SỔ TAY HOÁ HỌC THPT Nguyên tử Nguyên tử là hạt nhỏ nhất không thể phân chia về mặt hoá học, tham gia tạo thành phân tử. Nguyên tử là một hệ trung hoà điện gồm: Hạt nhân tích điện dương ở tâm nguyên tử. Các electron mang điện tích dương âm chuyển động xung quanh hạt nhân. Nguyên tố hoá học Nguyên tố hoá học là tập hợp các nguyên tử có điện tích hạt nhân bằng nhau. Các dạng nguyên tử của một nguyên tố có khối lượng khác nhau gọi là các đồng vị của nguyên tố đó. Ví dụ: Nguyên tố cacbon có 2 đồng vị là và (chỉ số trên là khối lượng nguyên tử, chỉ số dưới là điện tích hạt nhân). Đơn chất Đơn chất là chất tạo thành từ một nguyên tố hoá học. Ví dụ: O2, H2, Cl2, ... Một nguyên tố hoá học có thể tạo thành một số dạng đơn chất khác nhau gọi là các dạng thù hình của nguyên tố đó. Ví dụ: Cacbon tồn tại ở 3 dạng thù hình là cacbon vô định hình, than chì và kim cương. Oxi tồn tại ở 2 dạng thù hình là oxi (O2) và ozon (O3). Hợp chất Hợp chất là chất cấu tạo từ hai hay nhiều nguyên tử hoá học. Ví dụ: H2O, NaOH, H2SO4,... Nguyên tử khối Nguyên tử khối (NTK) là khối lượng của một nguyên tử biểu diễn bằng đơn vị cacbon (đ.v.C). Chú ý: Khác với nguyên tử khối, khối lượng nguyên tử (KLNT) cũng là khối lượng của một nguyên tử nhưng biểu diễn bằng kg. Ví dụ: KLNT của hiđro bằng 1.67.1027kg, của cacbon bằng 1,99.1026. Phân tử khối Phân tử khối (PTK) là khối lượng của một phân tử biểu diễn bằng đơn vị cacbon (đ.v.C). Ví dụ: PTK của H2O = 2 + 16 = 18 đ.v.C, của NaOH = 23 + 16 + 1 = 40 đ.v.C. Chú ý: Giống như khối lượng nguyên tử, khối lượng phân tử cũng được biểu diễn bằng kg và bằng tổng khối lượng các nguyên tử tạo thành phân tử. Mol là lượng chất chứa 6,02.1023 hạt đơn vị (nguyên tử, phân tử, ion, electron, ...) Số 6,02.1023 được gọi là số Avôgađrô và ký hiệu là N (N = 6,02.1023). Như vậy: 1 mol nguyên tử Na chứa N nguyên tử Na. 1 mol phân tử H2SO4 chứa N phân tử H2SO4 1 mol ion OH chứa N ion OH. Khối lượng của 1 mol chất tính ra gam được gọi là khối lượng mol của chất đó và ký hiệu là M. Khi nói về mol và khối lượng mol cần chỉ rõ của loại hạt nào, nguyên tử, phân tử, ion, electron... Ví dụ: Khối lượng mol nguyên tử oxi (O) bằng 16g, nhưng khối lượng mol phân tử oxi (O2) bằ ng 32g. Khối lượng mol phân tử H2SO4 bằng 98g, nhưng khối lượng mol ion bằng 96g. Như vậy khái niệm nguyên tử gam, phân tử gam chỉ là những trường hợp cụ thể của khái ni ệm khối lượng mol. Cách tính số mol chất. Số mol n của chất liên hệ với khối lượng a (tính ra gam) và khối lượng mol M của chất đó b ằng công thức: + Đối với hỗn hợp các chất, lúc đó n là tổng số mol các chất, a là tổng khối lượng hỗn hợ p và M trở thành khối lượng mol trung bình M, (viết tắt là khối lượng mol trung bình).
