Giáo trình Hóa học - Trường Cao đẳng Y tế Ninh Bình

Mục tiêu của giáo trình là giúp các bạn có thể nắm vững các kiến thức cơ bản về Hóa học Vô cơ và Hữu cơ; Trình bày được các tính chất hóa học và phương pháp điều chế các nguyên tố Hidro, oxi, các kim loại kiềm, kiềm thổ và các nguyên tố nhóm Halogen; Trình bày được tính chất hóa học và phương pháp điều chế các hợp chất hữu cơ: Hidrocacbon, một số hợp chất có nhóm chức, hợp chất cao phân tử và vật liệu Polyme.

GIỚI THIỆU HỌC PHẦN

HÓA HỌC Đối tượng : Cao Đẳng Điều dưỡng chính quy, liên thông

* Số tín chỉ : 02(01/01)

Lên lớp: 14 tiết

Kiểm tra, đánh giá: 02 tiết

* Thời điểm thực hiện: Học kỳ I

MỤC TIÊU HỌC PHẦN:

1 Kiến thức:

- Nắm vững các kiến thức cơ bản về Hóa học Vô cơ và Hữu cơ

- Trình bày được các tính chất hóa học và phương pháp điều chế các nguyên

tố Hidro, oxi, các kim loại kiềm, kiềm thổ và các nguyên tố nhóm Halogen

- Trình bày được tính chất hóa học và phương pháp điều chế các hợp chất hữu cơ: Hidrocacbon, một số hợp chất có nhóm chức, hợp chất cao phân tử và vật liệu Polyme

- Nắm được một số kiến thức cơ bản về Hóa đại cương: Dung dịch, điện hóa học

- Biết được các ứng dụng của môn học đối với ngành học

2 Kỹ năng

- Vận dụng kiến thức đã học để giải một số dạng bài tập Hóa vô cơ

- Viết được công thức phân tử, công thức cấu tạo, đồng phân, gọi tên một số hợp chất hữu cơ cơ bản

ĐÁNH GIÁ

- Hình thức thi: Tự luận

- Thang điểm: 10

Cách tính điểm:

- Điểm TX: 01 bài kiểm tra thường xuyên – Hệ số 1

- Điểm định kỳ: 01 bài kiểm tra định kỳ - Hệ số 2 trọng số 30%

- Thi kết thúc học phần: thi tự luận trọng số 70%

- Công thức tính:

ĐHP = (

3

2) ĐĐK x ÐTX  

) x 30 % + ĐTKTHP x 70%

1

BÀI 1: DUNG DỊCH MỤC TIÊU HỌC TẬP

1 Trình bày một số khái niệm về hệ phân tán và tính chất chung của dung dịch

2 Nêu tính chất của dung dịch chứa chất tan không điện ly, không bay hơi

3 Nêu tính chất của dung dịch chứa chất điện ly

4 Phân biệt khái niệm axít, bazơ và nêu cách tính pH một số dung dịch

NỘI DUNG

1 HỆ PHÂN TÁN

1.1 Khái niệm

Khi làm phân tán những hạt rất nhỏ của một chất vào một chất khác (môi

trường) thì hệ thu được gọi là hệ phân tán

k-r l-r r-r Quan trọng nhất đối với hoá học là hệ phân tán mà môi trường là lỏng độ bền của hệ phân tán phụ thuộc rất nhiều vào kích thước Nếu hạt có kích thước lớn hơn nhiều so với phân tử môi trường thì hệ sẽ không bền, chất phân tán lắng xuống tương đối nhanh khi nó nặng hơn môi trường; hoặc nổi lên trên khi nó nhẹ hơn môi trường

- Các hệ phân tán ít bền gồm các hạt phân tán có kích thước tương đối lớn (10-5 -10-2 cm) được gọi là hệ lơ lửng, hay hệ thô

+ Hệ thô được chia làm 2 loại huyền phù và nhũ tương

Trong huyền phù chất phân tán là rắn/ môi trường là lỏng

Ví dụ: Nước phù sa: huyền phù

Mỡ: Dạng nhũ tương

Cafein: dạng keo

2.1 Quá trình hoà tan, nhiệt hoà tan

Khi cho một chất rắn vào trong nước, chất rắn sẽ tan và sau một thời gian các phân tử của nó sẽ phân bố vào írong toàn bộ thể tích của dung dịch Quá trình hoà tan một chất để hình thành dung dịch trải qua 3 giai đoạn sau:

- Quá trình phá vỡ mạng lưới tinh thể (Quá trình lý học)

Bao gồm sự tách rời nhau của các tiểu phân chất tan để đi vào dung môi Trong phân tử hoặc tinh thể chất tan có những trung tâm điện tích do sự phân cực của các liên kêt hoặc các trọng tâm điện tích do sự phân cực của các phân tử, các phân tử dung môi (H2O) quay các lưỡng cực của mình vào các trung tâm điện tích song các phân tử dung môi chuyển động liên tục, kết quả

là lực tương tác giữa các phân tử chất tan yếu dần đi, đến một lúc nào đó các phân tử chất tan tách khỏi mạng lưới tinh thể Quá trình này tiêu tốn năng lượng (AH1) (vì cần một năng lượng được iấy từ dung môi để tách các tiểu

phân chất tan):

- Quá trình Solvat hóa (Quá trình hoá học)

Đây là quá trình tương tác giữa cấc tiễu phân chất tan với dung môi tạo nên các phân tử solvat, nếu dung môi là nước gọi là sự hydrat hoá Ví dụ: khi hoà tan muối ăn vào nước, sau khi tách khỏi mạng lưới tinh thể, các ion Na+,

Cl sẽ tạo nên các ion solvat như sau:

Na+ + mH2O=Na+.mH2O Các ion hydrat

Cl + nH2O =Cl-.nH2O

3

Các phân tử dung môi bao quanh phần tử hoặc ion chất tan tạo nên lớp vỏ solvat, bề dày lớp nước bao quanh phân tử hoặc ion chất tan là bán kính hidrat Quá trình này giải phóng năng lượng (+∆H2)

Quá trình hình thành dung dịch

Sau khi tách khỏi mạng lưới tinh thể và hình thành các phận tử solvat là quá trình vận chuyển các phân tử này vào sâu trong lòng dung môi và hình thành nên dung dịch Quá trình này tiêu tốn năng lượng (+∆H3)

Vậy theo định luật Hess nhiệt của quá trình hoà tan là:

∆ Ht = ∆H1 + ∆H2 + ∆H3

Vì | ∆H3| rất nhỏ nên: ∆H1 ≈ ∆Hi + ∆H2

+ Đơn vị tính: cal/mol hoặc Kcal/mol

Tuỳ theo giá trị ∆Hi, ∆H2 mà ∆Ht của một chất có thể dương, âm

+ Đa số các chất rắn, lỏng có ∆Ht > 0 (phản ứng thu nhiệt)

+ Còn các chất khí và một ít chất lỏng có ∆Ht <0 (Phản ứng phát nhiệt) + Khi hoà tan vào dung môi có ∆Ht (-) thì làm cho dung môi nóng lên Ngược lại:

