinh công tiềm ẩn hệ H dự trữ lượng toàn phần hệ Vậy: Qp = H2 – H1 = H Trong trình đẳng áp, hệ không thực công khác ngồi cơng dãn nở nhiệt lượng Qp cung cấp cho hệ làm thay đổi entanpi hệ Đơn vị đo: kJ/mol *Nhiệt đẳng tích, nhiệt đẳng áp nhiệt dung: - Nhiệt dung chất lượng nhiệt cần dùng để nâng nhiệt độ chất lên thêm 10 - Nhiệt dung riêng - nhiệt dung mol chất - Đơn vị đo: J/mol.K Nên : Cp  Mà dQ p CV  dT Cp  dH dT dQV dT CV  dU dT Mà: Qp = QV = Trong khoảng nhiệt độ ( T2 – T1 ) khơng lớn, ta có : QP = CP(T2 – T1) QV = Cv(T2 – T1 )  Đối với khí lý tưởng: Cp – CV = R 6.3 HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA CÁC Q TRÌNH HĨA HỌC : 6.3.1 Độ biến đổi hiệu ứng nhiệt: - Đối với q trình có chất phản ứng hay sản phẩm thể khí xảy áp suất thấp : Trong sp cd Ví dụ: a A (k) + b B (r) = c C (k) + d D (k) Ta có: n C + nD – nA = c + d - a 6.3.2 Phương trình nhiệt hóa học : 47 ĐỘI CHÚNG TA CÙNG TIẾN Nhóm CTV - Hóa đại cương a Phương trình nhiệt hóa học - Quy ước: Phản ứng thu nhiệt có  H > Phản ứng tỏa nhiệt có  H < - Dự đốn chiều hướng diễn phản ứng hóa học: Trong điều kiện bình thường, phản ứng tỏa nhiệt (  H < 0) phản ứng có khả tự xảy b Nhiệt tiêu chuẩn:  Lượng chất: mol  Nhiệt độ: T Ký hiệu H 0T  Áp suất: atm  Ví dụ: ½ H2(k) + ½ Cl2(k) = HCl(k)  = -92,8kJ/mol H 298 Chú ý: hiệu ứng nhiệt tỷ lệ với lượng chất phản ứng sản phẩm H2(k) + Cl2(k) = HCl(k) = - 185,6kJ/mol H 298 c Hiệu ứng nhiệt trình *Nhiệt tạo thành: hiệu ứng nhiệt phản ứng tạo thành mol chất từ đơn chất ứng với trạng thái tự bền nhất( H 298 tt ) *Nhiệt đốt cháy: hiệu ứng nhiệt phản ứng đốt cháy oxy mol chất hữu để tạo thành khí CO2 , nước lỏng số sản phẩm khác *Nhiệt hòa tan hiệu ứng nhiệt q trình hịa tan mol chất tan vào dung môi *Nhiệt phân ly: hiệu ứng nhiệt trình phân ly mol chất thành nguyên tử trạng thái khí  Nhiệt phân ly chất thường dương có giá trị lớn 6.3.3 Định luật nhiệt Hess hệ a Định luật Hess: Hiệu ứng nhiệt phản ứng hóa học phụ thuộc vào chất trạng thái chất đầu sản phẩm cuối không phụ thuộc vào đường trình, nghĩa khơng phụ thuộc vào số lượng đặc điểm chất giai đoạn trung gian → cộng hay trừ phương trình nhiệt hóa phương trình đại số b Hệ 48 ĐỘI CHÚNG TA CÙNG TIẾN Nhóm CTV - Hóa đại cương Hiệu ứng nhiệt phản ứng tổng nhiệt tạo thành sản phẩm trừ tổng nhiệt tạo thành chất đầu c Hệ 2: Hiệu ứng nhiệt phản ứng tổng nhiệt đốt cháy chất đầu trừ tổng đốt cháy