SỔ TAY HOÁ HỌC THPT Nguyên tử Nguyên tử hạt nhỏ khơng thể phân chia mặt hố học, tham gia tạo thành phân tử Nguyên tử hệ trung hồ điện gồm: Hạt nhân tích điện dương tâm nguyên tử Các electron mang điện tích dương âm chuyển động xung quanh hạt nhân Nguyên tố hoá học Nguyên tố hoá học tập hợp ngun tử có điện tích hạt nhân Các dạng nguyên tử nguyên tố có khối lượng khác gọi đồng vị ngun tố Ví dụ: Ngun tố cacbon có đồng vị (chỉ số khối lượng nguyên tử, số điện tích hạt nhân) Đơn chất Đơn chất chất tạo thành từ ngun tố hố học Ví dụ: O2, H2, Cl2, Một ngun tố hố học tạo thành số dạng đơn chất khác gọi dạng thù hình ngun tố Ví dụ: - Cacbon tồn dạng thù hình cacbon vơ định hình, than chì kim cương Oxi tồn dạng thù hình oxi (O2) ozon (O3) Hợp chất Hợp chất chất cấu tạo từ hai hay nhiều ngun tử hố học Ví dụ: H2O, NaOH, H2SO4, Nguyên tử khối Nguyên tử khối (NTK) khối lượng nguyên tử biểu diễn đơn vị cacbon (đ.v.C) Chú ý: Khác với nguyên tử khối, khối lượng nguyên tử (KLNT) khối lượng nguyên tử biểu diễn kg Ví dụ: KLNT hiđro 1.67.10 -27 kg, cacbon -26 1,99.10 Phân tử khối Phân tử khối (PTK) khối lượng phân tử biểu diễn đơn vị cacbon (đ.v.C) Ví dụ: PTK H2O = + 16 = 18 đ.v.C, NaOH = 23 + 16 + = 40 đ.v.C Chú ý: Giống khối lượng nguyên tử, khối lượng phân tử biểu diễn kg tổng khối lượng nguyên tử tạo thành phân tử Mol lượng chất chứa 6,02.1023 hạt đơn vị (nguyên tử, phân tử, ion, electron, ) - Số 6,02.1023 gọi số Avôgađrô ký hiệu N (N = 6,02.1023) Như vậy: mol nguyên tử Na chứa N nguyên tử Na mol phân tử H2SO4 chứa N phân tử H2SO4 mol ion OH- chứa N ion OH- - Khối lượng mol chất tính gam gọi khối lượng mol chất ký hiệu M Khi nói mol khối lượng mol cần rõ loại hạt nào, nguyên tử, phân tử, ion, electron Ví dụ: - Khối lượng mol nguyên tử oxi (O) 16g, khối lượng mol phân tử oxi (O2) bằ ng 32g - Khối lượng mol phân tử H2SO4 98g, khối lượng mol ion 96g Như khái niệm nguyên tử gam, phân tử gam trường hợp cụ thể khái ni ệm khối lượng mol - Cách tính số mol chất Số mol n chất liên hệ với khối lượng a (tính gam) khối lượng mol M chất b ằng cơng thức: + Đối với hỗn hợp chất, lúc n tổng số mol chất, a tổng khối lượng hỗn hợ p M trở thành khối lượng mol trung bình M, (viết tắt khối lượng mol trung bình) + Đối với chất khí, n tính cơng thức: Trong đó, V0 thể tích chất khí hay hỗn hợp khí đo đktc (00C, atm) Phản ứng hố học: Q trình biến đổi chất thành chất khác gọi phản ứng hoá học Trong phản ứng hoá học tổng khối lượng chất tham gia phản ứng tổng khối lượng chất tạo thành sau phản ứng Các dạng phản ứng hoá học bản: a) Phản ứng phân tích phản ứng chất bị phân tích thành nhiều chất Ví dụ: CaCO3 = CaO + CO2 ↑ b) Phản ứng kết hợp phản ứng hai hay nhiều chất kết hợp với tạo thành m ột chất Ví dụ BaO + H2O = Ba(OH)2 c) Phản ứng phản ứng nguyên tử ngyên tố dạng đơn chất thay nguyên tử nguyên tố khác hợp chất Ví dụ Zn + H2SO4 loãng = ZnSO4 + H2 ↑ d) Phản ứng trao đổi phản ứng hợp chất trao đổi nguyên tử hay nhóm nguyên tử với Ví dụ BaCl2 + NaSO4 = BaSO4 + 2NaCl e) Phản ứng oxi hoá - khử Hiệu ứng nhiệt phản ứng a) Năng lượng liên kết Năng lượng liên kết lượng giải phóng hình thành liên kết hố học từ ngun tố lập Năng lượng liên kết tính kJ/mol ký hiệu E1k Ví dụ lượng liên kết củ a số mối liên kết sau H-H Cl - Cl H - Cl E1k = 436 242 432 b) Hiệu ứng nhiệt phản ứng nhiệt toả hay hấp thụ phản ứng hoá h ọc Hiệu ứng nhiệt tính kJ/mol ký hiệu Q Khi Q >0: phản ứng toả nhiệt Khi Q 1,7) tạo thành liên kết ion Nếu độ âm điện khác không nhiều (0 < χ∆ < 1,7) tạo thành liên kết cộng hố trị có cực Hệ thống tuần hồn ngun tố hố học Định luật tuần hồn Tính chất ngun tố thành phần, tính chất đơn chất hợp chất chúng biến thiên tuần hoàn theo chiều tăng điện tích hạt nhân Bảng hệ thống tuần hoàn Người ta xếp 109 nguyên tố hố học (đã tìm được) theo chiều tăng dần điện tích h ạt nhân Z thành bảng gọi bảng hệ thống tuần hồn Có dạng bảng thường gặp a Dạng bảng dài: Có chu kỳ (mỗi chu kỳ hàng), 16 nhóm Các nhóm chia thành loại: Nhóm A (gồm nguyên tố s p) nhóm B (gồm nguyên tố d f) Những nguyên tố nhóm B kim loại b Dạng bảng ngắn: Có chu kỳ (chu kỳ 1, 2, có hàng, chu kỳ 4, 5, có hàng, chu k ỳ xây dựng có hàng); nhóm Mỗi nhóm có phân nhóm: Phân nhóm (gồ m nguyên tố s p - ứng với nhóm A bảng dài) phân nhóm phụ (gồm nguyên t ố d f - ứng với nhóm B bảng dài) Hai họ nguyên tố f (họ lantan họ actini) xế p thành hàng riêng Trong chương trình PTTH sách sử dụng dạng bảng ngắn Chu kỳ Chu kỳ gồm nguyên tố mà nguyên tử chúng có số lớp electron Mỗi chu kỳ mở đầu kim loại kiềm, kết thúc khí Trong chu kỳ, từ trái sang phải theo chiều điện tích hạt nhân tăng dần - Số electron lớp tăng dần - Lực hút hạt nhân electron hố trị lớp ngồi tăng dần, làm bán kính nguyên tử giảm dần Do đó: + Độ âm điện χ nguyên tố tăng dần + Tính kim loại giảm dần, tính phi kim tăng dần + Tính bazơ oxit, hiđroxit giảm dần, tính axit chúng tăng dần - Hoá trị cao oxi tăng từ I đến VII Hoá trị hiđro giảm từ IV (nhóm IV) đến I (nhóm VII) Nhóm phân nhóm Trong phân nhóm (nhóm A) từ xuống theo chiều tăng điện tích hạt nhân - Bán kính nguyên tử tăng (do số lớp e tăng) nên lực hút hạt nhân electron lớ p yếu dần, tức khả nhường electron nguyên tử tăng dần Do đó: + Tính kim loại tăng dần, tính phi kim giảm dần + Tính bazơ oxit, hiđroxit tăng dần, tính axit chúng giảm dần - Hố trị cao với oxi (hoá trị dương) nguyên tố số thứ tự nhóm a nguyên tố Xét đốn tính chất ngun tố theo vị trí bảng HTTH Khi biết số thứ tự nguyên tố bảng HTTH (hay điện tích hạt nhân Z), ta suy vị trí tính chất Có cách xét đốn.: Cách 1: Dựa vào số nguyên tố có chu kỳ Chu kỳ có nguyên tố Z có số trị từ đến Chu kỳ có nguyên tố Z có số trị từ → 10 Chu kỳ có nguyên tố Z có số trị từ 11→ 18 Chu kỳ có 18 nguyên tố Z có số trị từ 19 → 36 Chu kỳ có 18 nguyên tố Z có số trị từ 37 → 54 Chu kỳ có 32 nguyên tố Z có số trị từ 55 → 86 Chú ý: - Các chu kỳ 1, 2, có hàng, nguyên tố thuộc phân nhóm (nhóm A) - Chu kỳ lớn (4 5) có 18 nguyên tố, dạng bảng ngắn xếp thành hàng Hàng có 10 nguyên tố, ngun tố đầu thuộc phân nhóm (nhóm A), ngun tố cịn lại phân nhóm phụ (phân nhóm phụ nhóm VIII có nguyên tố) Hàng có nguyên tố, nguyên tố đầu phân nhóm phụ, nguyên tố sau thuộc phân nhóm Điều thể sơ đồ sau: Dấu * : ngun tố phân nhóm Dấu • : ngun tố phân nhóm phụ Ví dụ: Xét đốn vị trí ngun tố có Z = 26 Vì chu kỳ chứa nguyên tố Z = 19 → 36, nên nguyên tố Z = 26 thuộc chu kỳ 4, hàng trên, phân nhóm phụ nhóm VIII Đó Fe Cách 2: Dựa vào cấu hình electrong nguyên tố theo quy tắc sau: - Số lớp e nguyên tử số thứ tự chu kỳ - Các nguyên tố xây dựng e, lớp (phân lớp s p) cịn lớp bão hồ thuộc phân nhóm Số thứ tự nhóm số e lớp - Các nguyên tố xây dựng e lớp sát lớp (ở phân lớp d) thuộc phân nhóm phụ Ví dụ: Xét đốn vị trí ngun tố có Z = 25 Cấu hình e: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s2 - Có lớp e → chu kỳ Đang xây dựng e phân lớp 3d → thuộc phân nhóm phụ Nguyên tố kim loại, tham gia phản ứng cho 2e 4s 5e 3d, có hố trị cao 7+ Do đó, phân nhóm Liên kết ion Liên kết ion hình thành nguyên tử có độ âm điện khác nhiều (∆χ ≥ 1,7) Khi nguyên tố có độ âm điện lớn (các phi kim điển hình) thu e nguyên tử có độ âm điện nhỏ (các kim loại điển hình) tạo thành ion ngược dấu Các ion hút bằ ng lực hút tĩnh điện tạo thành phân tử Ví dụ : Liên kết ion có đặc điểm: Khơng bão hồ, khơng định hướng, hợp chất ion tạo thành mạng lưới ion Liên kết ion tạo thành phản ứng trao đổi ion Ví dụ, trộn dung dịch CaCl2 với dung dịch Na2CO3 tạo kết tủa CaCO3: Liên kết cộng hoá trị: Đặc điểm Liên kết cộng hoá trị tạo thành nguyên tử có độ âm điện khác khơng nhiều góp chung với e hoá trị tạo thành cặp e liên kết chuyển động obitan (xung quanh hạt nhân) gọi obitan phân tử Dựa vào vị trí cặp e liên kết phân tử, người ta chia thành : Liên kết cộng hố trị khơng cực − Tạo thành từ nguyên tử nguyên tố Ví dụ : H : H, Cl : Cl Cặp e liên kết khơng bị lệch phía ngun tử Hố trị ngun tố tính số cặp e dùng chung Liên kết cộng hoá trị có cực Tạo thành từ nguyên tử có độ âm điện khác khơng nhiều Ví dụ : H : Cl − Cặp e liên kết bị lệch phía ngun tử có độ âm điện lớn − Hoá trị nguyên tố liên kết cộng hố trị có cực tính số cặp e dùng chung Nguyên tố có độ âm điện lớn có hố trị âm, ngun tố hố trị dương Ví dụ, − HCl, clo hố trị , hiđro hoá trị 1+ Liên kết cho - nhận (cịn gọi liên kết phối trí) Đó loại liên kết cộng hoá trị mà cặp e dùng chung nguyên tố cung cấp gọi nguyên tố cho e Nguyên tố có obitan trống (obitan khơng có e) gọi ngun tố nhận e Liên kết cho - nhận ký hiệu mũi tên (→) có chiều từ chất cho sang chất nhận Ví dụ q trình hình thành ion NH4+ (từ NH3 H+) có chất liên kết cho - nhận Sau liên kết cho - nhận hình thành liên kết N - H hồn tồn Do đó, + ta viết CTCT CTE NH sau: CTCT CTE HNO3: Điều kiện để tạo thành liên kết cho - nhận nguyên tố A → B là: ngun tố A có đủ 8e lớp ngồi, có cặp e tự do(chưa tham gia liên kết) nguyên tố B phải có obitan trống Liên kết δ liên kết π Về chất chúng liên kết cộng hoá trị a) Liên kết δ Được hình thành xen phủ obitan (của 2e tham gia liên kết)dọc theo trục liên kết Tuỳ theo loại obitan tham gia liên kết obitan s hay p ta có loại liên kết δ kiểu s-s, s-p, p-p: Obitan liên kết δ có tính đối xứng trục, với trục đối xứng trục nối hai hạt nhân nguyên t Nếu nguyên tử hình thành mối liên kết đơn liên kết δ Khi đó, tính đối xứng obitan liên kết δ, hai nguyên tử quay quanh trục liên kết b) Liên kết π Được hình thành xen phủ obitan p hai bên trục liên kết Khi nguyên tử hình thành liên kết bội có liên kết δ, cịn lại liên kết π Ví dụ liên kết δ (bền nhất) liên kết π (kém bền hơn) Liên kết π khơng có tính đối xứng trục nên nguyên tử tham gia liên kết khơng có khả quay tự quanh trục liên kết Đó nguyên nhân gây tượng đồng phân cis-trans hợp chất hữu có nối đơi Sự lai hố obitan − Khi giải thích khả hình thành nhiều loại hố trị nguyên tố (như Fe, Cl, C…) ta vào số e độc thân số e lớp mà phải dùng khái niệm gọi "sự lai hoá obitan" Lấy nguyên tử C làm ví dụ: Cấu hình e C (Z = 6) Nếu dựa vào số e độc thân: C có hố trị II Trong thực tế, C có hố trị IV hợp chất hữu Điều giải thích "lai hố" obitan 2s với obitan 2p tạo thành obitan q (obitan lai hố) có lượ ng đồng Khi 4e (2e obitan 2s 2e obitan 2p)chuyển động obitan lai hoá q tham gia liên kết làm cho cacbon có hố trị IV Sau lai hố, cấu hình e C có d ạng: − Các kiểu lai hoá thường gặp a) Lai hố sp3 Đó kiểu lai hố obitan s với obitan p tạo thành obitan lai hoá q định hướng từ tâm đến đỉnh tứ diện đều, trục đối xứng chúng tạo với góc 109o28' Kiểu lai hố sp3 gặp nguyên tử O, N, C nằm phân tử H2O, NH3, NH 4, CH4,… b) Lai hố sp2 Đó kiểu lai hố obitan s 2obitan p tạo thành obitan lai hoá q định hướng từ tâm đến đỉnh tam giác Lai hoá sp2 gặp phân tử BCl3, C2H4,… c) Lai hố sp Đó kiểu lai hoá obitan s obitan p tạo obitan lai hoá q định hướng thẳng hàng với Lai hoá sp gặp phân tử BCl2, C2H2,… + Liên kết hiđro Liên kết hiđro mối liên kết phụ (hay mối liên kết thứ 2) nguyên tử H với nguyên t có độ âm điện lớn (như F, O, N…) Tức nguyên tử hiđro linh động bị hút cặp e chưa liên kết nguyên tử có độ âm điện lớn Liên kết hiđro ký hiệu dấu chấm ( … ) khơng tính hoá trị số oxi hoá Liên kết hiđro hình thành phân tử loại Ví dụ: Giữa phân tử H 2O, HF, rượu, axit… phân tử khác loại Ví dụ: Giữa phân tử rượu hay axit với H2O: phân tử (liên kết hiđro nội phân tử) Ví dụ : Do có liên kết hiđro toạ thành dung dịch nên: + Tính axit HF giảm nhiều (so với HBr, HCl) + Nhiệt độ sôi độ tan nước rượu axit hữu tăng lên rõ rệt so với hợp chất có KLPT tương đương Định luật Avôgađrô Nội dung: điều kiện (nhiệt độ áp suất) thể tích chất khí chứa số phân tử khí Hệ quả: a) Thể tích mol phân tử điều kiện (T, P), mol chất khí chiếm thể tích Đặc biệt, điều kiện tiêu chuẩn (T = 273K, P = 1atm = 760 mmHg) mol khí chi ếm thể tích 22,4 l Thể tích gọi thể tích mol đktc Cơng thức liên hệ số mol khí (n) thể tích (V o) đktc Khi n = mol → Vo = 22,4 Khối lượng mol: M = 22,4.D D khối lượng riêng chất khí đo đktc, tính g/l b) Tỷ khối khí so với khí khác: Tỷ khối khí (hay hơi) A so với khí B (ký hiệu d A/B) tỷ số khối lượng thể tích khí A so với khối lượng thể tích tương đương khí B, đo T P mA, mB khối lượng thể tích khí A khí B Với n mol khí thì: c) Tỷ lệ thể tích chất khí phản ứng hố học Các chất khí tham gia phản ứng t ạo thành sau phản ứng theo tỷ lệ thể tích tỷ lệ hệ số phân tử chúng phương trình phản ứng tỷ lệ mol chúng Ví dụ: N2 + 3H2 = 2NH3 Tỷ lệ mol: : : Tỷ lệ thể tích : 1V : 3V : 2V (ở T, P) Phương trình trạng thái khí lý tưởng − Phương trình Cơng thức thường sử dụng để tính Vo (thể tích đktc), từ tính số mol khí n: Phương trình cịn viết dạng: Ta lại biết, số mol khí n = a / M (a số gam khí) Do Hỗn hợp khí Áp suất riêng chất khí hỗn hợp Giả sử hỗn hợp có khí A, B, C Các phân tử khí gây áp suất tương ứng PA, PB, PC Người ta gọi PA, PB PC áp suất riêng chất khí A, B C Vậy áp suất riêng chất khí hỗn hợp áp suất có khí chiếm tồn thể tích hỗn hợp nhiệt độ cho áp suất chung: P = PA + PB +PC PA, PB PC tỉ lệ với số mol khí A, B, C hỗn hợp Khối lượng mol trung bình hỗn hợp khí đktc Ví dụ: khơng khí 29 gam Cách tính : + Khối khối lượng 22,4 lít hỗn hợp khí lượng mol trung bình hỗn hợp khí vào phương trình ta có: VA, VB, VC, thể tích khí A, B, C (đo điều kiện) trộn thành hỗn hợp ... thành chất khác gọi phản ứng hoá học Trong phản ứng hoá học tổng khối lượng chất tham gia phản ứng tổng khối lượng chất tạo thành sau phản ứng Các dạng phản ứng hố học bản: a) Phản ứng phân tích... làm tăng tốc độ phản ứng thân khơng bị thay đổi số lượ ng chất hoá học sau phản ứng c) Phản ứng thuận nghịch trạng thái cân hoá học − Phản ứng chiều (không thuận nghịch) phản ứng xảy chiều xảy... khối lượng mol trung bình M, (viết tắt khối lượng mol trung bình) + Đối với chất khí, n tính cơng thức: Trong đó, V0 thể tích chất khí hay hỗn hợp khí đo đktc (00C, atm) Phản ứng hố học: Q trình