+ Ngoài hiệu ứng nhiệt của quá trình hoà tan có thể kèm theo sự thay

đổi thể tích

Ví dụ: Khi hoà tan một lít rượu vào một lít nước dung dịch thu được

1,931 (25°C) nghĩa là thể tích giảm xuống 3,5% Sự giảm thể tích chủ yếu trong trường hợp này là do liên kết giữa các nhóm OH của rượu và nước (liên

kết hydro) bởi sự phá vỡ kiến trúc phân tử của nước

2.2 Độ hòa tan của các chất

2.2.1 Độ tan của một chất

a Khái niệm: Độ hoà tan của một chất tại một nhiệt độ nhất định là nồng độ

của dung dịch bão hòa của chất đó Ký hiệu: S

Người ta quy ước: S> 10: Dễ tan

S < 1: Khó tan

S < 0,01: Coi như không tan

4

Thực tế không có một chất nào là tuyệt đối không tan Độ tan của một chất phụ thuộc vào bản chất của chất tan, bản chất của dung môi, nhiệt độ, áp suất,

b Độ tan của chất rắn

Độ tan của chất rắn hầu hết tăng khi nhiệt độ tăng Độ hoà tan được tính bằng khối lượng chất tan có trong lóo g dung môi Các chất rắn khác nhau thì độ hoà tan của nó phụ thuộc vào nhiệt độ cũng khác nhau

c Độ hoà tan của chất lỏng

- Hầu hết các chất lỏng hoà tan tương hỗ vào nhau

- Hoà tan vô hạn (theo bất cứ tỉ lệ nào) Ví dụ: Hoa-tan Glixerin, rượu vào

H2O

d Độ hoà tan của chất khí và định luật Herry

Khí trên bề mặt chất lỏng € khí hoà tan + ∆H “ở nhiệt độ không đổi,khối lượng chất khí hoà tan vào một thể tích chất lỏng xác định tỷ lệ thuận với

áp suất của nó trên dung dịch”

M = k.P

k: hệ số tỷ lệ, phụ thuộc vào bản chất của chất khí và bản chất của dung môi

2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới độ tan của một chất

- Bản chất chất tan và bản chất dung môi

Người ta đã tìm ra quy luật về sự hoà tan các chất vào nhau như sau: Các chất

có xu hướng tan nhiều trong chất lỏng giống với chúng Tức là:

+ Chất phân cực dễ hoà tan trong dung môi phân cực

Ví dụ: Đường, muối, axít dễ tan trong H2O

+ Chất không phân cực dễ hoà tan trong dung môi không phân cực

Ví dụ: Mỡ, benzen tan nhiều trong dầu

- ảnh hưởng của nhiệt độ

Thường độ tan của các chất tăng theo nhiệt độ

2.2.2 Dung dịch bão hòa, chưa bão hoà, quá bão hoà

Trạng thái quá bão hoà có thể tồn tại hàng năm nên cũng là trạng thái cân bằng nhưng là cân bằng giả (∆G > 0) Cân bằng náy bị phá vỡ dễ dàng nếu bỏ vào dung dịch này một tinh thể chất tan hay một chất khác đồng hình với chất tan hoặc khi dùng đũa thuỷ tinh cọ vào thành bình chứa lúc đó lượng dư của chất tan sẽ két tinh (dung dịch trở về dạng cân bằng thật) Hiện tượng bão hoà được

giải thích là do trong dung dịch khó xuất hịện các trung tâm kết tinh lúc đầu

3 NỒNG ĐỘ CỦA DUNG DỊCH

3.1 Khái niệm

Nồng độ của dụng dịch là lượng chất tan có trong một thể tích xác định

của dung môi hoặc của dung dịch

3.2 Các cách biểu diễn nồng độ của dung dịch

3.2.1 Nồng độ phần trăm (C%)

- Khái niệm: Nồng độ phần trăm theo khối lượng được tính bằng số g

chất tan có trong 100 g dung dịch

- Khái niệm: nồng độ đương lượng được tính bằng số đương lượng gam

chất tan có trong một lít dung dịch

- Biểu thức: C N = 𝐦𝐜𝐭

Đ.𝐕𝐝𝐝 (3)

Ví dụ: HCl 0.1N có nghĩa là trong một lít dung dịch có 0,1 đương lượng gam

HCl hay 0.365 (g) HCl

3.2.4 Nồng độ phần mol (nồng độ phân số mol)

- Khái niệm: Nồng độ phần mol là tỷ số của số mol chất tan hay dung môi và tổng số mol chất tan và dung môi có trong dung dịch Hay được xác

định bằng số mol chất tan (hoặc dung môi) có trong một mol dung dịch

Biểu thức: Ni= ni/∑ni = ni/n (4)

Trong đó n là tổng số mol của dung môi và chất tan

Nồng độ phân số mol của dung môi và chất tan

Nồng độ phân số mol của dung môi: Na = na/na+nb

Nồng độ phân số mol của chất tan: Nb = nb/na+nb

Khi đó: Na+Nb = 1 (5)

3.2 Nồng độ molan

- Khái niệm: Nồng độ molan được biểu thị bằng số mol chât tan có trong 1000g dung môi

7

-Biểu thức: C= 𝑛𝑐𝑡

𝑚 𝐻2𝑂 1000(6)

3.3 Mối liên hệ giữa các loại nồng độ

3.3.1 Khối lượng riêng

- Khái niệm

Muốn chuyển từ nồng độ khối lượng sang nồng độ thể tích hoặc ngược lại thì

ta cần biết khối lượng riêng của dung dịch

- Khối lượng riêng (d) của 1 dung dịch là khối lượng 1 (1) dung dịch tính theo kg hay khối lượng 1 ml dung dịch tính theo (g)

Vậy nồng độ đương lượng lớn gấp z lần nồng độ mo1(CM)

Ví dụ: Hoà tan 13,32g CaCl2 vào 500g H20 thu được dung dịch có khối lượng riêng bằng 1,02679 g/ml Tính C%, CM; CN; Ni, C của dung dịch?