sản phẩm phản ứng Ví dụ: aA+bB=cC+dD Htt )C + d( Htt)D ] – [ a( Htt)A + b( Htt)B ] = [ a(∆Hđc )A + b(∆Hđc)B ] – [ c(∆Hđc)C + d(∆Hđc)D ] d Hệ (định luật Lavoisier – La Place):Hiệu ứng nhiệt phản ứng thuận hiệu ứng nhiệt phản ứng nghịch Ht Ht + Hn = A+B C+D Ht = - Hn Hn 49 ĐỘI CHÚNG TA CÙNG TIẾN Nhóm CTV - Hóa đại cương  V = n R T hay:  = i.R C T Trong đó: - π: áp suất thẩm thấu (atm) - n: số mol chất tan (mol) - V: thể tích dung dịch (l) - C: nồng độ mol chất tan (mol/l) - T: nhiệt độ tuyệt đối (0K) - R: số khí (R = 0,082 atm.l/mol.0K) Định luật Raoult I: “Độ giảm tương đối áp suất bão hòa dung môi dung dịch phần mol chất tan không bay hơi” pA0  pA p nB  o   XB pA p A n A  nB Trong đó: - p A0 : áp suất dung môi nguyên chất - pA: áp suất dung môi - nB: số mol chất tan - nA: số mol dung môi - XB: phần mol chất tan Với dung dịch loãng ta có: XB  nB nA => p  pA0 nB nA Độ tăng điểm sôi dung dịch: ts = i.Ks Cm Trong đó: - Ts : độ tăng điểm sôi dung dịch - Ks: số nghiệm sôi; với: K s  R Ts0  1000h, A  const - Cm: nồng độ molan chất tan 10 Độ hạ băng điểm dung dịch: tdd = i.Kdd Cm Trong đó: - Tb : độ hạ băng điểm dung dịch - Kb: số nghiệm lạnh; với: Kb  R Tbo  1000nc , A  const 11 Độ điện ly: đại lượng đặc trưng cho mức độ điện ly chất Nó tỉ số nồng độ chất điện ly với nồng độ hịa tan   x100% 0  cơng thức: i 1 m 1 65 ĐỘI CHÚNG TA CÙNG TIẾN Nhóm CTV - Hóa đại cương Trong đó: -  : độ điện ly -  : nồng độ chất điện ly - 0 : nồng độ hịa tan - m =a+b chất có dạng AaBb Notes: Q trình sonvat hóa làm giảm độ hỗn loạn Ssv  , q trình hịa tan khí vào lỏng Sht  , cịn rắn vào lỏng Sht  13 Hằng số điện ly: K C Nếu  2 1 ta có: 1-   thì: K  C =>   K C 14 Tích số tan: Đặc trưng cho phân ly chất điện ly khó tan (mức độ tan ra) Đọc SGK: 421 -423 S  mn TA m Bn m n n f A(mm B nn ) m + T nhỏ khó tan (pT lớn tan ) + Thêm ion chung- giảm độ tan + T phụ thuộc vào hệ số hoạt độ (hoạt độ lại phụ thuộc vào lực ion, lực ion tăng làm giảm hệ số hoạt độ)  S phụ thuộc vào dmoi, chất chất điện ly,nhiệt độ, lực ion + Khi thêm ion lạ vào dd chất điện ly khó tan: ion lạ tạo kết tủa với loại ion chất điện ly đó, tạo chất điện ly, chất bay hơi…thì S tăng lên Nếu k có phản ứng S TĂNG lên hệ số hoạt độ tăng + Cho chất A+ B fan ly ion , nếu: [Cm ]n [Dn  ]m  TC D : Kết tủa không xuất Ngược lại: [Cm ]n [Dn  ]m  TC D : xuất kết tủa Phương Pháp Giải Bài Tập: n n m m Tìm nồng độ ion bão hòa, phân ly biết T (suy pH…); mối quan hệ T S (14.4 ;14.8 - SBT) Cho T, CM ion muối Tìm pH bắt đầu xuất kết tủa (OH - ) SOH  k c T ; pH  14  log[OH  ] (14.7; 14.12- SBT ) ab Cho CM hỏi có kết tủa hay khơng?