Toàn tập lý thuyết trọng tâm hóa lớp 12

Chất giặt rửa: là những chất khi dùng cùng với nước có tác dụng làm sạch các chất bẩn bám trên vật rắn mà không gây ra phản ứng hóa học với các chất đó.. Chất giặt rửa tổng hợp: là chất

Chương I: Este vs Lipit

Biên Soạn : Nguyễn Văn Công

Đc : https://www.facebook.com/profile.php?id=100011441933261

Bài 1: Lý thuyết chung về este

I.Khái niệm – Phân loại:

1.Khái niệm:

- Este là sản phẩm được tạo thành khi thay nhóm –OH ở nhóm cacboxyl của axit cacboxylic bằng nhóm –OR’ của ancol

- Công thức chung của 1 số este:

+ Este tạo bởi axit đơn chức và rượu đơn chức RCOOH và R’OH: RCOOR’

Nếu R và R’ là gốc no thì este là CnH2nO2 (n 2)

+ Este tạo bởi axit đơn chức RCOOH và rượu đa chức R’(OH)n : (RCOO)nR’

+ Este tạo bởi axit đa chức R(COOH)m và rượu đơn chức: R(COOR’)m

+ Este tạo bởi axit đa chức R(COOH)m và rượu đa chức R’(OH)n: ( ít gặp) Rn(COOR’)n.mR’m

2.Phân loại:

- Tùy theo đặc điểm của gốc hidrocacbon và số nhóm cacboxyl, este được chia thành nhiều loại khác nhau như: este no, este không no, este đơn chức, đa chức…

3 Đồng phân:

- Ứng với công thức CnH2nO2 có thể có các loại đồng phân mạch hở sau:

+ Axit no, đơn chức

+ Este no, đơn chức

Ví dụ: ứng với CTPT C4H8O2 có các đồng phân este sau:

HCOOCH2-CH2-CH3: n-propyl fomat

HCOOCH-(CH3)2: isopropyl fomat

CH3COOC2H5: etyl axetat

C2H5COOCH3: metyl propionat

II Danh pháp:

1 Với ancol đơn chức R’OH:

Tên este = tên gốc hidrocacbon R’+ tên gốc axit (đổi đuôi ic at )

Ví dụ:

CH3COOC2H5: etyl axetat

CH2=CH-COO-CH3: metyl acrylat

2.Với ancol đa chức:

Tên este = tên ancol + tên gốc axit

2.Nhiệt độ sôi: Thấp, dễ bay hơi do không tạo liên kết hidro giữa các phân tử

3.Tính tan: Ít tan hoặc không tan trong nước do không tạo liên kết hidro giữa các phân tử với nước

4 Đa số các este có mùi thơm đặc trưng:

- Isoamyl axetat: CH3COOCH2CH2(CH3)2: mùi chuối

- Etyl butirat: CH3CH2CH2COOC4H9: mùi dứa

- Geranyl axetat: CH3COOC10H17: mùi hoa hồng…

V: Phản ứng đốt cháy của este cần nắm vững

+ neste = nCO2 – nH2O

c Este không no, đơn chức, có k liên kết C=C trong phân tử:

- Phản ứng cháy: CxHyOz + O2 > xCO2 + y/2H2O

- Áp dụng các định luật bảo toàn khối lượng, định luật bảo toàn nguyên tố… để giải bài toán

2 Bài toán đốt cháy hỗn hợp các este:

a Bài toán đốt cháy 2 este đồng phân:

- các este đồng phân => có cùng CTPT, cùng KLPT

b Bài toán đốt cháy 2 este tạo thành từ cùng 1 axit, 2 ancol đồng đẳng hoặc cùng 1 ancol, 2 axit đồng đẳng:

- Các este này sẽ có cùng dạng CTTQ => Đặt CTPT trung bình để viết phương trình phản ứng, đưa về bài toán

1 este

- số liên kết pi trong phân tử: k =( 2nC – nH +2)/2

c Bài toán đốt cháy hỗn hợp nhiều este có cùng CTTQ:

- Đặt CTPT trung bình

- Áp dụng các định luật bảo toàn để giải bài toán

VI: Điều chế este

1 Este của ancol:

- Phương pháp thường dùng để điều chế este của ancol là tiến hành phản ứng este hóa, đun hồi lưu ancol và axit hữu cơ , có H2SO4 đặc làm xúc tác

- Phản ứng este hóa là phản ứng thuận nghịch Để tăng hiệu suất phản ứng thuận:

+ Tăng nồng độ chất tham gia

+ Giảm nồng độ sản phẩm bằng cách: đun nóng để este bay hơi hoặc dùng H2SO4 đặc để hút nước H2SO4 đặc vừa là xúc tác, vừa làm tăng hiệu suất phản ứng

2 Este của phenol:

- Các este chứa gốc phenyl không điều chế được bằng phản ứng của axit cacboxylic với phenol mà phải dùng anhidrit axit hoặc clorua axit tác dụng với phenol

(CH3CO)2O + C6H5OH CH3COOC6H5 + CH3COOH

3 Điều chế một số este không no:

RCOOH + HC CH RCOOCH=CH2

VII: Ứng dụng của este

* Các este có ứng dụng rộng rãi trong đời sống

- Làm dung môi VD: butyl và amyl axetat được dùng để pha sơn tổng hợp

- Sản xuất nhiều chất quan trọng như: poli(metyl acrylat) và poli(metyl metacrylat) dùng làm thủy tinh hữu cơ; poli(vinyl axetat) dùng làm chất dẻo hoặc thủy phân thành poli(vinyl ancol) dùng làm keo dán

- Một số este của axit phtalic được dùng là chất hóa dẻo, dược phẩm…

- Một số este có mùi thơm hoa quả được dùng trong công nghiệp thực phẩm và mĩ phẩm…

Ví dụ: Isoamyl axetat: CH3COOCH2CH2(CH3)2: mùi chuối, dùng trong thực phẩm

Geranyl axetat: CH3COOC10H17: mùi hoa hồng, dùng trong mĩ phẩm…

I Khái niệm:

- Lipit là những hợp chất hữu cơ có trong tế bào sống, không hòa tan trong nước nhưng tan trong các dung môi hữu cơ không phân cực như: ete, cloroform, xăng dầu

II Phân loại:

- Lipit bao gồm chất béo, sáp, steroit, photpholipit… hầu hết chúng đều là các este phức tạp

+ Chất béo: là trieste của glixerol với các axit béo, là các axit monocacboxylic có số chẵn nguyên tử C

( thường từ 12C đến 24C) không phân nhánh, được gọi chung là triglixerit

+ Sáp: là este của monoancol cao ( C16) với axit béo ( C16)

+ Steroit là este của monoancol mà gốc hidrocacbon gồm 4 vòng có chung cạnh với axit béo

+ Photpholipit là este của glixerol chứa 2 gốc axit béo và 1 gốc photphat hữu cơ

- Công thức tổng quát của chất béo:

R1, R2, R3 có thể giống nhau hoặc khác nhau

- Một số axit béo thường gặp:

Axit panmitic: C15H31COOH

Axit stearic: C17H35COOH

Axit oleic: C17H33COOH

Axit linoleic: C17H31COOH

III Trạng thái tự nhiên:

- Chất béo là thành phần chính của mỡ động vật và dầu thực vật

- Sáp điển hình là sáp ong

- Steroit và photpholipt có trong cơ thể sinh vật

IV Tính chất vật lí của chất béo:

- Các triglixerit chứa chủ yếu các gốc axit béo no thường là chất rắn ở nhiệt độ phòng, như mỡ động vật

- các triglixerit chứa chủ yếu các gốc axit béo không no thường là chất lỏng ở nhiệt độ phòng và được gọi là dầu, thường có nguồn gốc thực vật hoặc từ động vật máu lạnh như dầu cá…

- Chất béo nhẹ hơn nước và không tan trong nước, tan trong các dung môi hữu cơ không phân cực như benzen, xăng, ete…

V Tính chất hóa học của chất béo:

- Chất béo mang đầy đủ tính chất của este

a Phản ứng thủy phân chất béo trong môi trường axit:

- Khi đun nóng với nước có xúc tác axit, chất béo bị thủy phân tạo ra glixerol và các axit béo:

triglixerit grixerol các axit béo

- Chất béo có chứa các gốc axit béo không no có phản ứng cộng H2 vào nối đôi:

Chất béo không no + H2 chất béo no

Lỏng rắn

d Phản ứng oxi hóa:

- Chất béo tác dụng với oxi của không khí tạo thành andehit có mùi khó chịu Đó là nguyên nhân của hiện tượng dầu mỡ để lâu bị ôi

VI Ứng dụng của chất béo :

1 Vai trò của chất béo trong cơ thể:

- Chất béo là thức ăn quan trọng của con người

- Trong cơ thể người, chất béo là nguồn cung cấp và dự trữ năng lượng

- Chất bé còn là nguyên liệu tổng hợp một số chất cần thiết cho cơ thể

- Đảm bảo sự vận chuyển và hấp thụ các chất hòa tan được trong chất béo

2.Ứng dụng của chất béo:

- Trong công nghiệp, một lượng lớn chất béo dùng để điều chế xà phòng và glixerol Một số loại dầu thực vật được sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ diesel

- Chất béo còn được dùng trong sản xuất một số thực phẩm khác như mì sợi, đồ hộp…

- Grixerol được dùng trong sản xuất chất dẻo, mĩ phẩm, thuốc nổ…

Đọc Thêm đáng lưu ý : Chất giặt rửa vs Xà phòng

I Chất giặt rửa:

1 Chất giặt rửa: là những chất khi dùng cùng với nước có tác dụng làm sạch các chất bẩn bám trên vật rắn mà không gây ra phản ứng hóa học với các chất đó

2 Tính chất giặt rửa:

a Một số khái niệm liên quan:

- Chất tẩy màu: làm sạch các vết màu bẩn nhờ những phản ứng hóa học VD: nước javel

- Chất ưa nước: là những chất tan tốt trong nước như: metanol, etanol, axit axetic, muối axetat kim loại kiềm…

- Chất kị nước: là những chất hầu như không tan trong nước, như hidrocacbon, dẫn xuất halogen…

- Chất kị nước thì ưa dầu mỡ, tức là tan tốt vào dầu mỡ Chất ưa nước thì thường kị dầu mỡ, tức là không tan trong dầu mỡ

b Đặc điểm cấu trúc phân tử chất giặt rửa:

- Cấu trúc hóa học chung cho phân tử chất giặt rửa: gồm 1 đầu ưa nước gắn với 1 đuôi dài ưa dầu mỡ

c Cơ chế hoạt động của chất giặt rửa:

- Đuôi ưa dầu mỡ trong phân tử muối natri của axit béo thâm nhập vào vết dầu bẩn, còn đầu ưa nước lại có xu hướng kéo ra phía các phân tử nước Kết quả là vết dầu bị phân chia thành những hạt rất nhỏ được giữ chặt bởi các phân tử muối natri, không bám vào vật rắn nữa mà phân tán vào nước rồi bị rửa trôi đi

- Xà phòng còn được sản xuất bằng cách: oxi hóa parafin của dầu mỏ nhờ oxi không khí, ở nhiệt độ cao, có muối mangan xúc tác, rồi trung hòa axit sinh ra bằng NaOH:

R – CH2 – CH2 – R’ à R – COOH + R’ – COOH -à RCOONa + R’COONa

- Muối natri của các axit có KLPT nhỏ tan nhiều còn muối natri của các axit có KLPT lớn không tan trong dung dịch natri clorua Chúng được tách ra gọi là xà phòng tổng hợp Xà phòng tổng hợp có tính chất giặt rửa tương tự xà phòng thường

III Chất giặt rửa tổng hợp:

1 Chất giặt rửa tổng hợp: là chất giặt rửa không phải muối của natri hay kali của các axit béo, nhưng có tính chất giặt rửa tương tự xà phòng, được tổng hợp theo hình mẫu “phân tử xà phòng”, gồm đầu phân cực (ưa nước) gắn với đuôi dài không phân cực ( ưa dầu mỡ)

2 Sản xuất chất giặt rửa tổng hợp:

- Chất giặt rửa tổng hợp được điều chế từ các sản phẩm của dầu mỏ

- VD: oxi hóa parafin được axit cacboxylic, hidro hóa axit thu được ancol, cho ancol phản ứng với H2SO4 rồi trung hòa thì được chất giặt rửa loại ankyl sunfat

3 Thành phần và sử dụng các chế phẩm từ chất giặt rửa tổng hợp:

- Các chế phẩm như bột giặt, kem giặt… bao gồm các thành phần: chất giặt rửa tổng hợp, các phụ gia chất thơm, chất màu, còn có thể có chất tẩy trắng như natri hipoclorit Chất này có hại cho da khi giặt bằng tay

- Ưu điểm của chất giặt rửa tổng hợp là dùng được với nước cứng vì chúng ít bị kết tủa bởi ion canxi

- Nhược điểm: Những chất giặt rửa tổng hợp có chứa gốc hidrocacbon phân nhánh gây ô nhiễm môi trường, vì chúng rất khó bị các vi sinh vật phân hủy

Full Lý Thuyết Chương II: Cacbohidrat

Đc: https://www.facebook.com/profile.php?id=100011441933261

GLUCOZƠ

I – TÍNH CHẤT VẬT LÍ VÀ TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN

- Glucozơ là chất kết tinh, không màu, nóng chảy ở 146oC (dạng α) và 150oC (dạng β), dễ tan trong nước

- Có vị ngọt, có trong hầu hết các bộ phận của cây (lá, hoa, rễ…) đặc biệt là quả chín (còn gọi là đường nho)

- Trong máu người có một lượng nhỏ glucozơ, hầu như không đổi (khoảng 0,1 %)

- Nếu nhóm – OH đính với C1 nằm dưới mặt phẳng của vòng 6 cạnh là α -, ngược lại nằm trên mặt phẳng của vòng 6 cạnh là β –

- Nhóm – OH ở vị trí C số 1 được gọi là OH – hemiaxetal

III – TÍNH CHẤT HÓA HỌC

Glucozơ có các tính chất của anđehit (do có nhóm chức anđehit – CHO) và ancol đa chức (do có 5 nhóm OH

ở vị trí liền kề)

1 Tính chất của ancol đa chức (poliancol hay poliol)

Dung dịch glucozơ hòa tan Cu(OH)2 cho dung dịch phức đồng – glucozơ có màu xanh lam

2C6H12O6 + Cu(OH)  (C6H11O6)2Cu + 2H2O

b) Phản ứng tạo este:

C6H7O(OH)5 + 5(CH3CO)2O - C6H7O(OOCCH3)5 + 5CH3COOH

2 Tính chất của anđehit

a) Oxi hóa glucozơ:

- Với dung dịch AgNO3 trong NH3, đun nóng (thuốc thử Tollens) cho phản ứng tráng bạc

- Với dung dịch Cu(OH)2 trong NaOH, đun nóng (thuốc thử Felinh)

- Với dung dịch nước brom:

- Khi nhóm OH ở C1 đã chuyển thành nhóm OCH3, dạng vòng không thể chuyển sang dạng mạch hở được nữa

IV – ĐIỀU CHẾ VÀ ỨNG DỤNG

1 Điều chế (trong công nghiệp)

- Thủy phân tinh bột với xúc tác là HCl loãng hoặc enzim

- Thủy phân xenlulozơ với xúc tác HCl đặc

(C6H10O5)n + nH2O  nC6H12O6

2 Ứng dụng

- Trong y học: dùng làm thuốc tăng lực cho người bệnh (dễ hấp thu và cung cấp nhiều năng lượng)

- Trong công nghiệp: dùng để tráng gương, tráng ruốt phích (thay cho anđehit vì anđehit độc)

FRUCTOZƠ

- Công thức phân tử C6H12O6

- Công thức cấu tạo CH2OH - CHOH - CHOH - CHOH - CO - CH2OH

- Trong dung dịch, frutozơ tồn tại chủ yếu ở dạng β, vòng 5 hoặc 6 cạnh

1 Tính chất vật lí và trạng thái tự nhiên

- Là chất rắn kết tính, dễ tan trong nước

- Vị ngọt hơn đường mía

- Có nhiều trong hoa quả và đặc biệt trong mật ong (40%)

2 Tính chất hóa học

Vì phân tử fructozơ chứa 5 nhóm OH trong đó có 4 nhóm liền kề và 1 nhóm chức C = O nên có các tính chất hóa học của ancol đa chức và xeton

- Hòa tan Cu(OH)2 ở ngay nhiệt độ thường

- Tác dụng với anhiđrit axit tạo este 5 chức

TINH BỘT

I – TÍNH CHẤT VẬT LÍ VÀ TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN

- Tinh bột là chất rắn vô định hình, màu trắng, không tan trong nước nguội

- Trong nước nóng từ 65oC trở lên, tinh bột chuyển thành dung dịch keo (hồ tinh bột)

- Tinh bột có nhiều trong các loại ngũ cốc, củ (khoai, sắn), quả (táo, chuối)…

- Các gốc α – glucozơ liên kết với nhau bằng liên kết α – 1,4 – glicozit tạo thành mạch không phân nhánh

- Phân tử amilozơ không duỗi thẳng mà xoắn lại thành hình lò xo Mỗi vòng xoắn gồm 6 gốc glucozơ

b) Phân tử amilopectin

- Các gốc α – glucozơ liên kết với nhau bằng 2 loại liên kết:

+ Liên kết α – 1,4 – glicozit để tạo thành một chuỗi dài (20 – 30 mắt xích α – glucozơ)

+ Liên kết α – 1,6 – glicozit để tạo nhánh

2 Đặc điểm

a) Phân tử khối của tinh bột không xác định do n biến thiên trong khoảng rộng

kề) và tính khử của anđehit (dù tận cùng phân tử vẫn có nhóm OH –hemiaxetal) Các nhóm – OH trong tinh bột có khả năng tạo este như glucozơ

III – TÍNH CHẤT HÓA HỌC

1 Phản ứng của polisaccarit (thủy phân)

a) Thủy phân nhờ xúc tác axit vô cơ: dung dịch thu được sau phản ứng có khả năng tráng bạc

(C6H10O5)n + nH2O nC6H12O6

b) Thủy phân nhờ enzim:

- Quá trình làm bánh mì là quá trình đextrin hóa bằng men và bằng nhiệt Cơm cháy là hiện tượng đextrin hóa bằng nhiệt

- Ăn bánh mì, cơm cháy dễ tiêu và có vị hơi ngọt vì phân tử tinh bột đã được phân cắt nhỏ thành các

đisaccarit và monosaccarit

2 Phản ứng màu với dung dịch iot (đặc trưng)

- Hồ tinh bột + dung dịch I2  hợp chất màu xanh tím

- Đun nóng thì thấy mất màu, để nguội thì màu xanh tím lại xuất hiện

Giải thích: Mạch phân tử của amilozơ không phân nhánh và xoắn thành dạng hình trụ Các phân tử iot đã len

vào, nằm phía trong ống trụ và tạo thành hợp chất bọc có màu xanh tím Liên kết giữa iot và amilozơ trong hợp chất bọc là liên kết yếu Ngoài ra, amilopectin còn có khả năng hấp thụ iot trên bề mặt các mạch nhánh Hợp chất bọc không bền ở nhiệt độ cao, khi đun nóng màu xanh tím bị mất và khi để nguội màu xanh tím xuất hiện trở lại

IV – SỰ CHUYỂN HÓA TINH BỘT TRONG CƠ THỂ

V – SỰ TẠO THÀNH TINH BỘT TRONG CÂY XANH (PHẢN ỨNG QUANG HỢP)

- Xenlulozơ là thành phần chính tạo ra lớp màng tế bào thực vật, bộ khung của cây cối

- Xenlulozơ có nhiều trong trong cây bông (95 – 98 %), đay, gai, tre, nứa (50 – 80 %), gỗ (40 – 50 %)

2 Đặc điểm

- Mạch phân tử không nhánh, không xoắn, có độ bền hóa học và cơ học cao

- Có khối lượng phân tử rất lớn (khoảng 1.000.000 – 2.400.000)

- Xenlulozơ thuộc loại polime nên không có hai tính chất sau: hòa tan Cu(OH)2 (dù có nhiều nhóm –OH liền kề) và tính khử của anđehit (dù tận cùng phân tử vẫn có nhóm OH –hemiaxetal)

- Trong mỗi mắt xích C6H10O5 có 3 nhóm – OH tự do, công thức của xenlulozơ có thể được viết là

[C6H7O2(OH)3]n

III – TÍNH CHẤT HÓA HỌC

1 Phản ứng của polisaccarit (thủy phân)

- Xảy ra khi đun nóng xenlulozơ với dung dịch axit vô cơ

(C6H10O5)n + nH2O – H+,to  nC6H12O6

- Phản ứng cũng xảy ra nhờ enzim xenlulaza (trong dạ dày trâu, bò…) Cơ thể con người không đồng hóa được xenlulozơ

2 Phản ứng của ancol đa chức

[C6H7O2(OH)3]n + nHNO3 (đặc) –H2SO4,to [C6H7O2(OH)2ONO2]n + nH2O

2[C6H7O2(ONO2)3]n - 6nCO2 + 6nCO + 4nH2O + 3nN2 + 3nH2

[C6H7O2(OH)3]n + 3n(CH3CO)2O - [C6H7O2(OCOCH3)3]n + 3nCH3COOH

Xenlulozơ triaxetat là một loại chất dẻo, dễ kéo thành tơ sợi

[C6H7O2(OH)3]n + nNaOH  [C6H7O2(OH)2ONa]n + nH2O

[C6H7O2(OH)2ONa]n + nCS2  [C6H7O2(OH)2OCS–SNa]n

Xenlulozơ xantogenat

Xenlulozơ xantogenat dùng để điều chế tơ visco

Svayde) tạo chất lỏng nhớt dùng để tạo tơ đồng - amoniac

IV - ỨNG DỤNG

Xenlulozơ có nhiều ứng dụng quan trọng trong sản xuất và đời sống như sản xuất giấy, tơ, sợi, ancol etylic…

ĐẠI CƯƠNG VỀ POLIME

Trình bày:Nguyễn Văn Công

Đc: https://www.facebook.com/profile.php?id=100011441933261

I – KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI VÀ DANH PHÁP

1 Khái niệm

Polime là những hợp chất có phân tử khối rất lớn do nhiều đơn vị nhỏ (gọi là mắt xích) liên kết với nhau.Ví dụ:

do các mắt xích –NH –[CH2]6 –CO– liên kết với nhau tạo nên Hệ số n

được gọi là hệ số polime hóa hay độ polime hóa Các phân tử tạo nên từng mắt xích của polime được gọi

a) Mạch không phân nhánh Ví dụ: polietilen, amilozơ…

b) Mạch phân nhánh Ví dụ: amilopectin, glicogen…

c) Mạch mạng lưới Ví dụ: cao su lưu hóa, nhựa bakelit…

2 Cấu tạo điều hòa và không điều hòa

a) Cấu tạo điều hòa: các mắt xích nối nhau theo một trật tự nhất định (chẳng han theo kiểu đầu nối đuôi) Ví

dụ:

b) Cấu tạo không điều hòa: các mắt xích nối với nhau không theo trật tự nhất định (chẳng hạn theo kiểu đầu nối

đầu, chỗ thì đầu nối với đuôi) Ví dụ:

III – TÍNH CHẤT VẬT LÍ

Hầu hết polime là chất rắn, không bay hơi, không có nhiệt độ nóng chảy xác định, một số tan trong các dung môi hữu cơ Đa số polime có tính dẻo, một số polime có tính đàn hồi, một số có tính dai, bền, có thể kéo thành sợi

IV – TÍNH CHẤT HÓA HỌC

1 Phản ứng giữ nguyên mạch polime

a) Poli(vinyl axetat) (PVA) tác dụng với dung dịch NaOH:

b) Cao su thiên nhiên tác dụng với HCl:

Cao su hiđroclo hóa

c) Poli(vinyl clorua) (PVC) tác dụng với Cl2: (giả sử cứ 2 mắt xích thế 1 nguyên tử clo)

Tơ clorin

2 Phản ứng phân cắt mạch polime

a) Phản ứng thủy phân polieste:

b) Phản ứng thủy phân polipeptit hoặc poliamit:

Nilon – 6

c) Phản ứng thủy phân tinh bột, xenlulozơ

d) Phản ứng nhiệt phân polistiren

3 Phản ứng khâu mạch polime

a) Sự lưu hóa cao su:

Khi hấp nóng cao su thô với lưu huỳnh thì thu được cao su lưu hóa Ở cao su lưu hóa, các mạch polime được nối với nhau bởi các cầu –S–S– (cầu đisunfua)

b) Nhựa rezit (nhựa bakelit):

Khi đun nóng nhựa rezol thu được nhựa rezit, trong đó các mạch polime được khâu với nhau bởi các nhóm –CH 2 – (nhóm metylen)

Polime khâu mạch có cấu trúc mạng không gian do đó trở nên khó nóng chảy, khó tan và bền hơn so với polime chưa khâu mạch

Nilon – 6 (tơ capron)

- Trùng hợp từ hai hay nhiều loại monome (gọi là đồng trùng hợp) tạo copolime Ví dụ:

Poli(butađien – stiren) (cao su buna – S)

axit ε-aminocaproic Nilon – 6 (tơ capron)

axit ω-aminoenantoic Nilon – 7 (tơ enan)

- Chất dẻo là những vật liệu polime có tính dẻo

- Tính dẻo là tính bị biến dạng khi chịu tác dụng của nhiệt, áp lực bên ngoài và vẫn giữ nguyên được sự biến dạng đó khi thôi tác dụng

- Có một số chất dẻo chỉ chứa polime song đa số chất dẻo có chứa thành phần khác ngoài polime bao gồm chất độn (như muội than, cao lanh, mùn cưa, bột amiăng, sợi thủy tinh…làm tăng một số tính năng cần thiết của chất dẻo và hạ giá thành sản phẩm) và chất dẻo hóa (làm tăng tính dẻo và dễ gia công hơn)

2 Một số polime dùng làm chất dẻo

a) Polietilen (PE)

PE là chất dẻo mềm, được dùng làm màng mỏng, bình chứa, túi đựng…

b) Poli(vinyl clorua) (PVC)

PVC là chất dẻo cứng, cách điện tốt, bền với axit, được dùng làm vật liệu điện, ống dẫn

nước, da giả…

c) Poli(metyl metacrylat) (thủy tinh hữu cơ PEXIGLAS)

Poli(metyl metacrylat) là chất dẻo cứng, trong suốt, không vỡ…nên được gọi là thủy tinh hữu cơ Dùng để chế tạo kính máy bay, ô tô, kính bảo hiểm, dùng làm răng giả…

d) Poli(phenol – fomanđehit) (PPF) (xem thêm bài đại cương về polime)

PPF có ba dạng: nhựa novolac, nhựa rezol, nhựa rezit

- Nhựa nhiệt rắn, dễ nóng chảy, tan trong nhiều dung môi hữu cơ dùng để sản xuất sơn, keo, nhựa rezit

Nhựa rezit (nhựa bakelit):

- Đun nóng nhựa rezol ở 150oC được nhựa rezit (hay nhựa bakelit) có cấu trúc mạng lưới không gian

- Không nóng chảy, không tan trong nhiều dung môi hữu cơ, dùng sản xuất đồ điện, vỏ máy…

3 Khái niệm về vật liệu compozit

Khi trộn polime với chất độn thích hợp thu được vật liệu mới có độ bền, độ chịu nhiệt…tăng lên so với polime thành phẩm Đó là vật liệu compozit

- Chất nền (polime): có thể dùng nhựa nhiệt dẻo hay nhựa nhiệt rắn

- Chất độn: phân tán (nhưng không tan) vào polime Chất độn có thể là: sợi (bông, đay, amiăng, sợi thủy tinh…) hoặc chất bột (silicat, bột nhẹ (CaCO3), bột tan (3MgO.4SiO2.2H2O))…

II – TƠ

1 Khái niệm

Tơ là những vật liệu polime hình sợi dài và mảnh với độ bền nhất định

2 Phân loại

3 Một số loại tơ tổng hợp thường gặp

a) Tơ poliamit (có nhiều nhóm amit –CO–NH–)

b) Tơ polieste (có nhiều nhóm este)

c) Tơ vinylic (có nhiều nhóm polivinyl)

III – CAO SU

1 Khái niệm

- Cao su là vật liệu polime có tính đàn hồi

- Tính đàn hồi là tính biến dạng khi chịu lực tác dụng bên ngoài và trở lại dạng ban đầu khi lực đó thôi tác dụng

- Có hai loại cao su: cao su thiên nhiên và cao su tổng hợp

2 Cao su thiên nhiên (polime của isopren)

a) Cấu trúc:

- Công thức cấu tạo: n = 1500 – 15000

- Tất cả các mắt xích isopren đều có cấu hình cis như sau:

a) Theo bản chất hóa hoc:

- Keo vô cơ (thủy tinh lỏng)

- Keo hữu cơ (hồ tinh bột, keo epoxi)

a) Keo dán epoxi: gồm 2 hợp phần:

- Polime làm keo có chứa hai nhóm epoxi ở hai đầu

- Chất đóng rắn thường là các triamin như H 2 NCH 2 CH 2 NHCH 2 CH 2 NH 2

b) Keo dán ure – fomanđehit

Poli(ure – fomanđehit)

4 Một số loại keo dán tự nhiên a) Nhựa vá săm: là dung dịch dạng keo của cao su thiên nhiên trong dung môi hữu cơ như toluen… b) Keo hồ tinh bột: là dung dịch hồ tinh bột trong nước nóng, dùng làm keo dán giấy

- Chất dẻo là những vật liệu polime có tính dẻo

- Tính dẻo là tính bị biến dạng khi chịu tác dụng của nhiệt, áp lực bên ngoài và vẫn giữ nguyên được sự biến dạng đó khi thôi tác dụng

- Có một số chất dẻo chỉ chứa polime song đa số chất dẻo có chứa thành phần khác ngoài polime bao gồm chất độn (như muội than, cao lanh, mùn cưa, bột amiăng, sợi thủy tinh…làm tăng một số tính năng cần thiết của chất dẻo và hạ giá thành sản phẩm) và chất dẻo hóa (làm tăng tính dẻo và dễ gia công hơn)

c) Poli(metyl metacrylat) (thủy tinh hữu cơ PEXIGLAS)

Poli(metyl metacrylat) là chất dẻo cứng, trong suốt, không vỡ…nên được gọi là thủy tinh hữu cơ Dùng để chế tạo kính máy bay, ô tô, kính bảo hiểm, dùng làm răng giả…

d) Poli(phenol – fomanđehit) (PPF) (xem thêm bài đại cương về polime)

PPF có ba dạng: nhựa novolac, nhựa rezol, nhựa rezit

- Nhựa nhiệt rắn, dễ nóng chảy, tan trong nhiều dung môi hữu cơ dùng để sản xuất sơn, keo, nhựa rezit

Nhựa rezit (nhựa bakelit):

- Đun nóng nhựa rezol ở 150oC được nhựa rezit (hay nhựa bakelit) có cấu trúc mạng lưới không gian

- Không nóng chảy, không tan trong nhiều dung môi hữu cơ, dùng sản xuất đồ điện, vỏ máy…

3 Khái niệm về vật liệu compozit

Khi trộn polime với chất độn thích hợp thu được vật liệu mới có độ bền, độ chịu nhiệt…tăng lên so với polime thành phẩm Đó là vật liệu compozit

- Chất nền (polime): có thể dùng nhựa nhiệt dẻo hay nhựa nhiệt rắn

- Chất độn: phân tán (nhưng không tan) vào polime Chất độn có thể là: sợi (bông, đay, amiăng, sợi thủy tinh…) hoặc chất bột (silicat, bột nhẹ (CaCO3), bột tan (3MgO.4SiO2.2H2O))…

II – TƠ

1 Khái niệm

Tơ là những vật liệu polime hình sợi dài và mảnh với độ bền nhất định

2 Phân loại

3 Một số loại tơ tổng hợp thường gặp

a) Tơ poliamit (có nhiều nhóm amit –CO–NH–)

b) Tơ polieste (có nhiều nhóm este)

c) Tơ vinylic (có nhiều nhóm polivinyl)

III – CAO SU

1 Khái niệm

- Cao su là vật liệu polime có tính đàn hồi

- Tính đàn hồi là tính biến dạng khi chịu lực tác dụng bên ngoài và trở lại dạng ban đầu khi lực đó thôi tác dụng

- Có hai loại cao su: cao su thiên nhiên và cao su tổng hợp

2 Cao su thiên nhiên (polime của isopren)

a) Cấu trúc:

- Công thức cấu tạo: n = 1500 – 15000

- Tất cả các mắt xích isopren đều có cấu hình cis như sau:

a) Theo bản chất hóa hoc:

- Keo vô cơ (thủy tinh lỏng)

- Keo hữu cơ (hồ tinh bột, keo epoxi)

- Polime làm keo có chứa hai nhóm epoxi ở hai đầu

- Chất đóng rắn thường là các triamin như H 2 NCH 2 CH 2 NHCH 2 CH 2 NH 2

b) Keo dán ure – fomanđehit

Poli(ure – fomanđehit)

4 Một số loại keo dán tự nhiên a) Nhựa vá săm: là dung dịch dạng keo của cao su thiên nhiên trong dung môi hữu cơ như toluen… b) Keo hồ tinh bột: là dung dịch hồ tinh bột trong nước nóng, dùng làm keo dán giấy

IV – TÍNH CHẤT HÓA HỌC

1 Phản ứng giữ nguyên mạch polime

a) Poli(vinyl axetat) (PVA) tác dụng với dung dịch NaOH:

b) Cao su thiên nhiên tác dụng với HCl:

Cao su hiđroclo hóa

c) Poli(vinyl clorua) (PVC) tác dụng với Cl2: (giả sử cứ 2 mắt xích thế 1 nguyên tử clo)

Tơ clorin

2 Phản ứng phân cắt mạch polime

a) Phản ứng thủy phân polieste:

b) Phản ứng thủy phân polipeptit hoặc poliamit:

Nilon – 6

c) Phản ứng thủy phân tinh bột, xenlulozơ

d) Phản ứng nhiệt phân polistiren

3 Phản ứng khâu mạch polime

a) Sự lưu hóa cao su:

Khi hấp nóng cao su thô với lưu huỳnh thì thu được cao su lưu hóa Ở cao su lưu hóa, các mạch polime được nối với

nhau bởi các cầu –S–S– (cầu đisunfua)

b) Nhựa rezit (nhựa bakelit):

Khi đun nóng nhựa rezol thu được nhựa rezit, trong đó các mạch polime được khâu với nhau bởi các nhóm –CH 2 – (nhóm metylen)

Polime khâu mạch có cấu trúc mạng không gian do đó trở nên khó nóng chảy, khó tan và bền hơn so với polime chưa khâu mạch

Nilon – 6 (tơ capron)

- Trùng hợp từ hai hay nhiều loại monome (gọi là đồng trùng hợp) tạo copolime Ví dụ:

Poli(butađien – stiren) (cao su buna – S)

axit ε-aminocaproic Nilon – 6 (tơ capron)

axit ω-aminoenantoic Nilon – 7 (tơ enan)

Nhựa rezol

Full Tý Thuyết Chương V- ĐẠI CƯƠNG VỀ KIM LOẠI

Biên Soạn: Nguyễn Văn Công

Đc: https://www.facebook.com/profile.php?id=100011441933261

KIM LOẠI

I – VỊ TRÍ CỦA KIM LOẠI TRONG BẢNG TUẦN HOÀN

- Nhóm IA (trừ H), nhóm IIA: các kim loại này là những nguyên tố s

- Nhóm IIIA (trừ B), một phần của các nhóm IVA, VA, VIA: các kim loại này là những nguyên tố p

- Các nhóm B (từ IB đến VIIIB): các kim loại chuyển tiếp, chúng là những nguyên tố d

- Họ lantan và actini (xếp riêng thành hai hàng ở cuối bảng): các kim loại thuộc hai họ này là những nguyên

tố f

* Nhận xét: đa số các nguyên tố hóa học đã biết là nguyên tố kim loại (trên 80 %)

II – CẤU TẠO VÀ LIÊN KẾT TRONG TINH THỂ KIM LOẠI

1 Cấu tạo nguyên tử kim loại

- Hầu hết các nguyên tử kim loại có 1, 2 hoặc 3 electron ở lớp ngoài cùng

- Bán kính nguyên tử của các nguyên tố kim loại (ở phía dưới, bên trái bảng tuần hoàn) nhìn chung lớn hơn bán kính nguyên tử các nguyên tố phi kim (ở phía trên, bên phải bảng tuần hoàn)

2 Cấu tạo mạng tinh thể kim loại

Có ba kiểu mạng tinh thể kim loại đặc trưng là lập phương tâm khối, lập phương tâm diện và lục phương

3 Liên kết kim loại

Là liên kết hóa học hình thành bởi lực hút tĩnh điện giữa ion dương kim loại nằm ở các nút mạng tinh thể và các electron tự do di chuyển trong toàn bộ mạng lưới tinh thể kim loại

III – TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA KIM LOẠI

1 Tính chất chung

- Kim loại có tính chất vật lí chung là dẻo, dẫn điện, dẫn nhiệt và có ánh kim

- Các tính chất vật lí chung này là do các e tự do có trong mạng tinh thể kim loại gây ra

2 Một số tính chất vật lí khác

- Tỉ khối: của các kim loại rất khác nhau nhưng thường dao động từ 0,5 (Li) đến 22,6 (Os) Thường thì: + d < 5: kim loại nhẹ (K, Na, Mg, Al)

+ d > 5: kim loại nặng (Zn, Fe )

- Nhiệt độ nóng chảy: biến đổi từ -390C (Hg) đến 34100C (W) Thường thì:

+ t < 10000C: kim loại dễ nóng chảy

+ t > 15000C: kim loại khó nóng chảy (kim loại chịu nhiệt)

- Tính cứng: Biến đổi từ mềm đến rất cứng

Tỷ khối, nhiệt độ nóng chảy và tính cứng của kim loại phụ thuộc vào nhiều yếu tố như kiểu mạng tinh thể; mật độ e; khối lượng mol của kim loại

IV – TÍNH CHẤT HÓA HỌC CHUNG CỦA KIM LOẠI

Tính chất đặc trưng của kim loại là tính khử (nguyên tử kim loại dễ bị oxi hóa thành ion dương):

M → Mn+

+ ne

1 Tác dụng với phi kim

Hầu hết các kim loại khử được phi kim điển hình thành ion âm

- Kim loại thể hiện nhiều số oxi hóa khác nhau khi phản ứng với H2SO4 đặc, HNO3 sẽ đạt số oxi hóa cao nhất

- Hầu hết các kim loại phản ứng được với H2SO4 đặc nóng (trừ Pt, Au) và H2SO4 đặc nguội (trừ Pt, Au, Fe,

Al, Cr…), khi đó S+6

trong H2SO4 bị khử thành S+4 (SO2) ; So hoặc S-2 (H2S)

- Hầu hết các kim loại phản ứng được với HNO3 đặc nóng (trừ Pt, Au) và HNO3 đặc nguội (trừ Pt, Au, Fe,

Al, Cr…), khi đó N+5

trong HNO3 bị khử thành N+4 (NO2)

- Hầu hết các kim loại phản ứng được với HNO3 loãng (trừ Pt, Au), khi đó N+5 trong HNO3 bị khử thành

N+2(NO) ; N+1 (N2O) ; No (N2) hoặc N-3

(NH4+)

- Các kim loại có tính khử càng mạnh thường cho sản phẩm khử có số oxi hóa càng thấp Các kim loại như

Na, K…sẽ gây nổ khi tiếp xúc với các dung dịch axit

Ví dụ: 2Fe + 6H2SO4 (đặc) Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O

4Mg + 5H2SO4 (đặc) 4MgSO4 + H2S + 4H2O

Cu + 4HNO3 (đặc) → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

3Cu + 8HNO3 (loãng) → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

3 Tác dụng với dung dịch muối

- Với Na, K, Ca và Ba phản ứng với nước trước sau đó dung dịch kiềm tạo thành sẽ phản ứng với muối

- Với các kim loại không tan trong nước, kim loại hoạt động (đứng trước) đẩy được kim loại kém hoạt động (đứng sau) ra khỏi dung dịch muối của chúng theo quy tắc α

5 Tác dụng với dung dịch kiềm

Các kim loại mà hiđroxit của chúng có tính lưỡng tính như Al, Zn, Be, Sn, Pb…tác dụng được với dung dịch kiềm (đặc) Trong các phản ứng này, kim loại đóng vai trò là chất khử, H2O là chất oxi hóa và bazơ làm môi trường cho phản ứng

Ví dụ: phản ứng của Al với dung dịch NaOH được hiểu là phản ứng của Al với nước trong môi trường kiềm

và gồm hai quá trình: 2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2

Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4]

Cộng hai phương trình trên ta được một phương trình:

2Al + 6H2O + 2NaOH → 2Na[Al(OH)4] + 3H2

6 Tác dụng với oxit kim loại

Các kim loại mạnh khử được các oxit kim loại yếu hơn ở nhiệt độ cao thành kim loại

Ví dụ: 2Al + Fe2O3 2Fe + Al2O3

DÃY ĐIỆN HÓA CỦA KIM LOẠI

I – KHÁI NIỆM VỀ CẶP OXI HÓA – KHỬ CỦA KIM LOẠI

Dạng oxi hóa và dạng khử của cùng một nguyên tố kim loại tạo nên cặp oxi hóa – khử Một cặp oxi hóa – khử được biểu diễn dưới dạng oxi hóa/khử (Mn+

/M)

Ví dụ: Cu2+

và Cu tạo thành một cặp oxi hóa – khử Cu2+/Cu

II – PIN ĐIỆN HÓA

1 Khái niệm về pin điện hóa, suất điện động và thế điện cực

- Suất điện động của pin (E) là hiệu của thế điện cực dương (E(+)) và điện cực âm (E(-)) Điện cực dương là

điện cực có thế lớn hơn và suất điện động của pin luôn là số dương

E = E (+) – E (-)

- Suất điện động chuẩn của pin (Eo) là suất điện động khi nồng độ ion kim loại ở điện cực đều bằng 1M (ở

25oC)

E o = E o (+) – E o (-) hoặc E o = E o catot – E o anot

- Ví dụ Eo = EoCu2+/Cu – EoZn2+/Zn gọi là suất điện động chuẩn của pin điện hóa Zn – Cu

2 Cơ chế phát sinh dòng điện trong pin điện hóa

Giải thích hiện tượng của thí nghiệm:

- Điện cực Zn bị oxi hóa: Zn → Zn2+ + 2e (sự mất electron xảy ra trên bề mặt lá Zn và lá Zn trở thành nguồn electron nên đóng vai trò cực âm, các electron theo dây dẫn đến cực Cu) Do vậy cực Zn bị ăn mòn

- Trong cốc đựng dung dịch CuSO4, các ion Cu2+ di chuyển đến lá Cu, tại đây chúng bị khử thành Cu kim loại bám trên cực đồng: Cu2+

+ 2e → Cu Nồng độ Cu2+ trong dung dịch giảm dần, khiến cho màu xanh trong dung dịch nhạt dần

- Trong quá trình hoạt động của pin điện hóa Zn – Cu, nồng độ ion Zn2+ trong cốc đựng dung dịch

ZnSO4 tăng dần, nồng độ ion Cu2+ trong cốc kia giảm dần Đến một lúc nào đó, dòng electron trong dây dẫn không còn, dòng điện tự ngắt

- Để duy trì được dòng điện trong quá trình hoạt động của pin điện hóa, người ta dùng cầu muối Vai trò của cầu muối là trung hòa điện tích của 2 dung dịch: các ion dương Na+

hoặc K+ và Zn2+ di chuyển qua cầu muối đến cốc đựng dung dịch CuSO4 Ngược lại , các ion âm SO42-

hoặc NO3- di chuyển qua cầu muối đến dung dịch ZnSO4

- Ở mạch ngoài (dây dẫn), dòng electron đi từ cực Zn sang cực Cu còn dòng điện đi từ cực Cu sang cực Zn

Vì thế điện cực Zn được gọi là anot (nơi xảy ra sự oxi hóa), điện cực Cu được gọi là catot (nơi xảy ra sự

khử) Vậy trong pin điện hóa, anot là cực âm còn catot là cực dương

- Phương trình hóa học của phản ứng xảy ra trong pin điện hóa Zn – Cu: quy tắc α

Cu2+ + Zn → Zn2+ + Cu

=> Kết luận:

- Có sự biến đổi nồng độ của các ion Cu2+ và Zn2+ trong quá trình hoạt động của pin

- Năng lượng của phản ứng oxi hóa – khử trong pin điện hóa đã sinh ra dòng điện một chiều

- Những yếu tố ảnh hưởng đến suất điện động của pin điện hóa như: nhiệt độ, nồng độ của ion kim loại, bản chất của kim loại làm điện cực

III – THẾ ĐIỆN CỰC CHUẨN CỦA KIM LOẠI

1 Điện cực hiđro chuẩn

Cấu tạo của điện cực hiđro chuẩn: gồm một thanh platin (Pt) được đặt trong một dung dịch axit có nồng độ ion H+ là 1M (pH = 0) Bề mặt điện cực hấp thụ khi hiđro, được thổi liên tục vào dung dịch dưới áp suất 1 atm Như vậy trên bề mặt điện cực hiđro xảy ra cân bằng oxi hóa – khử của cặp oxi hóa – khử 2H+

/H2 Quy ước rằng: thế điện cực của điện cực hiđro chuẩn bằng 0,00 V ở mọi nhiệt độ, tức là:

Eo2H+/H = 0,00 V

2 Thế điện cực chuẩn của kim loại

Thế điện cực tiêu chuẩn của kim loại cần đoc được chấp nhận bằng bằng suất điện động của pin tạo bởi điện cực hiđro chuẩn và điện cực chuẩn của kim loại cần đo Có 2 trường hợp xảy ra với giá trị của thế điện cực chuẩn:

- Thế điện cực chuẩn của cặp Mn+/M là số dương nếu khả năng oxi hóa của ion Mn+

trong nửa pin Mn+/M là mạnh hơn ion H+

trong nửa pin 2H+/H2

- Thế điện cực chuẩn của cặp Mn+/M là số âm nếu khả năng oxi hóa của ion Mn+

trong nửa pin Mn+/M là yếu hơn ion H+

trong nửa pin 2H+/H2

Ví dụ: Thế điện cực chuẩn của các cặp kim loại: Eo

Zn2+/Zn = – 0,76 V ; EoAg+/Ag = + 0,80 V

IV – DÃY THẾ ĐIỆN CỰC CHUẨN CỦA KIM LOẠI

Dãy thế điện cực chuẩn của kim loại còn được gọi là dãy thế oxi hóa – khử chuẩn của kim loại, hoặc dãy thế khử chuẩn của kim loại Tùy thuộc vào mục đích sử dụng, người ta dùng tên dãy sao cho phù hợp

V – Ý NGHĨA CỦA DÃY THẾ ĐIỆN CỰC CHUẨN CỦA KIM LOẠI

1 So sánh tính oxi hóa – khử

Trong dung môi nước, thế điện cực chuẩn của kim loại Eo

Mn+/M càng lớn thì tính oxi hóa của cation

Mn+ càng mạnh và tính khử của kim loại M càng yếu và ngược lại

2 Xác định chiều của phản ứng oxi hóa – khử

Xác định chiều của phản ứng oxi hóa – khử cũng là sự tìm hiểu về phản ứng đó trong điều kiện tự nhiên có xảy ra hay không Có một số phương pháp xác định chiều của phản ứng oxi hóa – khử:

a) Phương pháp 1 (phương pháp định tính):

- Kim loại của cặp oxi hóa – khử có thế điện cực chuẩn nhỏ hơn khử được cation kim loại của cặp oxi hóa – khử có thế điện cực chuẩn lớn hơn (nói cách khác, cation kim loại trong cặp oxi hóa – khử có thế điện cực chuẩn lớn hơn có thể oxi hóa được kim loại trong cặp có thế điện cực chuẩn nhỏ hơn)

- Ví dụ: ion Pb2+ có oxi hóa được Zn hay không trong phản ứng: Pb2+(dd) + Zn(r) → Pb(r) + Zn2+

(dd) Nếu phản ứng hóa học trên xảy ra giữa 2 cặp oxi hóa – khử Pb2+

/Pb và Zn2+/Zn, ta viết các cặp oxi hóa – khử trên theo trình tự: cặp nào có giá trị Eo

lớn hơn ở bên phải, cặp nào có giá trị Eo nhỏ hơn ở bên trái

Theo quy tắc α: ion Pb2+

oxi hóa được Zn, sản phẩm là những chất oxi hóa (Zn2+) và chất khử (Pb) yếu hơn Phản ứng trên có xảy ra

- Kim loại trong cặp oxi hóa – khử có thế điện cực chuẩn âm khử được ion hiđro của dung dịch axit (nói cách khác, cation H+ trong cặp 2H+/H2 có thể oxi hóa được kim loại trong cặp oxi hóa – khử có thế điện cực chuẩn âm)

b) Phương pháp 2 (phương pháp định lượng):

Quay lại ví dụ ion Pb2+

có oxi hóa được Zn hay không trong phản ứng: Pb2+(dd) + Zn(r) → Pb(r) +

Zn2+(dd) Phản ứng hóa học trên được tạo nên từ hai nửa phản ứng:

- Nửa phản ứng oxi hóa: Zn → Zn2+ + 2e, ta có EoZn2+/Zn = -0,76 V

- Nửa phản ứng khử: Pb2+ + 2e → Pb, ta có EoPb2+/Pb = -0,13 V

Thế oxi hóa – khử của cả phản ứng (Eo

pư) được tính theo công thức: Eo

pư = EoPb2+/Pb – Eo

Zn2+/Zn = -0,13 – (– 0,76) = +0,63 V

Eo của phản ứng oxi hóa – khử là số dương (Eopư > 0), kết luận là phản ứng trên có xảy ra

3 Xác định suất điện động chuẩn của pin điện hóa

E o pin = E o (+) – E o (-)

Ví dụ: suất điện động chuẩn của pin điện hóa Zn – Cu là: Eo

pin = EoCu2+/Cu – EoZn2+/Zn = 0,34 – (–0,76) = 1,10

V

4 Xác định thế điện cực chuẩn của cặp oxi hóa – khử

Ví dụ: Biết suất điện động chuẩn của pin điện hóa Zn – Ag là 1,56 V và thế điện cực chuẩn của cặp oxi hóa

– khử Ag+/Ag là +0,80 V Hãy xác định thế điện cực chuẩn của cặp Zn2+

Hợp kim là vật liệu kim loại có chứa một kim loại cơ bản và một số kim loại hoặc phi kim khác

Ví dụ: Thép là hợp kim của sắt với cacbon và một số nguyên tố khác Đuyra là hợp kim của nhôm với đồng, magie, mangan, silic

2 Cấu tạo tinh thể của hợp kim

Hợp kim có cấu tạo tinh thể Có các loại tinh thể sau: tinh thể hỗn hợp, tinh thể dung dịch rắn và tinh thể hợp chất hóa học

Ví dụ: hợp kim Cd – Bi, hợp kim Sn – Pb…

- Kiểu liên kết hóa học chủ yếu là liên kết kim loại

- Thường có nhiệt độ nóng chảy thấp

b) Tinh thể dung dịch rắn:

- Có nguồn gốc từ hỗn hợp các đơn chất trong hợp kim ở trạng thái lỏng Ớ trạng thái này, các đơn chất trong hỗn hợp tan vào nhau không theo một tỉ lệ nào nhất định, ta có dung dịch lỏng Ở nhiệt độ thấp hơn, dung dịch lỏng chuyển thành dung dịch rắn

- Các đơn chất tham gia hợp kim có kiểu mạng tinh thể giống nhau, tính chất hóa học tương tự và kích thước các ion không khác nhau nhiều

Ví dụ: hợp kim Au – Ag, hợp kim Fe – Mn…

- Kiểu liên kết hóa học chủ yếu là liên kết kim loại

c) Tinh thể hợp chất hóa học:

- Có nguồn gốc từ khi hợp kim ở trạng thái lỏng Ở trạng thái này, nếu các đơn chất tham gia hợp kim có kiểu mạng tinh thể khác nhau , tính chất hóa học khác nhau và kích thước các ion khác nhau rõ rệt thì giữa những đơn chất này sẽ tạo ra hợp chất hóa học

- Khi hợp kim chuyển sang trạng thái rắn, ta có những tinh thể hợp chất hóa học Ví dụ tinh thể hợp chất hóa

học Mg2Pb, AuZn, AuZn3, AuZn5, Al4C3…

- Kiểu liên kết hóa học là liên kết cộng hóa trị

- Tính chất vật lí và tính chất cơ học của hợp kim khác nhiều so với tính chất của các đơn chất

- Có tính dẫn điện, dẫn nhiệt, tính dẻo và ánh kim do trong hợp kim có các electron tự do

- Tính dẫn điện, dẫn nhiệt của hợp kim giảm so với kim loại thành phần do mật độ electron tự do trong hợp kim giảm đi rõ rệt

- Có độ cứng cao hơn so với các kim loại thành phần do có sự thay đổi về cấu tạo mạng tinh thể, thay đổi về thành phần của ion trong mạng tinh thể

- Có rất nhiều hợp kim khác nhau được chế tạo có hóa tính, cơ tính và lí tính ưu thế như không gỉ, độ cứng cao, chịu nhiệt tốt, chịu ma sát tốt…

Ví dụ:

- Hơp kim không bị ăn mòn: Fe–Cr–Mn (thép inoc)…

- Hợp kim siêu cứng: W–Co, Co–Cr–W–Fe,…

- Hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp: Sn – Pb (thiếc hàn nóng chảy ở 210oC),…

- Hợp kim nhẹ, cứng và bền: Al–Si, Al–Cu–Mn–Mg

III - ỨNG DỤNG CỦA HỢP KIM

- Do có tính chất hóa học, vật lí, cơ học rất quý nên hợp kim được sử dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân

- Có những hợp kim trơ với axit, bazơ và các hóa chất khác dùng chế tạo các máy móc, thiết bị dùng trong nhà máy sản xuất hóa chất

- Có hợp kim chịu nhiệt cao, chịu ma sát mạnh dùng làm ống xả trong động cơ phản lực

- Có hợp kim có nhiệt độ nóng chảy rất thấp dùng chế tạo giàn ống dẫn nước chữa cháy tự động…

II – HAI DẠNG ĂN MÒN KIM LOẠI

Căn cứ vào môi trường và cơ chế của sự ăn mòn kim loại, người ta phân thành hai dạng chính: ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa

1 Ăn mòn hóa học

- Ăn mòn hóa học là quá trình oxi hóa – khử, trong đó kim loại phản ứng trực tiếp với các chất oxi hóa trong

môi trường (các electron của kim loại được chuyển trực tiếp đến các chất trong môi trường) và không có

xuất hiện dòng điện

Ví dụ:

3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2

2Fe + 3Cl2 2FeCl3

3Fe + 2O2 Fe3O4

2 Ăn mòn điện hóa học

Ăn mòn điện hóa học là loại ăn mòn kim loại phổ biến và nghiêm trọng nhất trong tự nhiên

a) Khái niệm về ăn mòn điện hóa học

Vậy ăn mòn điện hóa học là quá trình oxi hóa – khử, trong đó kim loại bị ăn mòn do tác dụng của dung dịch chất điện li và tạo nên dòng electron chuyển dời từ cực âm sang cực dương

b) Điều kiện xảy ra ăn mòn điện hóa học: đồng thời cả 3 điều kiện sau

- Các điện cực phải khác nhau về bản chất Có thể là cặp hai kim loại khác nhau, kim loại – phi kim hay kim loại – hợp chất Kim loại có thế điện cực chuẩn nhỏ hơn là cực âm

- Các điện cực phải tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với nhau qua dây dẫn

- Các điện cực cùng tiếp xúc với dung dịch chất điện li

c) Ăn mòn điện hóa học hợp kim của sắt (gang, thép) trong không khí ẩm

- Gang, thép là hợp kim Fe – C gồm những tinh thể Fe tiếp xúc trực tiếp với tinh thể C (graphit)

- Không khí ẩm có chứa H2O, CO2, O2…tạo ra lớp dung dịch chất điện li phủ lên bề mặt gang, thép làm xuất hiện vô số pin điện hóa mà Fe là cực âm, C là cực dương

- Ở cực âm xảy ra sự oxi hóa: Fe → Fe2+ + 2e

- Ở cực dương xảy ra sự khử: 2H+ + 2e → H2 và O2 + 2H2O + 4e → 4OH

- Tiếp theo: Fe2+ + 2OH- → Fe(OH)2

4Fe(OH)2 + O2(kk) + 2H2O → 4Fe(OH)3

- Theo thời gian Fe(OH)3 sẽ bị mất nước tạo ra gỉ sắt có thành phần chủ yếu là Fe2O3.xH2O

3 So sánh sự ăn mòn hóa học và sự ăn mòn điện hóa học

Thường xảy ra ở những thiết bị lò đốt

hoặc những thiết bị thường xuyên phải

tiếp xúc với hơi nước và khí oxi

- Các điện cực phải khác nhau, có thể là cặp hai kim loại khác nhau hoặc cặp kim loại - phi kim hoặc cặp kim loại - hợp chất hóa học (như Fe3C) Trong đó kim loại có thế điện cực chuẩn nhỏ hơn sẽ là cực âm

- Các điện cực phải tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với nhau qua dây dẫn, các điện cực phải tiếp xúc với dung dịch chất điện li

Cơ chế

của sự ăn

mòn

Thiết bị bằng Fe tiếp xúc với hơi nước,

khí oxi thường xảy ra phản ứng:

3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2↑

3Fe + 2O2 Fe3O4

- Sự ăn mòn điện hóa một vật bằng gang (hợp kim Fe

- C)(hoặc thép) trong môi trường không khí ẩm có hòa tan khí CO2, SO2, O2 sẽ tạo ra một lớp dung dịch điện li phủ bên ngoài kim loại

- Tinh thế Fe (cực âm), tinh thể C là cực dương

Ở cực dương: xảy ra phản ứng khử:

2H+ + 2e → H2 ; O2 + 2H2O + 4e → 4OH-

Ở cực âm: xảy ra phản ứng oxi hóa:

Fe → Fe2+ + 2e Những Fe2+

tan vào dung dịch chứa oxi → Fe3+ và cuối cùng tạo gỉ sắt có thành phần Fe2O3.nH2O Bản chất

của sự ăn

mòn

Là quá trình oxi hóa - khử, trong đó các

electron của kim loại được chuyển trực

tiếp đến các chất trong môi trường, ăn

mòn xảy ra chậm

Là sự ăn mòn kim loại do tác dụng của dung dịch chất điện li và tạo nên dòng điện

Mòn điện hóa xảy ra nhanh hơn ăn mòn hóa học

III – CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI

1 Phương pháp bảo vệ bề mặt

Phương pháp bảo vệ bề mặt là phủ lên bề mặt kim loại một lớp sơn, dầu mỡ, chất dẻo hoặc tráng, mạ bằng một kim loại khác Nếu lớp bảo vệ bị hư, kim loại sẽ bị ăn mòn

Ví dụ: Sắt tây là sắt tráng thiếc dùng làm hộp đựng thực phẩm vì thiếc là kim loại khó bị oxi hóa ở nhiệt độ

thường, màng oxit thiếc mỏng và mịn cũng có tác dụng bảo vệ thiếc và thiếc oxit không độc lại có màu

trắng bạc khá đẹp Thiếc là kim loại mềm, dễ bị sây sát Nếu vết sây sát sâu tới lớp sắt bên trong thì sẽ xảy

ra ăn mòn điện hóa học, kết quả là sắt bị ăn mòn nhanh

2 Phương pháp điện hóa

Phương pháp bảo vệ điện hóa là dùng một kim loại có tính khử mạnh hơn làm vật hi sinh để bảo vệ vật liệu kim loại Vật hi sinh và kim loại cần bảo vệ hình thành một pin điện, trong đó vật hi sinh đóng vai trò cực

âm và bị ăn mòn

Ví dụ: Để bảo vệ vỏ tàu biển bằng thép, người ta gắn chặt những tấm kẽm vào phần vỏ tàu ngâm trong nước

biển Vì khi gắn miếng Zn lên vỏ tàu bằng thép sẽ hình thành một pin điện, phần vỏ tàu bằng thép là cực dương, các lá Zn là cực âm và bị ăn mòn theo cơ chế:

- Ở anot (cực âm): Zn → Zn2+ + 2e

- Ở catot (cực dương): 2H2O + O2 + 4e → 4OH-

Kết quả là vỏ tàu được bảo vệ, Zn là vật hi sinh, nó bị ăn mòn

II – SỰ ĐIỆN PHÂN CÁC CHẤT ĐIỆN LI

1 Điện phân chất điện li nóng chảy

Chỉ dùng điều chế các kim loại nhóm IA, IIA và Al

Ví dụ 1: Điện phân NaCl nóng chảy có thể biểu diễn bằng sơ đồ:

Catot ( – ) NaCl Anot ( + ) 2| Na+ + e → Na 2Cl- → Cl2 + 2e Phương trình điện phân là: 2NaCl 2Na + Cl2

Ví dụ 2: Điện phân NaOH nóng chảy có thể biểu diễn bằng sơ đồ:

Catot ( – ) NaOH Anot ( + ) 4| Na+ + 1e → Na 4OH- → O2 + 2H2O + 4e Phương trình điện phân là: 4NaOH 4Na + O2 + 2H2O

Ví dụ 3: Điện phân Al2O3 nóng chảy pha thêm criolit (Na3AlF6) có thể biểu diễn bằng sơ đồ:

Catot ( – ) Al2O3 Anot ( + ) 4| Al3+ + 3e → Al 3| 2O2- → O2 + 4e Phương trình điện phân là: 2Al2O3 4Al + 3O2

2 Điện phân dung dịch chất điện li trong nước

a) Khả năng phóng điện của các cation ở catot: Ở catot có thể xảy ra các quá trình khử sau đây:

- Mn+ + ne → M

- 2H+(axit) + 2e → H2

- Hoặc ion hiđro của nước bị khử: 2H2O + 2e → H2 + 2OH-

Dạng oxi hóa của những cặp có thế càng lớn càng dễ bị khử Theo dãy thế oxi hóa – khử thì khả năng bị khử của các ion kim loại như sau:

- Các cation từ Zn2+ đến cuối dãy Hg2+, Cu2+, Fe3+, Ag+…dễ bị khử nhất và thứ tự tăng dần

- Từ Al3+ đến các ion đầu dãy Na+, Ca2+, K+…không bị khử trong dung dịch

- Các ion H+ của axit dễ bị khử hơn các ion H+ của nước

b) Khả năng phóng điện của các anion ở anot: Ở anot xảy ra quá trình oxi hóa các anion gốc axit như Cl

-,

S2-…hoặc ion OH- của bazơ kiềm hoặc nước

- 2Cl- → Cl2 + 2e

- 4OH- → O2 + 2H2O + 4e

- Hoặc ion OH- của nước bị oxi hóa: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e

Dạng khử của những cặp có thế oxi hóa – khử càng nhỏ càng dễ bị oxi hóa Theo dãy thế oxi hóa – khử thì khả năng bị oxi hóa của các anion như sau:

- Các anion gốc axit không chứa oxi dễ bị oxi hóa nhất theo thứ tự: RCOO- < Cl- < Br- < I- < S2-…

- Các anion gốc axit như NO3-, SO42-, PO43-, CO32-, ClO4-…không bị oxi hóa

- Riêng các ion OH- của kiềm hoặc của nước khó bị oxi hóa hơn các ion S2-, I-, Br-, Cl-…

- Nếu khi điện phân không dùng các anot trơ như graphit, platin (Pt) mà dùng các kim loại như Ni, Cu, Ag…thì các kim loại này dễ bị oxi hóa hơn các anion vì thế oxi hóa – khử của chúng thấp hơn, và do đó chúng tan vào dung dịch (anot tan)

c) Một số ví dụ: