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!
DUNG DỊCH
Mục tiêu
Bài viết này giúp người đọc nắm bắt các vấn đề liên quan đến dung dịch, từ trạng thái dung dịch, phân biệt dung dịch keo, đến thành phần và tính chất của các dung dịch không điện li Trạng thái dung dịch cho biết mức độ phân tán của chất tan trong dung môi và ảnh hưởng đến độ trong, độ nhớt cũng như các tương tác giữa các thành phần Dung dịch keo là hệ phân tán có kích thước hạt từ vài nanomet đến micromet, thường có hiện tượng đục hoặc mờ và được ổn định nhờ các lực tương tác bề mặt giữa hạt và dung môi Thành phần của dung dịch gồm chất tan và dung môi, với nồng độ và tỉ lệ giữa hai thành phần quyết định tính chất vật lý và hóa học của dung dịch Các dung dịch không điện li là những dung dịch không hoặc ít phân ly thành ion khi tan, vì vậy dẫn điện rất yếu và chịu ảnh hưởng của nhiệt độ cũng như bản chất hóa học của chất tan.
Nội dung chương
2.1 Hệ phân tán và dung dịch
Dung dịch là trạng thái vật chất đặc trưng của các chất, thể hiện cấu trúc và tính chất riêng biệt Nó là một hệ phân tán, nhưng không phải mọi hệ phân tán đều được coi là dung dịch.
Hệ phân tán là hệ có ít nhất một chất phân bố (gọi là chất phân tán) vào một chất khác (gọi là môi trường phân tán) dưới dạng những hạt có kích thước rất nhỏ Những hạt phân tán được phân bố đồng đều trong môi trường phân tán và tồn tại ở trạng thái phân tán Việc nắm vững kích thước, tính chất và tương tác giữa chất phân tán với môi trường phân tán giúp xác định đặc tính và ứng dụng của hệ phân tán trong khoa học và công nghiệp.
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:
Trong hệ phân tán thô, kích thước hạt dao động từ 10^-5 đến 10^-2 cm, vì vậy 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 –5 cm, do đó để quan sát được các hạt phải dùng kính siêu hiển vi có độ phóng đại lớn
Ví 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) là trạng thái đồng thể khi các hạt có kích thước ở mức phân tử hoặc ion, tức là nhỏ hơn 10^-7 cm Khi đạt kích thước này, các hạt phân tán hòa tan lẫn nhau, hình thành một dung dịch đồng nhất và được gọi đơn giản là dung dịch.
Kích thước hạt vô cùng nhỏ khiến chúng phân bố đồng đều trong môi trường, tạo sự đồng nhất về thành phần, cấu tạo và tính chất trên toàn bộ thể tích của hệ Nhờ phân bố đều này, hệ có độ bền cao và ít bị phá hủy theo thời gian khi để yên.
Ví dụ, khi hòa tan đường và muối ăn vào nước, các hạt đường phân tán ở dạng phân tử còn các hạt muối phân tán ở dạng ion Nước hoạt động như dung môi, tạo lớp vỏ nước quanh các phân tử đường và các ion Na+, Cl− để hình thành dung dịch đồng nhất Sự khác biệt này phản ánh tính chất hóa học của hai chất: đường tan mà không ion hóa, còn muối tan và phân ly thành ion.
Dung dịch là hệ đồng thể gồm 2 hay nhiều chất mà thành phần của chúng có thể thay đổi trong giới hạn rộng
Trong dung dịch, chất phân tán được gọi là chất tan, môi trường phân tán được gọi là dung môi
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
Các hạt keo là các hạt có kích thước lớn hơn phân tử và ion nhưng chưa đủ lớn để quan sát được bằng kính hiển vi quang học thông thường; chúng có kích thước từ khoảng 1 nanomet đến 1000 nanomet (0,001–1 μm), tùy chất và điều kiện môi trường Do vậy, chúng tồn tại ở trạng thái phân tán trong dung môi và hình thành các hệ keo như dung dịch keo hoặc nhũ tương, với sự phân tán được duy trì bởi động Brownian và điện tích bề mặt ngăn chúng kết tụ Để quan sát hoặc phân tích hạt keo, người ta thường dùng các kỹ thuật như phân tích tán xạ ánh sáng, kính hiển vi điện tử hoặc các phương pháp quang-hóa đặc thù, thay vì kính hiển vi quang học thông thường.
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
Một hệ keo gồm hai thành phần chính: các hạt keo (chất phân tán) và môi trường phân tán Các hạt keo được phân tán trong môi trường phân tán, giúp hình thành hệ keo ổn định Môi trường phân tán phổ biến nhất là nước và không khí, tùy thuộc vào đặc tính của hệ keo và ứng dụng của nó.
Trung tâm của hạt keo có thể là một tinh thể ion rất nhỏ, hoặc là một nhóm phân tử, thậm chí là một phân tử kích thước lớn Hạt keo hấp thụ một lớp ion mang cùng điện tích từ môi trường, lớp ion này lại hấp thụ tiếp một lớp ion mang điện tích trái dấu bao quanh Kết quả là phần phía ngoài của hạt keo mang cùng điện tích; vì vậy các hạt keo đẩy nhau và không thể kết tụ thành hạt lớn hơn Chính lực đẩy tĩnh điện này làm cho hệ keo bền vững trong một khoảng thời gian dài.
Hình 1.1 Cấu tạo hạt 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
Môi trường phân tán Chất khí
Trong sol rắn, hình dạng của hạt keo quyết định các tính chất cơ học của chúng Hạt keo có dạng không gian 3D giống quả bóng, dạng 2D giống tấm phim và dạng 1D giống sợi chỉ; do đó, các đặc tính cơ học phụ thuộc chủ yếu vào hình dạng của hạt keo.
Ví dụ: Các hạt keo có dạng hình cầu sẽ có độ nhớt nhỏ hơn các hạt keo có dạng hình sợi
2.2.4 Tính chất của hệ keo
Các hệ keo có tính chất tương tự dung dịch; các hạt keo được phân tán đồng đều và không tách rời khỏi hệ như các hạt có kích thước lớn khác, nên chúng có thể xuyên qua giấy lọc Tuy nhiên, tốc độ khuếch tán của các hạt keo trong hệ keo lại chậm hơn so với tốc độ khuếch tán của các hạt trong dung dịch ở mức phân tử và ion.
Trong hệ keo, sự tán xạ ánh sáng là một đặc tính quan trọng giúp phân biệt nó với dung dịch Khi chiếu sáng qua một hệ keo, ta có thể quan sát đường đi của chùm sáng từ mặt bên vuông góc với hướng truyền của chùm sáng; đây là hiệu ứng Tyndall Hiệu ứng Tyndall được dùng để phân biệt hệ keo với dung dịch Độ tăng điểm sôi, độ giảm điểm đông đặc, cùng với sự giảm áp suất hơi và áp suất thẩm thấu 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
* Phương pháp phân tán : Bằng cách phân chia các hạt có kích thước lớn thành hạt có kích thước hạt keo, ví dụ nghiền mịn bột màu
* Phương pháp cô đặc : Kết hợp các hạt có kích thước nhỏ với nhau thành các hạt có kích thước hạt keo
Ví dụ: Mây được hình thành khi có lượng lớn các phân tử nước đông tụ lại, chúng sẽ tạo ra các giọt nước rất nhỏ
Một số chất rắn khi được thả vào nước sẽ tự phân tán và hình thành hệ keo, tức là một pha phân tán có các hạt ở kích thước keo Điển hình cho hiện tượng này là gelatin, hồ và một số loại bột thuộc nhóm keo, và quá trình này được gọi là peptit hóa Các hạt có kích thước bằng hạt keo, nước chỉ đóng vai trò phân tán chúng vào hệ keo đồng nhất.
DUNG DỊCH CÁC CHẤT ĐIỆN LI
Dung dịch điện li
Sự điện li là quá trình phân li thành các ion (cation, anion) khi chất điện li tan vào nước hoặc đun nóng chảy
Chất điện li là chất khi tan vào nước tạo thành dung dịch dẫn điện được nhờ phân li thành các ion
Ví dụ: nước nguyên chất, NaCl rắn thì không dẫn điện nhưng dung dịch nước muối thì lại dẫn điện
2.2.2 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)
Độ điện li của một chất phụ thuộc vào bản chất của chất tan, dung môi, nồng độ và nhiệt độ Khi nồng độ của chất tan trong dung dịch giảm (pha loãng), độ điện li tăng lên; ngược lại, khi nồng độ tăng thì độ điện li giảm Các yếu tố này ảnh hưởng đến mức phân li thành ion và hiệu suất ion hóa trong dung dịch, từ đó tác động tới ứng dụng hóa học và phân tích chất lượng trong thực tế.
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 các ion, và quá trình phân li diễn ra theo một chiều Nhờ phân li triệt để, dung dịch chứa chủ yếu các ion tự do, dẫn điện tốt và tham gia các phản ứng hóa học một cách nhanh chóng Ví dụ điển hình cho chất điện li mạnh gồm axit mạnh như HCl và H2SO4, cũng như các muối tan như NaCl.
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 lượng nhất định các phân tử phân li thành ion Quá trình điện li của các chất điện li yếu là thuận nghịch, tạo thành một cân bằng động giữa thể phân tử ban đầu và các ion tự do trong dung dịch.
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
Chất không điện li: là những chất khi hòa tan trong nước không phân li thành các ion
Ví dụ: đường, rượu, các khí tan không tác dụng với nước như O2, N2
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
Còn khi base tan vào nước đóng vai trò acid
Sự thật bản thân nước vừa cho vừa nhận proton Để đơn giản người ta thường viết:
Bằng phép xác định độ dẫn điện cực nhạy, người ta xác định được rằng trong nước nguyên chất [H + ][OH - ] = 10 -14 mol/l ở 25 o C
Như 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
Kn là tích nồng độ các ion, ký hiệu là Kn Ở 25°C, Kn = [H+][OH-] = 10^-14 được gọi là tích số ion của nước Ý nghĩa quan trọng của Kn là cho thấy sự đối ngẫu giữa hai ion H+ và OH-: khi [H+] tăng thì [OH-] giảm và ngược lại Do đó, với nhiệt độ cố định, tăng nồng độ một ion sẽ làm giảm nồng độ ion kia để duy trì Kn ở giá trị 10^-14.
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
Việc biểu diễn nồng độ rất nhỏ của H + hoặc OH - khá bất tiện; ví dụ
Ví dụ, [H+] = 0,0001 M cho thấy nồng độ ion hydro trong dung dịch và pH của dung dịch ở mức tương ứng Năm 1909, nhà hóa học Sorensen đã đưa ra khái niệm mới gọi là chỉ số hidro, ký hiệu pH, để mô tả mức độ axit-baz dựa trên nồng độ ion H+ pH được định nghĩa là pH = - log10([H+]), tức là logarit thập phân âm của nồng độ ion hydro Việc đo pH giúp đánh giá độ axit hoặc kiềm của dung dịch và có vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực như hóa học, sinh học và môi trường.
Trong nước nguyên chất hoặc môi trường trung tính:
Trong môi trường axit [H + ] > 10 -7 mol/l nên pH 7
Dãy các giá trị của pH từ 1 đến 14 được gọi là thang pH
Dung dịch đệm là những dung dịch có khả năng duy trì pH ổn định khi được thêm vào một lượng nhỏ axit mạnh hoặc bazơ mạnh hoặc bị pha loãng ở mức vừa phải Thường gặp ở hệ axit yếu và muối của nó với bazơ mạnh (ví dụ CH3COOH và CH3COONa) hoặc ở hệ axit mạnh và muối của nó với bazơ yếu (ví dụ NH3 và NH4Cl), nhờ sự cân bằng giữa dạng axit liên hợp và bazơ liên hợp trong dung dịch Dung dịch đệm có ý nghĩa to lớn trong khoa học và đời sống vì nhiều phản ứng hóa học chỉ xảy ra ở một giá trị pH xác định; máu người và nhiều loài động vật duy trì pH khoảng 7,3–7,4 nhờ cân bằng giữa ion bicarbonate và carbon dioxide (khí carbonic) có trong máu.
2.3.4 Chất chỉ thị màu pH (chất chỉ thị màu acid - base)
Chất chỉ thị màu pH là các chất có khả năng đổi màu theo giá trị pH của dung dịch, cho phép nhận diện mức độ axit–bazơ của môi trường Thông thường, chúng là axit yếu hữu cơ biểu diễn dưới công thức tổng quát là HIn; khi tan trong nước, chúng phân li thành H+ và In−, nên màu sắc của chúng phụ thuộc vào tỉ lệ giữa hai dạng này Mỗi chất chỉ thị có dải pH đặc trưng và có màu sắc khác nhau ở trạng thái axit (pH thấp) và ở trạng thái bazơ hoặc trung tính (pH cao), do sự cân bằng giữa dạng HIn và In− thay đổi theo pH.
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
Metyl da cam (methyl orange) là chất chỉ thị pH có phạm vi chuyển màu từ 3,1 đến 4,5 Đây là đại lượng đặc trưng của chất chỉ thị pH, cho biết khoảng pH mà chất chỉ thị bắt đầu đổi từ màu ở dạng acid sang màu ở dạng base.
Trong dung dịch, hai dạng của chất chỉ thị—acid và base—phải có màu sắc khác nhau, và màu sắc của chất chỉ thị phụ thuộc vào dạng nào chiếm ưu thế về nồng độ Thực tế cho thấy khi nồng độ của dạng acid gấp khoảng 10 lần nồng độ của dạng base, dung dịch sẽ mang màu của dạng acid; ngược lại, khi nồng độ base chiếm ưu thế, dung dịch sẽ có màu của dạng base.
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
Cân bằng trong dung dịch chất điện li ít tan
Sử dụng chất chỉ thị pH thích hợp có thể đánh giá sơ bộ pH của một dung dịch trong khoảng nào
- Nếu nhỏ phenolphtalein vào một dung dịch thấy xuất hiện màu hồng thì chứng tỏ dung dịch có pH > 8
Nhỏ methyl đỏ vào một dung dịch, nếu thấy màu hồng thì dung dịch có pH < 4,4, còn nếu màu vàng thì pH lớn hơn 6,2 Để xác định pH chính xác hơn, người ta thường sử dụng dung dịch chỉ thị màu tổng hợp, là dung dịch chứa nhiều chất chỉ thị pH với các khoảng chuyển màu khác nhau, từ đó cho màu xác định tại một pH cụ thể Tương tự, người ta also dùng giấy xác định pH được tẩm các chỉ thị tổng hợp để đo pH nhanh và tiện lợi.
2.4 Cân bằng trong dung dịch chất điện li ít tan
Khi bỏ vào nước các chất ít tan như BaSO4, AgCl, BaCO3, chúng phân li một phần thành các ion trong dung dịch Các ion trên bề mặt tinh thể hút nước phân cực và dần hình thành lớp ion hydrat Khi mức độ tích lũy của các ion tăng lên, các ion hydrat có thể tiếp xúc với bề mặt tinh thể và bị hút bởi các ion trái dấu, dẫn tới mất nước và kết tủa trên bề mặt tinh thể.
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
Ví dụ: AgCl Ag + + Cl -
Hằng số cân bằng của quá trình này được gọi là tích số tan của AgCl và được kí hiệu là TAgCl
Vậy, tích số tan (Ksp) của một chất điện li mạnh ít tan được xác định bằng tích nồng độ các ion của nó trong dung dịch bão hòa, mỗi nồng độ được nâng lên lũy thừa đúng theo hệ số tỉ lệ trong công thức phân tử của chất ấy.
Như 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, nhưng cần phân biệt rõ hai khái niệm này Tích số tan là một hằng số cân bằng mô tả trạng thái hòa tan của một chất tan, do đó ở một nhiệt độ xác định, một chất tan cụ thể chỉ có một giá trị tích số tan duy nhất Ngược lại, độ tan là một vị trí cân bằng, 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.
Biết tích số tan (Ksp) của một chất ở một nhiệt độ nhất định cho phép tính toán độ tan của chất đó, tức là lượng mol chất tan có thể hòa tan trong 1 L dung dịch ở trạng thái bão hòa tại nhiệt độ đó Độ tan được biểu diễn bằng đơn vị mol/L và phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ, vì vậy khi nhiệt độ thay đổi, Ksp và nồng độ hòa tan thay đổi theo Việc xác định độ tan từ tích số tan hỗ trợ dự đoán hiện tượng kết tủa, thiết kế dung dịch bão hòa và tính toán liều lượng cho các ứng dụng khoa học và công nghiệp Nắm được mối quan hệ giữa tích số tan, độ tan và nhiệt độ giúp tối ưu hóa quá trình hòa tan và kiểm soát điều kiện dung môi trong thí nghiệm.
Ví dụ: Ở 25°C CuBr có độ tan là 2.10 -4 mol/l Tính Tt
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
Trong dung dịch, một chất sẽ kết tủa khi tích số nồng độ của các ion của nó lớn hơn tích số tan (Ksp) Ngược lại, chất đó sẽ tiếp tục hòa tan khi tích số nồng độ ion chưa đạt đến Ksp Khi IP vượt quá Ksp, cân bằng hòa tan bị phá vỡ và kết tủa hình thành; khi IP nhỏ hơn Ksp, dung dịch vẫn có thể hòa tan thêm ion cho đến khi IP bằng Ksp Ở trạng thái cân bằng hòa tan, IP = Ksp và không xảy ra thêm hiện tượng kết tủa hay hòa tan.
Ví dụ này cho thấy kết tủa PbI2 hình thành khi trộn bằng nhau thể tích dung dịchPb(NO3)2 0,01 M và KI 0,01 M, bởi phản ứng Pb2+ + 2 I− → PbI2(s) Sau trộn, nồng độ của hai ion là [Pb2+] = [I−] = 0,005 M và Q = [Pb2+][I−]^2 ≈ 1,25×10−7, lớn hơn Ksp PbI2 (khoảng 8,5×10−9), nên kết tủa PbI2 sẽ hình thành Nếu pha loãng dung dịch KI 100 lần còn 0,0001 M và trộn với Pb(NO3)2 0,01 M, sau trộn ta có [Pb2+] = 0,005 M và [I−] = 0,00005 M, khi đó Q = [Pb2+][I−]^2 ≈ 1,25×10−11 < Ksp PbI2, nên không có kết tủa PbI2.
Pb 2+ + 2I - PbI2↓ Nồng độ các ion sau khi trộn:
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:
Vì vậy không có kết tủa được tạo ra
Điều kiện hòa tan kết tủa: Để hòa tan một chất điện li ít tan, cần bổ sung vào dung dịch một chất có khả năng kết hợp với một trong các ion của chất điện li đó Việc hình thành phức hoặc liên kết với ion làm giảm nồng độ ion tự do, khiến tích số nồng độ của các ion nhỏ hơn tích số tan (Ksp), từ đó thúc đẩy quá trình hòa tan và làm tan kết tủa.
