Hướng dẫn tự học môn hóa học đại cương đại học kinh tế quốc dân

 Trình bày được sự hình thành liên kết hóa học và giải thích được cấu tạo phân tử bằng thuyết VB..  Trình bày được sự hình thành liên kết,vẽ giản đồ năng lượng của phân tử 2 nguyên tử

THÔNG TIN GIẢNG VIÊN GIẢNG HỌC PHẦN

HÓA ĐẠI CƯƠNG

1 Ths Trần Thị Kim Nhung (chủ biên)

1 Chương 1: Cấu tạo nguyên tử 6 4 2

09.12.2016

PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ

• Dự lớp: có mặt trên lớp trên 80% số buổi học

• Thảo luận, phát biểu, làm bài tập và dự lớp: đánh giá 10% số

điểm (hệ số 0.1)

• Bài kiểm tra: đánh giá 20% số điểm (hệ số 0.2)

• Thi cuối kỳ: đánh giá 70% số điểm (hệ số 0.7)

• Thang điểm: 10

3

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 BÀI GIẢNG HOÁ ĐẠI CƯƠNG, BMCNTT, ĐH KTQD

2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT HOÁ HỌC PHẦN I-CẤU TẠO CHẤT (LT+BT) NXB GD;

CHƯƠNG 1: CẤU TẠO NGUYÊN TỬ

VÀ BẢNG HTTH CÁC NGUYÊN TỐ

5

 Nêu được thành phần của nguyên tử Sự sắp xếp các hạt cơ bản

trong nguyên tử

 Trình bày đưược giá trị, mối quan hệ và ý nghĩa của bộ 4 số

lưượng tử theo cơ lưượng tử

 Viết đưược cấu hình e của nguyên tử, từ đó dự đoán tính chất

hoá học của các nguyên tố

 Nêu đưược nguyên tắc xây dựng bảng HTTH Mối liên hệ giữa vị

trí của nguyên tố trong bảng và các tính chất của nguyên tố và

các hợp chất

MỤC TIÊU

6

09.12.2016

NỘI DUNG

1 Một số khái niệm cơ bản

2 Đại cương về cơ lượng tử

3 Nguyên tử một electron

4 Nguyên tử nhiều electron

5 Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học

1.1 Nguyên tử và thành phần nguyên tử

 Nguyên tử là hạt nhỏ nhất cấu tạo nên các nguyên tố,

không thể chia nhỏ hơn bằng các phưương pháp hoá học

1 1,67  10 -24 g

=1,00 ®v 12 C

Hạt nhân neutron

(n 0 ) 0 0 1 1,67  10 -24 g

=1,00 ®v 12 C

Hạt nhân

9,1  10 -28 g

=0,00055

®v 12 C

Quanh hạt nhân

10

Mỗi dao động tử với tần số  chỉ có thể hấp thụ năng lượng từng

lượng nhỏ xác định tỷ lệ với tần số dao động tử, gọi là lượng tử

Ánh sáng có các dòng hạt có khối lượng và xung lượng xác định

với động năng tính theo công thức 2

m c

 

ThÝ nghiÖm tÕ bµo quang ®iÖn

14

09.12.2016

2.2 Sóng vật chất De Broglie

 Mọi vật có khối lưượng m khi chuyển động với vận tốc v đều có

liên kết với một sóng có bưước sóng theo hệ thức

2

3 Nguyên tử một electron

3.1 Hàm sóng  và phưương trình shrodinger

3.2 Nghiệm của phương trình shrodinger cho nguyên tử hydro

3.3 Phưương trình shrodinger đối vơi ion giống nguyên tử hydro

17

3.1 Hàm sóng  và phương trình shrodinger

 Hàm sóng  và ý nghĩa (tiên đề 1)

 Mỗi trạng thái của hạt vi mô được xác định bằng một hàm xác

định gọi là hàm sóng, hay hàm trạng thái

 Quy luật chuyển động của hạt vi mô được mô tả bởi một phương

trình gọi là pt Shrodinger

2 2

2 2

2

2 2

zy

To¸n tö Hamilton To¸n tö   c11  c2 2  c n n   c ii

18

09.12.2016

3.2 Nghiệm của phương trình shrodinger cho nguyên tử hydro

 Hàm sóng tổng quát phụ thuộc vào bộ 4 số lượng tử n,m,l,ms gọi

n s

m

) , ( )

( )

, ,

Rnl

Tên AO

m n m

r).e (2 2 2





2 r r.e 6 2

2 4

e r

x ( 2

3

 ) r

z ( 2 3



) y ( 3

2

2 4

e

 2 2 4

e z



 2

3.3 Phưương trình shrodinger đối vơi ion giống nguyên tử

hydro

2+

eV n

E n

2

6,13

11

c t

H

n n R



eV n

2 1 1

c

n Z R

09.12.2016

4.1 Mô hình các hạt độc lập

 Trong nguyên tử nhiều e, các e chuyển động độc lập với các e

khác tạo bởi các e còn lại và hạt nhân nguyên tử

Z

Z* 3

 Năng lưượng electron i:

) 2

(

2

* 2

i

i i i

r

e z m

,

na r z n

2

2

eV n

4.3 Cấu trúc electron trong nguyên tử nhiều e

 Phân mức năng lượng của các AO

Quy tắc Klechkovski: “Phân mức năng lượng E n,l tăng dần với

tổng (n+ℓ) Nếu hai phân mức năng lượng có cùng tổng (n+ℓ) thì

phân mức nào có n lớn hơn sẽ có năng lượng lớn hơn”

5.2 Sự tuần hoàn về tính chất

 Sự tuần hoàn về năng lưượng ion hóa

Trong một chu kỳ, I tăng từ trái sang phải

Trong một nhóm, I giảm từ trên xuống dưới

 Sự tuần hoàn về độ âm điện

Độ âm điên các nguyên tố tăng từ trái sang phải theo chu kỳ và từ

dưưới lên trên theo nhóm

1 1,5

2 2,5

3 3,5

4 4,5

30

Kim lo¹i

32

 Nguyên tắc xây dựng bảng HTTH Mối liên hệ giữa vị trí của

nguyên tố trong bảng và các tính chất của nguyên tố

33

CHƯƠNG II: LIÊN KẾT HÓA HỌC VÀ

CẤU TẠO PHÂN TỬ

34

09.12.2016

 Giải thích được sự hình thành liên kết và dự đoán cấu trúc không

gian của phân tử

 Trình bày được sự hình thành liên kết hóa học và giải thích được

cấu tạo phân tử bằng thuyết VB

 Trình bày được sự hình thành liên kết,vẽ giản đồ năng lượng của

phân tử 2 nguyên tử đồng hạch chu kỳ I,II và phân tử hai nguyên

1 Các thuyết về cơ học lượng tử và các tính chất của phân tử

2 Giải thích sự hình thành liên kết hóa học và liên kết phân tử bằng

1 Các thuyết về cơ học lƣợng tử và các tính chất của phân tử

1.1 Thuyết liên kết ion của Kossel

1.2 Thuyết liên kết cộng hoá trị của Lewis

1.3 Liên kết cho nhận

1.4 Một số đặc trưưng của liên kết và phân tử

37

1.1 Thuyết liên kết ion của Kossel

 Các nguyên tử cho hay nhận thêm electron để tạo thành các ion

Các ion hút nhau bằng lực hút tĩnh điện -> liên kết ion

09.12.2016

1.2.Thuyết liên kết cộng hoá trị của Lewis

 Các nguyên tử góp chung các e hóa trị có lớp vỏ bão hòa giống

1.4 Một số đặc trƣƣng của liên kết và phân tử

 Số liên kết và bậc liên kết

+ Theo thuyết liên kết không theo cơ lượng tử :

Số liên kết = số đôi electron dùng chung

+Theo thuyết cơ lượng tử:

 Độ dài liên kết: Khoảng cách hai nhân khi phân tử ở trạng

thái cân bằng

 Năng lượng liên kết

Năng lượng phân li liên kết trung bình gọi là năng lượng

liên kết

 Góc liên kết

2

n - n

(1) SB (2) SA (2) SB (1) SA HT

 Hai nguyên tử chỉ tạo liên kết khi có electron độc thân và

hai electron độc thân đó phải có spin đối song

2.2 Thuyết VB giải thích định tính các vấn đề về liên kết

 Nguyên lý xen phủ cực đại, sự hình thành liên kết và tính định

hướng hoá trị theo VB:

