Bài giảng Hóa học đại cương (Bản hay)

CHƯƠNG I CẤU TẠO NGUYÊN TỬ I. Các cấu tử chánh: 1. Các hạt cơ bản: Nguyên tử Electron(e) -1 Nhân Proton(p) +1 1dvc Neutron(n) 0 1dvc me/mp = 1/1840  Kl(ng.t) = Kl(nhân) 2. Ký hiệu nguyên tử: Z: Bậc số ng.tử= ∑p trong nhân A= Số khối = ∑p + ∑n ∑p = 6 ∑n = 12 – 6 = 6 Nguyên tử ở trạng thái cơ bản trung hòa điện  ∑e = ∑p =6 XAZ C126 3. Ng.tử đồng vị: 1 protn. Có 0; 1; 2 neutron 6 proton. Có 6; 7; 8 neutron 17 proton. có 18; 19; 20 neutron Các ng.t đồng vị có cùng Z  ∑e bằng nhau  hóa tính giống nhau. H11 H 2 1 H 3 1 C126 C 13 6 Cl3517 Cl 37 17 Cùng Z, khác A 4. Nguyên tố – nguyên tử: *1 ng.tố x.định khi có 1 giá trị Z x.định. *Trong 1 ng.tố có thể gồm nhiều ng. tử đồng vị với thành phần xác định *1H gồm: 1H(99,985%) và 2H(0,015%) *17Cl gồm: 35Cl(75,4%) và 37Cl(24,6%) *6C gồm: 12C(98,982%) và 13C(1,108%) *Klnt (ng.tố) = Td: klnt(Cl) = 100 ).%(iAi∑ 453,35 100 6,24.374,75.35 = + II. Cấu tạo ng.tử theo thuyết cơ lượng tử. e di chuyển trên các orbital ng.tử (AO) * Về ph.d vật lý: AO:vùng k.g quanh nhân trên đó x.s tìm thấy e cực đại từ 90→99% *Về ph.d toán học: AO được biểu diễn bởi hàm số Ѱn,l,m :nghiệm của p.t Schrodinger ∂2 Ѱ ∂2 Ѱ ∂2 Ѱ 8π2m ── + ── + ── + ─── (E – V) Ѱ = 0 ∂x2 ∂y2 ∂z2 h2 Giải p.t này các cặp nghiệm E; Ѱ 1. Hệ 1 electron: 1H : nhân 1+ và 1e di chuyển quanh nhân 2He→2He++e : nhân 2+ và 1e quanh nhân 3Li →3Li2++2e: nhân 3+và 1e quanh nhân  Hệ 1e Nhân có Z+ và 1(e) quanh nhân Giải p.t Schrodinger áp dụng cho hệ 1(e) Các hàm Ѱn,l,m biểu diễn các AO,và En AO có dạng x.định khi hàm Ѱn,l,m x.định. Ѱn,l,m xác định khi các số lượng tử n,l,m có giá trị xác định a. Các số lượng tử: α. Số l.tử chánh n: lớp mà e di chuyển trên đó, và kích thước của AO.. n = 1 2 3 4 5 6 7..∞ Lớp K L M N O P Q En< 0 và En ↑ khi n↑ n↑kích thước AO↑ Td: 1H: n=1 n=2 eVE 6,13 1 1.6,13 2 1 −=   −= eVE 4,3 2 1.6,13 2 2 −=   −= eV n ZEn 2 .6,13    −= 2He+(Z=2): ZXn+ : n = ∞ eVE 4,54 1 26,13 2 1 −=   −= eVE 6,13 2 26,13 2 2 −=   −= n =1=> n =2=> eVE 05,6 3 26,13 2 3 −=   −=n =3=> eVZE 06,13 2 =   ∞ −=⇒ ∞ β. Số lượng tử phụ l: Với1giá trị n l có n trị số: 0;1;2; 3; 4; 5;; n-1. Slt phụ l: hình dạng của AO và phân lớp có trong 1 lớp thứ n của nguyên tử. l 0 1 2 3 4 5 6 7. Ph.l s p d f g h i j.. γ. Số lượng tử từ m (ml): Với 1 giá trị của l  m có (2l+1) trị số: m = -l; -(l-1); -(l-2); ..; 0; 1; 2; ..; +l Số lượng tử từ m cho biết sự định hướng của AO trong không gian n l m Ѱn,l,m (nl) AO 1 0 0 Ѱ1,0,0 1s 1s lớp K(n=1) có1 phân lớp(1s) và chỉ có 1AO(1s) n l m Ѱn,l,m (nl) AO 2 0 1 0 Ѱ2,0,0 2s 2s -1 0 +1 Ѱ2,1,-1 Ѱ2,1,0 Ѱ2,1,+1 2p 2px 2py 2pz lớp L(n=2) có 2 phân lớp: 2s có 1 AO (2s) và 2p có 3 AO ( 2px; 2py; 2pz ) n l m Ѱn,l,m nl AO 3 0 1 2 0 Ѱ3,0,0 3s 3s -1 0 +1 Ѱ3,1,-1 Ѱ3,1,0 Ѱ3,1,+1 3p 3px 3py 3pz-2 -1 0 +1 +2 Ѱ3,2,-2 Ѱ3,2,-1 Ѱ3,2,0 Ѱ3,2,+1 Ѱ3,2,+2 3d 3dxy 3dyz 3dz2 3dxz 3dx2 – y2  lớp M(n=3) có 3 phân lớp: 3s (1AO); 3p(3AO) ; 3d(5AO) n = 4 l= 0;1;2;3có 4 phân lớp: 4s;4p;4d;4f Phân lớp 4f (l=3) =>m có (2.3+1)=7 giá trị 7AO Lớp thứ n có n phân lớp: ns;np;nd;nf; δ. Số lượng tử spin ms Trạng thái chuyển động của elctron còn được biểu diễn bởi một slt thứ tư là ms: khi di chuyển quanh nhân electron có thể tự quay quanh trục đối xứng theo 2 chiều trái nhau( thuận và ngược chiều kim đồng hồ) Slt ms có 2 gjá trị : Trạng thái chuyển động của e được xác định bởi 4 số lượng tử: n,l,m,ms.Mỗi e trong 1 ng.tử đều có 4 slt n,l,m,ms xác định. 2 1 −=sm 2 1 +=smvà b. Ghi chú: *trong hệ 1(e) Các ph.l ϵ 1 lớp có En bằng nhau *e có thể di.ch ở bất kỳ lớp nào từ n=1→∞ *Khi e di chuyển ở lớp nàoEn của lớp đó *Ở tr.th cơ bản: Hệ có E nhỏ nhấte Є n=1 *e từ n=1→n=2 ∆E1→2=E2–E1>0 *e từ n=2→n=1∆E2→1=E1-E2<0 *e từ Enthấp →EncaoHệ nhận năng lượng *e từ Encao →Enthấp Hệ phát năng lượng eV n ZEn 2 .6,13    −= 2. Hệ nhiều electron: Gồm các nguyên tố chứa từ 2e trở lên: * Các e đẩy lẫn nhaucác phân lớp trong cùng 1 lớp có E khác nhau * Các e di chuyển quanh nhân cũng trên các lớp và phân lớp tương tự trường hợp hệ 1e. * Trạng thái chuyển động của các e trong hệ nhiều e phải tuân theo các nguyên lý của cơ lượng tử. a. Các nguyên lý của cơ lượng tử: α. Nguyên lý ngoại trừ Pauly: Trong 1 ng.tử nhiều e, không có cặp e nào có 4 số lượng tử hoàn toàn giống nhau. * Số e tối đa trong 1AO: Các e di chuyển trên cùng 1AO(Ѱn,l,m) phải có 3 slt n,l,m giống nhau ms khác nhau Vì ms chỉ có 2 giá trị: - 1/2 và + 1/2 1AO chỉ có tối đa 2e với ms ngược chiều ms =+1/2 ms = -1/2 AO chứa 2e Còn ↑ ↓ ↑↓ ↑↑ * Số electron tối đa trong 1 phân lớp: Trong1ph.l thứ l: Có (2l+1) AOcó2(2l+1)e Ph.lớp s(l=0) tối đa 2(2.0+1)=2e s2 Ph.lớp p(l=1) tối đa 2(2.1+1) = 6e p6 Ph.lớp d(l=2)tối đa 2(2.2+1) = 10ed10 Ph.lớp f (l=3)tối đa 2(2.3+1) =14e f14 ns: s0 ; s1 ; s2 np: p0; p1 ; p2 ; p3 ; p4 ; p5 ; p6 nd: d0; d1; d2; d3; d4; d5; d6 ; d7 ; d8 ; d9 ; d10 nf:f0; f1; f2; f3; f4; f5; f6; f7; f8; f9; f10; f11; f12; f13; f14 * Số electron tối đa trong 1 lớp Trong lớp thứ n: Chứa tối đa (2.n2 )e n=1  tối đa 2.12= 2 e n=2  tối đa 2.22 = 8e n=3  tối đa 2.32 = 18 e n=4  tối đa 2.42 = 32 e n=5  tối đa 2.52 = 50 e n=6  tối đa 2.62 =72 e n=7  tối đa 2.72 = 98 e β. Nguyên lý vững bền Trong 1 nguyên tử nhiều electron,các electron di chuyển quanh nhân như thế nào để năng lượng của hệ là nhỏ nhất. * Các phân lớp nl: Có (n + l)↑ E↑ Td: 3s(3 + 0)< 3p(3 + 1)E3s < E3p * Trường hợp 2 ph.lớp có (n + l) bằng nhau: Phân lớp nào có n↑En ↑ Td: 3d(3 + 2) và 4p(4 + 1) E3d < E4p 4p(4 + 1) và 5s(5 + 0) E4p < E5s * Quy tắc Kleckowski: Trong 1 ng.tử nhiều e, các e lần lượt vào chiếm các ph.l có E nhỏ nhất trước(mỗi AO chỉ chứa tối đa 2e với spin ngược chiều).Khi nào ph.l có E nhỏ hơn đã bão hòa e,thì e tiếp theo mới vào chiếm ph.l có E cao hơn kế tiếp. Thứ tự tiến E của các ph.l được xác định bởi qui tắc KlecKowski. 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p Thứ tự tiến năng lượng của các phân lớp: Quy tắc Kleckowski: γ. Quy tắc Hund: Trường hợp ph.l có nhiều AO đồng năng: p.l: npx p.l: ndx e lần lượt vào chiếm các AO như thế nào để: ∑ms cực đại ∑m cực tiểu P1 P2 P3 P4 P5 p6 d1 d6 d2 d7 d3 d8 d4 d9 d5 d10 m = -1 0 +1 m = -2 -1 0 +1 +2 ↑ ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑↓ ↑ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ml -2 -1 0 +1 +2 ↑ ↑ ↑ ↑↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↑ ↑↑ ↑ ↑↓ ↓ ↓ δ. Ghi chú: * Các phân lớp p và d: Cấu hình bền nhất là cấu hình bão hòa và cấu hình bán bão hòa p.l p Bền là p6 và p3 p.l d Bền là d10 và d5 ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ b. Cấu hình electron: 1H(1s1): ↑ 2He(1s2) ↑↓ 3Li(1s22s1) ↑↓ ↑ 4Be(1s22s2) ↑↓ ↑↓ 5B(1s22s22p1) ↑↓ ↑↓ ↑ 6C(1s22s22p2) ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ 7N(1s22s22p3) ↑ ↑ ↑↑↓↑↓ 8O(1s22s22p4) ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ 9F(1s22s22p5) ↑↓ ↑↓ ↑↑↓ ↑↓ 10Ne(1s22s22p6) ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↓ Có thể viết cấu hình electron của các nguyên tố nếu biết Z 11Na (1s22s22p63s1) (KL 3s 1) 26Fe (KL3s 23p64s23d6)  29Cu (KL3s23p64s23d9)  Nhưng:cơ cấu d9 không bền bằng cơ cấu d10  Cu sẽ hiệu chỉnh thành cơ cấu 4s1 3d10 29Cu(KL3s23p64s13d10)  ↑ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ c. Hiệu ứng chắn và hiệu ứng xâm nhập: α.Trong ng.tử nhiều e, khi di chuyển ej bị các ei còn lại đẩy một lực đẩy tổng cộng là Sj e(j) bị nhân hút < tr.hợp ng.tử chỉ có 1e(j) Sj: hiệu ứng chắn của các ei tác dụng lên ej 1ei sẽ gây1hiệu ứng chắn σij lên ej(Sj =∑σij) * ej càng xa nhânSj ↑; ej càng gần nhânSj↓ * ei càng xa nhânσij↓:ei càng gần nhânσij↑ Trong cùng 1 lớp: s p d f σij ↓ β. Hiệu ứng xâm nhập: Các e khi di chuyển, do lực hút của nhân tác dụng lêntạo nên hiệu ứng xâm nhập (e xâm nhập vào gần nhân hơn)  e tạo hiệu ứng chắn σ mạnh hơn Trong cùng 1 lớp s p d f h.ứ xâm nhập ↓ III. Bảng phân loại tuần hoàn. 1. Vị trí của các nguyên tố trong bảng phân loại tuần hoàn. Là xác định chu kỳ và phân nhóm của ng.tố: Chu kỳ: số lượng tử chánh n lớn nhất của ng.tố đó Phân nhóm: Phân nhóm chánh A Phân nhóm phụ B * Nguyên tố thộc phân nhóm chánh A: Là ng.tố mà e cuối cùng đang x.d ph.lớp ns hoặc np và ph.lớp (n-1)d không chứa hoặc đã chứa bão hòa e nsx: ns1p.nh IA ns2p.nh IIAns2 npy ns2 np1p.nh IIIA ns2 np2 p.nh IVA ns2 np3 p.nh VA ns2 np4 p.nh VIA ns2 np5p.nh VIIA ns2 np6 khí trơ Họ S Họ P * Nguyên tố thuộc phân nhóm phụ B: Ng.tố mà e cuối cùng đang x.d ph.lớp (n-1)d ns2 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10 p.nh IIIB p.nh IVB p.nh VB p.nh VIB p.nh VIIB p.nh VIIIB ns1 (n-1)d10 p.nh IB p.nh IIB Họ D 2. Tính chất của các nguyên tố: a. Tính kim loại và phi kim: α. K.l: là ng.tố mà ∑e lớp ngoài cùng ≤ 3 K.l gồm:ph.nh IA; IIA; IIIA và các p.nh B β. Phi kim:là ng.tố mà∑e lớp ngoài cùng ≥ 4 phi kim gồm:phân nhóm IVA;VA;VIA;VIIA *Ng.tố thuộc ch.kỳ lớn của p.nh IVA;VAlà k.l b.Soh (+) cao nhất và soh (-) thấp nhất * Soh (+) cao nhất của 1 ng.tố = ∑e hóa trị của ng.tố đó e hóa trị là e có thể tham gia tạo liên kết Số oxyd hóa (-) thấp nhất= ∑e hóa trị - 8 →Kim loại chỉ có số oxyd hóa (+) →phi kim có : số oxyd hóa (+) và (-) * ZX (ns2 npy) + (6-y)e  X(6-y)- {ns2 np6} → Các ng.tố phân nhóm chánh A có soh(+) cao nhất = cột phân nhóm của ng.tố đó. b.Năng lượng ion hóa thứ nhất (I1) của ng.tố I1 của 1 ng.tố là n.l cần thiết mà ng.tố nhận vào để tách 1e ra khỏi ng.tố →ion M+. M → M+ + e I1 = EM+ - EM I1 > 0 I1↑ ng.tố càng khó ion hóa,tính khử và tính Kl ↓ c. Ái lực electron: Ái lực electron là năng lượng trao đổi khi 1 ng.tố nhận thêm 1e → ion X- X + e → X-A1=EX-- EX (A1: 0) A1 càng<0 nhận e ↑tính oh,đađ,pk↑ d. Bán kính ng.tử * Trong cùng 1 ph.nh, khi đi từ trên xuống số lượng tử chánh n↑bán kính ng.tử↑ *Cùng1chu kỳ: các ng.tố thuộc ph.nh A, khi đi từ trái sang phải Z↑rng.tố ↓ rng.tử,tính khử, kl ↑,I1↓ rng.tử↓, oh,pk,đađ ↑ CHƯƠNG II LIÊN KẾT HÓA HỌC I. Các đặc trưng của liên kết hóa học 1. Độ dài liên kết::khoảng cách ngắn nhất nối Liên kết H─F H─Cl H─Br H─I d(Ao) 0,92 1,28 1,42 1,62 2 hạt nhân của 2 nguyên tử tham gia liên kết 2. Góc liên kết: Góc tạo thành bởi 2 đoạn thẳng nối liền ng.tử với 2 nhân của 2 ng.tử liên kết với nó. C O Cl Cl 111.4o 124.3o 3. Bậc liên kết: Số mối l.kết được hình thành giữa 2 ng.tử Etan H3C─CH3 blk = 1 Eten H2C = CH2 blk = 2 Etin HC ≡ CH blk =3 4. Năng lượng liên kết a. Phân tử 2 nguyên tử: AB(k)  → Q : Q là nhiệt hấp thu của pư Q>0  EAB = Qb. Phân tử nhiều nguyên tử: CH4(k)  → Q EAB > 0 và EAB↑  độ bền liên kết↑ Blk↑ EAB, đblk,↑ nhưng dAB↓ A(k)+B(k) C(k) + 4H(k) QECH 41=⇒ 5. Các loại liên kết. Gồm: Liên kết ion Liên kết cộng hóa trị Liên kết Hidro Lực Van Der Walls Liên kết trong phức chất Các loại liên kết yếu Để phân biệt lk ion và lkcht:căn cứ vào độ âm điện của 2 nguyên tử tham gia liên kết. Lk (AB) 0 ≤│χA - χB│< 1,7 lkcht │χA – χB │≥ 1,7 lk ion II. LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ 1. Nguyên tắc: Liên kết AB: 0 ≤│χA – χB │< 1,7lkcht *2 ng.tử A và B tiến lại gần nhau, các AOht tiến lại gần nhau, đến 1 khoảng cách xđ các AO của chúng sẽ che phủ lên nhau các Orbital ph.tử:Molecular Orbital (MO) * MO :vùng không gian quanh 2 nhân, trên đó xác suất tìm thấy e cực đại từ 90→99% Mỗi MO cũng chỉ chứa tối đa 2e với spin ngược chiều. AO(A) AO(B) MO(AB) + → + → + → Liên kết phối trí (cho nhận) ▪ Chỉ có các AO hóa trị(AO chứa các e hóa trị) mới tham gia che phủ tạo liên kết. ▪ Qui tắc che phủ hữu hiệu *Che phủ cực đại:các AO tiến lại với nhau theo hướng như thế nào để cácAO che phủ phủ lên nhau càng nhiều càng tốt * ∆E2AO ↓Che phủ hữu hiệu ↑độ bền lk ↑ ↑ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ HUI© 2006General Chemistry:Slide 51 of 48 Các kiểu xen phủ : sự tạo liên kết σ,pi •Liên kết sigma ma: Hình thành do sự xen phủ trục, tức là sự xen phủ xãy ra dọc theo trục liên kết giữa 2 nguyên tử Kí hiệu σ s-s s-p p-p p-d d-d HUI© 2006General Chemistry:Slide 52 of 48 • Liên kết pi: Hình thành do xen phủ bên, Kí hiệu pi p-d d-d 2. Các thí dụ: * H2 H(1s1) H(1s1) ↑ ↑ ↑↓ H2 + → → MO σs↑ ↑ ↑ ↑ ↑↓ H:H H─H * HF H(1s1) F(1s2 2s2 2p5) ↑ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ 2s 2p σsp H:F̤̈:H─F̲̅׀ * Cl2 Cl( 3s 2 3p5) Cl( 3s2 3p5) ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ σp ↑↓ ↑ ↑ ↑↓ *N2 N(1s 2 2s2 2p3) N(1s2 2s2 2p3) ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑↓ ↑ ↑ ↑ y y X X z y y X X z σz ׀N≡N׀ ↑↑ ↑↓ πy πx z z y y x z z y y x * H2O H(1s1) O(1s2 2s2 2p4) H(1s1) ↑ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑ H O──H Lý thuyết: HOH=900 nhưng thực nghiệm:= 104,50 * NH3: 3H(1s1) N(1s2 2s2 2p3) ↑ ↑ ↑ ↑↓ ↑ ↑ ↑ H N H H Lý thuyết: HNH= 900 nhưng thực nghiệm= 1070 * CH4 4H(1s1) C(1s2 2s2 2p2)→C*(1s2 2s1 2p3) H H C H HLý thuyết: CH4 gồm 2 loại liên kết C─H 3 C─H tạo thành tam diện vuông, C─H thứ tư không định hướng Thực nghiệm: CH4 có dạng tứ diện đều, góc HCH=109,50 ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ 3. Thuyết lai hóa các AO Trước khi tạo liên kết, 1 ng.tử tự che phủ các AO hóa trị →những AO lai hóa có hình dáng, kích thước, E hoàn toàn giống nhau. Sau đó, nó dùng các AO l.hóa này che phủ với các AO của những ng.tử khác để tạo l.k a. Các trạng thái lai hóa: α. Lai hóa sp:1(s) + 1(p) →2(sp) Trạng thái lai hóa sp dùng để giải thích cơ cấu của các phân tử thẳng hàng. Trong hóa hữu cơ, lai hóa sp dùng để giải thích cơ cấu của carbon liên kết ba (C ≡ ) sp sp sp Td: O=C=O ; HC≡CH phaân töû BeH2 Td: BeH2: Be(2 + 2.1=4)=> Be(sp) BeCl2: Be(2 + 2.1 = 4)=> (sp) β.Trạng thái lai hóa sp2: 1(s) + 2(p) → 3(sp2) Có cơ cấu tam giác đều: tâm là nhân ng.tử, 3 trục đ.x của 3(sp2) hướng ra 3 đỉnh của ∆ Trạng thái lai hóa sp2 dùng để giải thích các ph.tử có dạng ∆ hoặc góc.Trong hóa hữu cơ: giải thích cơ cấu của C liên kết đôi (C = ) γ. Trạng thái lai hóa sp3: 1(s) + 3(p) → 4(sp3) :tứ diện đều,4 trục đx Hướng ra 4 đỉnh của tứ diện đều Trạng thái lai hóa sp3 được dùng để giải thích cơ cấu của phân tử có dạng tứ diện, tháp tam giác,góc.Trong hóa hữu cơ,dùng để giải thích cơ cấu của C nối đơn. ε. Trạng thái lai hóa d2sp3 1(s) + 3(p) + 2(d) →6(d2sp3) Có dạng hình 8 mặt (lưỡng tháp đáy hình vuông) δ. Trạng thái lai hóa dsp3; 1(s) + 3(p) + 1(d)  5(dsp3) Dạng hình 6 mặt ( lưỡng tháp đáy tam giác) 4. Dự đoán cơ cấu lập thể của hóa chất Xem chất: MLn ; MLnx+ ; Mlny- M:ng.tố tr.tâm(ng.tố có số ng.tử nhỏ nhất.) L:ligand(các ng.tố chung quanh l.k với M) n; chỉ số ligand ( n ≥ 2) X+: đ,t(+) của cation. Y- :đ.t (-) của anion ▪∑ehtlh(M) =∑ehtcb(M)+∑e: các L(1L góp 1e trừ O;S = 0e) + y(e) nếu là anion - x(e) nếu là cation Để xác định dạng lập thể: ▪ Xác định trạng thái lai hóa của (M) và dạng lập thể ∑ehtlh: ∑AOlh: tr.thái lh dạng lập thể 4 2 sp thẳng hàng 6 3 sp2 tam giác; góc 8 4 sp3 tứ diện, tháp, góc 10 5 dsp3 lưỡng tháp đáy ∆ 12 6 d2sp3 hình bát diện HUI© 2006General Chemistry:Slide 76 of 48 *Các cặp e hóa trị phải được phân bố cách xa nhau nhất để có được lực đẩy nhỏ nhất giữa chúng * Hiệu ứng lập thể giãm dần: Cặp e không liên kết(K) > cặp e liên kết(L) > e không liên kết [K(1)] *Lực đẩy của các cặp e giảm dần theo thứ tự sau: KK > KL > LL > K(1)L *e trong liên kết bội đẩy > e liên kết đơn. C O Cl Cl 111.4o 124.3o Td: CO2: C(4 + 2.0 = 4)  sp  O =C = O O - C - O ▪▪ ▪▪ z z y y z y x 2)( 2 2.2)(1 =+= piσ eBlk phaân töû BeH2 Blk= 1 BeCl2:Be(2+2.1=4)=> sp BeH2: Be(2+2.1=4)=> sp CO32-: C (4 + 3.0 + 2 =6)  sp2 ▪▪ ▪▪ O C O O ▪▪ 1.2(e) Blk = 1(σ) + ─── (π) = 1,33 3.2 CH≡CH ▪ ▪▪ BF3: B(3+3.1=6e)=> sp2 .. .. .. 1.2(e) Blk = 1(σ) + ─── (π) = 1,33 3.2 CH2=CH2 :C(sp2) HUI© 2006General Chemistry:Slide 84 of 48 Cl Cl Cl 3p 3p 3p 3p 3p 3p sp2 sp2 2p B 33,1)( 2.3 2.1)(1 =+= piσ eBlk BCl3: 3+3.1=6=> sp2 NO2: ∑ehtlh = 5 + 2.0 = 5  lh sp2 N O O • ▪▪ •• 1.2e Blk=1(σ)+─── (π) = 1,5 2.2 CH4 ∑ehtlh = 4 + 4.1= 8lh sp3 Blk CH = 1 ONO>120o NO2- : ∑ehtlh = 5 + 2.0 +1 = 6  lh sp2 N O O •• •• •• 2.2e Blk = 1(σ) + ─── (π) = 1,5 2.2 NO2+ : ∑ehtlh = 5 + 2.0 – 1 = 4lh sp O───N───O •• •• 2.2e Blk = 1(σ) + ─── (π) = 2 2.2 ONO < 120o NO2+ thẳng hàng NH3: ∑ehtlh = 5 + 3.1 = 8 lh sp3 Blk = 1 NH4+ : ∑ehtlh = 5 + 4.1 -1 = 8 lh sp3 :Blk = 1 NO3- : ∑ehtlk = 5 + 3.0 +1 = 6 lh sp2 O N──O O •• •• •• 1.2e Blk=1(σ) + ──(π) 3.2 = 1,33 ;HNH < 109,5o ; HNH=109,5o ONO = 120o H2O : ∑ehtlh = 6 + 2.1 = 8sp3 SO2: ∑ehtlh = 6 + 2.0 = 6  lh sp2 S──O O •• •• •• 1.2e Blk = 1(σ) + ── (π) = 1,5 2.2 OSO < 120o HOH<109,5o H H O O HH 104.5O107O N HHH C H HHH 109.5O SO3: ∑ehtlk = 6 + 3.0 = 6  sp2 O S──O O •• •• •• 1.2e Blk = 1(σ) + ─── (π) = 1,33 3.2 SO32- :∑ehtlh = 6 + 3.0 +2 =8  lh sp3 •• OSO = 120o OSO < 109,5o SO42- : ∑ehtlh = 6 + 4.0 + 2 = 8  lh sp3 O S O O O 2- PCl5 : ∑ehtlh = 5 + 5.1 =10  lh dsp3 OSO = 109,5o 5. Tính chất: a. Cộng hóa trị của 1 nguyên tố là số liên kết cộng hóa trị xuất phát từ nguyên tố đó. Td: H─O─H {cht(H) = 1; cht(O) = 2 } b. Bán kính của 1 ng.tố: là ½ độ dài liên kết đơn tạo bởi 2 ng.tử của ng.tố đó. Td:N-NcódN-N=1,45A°rN=1,45/2=0,725Aͦ c. Lkcht có tính bão hòa, định hướng, có thể không phân cực hoặc phân cực. Lk: AB có │χA – χB │= 0  AB không phân cực; μAB =0 0<│χA – χB│<1,7AB phân cực; μAB ≠ 0 Td: HF có χF > χH H──F μHF= 4,8.dHF.δ (Deby) μ↑  độ phân cực ↑ dHF Td: H2 có μ = 0  •• Trường hợp ph.tử nhiều ng.tử:MLn mỗi l.k M─L có 1 gía trị μML  μMLn = hợp lực của nμML Td: NH3 và NF3 CH4 có μ = 0 III. LIÊN KẾT ION 1. Nguyên tắc: A + B nếu│χA - χB│≥ 1,7  lk ion χA > χB A + ne → A n- B → Bm+ + me mA n-+nBm+→AmBn Các ion An- và Bm+ phải có cấu hình e bền * Cấu hình e bền của các ion: ▪ cơ cấu 8e :(ns2 np6): ng.tố p.nh chánh A ▪ Cơ cấu 18e (.ns2 np6 nd10): p.nh phụ B ▪ Cơ cấu ns2 (.ns2) (thường gặp ở các ng.tố chu kỳ lớn phân nhóm IVA,VA ) Td: 2. Tính chất: a. Bán kính ion: Xem phân tử AB:A-B+ dAB= rA- + rB+ A + e → A-  rA- rA> B→ B+ +e  < Trong dãy ion đẳng e: N3-; O2-; F-; Ne; Na+; Mg2+; Al3+ Z↑  rion↓ P3-; S2-; Cl-; Ar; K+; Ca2+; Z↑  rion↓  Trong các ion đẳng e: Ion nào có Z↑rion↓ +Br Br b. Tính cộng hóa trị của liên kết ion ( tính ion của liên kết cộng hóa trị). • • Cation Mm+ có tính phân cực↑khi • rM+ ↓ • m(+) ↑ Anion An- có tính bị phân cực ↑ khi • n(-) ↑ • rA- ↑ Tính cht ↑ Tính ion ↓ • • • 100% ion lkcht ph.cực lkcht không cực Tính cht ↑  độ bền↓; t0s , t0nc ↓ •Trường hợp 2 cation có bán kính và điện tích bằng nhau, tính phân cực tăng theo thứ tự: (ns2np6) < (ns2np6nd(x<10)) < (ns2np6nd10) IV: Các loại liên kết yếu: 1. Liên kết Hydro: Là l.k tạo thành bởi ng.tử H linh động( là H l.k với 1 ng.tử hay 1 nhóm ng.tử có độ âm diện lớn như: O, F, Cl, C≡C) với 1 ng.tử hay nhóm có độ âm điện lớn và có các cặp e không liên kết. A←H+δ ׀B←R Td: H→F H→F a. Phân loại Có 2 loại: lkH liên phân tử và lkH nội phân tử α. Liên kết Hydro liên phân tử: Được tạo thành bởi các p.tử riêng biệt nhau; Td: H2O H─O̅׀H─O C2H5─O̅׀H─O H H H H β. Liên kết Hydro nội phân tử: Được tạo thành trong chính bản thân 1 phân tử O HN OO O HC OH octo- Nitrobenzen andehit salyxilic b. Tính chất α. Liên kết hydro càng bền khi H càng linh động và tâm B càng giàu e. Td: C2H─O̅׀H─O̅׀ bền hơn C2H5─O̅׀ H H H׀O̅─H H β. Nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy: Hóa chất nào cho l.k(H) l.p.t ↑ thì t0s, t0nc, ↑. Td: C2H5─O̅׀H─O̲̅─C2H5 bền hơn CH3─O̲̅─CH3 HChất nào cho liên kết Hydro nội phân tử càng mạnh thì tos , tonc, càng thấp Td: O─H O─H O có tos, tonc> N O O N O .... γ. Độ tan Chất nào cho được l.k(H) l.p.t với d.môi càng ↑ thì tan càng ↑ trong d,môi đó. Td: C2H5OH tan trong H2O > CH3OCH3 b. Lực Van Der Walls (VDW) Là lực liên ph.tử, được tạo thành gữa các ph.tử trung hòa, lực VDW được dùng để giải thích sự có thể hóa lỏng của chất khí, hoặc có thể đông đặc của chất lỏng. α. Phân loại: Lực VDW gồm các loại: * Lực định hướng: Được tạo thành bởi các ph.tử luôn phân cực. ≡ * Lực cảm ứng: Được tạo thành bởi 1 phân tử phân cực và 1 phân tử không phân cực. H H H H * Lục khuếch tán. Tạo thành bởi các chất không phân cực • . . :• • : μ=0 μ≠0 He Lục định hướng > lực cảm ứng > lực khuếch tán Lực VDW↑ μ↑ r(phân tử)↑ M↑ β. Tính chất * Chất nào cho lực VDW↑ tos, tonc↑ * Các chất có độ phân cực giống nhau hòa tan tốt vào nhau, và ngược lại. Td: F2 Cl2 Br2 I2 Td: HCl hòa tan trong H2O tốt hơn CH4 CH4 hòa tan trong CCl4 tốt hơn HCl  tos , tonc ↑ CHƯƠNG III: NHIỆT HÓA HỌC I. Các khái niệm cơ bản: 1. Hệ: Là 1 phần của vũ trụ có giới hạn trong phạm vi đang khảo sát về phương diện hóa học. Phần còn lại của vũ trụ quanh hệ được gọi là môi trường ngoài (mtng) đối với hệ. Td: 1 cốc chứa nước đậy kín: phần bên trong cốc là hệ, còn thành cốc và khoảng không gian quanh cốc là (mtng). *. Hệ hở: Có thể trao đổi E,vật chất với(mtng) * Hệ kín: chỉ trao đổi E nhưng không trao đổi chất với (mtng) * Hệ cô lập: không trao đổi E và vật chất với (mtng) Td: Cốc chứa dd hóa chất không đậy nắp là hệ hở, còn trong bình đậy kín là hệ kín, trong bình cách nhiệt đậy kín là hệ cô lập. *Hệ đồng thể: Chỉ có 1 pha,còn từ 2 pha trở lên là hệ dị thể [Hệ gồm nước(l) ng.chất là đồng thể, nước(l) và nước đá là dị thể] 2. Thông số trạng thái và hàm trạng thái; a. Thông số trạng thái: Các đại lượng vật lý như:(p),(V),(T),(n) dùng để biểu diễn trạng thái của hệ được gọi là thông số trạng thái Giữa các thông số trạng thái có 1f.t liên hệ: Khi đã xđ được 3 trị số,trị số thứ 4 được xđ. Do đó: thường dùng 3 thông số: p,V,T pV= nRT Pt trạng thái p: (atm),V:(lit),T:(oK) 0,082 l.atm.mol-1 R 1,987cal.mol-1 hs klt 8,3 j.mol-1 b. Hàm trạng thái: Trạng thái của hệ thay đổi khi chỉ cần 1 thông số trạng thái thay đổi Hàm trạng thái là 1 đại lượng có giá trị chỉ phụ thuộc vào các thông số trạng thái của hệ. c. Quá trình: Xem1hệ ở tr.thái (1): (p1,V1,T1), khi 1 thông số tr.thái thay đổi →tr.thái (2): (p2,V2,T2) hệ đã thực hiện 1 quá trình từ trạng thái(1)→trạng thái(2) *1 (p1,V1,T1) → *2 (p2,V2,T2) • Q.t đẳng áp: p không đổi( ∆p=0;p=const) •Q.t đẳng tích:V không đổi(∆V=0;V=const) •Q.t đẳng nhiệt:T không đổi(∆T=0;T=const) •Q.t đoạn nhiệt: không trao đổi nhiệt (Q=0) •Q.t tn: khả năng xãy ra theo chiều thuận hay chiều nghịch là như nhau(↔).Q.t chỉ xãy ra 1 chiều là qt tự nhiên ( → ) c. Nhiệt và công Khi thực hiện q.t từ tr.th(1) đến tr.th (2), hệ có thể trao đổi E với mtng dưới 2 dạng: nhiệt và công. α. Nhiệt: m: khối lượng (gam) Q = mc∆T c: nhiệt dung ∆T= T2 – T1 m=1g ; ∆T=1 c=Q → c: nhiệt dung riêng m=M, ∆T= 1 Q= Mc = cc̅ : nhiệt dung mol Có n mol chất Q = nc̅ ∆T β. Công Công A * Công thay đổi thể tích hệ * Công hóa học Trường hợp chỉ có công thay đổi thể tích: A = pngoài . ∆V { ∆V = V2 –V1} •png=0(q.t xảy ra ở chân không)A = 0 •∆V=V2 - V1=0(q.t đẳng tích)A = 0 • Quá trình đẳng áp hoặc thuận nghịch: png = phệ = p  A = p.∆V Qui ước về dấu: Q < 0 phát nhiệt Q > 0 nhận nhiệt A< 0 nhận công A> 0  sinh công II. Áp dụng nguyên lý I nhiệt động lực học. 1. Nguyên lý I và nội năng Xem hệ thực hiện q.t từ tr.th (1) đến tr.th (2) có thể theo nhiều đường q.t khác nhau: * * Q1 , A1 Q2 , A2 Q3 ,A3 Qn ,An Q1 ≠ Q2 ≠ Q3 ≠ Qn;A1 ≠ A2 ≠ A3 ≠ An Q1-A1=Q2-A2=Q3- A3=Qn-A=hs= ∆U ∆U= U2 - U1( U1 và U2 nội năng của hệ ở trạng thái (1) và (2). Nội năng U là tất cả các dạng năng lượng tích chứa bên trong hệ. ∆U = Q - A A = png.∆V  ∆U = Q – png.∆V Trong trường hợp hệ thực hiện 1 chu trình: 1*2 ∆U = U2 – U1 = Q – A = 0  Q = A • Q > 0A > 0: hệ nhận nhiệt→sinh công • A < 0  Q < 0: hệ nhận công→phát nhiệt 2. Entalpi: 1 pư thường được thực hiện theo 1 trong 2 cách sau: * Bình kín,Vhệ=Vbìnhq.t đẳng tích(∆V=0) ∆U=Q-A=Q-png∆V∆U=QV: nh đẳng tích •QV>0∆U>0hệ nhận nhiệt→U2>U1 hệ nóng lên •QV<0∆U<0hệ phát nhiệt→U2<U1: hệ lạnh đi *Bình hở, p tác dụng lên hệ là p khí quyển = 1atm  quá trình đẳng áp ∆U = Q – A = Q - p∆V  Q =∆U + p∆V Qp=U2-U1+p(V2 – V1) =(U2+pV2)-(U1+pV1) Đặt: H2 = U2 + pV2 ; H1 = U1 + pV1 Là Entalpi của hệ ở trạng thái (2) và (1) ∆H = H2 – H1 = Qp nhiệt đẳng áp Với H = U + pV Qp>0∆H>0hệ nhận nhiệt:H2>H1hệ nóng lên Qp<0∆H<0hệ phát nhiệt:H2<H1hệ lạnh đi 3. Hiệu ứng nhiệt Hiệu ứng nhiệt của 1 p.ư là Q trao đổi giữa pư với mtng ở điều kiện ∆V=0 hoặc ∆p = 0. *∆V=0:∆U=QV: hiệu ứng nhiệt đẳng tích. * ∆p=0∆H = Qp : hiệu ứng nhiệt đẳng áp. Sự liên quan giữa ∆H và ∆U Ta có: H = U + pV ∆H = ∆U + p∆V ∆H = ∆U + p(V2 – V1) = ∆U + pV2 –pV1 ∆H=∆U+ n2RT – n1RT = ∆U + (n2 – n1)RT ∆H =∆U + ∆n.RT ∆n=∑n(k)(sp)-∑n(k)(tc) Qp = QV + ∆n.RTTrong quá trình: Td: 2NH3(k) + 3/2 O2(k) →N2(k) + 3H2O(k) ∆H =∆U+∆n.RT = ΔU+ ½ RT a. Nhiệt tạo thành và nhiệt phân hủy α. Nhiệt tạo thành mol tiêu chuẩn Là hiệu ứng nhiệt của phản ứng tạo thành 1 mol hóa chất từ các đơn chất bền ở điều kiện chuẩn (p=1atm, T = 298oK{25oC} Td: H2(k) + ½ O2 (k) → H2O(l) ∆Ho298 = ∆H̅ott,298 [H2O(l)] ∆H̅0tt,298 thường <0 và ∆H̅0tt,298 ↓ càng bền ∆H̅0tt,298 [đơn chất] = 0 β. Nhiệt phân hủy mol tiêu chuẩn Là nhiệt trao đổi khi phân hủy hoàn toàn 1 mol hoá chất thành các đơn chất bền ở đkc H2O(l) → H2(k) + ½ O2(k) ∆H0298 = ∆H̅0ph,298 [H2O(l)] ∆H̅0ph,298 thường>0 và ∆H̅0ph,298↑càng bền b. Nhiệt đốt cháy mol tiêu chuẩn. Là hiệu ứng nhiệt của pư đốt cháy hoàn toàn 1 mol hoá chất bằng O2(k),sản phẩm tạo thành là các oxyt bền của các nguyên tố tạo thành hoá chất ở đkc. H2(k) + ½ O2(k) →H2O(l) ∆H0298 = ∆H̅0ch,298 [H2(k)] ∆H̅och,298 thường < 0 và ∆H̅och,298 [đơn chất] ≠ 0 4. Định luật Hess và hệ quả. a. Định luật Hess Một pư có thể xảy ra theo nhiều giai đoạn, hiệu ứng nhiệt tổng quát bằng tổng hiệu ứng nhiệt của các giai đoạn trung gian. Và hiệu ứng nhiệt tổng quát chỉ phụ vào trạng thái đầu và trạng thái cuối của pư I + J ∆H1 ∆H2 A + B → C + D ∆H3 ∆H4 ∆H5 E + F → G + H ∆H0298=∆H1+∆H2=∆H3+∆H4+∆H5 C(tc) + O2 (k) → CO2(k) ∆H0298 = ∆H1 + ∆H2 Có thể biểu diễn định luật Hess dưới dạng: C(tc) + ½ O2 (k) → CO(k) (1) ∆H1 CO(k) + ½ O2(k) → CO2(k) (2) ∆H2 (1)+(2)→(3)C(tc)+O2(k)→CO2(k) ∆H3=∆H1+∆H2 b. Hệ quả: α. Phản ứng thuận nghịch A + B ↔ C + D ∆Hth ∆Hng ∆H = ∆Hth + ∆Hng = 0 ∆Hth = - ∆Hng ΔH1 ΔH2 CO(k) ΔH β. Tính h.ư nhiệt của pư theo nhiệt tạo thành AB + CD → AC + BD A + B C + D ∆H1 ∆H2 ∆H3 ∆H ∆H = ∆H1 + ∆H2 + ∆H3 ∆H1 = -1.∆H̅0tt,298[AB] ∆H2 = -1.∆H̅0tt,298[CD] ∆H3 = + 1.∆H̅0tt,298[AC] + 1.∆H̅0tt,298[BD] ∆H= {1.∆H̅0tt,298[AC] + 1.∆H̅0tt,298[BD]} - {1.∆H0298[AB] + 1.∆H0298[CD]} Xem pư tổng quát mA + nB → pC + qD ∆H0298 = {m∆H0tt,298[C] + n∆H0tt,298[D] } - { p∆H0tt,298[A] + q∆H0tt,298[B] } ∆H0298 = ∑∆H0tt,298[s.p] - ∑∆H0tt,298[t.c] Td: 2NH3(k)+3/2O2(k) → N2(k) + 3H2O(k) ∆H0298=3∆H0tt,298[H2O(k)]-2∆H0tt,298[NH3(k)] ∆H0298= 3.(-241,8) - 2.(- 46,2) = - 633kj γ. Tính h.ư nhiệt của pư theo nhiệt cháy. Xem pư:H2C=CH2(k) +H2(k) →H3C-CH3(k) C2H4(k) +3O2(k) → 2CO2(k)+2H2O(l) (1) ∆H1 H2(k) +1/2 O2(k) → H2O(l) (2) ∆H2 C2H6(k) +7/2O2(k)→2CO2(k) +3H2O(l) (3) ∆H3 (1) + (2) – (3) →pư cần phải tính ∆Ho298= ∆H1 + ∆H2 - ∆H3 ∆Ho298= 1.∆Hoch,298[C2H4(k)] + 1.∆Hoch,298[H2(k)] - 1.∆Hoch,298[C2H6(k)] ∆Ho298= ∑∆Hoch,298[tc] - ∑∆Hoch,298[sp] δ. Tính hiệu ứng nhiệt theo năng lượng lk. Xem pư: H2C=CH2(k) + H2(k) → H3C─CH3(k) 2C(k) + 4H(k) ∆Ho298= ∆H1 + ∆H2 + ∆H3 ∆H1= EC=C + 4ECH ∆H2= EH-H ∆H3= -EC-C + -6EC-H ∆Ho298= {EC=C + 4EC-H +EH-H } - {EC-C + 6EC-H} ∆Ho298= ∑Eđứt - ∑Eráp ∆H1 ∆H2 ∆H3 2H(k) ΔH Xét dấu ∆Ho298 của phản ứng: ∆Ho298 < 0  pư phát nhiệt: pư dễ xảy ra. ∆Ho298 > 0  pư thu nhiệt: pư khó xảy ra. ∆Ho298 = 0  pư đoạn nhiệt: pư khó xảy ra. Pư có ∆H càng < 0  càng dễ xảy ra. Td: pư: H2 + X2 → 2HX X( halogen) F2 Cl2 Br2 I2 ∆Ho298 ↑ pư càng khó xr III.Ng.lý 2 nhiệt động lực học - chiều q.t 1. Nguyên lý 2 nhiệt động lực học – Entropi VA = VB V = VA + VB nAmol khí Chân không nAmol khí (1) (2) Độ:( tự do, xáo trộn, bất trật tự), xác suất hiện diện phân tử khí ↑ Khi hệ thực hiện quá trình từ(1) →(2) : Trong q.t tự nhiên,hệ luôn đi từ trạng thái có độ tự do ,xs hiện diện p.tử khí thấp đến trạng thái có độ tự do, xs hiện diện ph.tử khí cao. Tự nhiên VA = VB ; TA = TB Đxt,đtd (A) = (B) Q QA > QB Đxt,đtd (A)↑ > (B) Biến thiên của đxt,đtd của hệ tỷ lệ thuận với lượng nhiệt Q trao đổi của hệ. VA = VB ; TA > TB Q QA = QB Đtd(A) > (B) ∆đtd(A) < (B) ∆ đtd của hệ tỷ lệ nghịch với nhiệt độ đang khảo sát của hệ nA nA nAnA nAnAnAnA Vậy: Mỗi trạng thái của hệ được biểu diễn bởi 1 h.số x.s entropi S (S là h.số biểu diễn độ tự do,xáo trộn,bất trật tự,và x.s hiện diện ph.tử của hệ),mà biến thiên của S được cho bởi hệ thức: Q.t thuận nghịch∆Shê=Qtn/T Q.t tự nhiên  ∆Shệ >Qktn/T Mỗi hóa chất đều có 1 giá trị S̅o298 > 0 x.đ . Hóa chất có S↑  độ tự do ↑ Với 1 hóa chất: Sk > Sl > Sr T QS ≥∆ 2. Tính biến thiên entropi của 1 phản ứng. Xem pư: mA + nB → pC + qD ∆So298 ={ pS̅o298[C]+qS̅o298[D]}-{mS̅o298[A]+nS̅o298[B]} ∆So298 = ∑So298[sp] - ∑So298[tc] Td: CaCO3(r) → CaO(r) + CO2(k) ∆So298=1.S̅o298[CaO(r)]+1.S̅o298[CO2(k)] -1.S̅o298[CaCO3(r)] ∆So298 = 39,7 + 213,7 – 88,7 = 164,7 kj/oK * Có thể dự đoán dấu của ∆S dựa vào ∆n của pư: ∆n > 0 ∆S > 0; ∆n<0∆S<0; ∆n=0tính cụ thể N2(k) + 3H2(k) → 2NH3(k) có ∆n= 2-1-3=-2∆S<0 3. Xét dấu ∆S của pư: Một pư có: ∆S > 0 dễ xảy ra. ∆S = 0  khó xảy ra. ∆S < 0  khó xảy ra. ∆S↑ dễ xr 4. Chiều của pư Ng.lý 1; 2 không kết luận được pư xảy ra được hay không. Do đó phải kết hợp 2 ng.lý G=H-TS (G: hàm Gibb, năng lượng tự do) Khi hệ thực hiện quá trình từ (1) → (2): ∆G= G2 – G1 = (H2 – TS2) – (H1 – TS1) ∆G=(H2 – H1) – T(S2 – S1)= ∆H - T∆S ∆GoT = ∆HoT - T∆SoT ∆G̅ott,298 [hóa chất]: ∆Go298 của pư tạo thành 1 mol hóa chất từ các đơn chất bền ở đkc. H2(k) + ½ O2(k) → H2O(k) ∆Go298 = ∆G̅ott,298[H2O(k)] . ∆G̅ott,298[đơn chất] = 0 Xem pư: mA + nB → pC + qD ∆Go298 = {p∆G̅ott,298[C] + q∆G̅ott,298[D]} - {m∆G̅ott,298[A] + n∆G̅ott,298[B]} ∆Go298 = ∑∆G̅ott,298[sp] - ∑∆G̅ott,298[tc] * ∆H0 ∆G<0: pư tự xảy ra (→) * ∆H>0,∆S0: pư tự xảy ra (←) ∆H<0, ∆S<0: │∆H│>│T∆S│∆G<0: (→). │∆H│0: (←). ∆H>0, ∆S>0: │∆H│>│T∆S│∆G>0: (←) │∆H│<│T∆S│∆G<0: (→) Vẽ đường biểu diễn ∆G theo T ta có: │∆H│=│T∆S│∆G=0:(↔) │∆H│=│T∆S│∆G=0:(↔) ΔG = ΔH - TΔS ΔG T ΔH > 0 ; ΔS < 0 ΔG T ΔH > 0; ΔS >0 ΔG T ΔH > 0 ; ΔS = 0 ΔG T ΔH < 0 ; ΔS < 0 ΔG T ΔH 0 ΔG T ΔH < 0 ; ΔS = 0 ΔG T ΔH = 0 ; ΔS < 0 ΔG T ΔH = 0 ; ΔS > 0 ΔG T ΔH = 0 ; ΔS = 0 CHƯƠNG IV TỐC ĐỘ PƯ-CÂN BẰNG HÓA HỌC I. Tốc độ phản ứng 1. Biểu thức tốc độ phản ứng Xem pư: m A + nB → pC + qD v=k(CA)m(CB)n k:hs tốc độ pư;k> 0;k=f(T) Bậc m theo A,bậc n theo B Pư bậc (m + n) tổng quát * m,n là các trị số thực nghiệm: có thể là số nguyên, thập phân * m,n ≠hệ số pư,chỉ đối với pư đơn giản( chỉ xảy ra 1 giai đoạn): bậc pư trùng hệ số pư * Trường hợp các chất tham gia pư là chất khí, ta có thể dùng nồng độ hoặc áp suất. v = kCAm.CBn hoặc v = kpAm.pBn * trường hợp các chất pư gồm(lỏng và rắn) Ta có: v=kS.Cim : Si là bề mặt hoạt động của chất rắn. * Trường hợp các chất pư gồm khí và rắn, ta chỉ chú ý đến chất khí: v = kpim 2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ pư a. Ảnh hưởng của nồng độ(T= const) mA + nB → pC +qD: pư đơn giản. v1 = kCAm.CBn : C’A= xCA và C’B= yCB v2=k(C’A)m.(C’B)n = k(xCA)m.(yCB)n =kxmynCAmCBn v2/v1= xm.yn * Hỗn hợp pư là chất khí: Có thể dùng áp suất: v1= kpAm.pBn ;v2= k(xpA)m.(ypB)n  v2/v1= xm.yn Td1:pư: 2A + B → C :C’A= 2CA; C’B= CB :x=2; y=1;v2/v1= x2.y1=22.11=4 Td2; mA + nB → pC + qD .C’A=2CA;C’B=CB:v2/v1=4=2m.1n=2mm=2 . C’A=CA; C’B=2CB:v2/v1=2=1m.2n=2nn=1  v = kCA2CB Td3:2NO(k)+O2(k)→2NO2(k) Khi tăng Vbình lên 2 lầnáp suất các khí giảm 2 lần p’A =½pA; p’B= ½ pB:v2/v1=(1/2)2.(1/2)1=1/8 v = kCA2.CB :V = kCAm.CBn :v = kpNO2.pO2 b. Ảnh hưởng của nhiệt độ.(nồng độ không đổi) α. Hệ thức Van’t Hoff T1→v1,k1,t1; T2→v2,k2,t2 v1= k1CAmCBn ;v2= k2CAmCBn γ: hệ số nhiệt độ của k, γ >1 ∆T = T2 – T1 ∆T = 100 => v2/v1 = γ γ 10 2 1 1 2 1 2 T t t k k v v ∆ === *Td1: T1=20oC→T2=50oC; γ=3 v2/v1=3(50-20)/10=27 *Td2: T1=20oC→T2=50oC; v2/v1=8=γ(50-20)/10=γ3γ=2 *Td3: T1=20oC,t1=3h→T2=400C;γ=3t2=? . t1/t2=γ(40-20)/10=γ2=32=9 = 180/t2 t2=180/9= 20’ Td4: T1=20oC,t1=3h,γ=3→t2=20’  T2=? .t1/t2=γ∆T/10=3∆T/10=180/20=9∆T/10=2 T2=40oC β. Hệ thức Arhénius k = α.e-Ea/RT Ea:năng lượng hoạt hóa pư α=hs: thừa số tần số. T→∞Ea/RT→0 k=α (hs tốc độ ở T=∞) lnk = -Ea/RT+lnα ;vẽ lnk = f(1/T) lnk 1/T lnk nghịch biến với 1/T lnk đồng biến với T T↑k↑; T↓k↓ Ea>0; Ea↑=>k↓ T1,k1lnk1=-Ea/RT1+lnα T2,k2lnk2=-Ea/RT2+lnα Ea 1 1 lnk2 – lnk1= - — ─ - ─ R T2 T1 k2 Ea 1 1 ln ─ = - ─ ─ - ─ k1 R T2 T1 c. Ảnh hưởng của chất xúc tác(cxt) Cxt là chất được cho vào pư với lượng rất nhỏ, làm v↑ hoặc định hướng pư theo chiều mong muốn.Sau pư, cxt được hoàn trả lại mt. Td: RCOOH + R’OH → RCOOR’ + H2OH + NH3(k)+O2(k) ∆ ∆,xt . Cxt làm v↑ là do làm giảm Ea của pư . Xt đồng thể: cxt và chất pư ở cùng 1 pha . Xt dị thể: cxt và cpư ở 2 pha khác nhau N2(k) + H2O(l) NO(k) + H2O(l) II. Cân bằng hóa học. 1. Hằng số cân bằng Xem pư tn: mA +. nB ⇄ pC + qD vth,kthvng,kngvth= kthCm.CBn vtq= vth – vng vtq= kthCAm.CBn - kngCCp.CDq . t → t0: CA và CB >> CC và CD vth>>vngv>>0 . t↑:CA và CB↓; CC và CD↑vth↓; vng↑vtq↓ vng = kngCCp.CDq . vth = vng vtq = 0→pư đạt trạng thái cân bằng (tcb) tcb: kth[A]m[B]n = kng[C]p[D]q kth [C]p[D]q KC= ── = ───── kng [A]m[B]n KC:hs cb độ;KC=f(T) KC>0;KC↑,cb ≡>thuận KC↓, cb ≡> nghịch . Khi phản ứng đạt trạng thái cb, trong hỗn hợp pư còn đủ các chất có thành phần được xác định bằng biểu thức hằng số cb. . Khi hỗn hợp pư là chất khí:có thể dùng Kp (pC)p.(pD)q Kp = ────── (pA)m.(pB)n cb Kp: hs cb áp suất. Kp↑;cb≡>thuận. Kp↓;cb≡>nghịch Kp=KC.(RT)∆n; Kp = f(T) . 2NO(k) + O2(k) ↔ 2NO2(k) (1): K1 a.(1)=>2aNO(k)+aO2(k)↔2aNO2(k)(2): K2 (pNO2)2 (pNO2)2a K1= ────── ; K2 = ────── (pNO)2(p O2) (pNO)2a(pO2)a => K2 = (K1)a . C(tc) + ½ O2(k) ↔ CO(k) (1) K1 CO(k) + ½ O2(k) ↔ CO2(k) (2) K2 (1)+(2)→(3): C(tc) + O2(k) ↔ CO2(k) (3)K3  K3 = K1.K2 . 2NO2(k) ↔ N2O4(k) (1) K1 N2O4(k) ↔ 2NO2(k) (2) K2  K1.K2 = 1 . Pư có mặt các chất (r,l,k), ta dùng Kp và chỉ ghi áp suất chất khí trong biểu thức Kp. .Pư có mặt các chất (l,r), ta dùng KC và chỉ ghi nồng độ chất lỏng trong biểu thức KC. (1) và (2): th và ng 2. Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng. a. Định luật Le Châtelier Khi pư đạt trạng thái cb, nếu ta thay đổi 1 yếu tố tác dụng lên hệ,thì cb sẽ dịch chuyển theo chiều ngược lại với sự thay đổi đó. b. Ảnh hưởng của nồng độ. A + B ↔ C + D . + A vào hệ: CA↑ cb ≡> CA↓: thuận(→) . - A ra: CA↓ cb ≡> CA↑: nghịch(←) . + D vào hệ: CD↑ cb ≡> CD↓: nghịch(←) . - D ra: CD↓ cb ≡> CD↑: thuận(→) c. Ảnh hưởng của áp suất Áp suất chỉ ảnh hưởng đến cb nếu trong hệ có mặt chất khí. Xét ∆n = ∑n khí (sp) - ∑n khí (tc) của pư: Khi p↑ cb ≡> ∆n ∆n > 0 Td:N2(k) + 3H2(k) ↔ 2NH3(k): ∆n= -2 p↑ cb ≡> ∆n < 0 : thuận(→) p↓ cb ≡> ∆n > 0: nghịch(←) nếu ∆n = 0  cb không dịch chuyển. d. Ảnh hưởng của nhiệt độ. Khi T↑ cb ≡> thu nhiệt(∆H > 0) Khi T↓ cb ≡> phát nhiệt(∆H < 0) Nếu ∆H = 0  cb không dịch chuyển Td: CaCO3(r) ↔ CaO(r) + CO2(k) ∆H > 0 T↑ cb ≡> ∆H > 0 ; thuận(→) T↓ cb ≡> ∆H < 0 : nghịch(←) e. Ảnh hưởng của chất xúc tác. Trong pư cb, thêm chất xt ,nó làm vth↑đồng thời làm vng↑; ∆vth=∆vng. chất xt không làm dịch chuyển mức cb mà chỉ làm pư nhanh chóng đạt trạng thái cb. Td: A + B ↔ C + D t0 1 1 0 0 kxt: tcb 0,3 0,3 0,7 0,7 ∆tcb= 10h Có xt: tcb 0,3 0,3 0,7 0,7 ∆tcb = 1h 3. Sự liên hệ giữa ∆G0298 và K của pư Xem pư: mA + nB ↔ pC + qD Ta cũng tính được∆H0298,∆S0298,∆G0298,và K ∆G0T = - RTlnK ∆G0↑lnK↓K↓ Td: A + B ↔ C + D ∆G0298 = - 10kj ∆G0298 - 10.1000 lnK= - ──── = - ────── = 4 K= 54,6 RT 8,3.298 * Đương lượng gam của 1 chất là số phần khối lượng của chất đó có thể kết hợp, thay thế với 1 phần khối lượng Hydro(đlg=1) hoặc 8 phần khối lượng Oxy(đlg=8) MA(g) ĐA= ─── n A: ng.tử MA: ng.tử gam A: p.tử MA: p.tử gam . A: nguyên tử; n: hóa trị của nguyên tử đó. Td1: Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑ n = 2  đlg(Fe) = 56/2 = 28g Td2: Fe + 3/2Cl2 → FeCl3 n = 3  đlg(Fe) = 56/3 = 18,7g * A: hợp chất Acid: Baz n = ∑H + = ∑OH- trao đổi Td:H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O n = 2 n = 1 Muối Oxyt n = ∑(+) = ∑(-) của công thức phân tử đó. Td: NaCl:(n=1); Na2SO4(n=2); MgO(n=2) Chất oxy hóa khử:n= ∑e trao đổi 5Fe2++MnO4- +8H+ →5Fe3+ +Mn2+ + 4H2O n= 1 n=5 Với 1 hóa chất A có khối lượng mA(g): mA nA= ─── MA mA ; NA= ─── ĐA NA mA/ĐA MA ── = ──── = ── = n NA= n.nA nA mA/MA ĐA nA CM = ── V NA ;CN = ── V CN NA/V ── = ─── = n CN= nCM CM nA/V Td: hòa tan 4,9g H2SO4 vào nước để tạo thành 1l dd. 4,9/98 CM = ──── = 0,05M 1  CN = 2CM = 2.0,05 = 0,1N 2. Dd không điện ly – dd điện ly. * Dd không điện ly là dd mà chất tan là chất không điện ly(là chất khi hòa tan trong nước không phân ly thành các ion trái dấu). * Dd điện ly là dd: chất tan là chất đ.ly(khi → các ion trái dấu) . Chất đ.l mạnh: phân ly hoàn toàn , quá trình phân ly là 1 chiều(→) . Chất điện ly yếu: chỉ phân ly 1 phần, quá trình phân ly là thuận nghịch(↔) HCl → H+ + Cl- ; NaCl → Na+ + Cl- CH3COOH ↔ CH3COO- + H+ H2O . Độ điện ly của chất đ.ly là tỷ số giữa số mol đã đ.ly và số mol ban đầu của chất đ.ly. x: số mol(hay nồng độ) đã đ.ly a: số mol(hay nồng độ) ban đầu α↑và α → 1chất điện ly càng mạnh α↓ và α → 0  chất điện ly càng yếu . Để tiện so sánh, người ta qui ước: α > 0,3  chất điện ly mạnh α< 0,03  chất điệ ly yếu 0,03 ≤ α ≤ 0,3  chất diện ly trung bình 0 ≤ x ≤ a => 0 ≤ α ≤ 1 a x =α II. TÍNH CHẤT DUNG DỊCH ĐIỆN LY 1. Sự điện ly của nước – chỉ số pH và pOH Nước nguyên chất là chất điện ly yếu. H2O H+ + OH- Kđly [H+][OH-] Kđly = ────── = 1,8.10-16 ở 250C [H2O] Vì lượng H2O đã đ.ly rất nhỏ so với lượng H2O ban đầu [H2O] xem như không đổi. Kn=Kđly[H2O]=(1000/18).1,8.10-16 = 10-14 Vậy Kn = [H+][OH-] = 10-14 ở 250C Kn: tích ion của H2O * Với 1 dd (dm là H2O) bất kỳ,ta vẫn có: Kn = CH+.COH- = 10-14 ở 250C -lgKn = -lgCH+ -lgCOH- = 14 Đặt: pKn=-lgKn;pH=-lgCH+; pOH= -lgCOH-  pKn = pH + pOH = 14 ở 250C . Môi trường trung tính: CH+ = COH- = 10-7 pH = pOH = -lg10-7 = 7 . Môi trường axit: CH+ > COH- CH+ > 10-7 pH = -lgCH+ 7 . Môi trường baz: CH+<COH-  CH+< 10-7M pH > 7 ; pOH < 7׀ 2. Tính pH của dung dịch axit- baz a. Định nghĩa axit-baz α. Quan điểm Arhénius AHn → An- + nH+ B(OH)m → Bm+ + mOH- . Dm = H2O; . Axit: n chức; baz: m chức .CH+↑axit↑;COH-↑baz↑ Td:HCl(k) + NH3(k) → NH4Cl(r): không là pư(a-b) β. Quan điểm Bronsted AHn → An- + nH+ B + mH+ → [B(OH)m]m+ . Dm không bắt buộc là H2O . Axit n chức, baz m chức . Phóng thích H+↑axit↑ . Nhận H+↑baz↑ Td: HCl(k) + NH3(k) → NH4Cl(r) H+ axit baz xem pư: AH + BOH ↔ A- + BOH2+ H+ H+ axit1 baz2 baz1 axit2 AH ↔ A-+H+;AH/A-:cặp axit/baz liên hợp(1) BOH2+ ↔ BOH+H+ BOH2+/BOH: cặp a/b liên hợp(2) pư(a-b) phải có sự tham gia của 2 cặp a/b liên hợp. γ. Quan điểm Lewis Axit + ne → Baz → me . + e ↑axit↑ . → e ↑baz ↑ b. pH của dung dịch axit α. Dung dịch axit mạnh AHn → An- + nH+ t0 CA(M) 0 0 t∞ 0 CA nCA CH+ = nCA CN = nCA =>CH+ = CN = nCM pH = -lgCH+ = -lg(nCA) . HCl 0,1N:  CH+= CN= 0,1(iong/l)pH= -lg0,1= 1 . HCl 0,1M:n=1CH+=CN=CM=0,1(iong/l)pH=1 . H2SO4 0,1NCH+= CN=0,1(iong/l)pH= -lg0,1=1 . H2SO4 0,1M: n=2CH+=CN=2CM=2.0,1=0,2(iong/l) Vậy: pH= -lg0,2= 0,67 β. Dung dịch axit yếu * Dung dịch axit yếu đơn chức AH ⇄ A- + H+ t0 Ca 0 0 tcb Ca – x x x :α<< 1  1- α = 1 Ka = α2Ca Ka↑α↑ Ca↑α↓; Ca↓α↑ C aAH x =α =>x=αCa α α α αα −− === −+ 1)1( . ][ ][][ 2Ca Ca CaCa AH AH K a Ca Ka =⇒ α [H+] = x = αCa = CaKa Ca KaCa .= Đặt: pKa= - lgKa :Ka↑ pKa↓ )lglg( 2 1.lg CaKaCaKapH −−=−= )lg(2 1 CapKapH −=⇒ Td: dd CH3COOH 0,1M, Ka = 10-5 có: 01.0101010 10 24 1 5 ===== −− − − Ca Kaα 3)10lg5()lg( 1 2 1 2 1 === −− −CapKapH * Dung dịch axit yếu đa chức H3PO4 ⇄ H+ + H2PO4- Ka1 = [H+][H2PO4-]/[H3PO4]= 10-2,1 H2PO4- ⇄ H+ + HPO42- Ka2 = [H+][HPO42-]/[H2PO4-]= 10-7,2 HPO42- ⇄ H+ + PO43- Ka3 = [H+][PO43-]/[HPO42-] = 10-12,3 * trường hợp tổng quát: Ka1/Ka2/Ka3 ≥ 104 chỉ chú ý chức thứ nhất, xem như là axit yếu đơn chức có Ka=Ka1 Với : H3PO4 có: Ka1/Ka2/Ka3 = 10-2,1/10-7,2/10-12,3=105 c. pH của dung dịch baz α. Dung dịch baz mạnh B(OH)n → Bn+ + nOH- t0 Cb 0 0 t∞ 0 Cb nCb COH- = nCb ; CN= nCM COH- = CN = nCM pOH = -lgCOH- pH = 14 - pOH Vậy pH = 14 – (- lgCOH-) 55,1)10lg10lg()lg( 11,22 1 2 1 === −−− −−CapKapH * Dd NaOH 0,1 N COH-=CN=0,1iong/l pH =14-(-lg0,1)=13 * Dd NaOH 0,1 M COH-= CN= CM = 0,1iong/l  pH = 13 * Dd Ba(OH)2 0,1 N COH- = CN = 0,1iong/l  pH= 14 – (-lg0,1) = 13 * Dd Ba(OH)2 0,1 M COH- = CN = 2CM = 2.0,1 = 0,2iong/l pH = 14 – (-lg0,2) = 13,33 β. Dd baz yếu * Dung dịch baz yếu đơn chức BOH ⇄ B+ + OH- t0 Cb 0 0 tcb Cb - x x x Cb x=α x = αCb α C K b b =α α α α αα − − === −+ 1)1(][ ][][ 2C C CC BOH OHB K b b bb b Đặt pKb = -lgKb=> pH = 14 – pOH=> Td: dung dịch NH4OH 0,1 M có pKb = 5 *Baz yếu đa chức: nếu Kb1/Kb2/Kb3≥104 ta chỉ chú ý đến chức thứ nhất,và xem nó như là 1 baz yếu đơn chức với Kb = Kb1. CKC KCCxOH bb b b bb ==== − α][ )lglg(lg]lg[ 2 1 CKCKOHpOH bbbb −−− =−== − )lg(2 1 CpKpOH bb −= )]lg([14 2 1 CpKpH bb −−−= 11)]10lg5([14 1 2 1 =−−= − −pH c. pH của dung dịch muối Muối được xem là sp của pư giữa axit và baz Axit + Baz → Muối + H2O m y m y 4 loại muối α. Muối tạo thành bởi axit (m) và baz (m) mAHn + nB(OH)m → AmBn + m.nH2O AmBn → mAn- + nBm+ An- và Bm+ là gốc của axit và baz mạnh  không bị thủy phân : dung dịch có pH = 7 Td: NaCl, NaNO3, Na2SO4, KCl, KNO3, K2SO4. β. Muối của axit (y) và baz (m) (đơn chức) AH + BOH → AB + H2O AB → A- + B+ A- + H2O ⇄ AH + OH- t0 Cm 0 0 t∞ 0 Cm Cm pH > 7 )lg(2 1 CpKpKpH man ++= Td: dd CH3COONa 0,1 M 9)1,0lg514(2 1 == ++pH γ. Muối của baz yếu và axit mạmh AH + BOH → AB + H2O AB → A- + B+ B+ + H2O ↔ BOH + H+  pH < 7 Gọi Cm là nồng độ muối ban đầu Td: dd NH4Cl 0,1 M, pKb = 5 )lg(2 1 CpKpKpH mbn −−= 5)1,0lg514(2 1 == −−pH δ. Muối tạo bởi axit yếu và baz yếu AH + BOH → AB + H2O AB → A- + B+ A- + H2O ⇄ AH + OH- B+ + H2O ⇄ BOH + H+ pH dd tùy thuộc vào sự so sánh giữa Ka và Kb Ka > Kb pKa < pKb  pH < 7 Ka pKb pH > 7 Ka = Kb pKa = pKb pH = 7 )(2 1 pKpKpKpH ban −+= d. Dung dịch độn Dung dịch độn là dd có pH thay đổi không đáng kể, khi thêm vào dd 1 lượng nhỏ axit mạnh hay baz mạnh, hoặc pha loãng dd. α. Dd độn tạo bởi 1 axit yếu và muối của nó với baz mạnh( dd độn axit yếu). Xem dd độn ( CH3COOH + CH3COONa) CH3COONa → CH3COO- + Na+ CH3COOH ⇄ CH3COO- + H+ * + H+ cb ≡> nghịch(H+↓); H+ bị pư hếtpH không đổi * + OH- : OH- + H+ →H2OCH+↓; cb≡>thuận(H+↑) OH- bị pư hết=> pH không đổi. Gọi Ca và Cm là nồng dộ của axit yếu và muối; CH3COONa → CH3COO- + Na+ t0 Cm 0 0 t∞ 0 Cm Cm CH3COOH ↔ CH3COO- + H+ t0 Ca 0 0 tcb Ca – x x x [CH3COOH] = Ca – x = Ca ;[CH3COO -] = Cm + x = Cm Ka = ][ ][][ 3 3 COOHCH COOHCHH − + [H+] = ][ ][ . 3 3 COOCH COOHCH Ka − Cm CaKa Cm CaKapH lglg)lg( −−=−= Cm CapKapH lg−=⇒ pH < 7 * Ca = Cm => pH = pKa pH = 5 – lg(0,1/0,01) = 5 – lg10 = 4 β.dd độn tạo bởi baz (y) và muối của nó với axit (m) Xem dd độn( NH4OH và NH4Cl): dd độn axit yếu NH4Cl → NH4+ + Cl- NH4OH ⇄ NH4+ + OH- Thêm H+ : H+ + OH- → H2O OH- ↓: cb≡> thuận (OH-↑) H+ bị pư hết pH không đổi. Thêm OH-OH-↑ cb≡> nghịch(OH-↓) OH- bị pư hết pH không đổi. pH > 7 Td: dd độn (CH3COOH 0,1 M và CH3COONa 0,01M) Gọi Cb và Cm là nồng độ của NH4OH và NH4Cl, chứng minh tương tự trường hợp dd độn axit: )lg(14 Cm CbpKbpH −−= Td: dd độn: NH4OH 0,1 M và NH4Cl 0,1 M có: pH = 14 – ( 5 – lg 0,1/0,1) = 5 . Cb = Cm  pH = 14 - pKb 3. Chuẩn độ Axit - Baz Axit{Ca,Va}? + Baz{Cb,Vb}đã biết → Muối + H2O Baz{Cb,Vb}? + Axit{Ca,Va}đã biết → Muối + H2O Dd cần ch.độ dd chuẩn ↑ sự ch.độ (có thể mạnh (mạnh) hoặc yếu) * Chất cần chuẩn độ: ở bình tam giác. * Dung dịch chuẩn: ở ống nhỉ giọt. a. phản ứng : AHn + NaOH → NaA + H2O Ca,Va Cb,Vb Với Ca,Cb: nồng độ(CN) * Tại điểm tương đương (là thời điểm mà lượng chất cần chuẩn độ pư vừa hết với lượng chất chuẩn nhỏ từ ống nhỉ giọt xuống). Theo định luật đương lượng ta có: NA = NB  CaCa = CbVb b. Để xác định điểm tương đương: dùng chất chỉ thị màu. Chất chỉ thị màu là chất cho vào dd cần chuẩn độ.Tại điểm tương đương: màu của dd thay đổi. * Chất chỉ thị màu thường là 1 axit hoặc baz yếu, mà màu của dd thay đổi tùy theo pH của dd. Mỗi chất chỉ thị màu có 1 khoảng pH đổi màu xác định. c. Các thí dụ: Td1: Chuẩn độ 10ml dd HCl phải dùng hết 12ml dd NaOH 0,1 N  CHCl = ? Tại điểm tương đương: CaVa = CbVb  Ca = = Va VbCb. 10 12.1,0 = 0,12 N Td2: Chuẩn độ 10ml dd NaOH phải dùng hết 15 ml dd HCl 0,1N ,  CNaOH = ? CaVa = CbVb Cb = Vb VaCa. = 10 15.1,0 = 0,15 N Td3: nhỏ 1 giọt metyl da cam vào nước , có màu ? Nước có pH = 7, khoảng pH đổi màu của metyl da cam từ 3,3→ 4,4 màu vàng 4. Trộn lẫn dd axit – baz. a. Trộn lẫn dd axit mạnh và baz mạnh mAHn + nB(OH)m → AmBn + m.nH2O (Na=CaVa) = (Nb=CbVb) M(trung tinh)pH = 7 CaVa < CbVb pH > 7 CaVa > CbVb AHn AmBn pH < 7 B(OH)m AmBn b. Trộn lẫn dd axit yếu và baz mạnh CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O CaVa = CbVb M[a(y)+b(m)] pH>7 CaVa < CbVb NaOH CH3COONa pH>7 CaVa > CbVb CH3COOH CH3COONa dd độn axit pH< 7 c. Trộn lẫn dd baz yếu và axit mạnh NH4OH + HCl → NH4Cl + H2O CbVb = CaVa M[b(y)+a(m)]pH< 7 CbVb < CaVa HCl NH4Cl pH < 7 CbVb > CaVa NH4OH NH4Cl Dd độn baz pH > 7 III. Cân bằng hòa tan của chất khó tan(tích số tan) 1. Tích số tan. Đem hòa tan chất khó tan AmBn(r) vào nước: lượng đã hòa tan rất nhỏ,  Dd rất loãng: phần đã hòa tan xem như diện ly hoàn toàn: có cb AmBn ↔ mAn- + nBm+ : dd bảo hòa AmBn/H2O Nồng độ của dd bảo hòa gọi là độ tan(S) của AmBn. t0 a 0 0 tcb -S mS nS Kc = [An-]m[Bn+]n = (mS)m(nS)n = mmnnS(m+n) )( nm nm AmBn AmBn nm TS +=SnmTKc nmnm AmBn )( + == * TAmBn ↑  SAmBn ↑ * Các chất có công thức tương tự nhau(AmBn ≡ CmDn) chất nào có T ↑ S ↑ Td: AgX TAgX SAgX = (TAgX)1/2 (M) AgCl AgBr AgI 10-10 10-13 10-16 10-5 10-6,5 10-8 * Các chất có công thức không tương đương(AmBn và CpDq), phải tính cụ thể Td: AgCl TAgCl = 10-10  SAgCl = 10-5 Ag2CrO4 T = 4.10-12  * Pha loãng ddtan nhiều hơn * Đun sôi:H2O bay hơiC(ion)↑ kết tủa nhiều hơn 1012 10.4 43 12 12 == − − S 2. Điều kiện để có kết tủa a. Hòa tan 1 lượng xác dịnh chất khó tan AmBn * Nếu tan hết : AmBn → mAn- + nBm+ t∞ -C’0 mC’0 nC’0 Với C’0 = m0/MAmBn T’AmBn = (mC’0)m.(nC’0)n So sánh T’AmBn và TAmBn: ta có T’ < T dd chưa bảo hòa: tan hết T’ = T  dd bảo hòa: tan hết T’ > T dd quá bảo hòa: tan 1 phần, có (r ↔ l) Td: hòa tan 10-3 mol Ag2CrO4(r) vào nước → 1l dd C’0=10-3M T’=(2.10-3)2.(10-3) =4.10-9 >Ttan 1 phần Ag2CrO4 → 2Ag+ + CrO42- b. Trộn lẫn 2 dd: dd(1)An-{C1,V1} + dd(2)Bm+{C2,V2}→ dd(3) có↓? * Sau khi trộn lẫn nhưng chưa pư: C’1 = ; C’2 = mAn- + nBm+ → AmBn ↓ T’AmBn = (An-)m.(Bn+)n ; so sánh với TAmBn T’ < T  dd chưa bảo hòa  chưa có ↓ T’ = Tdd bảo hòachưa có ↓ T’ > Tdd quá bảo hòa có ↓ dd(3){C’1,C’2,V3=V1+V2) n1=C1V1=n’1=C’1V3 n2=C2V2=n’2=C’2V3 V VC 3 11. V VC 3 22 . 10ml dd(1) AgNO3(2.10-3 M) +10ml dd(2) Na2CrO4(2.10-3M) C’Ag+ = 2.10-3.10/20 = 10-3M ;C’CrO4 = 2.10-3.10/20 = 10-3M T’Ag2CrO4 = (10-3)2.(10-3) = 10-9 > Tag2CrO4  có ↓