Bài giảng hoá học đại cương đại học thủy lợi

TrƯờng đại học THủY LợI Bộ môn Kỹ THUậT hoá học BàI GIảNG Hoá HC I CNG Cho ngành: Kỹ thuật Hóa học PGS.TS ặng Thị Thanh Lê Học: lý thuyÕt 45 tiÕt (gi¶ng 30t + tù häc 15t) Tài liệu: Giáo trinh học tập ghi, tập, giấy nháp máy tính cá nhân ỏnh giỏ: Kim tra kì: tự luận 45 phút (10%) Bài tập nhà: 10% Chuyên cần thái độ: 10% Thi: tự luận 90 phút (70%) GIÁO TRÌNH HỌC TẬP Giáo trình sử dụng: Cơ sở lý thuyết hóa học Phần I: Cấu tạo chất, Nguyễn Đình Chi, NXB Giáo dục Việt Nam, 2013, 135 trang Cơ sở lý thuyết hóa học Phần II: Nhiệt động hóa học - Động hóa học - Điện hóa học, Nguyễn Hạnh, NXB Giáo dục Việt Nam, 2013, 263 trang Bài tập Hóa học Đại cương, Lê Mậu Quyền, NXB Giáo dục Việt Nam, 2013, 307 trang Giáo trình tham khảo: Hóa học đại cương, PGS Nguyễn Đình Chi Nhà Xuất Giáo dục, 2008, 451 trang Raymond Chang, Chemistry McGraw - Hill; New York 1998 GIÁO TRÌNH HỌC TẬP CHUẨN ĐẦU RA CỦA MÔN HỌC - Kiến thức: Sau học xong học phần này, yêu cầu sinh viên: + Viết cấu hình e nguyên tử; mối liên hệ cấu hình e nguyên tử với vị tính chất nguyên tố + Nắm nội dung vận dụng thuyết: thuyết Kossel, thuyết Lewis; thuyết VB; thuyết lai hóa; thuyết MO-LCAO để giải thích liên kết phân tử Phân biệt phân tử phân cực không phân cực; xác định momen lưỡng cực, tính độ ion có liên kết; lực liên kết phân tử: lực Vanderwaals, lực liên kết hydro + Tính hiệu ứng nhiệt phản ứng nhiệt độ T xác định nhiệt độ T2 biết hiệu ứng nhiệt nhiệt độ T1 dựa vào định luật Kirchhoff; phương pháp xác định hiệu ứng nhiệt số trình + Xác định chiều tự diễn biến giới hạn trình xảy hệ cô lập dựa vào entropi hệ xảy thực tế dựa vào đẳng áp đẳng tích - Nắm trạng thái cân hóa học: định nghĩa, yếu tố ảnh hưởng, phương trình Van’Hoff; số cân bằng; áp dụng nguyên lý chuyển dịch cân tìm điều kiện để phản ứng đạt hiệu suất cao CHUẨN ĐẦU RA CỦA MÔN HỌC - Kiến thức: Sau học xong học phần này, yêu cầu sinh viên nắm vững: + Vận tốc phản ứng giải thích yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng theo thuyết va chạm hoạt động công thức thực nghiệm + Phân biệt khác tính chất dung dịch dung dịch điện ly qua công thức định luật Raoult; vận dụng định luật pha loãng Ostwald để tính số điện ly, độ điện ly nồng độ dung dịch; Biết cách tính pH số dung dịch axit, bazơ muối; vận dụng cân hóa học cho cân dung dịch chất điện ly tan + Các q trình điện hóa (pin điện bình điện phân): điều kiện để có hệ điện hóa, nguyên tắc hoạt động hệ điện hóa; viết sơ đồ pin dựa vào điện cực cho, tính suất điện động pin viết phản ứng xảy pin; giải thích q trình