Professional Documents
Culture Documents
Phần I
HÓA HỌC ĐẠI CƯƠNG
Chương 1
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1. Nguyên tử: Là hạt nhỏ nhất không thể phân chia về mặt hóa học, tham gia tạo thành
phân tử.Nguyên tử luôn trung hòa về điện:
Gồm: - Hạt nhân (do p, n cấu tạo) mang điện tích d ương, ở tâm nguyên tử, có kích
thước rất nhỏ so với kích thước nguyên tử song lại chiếm phần lớn khối lượng nguyên tử.
- Các electron mang điện tích âm chuyển động xung quanh hạt nhân nguy ên tử
2. Nguyên tố hóa học: là những nguyên tử có cùng điện tích hạt nhân.
3. Đồng vị: Những nguyên tử có cùng số proton nhưng khác nhau về số nơtron, do đó
số khối A của chúng khác nhau gọi là các đồng vị của cùng một nguyên tố.
4. Phân tử: là hạt nhỏ nhất của một chất, có khả năng tồn tại độc lập v à mang những
tính chất hóa học đặc trưng của chất đó.
5. . 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 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 (O 2) và ozon (O 3).
6. Hợp chất: là chất cấu tạo từ nhiều nguy ên tố hoá học khác nhau. Ví dụ: H2O, NaOH,
H2SO4,...
7. Nguyên tử khối (NTK) là khối lượng tương đối của nguyên tử. Nguyên tử khối của
một nguyên tử cho biết khối lượng của nguyên tử đó nặng gấp bao nhiêu lần đơn vị khối
lượng nguyên tử.
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 1.67.10 -27kg, của
cacbon bằng 1,99.10 -26.
8. Phân tử khối(PTK): là khối lượng của một phân tử biểu diễn bằng đ ơn vị cacbon
(đ.v.C). Phân tử khối bằng tổng khối lượng các nguyên tử cấu tạo nên phân tử.
Ví dụ: PTK của H2O = 2 + 16 = 18 đ.v.C, của NaOH = 23 + 16 + 1 = 40 đ.v.C.
Chú ý: Khối lượng phân tử cũng được biểu diễn bằng kg và bằng tổng khối lượng các
nguyên tử tạo thành phân tử.
9. Mol: là lượng chất chứa 6,02.10 23 hạt đơn vị (nguyên tử, phân tử, ion, electron, ...)
- Số 6,02.10 23 được gọi là số Avôgađrô và ký hiệu là N (N = 6,02.10 23). Như vậy:
1 mol nguyên tử Na chứa N nguyên tử Na.
1 mol phân tử H2SO4 chứa N phân tử H 2SO4
1 mol ion OH - chứa N ion OH -.
- Khối lượng của 1 mol chất tính ra gam đ ược gọi là khối lượng mol của chất đó v à 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 (O 2)
bằng 32g.
- Khối lượng mol phân tử H 2SO4 bằng 98g, nhưng khối lượng mol ion SO42- bằng 96g.
Như vậy khái niệm nguyên tử gam, phân tử gam chỉ l à những trường hợp cụ thể của khái
niệm khối lượng mol.
Theo (1), khối lượng hỗn hợp hai chất phản ứng với nhiệt l ượng Q là :
3 . 232 + 8 . 27 = 912g
Để tỏa ra lượng nhiệt 665,25 kJ thì khối lượng hỗn hợp cần lấy :
912 x665,25
182,25 g
3329
12. Tốc độ phản ứng và cân bằng hóa học:
a) Định nghĩa: Tốc độ phản ứng là đại lượng biểu thị mức độ nhanh chậm của phản ứng.
Ký hiệu là Vp.ư.
C1 C 2 C
V pu mol.l-1.s-1
t t
Trong đó : C 1 là nồng độ đầu của chất tham gia phản ứng (mol/l).
C2 là nồng độ của chất đó sau t giây phản ứng (mol/l).
b) Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng:
Tốc độ phản ứng tỷ lệ thuận với nồng độ các chất tham gia phản ứng. Ví dụ, có phản
ứng.
A + B = AB.
Vp.ư = k . CA . CB.
Trong đó, k là hằng số tốc độ đặc trưng cho mỗi phản ứng.
- Đối với phản ứng có chất khí, khi tăng áp suất tốc độ phản ứng tăng
Số thứ tự của nguyên tố Số p, số n, số e
Số thứ tự của chu kỳ Số lớp e
Số e lớp ngoài cùng (số e
Số thứ tự của nhóm
hóa trị)
Ví dụ: Xét đoán vị trí của nguyên tố có Z = 25.
Cấu hình e: 1s 2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s2.
- Có 4 lớp e ở chu kỳ 4.
