Hóa học đại cương

LỜI NÓI ĐẦU

Chương trình Hoá học đại cương dành cho sinh viên các ngành kĩ thuật có 2 tín chỉ (30 tiết) gồm cả lí thuyết và thực hành. Để phục vụ cho việc dạy, học học phần Hoá học đại cương chúng tôi biên soạn tập bài giảng Hoá học đại cương, nội dung cuốn sách gồm 2 phần:

Phần 1. Lý thuyết hóa học đại cương

Chương 1 : Cấu tạo nguyên tử và hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học Chương 2 : Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử

Chương 3 : Nhiệt động hoá học

Chương 4 : Tốc độ phản ứng hoá học. Cân bằng hoá học Chương 5 : Dung dịch

Chương 6 : Điện hoá học

Chương 7 : Đại cương về các chất vô cơ

Phần 2. Thực hành hóa học đại cương

Bài 1. Bài mở đầu

Bài 2. Cân bằng hóa học-Tốc độ phản ứng hóa học Bài 3. Dung dịch

Bài 4. Điện hóa học

Bài 5. Tính chất một số chất vô cơ

Trong mỗi chương có các bài tập lí thuyết, cuối mỗi chương có bài tập và kèm theo đáp số.

Tác giả chân thành cảm ơn các bạn đồng nghiệp đã đóng góp ý kiến cho nội dung tập bài giảng.

Tác giả mong nhận được ý kiến đóng góp về nội dung, hình thức của tập bài giảng để lần tái bản sau thêm hoàn thiện hơn.

MỤC LỤC

Lời nói đầu 1

PHẦN 1. LÝ THUYẾT HÓA HỌC ĐẠI CƯƠNG

Chương 1. C ấu tạo nguyên tử và hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học

1.1. Thành phần cấu tạo nguyên tử. Kích thước khối lượng nguyên tử 8

1.1.1. Thành phần cấu tạo nguyên tử 8

1.1.2. Kích thước, khối lượng nguyên tử 9

1.2. Cấu tạo nguyên tử 9

1.2.1. Cấu tạo nguyên tử theo quan điểm của cơ học cổ điển. 9

1.2.2. Cấu tạo nguyên tử theo quan điểm của cơ học lượng tử 11

1.3. Bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học. 19

1.3.1. Cấu tạo của bảng hệ thống tuần hoàn. 19

1.3.2. Sự biến đổi tuần hoàn trong cấu trúc vỏ electron của nguyên tử của các nguyên tố. 27

1.3.3. Những tính chất biến đổi tuần hoàn của các nguyên tử 29

Câu hỏi và bài tập. 33

Chương 2. Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử

2.1. Những đặc trưng cơ bản của liên kết hoá học. 37

2.1.1. Năng lượng liên kết. 37

2.1.2. Độ dài liên kết. 37

2.1.3. Góc liên kết. 37

2.1.4. Độ bội liên kết. 38

2.2. Liên kết ion. 38

2.3. Liên kết cộng hoá trị. 39

2.3.1. Liên kết cộng hoá trị theo thuyết kinh điển. 39

2.3.2. Liên kết cộng hoá trị theo thuyết VB. 40

2.3.3. Thuyết lai hoá 44

2.3.4. Liên kết cộng hóa trị theo thuyết MO 47

2.4. Phân tử không phân cực và phân tử phân cực. 54

2.4.1. Phân tử không phân cực 54

2.4.2. phân tử phân cực 54

2.4.3. Mô men lưỡng cực của phân tử 55

2.5. Các liên kết khác. 56

2.5.1. Liên kết hiđro. 56

2.5.2. Liên kết cho - nhận. 57

2.5.3. Tương tác VandeVan. 58

2.6. Liên kết hoá học trong tinh thể. 59

2.6.1. Khái niệm tinh thể 59

2.6.2. Phân loại các tinh thể 60

Câu hỏi và bài tập. 61

Chương 3. Nhiệt động hoá học

3.1. Một số khái niệm 66

3.1.1. Khí lí tưởng. 66

3.1.2. Hệ và môi trường 67

3.1.3. Quy ước dấu của năng lượng trao đổi giữa hệ và môi trường. 68

3.1.4. Thông số trạng thái. Hàm trạng thái. 68

3.1.5. Trạng thái cân bằng. 68

3.1.6. Công và nhiệt. 69

3.2. Nguyên lí thứ nhất của nhiệt động học 69

3.2.1. Nội năng. 69

3.2.2. Nội dung nguyên lí I 70

3.2.3. Nhiệt đẳng tích và nhiệt đẳng áp 70

3.2.4. Nhiệt phản ứng. 71

3.2.5. Các trạng thái chuẩn. 72

3.2.6. Định luật Hec và các hệ quả. 72

3.2.7. Sự phụ thuộc của nhiệt phản ứng vào nhiệt độ. 73

3.3. Nguyên lí thứ hai của nhiệt động học 74

3.3.1. Entropi. 74

3.3.2. Nguyên lí thứ hai của nhiệt động học. 76

3.3.3. Sự biến thiên entropi trong một số quá trình 76

3.4. Nguyên lí thứ ba của nhiệt động học. 78

3.5. Thế đẳng áp- đẳng nhiệt G 79

3.5.1. Tác động của các yếu tố entanpi H và entropi S lên chiều hướng diễn biến của các quá trình hóa học. 79

3.5.2. Thế đẳng áp G 79

3.5.3. Thế đẳng áp tạo thành chuẩn 80

3.5.4. Chiều hướng của phản ứng hoá học. 81

3.5.5. Sự biến thiên thế đẳng áp của phản ứng hoá học. 82

Câu hỏi và bài tập 83

Chương 4. Tốc độ phản ứng hoá học và cân bằng hoá học

4.1. Tốc độ phản ứng hoá học 89

4.1.1. Khái niệm phản ứng đồng thể và dị thể 89

4.1.2. Tốc độ phản ứng 89

4.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng 90

4.1.4. Phân loại phản ứng hoá học 96

4.1.5. Cơ chế phản ứng 97

4.2. Cân bằng hoá học 98

4.2.1. Một số khái niệm 98

4.2.2. Cân bằng hoá học 99

4.2.3. Những yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hoá học. 102

Câu hỏi và bài tập 106

Chương 5. Dung dịch

5.1. Một số khái niệm và định nghĩa 111

5.1.1. Hệ phân tán 111

5.1.2. Khái niệm về dung dịch 112

5.2. Nồng độ dung dịch 112

5.2.1. Nồng độ phần trăm 112

5.2.2. Nồng độ mol 113

5.2.3. Nồng độ molan 113

5.2.4. Nồng độ phần mol 114

5.3. Tính chất của các dung dịch loãng chất tan không điện li và không bay hơi 115

5.3.1. Định luật Raun 1 115

5.3.2. Định luật Raun 2 116

5.3.3. Áp suất thẩm thấu 117

5.3.4. Xác định phân tử khối của chất tan 119

5.4. Dung dịch chất điện li 120

5.4.1. Tính chất bất thường của các dung dịch axit, bazơ và muối 120

5.4.2. Một số định nghĩa và khái niệm 121

5.4.3. Sự điện li của nước. Khái niệm về pH 124

5.4.4. Thuyết axit - bazơ 125

5.4.5. Hằng số điện li axit và hằng số điện li bazơ 126

5.4.6. Tính pH của các dung dịch 128

5.4.7. Dung dịch đệm 129

5.4.8. Sự thuỷ phân của muối 131

5.4.9. Chất chỉ thị màu axit – bazơ 133

5.4.10. Cân bằng trong dung dịch của chất điện li ít tan. Tích số tan 134

5.5. Dung dịch keo 136

5.5.1. Những tính chất cơ bản của dung dịch keo 136

5.5.2. Cấu tạo của hạt keo 137

5.5.3. Vai trò của các dung dịch keo 138

Câu hỏi và bài tập 139

Chương 6. Điện hoá học

6.1. Phản ứng oxi hoá - khử 144

6.1.1. Một số khái niệm 144

6.1.2. Cân bằng phương trình phản ứng oxi hoá - khử 146

6.2. Nguyên tắc biến hoá năng thành điện năng 148

6.3. Thế điện cực 149

6.3.1. Các loại điện cực-thế điện cực 149

6.3.2. Thế điện cực chuẩn 152

6.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến thế khử của một cặp oxi hóa khử 152

6.4. Chiều và hằng số cân bằng của các phản ứng oxi hoá khử 153

6.4.1. Chiều phản ứng 153

6.4.2. Hằng số cân bằng của phản ứng oxi hoá-khử 154

6.5. Pin và ăc quy 155

6.5.1. Khái niệm 155

6.5.2. Suất điện động của pin điện hóa 155

6.5.3. Giới thiệu một số loại pin và acquy 157

6.6. Điện phân 164

6.6.1. Định nghĩa 164

6.6.2. Điện phân các chất nguyên chất nóng chảy 164

6.6.3. Điện phân dung dịch chất điện li trong nước 165

6.6.4. Định luật điện phân 167

6.7. Sự ăn mòn kim loại và hợp kim 168

6.7.1. Khái niệm về sự ăn mòn kim loại 168

6.7.2. Các phương pháp chống ăn mòn kim loại 169

Câu hỏi và bài tập 170

Chương 7. Đại cương về các chất vô cơ

7.1. Kim loại và phi kim 175

7.1.1. Kim loại 175

7.1.2. Phi kim 177

7.2. Một vài nét về các bộ nguyên tố 179

7.2.1. Các nguyên tố bộ s 179

7.2.2. Các nguyên tố bộ p 181

7.2.3. Các nguyên tố bộ d 185

7.3. Khái niệm về phức chất 188

Câu hỏi và bài tập 190

PHẦN 2. THỰC HÀNH HÓA HỌC ĐẠI CƯƠNG

Bài 1. Bài mở đầu 193

Bài 2. Cân bằng hóa học-Tốc độ phản ứng hóa học 203

Bài 3. Dung dịch 207

Bài 4. Điện hóa học 209

Bài 5. Tính chất một số chất vô cơ 212

PHỤ LỤC

Phụ lục 1. Tích số tan một số chất ở 298K 215

Phụ lục 2. Hằng số phân li một số bazơ yếu ở đkc 217

Phụ lục 3. Hằng số phân li một số axit ở đkc 218

Phụ lục 4. Giá trị thế nhiệt động của một số chất ở 298K 219

Phụ lục 5. Thế oxi hóa-Khử tiêu chuẩn ở 298K ở một số chất 225

Tài liệu tham khảo 226

PHẦN 1. LÍ THUYẾT HÓA HỌC ĐẠI CƯƠNG

CHƯƠNG 1. CẤU TẠO NGUYÊN TỬ VÀ

HỆ THỐNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HOÁ HỌC

1.1. Thành phần cấu tạo của nguyên tử. Kích thước, khối lượng nguyên tử

1.1.1. Thành phần cấu tạo của nguyên tử

Ngày nay, người ta đã biết rằng nguyên tử gồm có hạt nhân mang điện tích dương và lớp vỏ mang điện tích âm.

a. Lớp vỏ

Lớp vỏ nguyên tử gồm các hạt mang điện âm gọi là electron (hay điện tử)

Điện tích của các hạt electron đều bằng nhau và bằng -1,602.10-19C. Đây là điện tích nhỏ nhất vì vậy được gọi là điện tích nguyên tố.

b. Hạt nhân

Hạt nhân nguyên tử gồm các hạt proton và nơtron.

Proton có điện tích đúng bằng điện tích của electron nhưng ngược dấu. Để thuận tiện người ta quy ước lấy điện tích nguyên tố làm đơn vị, khi đó điện tích của electron là 1- và điện tích của proton là 1+.

Nơtron không mang điện, có khối lượng xấp xỉ bằng khối lượng của proton.

Khối lượng, điện tích, kí hiệu của electron, proton, nơtron ghi ở bảng 1.1

Bảng 1.1. Khối lượng, điện tích của các hạt electron, proton, nơtron

Tên

Kí hiệu

Khối lượng

Điện tích

Electron

m =9,1095.10-31kg

me 0,549.10-3đvC

1, 602.1019 C

Proton

m =1,6726.10-27kg

mp 1đvC

1, 602.1019 C

Nơtron

m =1,6750.10-27kg

mn 1đvC