(14.14- SBT) 66 ĐỘI CHÚNG TA CÙNG TIẾN Nhóm CTV - Hóa đại cương Ion kết tủa trước, kết tủa sau cùng? (VD 14.15) ĐIỆN HÓA HỌC PHẢN ỨNG OXY HĨA - KHỬ Phản ứng oxy hóa - khử cặp oxy hóa khử liên hợp a Cặp oxi hóa - khử liên hợp Định nghĩa  Chất oxy hóa - chất nhận e Chất khử - chất cho e  Phản ứng oxy hóa - khử phản ứng trao đổi e chất oxy hóa chất khử để tạo thành chất mới: khử oxy hóa +ne I aOXH1 + bKh2 ⇌ cKh1 + dOXH2 -ne  Có thể tách phản ứng thành hai bán phản ứng: + Quá trình khử: (1) aOXH1 + ne ⇌ cKh1 + Q trình oxy hóa: bKh2 – ne ⇌dOXH2  Các chất oxy hóa khử bán phản ứng tạo thành cặp oxy hóa khử liên hợp  Phản ứng (1) có số cân bằng: K cb  [Kh ]c [OXH ]d [OXH ]a [Kh ] b b Sự tương đồng phản ứng oxy hóa - khử phản ứng acid base  Phản ứng axit – baz: - nH+ aAx1 + bBaz2 ⇌ cBaz1 + dAx2 + nH+ Khả cho - nhận proton cặp axit – baz liên hợp đặc trưng số điện ly Ka, Kb 67 ĐỘI CHÚNG TA CÙNG TIẾN Nhóm CTV - Hóa đại cương  Phản ứng oxy hóa - khử: +ne aOXH1 + bKh2 ⇌ cKh1 + dOXH2 -ne Khả cho nhận electron cặp oxy hóa - khử liên hợp đặc trưng oxy hóa - khử tiêu chuẩn  0OXH / Kh Cân phản ứng oxy hóa - khử Nguyên tắc chung: phản ứng oxy hóa - khử, tổng số electron mà chất khử nhường phải tổng số electron mà chất oxy hóa nhận Có hai phương pháp cân phản ứng oxy hóa - khử thường dùng: - Phương pháp cân electron - Phương phán ion – electron II NGUYÊN TỐ GANVANIC VÀ SỨC ĐIỆN ĐỘNG Điện cực oxy hóa - khử a Điện cực kim loại: hệ thống gồm kim loại nhúng vào dung dịch muối Trong hệ đồng thời xảy hai trình : - Các cation kim loại từ kim loại chuyển vào dung dịch (do chuyển động nhiệt hydrat hóa phân tử nước) để lại electron n bề mặt kim loại: Mức độ diễn trình M đc  ne đc  M dd phụ thuộc vào khả nhường electron kim loại - Các ion kim loại dung dịch chuyển động, va chạm với bề mặt kim loại, nhận electron kim loại kết tủa đó: n M dd  ne đc  M đc Mức độ diễn trình phụ thuộc vào khả nhận electron ion kim loại nồng độ ion dung dịch Khi hệ đạt trạng thái cân bằng, tùy thuộc vào chất kim loại nồng độ ion Mn+ dung dịch lúc ban đầu mà kim loại có điện tích âm dương Do lực hút tĩnh điện, ion trái dấu với bề mặt kim loại bị hút, tạo thành lớp tích điện trái dấu Như