Bài tập hóa học đại cương (Hóa học lý thuyết cơ sở): Phần 1 gồm có những chương sau: Một số khái niệm chung, nguyên lý i của nhiệt động lực học, nguyên lý ii của nhiệt động lực học, cân bằng hóa học, dung dịch, động hóa học, hạt nhân nguyên tử, cấu tạo nguyên tử theo quan điểm cơ học lượng tử, nguyên tử hidro, nguyên tử nhiều electron, hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học.
LÂM NGỌC THIẾM (Chủ biên) TRẦN HIỆP HẢI (Hoá học lý th u y ế t sỏ) NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt LÂM NGỌC THIỂM (Chủ biên) TRẦN HIỆP HẢI BÀI TẬP HÚA HỌC DẠI CUDNG (Hóa học lý thuyết sỏ) (In lần thứ III có sửa chữa bổ sung) NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Lời N ói ĐẦU Thơng thường lý thuyết tâppj môn học gắn kết chặt chẽ với Đế làm dạng tập người học phải hiểu kỹ lý thuyết biết cách vận dụng vào trường hợp cụ thể, kể phép chuyển đổi đơn vị tính lẫn thủ thuật giải tốn Cuốn B i tâ p hóa hoc đ a i cương (Hóa hoc lý th u yết sở) nhằm đáp ứng yêu cầu Sách gồm 17 chương gồm hầu hết vấn đề lý thuyết sở hóa học trình bày dạng tập mơi chương lại phân làm phần nhỏ: A Tóm tắt lý thuyết B Bài tập có lời giải c Bài tập chưa có lời giải Trong chương cuối sách chúng tơi trích dẫn sơ đề thi tuyển sinh đáp án môn học nhằm giúp cho bạn đọc dễ hình dung đề thi tổng hợp cách giải CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Nội dung tập biên soạn theo chương trình chuẩn hội đồng chuyên ngành Đại học Quốc gia H Nội thông qua Các tác giả N h xuất mong nhận ý kiến đóng góp độc giả đê lần xuất sau hoàn thiện Các tá c g iả CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt M ỤC LỤC Trang Khái niệm vể thứ nguyên, đcin vi Chương I Một số’khái niệm chung 13 Chương II Nguyên lý I nhiệt động lực học Nhiệt hóa học 25 Chương III Nguyên lý II nhiệt động lực học 45 Chương IV Cân hóa học 59 Chương V Dung dịch 83 Chương VI Động hóa học 119 Chương VII Điện hóa học 139 Chương VIII H ạt nhân nguyên tử 161 Chương IX ,,\ Cấu tạo nguyên tử theo quan điểm học lượng tử 171 Chương X Nguyên tử hidro 179 Chương XI Nguyên tử nhiều electron 193 Chương XII Hệ thống tu ần hoàn nguyên tố hóa học 203 Chương XIII Các khái niệm chung liên kết thuyết VB 215 Chương XIV Thuyết MO vê liên k ết 243 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương XV Liên k ế t p h ân tử phức c h ấ t * 263 ChươngXVI Liên k ế t hóa học tin h th ể 279 Chương XVII M ột số đề thi hướng dẫn giải mơn hóa học lý th u y ế t 299 Phụ lục 394 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt KHÁI NIỆM v i THỨNGUYÊN, DONVỊ I Thứ n gu yên Các đại lượng (vật lý) cần đo thường viết dạng biểu thức toán học biểu diễn phương trìn h thứ nguyên Phương trìn h thứ ngun xem biểu thức toán biểu diễn đại lượng sở dạng tích số) Tất thứ nguyên đại lượng cần đo học xuất phát từ đại lượng sở là: Chiều dài: L; khôi lượng: M; thời gian: T Các đại lượng lập th àn h hệ L.M.T n , , , , „ r , đoạn đường L T Ví du th ứ nguyên cua tôc đô[vj = — ■ - — —= — = L.T thời gian T rp, , ■ ■> vận tốc L.T-1 nguyên cúa gia tôc LaJ = — — = — - = L thịi gian T Thứ ngun lực [F] = khơi lượng X gia tốc = M.L.T"2 Thứ nguyên công (năng lượng) [A] = lực X đoạn đường = M.L.T'2 X L = M.L2.T‘2 Như thứ nguyên không rõ đại lượng cần đo đơn vị cụ thể Một đại lượng cần xác định mà thứ nguyên chúng bị triệt tiêu dẫn tới đại lượng khơng thứ ngun II Đơn vị Khi người ta tiến hành đo đại lượng CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt tức m n so sán h đại lượng vối đại lượng loại lấy làm chuẩn để so sán h gọi đơn vị đo Các đơn vị đo xác định m ẫu chuẩn lưu giữ viện cân đo quốc tế Ví dụ m ét đơn vị đo chiều dài Độ lớn đại lượng v ật lý cụ thể mà theo qui ưóc lấy giá trị bàng sô gọi đơn vị đại lượng v ật lý Ví dụ: mét, kilogam Tập hợp đơn vị làm th n h hệ đơn vị Đã có số hệ đơn vị thông dụng như: hệ MKS (mét, kilogam, giây); hệ CGS (xăngtim ét, gam, giây) Trong thực tế, thói quen, địa phương, vùng lãn h thổ, từ ng quốc gia người ta sử dụng đơn vị r ấ t khác n h a u cho đại lượng đo Ví dụ đơn vị chung cho chiều dài mét, song người Anh lại dùng Insơ (Inch), p h ú t (foot), người V iệt lại dùng trượng, gang, tấc Rõ ràn g cách dùng gây khó k h ăn giao lưu qc tê Vì cần có m ột đơn vị quốc tế chung III H ệ đơn v ị SI N hận th b ất lợi vể việc sử dụng h đơn vị tùy tiện nên vào th n g 10-1960 tạ i Hội nghị lần th ứ XI cân đo quôc tê họp P aris, n h khoa học đến thông n h ấ t cần xây dựng hệ thông đơn vị chung quốc tế Đó đơn vị SI (Viêt tắ t từ chữ P háp - Système Internatio n al) Dưới đầy lược ghi sô d ẫn quan trọng n h ấ t thuộc hệ SI có liên quan đến việc sử dụng cho tậ p hóa đại cương CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt I I L l H ệ đơn v ị sở đơn vị thuộc hệ SI N° Đơn vị Tên đại lượng Ký hiệu Tiêng Việt Tiếng Anh Chiều dài met metre m Thời gian giây second s Khối lượng kilôgam kilogram kg Lượng chất mol mol mol N hiệt độ kenvin Kelvin K Cường độ dòng điện Ampe Ampere A Cường đô ánh sáng nến Candela cd III.2 Một sô" đơn vị SI dẫn xuất hay dùng Từ đơn vị sở nêu người ta cịn định nghĩa số’đơn vị dẫn xuất thường dùng hệ SI Ví dụ: - Đơn vị lực Đó lực tác dụng lên vật có khơi lượng lk g gây gia tốc lm /s2 Đơn vị dẫn xuất thu gọi Newton (N) IN = lkg.m s“2 - Đơn vị áp suất Trong đơn vị SI, áp suât Pascal (Pa) Áp su ất th u lực tác dụng lên đơn vị diện tích lP a = lực/diện tích = = kg ms“2 / m = kgm-“1s-2 m2 Dưới số đơn vị dẫn xuất hay dùng N° Tên đại lượng Lực Áp su ất Đơn vị Tiếng Tiếng Việt Anh Niutơn Newton Patean Pascal Ký hiệu N Pa Theo định nghĩa k g m í'2 kgm“V 2(N/m2) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt N ăng lượng Ju n Joule J kgm V Công su ấ t O át W att w kgm 2s‘1(i /s) Điện tích c As Đ iện th ế Vôn Volt V J/As(j /s) T ần sô" Héc H ertz Hz s“1 Culông Coulomb III.3 M ột sô đ n v ị k h c h a y s d ụ n g c ầ n c h u y ể n vể h ệ SI H iện nay, bên cạnh hệ SI đơn vị thức, hóa học ngưịi ta cịn dùng sơ" đơn vị khác khơng thuộc hệ SI gọi đơn vị phi SI Để dễ dàng q trìn h giải tập hóa đại cương ghi lại bảng