Giải:

Ta có: mdd= 500 + 13,32 = 513,3 (g) :

+ C% = 13.32 100/315.32 = 2,6%

Số mol dung môi nước: nH2O = n1 = 500:18 = 27,8 (mol)

Số mol chất tan: nCaCl2 = n2 = 13,32 : 111 = 0,12 (mol)

Số lít dung dịch: Vdd = V = 513,32 : 1,0267 = 500 ml = 0,5 (lít)

+CM =0,12:0,05=0,24M

Số đương lượng của CaCl2 theo đầu bài: 3=13,32 : 55,5 = 0,24

+ CN = 0,24/0,5 = 0,48 N hay CN =2.0,24 = 0,48 (N)

chất cho nên dung dịch loãng gần với dung địch lý tưởng

1 Áp suất hơi bão hòa của dung dịch

1.1 Khái niệm

- Ta xét dung môi là chất lỏng có thể bay hơi được cho vào một bình kín thì khi chuyển động nhiệt sẽ có một số phân tử ở bề mặt dung dịch có động năng lớn sẽ tách khỏi bề mặt dung dịch và chuyển thành thể hơi Đồng thời các phân tử hơi này luôn luôn chuyển động và va chạm vào bề mặt chất lỏng

và có một số phân tử có thể ngưng tụ và trở lại trạng thái ban đầu Khi hai quá trình này đạt vận tốc bằng nhau ta có cân bằng: lỏng hơi + H (∆H > 0): Thu

nhiệt Hơi nằm cân bằng với lỏng gọi là hơi bão hoà

- Áp suất do hơi bão hoà gây ra gọi là áp suất hơi bão hoà (Phbh)

1.2 Độ giảm áp suất hơi bão hòa

Qua hình trên sự giảm áp suất hơi bão hoà là do: Tại bề mặt thoáng của dung môi chỉ gồm các phân tử dung môi Còn tại mặt thoáng của dung dịch

gồm cả các phân tử dung môi và phân tử chất tan

Vậy trong cùng một đơn vị thời gian, ở một nhiệt độ nhất định, số phân tử bay hơi từ dung môi lớn hơn số phân tử bay hơi từ dung dịch Vậy Phbh củạ dung môi lớn hơn Phbh của dung dịch Đây là nguyên nhân gây ra sự giảm Phbh của

đung môi trên dung dịch

Kí hiệu: áp suất hơi bão hoà của dung môi nguyên chất: P0

áp suất hơi bão hoà của dung môi trong dung dịch:P

Ta có: Độ giảm tuyệt đối Phbh của dung dịch là: ∆P = P0 - P

Trong đó: n1 là số mol dung môi trong dung dịch

n2: là số mol chất tan trong dung dịch

= N2 (1)

P0(1) là biểu thức của định luật Raoult 1

Nếu dung dich loãng n2 ≈ n1 Khi đó

∆P n2 m

P0 n1 n1.M

m: Khối lượng chất hoà tan có trong n1 mol dung môi

M: Khối lượng phân tử chất tan

- Nội dung định luật:

Độ giảm Phbh tương đối của dung dịch loãng chứa chất tan không bay hơi không điện ly tỷ lệ với số mol của chất tan có trong một lượng dung môi xác định

1.4 Ứng dụng:

Nếu đo được Phbh của dung dịch ta có thể xác định được khối lượng phân tử của chất tan Sự giảm Phbh dẫn đến kết quả trực tiếp là làm tăng nhiệt độ sôi và giảm nhiệt độ hoá rắn của dung dịch so với dung môi nguyên chất

2 Nhiệt độ sôi và nhiệt độ đông đặc của dung dịch

2.1 Khái niệm

a Nhiệt độ sôi

- Nhiệt độ sôi của một chất lỏng, là nhiệt độ tại đó áp suất hơi bão hoà

của nó bằng áp suất khí quyển

Ví dụ: Đối với H2O sự phụ thuộc vào nhiệt độ sôi vào áp suất bên ngoài như sau:

- Vậy ở 100°c Phbh (H2O) = 760 (mmHg) Nếu p bên ngoài = 760 mm Hg nước sôi

- Nhưng cũng ở 1000C nếu Phbh < 760 mmHg nước chưa sôi Muốn cho

Phbh = 760 (mmHg) -> phải tăng nhiệt độ Muốn tăng nhiệt độ phải có dung dịch

Vậy: Dung dịch sôi ở nhiệt độ cao hơn so với dung môi nguyên chất

- Gọi nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất, nhiệt độ sôi của dung dịch lần lượt là t°s, ts

Ta có : ts > t°s

b, Nhiệt độ đông đặc

- Dung dịch sẽ đông đặc khi Phbh của dung dịch nhỏ hơn Phbh của dung môi nguyên chất và nhiệt độ đông đặc của dung dịch luôn luôn thấp hơn so với dung môi nguyên chất

- Gọi nhiệt độ đông đặc của dung môi nguyên chất, nhiệt độ đông đặc

của dung dịch lần lượt là t°đ, tđ

Ta có: t°đ > tđ

2.2 Định luật Raoult 2

- Nếu gọi: ∆ts = ts - t°s : là độ tăng nhiệt độ sôi của dung dịch

∆tđ= t°đ - tđ : là độ giảm nhiệt độ đông đặc của dung dịch

C : là nồng độ molan của dung dịch

Ta có: ∆ts - Ks C = ks.𝒏

𝑴 (2)

(2) và (3) là các biểu thức của định luật Raoult 2

- Nội dung định luật:

Độ giảm nhiệt độ đông đặc và độ tăng nhiệt độ sôi cửa dung địch loãng chứa chất tan không bay hơi, không điện ly tỷ lệ với lượng chất tan có trong một

lượng dung môi xác định

2.3 Quá trình sôi và quá trình đông đặc của dung dịch

- Quá trình sôi của dung dịch: Trong khi sôi chỉ có dung môi bay hơi mà chất tan khộng bay hơi do đó nồng độ của dung dịch tăng dần Muốn cho dung địch sôi thì phải tăng nhiệt độ dần, nhưng nhiệt độ sôi của dung dịch không tăng mãi Khi dung dịch đạt bão hoà bắt đầu tách ra tinh thể chất tan thì nhiệt

độ sôi của đung dịch không tăng nữa cho tới khi dung môi bay hơi hết

- Quá trình đông đặc của dung dịch: Khi dung dịch đông đặc thì dung môi kết tinh trước làm cho nồng độ dung dịch tăng lên và nhiệt độ đông đặc của dung dịch giảm xuống Tuy nhiên nhiệt độ đông đặc không giảm mãi Khi dung dịch bão hoà thì đồng thời với sự xuất hiện của các tinh thể dung môi có sự kết tinh của tinh thể chất tan Nhiệt độ đông đặc không giảm nữa

cho tới khỉ tất cả các dung dịch đông đặc thành một khối

2.4 Ứng dụng

Đo nhiệt độ sôi và nhiệt độ đông đặc của đung dịch có thể xác định được khối

lượng của chất tan

3 Áp suất thẩm thấu

3.1 Sự thẩm thấu

Ta quan sát thí nghiệm sau:

Trong một ống hình chữ U có khoá ở giữa Đổ mực

xanh vào ống A Đổ nước vào nhánh B Sau đó mở khoá,

sau một thời gian t ta thấy dung dịch ở cả hai

Nước Mực

12

nhánh đều có cùng một màu xanh nhưng màu xanh

nhạt hơn màu xanh lúc ban đầu ở A Điều này chứng tỏ rằng các phân tử mực

đã khuyếch tán từ nhánh A sang B Đồng thời các phân tử nước cũng nhánh

Nếu ta ngăn 2 dung dịch trên bằng một màng ngăn, màng này cho các phân tử dung môi đi qua không cho phân tử chất tan đi qua thì màng đó được gọi là màng bán thẩm

Hiện tượng các dung môi đi qua màng bán thẩm gọi là sự thẩm thấu

3.2 Áp suất thẩm thấu

Ta xét thí nghiệm:

Bình A đựng dung dịch muối, nhúng vào cốc nước

B, máng bán thẩm C Sau một thời gian thấy dung dịch

trong ống A dâng cao đến thời gian thấy dung dịch trong

ống A dâng cao đến h thì dừng lại chiều cao h này không phụ thuộc vào hình dạng bình A mà chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ của chất hoà tan Ta giải thích hiện tượng này như sau:

Như ta đã biết 2 dung dịch có nồng độ khác nhau khi tiếp xúc với nhau

sẽ xảy ra sự san bằng nồng độ Các phân tử chất tan của dung dịch có nồng độ lớn hơn đi vào dung dịch có nồng độ nhỏ hơn còn các phân tố dung môi lại đi

từ dung môi có nồng độ loãng hơn vào dung dịch có nồng độ lớn hơn

Nhưng các phân tử chất tan ở A không đi qua được màng bán thẩm Ngược lại các phân tử dung môi ở B đi qua được màng bán thẩm vào A làm cho thể tích dung dịch A tăng do đó cột dung dịch A tăng lên, và các phân tử dung môi ở A cũng qua được màng thẩm vào B nhưng ít hơn

13

Khi chiều cao A đạt tới một giới hạn nào đó sẽ gây ra áp suất thuỷ tĩnh đủ lớn để làm cho số phân tử dung môi từ A —> B bằng từ B —> A trong một đơn

vị thời gian thì sự thẩm thấu sẽ dừng, lại và cột h không dâng lên nữa

Tính chất thẩm thấu của dung dịch được đặc trưng bằng một đại lượng gọi là áp suất thẩm thấu

Vậy: Lực cần tác dụng lên lcm2 màng bán thẩm để ngăn cản không cho dung môi đi qua nó nghĩa là làm cho hiện tượng thẩm thấu ngừng lại được gọi

là áp suất thẩm thấu

3.3 Đinh luật Van Hop (Van't Hoff)

- Khi nghiên cứu về áp suất thẩm thấu của dung dịch loãng người ta thấy

áp suất thẩm thấu không phụ thuộc vào bản chất tan mà tỷ lệ với nồng độ của dung dịch và nhiệt độ tuyệt đối (T)

Ta có: 𝜋 =CRT(4) Trong đó: 𝜋 là áp suất thẩm thấu

C là nông độ mol của chất tan có trong dung dịch (c = 𝑛

𝑣)

Ta thấy: 𝜋 V = nRT giống phương trình khí lý tưởng (4) là biểu thức của định luật Van Hop

- Nội dung định luật:

Nhà hoá lý người Hà Lan Van Hop (1887) phát biểu thành định luật mang tên ông:

Áp suất thẩm thấu trong dung dịch loãng bằng áp suất khí của chất đó nếu như ở

trạng thái khí và ở cùng nhiệt độ nó chiếm cùng một thể tích như dung dịch

3.4 Ý nghĩa của hiện tượng thẩm thấu

Hiện tượng thẩm thấu có ý nghĩa rất lớn đối với khoa học thực nghiệm

và đối với tự nhiên

Cấu tạo tế bào động thực vật tuy khác nhau Song màng tế bào của chúng đóng vai trò như một màng bán thẩm thấu, nước dễ dàng thấm qua, nhưng các chất tan trong dịch tế bào hầu như không thấm qua Vì đó là bộ rễ cây xanh mới hấp thụ

được nước, cơ thể động vật mới chuyển được nước vào tế bào

VD: Hạt giống ngâm nước trương lên, phơi khô teo đi

14

+ Áp suất thẩm thấu làm cho tế bào cơ thể sinh vật có độ bền cơ học xác định + Áp suất thẩm thấu của môi trường cũng phải phù hợp cho từng sinh vật

VD: Đất mặn làm cho Ptt cao —> làm cho cây bị héo

Nước ngọt làm cho Ptt nhỏ —> không phù hợp với cá nước mặn

- Tương tự như vậy khi ngã xuống nước ngọt —> mí mắt cay đau, nhưng xuống nước biển thì không do nồng độ của muối trong nước biển gần bằng

nồng đệ của muối trong tế bào giác mạc

- Trong y học người ta ứng dụng hiện tượng thẩm thấu để truyền huyết

thanh hoặc chất bồi dưỡng trợ sức cho cơ thể

Ví dụ 1: Hoà tan 2,76 glixerol vào 200 g H2O, nhiệt độ hoá rắn của dung dịch giảm xuống 0,297°c Hằng số nghiệm lạnh của nước là 1,86 Tính

khối lượng phân tử của glycerin

Giải: Số gam glycerin có trong 1000 g H2O là:

Ví dụ 2: Hoà.tan 17,1 g Sacaroza (C12H22O11) vào 250g nước thu được

một dung dịch có khối lượng riêng là 1,068 g/ml (25°C)

1 Tính Phbh của dung dịch ở 25°C Biết rằng Phbh của H2O ở 25°C =

V TÍNH CHẤT CỦA DUNG DỊCH ĐIỆN LY

1 Tính bất thường của dung địch đỉện ly, kệ số VANHOP

Khi xác định độ giảm Phbh, độ tăng nhiệt độ sô (ATs) độ hạ nhiệt độ đông đặc (∆Tđ), và áp suất thẩm thấu (𝜋) của một số dung dịch axít, bazơ, muốiv người ta thấy các giá trị thực nghiệm Phbh, ∆t's, ∆t'đ, 𝜋 luôn lớn hơn các giá trị tính theo định luật Van - Hop và các khí nồng độ càng loãng thì tỉ

số các đại lượng tương ứng đó dẫn tới các số nguyên Vì vậy Van - Hop bổ sung thêm hệ số điều chỉnh (hệ số Van - hop)

∆P’ ∆’ts ∆’tđ 𝜋′

∆P’ ∆’ts ∆’tđ 𝜋

Trong đó: ∆P’, ∆’ts, ∆’tđ, 𝜋′ : Giá trị xác định từ thực nghiệm

∆P’, ∆’ts, ∆’tđ, 𝜋 : Giá trị tính theo lý thuyết

I: Chỉ phụ thuộc vào bản chất của chất điện ly và dung môi

Đối với dung dịch loãng của dung dịch chất không điện ly I = 1

16

Đối với dung dịch loãng của axít, bazơ, muối, i>1

* Tại sao có sự sai lệch đó: Vì dung dịch chứa chất tan điện ly có tổng số các tiểu phân bằng tổng số các phân tử chia phân ly thành các ion cộng với tổng các ion đã được phân ly ra, lớn hơn tổng các tiểu phân của dung dịch không điện ly (chỉ gồm các phân tử ban đầu)

2 Khái niệm về chất điện ly mạnh, chất điện ly yếu

- Chất điện ly mạnh là những chất điện ly gần như hoàn toàn trong dung dịch tạo thành các ion Như: muối, axít, bơzơ

- Chất điện ly yếu: là những chất chỉ điện ly một phần trong dung dịch như các axít, bơzơ yếu và các muối ít tan