điện phân theo sơ đồ điện phân; nắm qui tắc xét chiều phản ứng oxi hóa khử tính tốn số đại lượng nhiệt động Vận dụng kiến thức môn học để giải thích tượng tự nhiên áp dụng vào đời sống kỹ thuật CHUẨN ĐẦU RA CỦA MÔN HỌC - Kỹ năng, lực + Tự đọc giáo trình, tài liệu, tự cập nhật kiến thức + Năng lực tính tốn - Phẩm chất, đạo đức: + Có kiên trì, bền bỉ tính cẩn thận + Có ý thức bảo vệ mơi trường ý thức bảo vệ sức khỏe người Phần 1: CẤU TẠO CHẤT Chương 1: CẤU TẠO NGUYÊN TỬ VÀ HỆ THỐNG TUẦN HỒN CÁC NGUN TỐ HĨA HỌC Chương 2: LIÊN KẾT HÓA HỌC - CẤU TẠO PHÂN TỬ Chương 3: TRẠNG THÁI TẬP HỢP CỦA VẬT CHẤT Phần 2: NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC - ĐỘNG HÓA HỌC ĐIỆN HÓA HỌC Chương 4: NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC Chương 5: ĐỘNG HÓA HỌC Chương 6: DUNG DỊCH Chương 7: CÁC Q TRÌNH ĐIỆN HĨA Phần 1: CẤU TẠO CHẤT Chương 1: CẤU TẠO NGUYÊN TỬ VÀ HỆ THỐNG TUẦN HỒN CÁC NGUN TỐ HĨA HỌC Chương 2: LIÊN KẾT HÓA HỌC - CẤU TẠO PHÂN TỬ Chương 3: TRẠNG THÁI TẬP HỢP CỦA VẬT CHẤT (tự đọc) Chương CẤU TẠO NGUYÊN TỬ VÀ BẢNG HÊ THỐNG TUẦN HỒN CÁC NGUN TỐ HĨA HỌC A CẤU TẠO NGUN TỬ B HÊ THỐNG TUẦN HỒN CÁC NGUN TỐ HĨA HC Ví dụ 1: Điện phân dung dịch NaCl có màng ngn với điện cực than chỡ Na+ + NaCl H+ + OH- HOH Catot ( Na+, H+ ) + 2H + 2e 2NaCl + 2H2O Cl- H2 ®pdd màng ngăn Anot ( OH , Cl- ) 2Cl- - 2e 2NaOH + Cl2 H2 + Cl2 29 30 VÝ dụ 2: điện phân dung dịch CuSO4 với điện cùc than chì Cu2+ + CuSO4 H HOH + + OH ( Cu2+, H+ ) 2OH - 2e Cu CuSO4 + H2O - Anot (than ch×) ( OH , SO42- ) Catot 2+ Cu + 2e SO42- ®pdd Cu + O2 O2 + H2O + H2SO4 31 Điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực than chì 32 Ví dụ 3: điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực Cu 2+ CuSO4 Cu + H HOH Catot (Cu2+, H+ ) 2+ Cu + 2e Cu + + OH 2SO4 - Anot (®ång) (OH , SO42- ) Cu - 2e 2+ Cu 33 §iƯn phân dung dịch CuSO4 với điện cực Cu 34 Vnối = Trước trộn IV §iƯn thÕ phân huỷ VA A 1) Sự phân cực điện phân B Sau trộ SA VA + V V B Ví dụ: Điện phân dung dịch NiSO4 1M nớc vớiS2B điện cực trơ Pt 250C Dũng phõn cc NiSO4 Ni2+ + H+ + OH HOH Chiều dịng ngồi - Anot ( OH-, SO42-) Catot ( Ni2+, H+ ) Ni2+ + 2e SO42- O + H2O 2 O2 bám vào anot tạo điện cực (Pt)O2/OH- 2OH - 2e Ni Ni bám vào catot tạo điện cực Ni/Ni2+ NiSO4  H 2O   Ni  H SO4  O2  Ni bám vào catot O2 bám vào anot dpdd Dung dịch NiSO4 1M HiÖn tợng phân cực điện phân 35 NiSO4 Ni2+ + H+ + OH HOH Ni + 2e - Anot ( OH-, SO42-) Catot ( Ni2+, H+ ) 2+ SO42- O2 + H2O 2OH 2e O2 bám vào anot tạo điện cực (Pt)O2/OH Ni Ni bám vào catot tạo ®iÖn cùc Ni/Ni2+ NiSO4  H 2O   Ni  H SO4  O2  dpdd ( Dung dich NiSO4 co pH   [ H  ]  [OH  ]  107 M ) 36 NiSO4 Ni2+ + H+ + OH HOH - Anot ( OH-, SO42-) Catot ( Ni2+, H+ ) Ni2+ + 2e SO42- O + H2O 2 O2 bám vào anot tạo điện cực (Pt)O2/OH- 2OH - 2e Ni Ni bám vào catot tạo điện cực Ni/Ni2+ NiSO4  H 2O   Ni  H SO4  O2  dpdd j Ni 2 , Ni j Ni  , Ni 0,059 0,059 2  lg[ Ni ]  0,25  lg1  0,25 V n j O ,OH  j O0 ,OH    2 PO12/ 11 / 0,059 0,059 lg  , 401  lg 7  0,814 V  2 [OH ] [10 ] ( Dung dich NiSO4 co pH   [ H  ]  [OH  ]  107 M ) 37 Dòng phân cực Chiều dòng Ni bám vào catot O2 bám vào anot Dung dch NiSO4 1M Hiện tợng phân cực điện phân 38 Sự biến đổi tạo thành pin có cấu tạo: (+) (Pt) O2 /OH-// Ni2+/Ni(-) Pin gọi pin phân cực Pin phân cực có suất điện động: E = 0,814 - (-0,25) =1,064V (gọi suất điện động phân cực Epc) Pin phân cực sinh dòng điện (gọi dòng phân cực) có chiều ngợc với dòng điện bên làm cản trở điện phân Hiện tợng gọi phân cực điện phân Nh phân cực điện phân chống lại điện phân Để trình điện phân xảy đợc, cần phải đặt bên vào hai điện cực có giá trị lớn suất điện động phân cực 39 2) Điện phân huỷ (Eph) Điện phân huỷ điện tối thiểu dòng điện chiều bên cần đặt vào hai điện cực để trình điện phân xảy đợc: Eph Epc E ph  E pc    (ja  jc )  ( a c )  (ja  a )  (jc  c )  ja* jc* ja: cân anôt; jc: cân catôt a: anot; c: catot j a* : phóng điện anôt (là điện dòng cần đặt vào anot ion âm phóng điện đợc) jc* : phóng điện catot (là điện dòng cần đặt vào catôt để ion dơng nhận e đợc) 40 Mn+ jM + ne M n /M j M n / M 0,059  lg[ M n ] n  2H+ jH + 2e ⇌ H2  / H2 j 0,059 [ H ]  lg PH H  / H2 Cl2 + 2e ⇌ jCl 2Cl- 1/2O2 + H2O + 2e ⇌ 2OH- a[Ox] + ne ⇌ b[Kh] / Cl  jO j / OH  Cl2 / Cl  j jOx / Kh  j PCl2 0,059  lg [Cl  ]2 O2 / OH  Ox / Kh PO12/ 0,059  lg [OH  ]2 [Ox]a 0,059  lg n [ Kh ]b 41 V ứng dụng điện phân (đọc giáo trình) - Mạ điện - Tinh chế kim loại -Điện phân ứng dụng học phân tích Đ5 Ăn mòn bảo vệ kim loại (đọc giáo trình) 42 43 ... NXB Giáo dục Việt Nam, 2013, 263 trang Bài tập Hóa học Đại cương, Lê Mậu Quyền, NXB Giáo dục Việt Nam, 2013, 307 trang Giáo trình tham khảo: Hóa học đại cương, PGS Nguyễn Đình Chi Nhà Xuất Giáo... NGUN TỐ HĨA HỌC Chương 2: LIÊN KẾT HÓA HỌC - CẤU TẠO PHÂN TỬ Chương 3: TRẠNG THÁI TẬP HỢP CỦA VẬT CHẤT Phần 2: NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC - ĐỘNG HÓA HỌC ĐIỆN HÓA HỌC Chương 4: NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC Chương... sở lý thuyết hóa học Phần I: Cấu tạo chất, Nguyễn Đình Chi, NXB Giáo dục Việt Nam, 2013, 135 trang Cơ sở lý thuyết hóa học Phần II: Nhiệt động hóa học - Động hóa học - Điện hóa học, Nguyễn Hạnh,