Tài liệu Bài tập hóa học đại cương

www.DaiHocThuDauMot.edu.vn WWW.DAYKEMQUYNHON.COM LÂM NG C THI M (Ch biên) TR N HI P H BÀI T P m HÓA H C ð I CƯƠN H m H óa h c lý th u y (In l n th t c ơ s ) II) f ?Ríf NGSAíBpCG VHMƠN I TRuHGs T M ĨH Ô ^S T « n ì t ij\ ¡PH H C ? r ì O P Ì IPH ÒÒ H C?CCr O T T PÌ HHHHì Ì Ũ Z ÊMl Z lM 4 ~ NHÀ XU T B N Đ I H C QU .C GIA HÀ N I WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON www.DaiHocThuDauMot.edu.vn WWW.DAYKEMQUYNHON.COM WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON www.DaiHocThuDauMot.edu.vn WWW.DAYKEMQUYNHON.COM L i N ó i ð U Thông thư ng gi a lý thuy t và bài tâppj c a m t môn h c bao gi cũng ñư c g n k t ch t ch v i nhau. ð làm ñư c các d ng bài t p ngư i h c ph i hi u k ý thuy t và bi t cách v n d ng nó vào t ng trư ng h p c th , k c các phép chuy n ñ i ñơn v tính l n th thu t gi i toán. Cu n B à i tâ p hóa h c ñ a i cư ơng (H óa hoc lý th u y t cơ s ) nh m ñáp ng c c yêu c u này. Sách g m 17 chương g m h u h t các v n ñ lý thuy t cơ s c a hóa h c và ñư c trình bày dư i d ng bài t p. ơ m i chương chúng tôi i phân làm 3 ph n nh : A. Tóm t t lý thuy t B. Bài t p có l i gi i c. Bài t p chưa có l i gi i Trong chương cu i cùng c a sách ch ng tôi trích d n m t s ñ thi tuy n sinh và ñáp án c a môn h c này nh m giúp cho b n ñ c ñ hình dung v m t ñ thi t ng h p và cách gi i quy t nó. 3 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON www.DaiHocThuDauMot.edu.vn WWW.DAYKEMQUYNHON.COM N i dung cu n bài t p ñư c biên so n theo ñúng chương trình chu n ñã ñư c h i ñ ng chuyên ngành ð i h c Qu c gm Hà N i thông qua. Các tác gi và N hà xu t b n r t mong nh n ñư c nh ng ý ki n ñóng góp c a ñ c gi ñ l n xu t b n sau ñư c hoàn thi n hơn. Các tác g i 4 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON www.DaiHocThuDauMot.edu.vn WWW.DAYKEMQUYNHON.COM M CL C Trang Khái ni m v th nguyên, ñơn v ......................... 7 M t sô'khái ni m chung........... :.................... 13 Chương I. Chương L ^ Nguyên lý I c a nhi t ñ ngl ch c. Nhi t hóa h c.-Tí......................................................... 25 Chương II. ^ Nguyên lý II c a Chương IV. 't Cân b ng hóa h c.-v........................................... 59 Chương V. y Dung d ch....................................................... 83 Chương VI. nhi t ñ ng l c h X-... 45 J ð ng hóa h c.................................................... 119 Chương VII. V^ði n hóa h c.-y................ ............ ................... 139 y* Chương VIII. H t nhân nguyên t ....................................... 161 Chương IX. Câu t o nguyên t theo quan ñi m cơ h c lư ng t ............................................................. 171 Chương X. Nguyên t hidro............................................. 179 Chương XI. Nguyên t nhi u ChươngXII. electron......................... 193 H th ng tu n hoàn các nguyên tô'hóa h c.. 203 ' Chương XZ7JÀ/các khái ni m chung v liên k t thuy t VB. 215 Chương X iv ^ y Thuy t MO v liên k t................................ 240 5 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON www.DaiHocThuDauMot.edu.vn WWW.DAYKEMQUYNHON.COM Chương XV. ì Liên k t gi a các phân t và trong ph c ch t....................................... ............................ 263 Chương XVI. Liên k t hóa h c trong tinh th ...................... 279 Chương XVII. M t s ñ thi và hư ng ñ n gi i môn hóa h c lý thuy t..................................................... 297 Ph ¿ c 370 6 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON www.DaiHocThuDauMot.edu.vn WWW.DAYKEMQUYNHON.COM KHÁI NI M VÊ TH NGUYÊN, Đ N V I. T h n g u y ên . Các ñ i lư ng (v t lý) c n ño thư ng ñư c vi t dư i d ng m t bi u th c toán h c và ñư c bi u di n b ng m t phương trình th nguyên.-Phương trình th nguyên có th xem như m t bi u th c toán và ñư c bi u di n b ng các ñ i lư ng cơ s dư i d ng m t tích sô' T t c các th nguyên c a nh ng ñ i lư ng c n ño trong co' h c ñ u xu t phát t 3 ñ i lư ng cơ s là: Chi u dài: L; kh i lư ng: M; th i gian: T. Các ñ i lư ng này l p thành h Li.M.T. 1 f _ ño n ñưòng L ! J Ví d th nguyên cua t c ñ [v] = — v ~ — = — = L. I . th i gian T Th nguyên c a L t c [a] = th i gian Th nguyên c a l c [F] = kh i lư ng X T gia t c = M.L.T “2 Th nguyên c a công (năng lư ng) [A] = l c = M.L.T' 2 XL X ño n ñư ng = M.I T "2 Như v y th nguyên không ch rõ các ñ i lư ng c n ño m t ñơn v c th nào. M t ñ i lư ng c n xác ñ nh mà ñó các th nguyên c a chúng ñ u b tri t tiêu s d n t i ñ i lư ng ñó không th nguyên II. ð ơn v . Khi ngưòi ta ti n hành ño m t; ñ i lư ng nào ñó WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON www.DaiHocThuDauMot.edu.vn WWW.DAYKEMQUYNHON.COM t c là muôn so sánh ñ i lư ng ñó v i ñ i lư ng cùng lo i l y làm chu n ñ so sánh .g i là ñơn v ño . Các ñơn v ño ñư c xác ñ nh b i m u chu n lưu gi t i vi n cân ño qu c t . Ví d mét là ñơn v ño chi u dài. ð giá tr b d : mét, ðã có m giây); h l n c a m t ñ i lư ng v t lý c th mà theo qui ư c l y ng s là 1 ñư c g i là ñơn v c a ñ i lư ng v t lý ñó. Ví kilogam. T p h p các ñơn v làm thanh m t h ñơn v . t sô" h ñơn v thông d ng như: h ĨVĨKS (mét, kilogam, CGS (xăngtimét,'gam, giây)... / Trong th c t , do thói quen, t ng ñ a phương, ung vùng 'iãnh thô, ngay c t ng qu c gia ngư i ta s d ng nh ng ñơn v r t khác nhau cho cùng m t ñ i lư ng ño. Ví d ñơn v chung cho chi u dài là ĩĩi t, song ngư i Anh l í dùng Insơ (Inch), phút (foot), trong khi ñó ngư i Vi t l i dùng trư ng, gang. t c... Rõ ràng cách dùng này ñã gây khó khăn trong giao lưu quôc t . Vì v y c n có m t ñơn v qu c t chun£. III. H ñơn v SI. Nh n th y s b t l i v vi c s d ng h ñ n v tùy ti n nên vào tháng 10-1960 t i H i ngh l n th XI v cân ño qu c t h p Paris, các nhà khoa h c ñã ñi ñ n th ng nh t c n xây d ng m t h thông ñơn v chung quôc t . ðó là ñơn v SI (Vi t t t t ch Pháp - Système International) Dư i ñây chúng tôi lư c ghi m t sô ch d n quan tr ng nh t thu c h SI có liên quan ñ n vi c s d ng cho các bài t p hóa ñ i cương. WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON www.DaiHocThuDauMot.edu.vn 1 WWW.DAYKEMQUYNHON.COM III.l. H ñơn v cơ s 7 ñơn v chính thu c h SI ðơn v Tên ñ i lư ng N° Ký hi u Ti ng Vi t Ti ng Anh 1 Chi u dài met metre m 2 Th i gian giây second s 3 Kh i lư ng kilôgam kilogram 4 Lư