Lý thuyết hóa đại cương

 Hệ kín: là hệ không có sự trao đổi chất mà chỉ có sự trao đổi năng lượng với môi trường, và thể tích của nó có thể thay đổi  Hệ cô lập: là hệ không trao đổi cả chất và năng lượng vớ

Chương 1+2+3+4

Các kiến thức cần nhớ:

 Nguyên tử được cấu tạo từ vỏ và hạt nhân:

+Vỏ: gồm các electron

+Hạt nhân: được cấu tạo từ proton và nơtrôn

 Đám mây electron: là không gian gần hạt nhân trong đó chứa khoảng 90% xác suất có mặt electron

 Phương trình sóng Schrödinger: (nên nhớ các đại lượng)

Phương trình sóng Schrödinger cơ bản mô tả sự chuyển động của hạt vi

mô trong trường thế năng đối với trường hợp trạng thái của hệ không thay đổi theo thời gian (trạng thái dừng):

h

m 8 z y

2 2 2 2 2 2

trong đó:  - vi phân riêng phần

m - khối lượng hạt vi mô

h – hằng số Plank

E – năng lượng toàn phần của hạt vi mô (bằng tổng động năng và thế năng)

V - thế năng của hạt vi mô, phụ thuộc vào toạ độ x, y, z

 - hàm sóng đối với các biến x, y, z mô tả sự chuyển động của hạt

vi mô ở điểm có tọa độ x, y, z

+ Hiệu ứng chắn: các lớp electron bên trong biến thành màn chắn làm yếu lực

hút của hạt nhân đối với các electron bên ngoài

Hiệu ứng chắn tăng khi: + số lớp electron tăng

+ số electron tăng

+ Hiệu ứng xâm nhập: ngược lại với hiệu ứng chắn

 Bán kính nguyên tử:

+Trong một chu kì từ trái sáng phải bán kính nguyên tử giảm dần

+Trong một nhóm từ trên xuống dưới bán kính nguyên tử tăng dần

 Bán kính ion:

+Đối với các ion và nguyên tử đẳng electron thì chiều tăng của bán kính ngược chiều với trục số điện tích

VD: Al3+<Mg2+<Na+<Ne<F-

+Đối với ion dương:RM+<RM

+Đối với ion âm: RM->RM

 Năng lượng ion hóa thứ nhất: đặc trưng cho khả năng nhường e của

nguyên tử

+ Năng lượng ion hóa I là năng lượng cần tiêu tốn để tách một e ra khỏi nguyên

tử ở thể khí và không bị kích thích

X(k) = X+(k) + e I = H +Trong một nhóm từ trên xuống dưới năng lượng ion hóa thứ nhất giảm

+Trong một chu kì từ trái sang phải năng lượng ion hóa thứ nhất tăng ( lưu ý: nhóm IIA> nhóm IIIA; và nhóm VA>nhóm VIA)

 Ái lực electron: đặc trưng cho khả năng nhận e của nguyên tử

Ái lực e F là năng lượng phát ra hay thu vào khi kết hợp một e vào nguyên tử ở thể khí không bị kích thích

X(k) + e = X-(k), F = H

 Bậc liên kết = ; bậc liên kết càng cao thì liên kết càng bền và độ dài liên kết càng ngắn

 Độ dài liên kết: dA-B=rA+rB.

Ví dụ: So sánh độ dài liên kết ICl IF và ClF

Vì ClF và IF có cùng nguyên tốF nhưng bán kính của I lớn hơn Cl nên ClF< IF Tương tự ta được IF<Icl

-m là số cặp e chưa liên kết của A

Từ (n+m)=> trạng thái lai hóa

n+m= Trạng thái lai hóa

-sp2 có dạng AB3E0 => tam giác đều; dạng AB2E1=> góc

-sp3 có dạng AB4E0=> tứ diện đều; dạng AB3E1=> tháp tam giác; dạng

AB2E2=> góc

 So sánh góc liên kết:

Góc lk của lai hóa sp>sp2

>sp3

Nếu cùng trạng thái lai hóa thì: Nếu cùng nguyên tố trung tâm khác phối tử Phối

tử có độ âm điện càng cao góc liên kết càng nhỏ

Ví dụ: NF3<NCl3<NBr3 ( vì độ âm điện F>Cl>Br)

Nếu cùng phối tử khác nguyên tố trung tâm Nguyên tố trung tâm độ âm điện càng cao góc liên kết càng lớn/

Ví dụ: H20>H2S ( Vì độ âm điện O>S)

 Sự phân cực trong liên kết CHT:

Những chất có electron dư sẽ phân cực (dạng AB2E1, AB3E1, bla…bla…), những chất cấu tạo từ 3 nguyên tố sẽ phân cực

Lưu ý: Nguyên tố Nhóm B sẽ phân cực nhiều hơn nhóm A=> Tính CHT cao hơn

Sự phân cực và bị phân cực tăng thì tính CHT sẽ tăng

 Nhiệt độ nóng chảy: Tỉ lệ với tính ion ( tỉ lệ nghịch tính CHT)

VD: NaCl>CaCl >FeCl ( Vì sự phân cực của Fe2+>Ca2+>Na+)

 Xác định liên kết: phi, xích ma, delta:

Nếu z là trục liên nhân: Thì các liên kết có chữ Z ở cả 2 AO sẽ là liên kết pi ( Trừ dz2

và dz2 là xích ma) còn lại là liên kết delta ( Đối với các AO d)

HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA CÁC QUÁ TRÌNH HÓA HỌC

6.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN:

6.1.1 Hệ ( nhiệt động )

Người ta phân biệt:

 Hệ hở: là hệ trao đổi cả chất và năng lượng (Q và A) với môi trường

 Hệ kín: là hệ không có sự trao đổi chất mà chỉ có sự trao đổi năng

lượng với môi trường, và thể tích của nó có thể thay đổi

 Hệ cô lập: là hệ không trao đổi cả chất và năng lượng với môi trường

 Hệ đồng thể: là hệ có các tính chất hóa lý giống nhau ở mọi điểm của hệ

 Hệ dị thể: là hệ có bề mặt phân chia hệ thành những phần có tính chất hóa

lý khác nhau

 Pha: là phần đồng thể của hệ dị thể, có thành phần, cấu tạo, tính chất nhất

định và được phân chia với các phần khác bằng bề mặt phân chia nào đó Như vậy hệ đồng thể là hệ một pha, còn hệ dị thể là hệ nhiều pha

 Hệ cân bằng: là hệ có T, P, TP giống nhau ở mọi điểm của hệ và không

thay đổi theo t

a) Trạng thái, thông số trạng thái, hàm trạng thái :

 Trạng thái của hệ được xác định bằng tập hợp các thông số biểu diễn các

tính chất hóa lý của hệ Các thông số này được gọi là thông số trạng thái và chúng liên hệ với nhau thông qua phương trình trạng thái Có 2 loại thông số trạng thái:

 Thông số cường độ: là những thông số không phụ thuộc vào lượng chất

như T, P, C, thành phần, khối lượng riêng, Các thông số cường độ đặc trưng

cho hệ vì không có tính cộng

 Thông số dung độ là những thông số phụ thuộc vào lượng chất, như m,

V, U, H, S Các thông số dung độ có tính cộng

 Trạng thái cân bằng: là trạng thái tương ứng với hệ cân bằng khi các

thông số trạng thái giống nhau ở mọi điểm của hệ và không thay đổi theo thời gian

 Hàm trạng thái: là đại lượng nhiệt động có giá trị chỉ phụ thuộc các thông

số trạng thái của hệ mà không phụ thuộc vào cách biến đổi (đường đi) của hệ: T,

P, V, U, H, S, G,…

 Hàm quá trình: là các thông số phụ thuộc vào đường đi của quá trình: Q,

A…

b) Quá trình: là sự biến đổi xảy ra trong hệ gắn liền với sự thay đổi của ít

nhất là một thông số trạng thái

 Quá trình thuận nghịch: là quá trình có thể xảy ra theo 2 chiều ngược

nhau Hệ không gây ra biến đổi về môi trường xung quanh

Là quá trình hệ chuyển từ trạng thái cân bằng này sang trại thái cân bằng khác một cách vô cùng chậm qua liên tiếp các trạng thái cân bằng rất gần nhau Ngược lại là quá trình bất thuận nghịch

Tất cả các quá trình tự diễn ra trong tự nhiên đều là bất thuận nghịch

và không tiêu tốn năng lượng

 Quá trình đẳng áp: p = const

 Quá trình đẳng tích: V = const

 Quá trình đẳng nhiệt: T = const

 Quá trình đoạn nhiệt : Q = const Hệ không trao đổi nhiệt song có thể trao

đổi công với môi trường xung quanh

 Năng lượng, nhiệt và công:

- Năng lượng là thước đo sự chuyển động của các chất

- Nhiệt là thước đo sự chuyển động nhiệt hỗn loạn của các tiểu phân tạo nên hệ -Công là thước đo sự chuyển động có trật tự, có hướng của các tiểu phân trong trường lực

**Quy ước:

+ Hệ thu nhiệt +Q ; hệ tỏa nhiệt –Q

+ Hệ sinh công +A; hệ nhận công –A

6.2 NGUYÊN LÝ I NHIỆT ĐỘNG HỌC VÀ HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA CÁC QUÁ TRÌNH HÓA HỌC:

6.2.1 Áp dụng nguyên lý I nghiên cứu hiệu ứng nhiệt:

*Nội năng U:

- Nội năng của một chất chỉ dự trữ năng lượng của chất đó, bao gồm năng lượng của tất cả các dạng chuyển động của nguyên tử (tịnh tiến, quay, dao động), của electron và hạt nhân, năng lượng chứa đựng trong hạt nhân nguyên tử và thế năng của nó ở trong trọng trường Nói cách khác, nội năng là năng lượng toàn phần của hệ trừ động năng và thế năng toàn hệ

- Đơn vị đo: J/mol; cal/mol 1 cal = 4,184J

- Nội năng của hệ là thông số dung độ, tỉ lệ với lượng chất

- Nội năng U cũng là hàm trạng thái Người ta không thể xác định được trị

tuyệt đối của nội năng (vì không thể đưa hệ về nhiệt độ 0 tuyệt đối), nhưng dựa vào năng lượng phát ra hay thu vào của một hệ người ta có thể suy ra một cách chính xác độ biến thiên nội năng U của hệ khi chuyển từ trạng thái có nội năng

U1 sang trạng thái có nội năng U2:

*Nguyên lý I, nội năng và công:

- Khi một hệ (kín) chuyển từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 nó sẽ trao đổi năng

lượng với môi trường dưới dạng nhiệt (Q) và công (A) Lượng năng lượng trao đổi này sẽ là đại lượng không đổi dù cách chuyển của hệ có là thế nào đi nữa

Trong đó: ∆U độ biến đổi nội năng U của hệ

*Nội năng và nhiệt đẳng tích:

Với V = const và A = 0 thì:

QV = ∆U = U2 – U1

Ở đây QV được gọi là nhiệt đẳng tích

 Lượng nhiệt mà hệ trao đổi trong quá trình đẳng tích QV được dùng để biến đổi nội năng U của hệ

*Entanpi H và nhiệt đẳng áp :

- Trong trường hợp P = const ta có:

Qp = U + PV mà U = U2 – U1 và V = V2 – V1

H bao gồm U và khả năng sinh công tiềm ẩn của hệ

H là dự trữ năng lượng toàn phần của hệ

Vậy: Qp = H2 – H1 = H

Trong quá trình đẳng áp, nếu hệ không thực hiện công nào khác ngoài công dãn nở thì nhiệt lượng Q p cung cấp cho hệ sẽ làm thay đổi entanpi của hệ

Đơn vị đo: kJ/mol

*Nhiệt đẳng tích, nhiệt đẳng áp và nhiệt dung:

- Nhiệt dung của một chất là lượng nhiệt cần dùng để nâng nhiệt độ của

chất lên thêm 10

- Nhiệt dung riêng - nhiệt dung của 1 mol chất

- Đơn vị đo: J/mol.K

C p  

dT

U d

 Đối với các khí lý tưởng: Cp – CV = R

6.3 HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA CÁC QUÁ TRÌNH HÓA HỌC :

6.3.1 Độ biến đổi và hiệu ứng nhiệt:

- Đối với những quá trình có chất phản ứng hay sản phẩm ở thể khí và xảy ra ở

a Phương trình nhiệt hóa học

- Quy ước: Phản ứng thu nhiệt có H > 0

Phản ứng tỏa nhiệt có H < 0

- Dự đoán chiều hướng diễn ra của phản ứng hóa học: Trong điều kiện bình

thường, phản ứng tỏa nhiệt (H < 0) là phản ứng có khả tự xảy ra

b Nhiệt tiêu chuẩn:

T H

c Hiệu ứng nhiệt của các quá trình

*Nhiệt tạo thành: là hiệu ứng nhiệt của phản ứng tạo thành 1 mol chất từ các

đơn chất ứng với trạng thái tự do bền nhất( 0

.

298 tt

H

*Nhiệt đốt cháy: là hiệu ứng nhiệt của phản ứng đốt cháy bằng oxy 1 mol chất

hữu cơ để tạo thành khí CO2 , nước lỏng và một số sản phẩm khác

*Nhiệt hòa tan là hiệu ứng nhiệt của quá trình hòa tan 1 mol chất tan vào trong

dung môi

*Nhiệt phân ly: là hiệu ứng nhiệt của quá trình phân ly 1 mol chất thành các

nguyên tử ở trạng thái khí

 Nhiệt phân ly của các chất thường dương và có giá trị lớn

6.3.3 Định luật nhiệt Hess và hệ quả

Hiệu ứng nhiệt của phản ứng bằng tổng nhiệt tạo thành của các sản phẩm trừ đi tổng nhiệt tạo thành của các chất đầu

c Hệ quả 2: Hiệu ứng nhiệt của phản ứng bằng tổng nhiệt đốt cháy của các

chất đầu trừ đi tổng đốt cháy của các sản phẩm phản ứng

Ví dụ: a A + b B = c C + d D

Htt )C + d( Htt)D ] – [ a( Htt)A + b( Htt)B ]

= [ a(∆Hđc )A + b(∆Hđc)B ] – [ c(∆Hđc)C + d(∆Hđc)D ]

d Hệ quả 3 (định luật Lavoisier – La Place):Hiệu ứng nhiệt của phản ứng

thuận bằng hiệu ứng nhiệt của phản ứng nghịch

A + B C + D Ht = - Hn

Hn

CHIỀU CỦA CÁC QUÁ TRÌNH HÓA HỌC

I ENTROPI

Chương IV: quá trình tự diễn ra khi H < 0 Tuy nhiên trong thực tế có nhiều quá trình có H ≥ 0 nhưng vẫn tự diễn ra VD

 Quá trình khuyếch tán của các khí: tự diễn ra, H = 0

 Quá trình nóng chảy, bay hơi: tự diễn ra, H > 0

1 Entropi – Thước đo độ hỗn độn của một chất hay một hệ

Để đặc trưng cho mức độ hỗn loạn của hệ người ta dùng 1 đại lượng gọi là entropi S

S = S2 – S1 Rln

Quá trình tự diễn ra: mức hỗn loạn 2 > mức hỗn loạn 1 thì S > 0

Vậy: Trong các hệ cô lập, quá trình tự diễn ra thì S >0

Định luật Nernst (nguyên lý III): Entropi của các nguyên chất dưới dạng

tinh thể hoàn hảo ở nhiệt độ không tuyệt đối bằng không

→ từ nguyên lý III ta có thể xác định được entropi tuyệt đối của các chất ở bất

kỳ nhiệt độ nào

Đơn vị đo: J/mol.K

Entropi tiêu chuẩn:

 Ở cùng một trạng thái vật lý, phân tử, hệ càng phức tạp thì entropi càng lớn

2 Sự biến thiên entropi trong quá trình hóa học

 của phản ứng không phụ thuộc vào nhiệt độ

II BIẾN THIÊN NĂNG LƯỢNG TỰ DO GIBBS, THƯỚC ĐO CHIỀU HƯỚNG CỦA CÁC QUÁ TRÌNH HÓA HỌC

1 Các yếu tố entanpi, entropi và chiều hướng diễn ra của các quá trình hóa học

Có hai yếu tố tác động lên chiều hướng diễn ra các quá trình hóa học Đó là yếu

tố entanpi và entropi

Sự cạnh trang của hai yếu tố entanpi và entropi trong các quá trình hóa học xảy

ra ở nhiệt độ và áp suất không đổi được thể hiện qua đại lượng thế đẳng áp – đẳng nhiệt G (còn gọi tắt là thế đẳng áp, entanpi tự do, năng lượng tự do Gibbs)

G = H - TS - phương trình cơ bản của nhiệt động hóa học

 Đơn vị đo: kJ/mol

2 Biết thiên năng lượng tự do và chiều diễn ra của một quá trình hóa học

 G< 0: quá trình tự xảy ra; phản ứng xảy ra theo chiều thuận

 G> 0: quá trình không tự xảy ra; phản ứng xảy ra theo chiều nghịch

 G= 0: quá trình đạt trạng thái cân bằng

3 Tác động của nhiệt độ lên chiều hướng diễn ra của các quá trình hóa học

 Ở nhiệt độ và áp suất không đổi một phản ứng sẽ tự xảy ra khi:

3 - - +/- Tự xảy ra ở T thấp

4 Biến thiên năng lượng tự do chuẩn của chất và của quá trình hóa học

a Biến thiên năng lượng tự do chuẩn của chất

Năng lượng tự do chuẩn của quá trình tạo thành của một chất ΔG0

t là sự thay đổi năng lượng tự do trong quá trình hình thành một mol chất trong điều kiện chuẩn

từ mỗi đơn chất, các đơn chất này cũng ở trong điều kiện chuẩn

t

G

 của các đơn chất bền = 0

b Biến thiên năng lượng tự do chuẩn của các quá trình hóa học

) cd ( tt , T 0

) sp ( tt , T 0

G  



- Theo sức điện động của nguyên tố Ganvanic: G0 = -nFE0

c Thế đẳng áp tiêu chuẩn và chiều diễn ra của các quá trình hóa học

d D c C 0

p p

p p ln RT

G

G

p p

p p ln RT kJ

B a A

d D c

ĐỘNG HÓA HỌC

Các kiến thức cần nhớ:

 Phân loại phản ứng:

+Phản ứng đơn giản: là phản ứng chỉ xảy ra qua một giai đoạn

+Phản ứng phức tạp: là phản ứng xảy ra qua nhiều giai đoạn

 Bậc phản ứng : bằng tổng số mũ của nồng độ các chất phản ứng ghi trong biểu thức định luật tác dụng khối lượng Nếu tổng các số mũ đó là 1, 2, 3

… thì phản ứng được gọi là phản ứng bậc một, bậc hai, bậc ba …

 Quy tắc Van’t Hoff: 2 2 1

6.2 Hàm trạng thái có thuộc tính cường độ là Nhiệt độ  Chọn A

6.3 Bình kín và thể tích không đổi  Không trao đổi chất

B Hệ kín và đồng thể (vì cả chất phản ứng và sản phẩm đều chỉ có pha khí)

6.4 Chọn D Vì hệ kín là hệ không trao đổi chất nhưng có thể trao đổi năng lượng dưới

dạng nhiệt và công

6.5 Chọn C Vì Khí quyển là một hệ đồng thể nhưng không đồng nhất do các thuộc

tính của nó như T, P,… thay đổi theo độ cao

1 sai vì Công thức chỉ đúng đối với khí ở P thấp gần như khí lí tưởng hoặc khí lí tưởng

2 sai vì toàn bộ lượng nhiệt Q  lượng nhiệt mà hệ trao đổi

6.18

Không thể xác định được phản ứng xảy ra nhanh chậm hoặc có thể tự xảy ra hay không

vì con phụ thuộc vào sẽ tìm hiểu trong chương tiếp theo  B

6.19 của phản ứng được gọi là hiệu ứng nhiệt tạo thành tiêu chuẩn chỉ khi các 1mol chất phản ứng ở trạng thái bền và đều ở điều kiện tiêu chuẩn tức ở T=298K, áp suất riêng mỗi chất đều bằng 1atm  A

6.23 Câu A và B tương phản chắc chắn 1 câu đúng và một câu sai

 chọn B tăng khi khối lượng phân tử tăng

6.24 1 sai vì Nhiệt tạo thành của đơn chất bền ở điều kiện tiêu chuẩn bằng 0

3 sai vì phụ thuộc vào luongj dung môi

 C

CHƯƠNG 7: BIẾN THIÊN NĂNG LƯỢNG TỰ DO GIBBS

THƯỚC ĐO CHIỀU HƯỚNG CỦA QUÁ TRÌNH HÓA HỌC

7.4 Phân tử càng phức tạp thì entropi càng lớn và đối với các trạng thái rắn lỏng khí

entropi khác nhau và tăng dần  Chọn D

7.5 Áp suất tăng thì entropi của các chất giảm  Chọn B

7.6 Nhiệt độ giảm làm giảm entropi  Chọn A

7.8 Phản ứng có

Do độ biến đổi entropi về phương diện định tính có thể dựa vào độ biến đổi về thể tích

 Chọn A

7.9 Entropi là hàm trạng thái nên chỉ phụ thuộc vào điểm đầu và cuối không phụ thuộc

vào đường đi của quá trình  Chọn B

7.15 3 sai vì điều kiện nhiệt độ cao mới đúng

4 sai vì chưa biết chính xác độ lớn vào khoảng nào

7.16 Chọn A vì phải ở nhiệt độ cao

7.18 Chọn C chi tiết tại trang 270 và 271

7.19 Vì hệ chỉ sinh công khi quá trình tự xảy ra tức là

 Chọn A

thì chưa đủ để kết luận vì còn phụ thuộc vào T và  Chọn D

7.21 2 sai Chỉ tại điều kiện đang xét chứ không phải mọi điều kiện

3 sai vì phải ở nhiệt độ cao

2 đúng vì AB diến ra đến cùng tức nghĩa , là phản ứng bất thuận nghịch nên chiều ngược lại không thể tự xảy ra nên

3 đúng vì chiều ngược lại vì phản ứng tỏa nhiệt mạnh

7.28 Chọn C Giải thích tương tự câu trên

7.29 Chọn B Do phản ứng (1) có thể tự xảy ra ở trạng thái đang xét và chiều ngược

lại không thể tự xảy ra nên Chì (+2) bền hơn Chì (+4)

Còn phản ứng (2) thì ngược lại

7.30 (3) sai vì chỉ tại điều kiện đang xét thì phản ứng mới không thể tự xảy ra trong thực tế

 Chọn C

CHƯƠNG 8: CÂN BẰNG HÓA HỌC

MỨC ĐỘ DIỄN RA CÂN BẰNG HÓA HỌC

8.1 Phản ứng một chiều có tốc độ giảm dần theo thời gian cho đến khi hết tất cả các

chất tham gia phản ứng hoặc hết một trong một số chất phản ứng rồi ngừng lại tức là v=0 Ví dụ:

Phản ứng sẽ xảy ra với tốc độ giảm dần cho đến khi toàn bộ KClO3 phân hủy thành KCl và O2 thì dừng lại  Chọn A

8.2 Ví dụ:

Trong cùng một điều kiện phản ứng trên xảy ra theo 2 chiều ngược nhau

 Chọn B

và sản phẩm không thay đổi ở những điều kiện bên ngoài xác định

quá lớn nên chỉ có phản ứng này là đã xảy ra hoàn toàn

8.8 Chọn C vì đối với phản ứng dị thể khi viết biểu thức hằng số cân bằng không cần

chú ý đến các chất rắn hoặc lỏng nguyên chất vì nồng độ hay áp suất hơi bão hòa của chúng là hằng số ở điều kiện nhiệt độ nhất định