Tài liệu Bài tập hóa học đại cương (bài tập lý thuyết cơ sở)

WWW.DAYKEMQUYNHON.COM LÃM: NGỌC-THỊỀM (Chủ biên) ; TRẦN HIỆP HẠI . (H ỡ a h ọ c ly th u y é tc ơ s ớ T n in n T ă m T H ô n a -T ìn -Tơ l\pụ — ðHQtị VNG 2737. 2d iiá iB iifflS Ü iiiin ế Ệ ^ ilH S Ì 1 Ẽ tÌỈCẽDG ' . » U M NHA XUẤT BẢN ðAI-HOC QUỐC GIA HẶ NỘI ■ ■■■■■'■■ ■ ■■ ■: í-'... •“ WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.COM WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.COM ( ( WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.COM LÂM NG C THIM (Ch biên) TR N HIP H  BÀI TẬP m HÓA HỌC ðẠI CƯƠN m H ịH ó a h ọ c l ý th u y ế t c ơ s ở ) (In lần thứ II) f ?RífỜNGSAíBpCGỰVHMƠN ị I TRuHGs TẤM ĨH Ô ^S Tỉ« n ì t Ệ i j \ ị ị ¡PH Ì HHHì Ì IPH ÒÒ HH CC? ? CCrỉẮO r ì Ấ O T TPPÌ H ŨZZlMÊ4M~l NHÀ XU T BN ĐI H C QU.C GIA HÀ N I WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.COM WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.COM L ời N ó i ð Ầ U Thông thường giữa lý thuyết và bài tâppj của một môn học bao giờ cũng ñược gắn kết chặt chẽ với nhau. ð ể làm ñược các dạng bài tập người học phải hiểu kỹ ỉý thuyết và biết cách vận dụng nó vào từng trường hợp cụ thể, k ể cả các phép chuyển ñổi ñơn vị tính lẫn thủ thuật giải toán. Cuốn B à i tâ p hóa học ñ a i cư ơng (H óa hoc lý th u y ết cơ sỏ) nhằm ñáp ứng cấc yêu cầu này. Sách gồm 17 chương gồm hầu hết các vấn ñề lý thuyết cơ sở của hóa học và ñược trình bày dưới dạng bài tập. ơ mỗi chương chúng tôi ỉại phân làm 3 phần nhỏ: A. Tóm tắt lý thuyết B. Bài tập có lời giải c. Bài tập chưa có lời giải Trong chương cuối cùng của sách chủng tôi trích dẫn một s ố ñề thi tuyển sinh và ñáp án của môn học này nhằm giúp cho bạn ñọc ñễ hình dung về một ñề thi tổng hợp và cách giải quyết nó. 3 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.COM Nội dung cuốn bài tập ñược biên soạn theo ñúng chương trình chuẩn ñã ñược hội ñồng chuyên ngành ðại học Quốc gm Hà Nội thông qua. Các tác giả và N hà xuất bản rất mong nhận ñược những ý kiến ñóng góp của ñộc giả ñ ể lần xuất bản sau ñược hoàn thiện hơn. Các tác g iả 4 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.COM MỤC LỤC Trang Khái niệm về thứ nguyên, ñơn vị......................... 7 Một sô'khái niệm chung........... :.................... 13 Chương I. Chương ỈL ^ Nguyên lý I của nhiệt ñộnglựchọc. Nhiệt hóa học.-Tí......................................................... 25 Chương ỈII. ^ Nguyên lý II của Chương IV. 't Cân bằng hóa học.-v........................................... 59 Chương V. y Dung dịch....................................................... 83 Chương VI. nhiệt ñộng lực họẹX-... 45 J ðộng hóa học.................................................... 119 Chương VII. V^ðiện hóa học.-y................ ............ ................... 139 y* Chương VIII. Hạt nhân nguyên tử ....................................... 161 Chương IX. Câu tạo nguyên tử theo quan ñiểm cơ học lượng tử ............................................................. 171 Chương X. Nguyên tử hidro............................................. 179 Chương XI. Nguyên tử nhiều ChươngXII. electron......................... 193 Hệ thống tuần hoàn các nguyên tô'hóa học.. 203 'ỵ Chương XZ7JÀ/các khái niệm chung về liên kết thuyết VB. 215 Chương X iv ^ y Thuyết MO về liên kết................................ 240 5 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.COM Chương XV. ì Liên kết giữa các phân tử và trong phức chất....................................... ............................ 263 Chương XVI. Liên kết hóa học trong tinh thể...................... 279 Chương XVII. Một số ñề thi và hưổng ñẫn giải môn hóa học lý thuyết..................................................... 297 Phụ¿ục 370 6 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.COM KHÁI NIM VÊ TH NGUYÊN, ĐN V I. T hứ n g u y ên . Các ñại lượng (vật lý) cần ño thường ñược viết dưối dạng một biểu thức toán học và ñược biểu diễn bằng một phương trình thứ nguyên.-Phương trình thứ nguyên có thể xem như một biểu thức toán và ñược biểu diễn bằng các ñại lượng cơ sỏ dưới dạng một tích sô' Tất cả các thứ nguyên của những ñại lượng cần ño trong co' học ñều xuất phát từ 3 ñại lượng cơ sỏ là: Chiểu dài: L; khối lượng: M; thời gian: T. Các ñại lượng này lập thành hệ Li.M.T. 1 f _ ñoạn ñưòng L ! J Ví dụ thứ nguyên cua tốc ñộ[v] = — v ~ — = — = L. I . thời gian T Thứ nguyên của L tốc [a] = thời gian Thứ nguyên của lực [F] = khối lượng X T gia tốc = M.L.T “2 Thứ nguyên của công (năng lượng) [A] = lực = M.L.T' 2 XL X ñoạn ñường = M.IẴT "2 Như vậy thứ nguyên không chỉ rõ các ñại lượng cần ño ở một ñơn vị cụ thể nào. Một ñại lượng cần xác ñịnh mà ở ñó các thứ nguyên của chúng ñều bị triệt tiêu sẽ dẫn tối ñại lượng ñó không thứ nguyên II. ð ơn vị. Khi ngưòi ta tiến hành ño một; ñại lượng nào ñó WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.COM tức là muôn so sánh ñại lượng ñó vối ñại lượng cùng loại lấy làm chuẩn ñể so sánh .gọi là ñơn vị ño . Các ñơn vị ño ñược xác ñịnh bởi mẫu chuẩn lưu giữ tại viện cân ño quốc tế. Ví dụ mét là ñơn vị ño chiều dài. ðộ lớn của một ñại lượng vật lý cụ thể mà theo qui ước lấy giá trị bằng số là 1 ñược gọi là ñơn vị của ñại lượng vật lý ñó. Ví dụ: mét, kilogam. Tập hợp các ñơn vị làm thanh một hệ ñơn vị. ðã có một sô" hệ ñơn vị thông dụng như: hệ ĨVĨKS (mét, kilogam, giây); hệ CGS (xăngtimét,'gam, giây)... / Trong thực tế, do thói quen, ổ từng ñịa phương, Ếung vùng 'iãnh thô, ngay cả từng quốc gia người ta sử dụng những ñơn vị rất khác nhau cho cùng một ñại lượng ño. Ví dụ ñơn vị chung cho chiều dài là ĩĩiết, song người Anh lạí dùng Insơ (Inch), phút (foot), trong khi ñó người Việt lại dùng trượng, gang. tấc... Rõ ràng cách dùng này ñã gây khó khăn trong giao lưu quôc tế. Vì vậy cần có một ñơn vị quốc tế chun£. III. H ệ ñơn vị SI. Nhận thấy sự bất lợi về việc sử dụng hệ ñứn vị tùy tiện nên vào tháng 10-1960 tại Hội nghị lần thứ XI về cân ño quốc tế họp ỏ Paris, các nhà khoa học ñã ñi ñến thống nhất cần xây dựng một hệ thông ñơn vị chung quôc tế. ðó là ñơn vị SI (Viết tắt từ chữ Pháp - Système International) Dưới ñây chúng tôi lược ghi một sô chỉ dẫn quan trọng nhất thuộc hệ SI có liên quan ñến việc sử dụng cho các bài tập hóa ñại cương. WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON 1 WWW.DAYKEMQUYNHON.COM III.l. H ệ ñơn v ị cơ sở 7 ñơn vị chính thuộc hệ SI ðơn vị Tên ñại lượng N° Ký hiệu Tiếng Việt Tiếng Anh 1 Chiều dài met metre m 2 Thời gian giây second s 3 Khối lượng kilôgam kilogram 4 Lượng châ't moì mol kg moỉ 5 Nhiệt ñộ ken vin Kelvin K 6 Cường ñộ dòng ñiện Ampe Ampere A 7 Cường ñộ ánh sáng nến Cándela cd IỈL2. M ột sô" ñơn vị SI dẩn xuất hay dù n g Từ 7 ñơn vị cơ sỏ nêu trên ngứòi ta còn có thể ñịnh nghĩa một sô' ñơn vị dẫn xuất thường dung trong hệ SI. Ví dụ: - ðơn vị lực. ðó chính là lực tác dụng lên một vật có khối lượng lkg gây ra một gia tốc bằng lm /s2. ðơn vị dẫn xuất thu ñược ỏ ñây gọi là Newton (N) IN = lkg.m.s "2 - ðơn vị áp suất. Trong ñơn vị SI, áp suai ỉà Pascal -(Pa). Áp suất thu ñược là do ỉực tác dụng lên lP a = lực/diện tích = m 1 ñơn vị diện tích. = kg ms"2 /m 2 = kgm- 1s - 2 Dưổi ñây là một số ñơn vị dẫn xuất hay dùng N° Tên ñại lượng 1 Lực 2 Áp suất ðơn vị Tiếng ■Tiếng Viêt Anh Niutơn Newton Patean Pascal Ký hiệu Theo ñịnh nghĩa N Pâ kgm "2 kgm ^s^N /m 2) 9 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.COM Joule Jun 3 Năng lượng Watt Oát 4 Công suất Culông Coulomb 5 ðiện tích Volt Vôn ðiện th ế 6 Hertz Héc 7 Tần số J kgmV" kgm"s_1(i /s) ' As _J/As(j /s) s' 1 w c V Hz IĨI.3. Một số ñơn vị khác hay sử dụng cần chuyển vể hệ SI Hiện'nay, bên cạnh hệ SI là ñơn vị chính thức, trong hóa học người ta còn dùng một sô" ñơn vị khác không thuộc hệ Sĩ gọi là ñơn vị phi SI. ðể dễ dàng trong quá trình giải các bài tập hóa ñại cương chúng tôi ghi lại ỗ bảng dưới ñây một sô" ñơn vị ngoài hệ thống cùng các hệ sô' chuyển ñổi về hệ SI. Nü 1 Tên ñai lượng vật lý Chiểu ñài 2 3 Thể tích Nhiệt ñộ 4 Thời gian 5 áp suất 6 Năng lượng 7 ðiện tích 8 9 ðơn vi Tiếng Việt Tiếng Anh micromét micrometre nạnomét nanometre Angstrỏm Angstrom lít tu bách phân Phút, giờ átmốtphe bar tor miiimét thủy ngân ec calo oát giờ electronvôn ðơn vị tĩnh ñiện litre Celsius Ký hiếu nm nm 0 Ả I ũc Theo ñịnh nghĩa 10'9m 10 m minute hour Atmosphere bar torr millimetre Hg min h atm bar Torr mmHg 10‘W T(K) = í (C)+273,15 60s > 3600s 1,Ọ13.10bPa 105Pa * 1atm 133 322Pa 133,322Pa erg Calorie Watt hour electron Volt erg cal w.h eV 10*04.184J 3600J 1,602.10"19J Unit electrostatical ues CGS Lưc ñyn dyne mô men lưỡng cực ðề bai Debye ^ 2,9979 10_19c dyn 10'SN D ^ 10_29C m 2,9979 10 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.COM III.4. Quan hệ giữa th ứ nguyên và m ột số ñơn vị thường dùng N° ðại lượng Phương trình Thứ nguyên xác ñịnh ðơn vị SI CGS 1 Diện tích s = /2 L2 m 2 cm 2 2 Thể tích co II > ứ m3 cra3 3 Vận tốc LT *1 m s' 1 cm s ' 1 4 Gia tốc l V= — ' t V a =— t LT' 2 ms 5 Lực F = ma MLT' 2 kg m s 6 Áp suất F p =- M L'lT "2 7 Khôi lượng riêng Công (năng lượng) D=— V Mư* A = FZ ML2T*'2 kg m 2 s' 2 g cm 2 s ' 2 N=— t m l 2t 1kg m‘2 s*3 g cm li s -3 8 Cồng suất 9 10 Tần sô' 1 .-2 s f =ì T -3 T 1 .9 cm s ' 2 g cm s ~2 kg m 'V 2 g cm -] s -2 kg m ' 3 s -1 g cm ' 3 s -1 IIÍ.5. Các bậc bội, bậc ước so với ñơn vị• cơ sở • « Khi sử dụng hệ SI người ta thường lấy các bậc giản ưốc là ñơn vị bậc bội lOn hay ñơn vị bậc ước 1 0 "n vối n là số nguyên. Bảng dưới ñây ghi lại cách dùng này. Tiếp ngữ ñầu Kí hiệu quốc tế Bậc ước Tiếp ngừ ñầu Kí hiệu quốc tế Bậc bội Deei d 1 0 '1 Deca da 101 11 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.COM Centi c 1 0 '2 Hecto h 102 Mili m 10 "3 Kilo k 103 Micro n 1 0 ’6 Mega M 10e Nano n 1 0 ’9 Giga G 1 0 '1 Pico P 1 0 ' 12 Tera T 1 0 12 Fern to f 1 0 - 15 Peta P 1 0 15 Exa E 1 0 18 Atto a 10-18 12 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.COM Chng I MT S KHÁI NIM CHUNG A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1. Theo Rutherford (1911) thì nguyên tử ñược cấu thành bởi hạt nhân gồm prỡton p, và nơtron (n); lớp vỏ gồm các electron quay quanh hạt nhân. Vậy nguỵên tủ gồm: - H ạt nhân với sô" proton là z, ñiện tích q=l,6.10'19c và N là nơtron. Hai ñại lượng này ñược liên hệ với nhau bằng sô' khối A theo hệ thức A = N + z - Lớp vỏ electron có ñiện tích ñúng bằng ñiện tích proton nhưng ngược dấu và khôi lượng electron chỉ bằng 1/1836 khốỉ lượng proton, nghĩa là khôi lượng tập trung ỗ hạt nhân. 2 . ðôl với nguyên tử, người ta ít dùng ñơn vị kg mà dùng ñơn vị khối lượng nguyên tử (u). ðơn vị này ñược ñịnh nghía như sau: 1 TT 12 1 2 .1 0 :: Na 3 , _-!£>/? ir r 27i kg = 1 ,6 6 . 1 0 kg 13 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.COM 3. Mol là lượng chất chứa cùng một số’ phần tử cấu trúc như 1 mol nguyên tử H} 1 mol phân tử H2, 1 mol ion H+... Từ ñó suy ra: Sô" phần tử cấu trúc có trong sổ" Avogañro: NA= 6,022.10 1 mol của chất chính ỉà hằng 4. Quan hệ giữa khối lượng tương ñối (kltñ) và khô"! lượng tuyệt ñối (KLTð): KLTð = kỉtñ: Na Xác ñịnh khối lượng phân tử theo tỷ khối của chất khí. M a 5. Tỷ khối d của khí A ñốì với khí B là d = —— Mb Ma, Mb - khối lượng phân tử của A, B. _ Khí B là không khí thì d = 6 Ma 29 \ . Xác ñịnh khối lượng phân tử theo thể tích moi. Công thức Boyle Mariotte: PV PnVn — T T0 p, V, T - áp suất, thể tích, nhiệt ñộ ỏ ñiều kiện thí nghiệm. P0, v 0, T0 - ứng với ñiều kiện tiêu chuẩn: 760mmHg; 22,4ỉ; 273K 7. Phương trình trạng thái của chất khí lý tưởng PV = nRT = — RT M n - sô' mol khí; m- khối lượng khi tính bằng gam (g); M - khối lượng của một moi khí. 14 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.COM hoăc p = — RT = — RT VM M d - khối lượng riêng của khí. . Nếu có một hỗn hợp khí lý tưỏng ở nhiệt ñộT có thể tích V thì íp suất toàn phần PT của hệ ñược xác ñịnh theo ñịnh luật Dalton 8 PT = X p, hay i PT =^Z n. V P; - Áp suất riêng của khí thứ i ĩiị - Sộ^ mol khí i trong hỗn hợp B- BÀI TẬP CÓ LỜI GIẲI 1.1. Hãy ñiển các sô" liệu cần thiết ỏ những ô trống trong bảng sau ñâv: Kí hiệu nguyên tố Sô" khôi Sô" ñiện tích hạt nhân Sô" p ro ton Sô" electron s<) nơtron l57N 15 7 1880 “ 19 T7, 9* - - - - 23 - - - 11 - - - - 7 - - - - - - 14 v 14 14 BÀI GIẢI Kí hiệu nguyên tô" Sô" khối 157n 15 Số ñiện tích hạt nhân Sô" p ro ton 7 7 Số’electron Sô" nơtron 18 n 19 F 18 19 28„Na 23 28 c1401 28 11 8 9 9 7 8 9 11 14 14 14 8 10 10 12 14 8 11 . lõ WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.COM 1.2. 1) Trong một thí nghiệm ñiện phân ngưòi ta thu ñược 27g nước. Hỏi: , a) Có bao nhiêu mol H 20? b) Có bao nhiêu nguyên tử hiñro? 2) Biết rằng khối lượng nguyên tử tương ñổi của oxi là 15,99944. Tính khôi lượng nguyên tử tuyệt ñối của nguyên tử này. Cho NA= 6,022.lO ^ m o r1. BÀI GIẢI 1) m = M.n suy ra n = — =— = l.õmol H.;0 M 18 Vậy số’ phân tử H20 là: 1,5.6,022.1023 = 9,0345.10~3 phân tử. Trong một phân tử HọO thì nguvên tử H = 2 X số phân tử H 3 0. Vậy sô" nguyên tử H là: 9,0345.1023.2 = 18,069.1023 nguyên tử. 2) Khối lượng nguyên tử tuyệt ñối của oxi ñược tính: _____ m(KLTð) = - 1 5 99944 ’ - 1 = 26,564.10 6,022 .1023 g. 1.3. Trong nhiều phép tính người ta thưòng sử dụng hằng sô" khí R. Hãy xác ñịnh hằng số ñó ỏ các hề ñơn vị kháe nhau. a) Trong hệ ñơn vị SI. b) Theo ñơn vị cal.K^.mol’1. c) Theo ñơn vị a tm i.K ' 1 .moi'1. 16 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON I WWW.DAYKEMQUYNHON.COM BÀI GIẢI Áp dụng phương trình trạng thái cho một mol chất khí lý tưởng PV = RT. ớ ñiều kiện tiêu chuẩn T0 = 273.15K; p 0 = latm = 1,013.105 N /nr (Pa); v 0 = 22,4/ = 2 2 ,4 . IC tV . Theo ñơn vị SI: 1 J - iN.m, vậy: R = b) Do Ical = 4,184J nên giá trị R là: R = ậ ậ i ị = 1,987 cal.K‘‘.m o r’ 4,184 c) R = 273,15 = 0,082 atm i.K ^.m ol ”1 \ 1.4. Một nguyên tử X có bán kính là 1,44A°, khôi lượng riêng thực tinh thể là 19,36g/cm3. Nguyên tử này chỉ chiếm 74% thể tích của tinh thể, phần còn lại là rỗng. Hãy: a) Xác ñịnh khối lượng riêng trung bình của toàn nguyên tử rồi suy ra khối lượng moi nguyên tử. b) Biết nguyên tử X có 1 1 8 nơtron và khôi lượng mol nguyên tử bằng tổng sổ* khối lượng proton và nơtron. Tính sô" proton. BÀĨ GIẢI a) Khối lượng riêng trung bin! WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON