Giáo trình Hóa học đại cương này giúp người học có cách nhìn khái quát về các loại dung dịch, dung dịch chất điện ly, dung dịch keo, pH dung dịch, các hợp chất hữu cơ không mang nhóm chức và có nhóm chức. Mời các bạn cùng tham khảo!
Trang 1UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH ĐỒNG THÁP
(Ban hành kèm theo Quyết định Số:…./QĐ-CĐCĐ-ĐT ngày… tháng… năm 2017
của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Cộng đồng Đồng Tháp)
Đồng Tháp, năm 2017
Trang 2
LỜI NÓI ĐẦU - -
Mục tiêu môn học:
Học xong môn học này, người học sẽ có khả năng:
- Về kiến thức: học phần này giúp người học có cách nhìn khái quát về các loại dung dịch, dung dịch chất điện ly, dung dịch keo, pH dung dịch, các hợp chất hữu
cơ không mang nhóm chức và có nhóm chức
- Về kỹ năng: có năng lực tiến hành thí nghiệm, sử dụng và vận dụng thí nghiệm, tăng khả năng quan sát, mô tả, giải thích các hiện tượng xảy ra, góp phần rèn luyện phương pháp suy luận khoa học, phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Việc tiếp cận được những trang thiết bị máy móc phục vụ công tác nghiên cứu khoa học và kỹ năng thực hành, bước đầu giúp hình thành và phát triển tư duy nghiên cứu, làm việc độc lập, có khả năng ứng dụng hóa học vào giải quyết các bài toán thực tế trong các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kinh tế, xã hội Có ý thức và trách nhiệm trong việc sử dụng hóa chất trong đời sống
+ Qua môn học vừa có lý thuyết, bài tập ứng dụng và thực hành ở phòng thí nghiệm của môn học này sẽ giúp người học yêu thích môn học đồng thời cung cấp kiến thức nền để người học có thể học tốt các môn chuyên ngành
Phương pháp giảng dạy: giảng, seminar, thảo luận, bài tập nhóm và thực hành
Chúng tôi biên soạn tài liệu này bám sát theo yêu cầu của chương trình đào tạo nhằm giúp cho SV có những kiến thức cơ sở làm nền tảng học tốt cho các môn chuyên ngành Trong quá trình biên soạn, chúng tôi không thể tránh khỏi những sai sót, hi vọng người học sẽ góp ý, chúng tôi chân thành ghi nhận những ý kiến dóng góp để điều chỉnh tài liệu để ngày một hoàn thiện hơn
Đồng Tháp, ngày 01 tháng 8 năm 2017
Tác giả
MỤC LỤC
Trang 3- -
PHẦN LÍ THUYẾT 1
Chương 1 DUNG DỊCH 1
1 Mục tiêu 1
2 Nội dung chương 1
2.1 Hệ phân tán và dung dịch 1
2.1.1 Hệ phân tán 1
2.1.2 Dung dịch 2
2.2 Dung dịch keo 2
2.2.1 Khái niệm hệ keo 2
2.2.2 Cấu tạo hạt keo 3
2.2.3 Phân loại hệ keo 3
2.2.4 Tính chất của hệ keo 4
2.2.5 Phương pháp điều chế keo 4
2.2.6 Sự keo tụ 5
2.3 Nồng độ của dung dịch 5
2.3.1 Nồng độ phần trăm khối lượng 5
2.3.2 Nồng độ mol/l 5
Câu hỏi ôn tập 5
Chương 2 DUNG DỊCH CÁC CHẤT ĐIỆN LI 7
1 Mục tiêu: 7
2 Nội dung chương 7
2.1 Thuyết điện li 7
2.2 Dung dịch điện li 7
2.2.1 Sự điện li 7
2.2.2 Độ điện li () 8
2.2.3 Phân loại các chất điện li 8
2.3 Cân bằng hóa học trong dung dịch điện li 8
2.3.1 Sự điện li của nước 8
2.3.2 pH của dung dịch 9
2.3.3 Dung dịch đệm pH 10
2.3.4 Chất chỉ thị màu pH (chất chỉ thị màu acid - base) 10
2.4 Cân bằng trong dung dịch chất điện li ít tan 11
2.4.1 Tích số tan 11
2.4.2 Mối quan hệ giữa tích số tan (Tt) và độ tan (S) 12
Câu hỏi ôn tập 13
Chương 3 ĐẠI CƯƠNG VỀ HÓA HỮU CƠ 14
1 Mục tiêu 14
2 Nội dung chương 14
2.1 Phân loại các hợp chất hữu cơ 14
2.1.1 Phân loại theo nhóm định chức 14
2.1.2 Phân loại theo mạch carbon 14
2.2 Các hydrocarbon không mang nhóm chức 14
2.2.1 Định nghĩa 14
2.2.1.1 Ankan 14
Trang 42.2.1.2 Anken 15
2.2.1.3 Ankin 15
2.2.1.4 Benzen – hydrocarbon phương hương 15
2.2.2 Danh pháp 15
2.2.2.1 Danh pháp của ankan 15
2.2.2.2 Danh pháp của anken 16
2.2.2.3 Danh pháp của ankin 17
2.2.2.4 Danh pháp của hydrocarbon phương hương 18
2.2.3 Tính chất vật lý 19
2.2.4 Tính chất hóa học 19
2.2.4.1 Phản ứng thế 19
2.2.4.2 Phản ứng cộng 23
2.2.4.3 Phản ứng oxi hóa 26
2.2.4.4 Một số phản ứng đặc biệt 27
2.2.5 Điều chế 28
2.2.5.1 Ankan 28
2.2.5.2 Anken 29
2.2.5.3 Ankin 30
2.2.5.4 Hydrocarbon phương hương 30
2.3 Các hydrocarbon có mang nhóm chức 31
2.3.1 Định nghĩa 31
2.3.1.1 Dẫn xuất hydroxyl của hydrocarbon 31
2.3.1.2 Hợp chất carbonyl 31
2.3.1.3 Hợp chất carboxylic 31
2.3.1.4 Hợp chất có nhóm amin 32
2.3.2 Danh pháp 32
2.3.2.1 Danh pháp của alcol (rượu) 32
2.3.2.2 Danh pháp của aldehyde 32
2.3.2.3 Danh pháp của ceton 33
2.3.2.4 Danh pháp của acid carboxylic 33
2.3.2.5 Danh pháp của amin 33
2.3.3 Tính chất vật lý 34
2.3.3.1 Alcol 34
2.3.3.2 Phenol 35
2.3.3.3 Aldehyde và ceton 35
2.3.3.4 Acid carboxylic 35
2.3.3.5 Amin 35
2.3.4 Tính chất hóa học 36
2.3.4.1 Tính chất hóa học của alcol 36
2.3.4.2 Tính chất hóa học của phenol 37
2.3.4.3 Tính chất hóa học của aldehyde – ceton 37
2.3.4.4 Tính chất hóa học của acid carboxylic 38
2.3.4.5 Tính chất hóa học của amin 38
2.3.5 Điều chế 39
2.3.5.1 Điều chế alcol 39
Trang 52.3.5.2 Điều chế phenol 40
2.3.5.3 Điều chế aldehyde – ceton 40
2.3.5.4 Điều chế acid carboxylic 41
2.3.5.5 Điều chế amin 41
Câu hỏi ôn tập 41
Bài 1: ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH KEO VÀ XÁC ĐỊNH NGƯỠNG KEO TỤ 43
1 Mục tiêu 43
2 Hóa chất, dụng cụ 43
2.1 Hóa chất 43
Kim loại: Mg, Al, Fe, Cu 43
2.2 Dụng cụ 43
3 Thực hành 43
Thí nghiệm 1: Điều chế dung dịch keo 43
Thí nghiệm 2: Xác định ngưỡng keo tụ 43
Thí nghiệm 3: Pha chế dung dịch theo nồng độ cho trước 44
Thí nghiệm 4: Nhận biết dung dịch 44
Bài 2: DUNG DỊCH ĐIỆN LI – CHẤT CHỈ THỊ MÀU- DUNG DỊCH ĐỆM 45
1 Mục tiêu 45
2 Hóa chất, dụng cụ 45
2.1 Hóa chất 45
2.2 Dụng cụ 45
3 Thực hành 45
Thí nghiệm 1: Màu của các chất chỉ thị trong môi trường acid và baz 45
Thí nghiệm 2: Dung dịch đệm acid 45
Thí nghiệm 3: Dung dịch đệm baz 46
Thí nghiệm 4: Tính acid- baz 46
Thí nghiệm 5: Chỉ thị acid –baz 47
Thí nghiệm 6: Lập thang màu- khoảng pH của dung dịch acid 47
Thí nghiệm 7: Xác định khoảng pH của dung dịch X bằng chỉ thị 47
Thí nghiệm 8: Lập thang màu- khoảng pH của dung dịch baz 48
Thí nghiệm 9: Xác định khoảng pH của dung dịch Y bằng chỉ thị 48
Bài 3 : HỢP CHẤT KHÔNG MANG NHÓM CHỨC- HỢP CHẤT MANG NHÓM CHỨC 49
1 Mục tiêu 49
2 Hóa chất, dụng cụ 49
2.1 Hóa chất 49
3 Thực hành 49
Thí nghiệm 1: Tác dụng của kali permanganat với HYDROCARBON no 49
(n-hexan) 49
Thí nghiệm 2:Tác dụng của acid sulfuric với HYDROCARBON no (n-hexan) 49
Thí nghiệm 3: Điều chế etylen 50
Thí nghiệm 4: Phản ứng cộng iod vào etylen 50
Thí nghiệm 5: Phản ứng oxy hóa etylen bằng dung dịch KMnO4 50
Thí nghiệm 6: Điều chế acetilen 50
Thí nghiệm 7: Phản ứng cộng iod vào acetilen 50
Trang 6Thí nghiệm 8: Phản ứng oxi hóa acetilen bằng dung dịch KMnO4 50
Thí nghiệm 9: Tính tan trong nước, khả năng hòa tan dầu ăn của benzen 50
Thí nghiệm 10: Phản ứng của rượu đơn chất và rượu đa chức 51
Thí nghiệm 11: Phản ứng của rượu etylic với Na 51
Thí nghiệm 12: Phản ứng oxi hóa aldehyd bằng hợp chất phức của bạc 51
Thí nghiệm 13: Phản ứng oxi hóa aldehyd bằng thuốc thử Fehling 51
Thí nghiệm 14: Tính chất của acid cacboxylic 52
Thí nghiệm 15: Phản ứng tạo thành và phân giải các muối của anilin 52
TÀI LIỆU THAM KHẢO 53
Trang 7PHẦN LÍ THUYẾT
Chương 1 DUNG DỊCH - -
Có thể phân loại các hệ phân tán dựa vào:
- Trạng thái tập hợp của chất phân tán và môi trường phân tán:
Ví dụ:Hệ Khí – Khí (K-K) Khí – Lỏng (K-L) Khí – Rắn (K-R)
Lỏng – Khí (L-K) Lỏng – Lỏng (L-L) Lỏng – Rắn (L-R)
Rắn – Khí (R-K) Rắn – Lỏng (R-L) Rắn– Rắn (R-R)
- Kích thước các hạt phân tán, người ta chia làm 3 loại hệ phân tán:
* Hệ phân tán thô : Kích thước các hạt 10-5-10-2 cm , do đó ta có thể nhìn thấy các hạt bằng mắt thường hoặc bằng kính hiển vi quang học Tùy thuộc vào trạng thái của chất phân tán mà người ta phân biệt dạng huyền phù hay nhũ tương
+ Dạng huyền phù thu được khi có sự phân bố hạt chất rắn trong chất lỏng
Ví dụ: hệ đất sét trong nước
+ Dạng nhũ tương thu được khi có sự phân bố chất lỏng trong chất lỏng
Ví dụ: Sữa là hệ gồm các hạt mỡ lơ lửng trong chất lỏng
Các hệ phân tán thô không bền vì các hạt phân tán có kích thước quá lớn so với phân tử và ion nên dễ dàng lắng xuống
* Hệ phân tán cao (hệ keo ) : Các hạt phân tán có kích thước trong khoảng
10–7 đến 10–5cm, do đó để quan sát được các hạt phải dùng kính siêu hiển vi có độ phóng đại lớn
Trang 8Ví dụ: Gelatine, keo dán, sương mù, khói
Hệ này không bền vì các hạt keo dễ liên hợp nhau thành hạt có kích thước lớn hơn và lắng xuống
* Hệ phân tán phân tử ion (dung dịch): Khi các hạt có kích thước ở phân tử hay ion nghĩa là nhỏ hơn 10–7cm thì các hệ phân tán trở thành đồng thể và được gọi đơn giản là dung dịch
Kích thước vô cùng bé nhỏ của các hạt làm cho chúng phân bố đồng đều trong môi trường và dẫn đến sự đồng nhất về thành phần, cấu tạo và tính chất trong toàn bộ thể tích của hệ, cũng như làm cho hệ rất bền không bị phá hủy khi để yên theo thời gian
Ví dụ: Hòa tan đường và muối ăn vào nước, các hạt đường phân tán dưới dạng phân tử, còn các hạt muối phân tán dưới dạng ion
Các loại dung dịch thường được nhắc đến:
- Dung dịch loãng : là dung dịch chứa một lượng ít chất tan
- Dung dịch đậm đặc : là dung dịch chứa một lượng lớn chất tan
- Dung dịch chưa bão hòa : là dung dịch mà chất tan có thể tiếp tục tan thêm
- Dung dịch bão hòa : là dung dịch mà chất tan không thể tan thêm được nữa ở một nhiệt độ xác định
- Dung dịch quá bão hòa: dung dịch chứa một lượng chất tan vượt quá so với độ tan
2.2 Dung dịch keo
2.2.1 Khái niệm hệ keo
Các hạt có kích thước lớn hơn phân tử và ion nhưng không đủ lớn để có thể quan sát được bằng các loại kính hiển vi quang học được gọi là các hạt keo ( kích thước từ
10–7 – 10–5cm )
Hạt keo có thể là chất vô cơ hay hữu cơ Hầu như tất cả các chất đều có thể tồn tại
ở dạng keo
Trang 9Một hệ keo luôn bao gồm các hạt keo gọi là chất phân tán và 1 chất làm môi trường phân tán Môi trường phân tán quan trọng thường gặp là nước và không khí
2.2.2 Cấu tạo hạt keo
Trung tâm của hạt keo có thể là tinh thể ion rất nhỏ, hoặc có thể là một nhóm phân tử, hoặc chỉ có thể là một phân tử kích thước lớn Chúng hấp thụ một lớp ion cùng điện tích từ môi trường, lớp ion này đến lượt nó lại hấp thụ một lớp ion có điện tích trái dấu bao quanh Kết quả dẫn đến các hạt keo phần bên ngòai đều có cùng điện tích Do có cùng điện tích nên các hạt keo sẽ đẩy nhau, không thể kết hợp lại được thành hạt có kích thước lớn tách ra khỏi hệ Chính lực đẩy tĩnh điện này làm cho hệ keo bền trong một khoảng thời gian dài
ion dương
ion âm
Hình 1.1 Cấu tạo hạt keo
2.2.3 Phân loại hệ keo
Dựa trên trạng thái vật lý của hạt keo và môi trường phân tán
Bảng 1.1 Các kiểu hệ phân tán
Pha bị phân tán Chất khí Chất lỏng Chất rắn
Trang 10Ví dụ: Các hạt keo có dạng hình cầu sẽ có độ nhớt nhỏ hơn các hạt keo có dạng hình sợi
Độ tăng nhiệt độ sôi, độ hạ nhiệt độ đông đặc, độ giảm áp suất hơi và áp suất thẩm thấu cũng phụ thuộc vào các hạt keo có trong hệ
Do có kích thước nhỏ nên các hạt keo có tỉ lệ bề mặt lớn so với thể tích của hạt keo nên các hạt keo có khả năng hoạt động bề mặt lớn, chúng có khả năng hấp thụ các phân
tử và ion có mặt trong hệ
2.2.5 Phương pháp điều chế keo
Chúng ta có thể tạo ra 1 hệ keo bằng cách tạo ra các loại hạt có kích thước hạt keo và phân tán chúng vào môi tường Hạt có kích thước hạt keo có thể tạo thành bằng
Một số ít chất rắn khi cho vào nước, chúng tự phân tán một cách tự nhiên vào nước
và hình thành hệ keo Ví dụ như: gelatin, hồ, bột thuộc loại này và quá trình này được gọi là sự peptit hóa Các hạt đó bản thân chúng đã có kích thước của hạt keo, nước chỉ làm nhiệm vụ phân tán chúng
Hệ nhũ tương được điều chế bằng cách lắc chung 2 chất lỏng không có khả năng tan lẫn vào nhau Sự lắc mạnh làm vỡ chất lỏng thành các hạt nhỏ có kích thước hạt
Trang 11keo và phân tán chúng vào nhau Tuy nhiên các hạt chất lỏng của pha phân tán thường
có khuynh hướng tái hợp với nhau, hình thành giọt lớn hơn và sau đó tách thành 2 hợp chất lỏng riêng biệt Do đó để làm các hạt keo này bền vững phải sử dụng các chất nhũ hóa
Ví dụ: Sữa là 1 hệ nhũ bền của các hạt mỡ trong nước với chất nhũ hóa là casein Nước sốt là hệ nhũ của dầu trong giấm với chất nhũ hóa là lòng đỏ trứng
* Thêm chất điện ly vào có tác dụng trung hòa lớp ion bị hấp thụ bên ngoài hạt keo và do đó các hạt keo có thể kết hợp lại với nhau để lắng xuống
Sự keo tụ dẫn đến sự hình thành các tam giác chân ở cửa sông Khi gặp biển làm cho các hạt keo trong nước sông đông tụ hình thành các tam giác chân Sự loại bỏ
mồ hóng khói là một ví dụ khác về sự keo tụ Khí từ nhà máy được dẫn qua một hệ tĩnh điện, các hạt bụi mồ hóng sẽ bị giữ lại do keo tụ, điều này giúp làm sạch không khí ở các thành phố công nghiệp nặng
2.3 Nồng độ của dung dịch
2.3.1 Nồng độ phần trăm khối lượng
Là số gam chất tan trong 100g dd
n C V
(1.2)
Câu hỏi ôn tập
1 Hòa tan 20 gam đường vào 215g nước Tìm C% của từng chất
2 Hòa tan 50 gam KNO3 vào 200 gam dung dịch NaCl 10% Tìm C% từng chất
Trang 123 Hòa tan 25 gam chất tan vào 100 gam nước, dung dịch có khối lượng riêng
d=1,143g/ml Tìm C% và V của dung dịch thu được
4 Hòa tan 20gam dung dịch NaOH vào nước thành 250ml dung dịch Tìm CM dung dịch
5 Xác định CM của dung dịch HNO3 12,2M (d=1,35 g/ml)
6 Giải thích hiện tượng xảy ra khi chiếu tia sáng qua hệ keo?
7 Thế nào là hiện tượng keo tụ?
Trang 13Chương 2 DUNG DỊCH CÁC CHẤT ĐIỆN LI
- -
1 Mục tiêu:
Giúp tìm hiểu về các dung dịch điện li, pH của dung dịch, dung dịch đệm, chất
chỉ thị màu và cân bằng trong dung dịch chất điện li ít tan
2 Nội dung chương
Acid là chất cho H+
Trang 142.2.2 Độ điện li ()
Độ điện li là đại lượng đặc trưng cho mức độ điện li của một chất, được tính
dựa vào tỉ số giữa số phân tử phân li ra ion (Np) và tổng số phân tử hòa tan (Nt)
(2.2)
Độ điện li phụ thuộc vào bản chất chất tan, dung môi, nồng độ và nhiệt độ
Độ điện li của một chất tăng khi nồng độ của nó trong dung dịch giảm và ngược
lại
2.2.3 Phân loại các chất điện li
Căn cứ vào độ điện li, người ta phân chia (có tính tương đối) thành:
Chất điện li mạnh là những chất khi hòa tan vào nước tất cả các phân tử của
chúng phân li hoàn toàn thành ion, quá trình phân li là 1 chiều
Các acid mạnh, các base mạnh và đa số muối trung tính là chất điện li mạnh
- Chất điện li yếu là những chất khi hòa tan vào nước chỉ có một số nào đó các
phân tử phân li thành ion Sự điện li của các chất điện li yếu là thuận nghịch
Các acid hữu cơ, acid vô cơ yếu (HCN, H2CO3 ), các base vô cơ yếu
(NH4OH), base hữu cơ (amin ), một số muối acid và muối base (NaHCO3, .) là
những chất điện li yếu
Ví dụ: đường, rượu, các khí tan không tác dụng với nước như O2, N2
2.3 Cân bằng hóa học trong dung dịch điện li
2.3.1 Sự điện li của nước
Có thể nói nước là dung môi lưỡng tính, nghĩa là khi tan vào nước thì nước đóng vai
trò là base
Trang 15Như vậy trong nước: [H+] = [OH-] = 10-7 mol/l
Nồng độ ion H+ hay OH- có thể thay đổi trong dung dịch nước bất kì nhưng tích
số nồng độ của chúng luôn luôn bằng 10-14 mol/l
Tích nồng độ các ion, kí hiệu là Kn Ở 25oC : Kn = [H+][OH-] = 10-14 (2.3) gọi
là tích số ion của nước
Ý nghĩa quan trọng của Kn là khi [H+] tăng thì [OH-] giảm và ngược lại.Do đó:
Đối với môi trường trung tính [H+] = [OH-]
Đối với dung dịch axit [H+] > [OH-]
Đối với dung dịch bazơ [H+] < [OH-]
Nước nguyên chất là chất điện li yếu
2.3.2 pH của dung dịch
Việc biểu diễn nồng độ rất nhỏ của H+ hoặc OH- khá bất tiện; ví dụ [H+]=0,0001M chẳng hạn, do đó năm 1909 nhà hoá học Sorensen đưa ra khái niệm mới gọi là chỉ số hidro và kí hiệu là pH có trị số bằng lograrit thập phân nồng độ ion
H+
pH = -lg[H+] (2.4) tức [H+]=10-pH (2.5)
Trong nước nguyên chất hoặc môi trường trung tính:
[H+] = [OH-] = 10-7 mol/l nên pH = 7
Trong môi trường axit [H+] > 10-7 mol/l nên pH <7
Trong môi trường kiềm [H+] < 10-7 mol/l nên pH > 7
Dãy các giá trị của pH từ 1 đến 14 được gọi là thang pH
Trang 162.3.3 Dung dịch đệm pH
Dung dịch đệm là những dung dịch không bị biến đổi đáng kể pH khi ta thêm vào
đó những lượng nhỏ acid mạnh hoặc base mạnh hoặc pha loãng (không quá loãng) Dung dịch đệm thường là dung dịch chứa hỗn hợp acid yếu và muối của nó với base mạnh (CH3COOH + CH3COONa) hoặc base yếu và muối của nó với acid mạnh ( NH3 + NH4Cl) Sở dĩ thế vì trong dung dịch có cân bằng giữa dạng acid và base liên hợp Dung dịch đệm có ý nghĩa rất lớn trong khoa học và đời sống Nhiều phản ứng hoá học chỉ xảy ra ở một giá trị pH xác định; máu người (và động vật) là một dung dịch đệm có pH khoảng 7,3 - 7,4, nhờ thiết lập cân bằng giữa ion hydrocarbon và khí carbonic có trong máu
HCO3
+ H+ CO2 + H2O
2.3.4 Chất chỉ thị màu pH (chất chỉ thị màu acid - base)
Chất chỉ thị màu pH là những chất bị biến đổi màu sắc của mình ở các giá trị pH khác nhau của môi trường (dung dịch) Chúng thường là các acid yếu hữu cơ có thể biểu diễn công thức tổng quát là Hind, trong dung dịch phân li như sau:
HInd H+ + Ind Dạng acid Dạng base
-Bảng 2.1 Khoảng chuyển màu của một số chất chỉ thị
Màu dạng acid Màu dạng base pH chuyển màu
Đại lượng đặc trưng đối với mỗi chất chỉ thị pH là khoảng chuyển màu của chất chỉ thị Đó là khoảng pH mà chất chỉ thị bắt đầu chuyển từ một màu này sang hoàn toàn một màu khác (từ màu dạng acid sang màu dạng base)
Dạng acid và base phải có màu sắc khác nhau Trong dung dịch, chất chỉ thị có màu nào tuỳ thuộc vào nồng độ dạng nào nhiều hơn Trên thực tế người ta thấy khi nồng độ của dạng acid gấp khoảng 10 dạng base thì dung dịch có màu của dạng acid và ngược lại
Ví dụ: Với metyl đỏ thì ở pH < 4,4 có màu hồng (màu dạng acid)
ở 4,4 < pH < 6,2 màu hồng chuyển dần sang vàng
Trang 17ở pH > 6,2 có màu vàng (màu dạng base)
Sử dụng chất chỉ thị pH thích hợp có thể đánh giá sơ bộ pH của một dung dịch trong khoảng nào
Ví dụ:
- Nếu nhỏ phenolphtalein vào một dung dịch thấy xuất hiện màu hồng thì chứng
tỏ dung dịch có pH > 8
- Nếu nhỏ metyl đỏ vào một dung dịch thấy xuất hiện màu hồng thì dung dịch có
pH < 4,4 Nếu có màu vàng thì pH của dung dịch lớn hơn 6,2
Để xác định pH bằng các chất chỉ thị màu pH một cách chính xác hơn, người ta thường dùng dung dịch chỉ thị tổng hợp Đó là một dung dịch chứa nhiều chất chỉ thị
pH có các khoảng chuyển màu khác nhau và do đó nó sẽ có màu xác định tại một pH xác định Tương tự, người ta cũng dùng giấy xác định pH Đó là giấy đã được tẩm chỉ thị tổng hợp
2.4 Cân bằng trong dung dịch chất điện li ít tan
2.4.1 Tích số tan
Khi bỏ một chất điện li ít tan như BaSO4, AgCl, BaCO3 vào nước, các chất này
sẽ phân li hoàn toàn thành các ion Các ion trên bề mặt tinh thể hút các phân tử nước phân cực và bắt đầu chuyển vào dung dịch dưới dạng ion hydrat Khi mức độ tích lũy gia tăng, các ion hydrat có thể va chạm với bề mặt tinh thể và bị hút bởi các ion trái dầu rồi bị mất nước và kết tủa
Trong dung dịch bão hòa của các chất này luôn luôn tồn tại cân bằng giữa trạng thái rắn và các ion hòa tan
Trường hợp chung chất điện li ít tan AmBn
Trang 18Như vậy, tích số tan cho biết khả năng tan của một chất điện li ít tan Chất có T càng lớn càng dễ tan
2.4.2 Mối quan hệ giữa tích số tan (T t ) và độ tan (S)
Tích số tan có mối liên hệ chặt chẽ với độ tan của chất điện li ít tan.Tuy nhiên cần phân biệt rõ tích số tan và độ tan Tích số tan là một hằng số cân bằng mô tả cân bằng hòa tan của một chất tan, do đó ở một nhiệt độ xác định, một chất tan cụ thể chỉ có một giá trị xác định của tích số tan Ngược lại, độ tan là một vị trí cân bằng, nên ở một nhiệt độ xác định, tùy nồng độ các chất có mặt trong dung dịch có thể có giá trị độ tan khác nhau
Khi biết tích số tan của một chất ở nhiệt độ nào đó có thể tính được độ tan của chất (số mol chất tan trong 1 lít dung dịch bão hòa chất đó)
Ví dụ: Ở 25°C CuBr có độ tan là 2.10-4mol/l Tính Tt
CuBr (r) Cu+ + Br
S S
TCuBr = [Cu+][Br-] = S2 = (2.10-4)2 = 4.10-8 mol2/l2
Điều kiện tạo thành kết tủa
Biết tích số tan có thể xác định được điều kiện để hòa tan hay kết tủa một chất:
* Điều kiện tạo thành kết tủa
Một chất sẽ kết tủa khi tích số nồng độ các ion của nó trong dung dịch lớn hơn tích số tan, và ngược lại nó sẽ còn tan khi tích số nồng độ ion của nó chưa đạt đến tích số tan
Ví dụ: Kết tủa PbI2 có tạo thành không khi trộn 2 thể tích bằng nhau dung dịch Pb(NO3)2 0,01M và KI 0,01M Nếu pha loãng dung dịch KI 100 lần rồi trộn như trên
có kết tủa không? Biết
2
PbI
T = 1,1 10-9
Pb2+ + 2I- PbI2↓ Nồng độ các ion sau khi trộn:
[Pb2+] = [I-] = 5.10-3 mol/l [Pb2+] [I-]2 = 1,25 10-7 >
2
PbI T
Vì vậy có kết tủa được tạo ra
Nồng độ KI sau khi pha loãng là 10-4 mol/l
Nồng độ các ion sau khi pha trộn:
Trang 19[Pb2+] = 5.10-3 mol/l; [I-] = 5.10-5 mol/l [Pb2+] [I-]2 = 1,25 10-11 <
2
PbI T
Vì vậy không có kết tủa được tạo ra
* Điều kiện hòa tan kết tủa
Để hòa tan một chất điện li ít tan thì phải thêm vào dung dịch một chất nào đó có khả năng kết hợp với một trong các ion của chất điện li, làm cho tích số nồng độ của các ion nhỏ hơn tích số tan
Ví dụ: Hòa tan FeS bằng dung dịch HCl
FeS(r) Fe2+ + S2- (1) HCl H+ + Cl- (2)
S2- + H+ H2S (3)
Do (3) nên nồng độ S2- giảm xuống làm [Fe2+][S2-] < TFeS và làm cho cân bằng chuyển dịch sang chiều thuận tức chiều làm hòa tan FeS
Câu hỏi ôn tập
1 Viết phương trình điện li của các chất sau:
4 Tìm pH dung dich KOH 10-7M
5 Tính tích số tan của BaSO4, biết độ tan của nó ở 20°C là 1,05.10-5M
6 Tìm độ tan của CaC2O4 biết rằng tích số tan của CaC2O4 = 2,57.10-9
7 Cho dung dịch CH3COOH có nồng độ 0,1M, độ điện li là 1% Tính nồng độ mol và pH của dung dịch sau phản ứng
8 Tính pH của dung dịch tạo thành sau khi trộn 100ml dung dịch HCl 1M với
Trang 20Chương 3 ĐẠI CƯƠNG VỀ HÓA HỮU CƠ
- -1 Mục tiêu
Giúp phân biệt được các loại hợp chất hữu cơ, các tính chất vật lí và hóa học đặc trưng của mỗi loại hợp chất hữu cơ cơ bản, từ đó biết được lợi ích và tác hại của
việc sử dụng hóa chất trong đời sống
2 Nội dung chương
2.1 Phân loại các hợp chất hữu cơ
Các hợp chất hữu cơ có thể được phân loại theo cơ cấu của dây carbon hoặc theo nhóm định chức
2.1.1 Phân loại theo nhóm định chức
Nhóm định chức là một nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử có hóa trị chưa bão hòa, nó là tâm xảy ra các phản ứng trong phân tử chất hữu cơ
Các hợp chất hữu cơ có chứa cùng một loại nhóm định chức như nhau sẽ được xếp vào cùng một dãy đồng đẳng
Ví dụ: -OH (nhóm hydroxyl), -COOH (nhóm carboxyl), -NH2 (nhóm amino)…
2.1.2 Phân loại theo mạch carbon
Trang 21Ankan là tên chung dùng để chỉ nhóm hợp chất hydrocarbon (chỉ chứa carbon và hydrogen) bão hòa Sườn carbon của alkan có thể là dây thẳng hoặc dây nhánh Công thức tổng quát: CnH2n+2 với n≥ 1
2.2.1.4 Benzen – hydrocarbon phương hương
Benzen là một hydrocarbon có mùi hương, công thức phân tử là C6H6 Đồng đẳng của benzen là những hydrocarbon trong phân tử có chứa 1 vòng benzen và nhánh ankyl Công thức chung là CnH2n-6 (n>6)
2.2.2 Danh pháp
2.2.2.1 Danh pháp của ankan
Tên ankan = tên số nguyên tử carbon + an
* Ankan không phân nhánh
Người ta có thể dùng mẫu tự n đặt trước tên alkan mạch thẳng
Ví dụ : C6H14 tên là n-hexan
* Ankan mạch nhánh
Ankan mạch nhánh được gọi tên theo các qui tắc sau :
Mạch chính là mạch carbon dài nhất (nếu có 2 cách chọn tương đương, chọn
mạch có nhiều nhóm thế làm mạch chính)
Đánh số carbon trên mạch chính sao cho tổng số các số thứ tự của các nhóm thế
Trang 22CH3 CH2 CH CH
CH3 CH3
CH1 32
345
2,3-dimetylpentan
Nếu có nhiều nhánh khác nhau, ta đọc tên các nhánh theo thứ tự mẫu tự a,b,c…
Nhánh phụ nếu có, cũng được đọc kèm theo 1 chỉ số mà carbon số 1 gắn vào dây nhánh Tên nhánh phức tạp được đặt trong vòng ngoặc
Nhóm thế cuối cùng phải viết liền với tên tộc của ankan
Ví dụ:
CH1 32
34
5
3-clo-2-metylpentan
* Nhóm thế:
Nhóm thế ankyl được xem như một alkan mất đi một hydrogen Do đó để gọi tên
nhóm thế ankyl người ta thay tiếp vĩ ngữ -an trong tên alkan bằng yl
etilenMột số alken khác được xem như dẫn xuất từ etilen
Trang 23 Chọn mạch chính là mạch carbon dài nhất có chứa nối đôi
Đánh số carbon trên mạch chính sao cho vị trí của nối đôi là nhỏ nhất Nếu cả hai đầu tương đương nhau, chọn đầu nào mà dây nhánh có số thứ tự nhỏ nhất
Với alken vòng, carbon số 1 và số 2 là 2 nguyên tử carbon của nối đôi
Gốc dẫn xuất từ alken là gốc đã bị lấy bớt 1H, dẫn xuất có tên tận cùng bằng
enyl C mang hóa trị chưa bão hòa có chỉ số 1
2.2.2.3 Danh pháp của ankin
Trang 24Tên ankin = tên số nguyên tử carbon + in
Ví dụ:
Nếu có nối đôi và nối ba thì nối đôi được đọc trước nối ba Những hợp chất vừa
chứa nối đôi, vừa chứa nối ba được gọi là enin
2.2.2.4 Danh pháp của hydrocarbon phương hương
a Tên hydrocarbon thông thường
Trang 25d Trường hợp có nhiều nhân benzen dính vào dây carbon của hydrocacbon chi phương như: alkan, alken, alkin, ta lấy dây chi phương làm dây chính
Ở nhiệt độ và áp suất bình thường, các ankan có số carbon từ C1 đến C4: ở thể khí; C5-C16: ở thể lỏng, từ C18 trở lên: ở thể rắn dưới dạng tinh thể
Riêng aren (các hydrocarbon phương hương) đều là những chất độc, thường gây nên sự phá hủy hồng huyết cầu Đây đều là những chất lỏng hoặc rắn dễ bay hơi, dễ thăng hoa, có mùi và cũng rất ít tan trong nước Các chất benzen, toluen, xilen,… là dung môi tốt hòa tan nhiều loại vật liệu như sơn, các loại nhựa, cao su…
Trang 26Vì các liên kết trong phân tử ankan là nối σ bền nên không cho phản ứng cộng, chỉ cho phản ứng thế trong điều kiện thí nghiệm mạnh Phản ứng xảy ra theo cơ chế gốc tự do
b Anken
Anken cho được phản ứng thế ở Hα Do hiệu ứng siêu tiếp cách, các nối C- Hα kém bền và Hα cóthể được thay bằng halogen X Phản ứng thuộc loại gốc tự do, có thể thực hiện bằng cách:
Tác dụng với X2 ở nhiệt độ cao
H3C CH CH2 + Cl2 Cl CH2 CH CH2 + HCl
Tác dụng với N-bromosucinimid (NBS)
NBr O
Sự định hướng của phản ứng thế thân điện tử vào vòng benzen
Trường hợp hydrocarbon phương hương đơn trí hoán:
Ảnh hưởng cuả nhóm thế thứ nhất:
Trang 27- Nhóm thế nhả e như: -CH3, - C2H5, -OH, -NH2, …làm tăng vận tốc phản ứng thế thân điện tử nếu so với benzen
- Nhóm có hoạt tính vưà: OR, NHCOCH3
- Nhóm có hoạt tính tương đối yếu: -R
- Nhóm có hoạt tính hạ hoạt: -Cl, Br, I
* Các nhóm định hướng meta: -N=NI, -NR3, -NO2, -C=N, -SO3H, CH=O, CR, COOH, -COOR
-Trường hợp hydrocarbon phương hương nhị trí hoán:
Ta áp dụng qui tắc sau để qui định vị trí nhóm thứ 3
a Nếu có 1 nhóm tăng hoạt và 1 nhóm hạ hoạt thì nhóm tăng hoạt đóng vai trò chủ động để xác định vị trí nhóm thế thứ 3
Trong trường hợp này, hiệu ứng lập thể cũng đóng vai trò quan trọng sự xác định vị trí nhóm thế thứ 3
OCH3
NO2
Trang 28b Nếu có 2 nhóm thế cùng tăng hoạt và định hướng o, p thì nhóm nào tăng hoạt mạnh hơn sẽ đóng vai trò chủ động
Sức nhả điện tử tăng dần theo thứ tự:
Trang 29 Clo cho phản ứng thế dễ dàng, brom khó hơn, I 2 rất khó phản ứng cân bằng
+ I2 C6H5I + HI
* Phản ứng thế thân hạch điện tử
Phản ứng thân hạch phươg hương trực tiếp gây nên bởi 1 tác nhân thân hạch thường chỉ có ở điều kiện:
- Nhân phương hương có nhóm xuất tốt
- Nhân phương hương có nhóm rút điện tử mạnh như NO2 ở vị trí o, p đối với nhóm xuất
CHCl