Đang xây dựng e ở phân lớp 3d thuộc phân nhóm phụ (nhóm B). Nguyên tố này là kim
loại, khi tham gia phản ứng nó có thể cho đi 2e ở 4s v à 5e ở 3d, có hoá trị cao nhất 7 +. Do
đó, nó ở phân nhóm phụ nhóm VII (nhóm VIIB). Đó là Mn.
b. Quan hệ giữa vị trí và tính chất:
Biết vị trí của một nguyên tố trong bảng tuần hoàn có thể suy ra những tính chất hóa học
cơ bản của nó:
- Tính kim loại, phi kim
- Hóa trị cao nhất của nguyên tố đó với O, hóa trị với H
- Công thức của oxit cao nhất và hiđroxit tương ứng
- Công thức của hợp chất khí với H (nếu có)
- Oxit hay hiđroxit có tính axit hay bazơ
Ví dụ: S ở ô 16, nhóm VIA, chu kỳ 3. Suy ra:
- S là phi kim
Ví dụ quá trình hình thành ion NH 4+ (từ NH3 và H +) có bản chất liên kết cho - nhận.:
H +
H N H
H
Sau khi liên kết cho - nhận hình thành thì 4 liên kết N - H hoàn toàn như nhau. Do đó, ta
có thể viết CTCT của NH +4 như sau:
H +
H N H
H
Điều kiện để tạo thành liên kết cho - nhận giữa 2 nguyên tố A B là: nguyên tố A có đủ
8e lớp ngoài, trong đó có cặp e tự do(chưa tham gia liên kết) và nguyên tố B phải có obitan
trống.
4. Liên kết và liên kết
Về bản chất chúng là những liên kết cộng hoá trị.
a) Liên kết : Được hình thành do sự xen phủ 2 obitan (của 2e tham gia li ên kết) dọc
theo trục liên kết. Tuỳ theo loại obitan tham gia li ên kết là obitan s hay p ta có các lo ại liên
kết kiểu s-s, s-p, p-p:
Obitan liên kết có tính đối xứng trục, với trục đối xứng l à trục nối hai hạt nhân nguy ên
tử.
Nếu giữa 2 nguyên tử chỉ hình thành một mối liên kết đơn thì đó là liên kết . Khi đó, do
tính đối xứng của obitan liên kết , hai nguyên tử có thể quay quanh trục li ên kết.
b) Liên kết : Được hình thành do sự xen phủ giữa các obitan p ở hai b ên trục liên kết.
Khi giữa 2 nguyên tử hình thành liên kết bội thì có 1 liên kết bền, còn lại là liên kết
kém bền.
Liên kết không có tính đối xứng trục nên 2 nguyên tử tham gia liên kết không có khả
năng quay tự do quanh trục liên kết. Đó là nguyên nhân gây ra hi ện tượng đồng phân cis-
trans của các hợp chất hữu cơ có nối đôi.
5. Liên kết hiđro
Liên kết hiđro là mối liên kết phụ (hay mối liên kết thứ 2) của nguyên tử H với nguyên tử
có độ âm điện lớn (như F, O, N…). Tức là nguyên tử hiđro linh động bị hút bởi cặp e ch ưa
liên kết của nguyên tử có độ âm điện lớn hơn.
Liên kết hiđro được ký hiệu bằng 3 dấu ch ấm ( … ) và không tính hoá trị cũng như số
oxi hoá.
Liên kết hiđro được hình thành giữa các phân tử cùng loại.
Ví dụ: Giữa các phân tử H 2O, HF, rượu, axit…
OH … OH …; H – F …H – F …
H H
hoặc giữa các phân tử khác loại. Ví dụ: Giữa các phân tử r ượu hay axit với H 2O:
OH … O – H …OH …
H R H
hoặc trong một phân tử (li ên kết hiđro nội phân tử). Ví dụ :
CH2 – CH2
OH … OH
Do có liên kết hiđro tạo thành trong dung dịch nên:
Đồng Đức Thiện 12 Trường THPT Sơn Động số 3
Phần Hóa Học Đại Cương
+ Tính axit của HF giảm đi nhiều (so với HBr, HCl).
+ Nhiệt độ sôi và độ tan trong nước của rượu và axit hữu cơ tăng lên rõ rệt so với các hợp
chất có khối lượng phân tử tương đương.
6. Sự lai hoá các obitan
Để giải thích hiện tượng đa hoá trị của một nguyên tố (như của Fe, Cl, C…) và cấu trúc
phân tử của một số hợp chất (đặc biệt l à các phức chất), ta không thể căn cứ vào số e độc
thân hoặc số e lớp ngoài cùng mà phải dùng khái niệm mới gọi là "sự lai hoá obitan".
