1 mở đầu

Hóa học nói về các nguyên tố , hợp chất , nguyên tử , phân tử , và các phản ứng hóa học xảy ra giữa những thành phần đó... Hóa trị và số oxi hóa Hóa trị: Hóa trị của một nguyên tố là đạ

HÓA HỌC ĐẠI CƯƠNG

Giới thiệu môn học

Hóa học, một nhánh của khoa học tự nhiên, là

ngành nghiên cứu về thành phần, cấu trúc, tính

chất, và sự thay đổi của vật chất Hóa học nói

về các nguyên tố , hợp chất , nguyên tử , phân

tử , và các phản ứng hóa học xảy ra giữa những

thành phần đó.

Hóa học có thể coi là "khoa học trung tâm" vì nó là cầu nối các ngành khoa học tự nhiên khác như vật lý học , địa chất học và sinh học

HÓA HỌC

VẬT LÝ HỌC

ĐỊA CHẤT HỌC

SINH HỌC

 Bệnh là quá trình hoạt động không bình thường của cơ thể sinh vật từ nguyênnhân khởi phát đến hậu quả cuối cùng Bệnh có thể gặp ở người, động vật hay thựcvật Có rất nhiều nguyên nhân sinh ra bệnh, nhưng có thể chia thành ba loại chính:

 Bệnh do bản thân cơ thể

sinh vật có khuyết tật như di

truyền bẩm sinh hay rối

 Ung thư: là một nhóm các bệnh liên quan đến việc phân chia tế bào một cách vô tổ chức và những tế bào đó có khả năng xâm lấn những mô khác bằng cách phát triển trực tiếp vào mô lân cận hoặc di chuyển đến nơi xa (di căn).

 Nguyên nhân gây ung thư: là sự sai hỏng

của ADN, tạo nên các đột biến ở các gene thiết

yếu điều khiển quá trình phân bào cũng như các

cơ chế quan trọng khác Một hoặc nhiều đột

biến được tích lũy lại sẽ gây ra sự tăng sinh

không kiểm soát và tạo thành khối u.

 Khái niệm, định luật cơ bản Cấu tạo nguyên tử

 Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học

 Liên kết hóa học Các loại liên kết hoá học

 Nhiệt động hoá học Nguyên lý thứ nhất.

 Nhiệt động hoá học Nguyên lý thứ hai.

Tài liệu tham khảo

CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN

1 Các khái niệm mở đầu

1.1 Nguyên tử và phân tử

Democritos (khoảng 460 - 370 TCN)

“atom” xuất phát từ tiếng Hy Lạp

“átomos”, có nghĩa là “không thểcắt được” hay “hạt vô hình nhỏnhất của vật chất”

Leucippe

(khoảng 490 - 370 TCN)

Nguyên tử là phần tử nhỏ nhấtcủa nguyên tố tham gia vào thànhphần phân tử của chất, không thểchia nhỏ hơn nữa bằng các

 Phân tử: là phần tử nhỏ nhất của một chất, có khả năng tồn tại độc lập, có tất cảcác tính chất hóa học của chất đó.

Phân tử cấu tạo từ các nguyên tử

 Thù hình: là hiện tượng một nguyên tố tồn tại ở một số dạng đơn chất khác nhau.Những dạng đơn chất khác nhau đó của một nguyên tố được gọi là dạng thù hình

Ví dụ:

 Nguyên tố Oxi có các dạng thù hình là O2 và O3 (ozon);

 Nguyên tố C có các dạng thù hình như là graphit, kim cương, nanotube,…

1.2 Khối lượng nguyên tử và phân tử

 Khối lượng nguyên tử (phân tử) là khối lượng tính bằng đơn vị quy ước của mộtnguyên tử (phân tử) chất đó

 Nguyên tử gam (phân tử gam) là khối lượng tính bằng gam của nguyên tử (phântử) có giá trị bằng khối lượng nguyên tử (phân tử)

 Khối lượng nguyên tử tương đối của một nguyên tố là tỉ số khối lượng nguyên tửcủa nó với 1/12 phần khối lượng nguyên tử 12C (1 đvC)

1.3 Kí hiệu hóa học – Công thức hóa học – Phương trình hóa học

 Kí hiệu hóa học: Dùng để biểu thị các nguyên tố hóa học

Ví dụ:

hidro (H), nito (N), cacbon (C), oxi (O), …

 Công thức hóc học: Dùng để biểu thị phân tử các chất

1.4 Hóa trị và số oxi hóa

 Hóa trị: Hóa trị của một nguyên tố là đại lượng đặc trưng cho khả năng của mộtnguyên tử của nguyên tố đó kết hợp (hay thay thế) với một số xác định nguyên tửnguyên tố khác

 Các nguyên tố có hóa trị không đổi: H, Ag, kim loại kiềm (nhó IA): 1; O, Zn,kim loại kiềm thổ (IIA): 2; Al: 3; Khí hiếm: 0;

 Các nguyên tố có nhiều hóa trị: Fe: 2, 3; Cu: 1, 2; N: 1, 2, 3, 4, 5; S: 2, 4, 6;Cr: 2, 3, 6; Sn, Pb: 2, 4;

 Số oxi hóa: Số oxi hóa là điện tích dương hay âm của nguyên tử nguyên tố đótrong hợp chất với giả thiết hợp chất được tạo thành từ các ion (xem như có sự chuyểndịch hoàn toàn các electron liên kết về phía nguyên tử có độ âm điện lớn hơn)

 Quy tắc tính số oxi hóa:

 Số oxi hóa của đơn chất bằng 0

 Số oxi hóa của kim loại phân nhóm A bằng số thứ tự nhóm

Ví dụ: Na+ (+1), Ca2+(+2), Al3+(+3), …

 Số oxi hóa của F luôn bằng – 1, của H thường bằng + 1 (trừ hợp chất vớihidrua kim loại), của O thường bằng – 2 (trừ H2O2 và OF2)

 Tổng số oxi hóa của các nguyên tử trong phân tử trung hòa về điện bằng 0

 Số oxi hóa của các ion bằng điện tích ion

Ví dụ: Fe2+: +2, Ag+: +1, Al3+: +3, SO42-: -2, NO3-: -1, …

 Trong ion đa nguyên tử, tổng số oxi hóa của các nguyên tử bằng điện tích ioncủa

Hóa học hạt nhân: là một ngành con của hóa học, liên quan đến các phản ứng hóahọc của các nguyên tổ phóng xạ và không bền, trong đó cả sự chuyển điện tử và chuyếnđổi hạt nhân đều có thể diễn ra.

1.5.1 Phản ứng oxi hóa – khử: là phản ứng trong đó có sự thay đổi số oxi hóa củamột hay vài nguyên tố.

 Chất khử (chất bị oxi hóa): chất nhường electron

 Chất oxi hóa (chất bị khử): chất nhận electron

 Quá trình khử (sự khử): quá trình (sự) nhận electron

 Quá trình oxi hóa (sự oxi hóa): quá trình (sự) nhường electron

Ví dụ:

Fe + CuCl2 → FeCl2 + CuChất khử (bị oxi hóa): Fe

Chất oxi hóa (bị khử): Cu2+

Quá trình khử: Cu2++ 2e → Cu

Quá trình oxi hóa: Fe → Fe2++ 2e

1.5.2 Phản ứng trao đổi: là phản ứng trong đó không có sự thay đổi số oxi hóacủa các nguyên tố.

Ví dụ:

NaOH + HCl → NaCl + H2ONaCl + AgNO3 → AgCl↓ + NaNO3NaOH + NH4Cl → NaCl + NH3↑ + H2OViệc phân loại các phản ứng như trên là dựa vào sự số oxi hóa của nguyên tử cácnguyên tố

