Chuong 1 hdc (1)

Các đơn vị trong hệ SI 2 Phép đo Đơn vị Nhiệt độ Độ K K Thời gian Giây s Chiều dài Mét m Khối lượng Kilogam kg Số lượng vật Năng lượng công, nhiệt Joule J Hằng số khí J/mol.K 1... ĐL Avo

Chương 1

MỘT SỐ VẤN ĐỀ CƠ BẢN CỦA HÓA HỌC

1

1.1 Các đơn vị trong hệ SI

2

Phép đo Đơn vị

Nhiệt độ Độ K (K) Thời gian Giây (s) Chiều dài Mét (m) Khối lượng Kilogam (kg)

Số lượng vật

Năng lượng (công, nhiệt) Joule (J) Hằng số khí J/mol.K

1

1.2 Các định luật cơ bản của hóa học

5 định luật cơ bản

1 ĐL bảo toàn khối lượng

2 ĐL thành phần không đổi

3 ĐL tỷ lệ bội

4 ĐL tỷ lệ thể tích

5 ĐL Avogadro

Học thuyết nguyên tử - phân tử

Tính toán định lượng trong hóa học

Hóa học hiện đại

3

1.2.1 Định luật bảo toàn khối lượng (M.V Lomonosov, 1748)

Khối lượng của sản phẩm phản ứng bằng khối lượng của các chất

tham gia phản ứng

Ứng dụng:

- Cân bằng phản ứng hóa học

- Tính khối lượng các chất trong phản ứng hóa học

- Cân bằng vật chất trong nhà máy hóa chất

mMg + mO2 = mMgO

VD 1.1:

4

Phản ứng hạt nhân có phải là phản ứng hóa học

không?

3

Một hợp chất, dù được điều chế bằng cách nào cũng luôn có thành

phần không đổi

CO2luôn có tỷ lệ khối lượng C và O tương ứng là 27,3% và 72,7%

Mỗi hợp chất được đặc trưng bằng một công thức hóa học

CHÚ Ý: Với một số chất rắn, thành phần có thể thay đổi

Ví dụ: sắt sunfua: Fe1-xS; x dao động từ 0 đến 0,005, phụ thuộc

phương pháp điều chế

1.2.2 Định luật thành phần không đổi (G Prust, 1808)

C + O2

Ví dụ 1.2 : khí carbonic có thể điều chế bằng cách:

5

N

mO= 16 g mN1= 28 g mN2= 14 g mN3= 7 g

mN1: mN2: mN3= 28 : 14 : 7 = 4 : 2 : 1

Ví dụ:

1.2.4 Định luật tỷ lệ thể tích (Gay-Lussac, 1808)

Ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất, thể tích các khí phản ứng với

nhau, cũng như thể tích của các khí tạo thành trong phản ứng, tỷ lệ

với nhau như tỷ lệ của những số nguyên đơn giản

1.2.3 Định luật tỷ lệ bội (D Dalton, 1803)

Nếu 2 nguyên tố tạo thành với nhau một số hợp chất hóa học thì

những phần khối lượng của nguyên tố này kết hợp với cùng một

khối lượng của nguyên tố kia sẽ tỷ lệ với nhau như tỷ lệ của các số

nguyên đơn giản

6

5

1.2.5 Định luật Avogadro (1811)

Ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất, những thể tích bằng nhau

của các khí đều chứa cùng một số phân tử

Hệ quả:

- Số Avogadro: N = 6,023.1023

- Thể tích 1 mol khí bất kì khi ở cùng nhiệt độ và áp suất đều có

cùng thể tích

- Có thể dùng quy tắc tam suất để tính V khí tham gia p/ư và khí tạo

thành

7

1 mol khí ở đktc (P = 1 atm, T = 273K) có thể tích 22,4 L

1 mol = 6,023.1023 hạt

VD 1.3: Xác định CTPT của một HC khí, biết rằng để đốt một thể tích

khí này cần 5 thể tích oxy và khi đốt một thể tích khí này cần 4 thể tích

clo (sản phẩm là C và HCl) Các khí được đo ở cùng nhiệt độ và áp

suất

8

Theo phản ứng: 1V (x + y/4) V

Theo đề: 1V 5 V

Suy ra: (x + y/4) = 5 (1)

Theo phản ứng: 1V y/2 V

Theo đề: 1V 4 V

Suy ra: y/2 = 4 (2)

CxHy + (x + y/4)O2 xCO2 + y/2H2O

CxHy + y/2Cl2 xC + yHCl

Từ (1) và (2) suy ra x = 3 và y = 8 Vậy CTPT của HC là C3H8

7

1.3.1 Phương trình trạng thái khí lí tưởng

1.3 Phương trình trạng thái khí

Khí lí tưởng: Là một loại khí tưởng tượng, có kích thước vô cùng nhỏ

(thể tích thực = 0) so với thể tích khối khí và không tương tác với

nhau

Phương trình trạng thái của khí lí tưởng: PV = nRT

9

𝑅 =𝑃𝑉

𝑛𝑇 =

𝑚 𝑥 22,4 10 (𝑚 )

𝐽 𝑚𝑜𝑙 𝐾

𝑅 =𝑃𝑉

𝑛𝑇 =

1 𝑎𝑡𝑚 𝑥 22,4(𝐿)

1 𝑚𝑜𝑙 𝑥273(𝐾) = 0,082

𝑎𝑡𝑚 𝐿 𝑚𝑜𝑙 𝐾

Với n xác định:

- Khi T = const PV = const

- Khi P = const V1/T1= V2/T2

- Khi V = const P1/T1= P2/T2

10

9

1.3.2 Phương trình trạng thái khí thực

nRT nb

V V

a n

2

a: Hằng số đặc trưng cho tương tác giữa các phân tử khí

b: Hằng số đặc trưng cho kích thước của các phân tử khí

11

Phương trình van der Waals

Nếu không có chú thích gì thì

có thể xem các khí thực là lí tưởng

12

1.3.3 Khái niệm về áp suất riêng phần

Áp suất riêng phần của khí i trong hỗn hợp là:

RT n nRT

i i









RT n V

nRT P

k i i







V

RT n

i  RT

n

V

Pi  i











i i

i k

i

i

i i

n

n V RT n

V TR n P

P

1 1

/

/

P x P n

n

i i

i



1

Hỗn hợp khí lí tưởng có:





i i

n n

1

Tổng số mol:

Thể tích: V

Áp suất: P

xi: nồng độ phần mol (phần mol: mole fraction) của khí i trong hỗn hợp

11

Phần mol các khí:

Nếu gắn đồng hồ đo áp suất vào bình thì đo được giá trị áp suất nào?

O2: x mol

N2: y mol

Thể tích bình: V lít

Nhiệt độ: T độ K

𝑦𝑅𝑇 𝑉

𝑉

Áp suất tổng:

Áp suất riêng phần các khí:

VD 1.4: Một bình 10L chứa 0,2 mol methane, 0,3 mol hydrogen, 0,4

mol nitrogen ở 25oC

a) Tính áp suất trong bình (đơn vị atm)

b) Tính áp suất riêng phần của mỗi cấu tử khí trong hỗn hợp

14

a) Từ phương trình trạng thái của khí lí tưởng: PV = nRT

Suy ra: P = nRT/V

Trong đó: n = 0,2 + 0,3 + 0,4 = 0,9 mol

R = 0,082 atm.L/mol.K (do đề yêu cầu đơn vị của P là atm)

T = 25 + 273 = 298K V= 10 L

Thay số vào ta có: P = 0,9.0,082.298/10 = 2,2 atm

b) Ta có công thức: Pi= Xi.P, trong đó Xilà phần mol các chất trong bình:

XCH4= nCH4/n = 0,2/0,9

XH2= nH2/n = 0,3/0,9

XN2= nN2/n = 0,4/0,9

Ở câu a ta đã tính được P = 2,2 atm

Từ đây ta tính được PCH4= (0,2/0,9).2,2 = 0,49 atm; PH2= (0,3/0,9).2,2 = 0,73 atm;

PN2= (0,4/0,9).2,2 = 0,98 atm

13

VD 1.5: Một bình 15L chứa 6,65g N2 được nối với một bình có thể

tích 6L chứa 5g O2 Mở van nối giữa 2 bình để các khí trộn lẫn vào

nhau Hãy xác định áp suất riêng phần của mỗi khí và áp suất tổng

cộng ở nhiệt độ 25oC

15

Khi mở van nối 2 bình thì mỗi khí đều có mặt trong cả 2 bình nên thể tích mà khí chiếm chổ

là tổng thể tích của 2 bình: V = 15 + 6 = 21 L; T = 25 + 273 = 298K

Ta có công thức: Pi= Xi.P, trong đó Xilà phần mol các chất trong bình.

nN2= mN2/MN2= 6,65/28 = 0,2375 mol; nO2= mO2/MO2= 5/32 = 0,156 mol

n = nN2+ nO2= 0,2375 + 0,156 = 0,3935 mol

XO2= nO2/n = 0,156/0,3935 = 0,4

XN2= nN2/n = 0,2375/0,3935 = 0,6 (= 1- XO2)

Ta tính áp suất tổng theo công thức: P = nRT/V = 0,3935.0,082.298/21 = 0,458 atm

Từ đây ta tính được PO2= XO2.P = 0,4.0,458 = 0,183 atm; PN2= XN2.P = 0,6.0,458 = 0,275 atm

1.4 Cách biểu diễn nồng độ dung dịch

16

1.4.1 Nồng độ phần trăm

Là số gam chất tan có trong 100 gam dung dịch

𝑚

1.4.2 Nồng độ mol (molarity)

Là số mol chất tan có trong 1 lít dung dịch

𝐶𝑀 = 𝑛

𝑉

mct, mdm, mdd lần lượt là khối lượng chất tan, khối lượng dung môi

và khối lượng dung dịch

n, V lần lượt là số mol chất tan và thể tích dung dịch (lít)

15

1.4.3 Nồng độ molan (molality: m): Là số mol chất tan trong 1 kg

dung môi

VD 1.6: Tính nồng độ molan của dung dịch chứa 128 g CH3OH trong

108 g H2O

VD 1.7: Cần dùng bao nhiêu g H2O để hòa tan 50 g sucrose

(C12H22O11) để tạo thành dung dịch sucrose có nồng độ 1,25 m

Số mol của CH3OH trong dung dịch: nCH3OH= 128/32 = 4 mol

Khối lượng dung môi nước (Kg): m = 108.10 -3 = 0,108 kg.

Vậy, nồng độ molan của dung dịch: m = 4/0,108 = 37 m

nsucrose= 50/(12.12 + 22.1 + 16.11) = 0,146 mol

Ta có: m = n/mdm

Suy ra: mdm= n/m = 0,146/1,25 = 0,1168 kg

Vậy cần dùng 0,1168 kg nước

1.4.4 Khái niệm về đương lượng

18

1.4.4.1 Đương lượng của các nguyên tố

Đương lượng của 1 nguyên tố là số phần khối lượng của nguyên tố

đó kết hợp hay thay thế 1,008 phần khối lượng hydro trong các

phản ứng hóa học

Đương lượng gam: khối lượng của chất đó biểu diễn bằng gam có trị

số bằng đương lượng của nó

Đương lượng của 1 nguyên tố bằng KLNT của nguyên tố chia cho hóa

trị của nó

Fe + 2HCl FeCl2 + H2

ĐLO= 8

ĐLFe= 28

ĐL = A/n Nguyên tố có nhiều hóa trị khác nhau sẽ có nhiềugiá trị đương lượng khác nhau

VD: ĐLO= 8g

(1 đương lượng)

Số đương lượng gam = Khối lượng/đương lượng gam

17

1.4.4.2 Đương lượng của các hợp chất

a) Trong phản ứng trao đổi:

đổi

điện tích dương của các ion kim loại (hay tổng số điện tích âm của ion

gốc acid)

nhóm hydroxyl trao đổi

Ca(OH)2+ 2H3PO4 Ca(H2PO4)2+ 2H2O

ĐLCa(OH)2= 74/2 = 37

ĐLH3PO4= 98/1 = 98

20

KHP:

19

b) Trong phản ứng oxy hóa – khử:

Đương lượng hợp chất bằng KLPT của hợp chất đó chia cho số

electron mà nó trao đổi

2KMnO4+ 5H2O2+ 3H2SO4 K2SO4+ 2MnSO4+ 5O2+ 8H2O

ĐLH2O2= 34/2 = 17

ĐLKMnO4= 158/5 = 31,6

1.4.4.3 Nồng độ đương lượng

Nồng độ đương lượng được biểu diễn bằng số đương lượng gam chất

tan trong 1 lít dung dịch Kí hiệu là N

Nồng độ đương lượng (gam) = số đương lượng (gam)/thể tích dung dịch (L)

Trong phản ứng hóa học: Các chất phản ứng với nhau theo đương

lượng Tức là 1 đương lượng của chất này phản ứng với 1 đương

lượng của chất kia: N1V1= N2V2

VD 1.8: Xác định đương lượng của kim loại và của lưu huỳnh biết nếu

3,24g kim loại tạo thành 3,48g oxide và 3,72g sulfua Biết đương lượng

của O = 8

22

Tính đương lượng kim loại:

Khối lượng của oxy trong oxide: 3,48 – 3,24 = 0,24 g

Số đương lượng của oxy: 0,24/8 = 0,03

Vậy số đương lượng của kim loai: 0,03

Suy ra đương lượng của kim loại là: 3,24/0,03 = 108

21

VD 1.9: Asen tạo thành 2 oxide, trong đó 1 oxide chứa 65,2% As và

oxide còn lại chứa 75% As Biết đương lượng của oxy = 8 Xác định

đương lượng của As trong các oxide

23

Giả sử có 100 g oxide rồi tính

24

HẾT CHƯƠNG 1

23