sơ" đơn vị ngồi hệ thơng hệ sô" chuyển đổi hệ SI Theo Ky T ê n đại Đ n vị TT lương v â t lý C h iề u d ài T iế n g V iê t T iế n g A n h h ie u đ ịn h n g h ĩa ' 10 m m ic ro m é t m ic ro m e tre g m nanom ét n a n o m e tre n m '9m A n g s trô m A n g s tro m 1Gf1°m T h ể tích lít litre N h iệ t đ ộ tu b c h C e ls iu s A I uc Thờ i g ia n P h ú t, m in u te m in 60s h ou r h 3600s tm ố h e A tm o s p h e re a tm , öP a bar bar bar 5P a » a tm tor to rr T o rr 3 ,3 2 P a m ilim é t m illim e tre H g mmHg 3 ,3 2 P a phân áp suất 3m T (K ) = t ° ( C ) + ,1 th ủ y n g â n N ă n g lượng ec erg e rg w~ỏ c a lo C a lo rie cal J o t W a tt h o u r e le c tro n - e le c tro n V o lt W h 3600J eV , '19J vơn Đ iệ n tích Đ n vị U n it tĩn h đ iệ n e le c tro s ta tic a l Lực đ yn dyne m ô m e n lưỡng Đ ề b Debye ues C G S d yn ‘SN D in -29 C m 2,9979 cực 10 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt -1 C 2,9979 m ãn điều kiện cấu h ình electron có hai electron độc thân tra n g th i Đáp số: Bốn nguyên tố với z = 6; 8; 14; 16 XI.7 a) H ãy cho biết giá trị số lượng tử đặc trưng cho trạ n g th i sau: 2s, 3p, 3d, 3f, 4d cho n h ậ n xét b) Điền tiếp giá trị sơ lượng tử ni! tín h sơ AO có thê có p h â n lớp c) Từ AO xác lập được, xếp chúng theo thứ tự lượng tă n g dần Đáp số: a) Khơng có phân lớp 3f b) P h ân lớp s có 1AO í f1 P h â n lớp p có 3AO P h ân lớp d có 5AO c) Thứ tự AO: 2s < 3p < 3d < 4d XI.8 a) Cho nguyên tố Cs(Z = 55) a) N ếu giả th iế t orbital tồn electron đồng thời cấu hình electron th ê nào? Hãy viết cho b iết n h ận xét b) Dựa vào nguyên lý qui tắc, cho biết cấu hình electron thực trường hợp 2) H oàn th n h cấu hình electron sau đây: a) 1s22s22p63s23p64s23d? biết z = 26 b) T ính z biết cấu h ìn h electron: 1s22s22p63s23p64s23d?4p3 Đáp số: 1) a) Cấu hình electron theo giả th iế t sai b) Tự viết 2) a) 3d6, b) z = 33 200 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt XI.9 Cho nguyên tử C1(Z = 17); Ni(Z = 28) Hãy: a) Viêt cấu hình electron cho ion c r Ni2+ b) Với cấu hình electron Ni2+ xác lập ỏ câu a) cho biêt có electron độc thân Đáp số) a) Tự viết b) Có electron XI.10 Hai nguyên tử A B có phân lớp electron ngồi 3p 4s tương ứng Nguời ta lại biết tổng sơ" electron hai phân lớp hiệu sơ" Hãy viết cấu hình electron hai ngun tử tính giá trị z A B Đáp sô) Za = 16; Zb =19 X I ll Cho nguyên tô" A với phân lớp ngồi 4px ngun tơ" B có phân lớp ngồi 4sy xác định sơ' điện tích h t nhân z A B, biết tổng sô" electron hai phân lớp nêu trê n nguyên tô" A khơng phải khí trơ Đáp sơ) ZA= 35; ZB = 20 XI.12 1) Cho biết sô" tập hợp sơ" lượng tử đây, th ì trường hợp đúng? Trường hợp sai? a) n=2 1= m/ = b) n = = m/ = c) n =2 z = m ^=0 d) n = 1 = rty = e) n=2 = m i = -1 f) n = = m; = 2) Trong ba cấu hình ẹlectron cấu hình đúng? cấu hình sai? Nếu sai cho biết câu hình vi phạm quy tắc, nguyên lý nào? 201 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt a) r b) ñ t t tị tị c) t ti ti tị t Các trưồng hợp khác sai Đáp số: 1) a, be đúng; 2) a, b - đúng; c) Sai X Ỉ.13 a) H ãy viết cấu hình electron nguyên tử ion sau đây: Cd(Z = 48); Sr(Z = 38); Cr(Z = 24); A13+(Z = 13) b) Cho nguyên tử sau đây: Ba(Z = 48); 0(Z = 8); As(Z = 33); I(Z = 53); Rb(Z = 37) Hãy cho biết ion nguyên tử ứng vối cấu hình electron bền vững nh ất Đáp sơ': a) Tự viết b) Ba2+; O2-; As3'; F; Rb+ XL14 T rên sở quy tắc gần S later, xác định điện tích hiệu dụng z* ứng với khóm p h ân lớp tương ứng có tổng lượng đốì với ngun tử C1(Z = 17) trạn g th i Z1S=16,7 Đáp số: Z 2s.2p = 12,85 Z 3s.3p —6,1 E tp= -1 ,4 10:ỉeV 202 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương XII HỆTHỐNGTUẤN HỒNCÁCNGUNTố' HĨAHỌC A- TĨM TẮT LÝ THUYẾT N gu yên tắc xếp - Các nguyên tô" xếp theo chiều tăng dần sơ" điện tích h t nhân z - Các ngun tơ" có sơ" electron ngun tử xêp th àn h hàng gọi chu kỳ (bẩy chu kỳ gồm ba chu kỳ ngắn, bôn dài) - n (sô" lớp electron ) trùng với sô" thứ tự chu kỳ - Nói chung ngun tơ" có sơ" electron ngồi xếp vào cột gọi nhóm (8 nhóm chia thành nhóm A nhóm B) - Nhóm A gồm nguyên tô" thuộc chu kỳ ngắn dài Sô" electron hóa trị lớp ngồi nhóm A sơ" thứ tự nhóm - Nhóm B gồm ngun tơ"của chu kỳ dài Ngun tơ" nhóm IB IIB có sơ" electron ngồi sơ thứ tự nhóm Sơ" thứ tự nhóm B cịn lại sơ" electron ngồi cộng electron d kê cận - Các electron hóa trị định tính chất hóa học ngun tơ" 203 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt S ự b iế n th iê n tu ầ n hồn tín h ch ấ t cá c n gu yên tô - Chu kỳ b ắ t đầu kim loại kiềm và kêt thúc khí trơ (trừ chu kỳ 1) - P hía trá i bảng nguyên tố kim loại, phía phải ngun tơ" phi kim - T h ế ion hóa I: M - e -» M+ - Ái lực với electron E: X + e -» X' - Độ âm điện X định nghĩa theo M illìken x = ụ I+E) - Sự biến thiên I; E; X bảng tuần hoàn theo sơ đồ M ột cách xác định độ âm điện theo thang Pauling biểu thức: Xa - Xb = k V ^ ab Aab = ED(AB) - a/ED(A_A).ED(B- b) Xa - Xb - Độ âm điện nguyên tô"A, B (A - B) E d (AB) - N ăng lượng phân ly A - B ED(A.A); E D(B.B) - N ăng lượng phân ly A-A, B-B k - hệ sô" tỷ lệ Nếu đơn vị tín h Cal.m ol'1 k = 0,208 204 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Nếu đơn vị tính J.moT1 k = 0,102 Trong phép tính lấy XH =2,1 B- BÀI TẬP CÓ LỜI GIẢI XII a) Trong số nguyên tô" đây, cho bi nguyên tô" thuộc chu kỳ nhóm bảng tuần hồn Ti(Z = 22); C1(Z = 17); N(Z = 7); Zn(Z = 30); Li(Z = 3); P(Z = 15);N a(Z= 11) b) Cho nguyên tô" X thuộc chu kỳ nhóm với ngun tơ' Sìlic (Z = 14) Hãy viết cấu hình electron suy sô' thứ tự z X BÀI GIẢI a) Trước hết, ta viết câu hình electron nguyện tô" Ti: Cl: N: Li: P: Na: ls 22s22p63s23p64s23d2 ls 22s22p63s23p5 l s 22s22p3 ls 22s1 l s 22s22p63s23p3 l s 22s22p63s1 Ta lại biết sô" thứ tự chu kỳ số lượng tử n Căn vào cấu hình electron ta suy nguyên tô" sau chu kỳ: Li Na: Na: p Cl: Ti Zn: chu kỳ (n=2) chu kỳ (n=3) chu kỳ (n=4) 205 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Các ngun tơ' m ột nhóm sơ' electron lốp ngồi n hư Vậy ta có: Li Na: thuộc nhóm IA( n - 1) bão hòa n s N P: thuộc nhóm IIIA(n - 1) bão hịa n s2n p b) Si: l s 22s22p63s23p2 => Zx = 32 ngun tơ' Gecmani X II.2 T ính độ âm điện cho nguyên tử nguyên tô halogen: F; Cl; Br; I Biết: h2 Hợp chất Ed (kcal/mol) f2 104,2 37,5 Cl2 Br2 I2 HC1 HF HI HBr 58 46,1 36,1 135 103,1 87,4 71,1 Cho: XH = 2,20 BÀI GIẢI Áp dụng công thức: XA ~XB = 0,208 AAB AAB - E D(AB) - ^ E D(AA).ED(BB) T hay giá trị sô' vào công thức trê n ta th u kết ỏ bảng đây: Nguyên tô' F Cl Br I A&b 62,51 77,74 12,3 1,24 0,208 ^ A ab 1,77 1,83 0,73 0,23 XA 3,99 » 3,52 2,93 2,43 X II.3 a) B iết thê' ion hóa thứ n h ấ t (L) K(Z = ) nhỏ so với Ca(Z = 20); Ngược lại thê ion hóa thứ h (L K lại lớn Ca) H ãy giải thích lại có ngược 206 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt b) Hãy so sánh bán kính nguyên tử bán kính ion cho trường hdp sau: + 0(Z = 8) ion hóa + Mg(Z = 12) ion hóa BÀI GIẢI a) K(Z = 19): ls^ s^ p^ s^ p^ s1 Ca(Z = 20): ls 22s22p63s23p64s2 K - e -> K+: l s 22s22p63s23p6 s [Ar] Ca - e -> Ca+: l s 22s22p63s23p64s1s [ArMs1 Rõ ràng m ất e" K+ có cấu hình electron khí trơ - Argon, cịn Ca+ có cấu hình [Ar]4s\ Để có th ế ion hóa thứ hai, nghĩa phải bứt tiếp electron trường hợp lượng cần thiết để làm điểu đơi vối Ca tiêu tốn so với việc bứt e K+ có cấu hình bền vững khí trơ; Vì vậy: I2 K > Ca b) 80: (ls 22s22p4) + 2e 2~(ls 22s22p6) Nghĩa oxi nhận thêm sô' electron vào dẫn tới: rQ: > r0 Ngược lại Mg (Z = 12) 12M g(ls22s22p63s2) - 2e -> Mg2+ (ls 22s22p6) Rõ ràng Mg2+ m ất 2e ỏ phân lốp 3s dẫn tới: rMg2+ < r Mg XII.4 Cho phân tử MX2 với tổng sô' h ạt 186 Hợp châ't ion câu tạo từ ion M2+ X' có đặc tính sau: 207 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt - Trong tổng sô h t phân tử sơ h t m ang điện nhiều số h t không m ang điện 54 hạt - Sô'khối ion M2+ lổn sô' khối ion X" 21 - Tổng sô' h t ion M2+ nhiều ion X" 27 hạt 1) Hãy viết cấu hình electron ion M2+ X' 2) Xác định sơ' thứ tự, sơ' chu kỳ, sơ' nhóm (A B) M X bảng tu ầ n hồn BÀI GIẢI 1) Gọi sơ' h t proton, electron, nơtron nguyên tử M X là: p, e, n; p', e', n' Theo đầu ta có phương trình sau: Tổng số h t MX2: 2p + 4p' + n + 2n' = 186 (1) Tổng số h t m ang điện nhiều số h t không m ang điện: 2p + 4p' - (n + 2n') = 54 (2) Sô' khôi ion M2+ lớn sô' khối X' là: (p - p’) + (n - n’) = 21 (3) Tổng sô' h t ion M2+ nhiều X' là: 2(p - p’) + (n - n ’) = 30 Từ phương trìn h ta giải có p = 26, n = 30 p’ = 17, n ’ = 18 Vậy cấu h ình electron của: M2+ : l s 22s22p63s23p63d6 X' : l s 22s22p63s23p6 208 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt (4) 2) Với cấu hình electron vừa tìm cho M2+ X' ta xác định sơ" thứ tự M là: p = z = 26 (ô 26) X p' = z' = 17 (ơ 17) Cấu hình electron: M: ls 22s22p63s23p63d64s2; ngun tử M thuộc chu kỳ 4, V IIIB X: ls 22s22p63s23p5; nguyên tử X thuộc chu kỳ nhóm VII A XII Tổng sô" h ạt nguyên tô" X 108: a) Cho biết nguyên tố X thuộc chu kỳ bảng tuần hồn b) Xác định vị trí X, biết X nhóm VA Biêt ngun tơ" X có z < 82 BÀI GIẢI a) Theo đầu ta viết: s = p + e + n = 2p + n = 108 M ặt khác, theo điều chứng minh tập sơ" 1.5 chương I ta có: 1