ng châ't moì mol kg mo 5 Nhi t ñ ken vin Kelvin K 6 Cư ng ñ dòng ñi n Ampe Ampere A 7 Cư ng ñ ánh sáng n n Cándela cd I L2. M t sô" ñơn v SI d n xu t hay dù n g T 7 ñơn v cơ s nêu trên ng òi ta còn có th ñ nh nghĩa m t sô' ñơn v d n xu t thư ng dung trong h SI. Ví d : - ðơn v l c. ðó chính là l c tác d ng lên m t v t có kh i lư ng lkg gây ra m t gia t c b ng lm /s2. ðơn v d n xu t thu ñư c ñây g i là Newton (N) IN = lkg.m.s "2 - ðơn v áp su t. Trong ñơn v SI, áp suai à Pascal -(Pa). Áp su t thu ñư c là do c tác d ng lên lP a = l c/di n tích = m 1 ñơn v di n tích. = kg ms"2 /m 2 = kgm- 1s - 2 Dư i ñây là m t s ñơn v d n xu t hay dùng N° Tên ñ i lư ng 1 L c 2 Áp su t ðơn v Ti ng ■Ti ng Viêt Anh Niutơn Newton Patean Pascal Ký hi u Theo ñ nh nghĩa N Pâ kgm "2 kgm ^s^N /m 2) 9 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON www.DaiHocThuDauMot.edu.vn WWW.DAYKEMQUYNHON.COM Joule Jun 3 Năng lư ng Watt Oát 4 Công su t Culông Coulomb 5 ði n tích Volt Vôn ði n th 6 Hertz Héc 7 T ns J kgmV" kgm"s_1(i /s) ' As _J/As(j /s) s' 1 w c V Hz IĨI.3. M t s ñơn v khác hay s d ng c n chuy n v h SI Hi n'nay, bên c nh h SI là ñơn v chính th c, trong hóa h c ngư i ta còn dùng m t sô" ñơn v khác không thu c h Sĩ g i là ñơn v phi SI. ð d dàng trong quá trình gi i các bài t p hóa ñ i cương chúng tôi ghi l i b ng dư i ñây m t sô" ñơn v ngoài h th ng cùng các h sô' chuy n ñ i v h SI. Nü 1 Tên ñai lư ng v t lý Chi u ñài 2 3 Th tích Nhi t ñ 4 Th i gian 5 áp su t 6 Năng lư ng 7 ði n tích 8 9 ðơn vi Ti ng Vi t Ti ng Anh micromét micrometre n nomét nanometre Angstr m Angstrom lít tu bách phân Phút, gi átm tphe bar tor miiimét th y ngân ec calo oát gi electronvôn ðơn v tĩnh ñi n litre Celsius Ký hi u nm nm 0 Theo ñ nh nghĩa I ũc 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, 13.10bPa 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 lư ng c c ð bai Debye ^ 2,9979 10_19c dyn 10'S N D ^ 10_29C m 2,9979 10 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON www.DaiHocThuDauMot.edu.vn WWW.DAYKEMQUYNHON.COM III.4. Quan h gi a th N° ð i lư ng nguyên và m t s ñơn v thư ng dùng Phương trình Th nguyên xác ñ nh ðơn v 2 cm 2 m3 cra3 cm s ' 1 1 Di n tích s = /2 2 Th tích 3 V nt c LT *1 m s' 1 4 Gia t c l V= — ' t V a =— t LT' 2 ms 5 L c F = ma MLT' 2 kg m s 6 Áp su t F p =- M L'lT "2 7 Khôi lư ng riêng Công (năng lư ng) D=— V Mư* A = FZ ML2T*'2 kg m 2 s' 2 g cm 2 s ' 2 N=— t m l 2t 1 m‘ s* g cm li s -3 kg 2 3 8 C ng su t 9 10 T n sô' 1 .-2 s f =ì T L2 CGS c o II > SI T 1 m -3 .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 b • c b i, b « c ư c so v i ñơn v • cơ s Khi s d ng h SI ngư i ta thư ng l y các b c gi n ư c là ñơn v b c b i lOn hay ñơn v b c ư c 1 0 "n v i n là s nguyên. B ng dư i ñây ghi l i cách dùng này. Ti p ng ñ u Kí hi u qu c t B cư c Deei d 1 0 '1 Ti p ng ñ u Kí hi u qu c t B cb i Deca da 101 11 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON www.DaiHocThuDauMot.edu.vn 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.DaiHocThuDauMot.edu.vn WWW.DAYKEMQUYNHON.COM Ch ng I M T S KHÁI NI M CHUNG A. TÓM T T LÝ THUY T 1. Theo Rutherford (1911) thì nguyên t ñư c c u thành b i h t nhân g m pr ton p, và nơtron (n); l p v g m các electron quay quanh h t nhân. V y ngu ên t g m: - H t nhân v i sô" proton là z, ñi n tích q=l,6.10'19c và N là nơtron. Hai ñ i lư ng này ñư c liên h v i nhau b ng sô' kh i A theo h th c A = N + z - L p v electron có ñi n tích ñúng b ng ñi n tích proton nhưng ngư c d u và khôi lư ng electron ch b ng 1/1836 kh lư ng proton, nghĩa là khôi lư ng t p trung 2 h t nhân. . ðôl v i nguyên t , ngư i ta ít dùng ñơn v kg mà dùng ñơn v kh i lư ng nguyên t (u). ðơn v này ñư c ñ nh 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.DaiHocThuDauMot.edu.vn WWW.DAYKEMQUYNHON.COM 3. Mol là lư ng ch t ch a cùng m t s ’ ph n t c u trúc như 1 mol nguyên t H} 1 mol phân t H2, 1 mol ion H+... T ñó suy ra: Sô" ph n t c u trúc có trong s " Avogañro: NA= 6,022.10 1 mol c a ch t chính à h ng 4. Quan h gi a kh i lư ng tương ñ i (kltñ) và khô"! lư ng tuy t ñ i (KLTð): KLTð = k tñ: Na Xác ñ nh kh i lư ng phân t theo t kh i c a ch t khí. M a 5. T kh i d c a khí A ñ ì v i khí B là d = —— Mb Ma, Mb - kh i lư ng phân t c a A, B. _ Khí B là không khí thì d = 6 Ma 29 \ . Xác ñ nh kh i lư ng phân t theo th tích moi. Công th c Boyle Mariotte: PV PnVn — T T0 p, V, T - áp su t, th tích, nhi t ñ ñi u ki n thí nghi m. P0, v 0, T0 - ng v i ñi u ki n tiêu chu n: 760mmHg; 22,4 ; 273K 7. Phương trình tr ng thái c a ch t khí lý tư ng PV = nRT = — RT M n - sô' mol khí; m- kh i lư ng khi tính b ng gam (g); M - kh i lư ng c a m t moi khí. 14 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON www.DaiHocThuDauMot.edu.vn WWW.DAYKEMQUYNHON.COM hoăc p = — RT = — RT VM M d - kh i lư ng riêng c a khí. . N u có m t h n h p khí lý tư ng nhi t ñ T có th tích V thì íp su t toàn ph n PT c a h ñư c xác ñ nh theo ñ nh lu t Dalton 8 PT = X p, hay i PT =^Z n. V P; - Áp su t riêng c a khí th i ĩi - S ^ mol khí i trong h n h p B- BÀI T P CÓ L I GI I 1.1. Hãy ñi n các sô" li u c n thi t b ng sau ñâv: Kí hi u nguyên t Sô" khôi Sô" ñi n tích h t nhân Sô" p ro ton Sô" electron s<) nơtron l57N 15 7 1880 “ 19 nh ng ô tr ng trong T7, 9* - - - - 23 - - - 11 - - - - 7 - - - - - - 14 v 14 14 BÀI GI I Kí hi u nguyên tô" Sô" kh i 157n 15 S ñi n tích h t nhân Sô" p ro ton 7 7 S ’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 www.DaiHocThuDauMot.edu.vn 1.2. 1) Trong m t thí nghi m ñi n phân ngưòi ta thu ñư c 27g nư c. H i: , a) Có bao nhiêu mol H 20? b) Có bao nhiêu nguyên t hiñro? 2) Bi t r ng kh i lư ng nguyên t tương ñ i c a oxi là 15,99944. Tính khôi lư ng nguyên t tuy t ñ i c a nguyên t này. Cho NA= 6,022.lO ^ m o r1. BÀI GI I 1) m = M.n suy ra n = — =— = l.õmol H.;0 M 18 V y s ’ phân t H20 là: 1,5.6,022.1023 = 9,0345.10~3 phân t . Trong m t phân t H O thì nguvên t H = 2 X s phân t H 3 0. V y sô" nguyên t H là: 9,0345.1023.2 = 18,069.1023 nguyên t . 2) Kh i lư ng nguyên t tuy t ñ i c a oxi ñư c tính: _____ m(KLTð) = - 1 5 99944 ’ - 1 = 26,564.10 6,022 .1023 g. 1.3. Trong nhi u phép tính ngư i ta thưòng s d ng h ng sô" khí R. Hãy xác ñ nh h ng s ñó các h ñơn v kháe nhau. a) Trong h ñơn v SI. b) Theo ñơn v cal.K^.mol’1. c) Theo ñơn v a tm i.K ' 1 .moi'1. 16 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON www.DaiHocThuDauMot.edu.vn I WWW.DAYKEMQUYNHON.COM BÀI GI I Áp d ng phương trình tr ng thái cho m t mol ch t khí lý tư ng PV = RT. ñi u ki n tiêu chu n T0 = 273.15K; p 0 = latm = 1,013.105 N /nr (Pa); v 0 = 22,4/ = 2 2 ,4 . IC tV . Theo ñơn v SI: 1 J - iN.m, v y: R = b) Do Ical = 4,184J nên giá tr R là: R= c) R = 273,15 i = 1,987 cal.K‘‘.m o r’ 4,184 = 0,082 atm i.K ^.m ol ”1 \ 1.4. M t nguyên t X có bán kính là 1,44A°, khôi lư ng riêng th c tinh th là 19,36g/cm3. Nguyên t này ch chi m 74% th tích c a tinh th , ph n còn l i là r ng. Hãy: a) Xác ñ nh kh i lư ng riêng trung bình c a toàn nguyên t r i suy ra kh i lư ng moi nguyên t . b) Bi t nguyên t X có 1 1 8 nơtron và khôi lư ng mol nguyên t b ng t ng s * kh i lư ng proton và nơtron. Tính sô" proton. BÀĨ GI I a) Kh i lư ng riêng trung bin! WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.COM www.DaiHocThuDauMot.edu.vn y 7— J J = 100 ,'_100.19,36 = 26;16g/cm3 . d =—4 d => d - — -d = ----- — 1 _ ■ — 100 74 74 M t khác: m = v.d = —7cr3.d 3 m = —.3,14(1,44.10*8)3.26,16 = 32,704.10'23g 3 V y khôi lư ng c a m l nguyên t là: M = N.m =. 6,022.1023.32,704.10’2:í = 196,976g/raol hay M ~ l97g/mol. b) Theo ñ u bài ta có th vi t: M = mp + mn = mp + 118 = 197 T bi u th c này ta suy ra s h t/proton c n tìm: mp = 79. 1.5. 1) Trong sô" các h t nhân nguyên t c a nguyên tô" thì chì (^?7Pb) có t sô" N/Z là c c ñ i và heli ( H e ) có N/Z là c c ti u. Hãy thi t l p t sô" N/Z cho các nguyên t v i 2 < z< 82. 2) M t nguyên t X có t ng sô" các h t là 58, sô" kh i c a nó nh hdn 40. Hãy xác ñ nh s proton, sô' electron và s nơtron c a nguyên t ñó. BÀI GI I Theo h th c A = z + N ta có th suy ra N = A - z. V y: 1) T s ' — c a chì (l? 7 P b ) là: zt N = 207-82 _ , con = S - 2 p -H s — - —-----suyra A r = S - 2P z p s o s -— 16,459 < p < 19,333 và 2p + n = 58 3 D a vào hai phương trình này ta l p b ng ñ bi n lu n: p 17 18 19 n 24 22 20 A 41 40 39 K t lu n Lo i Lo i ðúng 1.6. Trong m t thí nghi m quang h p, khí oxi sinh ra, ñư c thu qua nư c. Th tích khí thu ñư c ñi u ki n 22°c và dưói áp su t khí quy n 758mmHg là 186ml. Tính kh i lư ng oxi bi t r ng áp su t hơi nư c 22°c là 19,8mmHg. WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON www.DaiHocThuDauMot.edu.vn WWW.DAYKEMQUYNHON.COM BÀI GI I Trư c h t hãy tính áp su t riêng c a oxi. Vì áp su t chung b ng t ng áp su t riêng c a t ng ch t, nên p0a =PT - P H , 0 = 758 - 19,8 = 738,2 mmHg = 0,971 atm Khôl ư ng oxi ñư c tính t khí lý tư ng: phương trình tr ng thái c a PV = — RT M ___PVM _ 0,971.0,186.32 m= — = ——— —-— = 0,239g. RT 0,082.(273 + 22) 1.7. 7 kg oxi ñư c ch a trong m t bình c u dưói áp su t 35 atm. Sau m t th i gian s d ng;, áp su t ño ñư c là 12atm. H i ñã có bao nhiêu kilôgam oxi ñã thoát ra. BÀI GI I H qu c a ñ nh lu t Boyle-Mariotte cho ta m i quan h gi a t tr ng c a khí và áp su t: dL=pL d2 p2 rii.v P d2.v p3 ñây V là th tích c a bình c u. Vì d. V = m ; m là khôi ư ng khí; nên M m2 =j j P2 Thay mx = 7kg; P = 35atm; p.; = trình trên ta ñư c 12 atm vào phương 20 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON