Bài giảng Hoá đại cương: Chương 5 - Nguyễn Văn Hòa (2022)

Bài giảng Hoá đại cương: Chương 5 cung cấp cho người học những kiến thức như: Hệ phân tán và dung dịch; Nồng độ dung dịch và cách biểu diễn; Các tính chất của dung dịch loãng chứa chất tan không bay hơi, không điện ly; Dung dịch điện ly; Đại cương về acid, base; Chất điện ly ít tan. Mời các bạn cùng tham khảo!

1 Hệ phân tán và dung dịch

2 Nồng độ dung dịch và cách

biểu diễn

3 Các tính chất của dung dịch

loãng chứa chất tan không

bay hơi, không điện ly

Chapter 15: page 520 – 542 Chapter 16: page 543 – 581 Chapter 17: page 582 – 605

• Dựa vào kích thước của chất phân tán (d):

 Hệ phân tán thô: 10-7 m < d < 10-4 m Ví dụ: phù

sa (dạng huyền phù); sữa (dạng nhũ tương).

 Hệ phân tán cao (hệ keo): 10-9 m < d < 10-7 m

Ví dụ: khói; sương mù

 Hệ dung dịch thực: d < 10-9 m Ví dụ: dung dịch

muối ăn; dung dịch đường

Phân loại hệ phân tán:

• Dựa vào trạng thái tập hợp: Rắn

Lỏng Khí

Rắn Lỏng Khí

Môi trường PT Chất PT

1.2 Dung dịch

• Dung d ịch là một hệ đồng thể gồm hai hay

nhiều chất mà thành phần của chúng có thể thay đổi trong giới hạn rộng.

• Trong dung dịch, chất phân tán gọi là chất tan, môi

trường phân tán gọi là dung môi

Chất chiếm lượng ít hơn: chất tan

Chất chiếm lượng nhiều hơn: dung môi

• Có các loại dung dịch: dung dịch khí; dung dịch

lỏng; dung dịch rắn

Sự tạo thành dung dịch lỏng

• Sự chuyển pha (quá trình vật lý): bao gồm sự phá

vỡ mạng tinh thể và sự khuếch tán chất tan vào

dung môi Ví dụ, quá trình hòa tan đường

• Sự solvat hóa (quá trình hóa học): sự tương tác

của chất tan và dung môi Lực tương tác có thể làliên kết hydro, lưỡng cực – lưỡng cực, lưỡng cực –ion Ví dụ, quá trình hòa tan muối ăn

• Quy tắc: “các chất có bản chất giống nhau thì tan

nhiều vào nhau”

2 Nồng độ dung dịch (Concentration)

Nồng độ dung dịch là lượng chất tan (tính bằng số gam, số mol, hay số đương lượng) trong một lượng hay một thể tích nhất định của dung dịch hoặc dung môi.

2.1 Nồng độ phần trăm (Percent concentration - C%, %)

Biểu diễn số phần chất tan có trong 100 phần dung dịch.

• Nếu lượng chất tan và dung dịch biểu diễn bằng khối

lượng:

100

× d

× V

m

= 100

× m

• Nếu lượng chất tan và dung dịch biểu diễn bằng thể tích:

mct : khối lượng chất tan, g

Vdd : thể tích dung dịch, mL

Ví dụ: Hòa tan 2 g đường và 3 g muối ăn vào 415 g

nước (biết d của dung dịch bằng 1 g/mL) Tính nồng

độ phần trăm của từng chất tan

Pha trộn hai dung dịch đã biết nồng độ:

Trộn hai dung dịch của cùng một chất có nồng độ lầnlượt a% và b% sẽ tạo thành dung dịch có nồng độ c%

c - a

b c

ma, mb: khối lượng của dung có nồng độ a% và b%

Ví dụ: Xác định lượng NaOH 40 % cần thêm vào

600 g nước để thu được dung dịch NaOH 10 %

2.3 Nồng độ đương lượng (Normality - C N , N)

Biểu diễn số đương lượng chất tan có trong 1 L dung dịch.

nE là số đương lượng chất tan;

E là đương lượng (E – Equivalent)

Đương lượng của 1 nguyên tố hay hợp chất là số phần khối lượng của

nó kết hợp hoặc thay thế vừa đủ với 1,008 phần khối lượng Hydro hoặc

8 phần khối lượng Oxy hoặc 1 đương lượng của chất khác.

CÁCH TÍNH ĐƯƠNG LƯỢNG

DỰA VÀO ĐỊNH NGHĨA

THEO CÔNG THỨC

ĐƯƠNG LƯỢNG NGUYÊN TỐ

ĐƯƠNG LƯỢNG HỢP CHẤT

 Cách tính đương lượng dựa vào định nghĩa:

EH = 1, EO = 8  E của các nguyên tố và hợp chất

Ví dụ: Tính ECu trong hợp chất CuO, trong Cu2O

Trong CuO: CuO = 1Cu + 1O

Cu

8 2 64

64 16

 Cách tính đương lượng dựa theo công thức:

• Đương lượng nguyên tố

A A

ME

z

z: Hóa trị của nguyên tố A trong hợp chất

Ví dụ:

Trong Fe2(SO4)3: E  56 ; Đối với Al:

• Đương lượng hợp chất

B B

ME

acid Số ion H + bị thay thế trong 1 phân tử acid.

base Số ion OH - bị thay thế trong 1 phân tử base.

Muối Số ion × điện tích ion (ion là cation hoặc anion).

PƯ oxi

hóa khử

Chất oxi hóa Số electron mà 1 phân tử chất oxi hóa nhận vào.

Chất khử Số electron mà 1 phân tử chất khử cho đi.

Al 2 (SO 4 ) 3 + 3Pb(NO 3 ) 2  2Al(NO 3 ) 3 + 3PbSO 4

Định luật đương lượng

Trong các phản ứng hóa học, khối lượng các chất tham gia phản ứng tỉ lệ với đương lượng của chúng, nói cách khác một đương lượng của chất này tác dụng vừa đủ với một đương lượng của chất kia.

Biểu thức của định luật đương lượng:

 Trong phản ứng hóa học số đương lượng các chất trong phương trình phản ứng luôn luôn bằng nhau.

Ví dụ 2: Tính khối lượng magie cần thiết tác dụng hết

với 1,6 g oxy biết EMg = 12; EO = 8

Mối liên hệ giữa các nồng độ thông dụng:

N M

mct : khối lượng chất tan, g; M : phân tử lượng chất tan

mdm: khối lượng dung môi, g; Vdm : Thể tích dung môi, mL

Ví dụ: Hòa tan 1,4 mL H2SO4 (dH2SO4 = 1,86 g/mL)vào 500 mL nước (dH2O = 1 g/mL) Tính C%, CM, CN,

Cg/L, Cm của dung dịch

2.6 Phần mol (mole fraction - N i )

Tỷ số giữa số mol của một chất cần tính phần mol trên tổng

số mol của các chất tạo thành dung dịch.

A A

n n

n N





B A

B B

n n

n N



B

A  

6 12 6

CM, Cm, Nđường? Cho ddung dịch =1 g/mL

Bài 2: Cho dung dịch đường C6H12O6 5 % Tính Cm, Nđường?

Bài 3: Dung dịch chứa chất tan có Cm = 1,82 Tính Nchất tan?

Bài 4: Tính số gam K2Cr2O7 cần dùng để pha 250 mL dung

dịch 0,050 N? Biết rằng K2Cr2O7 khi bị oxi hoá khử tạo thành Cr 3+ M(K2Cr2O7) = 294,2 g/mol.

Bài 5: Tính số gam NaCl (độ tinh khiết 99 %) cần dùng để

pha 100 mL dung dịch nước muối 10 % (d=1.09 g/mL) M(NaCl) = 58,5 g/mol.

Hòa tan +dd -dd rắn

NaCl Na + Cl

Kết tinh

2.7 Độ tan (Solubility - S)

• Quá trình hịa tan: Các phân tử hoặc ion

của chất tan dưới tác dụng của dung

mơi sẽ tách khỏi bề mặt tinh thể và đi

vào dung mơi.

• Quá trình kết tinh: Các phần tử chất tan

khi chuyển động hỗn loạn trong dung

dịch cĩ thể va chạm vào bề mặt tinh thể

và bị giữ lại trên bề mặt tinh thể.

• Khi quá trình hịa tan và quá trình kết tinh đạt trạng thái

cân bằng thì dung dịch đạt trạng thái bão hịa.

• Độ tan của một chất (S): là nồng độ của dung dịch

bão hòa của chất đó ở những điều kiện xác định(nhiệt độ, áp suất)

• DD bão hòa: Nồng độ chất tan = S

• DD chưa bão hòa: Nồng độ chất tan < S

• DD quá bão hòa: Nồng độ chất tan > S

• Có thể biểu diễn S bằng các loại nồng độ: mol/L,

g/mL, g chất tan/100 g dung môi

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan: Xem [1] trang 357 – 365.

3 Các tính chất của dung dịch loãng chứa chất

tan không bay hơi, không điện ly

3.1 Áp suất hơi bão hòa của dung dịch (P hbh )

Phbh dung môi trong dd (P): P o > P

⇒ Phbh của dung môi trong dung dịch tỷ lệ thuận vớinồng độ dung môi trong dung dịch: P = k.No

 P = P0 – P : độ giảm tuyệt đối Phbh

: độ giảm tương đối Phbh

Định luật Roault I: Tại một t xác định, độ giảm tương đối áp suất hơi bão hòa của dung dịch loãng chất tan không bay hơi, không điện ly bằng phần mol của chất tan trong dung dịch.

Với những dung dịch rất loãng thì số mol chất tan (n)rất bé so với số mol dung môi (n0) ⇒ n0 + n  n0

0 0

0 0

0

n

n n

n

n N

P

ΔP P

ΔP  



3.2.Nhiệt độ sôi và nhiệt độ đông đặc của dung dịch

• Nhiệt độ sôi của chất lỏng là nhiệt độ mà tại đó

Phbh của nó bằng áp suất bên ngoài

t o s dung môi < t o s dung dịch

 Đối với chất lỏng nguyên chất: Pngoài = const 

tos = const trong suốt quá trình sôi cho đến khitoàn bộ chất lỏng chuyển hết thành hơi

 Đối với dung dịch: Pngoài = const, tos sẽ tăng dần

theo nồng độ của chất tan cho đến khi dungdịch đạt đến trạng thái bão hòa

• Nhiệt độ đông đặc của chất lỏng là nhiệt độ mà tại

đó Phbh của pha lỏng bằng Phbh của pha rắn

t o đ dung môi > t o đ dung dịch

 Đối với chất lỏng nguyên chất: Pngoài = const 

tođ = const trong suốt quá trình đông đặc

 Đối với dung dịch: Pngoài = const, tođ sẽ giảm

dần theo độ tăng nồng độ của chất tan cho đếnkhi dung dịch đạt đến trạng thái bão hòa

Định luật Raoult II: Độ tăng t sôi và độ hạ t đông đặc của dung dịch tỷ lệ thuận với nồng độ molan của chất tan trong dung dịch.

ks, kđ là hằng số nghiệm sôi và nghiệm đông củadung môi Đơn vị của k: độkg/mol hoặc độ/m

C : nồng độ molan của dung dịch

t o sdd - t o sdm = t s = k s C m

t o đdm - t o đdd = t đ = k đ C m

t = k.C m

Dung môi

Nhiệt độ đông đặc ( o C)

k đ ( độ.kg/mol)

Nhiệt độ sôi ( o C)

3.3 Áp suất thẩm thấu của dung dịch

Sự khuếch tán:

• Là sự chuyển vật chất từ vùng có nồng độ cao tới

vùng có nồng độ thấp của hệ

• Quá trình khuếch tán sẽ dừng lại khi sự chênh lệch

nồng độ vật chất của các vùng trong hệ không còn

Màng bán thẩm là màng chỉ cho dung môi đi qua,

không cho chất tan đi qua

Sự thẩm thấu là hiện tượng khuếch tán một chiều

của dung môi qua màng bán thẩm

Áp suất thẩm thấu của dung dịch () bằng áp suất bên ngoài cần tác dụng lên dung dịch để hiện tượng thẩm thấu không xảy ra.

Định luật Vant’ Hoff:

Với C (mol/L); R (0,082 L.atm/mol.độ); T (K);  (at)

 = CRT hoặc V = nRT

Bài 1: Khi giảm nồng độ dung dịch, áp suất thẩmthấu của dung dịch:

c Không đổi d Có thể tăng hoặc giảm

Bài 2: Biết m gam glucozơ (M = 180) trong 1lít dungdịch có áp suất thẩm thấu bằng áp suất thẩm thấu củadung dịch chứa 3gam HCHO (M =30) trong 1lít dungdịch Giá trị của m là:

Bài 3: Hòa tan 0,45 g gluco C6H12O6 trong 100 g

H2O Tính áp suất thẩm thấu, nhiệt độ sôi, nhiệt độđông đặc và áp suất hơi bão hòa của dung dịch thuđược ở 25 oC Biết ở nhiệt độ này áp suất hơi nướcbão hòa của dung môi bằng 23,7 mmHg; d = 1 g/mL

Bài 4: Dung dịch chứa 8 g chất tan trong 100 g etedietyl sôi ở nhiệt độ 36,86 oC Biết ete dietyl nguyênchất sôi ở 35,60 oC và ks = 2,02 Xác định khối lượngphân tử chất tan

Bài 5: Tính nhiệt độ sôi, nhiệt độ kết tinh của dung dịch đường saccaro C12H22O11 5 % trong nước Tính áp suất hơi trên bề mặt dung dịch đường này ở 65 oC, biết áp suất hơi nước bão hòa ở nhiệt độ này bằng 187,5 mmHg.

Bài 6: Khi hòa tan 3,24g lưu huỳnh vào 40g benzen nhiệt

độ sôi của dung dịch tăng 0,81 o C Một nguyên tử lưu huỳnh gồm mấy nguyên tử?

Bài 7: Dung dịch chứa 5 g chất tan không bay hơi trong

100 g nước có áp suất hơi ở 25 oC bằng 23,412 mmHg Tính khối lượng phân tử của chất đó, biết áp suất hơi nước

ở 25 o C bằng 23,756 mmHg.

• Không tuân theo các định luật Raoul, Van’t Hoff Giá trị

thực nghiệm của  P’,  t’, và  ’ luôn lớn hơn so với tính toán theo định luật đó i lần Để sử dụng các định luật này cần thêm hệ số i: hệ số Van’t Hoff (hệ số đẳng trương).

4.2 Thuyết điện ly

a Thuyết điện ly của Arrhenius

-• Hiện tượng phân ly các chất trong dung dịch (hay

khi nóng chảy) thành các ion được gọi là sự điệnly

• Chất phân ly thành ion trong dung dịch (hay khi

nóng chảy) được gọi là chất điện ly

• Do sự điện ly mà số tiểu phân có trong dd tăng lên

so với số phân tử hòa tan, do đó làm P, tos , tođ

Dung dịch chất điện ly: i > 1Dung dịch chất không điện ly: i = 1

• Cũng do sự có mặt của các ion trái dấu mà khi đặt

dung dịch vào điện trường thì các ion chuyển dời

có hướng về các điện cực, vì vậy dung dịch điện ly

có khả năng dẫn điện

𝐢 =

𝐒ố 𝐩𝐡â𝐧 𝐭ử 𝐡ò𝐚 𝐭𝐚𝐧 𝐛𝐚𝐧 đầ𝐮

b Thuyết điện ly hiện đại (Kablucov)

Sự điện ly là sự phân ly của các phân tử chất tan dưới tác dụng của các tiểu phân dung môi thành

những ion sonvat hóa (ion hydrat hóa nếu dung môi

là nước).

NaCl(r) + (m+n)H2O = Na+.mH2O + Cl-.nH2O

Hay NaCl(r) + (m+n)H2O = Na+(aq) + Cl-(aq)

4.3 Độ điện ly và hằng số điện ly

a Độ điện ly ( còn gọi là % ion hóa )

• Độ điện ly () là tỷ số giữa các phân tử đã phân ly

thành ion (n) trên tổng số phân tử đã hòa tan trongdung dịch (no):

• Phân loại chất điện ly:

• Quan hệ giữa  và i:

 m: Số ion trong phân tử chất điện ly

Ví dụ: HCl  m = 2

H2SO4  m = 3

 i được xác định bằng phương pháp nghiệm sôi,

nghiệm đông (đo t’  i)

 1 < i ≤ m

 i = 1 ⇔  = 0: chất tan không điện ly

 i = m ⇔  = 1: chất tan điện ly hoàn toàn

i-1 m-1

b Cân bằng trong dung dịch chất điện ly yếu và

hằng số điện ly

• K phụ thuộc vào: bản chất chất điện ly, dung môi

và nhiệt độ, không phụ thuộc vào nồng độ

• K đặc trưng cho khả năng phân ly của 1 chất, chất

điện ly càng mạnh thì K càng lớn và ngược lại.

• Đối với acid hoặc base yếu, hằng số điện ly được

gọi là hằng số acid (Ka) hoặc hằng số base (Kb)

 =

Bài 1: Chọn phát biểu sai:

A K đặc trưng cho khả năng phân ly của một chất,

chất điện ly càng mạnh thì K càng lớn.

B Chỉ những hợp chất ion mới bị điện ly trong nước

C Ở T không đổi, K không thay đổi khi thay đổi C.

D K là đại lượng phụ thuộc bản chất chất điện ly,

bản chất dung môi, và T

Bài 2: Dung dịch chứa 0,85 g ZnCl2 trong 125 g H2Ođông đặc ở 0,23 oC Xác định độ điện ly biểu kiếncủa ZnCl2

Bài 3: Tính áp suất thẩm thấu ở 17 C của 1 lít dungdịch chứa 7,1 g Na2SO4 Cho biết độ điện ly biểukiến của Na2SO4 trong dung dịch trên bằng 69%

Bài 4: Nhiệt độ sôi của dung dịch BaCl2 có nồng độ3,2 % là 100,208 oC Tính độ điện ly biểu kiến củaBaCl2 trong dung dịch

Bài 5: Áp suất hơi của dung dịch chứa 16,98 gNaNO3 trong 200 g nước là 17,02 mmHg ở 20 oC.Tính độ điện ly biểu kiến của NaNO3 Biết áp suấthơi bão hòa của nước ở nhiệt độ nà là 17,54 mmHg

c Cân bằng trong dung dịch chất điện ly mạnh và

hoạt độ

Tự đọc [1] trang 391 – 396

5 Đại cương về acid – base

5.1 Lý thuyết acid – base

a Thuyết acid – base của Arrhenius

acid là chất phân ly trong nước cho ion H + , base là chất phân ly trong nước cho ion OH - Khi acid và base tác dụng với nhau tạo thành muối và nước.

HCl  H+ + ClNaOH  Na+ + OH-HCl + NaOH  NaCl + H2O

• Một số hợp chất điện ly có chứa H khi phân ly

trong dung dịch này thể hiện tính acid nhưng trongdung dịch kia thể hiện tính base

Ví dụ: CH3COOH thể hiện tính acid trong nước:

CH3COOH + H2O ⇌ CH3COO- + H3O+

Trong H2SO4 thể hiện tính base:

-• Không áp dụng được cho trường hợp dung môi

không phải là nước

b Thuyết hệ dung môi phân

acid là chất trong dung dịch có khả năng cho ra ion dương giống với ion dương được tạo thành do sự điện ly riêng của dung môi.

base là chất trong dung dịch có khả năng cho ra ion

âm giống với ion âm được tạo thành do sự điện ly riêng của dung môi.

Ví dụ: Trong dung môi NH3: NH3 + NH3 ⇌ NH4+ + NH2

-NH4Cl là acid; KNH2 là base và:

c Thuyết acid – base của Brønsted – Lowry

Trong phản ứng trao đổi proton, acid là những tiểu phân có khả năng cho proton (H + ) base là những tiểu phân có khả năng nhận proton (H + ).

• Khi cho proton, acid tạo thành base liên hợp với

nó; Khi nhận proton, base tạo thành acid liên hợpvới nó

• Các tiểu phân vừa có khả năng cho H+ và nhận H+

như HCO3-, H2O là tiểu phân lưỡng tính

• Các tiểu phân không có khả năng cho proton và

nhận proton như K+, Cl- là tiểu phân trung tính

• Khái niệm acid – base của Brønsted – Lowry có

phạm vi rộng hơn khái niệm Arrhenius Theo kháiniệm Brønsted – Lowry:

 base là chất nhận proton; OH- chỉ là một trường

hợp riêng của base

 acid và base có thể là ion cũng có thể là phân

Ưu điểm của thuyết Brønsted – Lowry:

• Đơn giản hóa cách tính pH

• Thấy vai trò của dung môi đến độ mạnh của acid

của Brønsted – Lowry

d Thuyết electron (thuyết Lewis)

acid là tiểu phân (phân tử, nguyên tử, ion) nhận cặp

e liên kết base là tiểu phân cho cặp e liên kết.

• Định nghĩa acid – base của Lewis tập trung vào

việc cho – nhận cặp e để tạo thành một liên kếtcộng hóa trị mới trong sản phẩm phản ứng

• Nhiều tiểu phân không chứa H hoạt động như

5.2 Tính chất acid, base trong dung dịch nước và chỉ số hydro

a Tích số ion của nước

Cân bằng điện ly của nước:

H2O + H2O ⇌ H3O+ + OH

-Hằng số điện ly của nước:

[H2O] ≈ const ⇒ [H + ].[OH-] = K.[H2O] = Kw = const

K : tích số ion của nước; K chỉ  to; ở ∼25 oC, K = 10-14

2

[H ][OH ] [H O]

K

 



b Chỉ số hydro (pH)

Trong nước nguyên chất: [H+] = [OH-] = 𝐾𝑤 = 10-7 M

• Môi trường trung tính: [H+] = [OH-] = 10-7 M

• Môi trường acid: [H+] > [OH-] ⇔ [H+] > 10-7 M

• Môi trường kiềm: [H+] < [OH-] ⇔ [H+] < 10-7 M

Chỉ số hydro (pH):

Kw = [H+].[OH-] = 10-14 ⇒ pH + pOH = 14với pOH = - lg[OH-]

+

+ H

pH = -lga ; pH = -lg[H ]