 Điều kiện các AO xen phủ: AO có cùng tính đối xứng

AO có năng lượng xấp xỉ nhau

 Giải thích cấu tạo phân tử trên cơ sở thuyết lai hoá Pauling

 Trước khi tạo thành liên kết một số các AO hóa trị ở trạng thái

kích thích của nguyên tử trung tâm lai hóa (trộn lẫn) với nhau để

tạo thành các AO lai hóa

 Các AO lai hóa hoàn toàn giống nhau, tổng số AO sau lai hóa

bằng tổng số AO trưước khi lai hóa

 Các AO lai hóa xen phủ với các AO của nguyên tử xung quanh để

tạo liên kết

46

2.4 Các loại liên kết hay gặp

 Liên kết sigma (): Là liên kết mà đám mây electron liên kết đối

xứng quay xung quanh trục liên kết

 Liên kết 

 Các loại liên kết 

50

09.12.2016

2.4 Các loại liên kết hay gặp

 Liên kết : là liên kết có trục liên kết nằm trong mặt phẳng đối

xứng của đám mây liên kết

3.1 Những luận điểm cơ bản của phương pháp MO

3.2 Phưương pháp MO và Ion phân tử H2+

3.3 MO của phân tử đồng hạch A2

52

3.1 Những luận điểm cơ bản của phương pháp MO

 Phân tử được coi là một thể thống nhất mỗi electron chuyển động

trong trường của các hạt nhân và electron còn lại

 Tất cả electron trong phân tử được phân bố trên các orbital phân

tử tương ứng theo nguyên lý vững bền, qui tắc Hund và nguyên

lý Pauli Orbital phân tử được ký hiệu , , , 

 Các orbital phân tử (MO) là tổ hợp tuyến tính các orbital

nguyên tử (AO)( MO  LCAO ) :

 Các AO tạo nên MO phải thỏa mãn các điều kiện sau:

- Có năng lượng gần bằng nhau

A MO

ψ   C   C 

B B A A MO

-ψ  C  - C 

09.12.2016

3.2 Phưương pháp MO và Ion phân tử H 2 +

 Biểu diễn

 Phân bố mật độ electron theo trục liên kết

 Phân bố hàm + và - trên mặt cắt chứa trục AB

) B A 2

B 2

A

2

( 2

1

E

2 1

1

2 2

SAB: Tích phân xen phủ A-B; α:Tích phân

culong; β: Tích phân trao đổi

56

3.2 Phương pháp MO và Ion phân tử H 2 +

0 1





2

1 2

0 1 2

4 Liên kết giữa các phân tử

4.1 Liên kết Vander Waal

4.2 Liên kết Hyđro

61

4.1 Liên kết Vander Waal

62

09.12.2016

4.2 Liên kết Hyđro

Điều kiện hình thành liên kết Hidro

 Nguyên tử hydro phải liên kết với 1 nguyên tử X có độ âm

điện lớn, tạo nên 1 liên kết cộng hoá trị phân cực mạnh:

X- H+

 Có nguyên tố Y cũng có độ âm điện lớn và có cặp

electron tự do để H+ xâm nhập và tạo thành cầu nối

N R

C O

R

O R

H O

H

H O

H O

R

R

O R

H

H O H

65

TÓM TẮT CHƯƠNG 2

 Sự hình thành liên kết và dự đoán cấu trúc không gian của

phân tử

 Giải thích cấu tạo phân tử bằng thuyết VB

 Sự hình thành liên kết, vẽ giản đồ năng lượng của phân tử

2 nguyên tử đồng hạch chu kỳ I,II và phân tử hai nguyên tử

dị hạch bằng phương pháp MO

 Sự hình thành và bản chất liên kết giữa các phân tử

66

 Biết được các căn cứ để phân loại trạng thái tập hợp của vật chất

 Trình bày được các đặc trưng cơ bản, đặc điểm về cấu trúc, tính

chất của các trạng thái rắn, lỏng, khí

 Hiểu được bản chất của liên kết trong tinh thể

MỤC TIÊU

68

 Vật chất tồn tại ở 3 trạng thái: rắn, lỏng, khí Nói một chất tồn tại

ở trạng thái này hay trạng thái khác là tùy thuộc xem chúng đang

ở vào những điều kiện xác định nào

 Nói cách khác, trạng thái tập hợp của các chất không phải là cố

định mà thay đổi tùy theo điều kiện tồn tại của chúng

70

09.12.2016

2 Trạng thái khí

 Phương trình trạng thái khí lý tưởng

 Áp suất riêng phần và nồng độ phần mol

3.1 Chất tinh thể và chất vô định hình

 Chất tinh thể: Có các đặc trưng sau:

- Có khả năng tự kết tinh thành các tinh thể có hình dạng xác định

- Trong tinh thể các nguyên tử, phân tử và ion được sắp xếp theo

một trật tự xác định

- Có nhiệt độ nóng chảy, không đổi trong suốt quá trình nóng chảy

- Có tính định hướng

 Chất vô định hình: Có các đặc trưng sau:

- Không thể tự kết tinh thành các tinh thể có hình dạng xác định

09.12.2016

4 Trạng thái tinh thể lỏng

 Là trạng thái trung gian của 1 chất khi chuyển từ trạng thái rắn

(tinh thể) sang trạng thái lỏng đẳng hướng

75

TÓM TẮT CHƯƠNG 3

 Các loại trạng thái tập hợp của vật chất

 Các đặc trưng cơ bản, đặc điểm về cấu trúc, tính chất của các

trạng thái rắn, lỏng, khí

 Bản chất của liên kết trong tinh thể mạng lưới ion, mạng lưới

phân tử, mạng lưới nguyên tử và mạng lưới kim loại

76

CHƯƠNG IV: NHIỆT HÓA HỌC VÀ

NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC

77

 Tính được hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học dựa vào định luật

Hess và khái niệm về sinh nhiệt, nhiệt cháy, năng lượng liên kết

 Trình bày được hai động lực của quá trình tự diễn biến

 Chỉ ra được 4 trường hợp ảnh hưởng của nhiệt độ đến dấu của

∆G

 Tính được giá trị của ∆G để xác định chiều hướng và giới hạn

của một quá trình hóa học

MỤC TIÊU

78

1.4 Hiệu ứng nhiệt của phản ứng

1.5 Định luật Hess và hệ quả

1.6 Sự phụ thuộc hiệu ứng nhiệt vào nhiệt độ

80

1.1 Một số khái niệm

a. Hệ:là một chất hoặc tập hợp nhiều chất cần nghiên cứu Tất cả

các phần còn lại bao quanh hệ gọi là môi trường

b.Hệ cô lập: là hệ không trao đổi chất và năng lượng với môi

trường xung quanh

c. Hệ kín: là hệ không có trao đổi chất, nhưng có trao đổi năng

lượng với môi trường xung quanh

d.Hệ hở: là hệ trao đổi cả chất và năng lượng với môi trường xung

quanh

e. Trạng thái vĩ mô: là trạng thái của chất trong hệ được đặc trưng

bằng các giá trị xác định về các tính chất vĩ mô của nó (T, P, V,

n )

f. Trạng thái vi mô: là trạng thái của chất được đặc trưng bằng trạng

thái xác định của mỗi phần tử (phân tử, nguyên tử)

81

1.2 Nhiệt hóa học - Nguyên lý thứ nhất

 Năng lượng không tự sinh ra hoặc tự biến mất mà chỉ có thể

chuyển từ dạng này sang dạng khác

U = A + Q

∆U: Biến thiên nội năng của hệ

A: là công mà hệ thực hiện

Q: nhiệt mà hệ trao đổi

A và Q: phụ thuộc vào cách tiến hành quá trình được gọi

là hàm quá trình

∆U: không phụ thuộc vào cách tiến hành quá trình gọi là

hàm trạng thái

82

1.4 Hiệu ứng nhiệt của phản ứng

 Hiệu ứng nhiệt là biến thiên Enthapy của phản ứng

1.4 Hiệu ứng nhiệt của phản ứng

 Các phương trình hóa học có kèm theo hiệu ứng nhiệt ∆H gọi là

phương trình nhiệt hóa học

Lưu ý: ∆H của phản ứng phụ thuộc vào T, P, lượng chất,

trạng thái chất nên phương trình cần ghi rõ các điều kiện trên

 Ví dụ 1:

2.H2O(l) = 2H2(k) + O2(k) ∆H= 572 kJ 2.H2O(k) = 2H2(k) + O2(k) ∆H= 422 kJ

86

09.12.2016

1.5 Định luật Hess và hệ quả

 Định luật: Hiệu ứng nhiệt của phản ứng chỉ phụ thuộc vào trạng

thái đầu và cuối của các chất, không phụ thuộc vào các giai đoạn

trung gian của phản ứng

 Hoặc biến thiên ∆H của quá trình bằng tổng biến thiên ∆H của

các bước riêng rẽ của quá trình

Hệ quả 1: Tính được ∆H của 1 giai đoạn nếu biết ∆H của các giai

đoạn còn lại

87

1.5 Định luật Hess và hệ quả

Hệ quả 2: Sinh nhiệt

 Sinh nhiệt (∆Hsn) của một chất là hiệu ứng nhiệt của phản ứng

hình thành 1mol chất đó từ các đơn chất ở trạng thái chuẩn

 Sinh nhiệt tính ở điều kiện tiêu chuẩn (p=1atm,T=2980K) gọi là

sinh nhiệt tiêu chuẩn (∆H0

1.5 Định luật Hess và hệ quả

Hệ quả 3: Thiêu nhiệt (nhiệt cháy)

 Nhiệt cháy ∆Htn là hiệu ứng nhiệt của phản ứng đốt cháy 1 mol

chất đó bằng oxi để tạo thành các oxyd bền nhất

 Nhiệt cháy ở điều kiện chuẩn ∆H0

tn gọi là nhiệt cháy chuẩn

 Áp dụng định luật Hess

∆Hp/u = ∑∆Hsn(SP)- ∑∆Hsn(T/G)

89

1.5 Định luật Hess và hệ quả

Hệ quả 4: Nhiệt biến đổi trạng thái (chuyển pha)

 Là biến thiên Enthapy của quá trình chuyển pha ở điều kiện đẳng

áp của 1 mol chất đó

Hệ quả 5: Năng lượng liên kết

 Năng lượng liên kết (cộng hóa trị) là năng lượng cần thiết để phá

vỡ (phân ly) các liên kết tạo thành các nguyên tử ở trạng thái khí

 Áp dụng định luật Hess

∆H0 p/u = ∑Elk(T/G)- ∑Elk(S/P)

90

09.12.2016

1.6 Sự phụ thuộc hiệu ứng nhiệt vào nhiệt độ

 Nhiệt dung:

Nhiệt lượng dùng làm biến đổi nhiệt độ của vật thể ứng với 10K

 Nhiệt dung riêng:

Nhiệt lượng làm biến đổi nhiệt độ của 1 gam chất ứng với 10K

1.6 Sự phụ thuộc hiệu ứng nhiệt vào nhiệt độ

 Định luật Kirchoff về ảnh hưởng của nhiệt độ tới ∆H

 Giả sử có p/u: a.A + b.B = x.X + y.Y

∆Cp= (x.Cp.X +y.Cp.Y) – (a.CP.A+ b.CP.B)

• Các hệ hóa học bao gồm một số khổng lồ các phần tử thì sự thay

từ trạng thái trật tự cao sang trạng thái có trật tự thấp xảy ra một

cách tự diễn biến

• Entropy là thước đo mức độ vô trật tự của hệ

• Entropy là một hàm trạng thái

Nguyên lý II: Tất cả các quá trình xảy ra tự phát (tự diễn biến)

đều là tăng tổng Entropy của vũ trụ (của hệ + môi trường)

∆Stổng = ∆Shệ + ∆Smôi trường > 0

94

09.12.2016

2.2 Xác định Entropy của hệ

 Xác suất nhiệt động W: là số các trạng thái vi mô có thể có ứng

với một trạng thái vĩ mô

S= k.lnW nếu tính cho 1 mol S =R.lnW

Nếu hệ I: n1 mol A1 có W1 W = W1.W2

Nếu hệ II: n2 mol A2 có W2 S= S1 + S2

 S phụ thuộc vào nhiệt độ, trạng thái vật lí, cấu trúc phức tạp của

phân tử

95

2.2 Xác định Entropy của hệ

 Ví dụ 1: Sự phụ thuộc S0 vào trạng thái chất

 Ví dụ 2: Sự phụ thuộc S0 vào cấu trúc phân tử

 Ví dụ 3: Sự phụ thuộc S0 vào nhiệt độ

2.2 Xác định Entropy của hệ

 Entropy của một phản ứng hóa học

∆S0 p/u = ∑S0 [s/p] - ∑S0 [t/g]

• Hai động lực của quá trình tự diễn biến

• Các trường hợp ảnh hưởng của nhiệt độ đến dấu của ∆G

• Xác định chiều hướng và giới hạn của một quá trình hóa học dựa

vào giá trị của ∆G

99

CHƯƠNG 5: CÂN BẰNG HÓA HỌC

100