* Quan hệ giữa độ điện ly α và hệ số Van - Hop i

- Nếu hoà tan N phần tử chất tan vào 1 thể tích nước nào đó

α: là độ điện ly của chất tan ở nồng độ đó

Q: Số ion do 1 phân tử phân ly ra Vậỵ:

- Số phân tử điện ly là: Nα

- Số phân tử không bị điện ly là: N - Nα

- Số ion có trong dung dịch: q N α

- Số tiểu phân có trong dung dịch (ion và phân tử): q.N α + N - N α = N'

N' = (q α +l- α)N

N’ (q α + 1- α)N

-> i = = =(q α+ 1 – α)

thẩm thấu của dung dịch trên ở 25°C

Biết αCaCl2 = 0,7, áp suất hơi bão hoà của H2O nhỏ nhất ở 25°C là

6 Cân bằng hóa học trong dung địch điện ly

6.1 Nước và sự điện ly của nước

- Nước nguyên chất điện ly ra H+ và OH- nhưng rất yếu

19

1000

CH2O = = 55,56M

18

Vì sự điện ly của nước rất yếu cho nên CH2O ở TT cân bằng rất gần với

giá trị ban đầu Ta có thể xem nồng độ của nước là 1 hằng số Vậy:

cũng có giá trị bằng nhau

Từ (L).ta dễ dàng thấy rằng trong nước nguyên chất thì:

[H+] = [OH-] = Knc = √𝟏𝟎−𝟏𝟒 = l0-14 = iong/1 ta nói nước nguyên chất là môi

trường trung tính

- Môi trường là axít thì: [H+] > [OH-] -> [H+] > 10-7 -> [OH-] < 10-7

- Môi trường là bazơ thì: [H+] > [OH-] -> [H+] < 10-7

- Để tiện sử dụng người ta sử dụng thang pH đặt 1 ꞉ 14

pH = -1g [H+]

Khi đó nếu môi trường trung tính pH = 7, axít pH < 7, bazơ pH > 7

6.2 Khái niệm về axíty bazơ

a Thuyết Azêniuyt: Thuyết này chỉ áp dụng cho các chất điện ly trong

dung môi là nước: nội dung

- axít là những chất cho H+ (prôton) hay H3O+

- Bazơ là những chất cho ion hyđroxyl (OH- )

Thuyết này chỉ áp dụng cho dung môi là nước không áp dụng cho các dung môi khác Mặt khác có nhiều phản ứng tạo ra muối giống như phản ứng trung hoà nhưng trong đó không có sự tham gia H+ và OH-

VD: NH3(K) + HCl(K) = NH4Cl(r)

Với H2O tinh khiết theo quan điểm của Azêniuyt vừa là axít, vừa bazơ Khí

20

HCl khi tan trong benzen mặc dù không phân ly nhưng vẫn làm đổi mà chất chỉ thị Những trường hợp trên thuyết Azeniuyt không giải thích được Như

vậy cần có một lý thuyết chung hơn nữa về axít, bazơ

b Thuyết axít, bazơ của Bronxtet (Đan Mạch) và Laury (Anh) đưa ra 1923

- Axít là chất cho proton

- Bazơ là chất (phân tử, ion) nhận proton

Khi cho proton thì axít —> bazơ

Khi cho proton thì bazơ —> axít

Như vậy mỗi axít tương ứng một bazơ liên hợp với nó và ngược lại

Dung dịch đệm: là dung dịch có pH không thay đổi hoặc thay đổi không đáng

kể khi thêm 1 ít axít hoặc bazơ vào hỗn hợp đó

Theo quan điểm axít - bazơ của Brosted thì thành phần của dung dịch đệm là: axít yếu và muối của nó Hoặc bazơ yếu và muối của nó

Ví dụ: Đệm amoni NH4Cl + NH4OH; CH3COOH + CH3COONa

HCOOH + HCOOK; H2CO3 + NaHCO3

pH đệm = pKa + lg 𝑪𝒃

𝑪𝒂 ; Cb = Cm Một số ví dụ về tính pH

21

Ví dụ 1: xác định pH; pOH và hãy cho biết tính chất của môi trường trong

binh A có [H+] = 10-3 ion g/1, trong bình B có [H+] = 2.10-8 ion g/1

Giải

a [H+] = 10-3 pH = -1g [H+] = -lg10-3 = 3 → pOH = 14 - pH = 14 - 3 = 11

Môi trường là axít

b [H+] = 2.10-8 → pH = 7,69 = 7,7 → pOH = 14 - 7,7 = 6,3

Môi trường là bazơ yếu

Ví dụ 2: Để dung dịch có pH = 4 cần phải thêm bao nhiêu ml axít HC1 0,1M

và 1 lít nước có pH = 6,5?

Giải

Dung dịch có pH = 6,5 pH = -lg[H+] = 6,5 → [H+] = 3,16.10-7 ion g/1

Giả sử thêm V(l) HCl 0,1M vào 1 lít nước → pH = 4 → [H+] = 10-4

Tổng số mili đương lượng g của ion H+ khi nước ở giá trị pH = 6,5

phân trong công nghiệp nông nghiệp, y học

Ví dụ: pH của đất cho phép trồng trọt được pH = 3,5 : 8,5

+ Máu người có pH = 7,3 : 7,4 (hơi kiềm)

+ Động vật có vú khác pH = 7,2 : 7,5

Nếu cơ thể người không giải được pH trên mà pH = 6,7 → đông máu và

pH được xác định là cần thiết cho quá trình trao đổi chất, pH thay đổi thì cấu tạo của chất nguyên sinh cũng thay đổi Hơn nữa sự trao đổi chất trong cơ thể

động thực vật lại có liên hệ mật thiết tới hoạt động của men

6.5 Khái niệm về sự thuỷ phân

22

Phản ứng thuỷ phân là phản ứng giữa cation và anion của muối với phân tử

nước tạo thành axít, bazơ Kết quả của phản ứng làm cho pH môi trường thay đổi

Ví dụ: NH4Cl + H2O → NH4OH + HCl

Những muối thuỷ phân được là: Muối tạo bởi axít mạnh và bazơ yếu,

muối tạo bởi axít yếu và bazơ mạnh, muối tạo bởi axít yếu và baza yếu

Một số phản ứng thuỷ phân của muối: CH3COONa, NH4Cl

CÂU HỎI LƯỢNG GIÁ

1 Định nghĩa hệ phân tán, huyền phù, nhũ tương, dung dịch keo, dung dịch

thật Cho ví dụ

2 Đương lượng của một nguyên tốs của một hợp chất là gì? Cách tính đương lượng của một nguyên tố và của một hợp chất Phân biệt đương lượng và khối

lượng mol đương lượng Lấy ví dụ minh hoạ cho các trường hợp đã nêu

3 Phát biểu định luật đương lượng và cho ví dụ minh hoạ

4 Định nghĩa nồng độ phần trăm, nồng độ mol, nồng độ mo lan, nồng độ mol

đương lượng, nồng độ phần mol Lấy ví dụ minh hòạ

5 Nhiệt hoà tan, độ hoà tan của một chất là gì? Cho ví dụ Các yếu tố ảnh

hưởng đến độ tan của một chất trong nước Giải thích

6 Nêu các định nghĩa: dung dịch bão hoà, dung dịch quá bão hoà, dung dịch lý tưởng

7 Giải thích tại sao áp suất hơi của dung dịch chứa chất hoà tan không bay

hơi lại bé hơn so với áp suất hơi của dung môi nguyên chất ở cùng nhiệt độ?

8 Thế nào là nhiệt độ sôi, nhiệt độ đông đặc của chất lỏng? Sự khác nhau về nhiệt độ sôi, nhiệt độ đông đặc giữa dung môi và dung dịch của chất hoà tan không bay hơi ở những điểm nào? Giải thích?

9 Định nghĩa sự thẩm thấu, áp xuất thẩm thấu?

10 Cho biết các định nghĩa sau: chất điện ly, chất điện ly mạnh, yếu, độ điện

ly a; hằng số điện ly K; hằng số điện li của axít Ka, hằng số điện ly của bazoe Kb; tích số ion của nước; pH; môi trường trung tính, axít, kiềm, axít - bazơ theo Bronsted, cặp axít - bazơ liên hợp

11 Phương trình điện li của chất điện ly mạnh và yếu khác nhau ở chỗ nào?

23

Tại sao nói rằng có thể áp dụng mọi định luật về cân bằng hoá học và sự chuyển dịch cân bằng cho phản ứng điện ly của chất điện ly yếu và phản ứng hòa tan chất điện ly ít tan? Minh hoạ bằng ví dụ cụ thể

12 Kể một số tính chất bất thường của dung dịch chất điện ly so với dung dịch chất không điện ly Giải thích

13 Hãy viết chữ Đ cho câu đúng, chữ S cho câu sai vào cột trả lời từ câu 1 đến 12

1 Dung dịch là hỗn hợp đồng nhất của dung môi yà chất tan

2 Chất vô cơ thường gặp là chất tan gồm có axit, bazơ và muối

3 Nhiệt của quá trình hoà tan một chất để hình thành dung dịch

là nhiệt lượng toả ra hay thu vào trong quá trình đó

4 Độ tan của một chất phụ thuộc vào bản chất của chất tan,

dung môi và nhiệt độ

5 Nồng độ của dung dịch là lượng chất tan có trong một 1ượng

thể tích chính xác của dung môi hoặc dung dịch

6 Nhiệt độ sôi là nhiệt độ tại đó chất lỏng chuyển pha từ lỏng

sang hơi Trong suốt quá trình sôi nhiệt độ không đổi

7 Số tiểu phân trong dung dịch điện ly nhiều hơn rất nhiều so

vối số tiểu phân có trong dung dịch không điện li

8 Chất điện ly mạnh là những chất trong dung dịch điện ly

gần như hoàn toàn thành các ion

9 Độ điện ly cho biết khả năng phân ly thành các ion của của

dung dịch chất điện ly

10 Tích số ion của nước có giá trị như nhau tại nhiệt độ khác

nhau

11 Axit là chất có khả năng nhận proton

12 pH dùng để xác định độ mạnh yếu của một dung dịch axit

2 Trình bày phương trình Nemst và ứng dụng phương trình Nernst

3 Viết được sơ đồ pin điện hóa

NỘI DUNG

1 PHẢN ỨNG OXI HOÁ - KHỬ

1.1 Khái niệm phản ứng oxi hóa - khử

- Định nghĩa: Phản ứng oxi hoá khử là phản ứng trong đó nguyên tử

(hoặc ion này) nhường e cho nguyên tử hoặc ion khác

- Ngoài ra còn có một số định nghĩa khảc:

+ Phản ứng oxi hoá - khử là phản ứng có sự nhường hoặc nhận electron

+ Phản ứng oxi hoá - khử là phản ứng có sự thay đổi số oxi hoá

+ Chất nhận e là chất oxi hoá, đồng thời nó bị khử

+ Quá trình oxi hoá và quá trình khử luôn diễn ra đồng thời Tổng biến thiên

về số oxi hoá luôn bằng không

1.2 Cặp oxi hóa khử

- Trong 1 phản ứng oxi hoá khử bao giờ cũng có hai quá trình song song xảy

ra đó là quá trình oxi hoá và quá trình khử

- Chất oxi hoá và chất khử của cùng một nguyên tố hợp thành một cặp oxi hoá

- khử hay một hệ oxi hoá khử, kí hiệu: ox/kh

Ví dụ: MnO-4 + 5Fe2+ + 8H+ → 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O Ta có cặp oxi hoá khử:

Trong ví dụ trên ta thấy:

+ Các ion Cu2+, Zn2+ có khả năng nhận e gọi là dạng oxi hoá

Ký hiệu: [ox]: nồng độ dạng oxi hoá ở cân bằng

+ Còn Cu, Zn có khả năng nhường e gọi là dạng khử

Kí hiệu: [kh]: Nồng độ cân bằng của dạng khử

- Ta dễ dàng nhận thấy trong một cặp oxi hoá khử dạng oxi hoá càng dễ nhận electron (chất oxi mạnh) thì dạng khử càng khó cho e (tức là chất khử càng yếu) và ngược lại

Ví dụ:

Zn2+/Zn: Zn ỉà chất khử mạnh -> Zn2++: chất 0X1 hoá yếu

Cu2+/Cu: Cu là chất khử yếu -> Cu2++ : chất oxi hoá mạnh

- Như vậy ta thấy phản ứng trên xảy ra theo chiều từ chất oxi hoá mạnh tác dụng chất khử mạnh để tạo chất khử và chất oxi hoá yếu hơn Đây là điều kiện xảy ra phản ứng oxi hoá khử

- Nếu có 2 cặp oxi hoá khử là:

OX1/kh1: OX1 + ne = kh1 OX2/M12: 0X1 + ne = kh2Giả sử Ox1 > Ox2, Kh2 > Kh1 -> thì phản ứng xảy ra theo chiều:

Ox1 + Kh2 = Ox2 + Kh1Vậy muốn xác định được chiều của phản ứng ta phải biết được độ

2.1 Khái niệm thế điện cực

- Khi ta nhúng một thanh kim loại vào dung dịch muôi của chính kim

loại đó thì sẽ xảy ra một hiện tượng là giữa bề mặt của thanh kim loại đó

xuất hiện một lớp điện kép, nguyên nhân là do sự chênh lệch về hiệu điện thế giữa bề mặt của thanh kim loại và lớp dung dịch tiếp xúc với thanh kim loại Kim loại nhúng trong dung dịch muối của nó được gọi là một điện cực,

sự chênh lệch thế hiệu giữa kim loại và dung dịch gọi là thế điện cực

- Vậy thế điện cực (thế khử hoặc thế oxỉ hoá khử) là đại lượng đặc trưng cho cường độ của một cặp oxi hoá khử Ký hiệu: E, đơn vị (v)

- Thế điện cực chuẩn là thế điện cực được đo ở điều kiện chuẩn, tại đó áp suất p=latm, nhiệt độ t=250C, nồng độ các chất IM Ký hiệu: E°

- Dãy điện hoá (dãy hoạt động hoá học của kim loại)

Trong dãy hoạt động hoá học kim loại, các kim loại được sắp xếp theo chiều tăng dần của thế điện cực chuẩn

Trong dãy điện hoá, đi từ trái sang phải tính khử của kim loại giảm dần đồng thời tính oxi hoá của cation kim loại tương ứng tăng dần

2.2 Phương trình nernst (necto)

- Đây là phương trình dùng để tính thế điện cực cho một điện cực bất kỳ dựa vào íhể điện cực tiêu chuẩn của một cặp oxi hoá khử trong điều kiện tiêu chuẩn

- Phương trình Nenrst (Nectơ) đi từ biểu thức tính biến thiên thế đẳng áp

∆G = ∆G° + RTlnK (1) (thường là Kc) Trong đó: ∆G = -nFE

F: Hằng số Farađây (F = 96.500°C) E: Thế điện cực của kim loại

dạng oxi hoá của cặp oxi - khử đó

2.3 Chiều phản ứng oxi hóa khử

- Giả sử có 2 cặp oxi hoá khử (phản ứng tổng quát hệ 2 cặp oxi hoá khử

liên

- Nếu El > E2 → ∆G < 0 —> phản ứng chiều trái  phải

28

- Nếu El < E2 → ∆G > 0 —> phản ứng chiều trái  phải

Kết luận: Vậy khi có 2 cặp oxi hoá khử (có thể khử E1, E2) phản ứng xảy ra theo nhiều là dạng OX1 hoá của cặp có thế điện cực lớn hơn (E1) và dạng khử của cặp có thế điện cực nhỏ hơn (E2)

Ví dụ: Chứng minh rằng các kết luận có thể khử âm ở điều kiện tiêu chuẩn có

thể đẩy được hydrô ra khỏi dung dịch axít Biết 𝐄𝐇+ /𝐇

3.2 Cấu tạo của pin

Xét cấu tạo pin Zn - Cu (Pin Ganvani hay pin điện hoá) như hình vẽ:

29

+ Thanh Cu nhúng trong dung dịch muối đồng (CuSO4M)

—> đây được gọi là một điện cực

+ Thanh Zn nhúng trong dung dịch muối kẽm (ZnSO4M)

—> đây cũng là một điện cực

+ Nối 2 điện cực bằng một dây dẫn điện và qua một điện kế

+ Giữa hai điện cực có một "cầu muối" - là một ổng thuỷ tinh hình chữ

U, chứa đầy dung dịch bão hoà của một chất điện ly nào đó (KC1, KNO3, NH4NO3, )

- Cực Cu (+) có quá trình Cu2+ + 2e =Cu

- Với pin Zn- Cu, thì cực Cu có thế cao hơn do đó e chuyển từ thanh Zn

+ Cực âm: Xảy quá trình oxi hoá + Cực dương: Xảy ra quá trình khử

+ Khi kim loại nhúng trong dung dịch muối của nó thì kim loại vừa đóng vai

trò là dạng khử vừa đóng vai trò là vật dẫn

+ Còn khi điện cực tạo bởi cặp oxi hoá khử mà dạng oxi hoá và 'dạng khử đều

là những ion trong dung dịch (Fe3+/Fe2+, Mn04/Mn2+ ) hay thể khí hoặc thể lỏng (2H7H2, EỊ2/2CI', Hg2+/Mg, ) thì người ta phải dùng một vật trơ làm

vật dẫn (Pt, C (Graphit))

3.4 Ký hiệu của pin

+ Bề mặt phân chia 2 pha: │

Ví dụ: Cu │ CuSO4

+ Nếu 2 dung dịch không tiếp xúc trực tiếp nhau:││

+ Nếu 2 dung dịch tiếp xúc bằng màng ngăn:

+ Thường kí hiệu cực (-) bên trái và cực (+) bên phải

31

Trong đó: E(+):Thế điện cực của cực dương

E(-): Thế điện cực của cực âm

Một cách tổng quá, nếu phản ứng xảy ra trong pin như sau:

= 0,34 - (- 0,77) - 𝟎,𝟎𝟓𝟗

2 lg 0,01

0,1 = 1,11 + 0,0295 = 1,1395 (v) Nếu [Cu2+]=[Zn2+] = 1(M) Thì Epin = E°pin = l,l (v)

3.6 Hằng số cân bằng pin

Kpin= 10

nEpin00,059 Trong đó: E0

pin = E0(+) - E0(-)

Kpin càng lớn sức điện động của pin càng lớn và ngược lại

Ví dụ: Cho pin Cu - Ag Biết E°(Ag+/Ag) = +0,81 v); E°(Cu2+/Cu) = +0,34 v); [Zn2+]= [Cu2+]= 0,01 mol/1

Hãy vẽ sơ đồ pin; viết ptpư xảy ra trong pin; Tính sức điện động chuẩn của pin (E°pin); Tính sức điện động của pin (Epin); Tính hằng số cân bằng của pin Kpin) và kết luận về pư xảy ra trong pin

4 ĐIỆN PHÂN

4.1 Khái niệm điện phân

Là sự phân huỷ (hoá lỏng) các chất ở trạng thái nóng chảy hay dung dịch

32

khi có dòng điện một chiều đi qua

Bản chất là phản ứng oxi hoá khử xảy ra trên bề mặt các điện cực dưới tác dụng của dòng điện một chiều

Người ta phân biệt 2 loại điện phân: Điện phân nóng chảy và điện phân

comn Trong quá trình điện phân có điện phân có màng ngăn và điện phân không có

màng ngăn

4.2 Điện áp phân giải

Ví dụ: Dùng dòng một chiều có điện áp 2,12V đặt giữa 2 điện cực trơ

bằng than chì và nhúng trong dung dịch ZnCl2 → xuất hiện ở điện cực (+):

Cl2, (-): Zn tách ra

Zn++2Cl- → Zn + Cl2Vậy điện áp phân giải là điện áp tối thiểu của dòng một chiều đặt vào các điện

cực trơ để gây nên điện phân ở một chất

Ví dụ: Dung dịch ZnCl2, lM: 2,12V, CuCl2 1M: 1,02V

4.3 Định luật Faraday (1791 - 1867)

Do nhà hoá học người Anh (Faraday) đề ra:

Khối lượng của một chất tạo thành từ cực (-) hay cực (+) trong quá trình

điện phân tỷ lệ thuận với điện lượng đi qua bình điện phân

Khối lượng của các chất được tạo thành khi cho cùng một điện lượng đi qua

bình điện phân tỷ lệ thuận với đương lượng của chúng

m = AIt

nF

Trong đó: m là khối lượng chất thoát ra ở điện cực

A: là khối lượng mol phân tử chất thoát ra ở điện cực

I: là cường độ dòng điện (ampe)

33

N: là số e trao đổi với điện cực

t: thời gian điện phân (s)

F: hằng số Faraday là điện tích của 1 mol electron hay điện lượng cần thiết để 1 mol electron chuyển dời trong mạch ở catot hoặc ở anot (F = 1,602.10-19.6,022.1023 ≈ 96500 C.mol-1)

CÂU HỎI LƯỢNG GIÁ

1 Nguyên nhân, xuất hiện hiệu số điện thế giữa kim loại được dùng làm điện cực và dung dịch là gì? Giá trị của hiệu số điện thế này phụ thuộc vào những yếu tố nào?

2 Để thiết lập một pin cần những gì? Tại sao nói pin là dụng cụ biến hoá năng thành điện năng?

6 Định nghĩa sự điện phân, sự phân cực, sự phân cực anốt, sự phân cực catốt,

sự phân cực nồng độ, điện hoá và hoá học, thế phân huỷ và quá thế

1 Chất oxi hoá là chất có khả năng nhận e từ chất khử

2 Quá trình chất khử nhường e cho chất oxi hoá gọi là sự

oxi hoá

3 Chất oxi hoá và chất khử của cùng một nguyên tố hợp

thành một cặp oxi hoá - khử

4 Quy tắc a cho biết chiều của phản ứng oxi hoá khử

5 Thế điện cực là đại lượng đặc trưng cho cường độ của

một cặp oxi hoá khử

34

6 Pin Ganvani là một loại pin nồng độ có điện cực làm bằng kim loại và phi kim

7 Cầu muối có vai trò chụyển muối về các dung dịch

8 Sức điện động của pin cho biết độ mạnh yếu của một điện cực nào đó trong pin

9 Bản chất của qúa trình điện phân là phản ứng oxi hóa khử xảy ra trên bề mặt các điện cực dưới tác dụng của dòng xoay chiều

10 Định luật Faraday cho phép tính cường độ dòng điện chạy qua bình điện phân

35

BÀI 3: HYDRO, OXY VÀ NƯỚC MỤC TIÊU

1 Trình bày được các kiến thức cơ bản về tính chất hoá học và phương pháp

điều chế Hydro, oxy và cách tinh chế nước

2 Chỉ ra được tầm quan trọng của oxy và nước trong cuộc sống,

3 Có ý thức bảo vệ nguồn nước sạch, bảo vệ môi trường, thực hiện ăn chín

đồng vị trong mọi hợp chất Hydro là:

Do kiến trúc đặc biệt, nguyên tử H có ba khả năng:

Khả năng 1: Mất e hoá trị biến thành ion H+:

H - e = H+ , ∆H0=1312 KJ/mol (0.1)

Về khả năng này, H giống kim loại kiềm, nhưng năng lượng ion hoá của H lớn gấp 3 lần so với kim loại kiềm Do P có kích thước bé và mang một đơn vị điện tích dương (1+) nên P không tồn tại một mình mà luôn có khuynh

hướng kết hợp với nguyên tử hay 1phân tử khác

36

dụ: NaH, CaH2

Khả năng 3: Bỏ e ra để tạo cặp e chung cho liên kết cộng hóa trị, ví dụ:

H2, HCl các khả năng trên cho thấy H có một vị trí đặc biệt trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học nó vừa có tính chất kim loại kiềm, vừa có tính chất của halogen, vừa có tính chất riêng như tạo liên kết cộng hóa trị, tạo liên kết hydro…

Dựa váo cấu hình có thể xếp H vào nhóm IA, dựa vào tính chất có thể xếp H vào nhóm halogen là hợp lý hơn

37

Khi đun nóng nó trở lên hoạt động, có khả năng kết hợp với nhiều nguyên tố

b Tính oxy hoá (giống halogen)

Tác dụng với kim loại kiềm, kiềm thổ tạo ra hydrua kim loại

VD: Na+1/2 H2 - > NaH (natri hydrua) (0.5)

c Tính khử (giống kim loại kiềm)

- Tác dụng với nhiều phi kim như halogen, O2, S, N2, P, C tạo ra hydrua

cộng hoá trị

vd: 2H2 + O2 đ → 2H20, ∆H0= -241.82 KJ/mol (0.6)

Thông tin bổ sung:

Đây là một phản ứng cực kỳ quan trọng có nhiều ý nghĩa trong đời sống sản xuất Do đó ta cần tìm hiểu thêm

Ở nhiệt độ thường, hai thể tích khí hydro và một thể tích khí oxy như trên hầu như không phản ứng, nhưng khi tiếp xúc với ngọn lửa hoặc có tia lửa điện thì

nổ mạnh, phản ứng toả nhiều nhiệt Nhiệt độ bắt cháy của hỗn hợp khí trên khoảng 550°C Chỉ cần một điểm ở trong hỗn hợp đạt đến nhiệt độ đó thì phản ứng tại điểm đó xảy ra Nhiệt toả ra sẽ đốt nóng các phân tử H2 và O2 xung quanh làm cho chúng phản ứng vơi nhau và cứ thế phản ứng lan truyền rấí nhanh trong toàn bộ thể tích của hỗn hợp, dẫn đến thể tích của hỗn hợp khí tăng đột ngột gây ra hiện tượng nổ Ngược lại H2 có thể cháy trong O2 tinh khiết hoặc trong không khí một cách êm dịu do không đạt được đúng tỉ lệ thể tích để gây nổ

Phản ứng H2 cháy trong O2 tinh khiết tỏa nhiều nhiệt (đến 2500°C) nên trong thực tế người ta dùng đèn xì hydro - oxy để nấu chảy platin, thạch anh

và chế tạo ngọc rubi nhân tạo từ nhôm oxyd Ngoài ra H2 còn được dùng để chế tạo pin hydro

- Khử oxyd của các kim loại trung bình; yếu như Fe, Ni, W, Pb, Cu,

Ag, Hg ở nhiệt độ cao

VD: CuO +H2 đ →Cu + H2O

- Khử một số hợp chất hữu cơ VD: RCHO + H2 đ →RCH2OH

1.3 Trạng thái thiên nhiên và phương pháp điều chế

38

a, Trạng thái tự nhiên

Hydro là nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ, nhng vì lực trường quả đất tương đối yếu nên trữ lượng của hydro trong quả đất bị giảm xuống Hydro chiếm 1% khối lượng vỏ quả đất Hầu như toàn bộ hydro của vỏ quả đất tồn tại ở trạng thái hợp chất với các nguyên tố khác Hydro tự do có rất ít trong

khí quyển, chiếm khoảng 0.00005% về thể tích

Một phần lớn khí hydro được dùng trong công nghiệp hoá học để tỏng hợp amoniac, rợi metylic, axyd clohydric, nước, chế hoá dầu mỏ; còn phần nhỏ để hydro hoá các hợp chất hữu cơ không no, hydro lỏng được dùng làm nhiên liệu tên lửa, làm nhiên liệu sạch thay ec xăng ô tô Hydro được dự báo là

nhiên liệu của tương lai

b, Điều chế

- Trong công nghiệp

+ Đi từ khí than ướt

đồng vào để phản ứng xảy ra nhanh hơn

+ Hiện nay trong phòng thí nghiệm, có thể dùng H2 đã được chế sẵn, đựng trong bình thép nén ở áp suất 150 - 200atm