vậy, kim loại dung dịch xuất lớp điện tích kép Hiệu điện tích lớp điện tích kép đặc trưng cho khả nhường nhận electron kim loại ion kim loại điện cực gọi điện cực kim loại b Điện cực oxy hóa - khử Nếu cặp oxy hóa - khử liên hợp chất tan dung dịch (ví dụ cặp 3+ Fe /Fe2+: Fe3+ + 1e  Fe2+), xác định khả nhường nhận electron chúng cách nhúng điện cực trơ (như Pt, grafit) vào dung dịch có chứa đồng thời hai dạng oxy hóa khử Điện cực trơ khơng có khả tan 68 ĐỘI CHÚNG TA CÙNG TIẾN Nhóm CTV - Hóa đại cương vào dung dịch, có tác dụng chuyển electron Trong hệ xảy hai trình: - Dạng khử va chạm với điện cực, nhường electron cho điện cực - Dạng oxy hóa nhận electron từ điện cực Khi đạt đến trạng thái cân bằng, bề mặt điện cực tích điện âm hay dương hiệu điện phụ thuộc vào khả nhường nhận electron cặp oxy hóa - khử nồng độ chúng dung dịch Hiệu điện gọi oxy hóa - khử Thế kim loại oxy hóa - khử giá trị đặc trưng cho khả nhường nhận electron cặp oxy hóa - khử phụ thuộc vào nồng độ chúng dung dịch nên gọi tên chung oxy hóa - khử Nguyên tố Ganvanic (pin điện hóa học): dụng cụ cho phép biến hóa phản ứng oxy hóa - khử thành điện Cấu tạo nguyên tố Ganvanic gồm hai điện cực nối với dây dẫn Ở đây, chất oxy hóa chất khử khơng tiếp xúc trực tiếp với nhau, q trình oxy hóa khử xảy hai nơi khác không gian, electron chuyển từ chất khử đến chất oxy hóa thơng qua dây dẫn - Xét ngun tố Ganvanic Cu – Zn: Vì Zn hoạt động Cu nên Zn có chứa nhiều electron Cu Khi đóng mạch ngồi electron chuyển từ điện cực Zn (có âm - điện cực âm) sang điện cực Cu (có dương – cực dương) Kết làm cân lớp điện tích kép hai điện cực bị phá vỡ Để thiết lập lại cân điện cực âm xảy q trình oxy hóa ( cực âm anod): Zn tan ra, để lại electron điện cực: Zn – 2e  Zn2+; cực dương xảy trình khử ( cực dương catod): ion Cu2+ từ dung dịch đến điện cực nhận electron: Cu2+ + 2e  Cu Thế hai điện cực lại khơi phục q trình chuyển electron lại xảy Như vậy, hệ sinh dịng điện nhờ phản ứng oxy hóa - khử xảy hai điện cực - Ký hiệu nguyên tố Ganvanic: (+) CuCu2+Zn2+Zn (-) Sức điện động nguyên tố Ganvanic E - hiệu điện cực đại xuất hai điện cực; có nguyên tố Ganvanic hoạt động thuận nghịch, nghĩa phản ứng oxy hóa - khử sở diễn thuận nghịch nhiệt động - Giữa suất điện động E pin biến thiên đẳng áp có mối liên hệ: -G = A’ = nFE đó: n - số đương lượng gam chất tham gia phản ứng, tính cho mol chất tham gia phản ứng n số electron trao đổi F - số Faraday 69 ĐỘI CHÚNG TA CÙNG TIẾN Nhóm CTV - Hóa đại cương Xét nguyên tố Ganvanic hoạt động thuận nghịch dựa phản ứng oxy hóa - khử tổng quát: aKh1 + bOXH2  cOXH1 + dKh2 OXH 1c Kh d2 G  G  RT ln Kh1a OXH b2 OXH 1c Kh d2  nFE  RT ln K  RT ln Kh 1a OXH b2 RT RT OXH 1c Kh d2 E ln K  ln nF nF Kh1a OXH b2 Ở điều kiện tiêu chuẩn, nồng độ tất chất mol/l thì: E0  RT ln K nF và: G0 = -nFE0, E0 – sức điện động tiêu chuẩn RT OXH 1c Kh d2 EE  ln nF Kh 1a OXH b2 Do đó: THẾ ĐIỆN CỰC TIÊU CHUẨN VÀ CHIỀU DIỄN RA CỦA PHẢN ỨNG OXY HÓA - KHỬ Thế điện cực tiêu chuẩn phương trình Nernst Khơng thể đo oxy hóa - khử điện cực thực nghiệm Quy ước: + Điện cực hydro tiêu chuẩn điện cực hydro làm việc điều kiện: a H  1mol / l , p H  1atm Quy ước: điện cực điện cực hydro tiêu chuẩn nhiệt độ  0H  + Thế điện cực điện cực đại lượng hiệu điện so với điện cực hydro tiêu chuẩn Nói cách khác, điện cực điện cực có giá trị suất điện động nguyên tố Ganvanic tạo thành từ điện cực điện cực hydro tiêu chuẩn Ký hiệu:  E       E  0  0 Sức điện động nguyên tố Ganvanic: III  2 RT OXH 1c Kh d2 EE  ln nF Kh 1a OXH b2 RT OXH 1c Kh d2         ln nF Kh 1a OXH b2    RT OXH 1c   RT OXH b2         0  ln ln       nF nF Kh1a   Kh d2   RT OXH   0  ln Phương trình Nernst: nF Kh 70 ĐỘI CHÚNG TA CÙNG TIẾN Nhóm CTV - Hóa đại cương Khi thay: T = 298K, R = 8.314J/mol.K, F = 96500C ln = 2.303lg vào phương trình Nernst ta được:   0  0.059 OXH ln n Kh Từ phương trình Nernst cho thấy: điện cực  phụ thuộc vào chất chất tham gia điện cực 0, nhiệt độ T nồng độ chất tham gia trình điện cực Ý nghĩa 0: COXH = CKh = 1mol/l, thì:  = 0 Chú ý: + Quy ước châu Âu: Thế điện cực điện cực hiệu điện điện cực so với điện cực hydro tiêu chuẩn Dấu  trùng với dấu điện cực so với điện cực hydro tiêu chuẩn   điện cực điều kiện định có dấu xác định, phụ thuộc vào chất điện cực so với điện cực hydro tiêu chuẩn; không phụ thuộc vào chiều viết q trình điện cực Ví dụ: Zn – ne  Zn2+  0Zn / Zn  0,763V 2 Zn + ne  Zn 2+  Zn  / Zn  0,763V + Quy ước châu Mỹ: dấu  phải có ý nghĩa nhiệt động: nói lên khả xảy q trình điện cực Ví dụ: Zn – ne  Zn2+  0Zn / Zn  0,763V 2 Zn2+ + ne  Zn  0Zn  / Zn  0,763V Để phù hợp với quy ước chấu Âu, phải viết q trình khử khử Chiều phản ứng oxy hóa - khử Xét cặp oxy hóa - khử với điện cực tương ứng: OXH1 + ne  Kh1 1 OXH2 + ne  Kh2 2 Khi trộn cặp với xảy phản ứng: Kh1 + OXH2  OXH1 + Kh2 Phản ứng xảy theo chiều thuận G < G = -nFE = -nF(2 - 1) < 2 - 1 >0 2 > 1 Vậy: - Điện cực lớn đóng vai trị cực dương dạng oxy hóa cặp oxy hóa - khử điện cực lớn đóng vai trị chất oxy hóa - Điện cực nhỏ đóng vai trị cực âm dạng khử cặp oxi hóa - khử điện cực nhỏ đóng vai trị chất khử 71 ĐỘI CHÚNG TA CÙNG TIẾN Nhóm CTV - Hóa đại cương - Quy tắc nhận biết chiều diễn phản ứng oxy hóa - khử: phản ứng oxy hóa khử xảy theo chiều dạng oxy hóa cặp điện cực lớn oxy hóa dạng khử cặp oxy hóa - khử điện cực nhỏ hơn: OXH > + Kh <  Kh > + OXH < Chú ý: sử dụng đại lượng điện cực tiêu chuẩn 0 để xét chiều phản ứng oxy hóa - khử điện cực tiêu chuẩn hai cặp cách xa (0 > 1V) tiến hành phản ứng gần điều kiện tiêu chuẩn Một số tập mẫu: Cân ptrinh oxh-khu pin: 2HNO3 + 3H2S  2NO + 3S + 4H2O H+ + Cr2O72-+Fe2+  KMnO4 + H2S + H2SO4  MnSO4 + S + K2SO4 + H2O MnO4- + 8H+ + 5e  Mn2+ + 4H2O H2S – 2e  S + 2H+ => 2MnO4- + 16H+ + 5H2S  2Mn2+ + 8H2O + 5S + 10H+ Hay: 2KMnO4 + 5H2S + 3H2SO4  2MnSO4 + 5S + K2SO4 + 8H2O Anod (cực âm): qt oxh Catod(cực dương): qt khử ; electron từ âm sang dương, dđ ngược lại E = o   o  ;   o  0, 059 [Oxh] log ([Oxh]+ne  [Khu]) n [Khu] 16.5 (SBT) ()(2) Pt(r) H (k) H 3O  (0,1M) H 3O  (1M) H (k,1atm) Pt (1) ( ) Anod : H 2(k )  2H O (l)  2e Catod : 2H 3O   2e (  )  o  2H 3O  (dd) H 2(k )  2H 2O (l) 0, 059 [H  ]2 0,059 [H  ]2 log  0, 059pH ; (  )  o  log  ; E pin    0, 059 V PH2 PH2 a Sức điện động tăng pha lỗng pH tăng (tăng độ điện ly) b Thế điện cực (2) giảm [H+] giảm pH (2)  o  giảm  0, 059 [H ] log  0, 059pH PH2 72 ĐỘI CHÚNG TA CÙNG TIẾN Nhóm CTV - Hóa đại cương c Nếu điện cực làm kim loại nơi xảy qt oxh điện cực tan Tại điện cực (1) có khí H2 bay Pin điện + Viết sơ đồ pin: âm, dương(anod- catod)? + Phương trình Nerst, G   nFE ; nhỏ + Ảnh hưởng pH: Vd: Tính oxh – khử cặp  AsO34 / AsO33 K cb  10 n( oxh khu ) 0,059 AsO34 / AsO33 , nói chung lấy lớn trừ môi trường pH = Biết  0,57V AsO34  2H  2e E0'  0,57  AsO33  H2 O ; E  E  [AsO34 ].[H  ]2 0, 059 log [AsO33 ] ; 0, 059 log(108 )2  0, 098V pH tăng khử tc giảm, khả oxh của… giảm,tính khử của… tăng + Ảnh hưởng tạo thành hợp chất tan: Vd: Đánh giá khả phản ứng Cu Ag+ có dư Cl- : Cu +2Ag+ = 2Ag + Cu2+ Ag+ +e Ag ; Ag+ + Cl - +e AgCl ; E0 ‘ AgCl/Ag+ = E0 Ag+/Ag +0,059 log[Ag+].[Cl- ]= E0 Ag+/Ag +0,059logT = 0,799 + 0,059 log 10 -9,75= 0,224 V < E0 Cu2+/Cu (0,34V) Vd: Tính điện cực tiêu chuẩn Cu2+/Cu+ có mặt ion OH- Cho 0  Cu /Cu   0,16V, TCu (OH)2  1019,66 ;TCu (OH)  103,5 Biểu thức kinh nghiệm: Cu2++e Cu+, Ce4++e Vậy 0 '  0 2 Cu 2 /Cu  Cu /Cu  AB  CD T , oxh 0 '  0  0, 059log oxh  0  0, 059log TKhu ,  khu T1 T2 Ce3+  0,059log TCu(OH)2 TCu(OH)  0,16  0,059log 1019,66  V 103,5 + Thế oxh –khử chất khử liên hợp, không liên hợp(dd đệm ) (Ce, Fe ) + Hỏi cặp có thễ oxh cặp khơng? n1E10  n E 02 +E  n3 + Điện cực trơ (khí, điện hóa); hidro,kim loại + Kim loại tiếp xúc với muối tan dung dịch muối khác có anion Ví dụ: E =E  THg 2Cl2 0, 059 lg  M n   ; Hg 22   n Cl   73 ĐỘI CHÚNG TA CÙNG TIẾN Nhóm CTV - Hóa đại cương - Điện cực Ag - AgCl Ag/AgCl, KCl  E  E0  0, 059 lg - Điện cực calomen: Hg/Hg2Cl2, KCl:  E  E  TAgCl [Cl ] 0, 059 THg2Cl2 lg 2 Cl   74 ĐỘI CHÚNG TA CÙNG TIẾN Nhóm CTV - Hóa đại cương Gợi ý - Lời giải ngắn gọn Đá p án Thế - Lấy sau – đầu đẳng - Nhớ nhân hệ số pt; 237.2  394,  50,  817, 7kJ áp Pin () Ag Ag  (AgBr) Ag  0, 01M(AgNO3 ) Ag ( ) điện   0  0, 059 log[Ag  ]1;   0  0, 059 log[Ag  ]2 hóa 0, 059 0, 059   7 (Pin E pin    (  )  ( )  log 0, 01  log[Ag ]2  0, 245 V  [Ag ]2  7.10 nồng T  ([Ag  ]2 )2  4,95.1013 độ)   Fe Fe   n1 3 8/3 B C 1.0.771  0.353   Fe ; n 3  n1 1  n 2  2   0,98V  n2 2 C -Chuyển dạng pt ion Viết Kcb Thêm bớt cho xuất K a,b , T… Kcb  [HNO2 ].[NH4 OH] Kn 1014   3,14 4,76  Ka HNO K bNH 4OH 10 10 [NH4 ].[NO2 ] B a S chất khí giảm b S phụ thuộc vào chất dung mơi c Cùng loại giảm S D 2.1020 ; pH  14  log[OH  ]  0, 02 [OH  ]  Luôn nhớ cho chất tan không bay vào dmoi áp suất bão hịa giảm A C n ( (  ) (  ) ) K  10 0,059  10 2(0,77  0,15) 0,059  1021 10 11 Vì chúng chất bay hơi, i=1, k phân ly ion Trật tự: số ion phân ly tăng dần  t soi0 tăng, t 0dd giảm 12 SOH  13 14 15 16 Pha loãng độ điện ly tăng lên 2.Chưa 3.Giảm  G 17  18 C C B D 2.106 ; pH  14  log[OH  ] 0, 02 B D C B C Ka CM C 75 A ĐỘI CHÚNG TA CÙNG TIẾN 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33  Nhóm CTV - Hóa đại cương i  0,84  m 1 D chất lỏng nguyên chất k phải…dd lỏng giảm, k phải…tăng… Phụ thuộc vào nhiều yếu tố nữa, P lớn khả bay cao -Khó phân hủy: H , dễ phân hủy H max C Nhớ nhân 64 đv: J/K Lấy sau trừ đầu 6HI  H2SO4  3I2  S  4H2O lớn có tính OXH, nhỏ (âm) mang tính khử Cường độ: k pthuộc vào lượng chất (d,p,t, tfan ) Dung độ: thông số tỉ lệ với lượng chất (V, kg, mol, G …)  20  1,11.V.1000 62.8 C D D B B C B B A G  RTln Kp O2>O (k); P trắng