Các kiểu lai hoá thường gặp:
a) Lai hoá sp 3: Đó là kiểu lai hoá giữa 1 obitan s với 3 obitan p tạo thành 4 obitan lai
hoá q định hướng từ tâm đến 4 đỉnh của tứ diện đều, các trục đối xứng của chúng tạo với
nhau những góc bằng 109 o28'. Kiểu lai hoá sp 3 được gặp trong các nguyên tử O, N, C nằm
trong phân tử H2O, NH3, NH+4, CH4,…
b) Lai hoá sp 2: Đó là kiểu lai hoá giữa 1 obitan s v à 2obitan p tạo thành 3 obitan lai hoá
q định hướng từ tâm đến 3 đỉnh của tam giác đều. Lai hoá sp 2 được gặp trong các phân tử
BCl3, C2H4,…
c) Lai hoá sp: Đó là kiểu lai hoá giữa 1 obitan s v à 1 obitan p tạo ra 2 obitan lai hoá q định
hướng thẳng hàng với nhau. Lai hoá sp được gặp trong các phân tử BCl 2, C2H2,…
Ngoài các dạng lai hóa trên, các obitan còn có khả năng tạo thành nhiều kiểu lai hóa
khác, như: lai hóa vuông phẳng dsp 2, lai hóa bát diện d2sp3, …
H2O + NH 3 NH4+ + OH -
Do đó để nêu lên bản chất của axit và bazơ, vai trò của nước (dung môi), Bronxtet đã đưa
ra định nghĩa mới về axit - bazơ như sau:
Axit là những chất có khả năng cho proton .
Bazơ là những chất có khả năng nhận proton .
b) Phản ứng axit - bazơ
Tác dụng của dung dịch axit v à dung dịch bazơ.
Cho dung dịch H 2SO4 tác dụng với dung dịch NaOH, phản ứng hoá học xảy ra toả nhiệt
làm dung dịch nóng lên.
Phương trình phân tử:
2NaOH + H 2SO4 = Na2SO4 + 2H 2O
Phương trình ion:
2Na+ + 2OH - + 2H + + SO 42- = 2Na+ + SO 42- + 2H 2O
2OH- + 2H+ = 2H 2O
Hoặc là:
H3O+ + OH - = 2H2O
H2SO4 cho proton (chuyển qua ion H 3O+) và NaOH nhận proton (trực tiếp là ion OH ).
Phản ứng của axit với bazơ gọi là phản ứng trung hoà và luôn toả nhiệt.
Tác dụng của dung dịch axit v à bazơ không tan.
Đổ dung dịch HNO 3 vào Al(OH) 3 , chất này tan dần. Phản ứng hoá học xảy ra.
Phương trình phân tử:
3HNO3 + Al(OH)3 = Al(NO 3)3 + 3H 2O
Phương trình ion:
3H+ + 3NO3- + Al(OH) 3 = Al3+ + 3NO3- + 3H 2O
3H+ + Al(OH) 3 = Al3++ 3H2O
Hoặc là:
Bảng 2: Một số chất chỉ thị màu axit - bazơ thường dùng
Màu trong các mội trường
Chất chỉ thị màu
Axit Trung tính Bazơ
Đỏ Da cam Vàng
Metyl da cam
pH < 3,1 3,1 < pH < 4,4 pH > 4,4
Đỏ Tím Xanh
Quỳ
pH < 5 5 < pH < 8 pH > 8
Không màu Hồng nhạt Hồng
Phenolphtalein
pH < 8 8 < pH < 9,8 pH > 9,8
8. Sự thuỷ phân của muối
Không phải dung dịch của tất cả các muối trung ho à đều có môi trường trung tính (pH =
7) mà có thể là môi trường axit hoặc bazơ. Nguyên nhân là do: Một số muối khi hòa tan vào
nước đã tác dụng với nước làm thay đôi môi trường dung dịch. Ví dụ nh ư: những muối của
axit yếu - bazơ mạnh (như CH 3COOHNa), của axit mạnh - bazơ yếu (như NH4Cl) khi hoà
tan trong nước đã tác dụng với nước tạo ra axit yếu, bazơ yếu, vì vậy những muối này không
tồn tại trong nước. Nó bị thuỷ phân, gây ra sự thay đổi tính chất của môi tr ường.
a) Sự thuỷ phân của muối tạo th ành từ axit yếu -bazơ mạnh
Ví dụ: CH3COONa, Na 2CO3, K2S,…
CH3COONa + H 2O CH3COOH + Na + + OH-
Trong dung dịch dư ion OH , do vậy pH > 7 (môi trường bazơ).
Vậy: muối của axit yếu - bazơ mạnh khi thuỷ phân cho môi tr ường bazơ.
b) Sự thuỷ phân của muối tạo th ành từ axit mạnh - bazơ yếu
Ví dụ: NH4Cl, ZnCl 2, Al2(SO4)3, …
NH4Cl + H2O NH3 + H3O+ + Cl-
Trong dung dịch dư ion H 3O+ hay (H +), do vậy pH < 7 (môi truờng axit).
Vậy muối của axit mạnh - bazơ yếu khi thuỷ phân cho môi tr ường axit.
c) Sự thuỷ phân của muối tạo th ành từ axit yếu - bazơ yếu
Ví dụ: Al2S3, Fe2(CO3)3,…
Al2S3 + 6HOH 2Al(OH)3 + 3H2S
Fe2(CO3)2 + 6HOH 2Fe(OH)3 + 3CO 2 + 3H 2O
KOH
0
t
K+ + OH -
Ví dụ: điện phân Al 2O3 nóng chảy (có pha thêm criolit 3NaF.AlF 3) ở 1000oC
Al2O3
0
t
2Al3+ + 3O2-
HOH H+ + OH -
HOH H+ + OH -
HOH H+ + OH -
HOH H + OH -
+
Trong quá trình điện phân, dung dịch ở khu vực xung quanh catôt, ion H + bị mất dần.,
H2O tiếp tục điện li, do đó ở khu vực n ày giàu ion OH tạo thành (cùng với Na+) dung dịch
NaOH.
Ở anôt, ion Cl bị oxi hoá thành Cl2. Một phần hoà tan vào dung dịch và một phần khuếch
tán sang catôt, tác dụng với NaOH tạo thành nước Javen:
Cl2 + 2NaOH NaCl + NaClO + H 2O
Vì vậy muốn thu được NaOH phải tránh phản ứng tạo n ước Javen bằng cách dùng màng
ngăn bao bọc lấy khu vực anôt để ngăn khí Cl 2 khuếch tán vào dung dịch.
Ví dụ 5: Điện phân dung dịch KNO 3 với anôt bằng Cu.
KNO 3 K + NO3
+ -
HOH H+ + OH -
Giải
Các phản ứng riêng (đã cân bằng theo nguyên tắc trên):
Al + 4HNO3 -> Al(NO 3)3 + NO + 2H2O
8Al + 30HNO3 -> 8Al(NO3)3 + 3N2 + 15H2O
Để có tỷ lệ mol trên, ta nhân phương trình (1) với 9 rồi cộng 2 phương trình lại:
17Al + 66HNO3 -> 17Al(NO 3)3 + 9NO + 3N 2O + 33H2O
4. Một số dạng phản ứng oxi hoá - khử đặc biệt
a. Phản ứng oxi hoá khử nội phân tử
Chất oxi hoá và chất khử là những nguyên tử khác nhau nằm trong c ùng một phân tử.
3 5 0
Ví dụ. N H 4 N O2 N 2 H 2 O
5 2 1 0
K Cl O 3 K Cl O 2
b. Phản ứng tự oxi hoá - tự khử
Chất oxi hoá và chất khử cùng là một loại nguyên tử trong hợp chất.
Ví dụ: Trong phản ứng.
0 1 1
Cl 2 + NaOH Na Cl Na Cl O + H2O
0 0 1 0 1
Cl 2 vừa là chất oxi hóa ( Cl 1e Cl ) vừa là chất khử ( Cl 1e Cl )
c) Phản ứng có nhiều nguyên tố thay đổi số oxi hoá
Ví dụ: Cân bằng phản ứng sau theo ph ương pháp cân bằng e
KNO3 + FeS2 -> KNO 2 + Fe2O3 + SO 3
0 3 6
2 FeS 2 15e Fe 2 S
5 3
15 N 2e N
Đồng Đức Thiện 28 Trường THPT Sơn Động số 3
Phần Hóa Học Đại Cương
Vậy phương trình cân bằng là:
15KNO3 + 2FeS2 -> 15KNO 2 + Fe2O3 + 4SO 3
d) Phản ứng oxi hoá - khử có môi trường tham gia
Ở môi trường axit thường có ion H + tham gia tạo thành H2O.
Ví dụ:
2MnO4- + 5SO32- + 6H+ -> 2Mn2+ + 5SO42- + 3H2O
Ở môi trường kiềm thường có ion OH tham gia tạo thành H2O.
Ví dụ:
2KMnO4 + Na2SO3 + 2KOH -> 2K2MnO4 + Na2SO4 + H2O
Ở môi trường trung tính có thể có H2O tham gia. Ví dụ:
MnO4- + SO32- + H2O -> MnO2 + SO42- + OH-