Ví dụ: Hòa tan FeS bằng dung dịch HCl
Do (3) nên nồng độ S 2- giảm xuống làm [Fe 2+ ][S 2- ] < TFeS và làm cho cân bằng chuyển dịch sang chiều thuận tức chiều làm hòa tan FeS
1 Viết phương trình điện li của các chất sau: a) HNO3, H2S, H3PO4 b) NaOH, NH4OH, Ba(OH)2 c) Al(OH)3, K2CO3, NaHCO3
2 Tìm [OH - ] trong dung dịch có pH = 10,8
3 Tìm pH dung dịch acid HCl 10 -4 M
4 Tìm pH dung dich KOH 10 -7 M
5 Tính tích số tan của BaSO4, biết độ tan của nó ở 20°C là 1,05.10 -5 M
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 500ml dung dịch KOH 0,375M
9 Trộn 250ml dung dịch hỗn hợp gồm HCl 0,08mol/l và H2SO4 0,01mol/l với 250ml dung dịch NaOH a mol/l, thu được 500ml dung dịch có pH Tính a
10 Nhỏ vài giọt dung dịch phenolphtalein vào dung dịch NH3 thấy dung dịch chuyển sang màu hồng Để dung dịch có màu hồng đậm hơn thì làm như thế nào?
ĐẠI CƯƠNG VỀ HÓA HỮU CƠ
Các hydrocarbon không mang nhóm chức
Ankan là tên gọi chung của nhóm hợp chất hydrocarbon bão hòa, chỉ chứa các nguyên tố carbon và hydro Sườn carbon của ankan có thể là chuỗi thẳng hoặc chuỗi nhánh, thể hiện cấu trúc phân nhánh của phân tử Công thức tổng quát của ankan là CnH2n+2 với n ≥ 1, cho thấy số nguyên tử hydro bằng 2n+2 khi số nguyên tử carbon là n.
Anken là tên chung của nhóm hợp chất hydrocarbon chưa no có chứa liên kết đôi C=C trong phân tử Đây là lớp hợp chất có ít nhất một nối đôi và có thể có nhiều nối đôi tùy theo cấu trúc phân tử Với trường hợp chỉ chứa một nối đôi trong phân tử, công thức chung của anken là CnH2n (với n ≥ 2); ví dụ điển hình là các hợp chất có công thức C2H4 và C3H6 Anken có thể có chuỗi thẳng hoặc chuỗi phân nhánh và tham gia vào các phản ứng đặc trưng của liên kết đôi như phản ứng cộng, phản ứng halogen hóa hoặc hydro hóa.
Ankin là tên chung để chỉ một nhóm hợp chất hydrocarbon có chứa nối ba trong phân tử, nếu chỉ có một nối ba thì công thức nguyên là C2H2n-2 (n ≥ 2)
Benzen là một hydrocarbon có mùi đặc trưng và công thức phân tử là C6H6 Các đồng đẳng của benzen là những hydrocarbon chứa 1 vòng benzen và một nhánh ankyl, có công thức chung CnH2n-6 (n > 6). -**Support Pollinations.AI:** -🌸 **Ad** 🌸Powered by Pollinations.AI free text APIs [Support our mission](https://pollinations.ai/redirect/kofi) to keep AI accessible for everyone.
Tên ankan = tên số nguyên tử carbon + an
Người ta có thể dùng mẫu tự n đặt trước tên alkan mạch thẳng
Ví dụ : C6H14 tên là n-hexan
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 là nhỏ nhất
Số thứ tự chỉ vị trí các nhóm thế được viết trước tên nhóm thế, cách một vạch ngang nhỏ
Nếu có nhiều nhóm thế giống nhau, sử dụng tiếp đầu ngữ đi, tri, tetra…
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
Nhóm thế ankyl được xem như một alkan mất đi một nguyên tử hidro; do đó khi gọi tên nhóm thế ankyl, ta thay phần hậu tố -an của tên alkan bằng -yl để phản ánh sự có mặt của nhóm ankyl trong phân tử Quy tắc này giúp chuẩn hóa danh pháp hữu cơ cho các hợp chất chứa nhóm ankyl và tối ưu cho SEO với các từ khóa như "nhóm thế ankyl", "danh pháp ankyl", và "thay thế -an bằng -yl".
-CH3 -CH2CH3 -CH2CH2CH3
Metyl (Me) Etyl (Et) Propyl (Pr)
Một số alken đơn giản thường được gọi bằng tên thông thường
CH 2 isobutilen propilen etilenMột số alken khác được xem như dẫn xuất từ etilen
Tên anken = tên số nguyên tử carbon + en
Chọn mạch chính là mạch carbon dài nhất có chứa nối đôi
Trong danh pháp hợp chất hữu cơ chứa nối đôi, ta đánh số các carbon trên chuỗi chính sao cho vị trí của nối đôi là nhỏ nhất (điểm locant của liên kết đôi được tối ưu) Khi hai đầu của chuỗi tương đương và cho cùng một vị trí nối đôi, ta chọn đầu có nhánh phụ đi kèm với số thứ tự nhỏ nhất để xác định đúng vị trí của mạch và đảm bảo tuân thủ chuẩn IUPAC.
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
: etenil (vinyl) : 2-propenyl (alil) : 1- propenyl : 1- metyl etenil
Một số ankin đơn giản thì có thể gọi tên theo dẫn xuất của ankin đơn giản nhất là acetilen
Tên thường của ankin = tên những nhóm thế ankin + acetilen
CH C CH 3 Metyl acetilen , CH 3 C C CH 3 Dimetyl acetilen
Tên ankin = tên số nguyên tử carbon + in
Trong các hợp chất có cả nối đôi và nối ba, nối đôi được đọc trước nối ba khi đặt tên Những hợp chất vừa chứa nối đôi vừa chứa nối ba được gọi là enynes.
HC C CH 2 CH 2 CH 2 CH CH 2 1-hepten-6-in
Những hợp chất có nhiều hơn một nối ba thì được gọi là điin, triin,
Nhóm thế hydrocarbon có chứa nối ba gọi là nhóm thế ankinyl
2.2.2.4 Danh pháp của hydrocarbon phương hương a Tên hydrocarbon thông thường
CH CH 2 O CH 3 toluen stiren anisol b Nếu có 2 nhóm thế
Hydrocarbon có thể xem như dẫn xuất từ benzen, vị trí các gốc được xác định bằng chữ o, m, p
NO 2 m-dinitrobenzen m-nitrotoluen p-metoxi toluen c Nếu có nhiều nhóm thế
Ta xem hydrocarbon dẫn xuất từ benzen hoặc từ các hydrocarbon có tên thông thường là các hợp chất hữu cơ có vị trí nhóm thế được xác định bằng số theo quy tắc số nhỏ, nhằm tối ưu hóa vị trí của các nhóm thế trên vòng benzen Quy tắc này giúp xác định locants một cách nhất quán, và một ví dụ điển hình là hợp chất m-dinitrobenzene.
Ví dụ: 1-chloro-2-ethyl-3-nitrobenzene và 1-methyl-3,5-dinitrobenzene (hay 3,5-dinitrotoluene) Trong trường hợp có nhiều nhân benzen gắn vào chuỗi cacbon của hydrocarbon ở các dạng như alkan, alken hoặc alkin, ta lấy nhánh chứa benzen làm nhánh chính.
Các hydrocarbon không mang nhóm chức như alkan, anken, ankin và aren hầu như ít tan trong nước mà lại tan nhiều trong các dung môi có độ phân cực thấp Các đồng phân nhánh có điểm sôi thấp hơn so với đồng phân thẳng cùng số carbon Điểm sôi của các hợp chất này tăng theo số nguyên tử carbon trong phân tử Ở điều kiện nhiệt độ và áp suất bình thường, các ankan có số carbon từ C1 đến C4 ở thể khí; C5 đến C16 ở thể lỏng; và từ C18 trở lên ở thể rắn ở dạng tinh thể.
Riêng aren (hydrocarbon thơm) là những chất độc hại có thể gây phá hủy hồng cầu Chúng ở trạng thái lỏng hoặc rắn, bay hơi và thăng hoa dễ dàng, có mùi đặc trưng và ít tan trong nước Các hợp chất benzen, toluen và xilen là dung môi mạnh, có khả năng hòa tan nhiều vật liệu như sơn, nhựa và cao su.
Trong phân tử ankan, liên kết σ mạnh như C–C và C–H khiến phản ứng cộng không xảy ra; chỉ khi gặp điều kiện thí nghiệm mạnh mới diễn ra phản ứng thế thay thế Quá trình này diễn ra theo cơ chế gốc tự do, tức là sự hình thành và hoạt động của các gốc tự do để thay thế một nguyên tử hoặc nhóm trên phân tử ankan.
Phản ứng xảy ra dưới ảnh hưởng của ánh sáng tử ngoại (kí hiệu hν) hoặc ở nhiệt độ
Trong nhóm halogen, brom phản ứng kém hơn clo, vốn có tính chọn lọc cao hơn Fluorine cũng có thể tham gia phản ứng này ở một số điều kiện đặc biệt, còn iốt thì không tham gia phản ứng.
Trong phòng thí nghiệm, clo hóa thường không được dùng mà chỉ được áp dụng trong kỹ thuật để điều chế các dung môi không tinh khiết; ngược lại, brom hóa thường được dùng trong phòng thí nghiệm để điều chế các bromur ankyl tinh khiết với hiệu suất cao; phần tiếp theo sẽ đề cập đến Anken.
Anken có thể chịu phản ứng thế tại vị trí Hα (vị trí allylic) nhờ hiệu ứng siêu tiếp cách khiến liên kết C–Hα yếu và dễ bị thay bằng halogen X Phản ứng thuộc loại gốc tự do và có thể được thực hiện qua cơ chế sinh gốc halogen từ các tác nhân như peroxit hoặc qua kích hoạt bằng ánh sáng/ nhiệt, dẫn tới gốc X• tấn công vị trí allylic và hình thành sản phẩm halogen hóa allylic Để tối ưu hóa kết quả, người ta xem xét độ ổn định của gốc allylic, đặc tính của halogen X và điều kiện phản ứng nhằm đạt được sự thay thế Hα bằng X với độ chọn lọc cao quanh vị trí allylic và hiệu quả cao.
Tác dụng với X2 ở nhiệt độ cao
H 3 C CH CH 2 + Cl 2 Cl CH 2 CH CH 2 + HCl
Tác dụng với N-bromosucinimid (NBS)
H 3 C CH CH 2 + Br CH 2 CH CH 2 + NH
*Phản ứng thế thân điện tử
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:
- Nhóm thế nhả e như: -CH3, - C2H5, -OH, -NH2, …làm tăng vận tốc phản ứng thế thân điện tử nếu so với benzen
- Những nhóm thế rút e như:
O … Làm giảm vận tốc phản ứng thế Ảnh hưởng của nhóm thế thứ 2:
- Những nhóm nhả e: phản ứng thế vào vị trí: o, p đối với chúng
- Những nhóm rút e: phản ứng thế vào vị trí m
- Halogen là một trường hợp đặc biệt, chúng có đặc tính hạ hoạt nhưng định hướng o,p
- Nhóm có hoạt tính mạnh: NR2, NHR, NH2, OH
- 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, -C-R, - COOH, -COOR
Trường hợp hydrocarbon phương hương nhị trí hoán:
Ta áp dụng quy tắc sau để xác định vị trí của nhóm thứ ba: khi có một nhóm tăng hoạt và một nhóm hạ hoạt, nhóm tăng hoạt đóng vai trò chủ động trong việc xác định vị trí của nhóm thứ ba.
Trong trường hợp này, hiệu ứng lập thể cũng đóng vai trò quan trọng sự xác định vị trí nhóm thế thứ 3
NO 2 b 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:
NH - OCH 3 NH 2 NHR NR 2
Dùng hỗn hợp acid nitric và H2SO4 đậm đặc hay acid nitric và anhidric acetic, ta có phản ứng thay thế
Nếu tiếp tục phản ứng thì NO 2 thế vào vị trí meta đối với nhóm nitro đầu:
Phản ứng xảy ra trực tiếp với halogen, xúc tác axit Lewis
Clo cho phản ứng thế dễ dàng, brom khó hơn, I 2 rất khó phản ứng cân bằng
* 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
Các Hα có thể thay thế dễ dàng bằng halogen theo phản ứng gốc tự do
Sản phẩm của phản ứng là ankan
Brom và clo cho phản ứng cộng vào alken một cách khá dễ dàng Flo cho phản
Phản ứng thực hiện dễ dàng khi thực hiện trong dung môi trơ như CCl4
Không nên sử dụng lượng thừa halogen và chiếu ánh sáng vì khi đó phản ứng thế sẽ trở nên quan trọng
Qui tắc Marknoυnikoυ: Trong sự cộng hidracid vào nối đôi C=C, hydrogen của hidracid sẽ gắn vào cacbon nào nhiều hydrogen nhất
Chú ý: Nếu có sự hiện diện của peroxid (ROOR ’ ) sự cộng này sẽ tuân theo qui tắc phản-Marknoυnikoυ
Anken cộng nước cho ra alcol dưới xúc tác của acid proton, tuân theo qui tắc Marknoυnikoυ
H 3 C CH 2 OH etilen etanol a Ankin
Tuỳ điều kiện chất xúc tác và điều kiện thí nghiệm, ankin có thể cộng H2 tạo sản phẩm là anken hay ankan:
- Với xúc tác là Na/NH3 lỏng hoặc Pd, BaSO4-PdSO4:
- Với Pt hay Ni làm xúc tác, phản ứng tạo sản phẩm là ankan:
Tuỳ điều kiện thí nghiệm, 1 hay 3 phân tử X2 có thể cộng vào nối ba , phản ứng theo cơ chế cộng trans (I2 chỉ cộng 1 phân tử vào nối ba)
Các hydrocarbon có mang nhóm chức
2.3.1.1 Dẫn xuất hydroxyl của hydrocarbon a Rượu: những chất có mang nhóm định chức –OH trên dây C chi phương
Ta phân biệt 3 loại rượu:
* Rượu nhất (Bậc I): R-CH2-OH
R R" OH R' b Phenol: là chất có nhóm định chức OH gắn vào nhân benzen
2.3.1.2 Hợp chất carbonyl a Aldehyde là hợp chất carbonyl mà phân tử có nhóm –CH=O liên kết với gốc hydrocarbon hoặc nguyên tử hydro Nhóm –CH=O gọi là nhóm formil
Ví dụ: H-CH=O, CH3-CH=O b Ceton là hợp chất carbonyl mà phân tử có nhóm >C=O liên kết với hai gốc hydrocacbon Nhóm –CO- có tên là oxo
Ví dụ: CH3COCH3 , CH3COC6H5
Acid carboxylic là một loại aid hữu cơ chứa nhóm chức carboxyl, có công thức tổng quát là R-COOH, trong đó R- là gốc hydrocarbon no hoặc không no
2.3.1.4 Hợp chất có nhóm amin
Amin là hợp chất hữu cơ có nguyên tử nitơ (đạm khí) ở nhóm chức amin Những amin có cấu hình tương tự amoniac nhưng một hoặc một số nguyên tử hydro được thay bằng nhóm alkyl hoặc nhóm chức khác chứa carbon (nhóm R), tạo nên sự đa dạng về tính chất và ứng dụng của amin trong tổng hợp hữu cơ.
2.3.2.1 Danh pháp của alcol (rượu)
Tên rượu = tên hydrocarbon tương ứng + ol
- Chọn mạch carbon dài nhất có chứa nhóm –OH làm mạch chính
- Đánh số ưu tiên như sau:
+ Carbon mang nhóm –OH có số nhỏ
* Nếu nhóm -OH không phải là chức chính, nhóm này được gọi tên là hydroxyl
2.3.2.2 Danh pháp của aldehyde a Tên thường: coi như dẫn xuất từ acid nhưng thay vần ic bằng aldehyde
Ví dụ: CH3 –CH=O Acetaldehyde, C6H5 –CH=O Benzaldehyde b.Tên Quốc tế:
Tên aldehyde = tên hydrocarbon tương ứng + al
2.3.2.3 Danh pháp của ceton a Tên thường: tên gốc đặt trước ceton
Ví dụ: CH3 –CO –CH2 –CH3 Metyl etyl ceton
* Nếu ceton có mang một nhóm thế là nhân benzen (hoặc 2 nhân) tên của ceton là tên axit chi phương (thơm) tương ứng thay ic bằng ophenon
Ví dụ: C6H5-CO-CH3 : Acetophenon, b.Tên Quốc tế
Tên ceton = tên hydrocarbon tương ứng + on
2.3.2.4 Danh pháp của acid carboxylic
Tên acid = tên hydrocarbon tương ứng + oic
Ví dụ: CH3- COOH: Acid etanoic
2.3.2.5 Danh pháp của amin a Amin bậc nhất
Tên amin = tên gốc hydrocarbon + amin
CH 3 CH 2 NH 2 Etylamin NH 2 Cyclohexylamin
Nếu hợp chất có chứa nhiều nhóm –NH2, tiếp vĩ ngữ điamin, triamin… được viết liền sau tên hydrocarbon
1,2-Propandiamin b.Amin bậc hai và bậc ba
Nếu các nhóm thế giống nhau thì viết các tiếp đầu ngữ di, tri, … trước tên nhóm thế cộng với chữ amin
Trong hóa học hữu cơ, khi các nhóm thế khác nhau, ta xem tất cả chúng là nhóm thế và viết tên của tất cả các nhóm thế đó theo thứ tự bảng chữ cái, liền trước chữ "amin", nhằm ghép thành danh gọi amin Việc sắp xếp danh sách các nhóm thế theo trật tự chữ cái giúp chuẩn hóa định danh và tối ưu hóa SEO cho các bài viết về hợp chất amin.
Các rượu bão hoà có số nguyên tử carbon từ 1 đến 10 là dạng chất lỏng, các rượu có số nguyên tử carbon từ 11 trở đi là dạng chất rắn
Các rượu hầu như tan dễ dàng trong nước vì rượu có liên kết hydro với H2O
H-O-H O-H H Độ hoà tan trong nước giảm khi khối lượng phân tử của rượu tăng lên
Các rượu đồng phân có độ hoà tan trong nước tăng dần từ rượu bậc nhất đến rượu ba
Rượu có độ sôi cao hơn ankan tương ứng Vì rượu có liên kết hydro liên phân tử với chính nó
Khối lượng phân tử rượu càng lớn, độ sôi càng cao
Các rượu đồng phân có độ sôi giảm dần từ rượu (I) → rượu (III)
Ví dụ: n-C7H9-OH 118 0 C i-C4H9-OH 108 0 C t-C4H9-OH 85 0 C
Phenol có độ sôi cao hơn benzen, clobenzen vì C6H5OH có liên kết hydro liên phân tử Phenol dễ bị oxi hóa cho màu hồng
Aldehyde – ceton: có độ sôi thấp hơn rượu, acid tương ứng nhưng có độ sôi cao hơn hydrocarbon và ete có cùng khối lượng phân tử
Aldehyde – ceton: có 3 carbon trở xuống thì tan trong nước, nhưng có nhiều hơn 3 carbon thì không tan trong nước
2.3.3.4 Acid carboxylic Ở điều kiện thường, tất cả các acid carboxylic đều là những chất lỏng hoặc rắn Điểm sôi của các acid carboxylic cao hơn aldehyde, ceton và cả alcol có cùng số nguyên tử carbon Nguyên nhân sự phân cực ở nhóm carboxyl và sự tạo thành liên kết hydro liên phân tử của acid carboxylic
Mỗi acid carboxylic có vị chua riêng biệt Ví dụ như acid acetic có vị chua của giấm, acid citric có vị chua của chanh, acid oxalic có vị chua của me…
Amin là những hợp chất phân cực có thể tạo liên kết hydro liên phân tử, do đó chúng có nhiệt độ sôi cao hơn so với các chất không phân cực Tuy nhiên, nhiệt độ sôi của amin phụ thuộc vào loại amin và khối lượng phân tử: các amin khác nhau (bậc một, bậc hai, bậc ba) sẽ có nhiệt độ sôi khác nhau và nhiệt độ sôi thường tăng lên khi khối lượng phân tử tăng; cấu trúc và khả năng tham gia liên kết hydro của nhóm chức quyết định mức nhiệt độ sôi.
Amin tan dễ trong các dung môi ít phân cực như eter và benzen Amin thơm rất dễ bị oxi hóa bởi khí trời; mặc dù phần lớn không màu khi tinh chế, nó thường có màu do sản phẩm oxi hóa.
2.3.4.1 Tính chất hóa học của alcol a Phản ứng do sự đứt nối C-O
- Với kim loại có tính dương điện mạnh: Li, Na, Mg, Al,… rượu cho alcoxid
R-OH + Na → RONa + ẵ H2↑ R-ONa + H2O → ROH + NaOH
- Hoạt tính của rượu với kim loại là:
Rượu I > Rượu II > Rượu III
- Rượu chỉ tác dụng với những base mạnh hơn alcoxid như R ’ MgX, NaNH2, NaH, R ’ – C ≡ CNa
Ví dụ: R–OH + R ’ MgX → R ’ H + ROMgX
R–OH + R ’ –C ≡ CNa → R ’ –C ≡ CH + RONa b Phản ứng do dự cắt đứt nối -OH
Với acid mạnh: H2SO4 đđ, H3PO4 đđ
Rượu bị khử ở nhiệt độ cao cho sản phẩm là alken
Rượu bậc ba không cho phản ứng
Oxi hoá hữu hạn: chất oxi hóa thường sử dụng là: K2Cr2O7,/H2SO4, CrO3/H + , KMnO4
* Rượu bậc ba rất khó bị oxi hoá
2.3.4.2 Tính chất hóa học của phenol
* Phản ứng do nhóm -OH
Phenol có tính axit mạnh hơn nước và rượu etanol nên được gọi là axit phenic Mức độ axit của phenol tăng lên khi nó mang nhóm thế rút electron khỏi vòng thơm, làm cho ion phenoxide ổn định hơn Vì đặc tính này, phenol có thể tác dụng với NaOH để tạo muôi muối phenoxide, thể hiện tính axit của nó.
2.3.4.3 Tính chất hóa học của aldehyde – ceton a Tác dụng với hợp chất Grignard
R R' R" b Tác dụng với NH3 và các chuyển hóa chất
Những chất này cộng vào >C=O thường cho 1 hoá chất mất đi 1 phân tử nước
* Với amin R–NH2 , ta được imin trí hoán
C O + H2N NH 2 C N NH 2 + H 2 O hidrazon c Phản ứng hoàn nguyên xúc tác
Aldehyde và ceton được hoàn nguyên bởi H với chất xúc tác Ni, Pt hay Pd hoặc LiAlH4 trong ete, thành rượu tương ứng
2.3.4.4 Tính chất hóa học của acid carboxylic
Axit carboxylic là những axit yếu tuy nhiên vẫn có đầy đủ tính chất của một axit điển hình: làm quỳ tím đỏ, tác dụng với các kim loại hoạt động và giải phóng hydro, phản ứng với bazơ, và có thể đẩy axit yếu hơn ra khỏi muối.
Phản ứng este hóa xảy ra khi axit carboxylic tác dụng với rượu, tạo ra este và nước dưới sự xúc tác của axit Để đẩy phản ứng sang trạng thái hoàn toàn và tăng hiệu suất, cần dùng chất xúc tác là H2SO4 đặc đồng thời hút nước khỏi hệ thống.
2.3.4.5 Tính chất hóa học của amin a Tính base
Các amin no đơn giản có tính base nhất định, khiến quỳ tím ẩm chuyển sang xanh và có thể hòa tan trong nước Lực base của amin được đánh giá bằng hằng số base Kb hoặc pKb; base càng mạnh thì Kb càng lớn và pKb càng nhỏ Khi amin nhận proton từ nước, nó hình thành ammonium và làm tăng nồng độ OH−, làm cho dung dịch có tính kiềm Do đó, yếu tố cấu trúc của amin ảnh hưởng đến giá trị Kb và pKb, quyết định mức độ base của từng amin.
Kb càng lớn và pKb càng nhỏ Anilin không tác dụng với nước, không làm đổi màu quỳ tím
CH 3 NH 2 + HCl CH 3 NH 3 Cl metylamoniclorua
C 6 H 5 NH 2 + HCl C 6 H 5 NH 3 Cl phenylamoniclorua
Các muối amoni tác dụng dễ dàng với kiềm
CH 3 NH 3 Cl + NaOH CH 3 NH 2 + NaCl + H 2 O b Phản ứng thế thân điện tử trên amin phương hương
Phản ứng halogen hóa thường đưa đến sản phẩm đa halogen hóa, do sự tăng hoạt của nhóm amino
Sulfon hóa: đun nóng aniline với H2SO4 đặc ở 180 0 C sẽ xảy ra một chuỗi phản ứng mà sản phẩm cuối cùng là acid sunfanilic
2.3.5.1 Điều chế alcol a Từ anken
Hydrat hoá anken: dùng H2SO4 đặc làm xúc tác
CH 3 CH CH 2 + H 2 O CH 3 CH
CH 3 b.Từ hợp chất aldehyde, ceton
2.3.5.3 Điều chế aldehyde – ceton a Oxi hóa rượu
Dùng KMnO4, K2Cr2O7 trong H2SO4 dùng O2, xt Cu, Pt đun nóng
R-CH2 - X + CN - R-CH2 -CN R-CH2 -COOH
R-CH2 - X + Mg ete khan R-CH2 -MgX R-CH2 –COOH
1 Gọi tên theo danh pháp quốc tế các hợp chất sau :
CH 3 CH 2 CH CH CH 3
CH 3 CH 3 a b CH 3 CH 2 C CH CH 3
2 Từ 1-buten và các hóa chất cần thiết khác, hãy điều chế 1,3-butadien
3 Từ benzen hay toluen và các hóa chất cần thiết khác, hãy điều chế: a 2-cloro-4-nitrotoluen b m-cloronitrobenzen
4 Từ etan và các hóa chất vô cơ cần thiết, hãy tổng hợp: a 1,2-Etandiol b 1-Propanol
5 Viết công thức cấu tạo của các hợp chất sau: a 3-Hydroxibutanal b 2,4-Hexandion c 4-metyl-3-penten-2-on
6 Điều chế: a 2-Butanon từ 2-propanol b 4-metyl-3-pentenon-2 từ metylacetilen
7 Viết công thức cấu tạo của các hợp chất sau: a Etylmetylbutylamin b 2-etyl-4-metylhexanoic
Bài 1: ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH KEO
VÀ XÁC ĐỊNH NGƯỠNG KEO TỤ ( 4 tiết)
Tìm hiểu cách pha dung dịch keo, xác định ngưỡng keo tụ của dung dịch keo và pha chế dung dịch theo nồng độ cho trước
Kim loại: Mg, Al, Fe, Cu
Bình định mức (100, 250 ml), bình nón (100ml), cốc chịu nhiệt (250 ml), phễu thuỷ tinh, pipet 5ml, 10ml, bếp điện
Thí nghiệm 1: Điều chế dung dịch keo
- Cho 95ml nước cất vào cốc chịu nhiệt 250ml đun sôi trên bếp điện
- Dùng pipet hút chính xác 5ml dung dịch FeCl310% rồi nhỏ từng giọt vào cốc nước đang sôi cho đến hết
- Đun sôi tiếp 5 phút rồi lấy ra để nguội bằng nhiệt độ phòng ta được dung dịch keo Fe(OH)3
Thí nghiệm 2: Xác định ngưỡng keo tụ Ống 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Tổng cộng mỗi ống là 10ml
Quan sát ống nào đục (keo tụ) đánh dấu (+) , ống nào trong đánh dấu (-)
Lấy ống đục đầu tiên để tính kết quả theo công thức
Trong đó: V1 là thể tích của dung dịch Na2SO4
V2 là thể tích của dung dịch keo γ là ngưỡng keo tụ (mmol/l)
Thí nghiệm 3: Pha chế dung dịch theo nồng độ cho trước
* Pha dung dịch nồng độ phần trăm
- Tính khối lượng chất tan cần pha chế: mct = (C% mdd)/100%
- Tính khối lượng nước cần pha chế: mnước = mdd - mct
* Pha dung dịch nồng độ mol/l
Pha chế V2 (ml) dung dịch A nồng độ C1 (M) từ dung dịch A nồng độ C2 (M)
- Tính số mol chất tan có trong dung dịch cần pha chế: n = C1.V
- Tính thể tích dung dịch ban đầu: V1 = n/C2
+ Cân mNaCl và cho vào cốc thủy tinh + Xác định mH2O, rót vào cốc và khuấy đều để muối ăn tan hết Được 100g dung dịch NaCl 20%
* Pha chế 25 ml dung dịch NaCl 2M
+ Cân mNaCl và cho vào cốc thủy tinh + Đổ từ từ nước cất vào khuấy nhẹ đến 25ml dung dịch ta được 25ml dung dịch NaCl 2M
Thí nghiệm 4: Nhận biết dung dịch
Cho vào 4 ống nghiệm 4 mẫu nhỏ kim loại: Mg, Al, Fe, Cu
Tiếp tục cho vào mỗi ống nghiệm 1ml dung dịch H2SO4 loãng Nhận biết mỗi kim loại qua hiện tượng xảy ra trong ống nghiệm
Bài 2: DUNG DỊCH ĐIỆN LI – CHẤT CHỈ THỊ MÀU
Tìm hiểu về dung dịch chất điện li và chất chỉ thị màu
NH4Cl 0,1M Metyl da cam Phenolphtalein Quỳ tím
Indigocarmin Alizarin vàng R Giấy đo pH
2.2 Dụng cụ Ống nghiệm, cốc thủy tinh, pipet 1ml, 5ml, 10ml, ống xác địnhng, ống hút nhựa
Thí nghiệm 1: Màu của các chất chỉ thị trong môi trường acid và baz
Để chuẩn bị các dung dịch chuẩn về màu của các chất chỉ thị trong các môi trường khác nhau, ta lập bốn ống nghiệm: Ống 1 chứa 2 ml dung dịch HCl 0,1 M cộng với 1 giọt metyl da cam; Ống 2 chứa 2 ml dung dịch NaOH 0,1 M cộng với 1 giọt metyl da cam; Ống 3 chứa 2 ml dung dịch HCl 0,1 M cộng với 1 giọt phenolphthalein; Ống 4 chứa 2 ml dung dịch NaOH 0,1 M cộng với 1 giọt phenolphthalein Những dung dịch này tạo ra các môi trường axit và kiềm, giúp quan sát và ghi nhận màu của metyl da cam và phenolphthalein ở nồng độ chuẩn, từ đó phục vụ cho phân tích màu sắc một cách chuẩn xác và có thể so sánh giữa các mẫu.
Ghi nhận màu sắc của 4 ống nghiệm trên
Thí nghiệm 2: Dung dịch đệm acid Ống nghiệm 1 chứa 2 ml dung dịch CH3COOH 0,1 M và 1 giọt metyl da cam, lắc đều để hòa tan và ghi nhận màu M1; dùng giấy pH để xác định giá trị pH1 của dung dịch.
Thêm vào ống nghiệm trên (từng giọt) 2 ml dung dịch muối CH3COONa 0,1 M, lắc đều, ghi nhận màu M2 và dùng giấy pH xác định giá trị pH2 Ống 2 chứa 4 ml nước cất và 1 giọt metyl da cam Ống 3 chứa 2 ml dung dịch CH3COOH 0,1 M và 1 giọt phenolphthalein, lắc đều, ghi nhận màu M3 và dùng giấy pH xác định giá trị pH3.
Trong ống nghiệm thứ nhất, từ từ thêm 2 ml dung dịch muối CH3COONa 0,1 M, lắc đều để hòa tan và ghi nhận màu ở trạng thái M4 Dùng giấy quỳ xác định giá trị pH và ghi nhận kết quả, với pH xấp xỉ 4 Với ống thứ 4, cho vào ống nghiệm 4 ml nước cất và 1 giọt phenolphthalein, lắc đều cho dung dịch hòa tan và ghi nhận màu sau khi đổi màu.
* Thử tính chất của dung dịch đệm