Ngoài ra, còn có thế phân loại phản ứng: phản ứng hóa hợp, phản ứng phân tích,phản ứng thế, phản ứng trao đổi (dựa vào số lượng và thành phần tác chất); hoặc phảnứng thu nhiệt, phản ứng tỏa nhiệt (dựa vào hiệu ứng nhiệt của phản ứng); hoặc phảnứng một chiều, phản ứng thuận nghịch (dựa vào chiều diễn tiến của phản ứng);

1.5.3 Phản ứng hạt nhân

 Phản ứng phân hạch

 Một hạt nhân nặng bị tách thành hai hạt nhân có khối lượng trung bình và một haymột số neutron

 Phản ứng phân hạch 235U và 239Pu, dùng trong chế tạo bom nguyên tử

 Ngày nay, lượng nhiệt tỏa ra của phản ứng này dùng để đun nóng nước thành hơinước chạy máy phát điện

Chuỗi phản ứng phân hạch 235U

Little Boy Fat Man

Bom nhiệt hạch AN606 có biệt danh bom Sa

hoàng, có đương lượng nổ 50 megaton, tương

ứng với 50 triệu tấn thuốc nổ TNT.

Vụ thử nghiệm diễn ra ngày 30/10/1961, quả bom được kích nổ khi cách mặt đất 4,2 km.

2 Các định luật cơ bản

2.1 Định luật thành phần không đổi (định luật Joseph Louis Prust - 1800)

Nói cách khác: “Mỗi hợp chất luôn có thành phần không đổi độc lập với cách điều chế

2.2 Định luật tỉ lệ bội số (định luật Dalton - 1803)

Nói cách khác: “nếu hai nguyên tố kết hợp với nhau cho một số hợp chất thì ứng vớicùng một khối lượng nguyên tố này, các khối lượng nguyên tố kia tỉ lệ với nhau nhưnhững số nguyên đơn giản”

“Nếu hai nguyên tố tạo được với nhau một số hợp chất

hóa học, thì khối lượng của một trong các nguyên tố so

với cùng một khối lượng của nguyên tố kia trong các

hợp chất đó tỉ lệ với nhau như những số nguyên đơn

giản”

John Dalton (1766 – 1844)

Ví dụ:

 N và O tạo được với nhau 5 oxit: N2O, NO, N2O3, NO2, N2O5

Tỉ lệ khối lượng của O so với N trong các oxit lần lượt là: 0,57 : 1,14 : 1,71 : 2,28 : 2,85

Tỉ lệ này tương ứng: 1 : 2 : 3 : 4 : 5

 C và O tạo được với nhau 2 oxit là CO và CO2

Tỉ lệ khối lượng của O so với C trong các oxit này lần lượt là: 1,33 : 2,66;

Tỉ lệ này tương ứng: 1 : 2

Hệ quả: “Trong cùng điều kiện (nhiệt độ, áp

suất), 1 mol bất kì chất khí hoặc hơi nào cũng đều

chiếm thể tích bằng nhau”

Amedeo Avogadro (1776 – 1856)

2.4 Định luật bảo toàn khối lượng

Định luật BTKL được nhà bác học Nga Lomonoxop đề cập năm 1748:

“Tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng

tổng khối lượng sản phẩm tạo thành”

Mikhain Vaxilievic Lomonosov

(1711 – 1765)

Định luật được nhà bác học người Pháp Antoine LaurentLavoisier phát minh bằng thực nghiệm vào khoảngnhững năm 1772 – 1777

Antoine Laurent Lavoisier

(1743 - 1794)

2) Trong phản ứng quang hợp của cây xanh dưới tác dụng của ánh sáng và chất diệp lục(diệp lục tố, chlorophyll):

6nCO2 + 5nH2O → (C6H10O5)n + 6nO2↑

Cứ 264n đơn vị khối lượng khí cacbon dioxit phản ứng với 90n đơn vị khối lượngnước, tạo thành 162n đơn vị khối lượng tinh bột và 192n đơn vị khối lượng oxi, khốilượng chất tham gia phản ứng được bảo toàn

Ví dụ: Đốt cháy hoàn toàn 13,8 gam một hợp chất hữu cơ thu được 26,4 gam CO2 và16,2 gam nước Tính khối lượng và thể tích (đktc) khí oxi đã dùng trong phản ứng trên.

Ví dụ: Nung m gam hỗn hợp rắn gồm có Fe2O3 và Fe với khí CO Sau khi phản ứnghoàn toàn thu được 30,2 gam chất rắn và 22 gam khí CO2 Tính giá trị của m

Ví dụ: Cho 8 gam hỗn hợp gồm Zn, Mg và Al tan hoàn toàn trong dung dịch HCl thuđược 4,48 L khí hidro (điều kiện tiêu chuẩn) Tính khối lượng muối thu được trongdung dịch sau phản ứng

2.5 Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng (1905)

Albert_Einstein(1879 - 1955)

Nội dung định luật: “năng lượng không tự sinh

ra và cũng không tự mất đi, nó chỉ chuyển từ dạng

này sang dạng khác với giá trị tương đương”

2.6 Đương lượng Định luật đương lượng

2.6.1 Định nghĩa đương lượng

Đương lượng của một nguyên tố là phần khối lượng của nguyên tố đó kết hợp với 1mol nguyên tử hidro hoặc với ½ mol nguyên tử oxi

ĐH = 1 ĐO = 8

2.6.2 Định luật đương lượng:

Các chất tham gia phản ứng hóa học theo khối lượng tỉ lệ với đương lượng của chúng

Định luật đương lượng do nhà hoá học Đức Richtơ (J V Richter; 1762 - 1807) đề ravào năm 1792

2.6.3 Công thức tính đương lượng

 Đương lượng của đơn chất:

M : khối lượng phân tử

 Trong phản ứng OXH – khử: n = số e trao đổi;

 Muối: n = tổng điện tích ion dương hoặc tổng điện tích ion âm;

 Axit : n = số ion H+ tham gia phản ứng;

Trong đó :

 M : khối lượng mol phân tử chất tan

 d: khối lượng riêng của dung dịch

 Đ : đương lương gam chất tan

2.6.4 Nồng độ đương lượng

Nồng độ đương lượng (còn gọi là nồng độ nguyên chuẩn), ký hiệu CN, cho biết sốđương lượng gam chất tan có trong một lít dung dịch

Mối liên hệ giữa ba loại nồng:

n’: số đương lượng gam của chất tan.

V: thể tích dung dịch (lit) m: khối lượng chất tan Đ: đương lượng gam của chất tan

Ví dụ: Tính đương lượng của các chất trong các trường hợp sau:

Ví dụ: Khi cho dung dịch NaOH 0,3N tác dụng hết với 30mL dung dịch HCl 0,1N.Thể tích dung dịch NaOH cần lấy để phản ứng hết với dung dịch HCl trên là baonhiêu?

Ví dụ: Trong một loại quặng của sắt với lưu huỳnh; sắt chiếm 46,67% vể khốilượng Tính đương lượng của sắt trong loại quặng trên, biết đương lượng của lưuhuỳnh là 16

2.7 Phương trình trạng thái khí lý tưởng

hay

RTM

m

2.8 Phương trình khí thực

Phương trình khí thực do Van der Van tìm ra năm 1879, có dạng như sau:

Trong đó, a, b là hằng số đối với mỗi khí nhất định, cho thấy đặc điểm của khí thực là

có tương tác và có thể tích riêng

Ví dụ, Tính áp suất của 0,5 mol khí N2có thể tích 6,72 lít ở 250C trong hai trường hợpkhí lý tưởng và khí thực

V b nRT V

2.9 Áp suất riêng phần của chất khí

Áp suất riêng của một chất khí trong một hỗn hợp là áp suất do chất khí đó tạo ra khi

nó chiếm thể tích của toàn bộ hỗn hợp khí trong cùng một điều kiện

 Định luật Dalton: Áp suất của hỗn hợp khí không tương tác hóa học với nhaubằng tổng các áp suất riêng phần của các chất khí tạo nên hỗn hợp





 n

1 i i

P P

Áp suất hơi nước

bão hòa

0 10 20 30 40

0,61 1,23 2,34 4,24 7,37

4,6 9,2 17,5 31,8 55,3

50 60 70 80 100

12,3 19,9 31,2 47,4 101,3

92,5 149 234 355 760

Ví dụ: Trộn 2 lít khí oxi với 3 lít khí nitơ có cùng áp suất 1atm được 5 lít hỗn hợp Tính

áp suất riêng của oxi và của nitơ và áp suất chung của hỗn hợp thu được

Ví dụ: Trộn 3 lít khí CO2 (960mmHg) với 4 lít khí O2 (1080mmHg) và 6 lít khí N2(906mmHg) được 10 lít hỗn hợp mới Tìm áp suất chung của hỗn hợp

3 Tính toán trong hóa học

3.1 Các đơn vị cơ bản trong hệ thống SI:

(SI: Système International d'Unités hoặc The International System of Units)

Đơn vị đo nhiệt độ Độ Celsius hay Kelvin C hay K

3.2 Xác định khối lượng phân tử chất khí

3.2.1 Xác định khối lượng phân tử theo tỷ khối của khí và hơi

D được gọi là tỷ khối của khí A đối với khí B

Đối với hỗn hợp nhiều chất khí D được tính theo khối lượng phân tử trung bình của hỗnhợp

Khi nói tỉ khối hơi của A so với B thì A, B có thể không phải là dạng khí ở điều kiện

M1, M2: phân tử lượng của mỗi khí

x, y, : số mol (hoặc thể tích) tương ứng của mỗi khí

3.2.2 Xác định khối lượng phân tử chất tan bằng áp suất thẩm thấu

 Thẩm thấu là sự chuyển dịch của dung môi từ dung dịch có nồng độ thấp sang dung dịch có nồng độ cao hơn qua màng.

 Áp suất thẩm thấu là lực đẩy của các phân tử dung môi từ dung dịch có nồng độ thấp đến dung dịch có nồng độ cao qua màng.

Bằng thực nghiệm người ta đo được áp suất thẩm thấu của dung dịch thu được khi hòa tan chất tan vào dung môi, từ đó tính được khối lượng phân tử của chất tan theo công thức sau:

3.2.3 Xác định khối lượng phân tử từ phương trình Clapeyron – Mendeleve

3.2.4 Xác định khối lượng phân tử chất tan bằng phương pháp nghiệm sôi

Khi hòa tan một chất vào dung môi thì dung dịch thu được sẽ có nhiệt độ sôi cao hơnnhiệt độ sôi (phi điểm) của dung môi nguyên chất và nhiệt độ đông đặc (băng điểm)thấp hơn nhiệt độ đông đặc của dung môi

m

M  

Δt k.m

3.2.5 Xác định khối lượng phân tử chất tan bằng phương pháp Dulon - Peptit

Là qui tắc thực nghiệm áp dụng để xác định khối lượng nguyên tử gần đúng của cácnguyên tố không tạo nên các hợp chất dễ bay hơi, ví dụ các nguyên tố kim loại

Qui tắc Dulon – Peptit: “Nhiệt dung nguyên tử của đa số đơn chất rắn có giátrị vào khoảng 6,3 (cal-1.K-1.mol-1)”

A: khối lượng nguyên tử kim loạic: nhiệt dung riêng của kim loại (cal)

Ví dụ, Xác định khối lượng nguyên tử của một kim loại có nhiệt dung riêng là 0,093cal/g và đương lượng là 32,7.

Giải:

Khối lượng gần đúng của kim loại đó là:

Hóa trị của kim loại là:

Khối lượng nguyên tử chính xác của kim loại sẽ là: Acx = 32,7.2 = 65,4

67,70,093

6,3c

6,3

A   

2 32,7

67,7