Tài liệu Chuong 1(4)

Chương 1. MỞ ĐẦU 1.1. Một số khái niệm cơ bản 1.1.1. Khái niệm nguyên tử - phân tử a. Nguyên tử Nguyên tử là phần tử nhỏ nhất của một nguyên tố hóa học, tham gia vào thành phần phân tử của các đơn chất và hợp chất. Ví dụ: H, Li, O, F. Mỗi nguyên tử cấu tạo từ một hạt nhân mang điện tích dương và một hay nhiều điện tử mang điện tích âm quay chung quanh. Đặc trưng quan trọng nhất của nguyên tử là điện tích dương của hạt nhân. Mỗi loại nguyên tử được đặc trưng bởi một điện tích hạt nhân xác định, hợp thành nguyên tố hoá học và có cấu trúc vỏ điện tử giống nhau do đó có các tính chất hóa học giống nhau. Ở trạng thái cơ bản nguyên tử trung hòa về điện, khi đó tổng số điện tích dương của hạt nhân bằng tổng số điện tích âm của các điện tử quay chung quanh nó. Nguyên tử có khả năng cho – nhận một số điện tử ở lớp ngoài cùng để tạo thành các ion mang điện tích dương hay âm hoặc cũng có thể bị biến dạng của nhiều lớp vỏ điện tử do tương tác với các nguyên tử khác. Tuy nhiên trong các quá trình hóa học, hạt nhân nguyên tử luôn được bảo toàn, và nhờ vậy dù có biến đổi thế nào đi nữa, nhưng nguyên tử luôn luôn có khả năng phục hồi trở lại trạng thái đầu, tức là dưới dạng trung hòa điện tích. b. Phân tử Là phần tử nhỏ nhất của một chất, có khả năng tồn tại độc lập và có đầy đủ tính chất hóa học đặc trưng cho chất đó. Nguyên tử của phân tử có thể từ một nguyên tố (đơn chất, ví dụ: O2, H2, P4, ...) hay nhiều nguyên tố hóa học (hợp chất, như H2O, NH3, CaCO3, ...). 1.1.2. Khái niệm nguyên tử khối, phân tử khối a. Nguyên tử khối Là khối lượng của một nguyên tử tính theo đơn vị C. Ví dụ: Nguyên tử khối của hydrô = 1 đơn vị C Nguyên tử khối của flo = 9 đơn vị C b. Phân tử khối Là khối lượng của một phân tử tính theo đơn vị C. Ví dụ: Phân tử khối của HCl = 36,5 đơn vị C 1.1.3. Khái niệm nguyên tử gam, phân tử gam, ion gam a. Nguyên tử gam Là khối lượng của một mol nguyên tử tính bằng gam (nguyên tử gam và nguyên tử khối có cùng trị số nhưng khác đơn vị). 1 Ví dụ: Oxi có nguyên tử khối = 16 đ.v C; nguyên tử gam = 16g b. Phân tử gam Là khối lượng của một mol phân tử tính bằng gam Ví dụ: H2SO4 có phân tử khối = 98 đ.v C; phân tử gam = 98g c. Ion gam (khối lượng mol ion) Là khối lượng tính bằng gam của một mol ion. Ví dụ: một ion gam Na+ nặng 23 gam. 1.1.4. Ký hiệu hoá học, công thức hoá học, phương trình hoá học a. Ký hiệu hoá học Mỗi nguyên tố được biểu diễn bằng một ký hiệu gọi là ký hiệu hoá học Ví dụ: Na, O, Ne, Ar Mỗi một ký hiệu hoá học mang các ý nghĩa: + Chỉ nguyên tố hoá học đã cho. + Chỉ một nguyên tử của nguyên tố đó. + Chỉ một lượng nguyên tố bằng nguyên tử gam của nguyên tố đó. b. Công thức hoá học Mỗi chất hoá học được biểu thị bằng một công thức. Ví dụ: CxHyOz, KMnO4, CH2=CH-COOH - Công thức tổng quát: biểu thị thành phần nguyên tố của các chất. - Công thức phân tử: biểu thị thành phần định tính và định lượng của các chất. - Công thức cấu tạo: biểu diễn thứ tự kết hợp của các nguyên tử trong phân tử. Một công thức hoá học mang các ý nghĩa : + Cho biết tỷ lệ kết hợp các nguyên tử của các nguyên tố trong chất hoá học đó. + Chỉ một lượng chất bằng “phân tử gam” của chất đó c. Phương trình hoá học Dùng để biểu diễn các phản ứng hoá học. Ví dụ: 2H2O + O2 = Chất tác dụng ban đầu 2H2O Sản phẩm 1.1.5. Đơn chất - Hợp chất - Dạng thù hình của một nguyên tố a. Đơn chất Là chất mà phân tử của nó chỉ gồm các nguyên tử của một nguyên tốt liên kết với nhau. Ví dụ: lưu huỳnh, cacbon b. Hợp chất Là chất mà phân tử của nó gồm những nguyên tử của các nguyên tố khác loại liên kết với nhau. 2 Ví dụ: BaO, H2O, K2Cr2O7, KMnO4 c. Dạng thù hình của một nguyên tố Là những dạng đơn chất khác nhau của cùng một nguyên tố hoá học. Ví dụ: ôxi và ôzôn; than chì, kim cương, than vô đình hình. 1. 2. Một số định luật cơ bản 1.2.1. Định luật thành phần không đổi Một hợp chất dù được điều chế bằng cách nào đi nữa bao giờ cũng có thành phần xác định, không đổi. Ví dụ: Nước có thể điều chế bằng nhiều cách khác nhau, song khi phân tích thành phần người ta đều thấy nước gồm 2 nguyên tố hiđro và oxi với tỷ lệ khối lượng không đổi. 1.2.2. Định luật tỉ lệ bội Nếu hai nguyên tố kết hợp với nhau cho một số hợp chất thì ứng với cùng một khối lượng nguyên tố này, các khối lượng nguyên tố kia tỉ lệ với nhau như những số nguyên đơn giản. Ví dụ: Nitơ tạo với oxi năm oxít, nếu ứng với một đơn vị khối lượng nitơ thì khối lượng của oxi trong các oxít đó lần lượt là: 0,57 : 1,14 : 1,71 : 2,28 : 2,85 = 1 : 2 : 3 : 4 : 5. 1.2.3. Định luật bảo toàn khối lượng Tổng khối lượng các sản phẩm thu được đúng bằng tổng khối lượng các chất ban đầu đã tác dụng. Định luật bảo toàn khối lượng chỉ hoàn toàn chính xác khi các phản ứng hóa học không kèm theo hiệu ứng nhiệt. 1.2.4. Định luật đương lượng a. Đương lượng của một nguyên tố Đương lượng của một nguyên tố là lượng nguyên tố đó có thể kết hợp hoặc thay thế một mol nguyên tử hiđro trong phản ứng hoá học. Ví dụ 1: Đương lượng của H là 1,008, của O là 8,0, của C là 3,0, của N là 4,6, của Al là 9,0, của Na là 23,0... Khối lượng đương lượng (hay đương lượng khối) của một nguyên tố là khối lượng tính ra gam của một đương lượng của nguyên tố đó. Khối lượng đương lượng (kí hiệu là Đ) của nguyên tố được tính từ khối lượng mol nguyên tử (A) và hoá trị (n) của nguyên tố theo công thức: Ñ = A n Ví dụ 2: Fe có A = 55,84, ứng với 3 trạng thái hoá trị : 2, 3, 6 có 3 trị số đương lượng 27,92; 18,61; 9,31. 3 b. Đương lượng của một hợp chất Đương lượng của một hợp chất là lượng chất đó tương tác vừa đủ với một đương lượng của hiđro hay của một chất bất kỳ khác Ví dụ 1: Trong phản ứng giữa CuO và H2: CuO + H2 → Cu + H2O thì đương lượng của CuO bằng ½ mol phân tử của CuO. Khối lượng đương lượng (hay đương lượng khối) của một hợp chất là khối lượng đương lượng của hợp chất đó tính ra gam. Khối lượng đương lượng (kí hiệu là Đ) của nguyên tố được tính từ khối lượng mol nguyên tử (A) và hoá trị (n) của nguyên tố theo công thức: Ñ = M n trong đó: n có ý nghĩa khác nhau tùy từng loại phản ứng. * Quy tắc tính đương lượng của 1 số loại hợp chất: - Đối với phản ứng trao đổi, n là tổng số đơn vị điện tích mà mỗi phân tử hợp chất trao đổi với các phân tử khác. + Với axít, n chính là số ion H+ của phân tử tham gia phản ứng. + Với bazơ, n chính là số ion OH- của phân tử tham gia phản ứng. + Với muối, n chính là tổng số điện tích của các ion dương hoặc tổng số điện tích của các ion âm của phân tử tham gia phản ứng. Ví dụ 2: Đương lượng của H3PO4 trong 3 phản ứng sau: H3PO4 + 3NaOH → Na3PO4 + 3H2O H3PO4 + 2NaOH → Na2HPO4 + 2H2O H3PO4 + 1NaOH → NaH2PO4 + H2O lần lượt bằng 32,67; 49; 98. Ví dụ 3: Đương lượng của H2SO4 trong phản ứng sau: NaCl + H2SO4 → NaHSO4 + HCl bằng 49. Ví dụ 4: Đương lượng của NaOH là 40. Ví dụ 5: Đương lượng của Al2(SO4)3 là 342 : (3×2) = 57 - Đối với phản ứng oxi hoá khử, n là số electron mà một phân tử chất khử cho (hay một phân tử chất oxi hoá nhận). c. Định luật đương lượng Khối lượng của các chất phản ứng tỉ lệ với nhau như tỉ lệ giữa các đương lượng của chúng, nghĩa là: mB : mC : mD = ĐB : ĐC : ĐD 4 Ví dụ: Na2CO3 + CH3COOH → CH3COONa + CO2 + H2O chỉ cần biết khối lượng xôđa, vì đương lượng của nó trong phản ứng này bằng M/2 (53), còn đương lượng của axít axetic bằng khối lượng phân tử của nó (60). Khi đó ta có: mCH 3COOH = ( M Na2CO3 .60) / 53 1.2.5. Định luật tỷ lệ thể tích chất khí Ở cùng nhiệt độ áp suất, thể tích các khí tham gia phản ứng (chất tác dụng ban đầu cũng như sản phẩm) tỉ lệ với nhau như những số nguyên đơn giản. N2 + 3H2 = NH3 Ví dụ: Quan hệ giữa các thể tích chất khí tham gia phản ứng là như sau: V N 2 : V H 2 : V NH 3 = 1 : 3 : 2 1.2.6. Định luật Avogadro Ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất, những thể tích bằng nhau của mọi chất khí đều chứa cùng một số phân tử (nói khác đi là cùng số mol khí). 1.2.7. Phương trình Clapeyron – Mendeleyer Mối liên hệ giữa khối lượng m gam một chất khí có khối lượng mol phân tử M với các tham số nhiệt động p, V, T của khối khí đó được cho bởi phương trình Clapeyron - Mendeleyer: pV = m .R.T M trị số R phụ thuộc vào các đơn vị đo: p V R atm Lít 22, 4 ≈ 0, 082 273 mmHg ml 62400 1.2.8. Áp suất riêng khí - định luật Dalton Áp suất chung của hỗn hợp các chất khí không tham gia tương tác hóa học với nhau bằng tổng áp suất riêng của các khí tạo nên hỗn hợp. 5 Câu hỏi và bài tập 1. Phát biểu nội dung, cho ví dụ minh họa các định luật: Thành phần không đổi, bảo toàn khối lượng, tỷ lệ thể tích chất khí. Áp dụng: a. Crom oxit chứa 64%Cr; 31%O về khối lượng. Định công thức tối giản của crom oxit. Biết Cr (M = 52); O (M = 16). b. Đốt cháy 13,8 gam một chất hữu cơ được 26,4 gam CO2 và 16,2 gam H2O. Tỷ khối hơi của hợp chất so với hiđro bằng 23. Định công thức phân tử hợp chất hữu cơ. c. Nung m gam hỗn hợp X (Fe2O3 và Fe) rồi cho một lường CO (thiếu) qua hỗn hợp trên. Sau phản ứng thu được 30,2 gam chất rắn và 22 gam CO2. Tính m. d. Từ 1 Kg FeS2 nguyên chất, điều chế được bao nhiêu lít dung dịch H2SO4 10% (d = 1,7 g/ml). 2. Phát biểu nội dung định luật Avogadro. Áp dụng: a. Xác định thể tích của 2 gam khí hiđro ở điều kiện chuẩn. b. Tìm khối lượng của 0,56 lít H2; 3,36 lít Cl2; 6,72 lít SO2 ở điều kiện chuẩn. 3. Nêu quy tắc đương lượng gam của một chất trong phản ứng trao đổi, phản ứng oxi hoá khử. Ý nghĩa. 4. Phát biểu định luật đương lượng và nêu ứng dụng của nó trong tính toán thể tích. Cho ví dụ. 5. Xác định đương lượng của H3PO4 trong các phản ứng với KOH trong các trường hợp sau: H3PO4 + 1KOH → KH2PO4 + H2O H3PO4 + 2KOH → K2HPO4 + 2H2O H3PO4 + 3KOH → K3PO4 + 3H2O 6. Ý nghĩa các trị số của phương trình Clapeyron – Mendeleyer. Áp dụng: Tìm khối lượng khí butan chứa trong 1 bình kín dung tích 25 lít (p = 1,64 atm; t = 87oC). 7. Phát biểu nội dung “Áp suất riêng khí - định luật Dalton”. Áp dụng: Một bình kín dung tích không đổi chứa hỗn hợp cùng thể tích H2 và O2 ở 150oC, 1 atm. Đốt cháy hỗn hợp đưa bình về 150oC. Áp suất bình là bao nhiêu? 6